CN102757822B - 一种固定式承压热灰渣冷却器 - Google Patents

一种固定式承压热灰渣冷却器 Download PDF

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Abstract

一种固定式承压热灰渣冷却器，与热灰渣排出设备连接，包括用于冷却介质循环的工质进口集箱、工质出口集箱和热交换部件，所述工质出口集箱与所述热灰渣排出设备的灰渣入口连接，所述工质进口集箱与所述热灰渣排出设备的灰渣出口连接，所述热交换部件安装在一密封筒体内并分别与所述工质进口集箱及所述工质出口集箱连通，所述密封筒体分别与所述工质进口集箱和所述工质出口集箱密封连接，所述热交换部件中设置有供热灰渣自由滑落的落渣空隙以使所述热灰渣在自由滑落过程中与所述热交换部件进行充分的热交换。本发明能在保证煤气***露的情况下，对热灰渣进行冷却。

Description

一种固定式承压热灰渣冷却器
技术领域
本发明涉及一种热灰渣冷却器，特别是一种可以保证在灰渣中的有毒压力气体***露的前提下对热灰渣进行冷却的固定式承压热灰渣冷却器。
背景技术
在目前我国大力开发的煤化工新技术和整体煤气化联合循环发电(IGCC)新技术中，存在采用加压方法生产高温煤气的设备。对高温煤气的副产品高温灰渣需要冷却之后才能进行下一步处理。常规冷却热灰渣采用两种形式：固定式冷渣器和旋转式冷渣器。固定式冷渣器是依靠向冷渣器内喷入气体，(比如空气)推动灰渣移动，冲刷受热面来达到降温的目的。由于煤气中不允许加入其它气体，以免影响煤气质量，所以传统的固定式冷渣器不能采用；旋转式冷渣器依靠转动绞拌或螺旋的推力使灰渣与受热面接触，以达到冷却的目的，由于存在转动部分，在内部的压力下，容易产生煤气泄露，所以也不能采用。例如专利号为“ZL200320131156”，名称为“冷渣器”的中国实用新型专利所公开的冷渣器，其结构即不能满足对生产高温煤气产生的高温灰渣冷却的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于加压煤气气化炉热灰渣或整体煤气化联合循环发电***(IGCC)热灰渣的固定式承压热灰渣冷却器，能在保证煤气***露的情况下，对热灰渣进行冷却。
为了实现上述目的，本发明提供了一种固定式承压热灰渣冷却器，与热灰渣排出设备连接，包括用于冷却介质循环的工质进口集箱、工质出口集箱和热交换部件，其中，所述工质出口集箱与所述热灰渣排出设备的灰渣入口连接，所述工质进口集箱与所述热灰渣排出设备的灰渣出口连接，所述热交换部件安装在一密封筒体内并分别与所述工质进口集箱及所述工质出口集箱连通，所述密封筒体分别与所述工质进口集箱和所述工质出口集箱密封连接，所述热交换部件中设置有供热灰渣自由滑落的落渣空隙以使所述热灰渣在滑落过程中与所述热交换部件进行充分的热交换。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，所述热交换部件包括多个管组，所述多个管组间形成所述落渣空隙，所述管组包括立管和多个蛇形管，所述立管两端分别与所述工质进口集箱和所述工质出口集箱连通，所述多个蛇形管分别与所述立管连通。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，所述密封筒体为圆形，所述立管沿圆周方向均匀设置。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，所述多个蛇形管的两端分别焊接在同一根所述立管的同侧以形成同心衍射状结构。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，所述立管内设置有隔板，所述隔板上设置有可允许微量所述冷却介质通过的小孔，所述隔板设置在所述立管上最内圈的所述蛇形管两端之间。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，所述多个蛇形管位于所述密封筒体的中心与所述立管的中心的连线上。