專利名稱：一種多級旋轉式激冷強化裝置及其應用的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及屬于煤氣化技術領域，具體而言涉及用于煤氣化的氣化爐出口的 合成氣冷卻設備及其應用。
背景技術：
煤氣化技術的開發和應用是實現我國能源發展戰略和石油替代戰略的重要途徑 之一，對保證國家能源安全具有重要的戰略意義，目前在我國已有工業裝置的應用。其中， 氣流床煤氣化爐是煤氣化技術領域中的關鍵設備。在煤氣化爐中，通常煤在缺氧條件下燃燒而產生高溫粗合成氣及熔融態灰渣，然 后生成的高溫粗合成氣及熔融態灰渣進入激冷室進行冷卻以及進行合成氣與殘渣的分離。現有技術的激冷室主要由激冷環、下降管和上升管構成，激冷環位于下降管上方， 冷卻水通過激冷環沿下降管內壁自上而下流動，在下降管內壁形成水膜，其目的是為了對 合成氣進行激冷并保護下降管不被高溫氣體燒壞。激冷室的目的是為了對合成氣進行快速冷卻，而冷卻過程的傳熱強度與合成氣與 冷卻水的接觸面積以及合成氣在下降管內的停留時間有密切關系，目前下降管內的合成氣 均為由上向下，呈直線流動，與冷卻水相接觸的機會主要是通過與下降管內壁的水膜相接 觸。為了增大合成氣與冷卻水的接觸面積，也有采用在激冷環上開有噴水孔，將水由 激冷環垂直或傾斜噴向合成氣，以達到強化冷卻的目的；有的則通過改變激冷環的內部水 通道結構，以減少灰水對激冷環的磨損，從而提高激冷環的使用壽命；還有的在原有下降管 中間，增加中間激冷管，以增加激冷水與合成氣的換熱面積，從而提高激冷效率。例如，中國實用新型專利ZL200620072850. 3公開了一種煤氣化爐激冷環旋轉強 化冷卻裝置，該裝置包括激冷環(1)，入水管O)、傾斜噴水孔(3)、環形槽縫0)、下降管 (5)；其中，激冷環⑴為環形管狀并在其內圓側均勻開有傾斜噴水孔(3)，以使由斜孔噴出 的冷卻水與下降管中垂直向下流動的合成氣產生沿螺旋方向的向下流動，但其強化傳熱的 效果并不夠理想，而且仍保留了下降管和上升管。以上現有技術針對激冷室所進行的改進，均保留了下降管和上升管，對于激冷室 的結構并沒有根本性的改動。現有的氣流床煤氣化技術的激冷系統仍存在結構復雜、使用壽命較短、激冷效率 不高等問題，主要表現在激冷系統包括激冷環、下降管以及上升管，其結構較為復雜；激 冷環使用一定時間后會產生變形，堵塞激冷水出口，導致激冷水分布不均，從而不能有效地 冷卻氣化爐中形成的高溫、具有粘結性的殘渣，嚴重的會導致下降管變形、燒穿，從而造成 合成氣短路，對整個激冷室造成損壞，并嚴重影響下游操作；激冷環形成的膜狀液流距離 下降管中心部分的合成氣較遠，輻射降溫的冷卻效果較差，操作不當會引起嚴重的帶灰、帶 水，影響下游操作。
發明內容
針對上述問題，本發明的一個方面提供了一種新的多級旋轉式激冷強化裝置，包 括至少一個激冷水供水管，進一步包括灰水入口和灰水出口 ；布水環管，進一步包括與至少一個激冷水供水管的灰水出口相對應的布水環管入 口與多個通水孔；激冷環，與布水環管連接有多個通水孔的一端部在其上下兩端分別與激冷環的內 壁和外壁密封連接，且激冷環被構造成為下端向外側以與垂線成Y角張開的截錐形夾套， 截錐形夾套在下端封閉；激冷環進一步包括在激冷環的內壁上設置有多排激冷水噴孔。優選地，在激冷環的內部設置有多排持液槽，多排持液槽的每一排分別位于多排 激冷水噴孔的下方，且呈“L”字型。優選地，在激冷環的內壁與外壁之間設置有多個定位塊。優選地，在激冷環的外壁與布水環管的下壁之間設置有多個激冷環定位支架。優選地，Y角為5 45°之間。更優選地，Y角為15 35°之間。優選地，通水孔在其出口端的下側呈“P”字形突緣。優選地，多排激冷水噴孔的每一排中各個噴孔沿激冷環的內圓周均勻分布，各個 激冷水噴孔垂直穿透激冷環的內圓周或斜向穿透激冷環的內圓周。優選地，至少一個激冷水供水管在其灰水入口一端向斜上方延伸，而灰水出口一 端水平延伸。