[发明专利]在高温高压下冷却固体微粒的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于冷却固体微粒的装置，尤指一种冷却从流化床反应器释放的炽热灰微粒的装置。

背景技术

许多化学操作涉及在高温和/或高压下对固体颗粒进行处理。例如在化学反应完成时固体颗粒经常需要冷却以进行下一步的处理或需要热能回收。冷却及处理流化床煤燃烧器及气化器释放的灰就是这一实例。

灰冷却的常用装置是螺旋冷却器，其中热灰从螺杆的一端进入并由螺杆推进至螺杆的另一端。在这过程中，冷却器中灰与冷却器表面接触并进行热交换，该冷却器表面包括外壳及使灰冷却的螺杆。

然而，该螺旋冷却器存在至少两个问题。其一是由于螺杆在高压及高温下运作，气体-固体颗粒会通过螺杆轴泄漏。虽然人们作出了大量努力来防止螺杆的泄漏，但几乎每个螺旋冷却器都会在运作中产生泄漏。泄漏的气体-固体颗粒混合物会对环境及操作人员造成危害。其二是造成螺杆的堵塞，由于不能将灰从气化器中排出会导致整个运作的停车。

还使用另一种固体颗粒冷却器。其包括流化及移动床冷却器。例如，第4,509,589号美国专利揭示了一种用于冷却固体颗粒的循环流化床冷却器的使用。第5,954,000号美国专利揭示了一种通过流化床冷却灰的方法。此外，第5,176,089号及第5,787,334号美国专利揭示了一种采用漏斗型灰排放系统的方法，其通过膜式壁及循环气体来实现冷却。

这些现有的系统都自身存在问题。流化床冷却器需要大量的气体以流化固体颗粒床。因此，由于气体很难回收至高温及高压的气化器中，流化床冷却器不适用于诸如煤气化反应的应用。

同样地，移动床冷却器通常存在将固体颗粒排放出冷却器的问题。例如，移动床冷却器采用冷却管，其需要某种支撑件，最传统的支撑件是管板。管板是一种钢板，其具有许多圆孔从而可将管板与冷却管焊接以支撑该冷却管，冷却水或其他冷却介质在冷却管中流动。参见第5,209,287号美国专利，当管板用于固体颗粒冷却器时，冷却器的空间基本被管板所占据。

由于在高温及高压下工作，对于在煤气化处理中使用的固体颗粒冷却器的要求十分苛刻。一般而言，不适用管壳式换热器。固体颗粒从煤气化器进入冷却器时的进口温度可超过1000℃，然而管板仅能在相对较低的温度下使用(如大多数的碳钢管板通常仅能在不超过330℃的温度下使用)。由于管板还在固体颗粒流动的通道上，因此很难保护管板。尽管人们作出了一定努力以解决上述问题，例如在管板及固体颗粒间留有空间，但由于管板及冷却管之间存在不能被利用的空间，这些设计不可避免地增加了固体颗粒冷却器的成本。

此外，从煤气化器释放的固体颗粒通常含有大块的异物，其可对用于煤气化的固体颗粒冷却器带来问题，如阻挡了冷却管间流动通道及固体颗粒传送路线。异物包括渣块及耐火材料，其由壁层产生并混合于固体颗粒流中。

因此，本发明的目的在于提供一种解决上述关于固体颗粒冷却问题的技术方案。

发明内容

本发明提供一种关于解决现有固体颗粒冷却问题的创新技术方案。具体来说，本发明采用修改及改进的移动床或流化床冷却器来冷却灰。在一实施例中，本发明的移动床冷却器中异物在进入冷却器的冷却面前先被去除。在进一步的实施例中，异物进一步从与其一起下落的灰中分离并在另一管体中清除。在另一实施例中，本发明的流化床冷却器中水蒸气用作冷却介质并作为气化剂进入气化器中。

本发明的系统没有采用运动部件，因此螺旋冷却器的泄漏可能性被完全消除。进一步地，冷却器中固体颗粒流处于重力的作用且异物在到达冷却面前先被去除，因此也避免了由冷却面间异物产生的堵塞可能性。

在一实施例中，本发明提供了一种冷却从流化床反应器释放的炽热灰微粒的装置，其中灰微粒处于压力下，该装置包括一罐体，一固体颗粒进口，数个冷却管容置于该罐体内，以及一固体颗粒出口，其中冷却管与位于罐体外的集水管连接，并以固体颗粒可在重力作用下不受集水管的阻挡流动通过冷却管的方式排列，其中冷却液体从集水管经由流动通道流进冷却管中，并通过冷却管的侧壁与热灰微粒进行热交换。

在一实施例中，本发明的装置进一步包括至少一位于罐体内部的充气喷嘴以促进灰微粒的流动。

在另一实施例中，本发明的装置可进一步包括一与异物收集器连接的异物捕捉器，其中该异物捕捉器在灰微粒与冷却管侧壁接触前将大于第一预设尺寸的异物从灰微粒中去除。

较佳地，固体颗粒出口包括一闸管。在进一步的实施例中，固体颗粒出口包括一异物驱赶器，其中该异物驱赶器用于去除大于第二预设尺寸的灰微粒聚集物。固体颗粒出口可进一步包括至少一充气喷嘴以促进灰微粒沿出口运动。