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，相邻的所述立管之间分别通过扁钢板密封连接以形成所述密封筒体。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，所述扁钢板与所述立管间为角焊缝焊接连接，所述扁钢板每边的两个角焊缝的最薄处的厚度相加大于或等于所述扁钢板的厚度，以保证所述扁钢板吸收的热量传递到所述立管上。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，所述工质进口集箱及所述工质出口集箱均为圆形结构，所述立管在圆周方向按照相同间距均匀焊接在所述工质进口集箱及所述工质出口集箱之间。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，所述工质进口集箱和/或所述工质出口集箱由圆形钢管弯制。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，所述立管和/或所述蛇形管为圆形钢管。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，所述工质进口集箱和/或所述工质出口集箱的直径大于所述立管的直径，所述立管的直径大于所述蛇形管的直径。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，还包括T型加强环，所述T型加强环安装在所述密封筒体外表面上。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，所述密封筒体的外表面还敷设有保温材料。
上述的固定式承压热灰渣冷却器，其中，所述工质出口集箱与所述灰渣入口为法兰连接或环形钢板连接，所述工质进口集箱与所述灰渣出口为法兰连接或环形钢板连接。
本发明的技术效果在于：本发明能在保证煤气***露的情况下，对热灰渣进行冷却。由于集箱，立管和扁钢板形成一个能够承受内部压力的圆形筒体，可以密封住煤气***露；同时由于立管中存在冷却水，可以承受热灰渣的高温，所以设备内部不需要安装耐火材料或者保温材料；由于设备垂直安装，使灰渣在冷却过程中，可以在重力作用下自动向下流动，因此不需要额外的气体动力来推动。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明一实施例的结构示意图(图3的A-A剖视图)；
图3为图2的B-B剖视图；
图4为本发明一实施例的管组结构示意图。
其中，附图标记
1灰渣入口      2灰渣出口
3工质进口集箱  4工质出口集箱
10热交换部件   5立管
51隔板         6蛇形管
20密封筒体     7扁钢板
8T形加强环     9保温材料
a灰渣进入方向  b灰渣排出方向
c冷却水入口    d冷却水出口
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
参见图1，图1为本发明的结构框图。本发明的固定式承压热灰渣冷却器，与热灰渣排出设备连接，包括用于冷却介质循环的工质进口集箱3、工质出口集箱4和热交换部件10，所述工质出口集箱4与所述热灰渣排出设备的灰渣入口1连接，所述工质进口集箱3与所述热灰渣排出设备的灰渣出口2连接，所述热交换部件10安装在一密封筒体20内并分别与所述工质进口集箱3及所述工质出口集箱4连通，所述密封筒体20分别与所述工质进口集箱3和所述工质出口集箱4密封连接，所述热交换部件10中设置有供热灰渣自由滑落的落渣空隙以使所述热灰渣在自由滑落过程中与所述热交换部件10进行充分的热交换。本实施例中的冷却介质优选为冷却水，冷却水的流动可以采用自然循环的方法，也可以采用强制流动的方法。采用自然循环时，热灰渣冷却器要通过下水管和出水管和锅筒连接(图未示)。下水管和出水管的管径和数量，锅筒相对于冷却器的高度，要通过水循环计算来选取一个合理的数值。采用强制流动时，要保证足够的水流量，使水出口处不能出现过热蒸汽。因上述水循环方法为较成熟的现有技术，在此不作赘述。