更優選地，多排激冷水噴孔的每一排中各個激冷水噴孔呈水平方向穿透激冷環的 內圓周。更優選地，多個定位塊分別設置在多排持液槽相鄰的兩排之間。本發明的另一方面提供了新的多級旋轉式激冷強化裝置在煤氣化高溫合成氣的 激冷方面的應用。本發明提供的新的多級旋轉式激冷強化裝置，其采用旋轉式多組激冷噴孔噴水結 構以及激冷裝置的擴口結構等設計，可以有效地提高激冷水和高溫合成氣的熱質傳遞效 率，進而提高冷卻效果，同時避免了合成氣帶水、帶灰；而且，本發明提供的新的多級旋轉式 激冷強化裝置可以省掉下降管和中心管，根本上改變了原激冷室的結構，既節約了投資，同 時也便于檢修和維護。
圖1為現有技術的煤氣化爐激冷環旋轉強化冷卻裝置的結構示意圖；圖2為圖1中激冷環1的剖視結構示意圖；圖3為本發明的新型多級旋轉式激冷強化裝置的結構示意圖，其中激冷水噴孔為 水平射流式；圖4為本發明的新型多級旋轉式激冷強化裝置的結構示意圖，其中激冷水噴孔為偏轉射流式；
圖5為本發明的新型多級旋轉式激冷強化裝置的結構示意圖，其中激冷環與布水環管之間安裝有定位支架；
圖6為本發明的新型多級旋轉式激冷強化裝置的通水孔的結構簡圖。
圖7a和7b為本發明的新型多級旋轉式激冷強化裝置的激冷水噴孔的結構簡圖。
圖3一圖7b中各標號的含義
lOO激冷強化裝置，lo激冷水供水管，
102灰水入口，105灰水出口，
20布水環管或環形水室，202布水環管入口，
30通水孔，302“P”字形突緣，
40激冷環，40l激冷環內壁，
402激冷環外壁，405激冷水噴孔，
406持液槽，408定位塊，
415激冷環定位支架，425定位支架固定物，
O卜O 4 激冷水噴孔與水平方向夾角，O 5 定位支架與水平方向夾角，
O 6通水孔與垂直壁之間夾角，O 7一O 8 激冷水噴孔與垂直壁間夾角，
Y激冷環內壁與垂線之間夾角。
具體實施方式
以下提供了本發明的具體實施方式
。本領域技術人員應該理解其中實施例僅是為了說明的目的，不應被視為以任何方式限制由權利要求所限定的本發明的范圍。
本發明的一種具體實施方式
是在現有技術的基礎上，提供一種新的激冷強化裝置及其應用。本發明的新的激冷強化裝置采用旋轉式多組激冷噴孔噴水結構以及激冷裝置的擴口結構等設計，可以有效地提高激冷水和高溫合成氣的熱質傳遞效率，進而提高冷卻效果，同時避免了合成氣帶水1帶灰；而且，本發明提供的新的多級旋轉式激冷強化裝置可以省掉下降管和中心管，根本上改變了原激冷室的結構，既節約了投資，同時也便于檢修和維護。
本發明提供的新的多級旋轉式激冷強化裝置為多級旋轉式，其中激冷環內圓側開有2—6(或更多)排激冷水噴孔，噴水孔沿激冷環內圓周向均勻分布，噴水孔的作用是使由噴孔所噴出的激冷水與從渣口垂直向下流動的合成氣產生沿螺旋方向的向下流動。其能夠克服現有技術所帶來的問題。
本發明的一個具體實施方式
，提供了一種新的激冷強化裝置lOO，其特征在于，包括至少一個激冷水供水管lo，進一步包括灰水入口102和灰水出口105；
布水環管20，進一步包括與至少一個激冷水供水管lo的灰水出口105相對應的布水環管入口202與多個通水孔30；
激冷環40，與布水環管20連接有多個通水孔30的一端部在其上下兩端分別與激冷環40的內壁40l和外壁402密封連接，且激冷環40被構造成為下端向外側以與垂線成Y角張開的截錐形夾套，所述截錐形夾套在下端封閉；
激冷環40進一步包括
