CN1037730A - 冷却一种热气体产物的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在本方法中，在一个冷却区中沿气体流动方向朝 要冷却的气体喷入一个环状的冷却流体射流，它是由 多个分开的冷却流体射流合成的，射流的量和进入深 度与在冷却区各环形腔中流动的气体产物的流量相 匹配，冷却流体射流的喷入速度根据所需要达到的进 入深度来选择。

Description

本发明涉及一种冷却含粘性或熔融颗粒的热气体产物的方法和设备，冷却时其粘性消失，这时，沿气体流动方向在一个圆形横截面的冷却区中向热气体产物喷入一个环形的冷却流体的射流。

在冷却含粘性或熔融颗粒的热气体产物时颗粒失去了它的粘性，当低于某个凝固温度时，始终存在着由于粘附而使这些颗粒沉积于所用器具或其它设备零件壁面上的危险。这种沉积物的必不可免的增长，将逐渐导致在所使用器具中的气体通道堵塞，从而使整个设备不能工作。这样一种含有粘性或熔融成分的气体产物的一个明显的例子是部分氧化气，这是在煤和/或其它含碳物在温度高于矿渣熔点时部分氧化的情况下获得的。以1200至1700℃的温度离开气化器的部分氧化气，含有粘性或熔融的矿渣微粒和/或其它焦油状的成分，而这些东西会造成前面所述的堵塞。因此，在冷却和进一步处理这种气体时，必须采取适当措施，使这些伴生物不会堵塞在所使用器具的壁面、热交换器表面和/或在管道中，否则会妨害冷却过程和后续加工工序的进行。

冷却热气体产物的方法的原理是已知的，即在此热气体产物流中，沿气体流动方向，喷入或注入环状冷却流体射流。这样输入可强制形成一个截锥形结构的环状射流，当它与气体产物流相叠加时，具有一个收敛的初级部分和一个发散的次级部分。

在此冷却原理的使用实例中，冷却流体从一个形形缝导入热气体产物流中，这些都是早已众所周知的。例如这一方法用在所谓循环煤气工艺中，这时向热燃烧气体中掺入回炉煤气，以调节温度。（U11mann著，第一卷，1951年，第182页，332图）。环状空气加热器也按此同样原理进行工作，在一个混合室中给热燃烧气体掺入冷空气。近来在DE-OS3524802中提出建议，这个冷却原理也可用于冷却含粘性或熔融颗粒的热气体产物，尤其是用于冷却部分氧化气。应通过从一个环形槽引入冷却流体，避免颗粒接触壁面，从而消除沉积的危险。但是已经证明，以此方式并不能以令人满意的程度达到上述目的。在截锥形冷却流体环形射流边缘所形成的再循环流，不能使粘性颗粒远离壁面，正相反，却使它们靠近壁面。

因此，本发明的目的是对本文开始所说的那种方法作如下改进，即在冷却过程中避免粘性或熔融颗粒接触壁面，并因而排除粘附或沉积的危险。与此同时，应保证使气体产物和冷却流体完全和均匀地混合。

按本发明达到上述目的所用的这种方法，其特点是环形射流由多个分开的冷却流体射流合成，它们的量和进入深度与流入冷却区中各环形腔的气体产物流的质量相匹配，冷却流体射流的喷入速度根据所希望进入的深度来选择。

与迄今已知的工作方式不同，按本发明的方法不再使冷却流体以一个封闭的环状射流的形式输入。代替这种形式的是将环状射流分解为多个分开的单股射流，它们各有不同的质量和不同的进入深度，有相同的或各不相同的喷入角。因此，冷却流体的输入可与流入冷却区中各环形腔的气体产物流的质量相匹配。

用图1对此加以说明。图中示意表示了冷却区2的一个断面，喷出各冷却流体射流的喷嘴环4装在此冷却区中。冷却区2的直径D在这里例如分成四个部分。因此直径1/4D、2/4D、3/4D和D构成了具有不同基面的冷却区环形腔的边界，图中用不同的阴影线来表示冷却区中的各个环形腔。这些环形腔的基面在冷却区总面积中所占的百分数从里到外分别为6.25%、18.75%、3125%和43.75%。在气体产物经过冷却区横截面的流速为常数时，此百分数同样也适用于气体产物总质量在冷却区各不同环形腔中的分配情况。所以，与此不同的气体产物质量相应，在冷却区各环形腔以不同的进入深度e₁、e₂、e₃、e₄喷入不同的冷却流体质量 ₁、