参见图2及图3，图2为本发明一实施例的结构示意图(图3的A-A剖视图)，图3为图2的B-B剖视图。所述热交换部件10包括多个管组，所述多个管组间形成所述落渣空隙，本实施例中，优选所述密封筒体20为圆形，所述管组包括立管5和多个蛇形管6，所述立管5两端分别与所述工质进口集箱3和所述工质出口集箱4连通，所述多个蛇形管6分别与所述立管5连通。为了更好地进行热交换，所述立管5沿圆周方向均匀设置，所述多个蛇形管6位于所述密封筒体20的中心与所述立管5的中心的连线上，即所述多个管组优选在水平断面上均匀设置在所述密封筒体20中间。
参见图4，图4为本发明一实施例的蛇形管结构示意图。所述多个蛇形管6的两端分别焊接在同一根所述立管5的同侧以形成同心衍射状结构，为保证大部分冷却水能够从蛇形管6中通过，在所述立管5内设置有隔板51，所述隔板51上设置有可允许微量所述冷却介质通过的小孔，所述隔板51设置在所述立管5上最内圈的所述蛇形管6两端之间。即在立管5内最里圈蛇形管6两端接头的中间焊接隔板51，将立管5分成两部分流通通道。在隔板51上面钻有小孔，可允许微量水流通过，用于冷却无蛇形管区域的立管5的管壁。
所述多个立管5之间分别通过扁钢板7密封连接以形成所述密封筒体20。所述扁钢板7与所述立管5间优选为角焊缝焊接连接，所述扁钢板7每边的两个所述角焊缝的最薄处的厚度相加应大于或等于所述扁钢板7的厚度，以保证所述扁钢板7吸收的热量传递到所述立管5上。为保证立管5中间的扁钢板7运行温度不超过钢材的氧化温度，需要对扁钢板7的尺寸加以限制，扁钢板7的厚度应大于6毫米；宽度取决于其接触的热灰渣温度，热灰渣温度大于650℃时，宽度应小于15毫米，热灰渣温度小于650℃时，宽度可放大到15至30毫米之间。
为了防止在事故工况下煤气压力超过设计压力时筒体产生变形甚至破坏，在密封筒体20的外表面圆周方向可安装T形断面的T形加强环8，优选该T型加强环8按照等间距安装，加强环间距可按内部压力大小，在垂直方向每隔1-2米安装一道。
由于密封筒体20有冷却水冷却，可以承受灰渣的高温，密封筒体20内部不需要铺设耐火材料；密封筒体20外表温度为冷却水温度，为避免热损失，所述密封筒体20的外表面还可敷设保温材料9。
按热灰渣排出设备和冷灰渣接收设备的接口要求，所述工质出口集箱4与所述灰渣入口1为法兰连接或环形钢板连接，所述工质进口集箱3与所述灰渣出口2为法兰连接或环形钢板连接。
本发明的热灰渣冷却器适用于冷却加压生产煤气产生的热灰渣，达到既冷却热灰渣，又防止煤气泄露的目的。高压热灰渣从灰渣入口1进入热灰渣冷却器，充满密封筒体20的内部，由于蛇形管6的主要部分为垂直布置，对灰渣的阻力很小，灰渣在重力作用下沿落渣间隙由上向下缓慢地自由流动，在滑动过程中，高温灰渣与低温的蛇形管6和立管5直接接触，通过热传导作用，将热量传递给管内的冷却介质，完成热交换过程。热灰渣充满密封筒体20内部空间，在重力作用下沿落渣空隙缓慢向下滑动，为保证有充分时间对灰渣进行冷却，滑动速度不宜过大，优选在布置蛇形管6的横断面上以每秒1-2毫米速度滑动。热灰渣的传热主要靠热传导，故整个传热系数很小。传热的阻力来源于灰渣的平均厚度。灰渣的平均厚度越小，传热系数越大。优选灰渣层中心至蛇形管6表面的厚度取50毫米左右。降温后的灰渣从热灰渣冷却器下端的灰渣出口2流出。低温冷却水从下部的冷却水入口c进入，通过立管5的下端引入蛇形管6，再通过蛇形管6进入立管5的上端，加热后的冷却水最终通过冷却水出口d引出。
在本发明一实施例中，所述工质进口集箱3及所述工质出口集箱4均为环形结构，其中，所述环形的工质进口集箱3和/或工质出口集箱4由较大口径钢管弯制，优选所述环形的工质进口集箱3和工质出口集箱4由大口径圆形钢管按相同弯曲半径弯制，所述立管5和/或所述蛇形管6为圆形钢管，所述工质进口集箱3和/或所述工质出口集箱4的直径大于所述立管5的直径，所述立管5的直径大于所述蛇形管6的直径。即所述立管5由较小口径钢管制造，所述蛇形管6由更小口径钢管弯制，所述立管5在环向按照相同间距均匀焊接在所述工质进口集箱3及所述工质出口集箱4之间，所述扁钢板7焊接在相邻立管5之间，与立管5形成能够承受压力的密封筒体20，所述蛇形管6每一根两端分别焊接到同一根立管5上，每根立管5和焊在其上的多根蛇形管6组成一个管组，所有管组在水平断面上均匀布置在密封筒体20中间，灰渣不需要外来高压气体吹动或者机械能量驱动，只是在重力作用下沿着受热面缓慢滑动，在滑动过程中依靠热传导将热量传给冷却水，达到冷却的目的。
