CN1043732A - 气化器放出的成品气流辐射冷却方法和辐射冷却器 - Google Patents

Abstract

从气化器，特别是煤加压气化器放出的含颗粒成品气流在带辐射冷却罩的圆筒形辐射冷却器中进行辐射冷却的方法，其特征是用离子开辐射冷却罩一定距离的圆筒形辐射冷却壁板将成品气流分成同心圆状层流，其层密度宜于达到高度辐射热交换，并且流过辐射冷却壁板的成品气流在预冷区冷却至足以防止粒子烧结的温度。本发明还包括该法所用辐射冷却器。

Description

本发明气化器，特别是煤加压气化器放出的含颗粒成品气流在带辐射冷却罩的园筒辐射冷却器中进行辐射冷却的及其辐射冷却器。应知道，辐射冷却器包括相应的壳体。辐射冷却罩以及本发明涉及的辐射冷却壁板由隔板或类似的，如箱式结构按已知方式组成。一般来说用于净化目的辐射冷却壁板和辐射冷却罩装有拍打设施或类似装置。在气化器中进行的燃料，如细粉碎煤或其它载碳体和燃烧剂如氧以及必要时的蒸汽之间的反应中气化温度为约1200-1700℃。一般来说来说来自这自气化器的带灰粒成品气流通过悬垂的在该温度下将其送去进行烧结的壁板，挨热片和辐射冷却壁板。这种成品气流的辐射为气体和颗粒辐射。

在导出本发明的已知方法（DE        3725424）中，径向辐射冷却壁板在辐射冷却罩内***成品气流中。但还要求增大传热面积并改善辐射。对于给定冷却效率，在已知工艺中要求的辐射冷却器不紧凑，体积大。

因此，本发明目的是提出辐射冷却效果得以大大改进的方法，在该法中可采用比已知设备更为紧凑的辐射冷却器。本发明还提出特别宜于本发明方法的辐射冷却器。

为达到这一目的，本发明提出成品气流通过离开辐射冷却罩设置的园筒形辐射冷却壁板分成浓缩的园筒状层流，层密度可达到高度辐射热交换，并且流过辐射冷却壁板区域的成品气流在预冷区冷却到足以免除颗粒烧结的温度。一般来说预冷区位于成品气入口和园筒形辐射冷却壁板之间。但预冷区也可置于辐射冷却器之前。在两种情况下都有反射面和/或阻尼面。

园筒状层流中流过的成品气密度宜于达到高度辐射冷却这一特征可通过物理方法确定：在这方面应先强调，激发的分子以及存在粒子的情况下还有粒子有助于气体的辐射。在成品气的稀薄气体层区域，原则上辐射热交换一律随气体层的密度增大而增加。稀薄气体层中粉尘含量和气体本身在壁板和气体层之间的辐射热交换过程中对辐射传热并不起干扰屏蔽作用。在稠密气体区域成品气的远离壁板气体层和进行辐射热交换的壁板之间的气体层的作用就象一种辐射屏蔽。在气体和壁板之间通过辐射交换的排热随气体密度增大而降低，因为远离壁板的气体层通过气体本身和粒子受到屏蔽。将两种现象叠加起来，可得到这样的结果，即对稀薄气体层而言辐射热交换随密度增大而增加，而对稠密气体层则随密度增大而降低。因此，必须达到辐射热交换成为最大的气流层密度。变化其它物理参数，则可调整这种层密度范围。对于给定产品气，不难通过试验确定最大气流层密度。本发明中“达到高度辐射热交换”这一特征指这样确定值的气流层密度应不再受干扰。

以上所述层密度优化结果的关系可用下列热力方程式表示。首先在等温均匀稀薄气流层和冷面之间通过辐射进行的热交换在略去观察气体透射损失的情况下来考虑。因此气体和壁板之间的辐射热交换可近似地作为两面的辐射交换：

q″＝εб（T⁴ _气体-T⁴ _壁板）

其中q″：辐射交换的热流密度

ε：总发射率

б：黑体辐射常数

T：气体或壁板的温度

总发射度ε可由气流层和壁板的发射率进行计算。气流的发射度可近似地定为：

ε_气体＝1-exp（-kδ）

其中k：消光系数

δ：气流密度

消光系数可近似地定为粉尘和辐射气体成分消光系数之和：

K＝K_粉尘+

+

+K_CO+……

粉尘消光系数与粉尘表面，其吸收能力和浓度有关。因此热流密度可总结如下式：

上式表明了气体和壁板之间的辐射热交换与气流层密度的依赖关系。因此，对于稀薄气流层，辐射热交换一律随气流层密度的增大而增加。

下面的研究结将稠密气流层作为许多稀薄气流层之和：可以想象出密度为1/K的各单一层平行于壁板叠加而形成的气流层，其中最靠近壁板的用l表示，而最远的用n表示。所有单一层都相互进行辐射交换。因此可以看出，透射系数T与辐射透过的气流层的密度关系极大，T是辐射分量，在辐射气体元素至壁板的光路上并不被吸收。第i个气流层和壁板之间的透射系数T可在略去第i个气流层的透射损失的情况下计算如下：