在激冷環40的內壁401上設置有多排激冷水噴孔405。在一優選實施方式中，在激冷環40的內部設置有多排持液槽406，多排持液槽406 的每一排分別位于多排激冷水噴孔405的下方，且呈“L”字型。在一優選實施方式中，在激冷環40的內壁401與外壁402之間設置有多個定位塊 408。在一優選實施方式中，在激冷環40的外壁402與布水環管20的下壁之間設置有 多個激冷環定位支架415。在一優選實施方式中，Y角為5 45°之間。在一更優選實施方式中，Y角為15 35°之間。在一優選實施方式中，通水孔30在其出口端的下側呈“P”字形突緣302。在一優選實施方式中，多排激冷水噴孔405的每一排中各個噴孔405沿激冷環的 內圓周401均勻分布，各個激冷水噴孔405垂直穿透激冷環的內圓周401或斜向穿透激冷 環的內圓周401。在一優選實施方式中，至少一個激冷水供水管10在其灰水入口 102—端向斜上方 延伸，而灰水出口 105 —端水平延伸。在一更優選實施方式中，多排激冷水噴孔405的每一排中各個激冷水噴孔405呈 水平方向穿透激冷環的內圓周401。在一更優選實施方式中，多個定位塊408分別設置在多排持液槽406相鄰的兩排 之間。本發明的另一個具體實施方式
，提供了本發明的新型激冷強化裝置100在煤氣化 高溫合成氣的激冷方面的應用。以下將參照附圖和具體實施例對本發明的新型激冷強化裝置進行具體描述，本領 域技術人員應該理解以下實施例僅是為了說明的目的，不應被視為以任何方式限制由權利 要求所限定的本發明的范圍。實施例1參見圖3，本發明實施例1的激冷強化裝置100，包括至少一個激冷水供水管10，該激冷水供水管進一步包括灰水入口 102和灰水出口 105 ；布水環管20，進一步包括與至少一個激冷水供水管10的灰水出口 105相對應的布 水環管入口 202與多個通水孔30 ；激冷環40，與布水環管20連接有多個通水孔30的一端部在其上下兩端分別與激 冷環40的內壁401和外壁402密封連接，且激冷環40被構造成為下端向外側以與垂線成Y 角張開的截錐形夾套，截錐形夾套在下端封閉；該Y角可以在5 45°之間，優選在15 35°之間。激冷環40進一步包括在激冷環40的內壁401上還設置有多排激冷水噴孔405。激冷水噴孔405沿著激冷環40向高溫氣化煤的渣面自上而下布置2_6組，可以根 據實際需要予以增加或減少。參見圖3-4，激冷水噴孔7-10沿著徑向可以水平布置(如圖3所示)，也可以與水平方向呈一定角度，分別為θ 1、θ 2、θ 3、θ 4(如圖4所示)。實施例2仍參照圖3-4，本發明的激冷強化裝置100，其中，在激冷環40的內部還設置有多 排持液槽406，多排持液槽406的每一排分別位于多排激冷水噴孔405的下方，且呈“L”字 型，并且持液槽406設置成在遠離激冷水噴孔405的外端呈斜向上的“L”型，用以保證激冷 水噴孔405的流量穩定。并且，在激冷環40的內壁401與外壁402之間設置有多個定位塊408。多個定位塊408分別設置在多排持液槽406相鄰的兩排之間。其中，激冷環40在 下端向外側與垂線之間的夾角Y角在15 35°之間。通水孔30在其出口端的下側設置成呈“P”字形的突緣302。多排激冷水噴孔405的每一排中各個噴孔405沿激冷環的內圓周401均勻分布， 各個激冷水噴孔405垂直穿透激冷環的內圓周401或斜向穿透激冷環的內圓周401。激冷水供水管10在其灰水入口 102 —端向斜上方延伸，而灰水出口 105 —端水平 延伸。其中激冷水供水管10根據需要可以設置一根或多根。其中，灰水通過4-6根激冷水供水管(或灰水供水管)10進入環形水室20，在該腔 室20內形成相同的水壓，然后通過在圓周均勻排列的多個徑向通水孔30進入激冷環40，再 通過激冷水噴孔405噴出，對合成氣和爐渣進行冷卻。激冷水供水管(或灰水供水管)10 可以根據需要增加或減少。