本发明的工质进口集箱3、工质出口集箱4、立管5、扁钢板7和蛇形管6优选采用相同的材料制造。例如，在热灰渣入口1温度高于900℃的部分，选取合金钢制造，其余可选取碳钢制造。
为便于制造和安装，运行时减少冷却水阻力，在满足热灰渣冷却的前提下，可以由数个独立的热灰渣冷却器串联完成任务。灰渣依次通过该热灰渣冷却器，而冷却水则分别引入和引出各个所述的热灰渣冷却器。建议每个热灰渣冷却器的高度小于5米。
由于本发明的热灰渣冷却器本身为刚体，不能吸收膨胀，所以该热灰渣冷却器可不设支座，整套设备悬挂到上部热灰渣排出设备上，与热灰渣排出设备一道整体向下膨胀。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种固定式承压热灰渣冷却器，与热灰渣排出设备连接，包括用于冷却介质循环的工质进口集箱、工质出口集箱和热交换部件，其特征在于，所述工质出口集箱与所述热灰渣排出设备的灰渣入口连接，所述工质进口集箱与所述热灰渣排出设备的灰渣出口连接，所述热交换部件安装在一密封筒体内并分别与所述工质进口集箱及所述工质出口集箱连通，所述密封筒体分别与所述工质进口集箱和所述工质出口集箱密封连接，所述热交换部件中设置有供热灰渣自由滑落的落渣空隙以使所述热灰渣在滑落过程中与所述热交换部件进行充分的热交换，所述热交换部件包括多个管组，所述多个管组间形成所述落渣空隙，所述管组包括立管和多个蛇形管，所述立管两端分别与所述工质进口集箱和所述工质出口集箱连通，所述多个蛇形管分别与所述立管连通，所述多个蛇形管的两端分别焊接在同一根所述立管的同侧以形成同心衍射状结构，所述立管内设置有隔板，所述隔板上设置有可允许微量所述冷却介质通过的小孔，所述隔板设置在所述立管上最内圈的所述蛇形管两端之间。
2.如权利要求1所述的固定式承压热灰渣冷却器，其特征在于，所述多个蛇形管位于所述密封筒体的中心与所述立管的中心的连线上。
3.如权利要求1所述的固定式承压热灰渣冷却器，其特征在于，相邻的所述立管之间分别通过扁钢板密封连接以形成所述密封筒体。
4.如权利要求3所述的固定式承压热灰渣冷却器，其特征在于，所述扁钢板与所述立管间为角焊缝焊接连接，所述扁钢板每边的两个角焊缝的最薄处的厚度相加大于或等于所述扁钢板的厚度，以保证所述扁钢板吸收的热量传递到所述立管上。
5.如权利要求3所述的固定式承压热灰渣冷却器，其特征在于，所述工质进口集箱及所述工质出口集箱均为圆形结构，所述立管在圆周方向按照相同间距均匀焊接在所述工质进口集箱及所述工质出口集箱之间。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的固定式承压热灰渣冷却器，其特征在于，所述工质进口集箱和/或所述工质出口集箱由圆形钢管弯制。
7.如权利要求6所述的固定式承压热灰渣冷却器，其特征在于，所述立管和/或所述蛇形管为圆形钢管。
8.如权利要求7所述的固定式承压热灰渣冷却器，其特征在于，所述工质进口集箱和/或所述工质出口集箱的直径大于所述立管的直径，所述立管的直径大于所述蛇形管的直径。
9.如权利要求1、2、3、4、5、7或8所述的固定式承压热灰渣冷却器，其特征在于，还包括T型加强环，所述T型加强环安装在所述密封筒体外表面上。
10.如权利要求1、2、3、4、5、7或8所述的固定式承压热灰渣冷却器，其特征在于，所述密封筒体的外表面还敷设有保温材料。
11.如权利要求1、2、3、4、5、7或8所述的固定式承压热灰渣冷却器，其特征在于，所述工质出口集箱与所述灰渣入口为法兰连接或环形钢板连接，所述工质进口集箱与所述灰渣出口为法兰连接或环形钢板连接。
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