一种带扩口结构的洗涤冷却管

摘要

本发明涉及一种带扩口结构的洗涤冷却管，包括自上而下依次排布连接的洗涤冷却环、扩口段洗涤冷却管、喷水环、洗涤冷却管和气体分布器，且中心线同轴。本发明的洗涤冷却管与目前工业上使用的洗涤冷却管相比，具有不易积渣、对苛刻操作条件的适应性强、耐气化煤种的变化及气化条件的波动、不易烧损等特点，可保障气化装置的长周期、安全、稳定运行，特别适宜于大型化煤气化装置。本发明的洗涤冷却管可广泛应用于以含碳氢物质为原料的热壁型及冷壁型耐火衬里气流床气化的激冷工艺流程。

说明书

技术领域

本发明涉及一种洗涤冷却管，特别涉及一种适用于以煤、石油焦、生物质、可燃工业 废弃物等含碳氢物质为原料的气流床气化生产合成气或煤气装置中高温气体及熔渣激冷的 洗涤冷却管。

背景技术

基于气化后续加工不同产品的要求，根据回收高温气体显热工艺方案的不同，气化有 三种工艺流程——激冷流程、废锅流程和废锅激冷联合流程。对于合成氨、甲醇等化工生 产多采用激冷流程。气化过程产生的高温合成气和熔渣进入激冷室，在激冷室中与激冷水 接触，合成气降温、熔渣固化，被激冷后的粗合成气含有较多水蒸汽，可直接送入变换系 统而不需再补加蒸汽。该工艺过程中热量主要进入水循环系统。激冷流程的工艺、设备及 操作均较简单。

激冷流程的气流床煤气化技术适应化工合成的需求，近年来已得到广泛应用，其中有 代表性的为华东理工大学开发的多喷嘴对置式煤气化技术（专利号US7862632B2， ZL98110616.1，ZL01210097.8，ZL2005101114824.8，ZL200810039551.3）和美国的Texaco 水煤浆气化技术。

洗涤冷却管(即下降管)是激冷流程的气流床煤气化炉的关键部件。在洗涤冷却管内， 出气化室的高温、高压、含熔渣的粗合成气与洗涤冷却水接触，进行粗合成气及其所含熔 渣的降温、合成气增湿、熔渣相变凝固、灰渣为水浸润等过程，使高温（>1200℃）的粗合 成气激冷至相应操作压力下的饱和温度（<300℃）。

洗涤冷却管内进行的热质传递过程非常剧烈。现有激冷流程煤气化装置的洗涤冷却管 通常采用结构简单的等径式圆筒，即气化室至激冷室的渣口内径、洗涤冷却环内径和洗涤 冷却管内径基本相同。为了适应耐高温、耐熔渣侵蚀和承受剧烈的热质传递，通过选用 Incoloy825、Incoloy800等高等级合金材料，并依靠洗涤冷却环形成的水膜，以实现保护。 但随着气化室操作负荷的提高，以及气化所使用的煤质发生波动，将导致洗涤冷却管内的 操作工况进一步恶化，由于洗涤冷却管内径较小，携带大量熔渣的粗合成气容易在洗涤冷 却管壁面上挂渣，从而造成洗涤冷却管的水膜分布不均，进而导致烧损。洗涤冷却管的烧 损直接导致出气化炉的合成气超温，如果联锁启动及时，直接造成气化炉停车；如果联锁 启动不及时，将烧损激冷室壳体，可能会发生重大安全事故。这也是困扰现有的激冷流程 气流床气化长周期、安全、稳定运行的重要因素之一。

实践证实，洗涤冷却管的烧损往往是源于洗涤冷却管的积渣。

因此，为了保证洗涤冷却管的正常使用，避免其损坏并延长其使用寿命，实现激冷流 程气流床气化炉的稳定运行，有必要发明一种能显著降低积渣可能性的洗涤冷却管来取代 现有的洗涤冷却管。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供一种带扩口结构的洗涤冷却管，以克服现有技术的洗涤冷 却管容易积渣并烧损、使用寿命不够理想的缺陷。

本发明的构思是这样的：对于激冷流程的气流床气化装置，出气化室的高温、高压、 含熔渣的粗合成气通过渣口进入洗涤冷却管，与通过洗涤冷却环以形成水膜形式进入的激 冷水进行剧烈的热质传递。现洗涤冷却管采用等径式圆筒，洗涤冷却管内空间较小，粗合 成气中的熔渣存在一定的碰壁可能性。如由于气化室操作状态的改变，导致进入激冷室粗 合成气中熔渣及飞灰形态发生变化，洗涤冷却管上积渣概率可能大大提高，将产生洗涤冷 却环形成的水膜分布不均等问题，最终造成洗涤冷却管烧损。所设计的带扩口结构的洗涤 冷却管，采用洗涤冷却环、扩口段洗涤冷却管和洗涤冷却管组合，使洗涤冷却管内空间大 大增加，可显著降低熔渣碰壁（洗涤冷却管壁面）的可能性，即洗涤冷却管积渣的可能性 也大大降低，从而提高洗涤冷却管的操作弹性，以保障洗涤冷却管的稳定运行。