這里環形水室20至激冷環40的通水孔30呈斜向布置(如圖6所示)，即通水孔3與 法蘭內弧面法線成一個角度θ 6，其目的是延長灰水水流從通水孔30到激冷環40管壁的運 動距離，灰水流出通水孔30后會有更明顯的擴散降速效果，從而大幅減緩對激冷環40的沖 刷，延長激冷環40的使用壽命；激冷水噴孔405沿著激冷環40向渣面自上而下布置2_6組，其可以根據實際需要 增加或減少；激冷水噴孔405沿著徑向可以水平布置(如圖3所示)，也可以與水平方向呈一定 角度，分別為θ 1、θ 2、θ 3、θ 4(如圖4所示)；激冷水噴孔405與法蘭內弧面的法線成一個角度θ 7或θ 8 (如圖7所示)；每組 激冷水噴孔405之間的偏轉方向可以相同或相反交叉布置；持液槽406位于激冷水噴孔405的下部，和激冷環內壁401焊接，用以保證激冷水 噴孔405的流量穩定；實施例3參照圖5，本發明的激冷強化裝置100，其中，激冷環40與環形水室20之間還布置 有定位支架415，該定位支架415與環形水室20之間以螺栓連接，以與激冷環40之間保持 一定距離，從而抵消激冷環40在熱態下的徑向膨脹。或者定位支架415與環形水室20之間以定位支架固定物425固定。本領域技術 人員熟知的固定方式都可以用于定位支架415與環形水室20之間的固定。激冷環40為擴口設計，其中擴口角度>90°。通過這樣的設計，可以強化激冷水與含渣合成氣在由激冷環40構成的激冷室中 充分的熱質交換，有利于合成氣與渣水分離。
本發明的新型激冷強化裝置具有多級旋轉功能，其中激冷裝置由激冷水供水管、 布水環管、通水孔、激冷環、激冷環內的定位塊、激冷水噴孔、持液槽、激冷環定位支架組成； 在激冷環內圓側開有2-6排或更多排激冷水噴孔，噴水孔沿激冷環內圓周向均勻分布，噴 水孔的作用是使由噴孔所噴出的激冷水與從渣口垂直向下流動的合成氣產生沿螺旋方向 的向下流動。激冷水噴孔的傾斜方向以激冷環的中軸為轉軸，為順時針方向或逆時針方向交叉 排列。從激冷水噴孔噴出的冷卻水與垂直向下流動的合成氣進行動量交換，使得下降管中 的冷卻水滴與合成氣形成一個交叉、流動切圓，造成合成氣沿螺旋方向交叉向下流動。由于噴入合成氣的水滴直徑很小，因此具有很大的比表面積，這一方面可以增加 合成氣與水的接觸機會，同時增加了合成氣在下降過程中的流程，增長了合成氣在激冷室 中的停留時間，使傳熱得到強化；另一方面，通過激冷水與合成氣的交叉混合換熱，降低了 合成氣的流速，增長了合成氣攜帶水的分離時間，從而可以降低合成氣攜帶往下游工序的 水量，保證了激冷室液位。本發明的激冷強化裝置可以在不增加激冷室高度、且不增加激冷室的制造成本的 情況下，大大增加合成氣與水的接觸面積，增加合成氣在激冷室內流程及合成氣在激冷室 中的停留時間，使傳熱得到強化。與現有技術相比，本發明的激冷強化裝置具有以下優點一、使用范圍廣可應用于任何帶激冷流程的氣化工藝，由于配置了多級旋轉激冷 裝置，有助于激冷水和含渣合成氣在激冷室中充分地熱質交換；在合成氣得到有效冷卻的 同時，抑制了出口合成氣中攜帶水和固體顆粒嚴重的現象，這種現象在之前的激冷裝置中 很容易出現。二、安全可靠本發明中的多級旋轉激冷裝置，配置了定位塊和持液槽，保證激冷 環長時間使用后不變形，同時能夠保證激冷水水量的穩定。同時避免了激冷環的環行通道長時間使用后發生變形，進而造成激冷水分布不均 的可能性，最終導致下降管鼓泡甚至燒壞；本發明采用多級旋轉激冷裝置，省掉了以前裝置中所配置的下降管和上升管，減 少了因下降管燒穿而導致的合成氣短路，從而保證氣化爐氣化室支撐板溫度處于安全范圍 以內。本發明采用多級旋轉激冷裝置，可以對殘渣形成旋轉剪切作用，避免形成大的渣 塊；本發明的多級旋轉激冷裝置采用擴口的設計，避免了殘渣在下降管中堆積甚至堵 渣，同時可以降低合成氣流速，增加在激冷室中的停留時間。三、檢修方便本發明由于省掉了下降管和上升管，增大了激冷室的檢修和維修空 間，方便檢修。四、節約投資本發明由于省掉了下降管和上升管以及相關配件，節約了設備投 資。盡管本發明的各種實施方式已經通過具體實施方式
