一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置，包括氣化爐，粗煤氣冷卻器同軸設于氣化爐下方；粗煤氣冷卻器側上方的出口通過導管段與轉向室連接，激冷室同軸設于轉向室下方；粗煤氣冷卻器包括由外到內依次同軸設置的承壓外殼、環形通道和中心通道，粗煤氣冷卻器的入口區域設有低溫激冷氣入口，中心通道的正下方設有渣池；激冷室頂部和上部側面沿周向設有激冷噴槍，激冷室底部設有灰水池，合成氣出口設于激冷室下部側面，激冷室內部合成氣出口前端設有折流擋板和過濾器。本實用新型提供的裝置從粗煤氣降溫、凈化和增濕等三個方面解決現有技術存在的問題，結構設計更加合理，投資成本大大降低，同時運行穩定性得到了有效保障。
【專利說明】一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種高溫粗煤氣冷卻裝置，尤其涉及一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置，屬于高溫高壓產物顯熱回收凈化【技術領域】。
【背景技術】
[0002]能源資源的賦存特點決定了煤是我國的主要能源，而且這種狀況在今后相當長的一段時間內不會改變。煤的不合理利用和技術的相對落后，使其作為能源的主要提供者，在推進經濟、社會發展的同時，也成為主要的污染源，向環境提出了嚴峻的挑戰。解決這一矛盾的根本途徑是合理、潔凈、高效地利用煤炭資源，大力研發和應用潔凈煤技術。
[0003]整體煤氣化聯合循環(IGCC)技術的誕生，為煤的潔凈轉化帶來了新生。該技術將高效的燃氣-蒸汽聯合循環發電系統和潔凈的煤氣化技術結合起來，既有高發電效率，又有好的環保性能，是一種有發展前景的潔凈煤利用技術。以氣化煤氣和熱解煤氣為基礎的雙氣頭煤基多聯產技術，利用氣化煤氣富碳和焦爐煤氣富氫的特點進行共重整、轉化制取合成氣，達到溫室氣體源頭減排，并避免水煤氣變換反應中的水資源消耗，以醇醚燃料和電力為最終產品，這一低碳能源技術已受到與能源相關的科技工作者以及政府管理部門的高度重視。
[0004]煤氣化技術發展至今已有多種粗煤氣凈化技術，目前具有代表性的技術有國內技術專利CN114681和CN201010608202公開的一種高溫粗煤氣洗滌凈化設備和凈化系統，其主要通過水激冷的方式將高溫粗煤氣中粉塵初步脫除，同時將粗煤氣熱量以水蒸發和升溫的方式帶走，由于消耗較多的水資源，該種方案的主要弊端是不適用于富煤缺水的地區，且損失大量的熱量，能源利用效率較低，不適用于IGCC發電等系統工程。中國專利201110437264.X給出了一種可用全余熱回收的輻射廢鍋型技術方案，即可對高溫煤氣化產生的高溫粗煤氣進行余熱回收，產出中壓蒸汽，達到粗煤氣顯熱回收的目的，大大提高了能源利用效率，但系統投資和維護費提高，設備運行穩定下降，對于需要對粗煤氣進行加濕處理的化工生產無法滿足要求，還需另設增濕器，故使用具有一定的局限性。
[0005]為了解決上述高溫粗煤氣冷卻、凈化問題，同時滿足各種應用的要求和能量利用效率目標，迫切需要一種新型高溫粗煤氣冷卻凈化裝置。
實用新型內容
[0006]本實用新型要解決的技術問題是提供一種能最大限度地利用氣化產物的高溫顯熱，并對粗煤氣進行有效的降溫、增濕和除塵凈化處理的復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置。
[0007]為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是提供一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置，其特征在于:包括氣化爐，粗煤氣冷卻器同軸設于氣化爐下方；粗煤氣冷卻器側上方的出口通過導管段與轉向室連接，激冷室同軸設于轉向室下方；
[0008]粗煤氣冷卻器包括由外到內依次同軸設置的承壓外殼、環形通道和中心通道，粗煤氣冷卻器的入口區域設有低溫激冷氣入口，中心通道的正下方設有渣池；[0009]激冷室頂部和上部側面沿周向設有激冷噴槍，激冷室底部設有灰水池，合成氣出口設于激冷室下部側面，激冷室內部合成氣出口前端設有折流擋板，折流擋板與合成氣出口之間還設有過濾器。
[0010]優選地，所述氣化爐與粗煤氣冷卻器通過下渣口進行過渡連接；所述轉向室內壁為水冷壁或耐火材料結構，所述轉向室下方通過錐形口與所述激冷室同軸相連。
[0011 ] 優選地，所述渣池底部設有渣池排渣口，所述灰水池底部設有灰水池排灰口。