本申请的发明人在大量研究的基础上，提出了本发明技术方案，具体如下：

一种带扩口结构的洗涤冷却管，所述带扩口结构的洗涤冷却管包括自上而下依次排布 连接的洗涤冷却环、扩口段洗涤冷却管、喷水环、洗涤冷却管和齿形气体分布器；

所述洗涤冷却环置于所述扩口段洗涤冷却管的顶端；

所述喷水环沿所述洗涤冷却管的顶部均匀设置，所述齿形气体分布器设置在所述洗涤 冷却管的下缘部。

所述扩口段洗涤冷却管的形状为平板形、锥形、球形或椭球形。

所述洗涤冷却管的内径d2与所述洗涤冷却环的内径d1的比值为1.1～3.0：1(优选的比 值为1.5～2.5)。比值由进入的粗合成气及熔渣流量（即操作负荷）确定。

所述喷水环的喷水角度可以调整，分别为沿所述洗涤冷却管垂直向下喷水和向所述洗 涤冷却管的轴线方向喷水。

所述洗涤冷却管的下部设有气体平衡口。

所述洗涤冷却环、扩口段洗涤冷却管、喷水环和洗涤冷却管的中心线同轴。

所述带扩口结构的洗涤冷却管适用于耐火砖型及水冷壁型的气流床气化炉。

洗涤冷却管的下部设置气体平衡口，下缘部设置齿形的气体分布器，以实现出洗涤冷 却管的粗合成气的均布。出洗涤冷却管的粗合成气经激冷室液相主体空间的鼓泡、气液分 离后出激冷室。

所述的洗涤冷却环置于扩口段洗涤冷却管的顶端，与气化室渣口相邻，通过洗涤冷却 环形成激冷水水膜。

所述带扩口结构的洗涤冷却管适用于耐火砖型及水冷壁型的气流床水煤浆或粉煤气化 炉。

本发明具有的优点：带扩口结构的洗涤冷却管，使洗涤冷却管内空间得以增加，从而 显著降低洗涤冷却管上积渣概率，提高洗涤冷却管的操作弹性，延长其使用寿命，有力保 障激冷流程气化装置运行的稳定性。该带扩口结构的洗涤冷却管适用于各种激冷流程的气 流床气化炉，如：不同耐火衬里形式(耐火砖型及水冷壁型)、不同原料形态(水煤浆及粉煤)。

附图说明

图1是本发明的洗涤冷却管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体方案进行说明。

实施例1

由图1可见，本发明的洗涤冷却管包括洗涤冷却环1、扩口段洗涤冷却管2、喷水环3、 洗涤冷却管4和气体分布器5，依次自上至下连接排布，且中心线同轴。

出气化室的高温、高压、含熔渣的粗合成气和熔渣以5～30m/s的速度通过渣口，途经 内径与渣口内径相同的洗涤冷却环1，与洗涤冷却环1形成的激冷水水膜一起并流下行， 经扩口段洗涤冷却管2，并经喷水环3喷水后，进入洗涤冷却管4进行激冷。

扩口段洗涤冷却管2的形式为平板形，也可以为锥形、球形或椭球形。

洗涤冷却管4的内径d2与洗涤冷却环1的内径d1的比值为1.1～3.0，优选的比值为 1.5～2.5。比值由进入的粗合成气及熔渣流量（即操作负荷）确定。

喷水环3沿洗涤冷却管4顶部设置，均匀布置喷水孔。采用两种喷水方式——沿洗涤 冷却管4垂直向下喷水、向洗涤冷却管4轴线方向喷水，可实现保护洗涤冷却管和进一步 强化激冷的效果。

激冷后的粗合成气通过洗涤冷却管4下部的气体平衡口41和下缘的齿形气体分布器5 的均布，进入激冷室的液相主体空间鼓泡，然后经气液分离后出激冷室。

洗涤冷却环1、扩口段洗涤冷却管2和洗涤冷却管4相互采用焊接连接。

实施例2

一台日处理1500吨煤的激冷流程多喷嘴对置式水煤浆气化炉，出热壁型(耐火砖衬里) 气化室的高温粗合成气的压力为6.5MPa，温度为1290℃，流量14772m³/h，含渣10245kg/h。 出气化室的渣口内径为950mm。采用实施例1的带扩口结构的洗涤冷却管。洗涤冷却环的 内径950mm，经洗涤冷却环进入的激冷水的流量280m³/h；扩口段洗涤冷却管采用锥形过 渡；洗涤冷却管的内径1750mm，其与洗涤冷却环内径的比值为1.8；喷水环喷水量80m³/h， 沿洗涤冷却管垂直向下喷水约60m³/h，向洗涤冷却管轴线方向喷水约20m³/h。洗涤冷却管 总长度6.0m，壁厚7mm，材质Incoloy800。通过洗涤冷却管下部的气体平衡口和下缘的 齿形气体分布器离开的粗合成气温度约270℃。本带扩口结构的洗涤冷却管在气化煤种发 生变化和操作工况恶化时，洗涤冷却管壁面上基本不发生积渣现象，保护其免受烧损，使 用寿命可达3年以上。

综上所述，上述实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范 围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。