[实用新型]用于冷却和清洗含固体高温气体的装置及采用该装置的气化系统

说明书

本实用新型提出用于冷却和清洗含固体高温气体的装置及采用该装置的气化系统，包括顶部表面，圆柱体压力壁面和底部锥面，表面中心有气流的入口及固体排渣口，轴向位置设置下降管，围绕在下部浸入水浴的下降管周围的上升管，及在压力壁面上有气流出口和上升管上端部的遮罩，上升管和遮罩之间形成环形流动区域；上升管和遮罩之间有导流叶片，导流叶片径向为宽度方向，并在正切于装置纵向的轴线上倾斜；同时，本实用新型还提供了采用上述装置的气化系统。本实用新型通过对一种冷却含固体气体流的下降管激冷装置进行符合空气动力学原理的改进，使固体从装置内壁上分离，增加了固体的分离效果，改善了分离固体的程度。

技术领域

本发明提出一种用于冷却和清洗含固体高温气体的装置。本发明特别适用于用于冷却和清洗含有合成气的气化激冷装置，其中包括了经过气化炉和激冷装置的炉渣和灰分颗粒。

背景技术

在化学工艺技术中，激冷工艺用于快速冷却反应混合物，以进一步抑制不希望产生的副产物。

进入激冷装置的是经过对含碳材料气化生成的合成气一氧化碳和氢，它们是制备多种化学最终产物的中间物。为反应生成合成气，需要在高温(1200-1900℃)和一定压力下(4-8MPa)进行。若缓慢的冷却会产生不期望的副反应，从而降低所需合成气的产量。

在工业生产中，合成气的生产是以经粉碎的含碳燃料为原料，尤其是煤，送入气化炉中燃烧器中并添加氧气和水蒸汽，通过调整各种气体组分，在燃烧器的火焰区部分氧化。这个过程称为气化。气化炉可被设计为气流床气化炉，固定床气化炉或者渣浴气化炉。

在气流床气化炉中，气化烧嘴布置在反应炉的顶部区域，通过在火焰区域的燃烧生成部分氧化的一氧化碳和氢气。反应生成物会在离开火焰区域进入下游激冷装置时产生进一步反应，此粗合成气中的非反应物如熔渣和灰分颗粒必须与合成气分离，以获得化学最终产物。

在激冷装置中，通常的方式是利用冷却介质，通常是水，快速地与含有熔融反应残留物的反应气体接触，使高温气体与水雾化和/或以一定强度将反应气体送入水浴。从逻辑上讲，这种采用冷却水与热气流接触的方式可将其中的固体物质分离开来。在反应气体和熔融反应残留物冷却到炉渣熔点以下后，大部分的固体即可采用已知的机械洗气方式与激冷气体分离。

气流床气化炉通常是在其下游设计激冷装置结构单元使反应物迅速冷却，其中含固体杂质的反应气体被直接引入激冷装置，避免与反应气体接触的炉渣和灰分颗粒在激冷装置表面的滞留是工业生产中的一个难题。

为解决此难题目前有许多的方法。采用的方法多集中在使装置壁面形成水壁从而保护内壁，并采用快速冷却使高温气体冷却到炉渣熔点以下。

在专利WO 2012/034700 A2中描述了一种处理含固体杂质高温气体的方法，其将高温气体导入下降管并在第一区与其内壁的冷却壁面接触，在第二区与喷射到下降管横截面上的冷却液体接触，之后被引入到第三区的冷却液浴中，而后在第四区的与雾化冷却液接触。该下降管可选用具有内部冷却的双壁面设计。

在专利CN204097417U中描述了一种煤气化装置，包括一个气化装置和与其相连的下降管激冷装置。通常情况下气化装置和激冷装置处在共同的压力壳体内部。粗合成气从气化室进入内部冷却夹套，其中，合成气和固体颗粒被冷却到炉渣熔点以下。通过后续的水浴，将大部分固体杂质分离。合成气上升形成气泡进入在下降管和一个固定在顶部遮罩上的立管之间的同心环形空间，在此空间中环绕上升，在到达顶部遮罩处被转向进入遮罩和上升管之间的环形空间。在此环形空间中，具有轴向分布的螺旋挡板，使合成气流动形成涡流。由于离心力，仍然存在于合成气中的固体颗粒由内向外加速，因此它们可在遮罩内分离或直接在外壁内落入激冷装置的水浴。

专利CN204097417U中的上升管由压力壁面上的径向支撑固定。

这一解决方法的缺点是，螺旋导流叶片会产生高的压力损失，并会在窄流通截面产生堵塞的风险。

发明内容