Υ＝exp（1-i）

i        1        2        3        4        5        6        7

Υ        1.00        0.368        0.135        0.05        0.018        0.007        0.003

上表示出了壁板和从壁板数起7个气流层之间的透射系数T。从中可以看出，只有离壁板最近的3层可与壁板进行有效的辐射交换。离壁板更远各层的辐射仅与其相邻气流层之间进行辐射交换。远离壁板的气流层不能通过直接辐射热交换将其热传给壁板，而只能与邻近壁板的气流层进行辐射交换。这又与下一更接近壁板的气流层进行辐射交换，直至贴近壁板的气流层，该层直接向壁板辐射。换句话说，远离壁板的气流层和壁板本身之间的各气流层作为辐射屏蔽。因此可以看出，通过气体和壁板之间的辐射交换达到的散热效果随气流层密度的增加而降低，因为远离壁板各气流层被强烈地屏蔽在壁板之外。

对稀薄和稠密气流层密度这两方面的研究总结起来可达到以下不同的结果，即对于稀薄气流层而言，辐射热交换随气流层密度的增大而增加，而对于稠密气流层，则随层密度的增加而降低。因此，层密度范围必须使辐射热交换达到最大。

从以上研究可以看出，这一值不能直接确定。优化值δ可选为发射率为约0.86的气流密度的双倍值。

用数字式表述如下：

该值同时确定了本发明辐射冷却器中两个相互靠近的园筒形罩之间的径向距离，所选这一值促使在两个园筒形罩之间流过的气体与园筒形罩之间通过气体和粒子辐射进行热交换。这种结构的辐射冷却器可使传热面积最小。达到上述优化值的0.5-3.0倍之间的范围即可有效地缩小传热面积。

简单地说，本发明中还可采取许多其它的结构和形式。本发明方法的基本点应表达为，将成品气流分成园筒状层流，由靠近壁板而促使气体和壁板之间通过辐射而进行热交换的稀薄分流层组成。本发明的优选实施方案，这在应用于煤加压气化所得成品气流时特别有效，其特征是将成品气流分成园筒状层流，其密度约为其发射率为0.86的一层密度的双倍值。为保证不发生干扰性的灰粒烧结，本发明指出，中心区域的成品气流往后通过园筒形辐射冷却壁板作为向外靠近辐射冷却罩的区域进行辐射热交换。优选的常常是使成品气流以尽可能无横流的流形流动。其中流形不仅可调为层流，也可调为流。

本发明方法比相应的辐射冷却器结构更为紧凑。因此，本发明还涉及特别适于实施本发明方法的辐射冷却器。其基本结构中，除了壳体而外，还包括园筒状辐射冷却罩，沿圆筒轴向设置的成品气流入口以及与此同轴的辐射冷却成品气流出口，其中在辐射冷却罩内还设有附加辐射冷却壁。本发明辐射冷却器特征是附加的辐射冷却壁板作为园筒形辐射冷却壁板，在成品气流向上于预冷区之后为形成园筒状层流面相互同心地在径向与辐射冷却罩隔开并相互分开一定距离。按照本发明优选实施方案，预冷区基本上为由旋转抛物面构成并且无内装元件的空间，紧接着成品气入口，往后在更窄抛物面上流动，并且被辐射冷却罩包围，其中园筒形辐射冷却壁板按摊物面形式以其前沿紧接预冷区。很显然，辐射冷却罩以及园筒状辐射冷却壁板在成品气流向上一般具有符合辐射冷却原则的长度，因此可使成品气得到足够的冷却。在园筒状辐射冷却壁板与辐射冷却罩之间的距离使层密度达到0.5-3倍于发射率约为0.86的层密度的双倍值时，本发明中的辐射热交换就会很强。一般来说，都会使辐射冷却壁板同心并且等距离，其中这样确定的距离还对应于相应辐射冷却壁板与辐射冷却罩分开的距离。但这些距离向内至辐射冷却器的中轴线还可变得大，这样在所有辐射冷却偶板上均可同样进行更强的热交换。换句话说，有基本上等量的分流在圆筒状层流中流动。

