專利名稱：一種新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種含碳固體原料氣化生產煤氣時的高溫煤氣冷卻洗滌裝置。
背景技術：
氣流床氣化爐通常在高溫、高壓條件下運行，氣化爐出ロ的氣化產物具有較高的溫度(1200 1600で)。由于氣化后產物利用エ藝的不同，氣化后產物的冷卻凈化工藝方案也有所不同，通常可分為廢鍋流程、激冷流程和廢鍋-激冷流程三種。對于合成氨和制氫等產業多需要采用激冷流程，氣化爐產生的高溫氣化產物進入激冷室，在激冷室中直接與水接觸，完成冷卻、增濕和初歩凈化過程。該流程エ藝設備和操作過程均較為簡單，但從能量利用的角度考慮，激冷流程氣化爐主要存在熱效率低、資源浪費大、能源利用不合理和污水處理量大等特點。與廢鍋流程相比，熱煤氣效率下降5 8%，因 此在其他エ藝系統中，比如甲醇生產、IGCC發電等，必須對氣化產物的顯熱進行有效回收，以提高整體能源利用效率。廢鍋流程主要通過輻射廢鍋將氣化過程產生的高溫氣化產物的顯熱吸收轉化為高位水蒸汽，該部分水蒸汽可用于后續エ藝蒸汽或用于蒸汽輪機發電。可回收相當于原煤低位發熱量的10%以上，可使整體熱煤氣效率達到約95%，比相同氣化工藝的激冷流程能源利用效率提高4飛個百分點。進入輻射廢鍋的大部分灰渣被輻射廢鍋底部渣池捕集，粗煤氣得到初步凈化。但是，目前輻射廢鍋存在的主要問題是造價高、設備復雜、操作穩定性低等問題。尤其是輻射廢鍋出口粗煤氣的帶灰問題，嚴重影響了后續エ藝設備(如對流廢鍋等)的運行穩定性。廢鍋-激冷流程，即氣化爐出ロ高溫氣化產物經過輻射廢鍋后降溫到7000C 800で，再通過水激冷洗滌到所需要的溫度，既對產物的高位顯熱進行了有效回收，也對粗煤氣進行了初步凈化和增濕處理。但是，還沒有設備可以同時實現顯熱回收和加濕除塵這兩種エ藝。因此，研制先進的高溫粗煤氣冷卻洗滌設備是提高我國煤炭轉化利用效率的關鍵技術途徑之一。一方面為使高溫氣化產物的顯熱得到有效回收利用；另一方面要優化設計熱回收設備以提高其運行可靠性，降低造價；最后，希望能使氣化產物在該エ藝設備中得到初步的凈化除塵，在滿足エ藝需求的條件下，基于以上降低設備造價和實現穩定操作的考慮，迫切需要將顯熱回收和加濕除塵兩種エ藝需求有機整合，開發復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供ー種復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備，以滿足現代煤化工生產企業和IGCC發電等對大規模高效氣流床氣化產物顯熱回收與加濕除塵技術的需求，提高潔凈煤氣化技術的整體能源利用效率。本發明的構思如下為了實現氣流床氣化系統的高效、穩定、長周期運行，除了使氣化爐穩定運行外，關鍵之一是確保粗煤氣冷卻系統的高效穩定運行。如此，必須盡可能的杜絕冷卻器內的積灰、結渣甚至堵渣等惡劣エ況的出現，并盡可能的達到氣化產物充分降溫浄化效果。為解決上述技術問題，本發明的技術方案為ー種新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備，該設備具有承壓殼體，承壓殼體中的上部為單筒體水冷壁輻射廢鍋、下部為洗滌冷卻室，輻射廢鍋包括與氣化爐的連接法蘭、筒體水冷壁、鰭片式水冷壁、輻射廢鍋出ロ ；洗滌冷卻室設置在輻射廢鍋出口下方，包括下降管、上升管、冷卻水噴ロ、底部渣池和粗煤氣出ロ。