₂、

₃、 ₄。喷入角αi可根据工作需要是相同的或彼此不同。冷却流体喷入速度可根据需要达到的进入深度来选择。与此同时，喷入速度最好选择为，在达到所需进入深度的情况下，使射流平均速度沿流向的垂直分量等于总气流的流速。

如前所述可以得出结论，冷却1200℃至1700℃热的部分氧化气显示了本发明方法的一个最佳应用领域。其它一些使用本发明方法的气体产物，是那些含粘性或熔融颗粒如金属、盐或灰的气体。作为冷却流体最好能使用冷的经净化的气体产物的分流。但也可以用其它介质，例如蒸汽，或必要时用经预热的水。

本发明方法的进一步细节和适合于实施此方法的设备在从属权利要求中给出，并在下面借助于图2至图4说明。其中：

图2    实施本发明方法的设备纵剖面示意图;

图3    喷嘴环和两个前后腔的横截面图，以及

图4    喷嘴环上面的冷却流体输入装置的纵剖面图。

图2表示了反应器1的上部以及直接与之相接的冷却区2，反应器是用来制造要加以冷却的气体产物的。假如要使用本发明的方法来冷却部分氧化气，则反应器1为一个具有已知特征的气化反应器。因为制造各种气体产物本身不是本发明的内容，所以这里无需进一步讨论反应器1的结构细节。如曾指出的，冷却区2有一个圆形横截面。所制出的气体产物沿箭头3的方向流动，由下向上，从反应器1流入冷却区2。在图2所示的设备中，冷却流体分三级以不同的目的和不同的作用进行工作。气体产物的冷却通过从喷嘴环4向气体中喷入冷却流体射流来实现。冷却流体输入的具体规定已在前面详细说明。借助于不同的喷入速度使各股冷却流体的射流具有不同的进入深度，它们用箭头5来表示。仍然通过在腔6a、6b和6c中不同的压力和不同的喷嘴直径，达到不同的喷入速度，喷嘴环4分布在腔6a、6b和6c中。当然，喷嘴环上有数量与所需冷却流体的射流数相对应的喷嘴，这一点并未在图中详细表示。这些喷嘴沿整个喷嘴环4均匀分布。通过采用直径相同数量不同的喷嘴，得到不同的冷却流体质量。如箭头5的位置所表示的，各冷却流体射流可以有不同的喷入角。喷入角αi可在0°至90°的范围内。改变喷嘴在喷嘴环4上的斜度来达到相应的喷入角。喷嘴环4上的冷却流体喷入速度在1米/秒至100米/秒的范围内。各喷嘴均穿过腔6a、6b和6c与导管7相连，导管用来输入所需冷却流体。所需要的压力用阀门8来调节。

为了有适应不同工作情况的能力，最好能根据冷却区2中的气体温度来控制腔6a、6b和6c的喷嘴环中的冷却流体压力。由温度测量仪22所测得的气体温度，经过脉冲传输线21传输，作为阀门8伺服驱动机构23的控制量，因此阀门可依据测得的温度打开或关闭。这种类型的调节特别用于在部分负荷运行时，气体产物的量与正常情况相比降得很低时，因此，冷却过程只由一个减小了的冷却流体量来进行。这种情况可以一直发展到完全切断对各喷嘴组输入冷却流体。由于作图方面的原因，图中只表示了对喷嘴环4的腔6a所进行的上述调节。当然，这种调节也可用于其它各腔。

为了使从反应器1以上到冷却区2以下的过渡区9中不被粘附，经环形缝隙10与壁面平行地沿箭头11的方向，向设备中引入另一股冷却流体射流。这一股冷却射流可通过排挤作用，使那些颗粒离开反应器壁面。为了使这股冷却流体射流的边界层不被扰乱，以及得到与反应器1壁面轮廓平行的颗粒通道，设计过渡区9，使它的斜度始终按指数曲线变化并过渡到冷却区2的圆柱部分。从环形缝隙10喷出的冷却流体的射流速度在0.1米/秒到50米/秒的范围内。环形缝隙10最好如图中所示设计成使其壁面12沿着反应器1的上部。通过导管13使环形缝隙10与环形导管14相连，并经由导管15向环形导管14输入所需冷却流体。