以下借助仅说明实施例之一的附图详述本发明。

图1为本发明方法所用辐射冷却器的剖面图。

图2为这种辐射冷却器另一实施方案的剖面图。

图1辐射冷却器基本上呈园筒状并具有园筒形辐射冷却罩1，按已知方式制成相应的壳体。在园筒轴向还有成品气体入口2，与此同轴的辐射冷却成品气出口（未示出）。在辐射冷却罩1内还有附加的辐射冷却壁板3。这是园筒形辐射冷却壁板3并且在成品气流向上于预冷区4后相互同心设置，而且与辐射冷却罩1隔开径向距离A以形成园筒状层流，相互也分开距离A。在该实施方案中，预冷区4基本上为旋转抛物面空间，中间无内装元件。预冷区紧接成品气入口2并且往后呈窄摊物面流形。预冷区4由辐射冷却罩1包围着，这样就能在足够长的流路上进行预冷。园筒形辐射冷却壁板3以其前沿5按照抛物面形紧接预冷区4。这种结构可使成品气流经过圆筒形辐射冷却壁板3而分流成同心园筒状层流，而且其密度宜于达到高度辐射热交换。流过辐射冷却壁板3的成品气流在预冷区4中冷却到足以避免粒子烧结的温度。

图2为实施本发明方法的另一种结构辐射冷却器剖面图。包围同心辐射冷却壁板3的辐射冷却罩未在图中示出。用3标明两块可观察到的相互隔开所说距离A的同心园筒状辐射冷却壁板，并举例说明更大的数目。所有同心辐射冷却壁板3置于气化器中的相互高度并且有热成品气流过。为避免辐射冷却壁板3的前面粘土撞击的粘性粒子，各传热面3之前都设置一个撞击和/或阻尼面6或7，其目的主要不是传热，而是接收粘性粒子并阻挠气流在入口前流入辐射冷却壁板3之间的空间。撞击面6或阻尼面7在传热面之前成一线并且可与其机械连接或从其延伸出来。这些面可以机械或气动方式而清除粘附性粒子。但更有利的是，通过用耐火材料振而降低其热导率，这样使撞击粒子在热成品气流中仍保持能够以流渣滴落的表面温度。这就确定了撞击面或阻尼面6或7在气化器中置于可仍足以保持这些粒子呈流态的高度。

Claims (12)

1、从气化器，特别是煤加压气化器放出的含颗粒成品气流在带辐射冷却罩的园筒形辐射冷却器中进行辐射冷却的方法，其特征是用离开辐射冷却罩一定距离的园筒形辐射冷却壁板将成品气流分成同心园状层流，其层密度宜于达到高度辐射热交换，并且流过辐射冷却壁板的成品气流在预冷区冷却至足以防止粒子烧给的温度。

2、权利要求1的方法，其特征是将成品气流分成园筒状层流，由靠近壁板而促使气体和壁板之间通过辐射而进行热交换的稀薄分流层组成。

3、权利要求1或2的方法，其特征是将成品气流分成园筒状层流，其层密度约为发射率约为0.86的一层密度的双倍值。

4、权利要求1-3之一的方法，其特征是中心区域的成品气流往后通过园筒形辐射冷却壁板作为向外靠近辐射冷却罩的区域进行辐射热交换。

5、权利要求1-4之一的方法，其特征是成品气流以层尽可能无横流的流形流动。

6、进行权利要求1-5之一所述方法的辐射冷却器，其中园筒形辐射冷却罩，在园筒轴向设置的成品气入口以及与此同轴的辐射冷却成品气流出口12，其中在辐射冷却罩内还设有附加辐射冷却壁，其特征是附加的辐射冷却壁板作为园筒形辐射冷却壁板（3），在成品气流向上于预冷区（4）之后为形成园筒状层流而相互同心地在径向与辐射冷却罩（1）隔开并相互分开一定距离（A）。

7、权利要求6的辐射冷却器，其特征是预冷区（4）基本上为由旋转抛物面构成并且无内装元件的空间，紧接着成品气入口（2）往后在更窄抛面上流动，并被辐射冷却罩（1）包围而且园筒形辐射冷却壁板（3）按抛物面（5）形式以其前沿紧接预冷区（4）。

8、权利要求6和7之一的辐射冷却器，其特征是辐射冷却罩（1）以及园筒状冷却壁板（3）在成品气流向上一般具有符合辐射冷却原则的长度。

9、权利要求6-8之一的辐射冷却器，其特征是辐射冷却壁板（3）与辐射冷却罩（1）隔开并相互分开距离（A），在这段距离内层密度达到权利要求3所述层密度的0.5-3倍。

10、权利要求6-9之一的辐射冷却器，其特征是园筒形辐射冷却壁板（3）之间的距离（A）相等或向内至中轴线变得更大。

11、权利要求6或8-10之一的辐射冷却器，其特征是园筒形辐射冷却壁板（3）罩于气化器内相同高度上。

12、权利要求6-11之一的辐射冷却器，其特征是园筒形辐射冷却壁板（3）之前设有撞击和/或阻尼面（6，7）。