在上下文中進行了描述，但是 本發明并不僅限于此。因此，以上的描述不應該當作是本發明范圍的限制，本發明的范圍由 所附的權利要求進行限定。本領域技術人員應當理解，在不背離本發明的精神的情況下可 以對本發明作出各種改變和變更，其都將落入在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種激冷強化裝置(100)，其特征在于，包括至少一個激冷水供水管(10)，進一步包括灰水入(10 和灰水出口(105)； 布水環管(20)，進一步包括與所述至少一個激冷水供水管(10)的灰水出口(10 相對 應的布水環管入O02)與多個通水孔(30)；激冷環(40)，與所述布水環管00)連接有多個通水孔(30)的一端部在其上下兩端分 別與所述激冷環GO)的內壁(401)和外壁(40 密封連接，且所述激冷環GO)被構造成 為下端向外側以與垂線成Y角張開的截錐形夾套，所述截錐形夾套在下端封閉； 所述激冷環GO)進一步包括在所述激冷環GO)的內壁(401)上設置有多排激冷水噴孔005)。
2.根據權利要求1所述的激冷強化裝置(100)，其特征在于，在所述激冷環00)的內 部設置有多排持液槽006)，所述多排持液槽006)的每一排分別位于所述多排激冷水噴 孔(405)的下方，且呈“L”字型。
3.根據權利要求1所述的激冷強化裝置(100)，其特征在于，在所述激冷環00)的內 壁(401)與外壁(402)之間設置有多個定位塊(408)。
4.根據權利要求1所述的激冷強化裝置(100)，其特征在于，在所述激冷環00)的外 壁(40 與所述布水環管00)的下壁之間設置有多個激冷環定位支架015)。
5.根據權利要求1 4任一項所述的激冷強化裝置(100)，其特征在于，所述γ角為 5 45°之間。
6.根據權利要求5所述的激冷強化裝置(100)，其特征在于，所述γ角為15 35°之間。
7.根據權利要求1 4任一項所述的激冷強化裝置(100)，其特征在于，所述通水孔 (30)在其出口端的下側呈“P”字形突緣(302)。
8.根據權利要求1 4任一項所述的激冷強化裝置(100)，其特征在于，所述多排激冷 水噴孔G05)的每一排中各個噴孔(40 沿所述激冷環的內圓周(401)均勻分布，所述各 個激冷水噴孔(40 垂直穿透所述激冷環的內圓周(401)或斜向穿透所述激冷環的內圓周 (401)。
9.根據權利要求1 4任一項所述的激冷強化裝置(100)，其特征在于，所述至少一個 激冷水供水管(10)在其灰水入口(10 —端向斜上方延伸，而所述灰水出口(10 —端水平延伸。
10.根據權利要求8所述的激冷強化裝置(100)，其特征在于，所述多排激冷水噴孔 (405)的每一排中各個激冷水噴孔(40 呈水平方向穿透所述激冷環的內圓周001)。
11.根據權利要求3或4所述的激冷強化裝置(100)，其特征在于，所述多個定位塊 (408)分別設置在所述多排持液槽(406)相鄰的兩排之間。
12.根據權利要求1 11任一項所述的激冷強化裝置(100)在煤氣化高溫合成氣的激 冷方面的應用。
全文摘要
本發明提供一種激冷強化裝置及其應用，其中激冷強化裝置包括至少一個激冷水供水管，其包括灰水入口和灰水出口；布水環管，其包括與至少一個激冷水供水管的灰水出口相對應的布水環管入口與多個通水孔；激冷環，與布水環管連接有多個通水孔的一端部在其上下兩端分別與激冷環的內壁和外壁密封連接，且激冷環被構造成為下端向外側以與垂線成γ角張開的截錐形夾套，截錐形夾套在下端封閉；激冷環進一步包括在激冷環的內壁上設置有多排激冷水噴孔。本發明提供的新的多級旋轉式激冷強化裝置可以省掉下降管和中心管，根本上改變了原激冷室的結構，既節約了投資，同時也便于檢修和維護。
文檔編號C10J3/84GK102051235SQ20111000429
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月10日 優先權日2011年1月10日
發明者任相坤, 單賢根, 崔永君, 張琪, 朱豫飛, 步學朋, 索婭, 陳強 申請人:中國神華煤制油化工有限公司, 中國神華煤制油化工有限公司上海研究院, 中國神華煤制油化工有限公司北京研究院, 神華集團有限責任公司