本發明的技術方案，利用輻射廢鍋對氣化產物高位顯熱進行回收，然后通過低溫水噴淋的方式，在洗滌冷卻室內將氣化產物溫度降低到較低溫度，并使粗煤氣得到初步凈化。該設備上部輻射廢鍋與氣化爐采用法蘭連接，入口處采用耐火材料壁面的擴ロ設計，利于熔渣脫落進入輻射廢鍋中心流道，可防止熔渣直接碰觸水冷壁壁面形成結渣。而且擴ロ設計還可以削弱入口射流卷吸作用對入口射流回流區的形成。輻射廢鍋部分采用單筒體水冷壁設計，水冷壁筒體內側設置了鰭片式水冷壁，該 鰭片式水冷壁布置于輻射廢鍋水冷壁筒體偏下部分。由于氣化產物中夾帶有大量的熔融態灰渣顆粒，隨著輻射廢鍋運行時間的増加，其內部水冷壁壁面將可能出現積灰或被粘結性灰渣覆蓋等現象，傳熱效果將受到一定影響。因此，鰭片式水冷壁頂部與筒體水冷壁上端設有一定距離h，該距離控制在ri2m，具體數值可根據射流張角邊界等參數計算得出。確保灰渣顆粒射流不直接碰觸鰭片式水冷壁，以免在鰭片式水冷壁上形成積灰或結渣，降低傳熱性能。鰭片式水冷壁布置高度可根據エ藝需求和渣ロ氣化產物溫度進行設計計算，不大于筒體水冷壁高度的2/3，鰭片式水冷壁布置方向與筒體水冷壁平行布置，數量2 40個，沿水冷壁筒體圓周上均勻布置。鰭片式水冷壁不宜過多，過密布置將容易形成積灰堵渣。下降管內徑為0. 5 2. 5m，上升管內徑I. 8 4. 8m，高度2. 8 6. 2m。本發明在輻射廢鍋下方布置有洗滌冷卻室，經過輻射廢鍋降溫處理后的氣化產物將直接與噴淋水接觸，未固化的熔渣將直接被低溫水固化落入底部渣池。冷卻水噴ロ設在下降管內側，設置廣3層，每層2 40個噴ロ，噴ロ沿下降管圓周均勻布置噴ロ方向與水平面形成夾角《，夾角a范圍控制在(T20°。中低溫粗煤氣沿著下降管向下流動，遇底部渣池液面折返進入上升管，在頂部折返從出ロ流出，進入后續エ藝。粗煤氣在洗滌冷卻室與噴淋水充分接觸后降低到エ藝需求溫度ri80°C )，而且粗煤氣夾帶的大部分灰渣顆粒在洗滌降溫過程中被除去，得到初步凈化效果。設置多層冷卻水噴ロ可提高高溫氣化產物降溫速度和降溫效果，使下降管內的熱負荷分布更加均勻。若采用冷卻水噴入方向向下，可促進灰渣顆粒被氣流向下夾帶，避免灰渣直接接觸下降管壁面，且可防止氣化產物的偏流對下降管內壁形成非對稱沖刷。本發明底部設有收集落渣的渣池,大部分灰渣顆粒依靠重力和氣流夾帶カ直接落入渣池，粒度較小的顆粒經過噴淋作用被洗滌進入渣池。灰渣通過底部渣池進入下部鎖斗排出。本發明的優點
I)本發明提供的新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備可用于IGCC發電系統和現代化工生產系統，輻射廢鍋回收高溫、高壓氣化產物的顯熱，以產生高壓飽和水蒸汽，提供蒸汽輪機發電或化工生產中所需的エ藝蒸汽和輔助蒸汽，可大大提高整體能源利用效率；2)本發明提供的新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備的輻射廢鍋筒體水冷壁內側下方設有鰭片式水冷壁，在確保無結渣隱患的前提下可有效增加受熱面面積，可大大縮減輻射廢鍋尺寸，降低整體投資；
3)本發明提供的新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備下方設有洗滌冷卻室，經過噴淋洗滌后的氣化產物溫度迅速降低，達到后續エ藝所需溫度要求，經過噴淋洗滌的粗煤氣含渣量大大降低，達到了初步凈化效果，同時也實現了粗煤氣的增濕作用，滿足了后續化工生產的エ藝要求。