[0012]優選地，所述轉向室頂部設有激冷噴頭。
[0013]優選地，所述低溫激冷氣入口在所述粗煤氣冷卻器入口區域沿所述承壓外殼的圓周均勻布置；所述低溫激冷氣入口為至少一層設置，每層設有至少兩個噴口。
[0014]優選地，所述粗煤氣冷卻器的中心通道為列管式或盤管式水冷壁結構，所述環形通道的外壁面為水冷壁或耐火材料襯里結構。
[0015]優選地，所述導管段內壁為水冷壁夾套結構，所述導管段中心線與所述粗煤氣冷卻器的承壓外殼形成斜向上的夾角。
[0016]優選地，所述夾角為15°?90°
[0017]優選地，所述激冷室上部側面的激冷噴槍為I?6層設置，每層設有2?12個激冷噴槍。
[0018]本實用新型提供的復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置適用于大型氣流床煤氣化工藝的粗煤氣冷卻、凈化和增濕等與處理過程。與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果:
[0019](I)有效回收了氣化產物的高位顯熱，富產大量高壓或中壓蒸汽，可用于推動蒸汽輪機發電、化工生產的輔助蒸汽和氣化工藝本身所需蒸汽，大大提高了能源利用效率；
[0020](2)采用膜式水冷壁和低溫激冷氣激冷相組合的工藝設計，從經濟上大大縮減了設備尺寸，降低了水冷壁等結構制造的投資費用，從工藝上保證了粗煤氣的冷卻效果，可有效方式水冷壁積灰結渣，技術經濟性能大大提高；
[0021](3)將低溫激冷氣、余熱鍋爐和激冷洗滌等三種工藝手段有機結合在一起，達到了余熱回收、粗煤氣深度除灰凈化和合成氣增濕的功能，工藝更加成熟可靠。
[0022]本實用新型提供的裝置克服了現有技術的不足，從粗煤氣降溫、凈化和增濕等三個方面解決現有技術存在的問題，結構設計更加合理，投資成本大大降低，同時運行穩定性得到了有效保障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型提供的復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置未設置激冷噴頭時示意圖；
[0024]圖2為本實用新型提供的復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置設置激冷噴頭時示意圖；
[0025]圖3為激冷氣入口截面示意圖；
[0026]圖4為激冷水噴槍入口截面示意圖。
【具體實施方式】[0027]為使本實用新型更明顯易懂，茲以幾個優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0028]影響粗煤氣冷卻器長期、高效、穩定運行的主要因素，除了與氣化系統的運行工況存在一定的關聯外，還與粗煤氣冷卻器內高溫物流的氣固兩相流流動特性以及溫度分布特性都有著十分密切的關系，往往因高溫熔融、半熔融狀態灰渣顆粒易沖擊到膜式水冷壁表面而發生積灰、結渣、堵渣等現象，嚴重影響了粗煤氣冷卻器的運行穩定性。因此，在氣化單元操作工況穩定時，如何優化粗煤氣冷卻系統的激冷降溫和除塵凈化系統的匹配問題，成為保障氣化與冷卻除塵系統長周期穩定運行的關鍵所在。
[0029]圖1為本實用新型提供的復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置示意圖，所述的復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置包括氣化爐1，氣化爐I與粗煤氣冷卻器采用由耐火磚或者水冷壁構成的下渣口 2進行過渡連接，氣化爐I與粗煤氣冷卻器同軸設置。粗煤氣冷卻器包括承壓外殼15，承壓外殼15內側同軸設有環形通道壁面14，在環形通道壁面14內側同軸設有中心通道水冷壁13，環形通道壁面14與中心通道水冷壁13之間形成環形通道9，中心通道水冷壁13內部形成中心通道3。粗煤氣冷卻器的中心通道3、環形通道壁面14和承壓外殼15等均采用圓筒形設計，粗煤氣冷卻器入口區域的低溫激冷氣入口 12與粗煤氣入口形成一定夾角，低溫激冷氣形成斜向下射流。中心通道3的正下方設有渣池6，渣池6底部設有渣池排渣口 17。粗煤氣冷卻器的承壓殼體和環形通道壁面側上方的出口直接與導管段8連通，并過渡到轉向室4，導管段8采用與重力方向相反的斜向上設計，可使部分飛灰落回粗煤氣冷卻器底部的渣池6，避免帶入后續工段。導管段8與粗煤氣冷卻器的承壓外殼15間形成的夾角α優選取值范圍為15°?90°。轉向室4下方通過錐形口 20與激冷室5同軸相連，激冷室5頂部和上部側面沿筒體圓周裝有激冷噴槍16，激冷室5下部側面設有合成氣出口 11，激冷室5內部合成氣出口 11前端設有折流擋板19，折流擋板19與合成氣出口 11之間還設有過濾器10。激冷室5底部設有灰水池7，灰水池7底部設有灰水池排灰口18。