除此以外，有另一股冷却流体射流在喷嘴环4上面经环形缝隙16喷入冷却区2。这股用箭头17表示的冷却流体射流，应当避免产生或抑制旋涡和回流，旋涡和回流有可能是在冷却流体经喷嘴环4喷入时在冷却区2的壁面上造成的。为此，角度β应比较小，亦即在0°至45°范围内选取，从而使此冷却射流本身不会在冷却区2的壁面上造成回流。这股冷却流体射流的速度在1米/秒至50米/秒之间的范围内。环形缝隙16仍通过导管18与环形导管19相连，环形导管经由导管20供入所需冷却流体。

如前所述，图2只示意表示本发明的设备，从中看不出具体的结构设计。例如反应器1的壁面和/或冷却区2的壁面，除了可设计成一种流过冷却介质的管壁以外，还可以在它们的内侧敷设一种耐火衬里。由于加工工艺方面的原因，缝隙16也可以是其它的形式，关于这一点将在下面结合图4给以说明。

图3表示了另一种结构形式的喷嘴环4的横截面。与图2所示的结构形式相反，在这里喷嘴环具有前后腔6a和6b。图2所示结构中，各腔6a、6b和6c的喷嘴排上下叠放，而在图3所示结构形式中，所有喷嘴处于同一平面中。后腔6a的喷嘴24要经过导管段25与此腔相连，而属于前腔6b的喷嘴26则直接装在腔的壁上。当然，喷嘴24和26可以有不同的直径和/或倾斜角。通常，属于同一个喷嘴腔中的喷嘴都是相同的。

最后，图4表示了在喷嘴环4上面的冷却流体输入装置的一种具体结构形式的纵剖面。在图2所示设备中，冷却流体经环形缝隙16喷入冷却区2，但由于加工工艺方面的原因，在这里同样可以装一个喷嘴环27。喷嘴环27上设有向上开口的导环29，借助于此导环，可使从喷嘴28出来的冷却流体射流的流动更加均匀。

Claims (13)

1、一种冷却含粘性或熔融颗粒的热气体产物的方法，冷却时其粘性消失，这时，沿气体流动方向在一个圆形横截面的冷却区中向热气体产物喷入一个环形的冷却流体射流，其特征为：环形射流由多个分开的冷却流体射流合成，它们的量和进入深度与流入冷却区中各环形腔的气体产物流的质量相匹配，冷却流体射流的喷入速度根据所希望的进入深度来选择。

2、按照权利要求1所述之方法，其特征为：冷却流体射流的喷入速度选择为，在达到所需进入深度的情况下，使射流平均速度沿流动方向的垂直分量等于总气流的流速。

3、按照权利要求1和2所述之方法，其特征为：冷却流体射流通过一个喷嘴环以1米/秒至100米/秒的速度和0°至90°的喷入角αi喷入气体产物中。

4、按照权利要求1至3所述之方法，其特征为：喷嘴环中的冷却流体压力，根据冷却区2中的气体温度来调节。

5、按照权利要求1至4所述之方法，其特征为：在喷嘴环的上面和下面，各外加另一股喷入气体产物中的冷却流体射流。

6、按照权利要求1至5所述之方法，其特征为：喷嘴环下面的冷却流体射流，以1米/秒至50米/秒的速度，其流动的走向与此区中的反应器壁面轮廓平行地喷入气体产物中。

7、按照权利要求1至6所述之方法，其特征为：喷嘴环上面的冷却流体射流，以1米/秒至50米/秒的速度和0°至45°的β角喷入气体产物中。

8、使用按权利要求1至7所述方法冷却部分氧化气体，这种气体是在煤和/或其它含碳物在温度高于矿渣熔点时通过部分氧化获得的。

9、实施按照权利要求1至8所述方法之设备，其特征为：反应器（1）和与之直接相连的冷却区（2）都具有进入冷却流体的环形缝隙（10、16）;此外，在反应器（1）和冷却区（2）之间的过渡区（9）中，装有一个供入冷却流体的喷嘴环（4）。

10、按照权利要求9所述之设备，其特征为：环形缝隙（12）是通过使壁面（12）沿该区中的反应器（1）壁面来构成的。

11、按照权利要求9和10所述之设备，其特征为：反应器（1）和冷却区（2）之间的过渡区（9）被设计成使它的斜度始终按指数曲线变化并过渡到冷却区（2）的圆柱部分。

12、按照权利要求9至11所述之设备，其特征为：喷嘴环（4）分在多个腔（6a、6b、6c）中，它们上下排列或前后连续排列。

13、按照权利要求9至12所述之设备，其特征为：在环形缝隙（16）所在位置设喷嘴环（27），喷嘴环（27）上置有向上开口的导环（29）。

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