圖I是新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備結構簡 圖2是洗滌冷卻室噴淋ロ截面剖視簡 附圖標記說明1_輻射廢鍋與氣化爐連接法蘭，2-輻射廢鍋入口耐火材料澆鑄層， 3-筒體水冷壁出ロ集箱上升管，4-筒體水冷壁出ロ集箱，5-設備承壓外殼，6-輻射廢鍋筒體水冷壁，7-鰭片式水冷壁出口集箱，8-鰭片式水冷壁管，9-鰭片式水冷壁集箱出口，10-鰭片式水冷壁集箱入ロ，11-鰭片式水冷壁連接翅片，12-洗滌冷卻室噴淋ロ，13-洗滌冷卻室下降管，14-洗滌冷卻室上升管，15-洗滌冷卻室折流板，16-洗滌冷卻室上升區，17-粗煤氣出ロ，18-底部渣池，19-輻射廢鍋渣ロ，20-筒體水冷壁與承壓外殼間隙，21-底部排渣ロ，22-筒體水冷壁管間連接翅片，23-洗滌冷卻室噴淋水均布器，24-鰭片式水冷壁入口集箱，25-筒體水冷壁入ロ。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進ー步詳細的說明，但本發明不局限于以下的實施例。參見圖1，本發明為用于大型高效氣化爐高溫產物的顯熱回收和凈化處理設備，主要由輻射廢鍋和洗滌冷卻室兩部分構成。設備與氣化爐本體通過輻射廢鍋頂部法蘭I連接，輻射廢鍋主要由承壓殼體5、回收產物高溫顯熱的筒體水冷壁6和鰭片式水冷壁8等構成。下部洗滌冷卻室主要由承壓殼體5、噴淋ロ 12、噴淋水均布器23、下降管13、上升管14、收集落渣的底部渣池18、排渣ロ 21以及粗煤氣出口 17等構成。水冷壁入口 10、25的分別經過鰭片式水冷壁8和筒體膜式水冷壁6回收高溫氣化產物的熱量，并將水加熱轉換成高壓飽和蒸汽/水，水蒸汽可用于蒸汽輪機發電或預熱其他エ藝氣體。從輻射廢鍋出口 19流入洗滌冷卻室的氣化產物在洗滌冷卻室入口處被噴淋ロ 12噴出的低溫水迅速激冷，將其攜帯的高溫灰渣顆粒迅速固化后落入渣池18排出，粗煤氣經過洗滌冷卻室的噴淋洗滌，溫度降低到約180°C，并得到初步凈化后從出口 17流出進入后續エ藝。實施例
某氣流床水煤漿氣化爐日處理煤2000噸(干基)/天，出氣化爐進入輻射廢鍋的高溫煤氣流量214000Nm3/h，溫度1350°C，壓カ3. 5MPa。輻射廢鍋外部承壓殼體內徑4. 85mm,直段高徑比4. 6，直段高度22. 3m ;筒體水冷壁中心直徑3. 2m,高度19. 6m，筒體內側向下垂掛20個鰭片式水冷壁，鰭片式水冷壁高度7. 5m，鰭片式水冷壁寬度0. 4m，管子規格采用48X6mm,上端與筒體水冷壁頂部距離h為8. Om,鰭片式水冷壁沿圓周方向均勻布置。進入筒體水冷壁和鰭片式水冷壁的高溫水的溫度為312°C，壓カ112MPa，蒸發量為225t/h。以上操作條件可使氣化產物在輻射廢鍋底部出ロ 19處的溫度降低到約700°C。氣化產物繼續向下進入洗滌冷卻室，被溫度約為180°C低溫水激冷，噴淋水水量最高為35t/h，噴ロ設2層，沿下降管分兩段布置，每層噴ロ個數為24個，沿下降管圓周均勻布置，噴ロ向下夾角a設置為7. 5°。為保證粗煤氣出洗滌冷卻室的溫度與激冷水基本一致，下降管內徑I. 6m，高4m，上升管內徑2. 8m。經過以上設計和運行，本發明的總體性能如下
散熱損失〈0. 4%
可用率>95%