[0030]結合圖2，根據氣化系統的運行負荷和粗煤氣冷卻器的運行狀況等現場條件，轉向室4頂部可選裝激冷噴頭23，以提高激冷降溫和增濕效果。
[0031]結合圖3，粗煤氣入口區域的低溫激冷氣入口 12沿承壓外殼15的圓周均勻布置，可設置多層低溫激冷氣入口 12，低溫激冷氣入口 12噴入的低溫激冷氣可為凈化后的低溫粗煤氣、CO2或氮氣等惰性氣體，低溫激冷氣入口 12噴入的低溫激冷氣的溫度優選取值為180°C?380°C。中心通道水冷壁13由若干水冷壁管21通過水冷壁鰭片22連接構成。
[0032]結合圖4，激冷室5中設置的激冷噴槍16主要通過機械和壓力式將液態水霧化后形成細小液滴噴入，而每層激冷噴槍16沿激冷室5的殼體圓周均勻布置，縱向可設置I?6層，每層2?12個噴槍。激冷噴槍16噴入的激冷水溫度為120°C?180°C，可采用澄清灰水和后系統循環灰水。
[0033]本實用新型提供的復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置的凈化方法是:溫度為1300?1500°C的高溫物流從氣化爐I向下流動，在粗煤氣入口區域被從低溫激冷氣入口 12噴入的低溫激冷氣激冷至約900°C，經粗煤氣冷卻器的中心水冷壁通道3等冷卻壁面的吸熱作用，粗煤氣在導管段8內已降至約600°C。經轉向室4的粗煤氣由錐形口 20向下流動進入激冷室5，在激冷室5內，低溫液態水通過激冷噴槍16的高速高壓霧化后形成細小的液滴噴入激冷室5，與粗煤氣進行充分的熱質交換，使粗煤氣的溫度由轉向室的約600°C迅速降低到200°C左右，由于部分液態激冷水和灰渣液滴夾帶在粗煤氣中，在合成氣出口 11前設置了兩個障礙，分別是折流擋板19和過濾器10，可避免粗煤氣夾帶大量液態水和灰分離開激冷室5，給后續工藝帶來較大的負擔。
[0034]本實用新型提供的復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置適合于大規模煤氣化化工生產中氣化產物的余熱回收利用，尤其適用于整體煤氣化聯合循環(IGCC)發電系統氣化島氣化產物的顯熱回收利用和化工合成工廠中的粗煤氣冷卻凈化單元，對提高煤氣化系統的能源利用效率具有重要意義。下面以本裝置分別應用于日處理量3000t煤的水煤漿氣化系統和日處理量1500t煤的干煤粉氣化系統的應用實例闡述本實用新型的有益效果。
[0035]實施例1
[0036]將本實用新型提供的復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置應用于日處理量3000t煤的水煤漿氣化系統，采用后系統循環的低溫粗煤氣激冷時，夾角α為75°，
[0037]激冷噴槍16為5層設置，每層設有10個激冷噴槍16，其操作參數和可達到的主要性能指標如下:
[0038]合成氣干基體積流量:259435Nm3/h ；
[0039]合成氣進入粗煤氣冷卻器入口溫度:1320°C ；
[0040]低溫激冷氣溫度:278°C ；
[0041]低溫激冷氣流量:306133Nm3/h ;
[0042]粗煤氣進入導管段溫度:350°C ；
[0043]粗煤氣出激冷室溫度:218 °C ;
[0044]系統散熱損失:< 0.3% ;
[0045]系統可用率:> 96% ；
[0046]粗煤氣冷卻器水冷壁運行壓力(管程):> 10.0MPa ；
[0047]粗煤氣夾帶的灰渣顆粒85%在粗煤氣冷卻器中被底部的渣池捕集，約14%的飛灰在激冷室內被洗除，剩余不足I %的飛灰被合成氣夾帶進入下游工藝系統。
[0048]實施例2
[0049]將本實用新型提供的復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置應用于日處理量1500t煤的干煤粉氣化系統，采用后系統循環的低溫粗煤氣激冷時，夾角α為20°，
[0050]激冷噴槍16為5層設置，每層設有4個激冷噴槍16，其操作參數和可達到的主要性能指標如下:
[0051]合成氣干基體積流量:151063Nm3/h:
[0052]合成氣進入粗煤氣冷卻器入口溫度:1435°C ；
[0053]低溫激冷氣溫度:255°C ；
[0054]低溫激冷氣流量:203935Nm3/h ；
[0055]粗煤氣進入導管段溫度:588°C ；
[0056]粗煤氣出激冷室溫度:228 °C ;
[0057]系統散熱損失:< 0.3% ;
[0058]系統可用率:> 96% ；
[0059]粗煤氣冷卻器水冷壁運行壓力(管程):> 10.0MPa ；
[0060]粗煤氣夾帶的灰渣顆粒75%在粗煤氣冷卻器中被底部渣池捕集，約24%的飛灰在激冷室內被洗除，剩余不足I %的飛灰被合成器夾帶進入下游工藝系統。
[0061]與現有技術相比，本實用新型提供的復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置及方法的能量利用效率提高了 3%?5%，灰脫除率提高了 5%?20%，設備投資費用與全廢鍋流程相比降低了 35%?55%，洗滌用水量與全水激冷流程相比降低了 20%?40%。
【權利要求】
1.一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置，其特征在于:包括氣化爐(I)，粗煤氣冷卻器同軸設于氣化爐(I)下方；粗煤氣冷卻器側上方的出口通過導管段(8)與轉向室(4)連接，激冷室(5)同軸設于轉向室⑷下方； 粗煤氣冷卻器包括由外到內依次同軸設置的承壓外殼(15)、環形通道(9)和中心通道(3)，粗煤氣冷卻器的入口區域設有低溫激冷氣入口(12)，中心通道(3)的正下方設有渣池(6)； 激冷室(5)頂部和上部側面沿周向設有激冷噴槍(16)，激冷室(5)底部設有灰水池(7)，合成氣出口(11)設于激冷室(5)下部側面，激冷室(5)內部合成氣出口(11)前端設有折流擋板(19)，折流擋板(19)與合成氣出口(11)之間還設有過濾器(10)。
2.如權利要求1所述的一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置，其特征在于:所述氣化爐(I)與粗煤氣冷卻器通過下渣口(2)進行過渡連接；所述轉向室(4)內壁為水冷壁或耐火材料結構，所述轉向室(4)下方通過錐形口(20)與所述激冷室(5)同軸相連。
3.如權利要求1所述的一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置，其特征在于:所述渣池(6)底部設有渣池排渣口(17)，所述灰水池(7)底部設有灰水池排灰口(18)。
4.如權利要求1所述的一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置，其特征在于:所述轉向室(4)頂部設有激冷噴頭(23)。
5.如權利要求1所述的一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置，其特征在于:所述低溫激冷氣入口(12)在所述粗煤氣冷卻器入口區域沿所述承壓外殼(15)的圓周均勻布置；所述低溫激冷氣入口(12)為至少一層設置，每層設有至少兩個噴口。
6.如權利要求1所述的一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置，其特征在于:所述粗煤氣冷卻器的中心通道(3)為列管式或盤管式水冷壁結構，所述環形通道(9)的外壁面為水冷壁或耐火材料襯里結構。
7.如權利要求1所述的一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置，其特征在于:所述導管段(8)內壁為水冷壁夾套結構，所述導管段(8)中心線與所述粗煤氣冷卻器的承壓外殼(15)形成斜向上的夾角(a)。
8.如權利要求7所述的一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置，其特征在于:所述夾角(α )為 15。?90。。
9.如權利要求1所述的一種復合式高溫粗煤氣冷卻凈化裝置，其特征在于:所述激冷室(5)上部側面的激冷噴槍(16)為I?6層設置，每層設有2?12個激冷噴槍(16)。
【文檔編號】C10K1/00GK203807417SQ201420107157
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2014年3月11日
【發明者】倪建軍, 李平, 劉煜, 朱姍 申請人:上海鍋爐廠有限公司