輻射廢鍋入口溫度1200 1400で 輻射廢鍋出口溫度廣700°C 洗滌冷卻室出ロ溫度廣180°C 操作壓カ(管程)11. 2atm 操作壓カ(殼程)35atm
該新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備可用于IGCC發電及現代煤化工裝置中煤等含碳固體原料氣化生成氣化產物的高溫顯熱回收。
權利要求
1.ー種新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備，其特征在于具有承壓殼體(5)，所述承壓殼體(5)中的上部為單筒體水冷壁輻射廢鍋、下部為洗滌冷卻室，所述輻射廢鍋包括與氣化爐的連接法蘭(I)、筒體水冷壁(6)、輻射廢鍋出口(19);所述洗滌冷卻室設置在輻射廢鍋出口(19)下方，包括下降管(13)、上升管(14)、冷卻水噴ロ(12)、底部渣池(18)和粗煤氣出口(17)。
2.按照權利要求I中所述的新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備，其特征在于所述輻射廢鍋的入口為圓臺形擴ロ，輻射廢鍋殼體5內徑2. 5飛.5mm，高徑比3. 5 8。
3.按照權利要求2中所述的新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備，其特征在于在平行于筒體水冷壁(6)的內側布置有鰭片式水冷壁(8)，鰭片式水冷壁(8)的頂部與筒體水冷壁(6)的上端設有一定距離h，該距離h控制在3 12m。
4.按照權利要求3中所述的新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備，其特征在于鰭片式水冷壁(8)沿筒體水冷壁(6)圓周均勻布置，其數量為2 40個，高度不大于筒體水冷壁6的2/3，鰭片水冷壁(8)寬度不大于筒體水冷壁(6)圓周半徑的1/2。
5.按照權利要求I中所述的新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備，其特征在于冷卻水噴ロ(12)設置廣3層，每層2 40個噴ロ，冷卻水噴ロ(12)沿下降管(13)圓周均勻布置，噴ロ方向與水平面形成夾角a，夾角a范圍控制在(T20°。
6.按照權利要求5中所述的新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備，其特征在于下降管(13)內徑為0. 5 2. 5m，上升管(14)內徑I. 8 4. 8m，高度2. 8 6. 2m。
全文摘要
本發明公開了一種新型復合式高溫粗煤氣冷卻洗滌設備，該設備具有承壓殼體，承壓殼體中的上部為單筒體水冷壁輻射廢鍋、下部為洗滌冷卻室，輻射廢鍋包括與氣化爐的連接法蘭、筒體水冷壁、鰭片式水冷壁、輻射廢鍋出口；洗滌冷卻室設置在輻射廢鍋出口下方，包括下降管、上升管、冷卻水噴口、底部渣池和粗煤氣出口。本發明的技術方案，利用輻射廢鍋對氣化產物高位顯熱進行回收，然后通過低溫水噴淋的方式，在洗滌冷卻室內將氣化產物溫度降低到較低溫度，并使粗煤氣得到初步凈化。
文檔編號C10K1/06GK102796570SQ20111044939
公開日2012年11月28日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者倪建軍, 烏曉江, 馬勝 申請人:上海鍋爐廠有限公司