CN1104625C - 一种用于冷却载有固体颗粒的热气的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于冷却载有固体颗粒的热气的装置一种用于冷却载有固体颗粒的热气的自清洁装置。此装置包括带有气体进口和气体出口的容器和多重(对流)传热面，传热面纵向延伸，形成了多重气体通道。传热面之间的通道的总进口截面面积沿处理温度降低的方向逐渐减小，使气体流速保持恒定。

Description

一种用于冷却载有固体颗粒的热气的装置

本发明涉及一种用于冷却载有固体颗粒的热气的装置。

例如，一种载有固体颗粒的气体，是得自煤的气化过程的合成气。煤的气化过程是众所周知的细碎固体碳质燃料部分氧化的过程，其中，用作氧化剂的含氧气体和细碎的固体碳质燃料提供给气化区，在适当的温度和压力条件下，在气化区内，大体上自热地产生一种含有合成气(其基本上是氢气和一氧化碳的气体混合物)的气流。而且，象粉煤灰颗粒这样的固态杂质通常存在于合成气中。这样的颗粒可能是粘性的。用作氧化剂的含氧气体通常是空气或(纯)氧气或蒸汽或其混合物。

上述的部分氧化反应通常发生在气化反应器中。为了控制反应器中的温度，可向上述反应器提供一种慢化剂气体(例如蒸汽，水或二氧化碳或其混合物)。

本领域熟练人员将会知道向反应器供应氧化剂和慢化剂的条件。

有利的是，所述碳质燃料(可选择地带有慢化剂气体)和用作氧化剂的含氧气体(可选择地带有慢化剂气体)，至少经过一个燃烧器提供给反应器。热的粗制流出气流通常在或接近反应器的顶部离开反应器，可选择地进行骤冷并且通常在象对流冷却器这样的间接换热器中冷却。

传统上，粗制气流通过对流传热面来冷却，对流传热面安装在位于气化反应器附近的气体冷却器中，气体冷却器通过一个导管连到所述反应器上。

气体载有固体颗粒，因此可能产生传热面腐蚀的问题(当气体流速过高时)，或可能产生在传热面之间的气体通道结垢/堵塞的问题(当气体流速太低时)。

当在稳定的产量和压力下操作时，在冷却过程中，气体流速通常将会减慢至这种程度，即可能发生设备结垢/堵塞(例如由于粘性颗粒)并且需要昂贵的振动装置以避免结垢/堵塞。

因此，需要自清洁冷却器，它依靠载有固体颗粒的气体的自清洁效果，不结垢/不堵塞且没有腐蚀，而且可在正常的操作条件下操作而不需使用(复杂的)振动装置。

因此，本发明提供一种用于冷却载有固体颗粒的热气的自清洁装置，该装置包括带有气体进口和气体出口的容器和传热结构，传热结构由多重传热面构成，传热面在容器中沿纵向延伸于所述气体进口和气体出口之间，并在所述传热结构中形成多重气体通道，其中多重传热面以这样的方式安排，那就是，在所述的传热结构中，气体通道总的入口截面面积要大于在气体通道之间的总出口截面面积，所述的气体通道以这样的方式安排，在操作中，流过气体通道的气体流速，在所述的气体通道入口截面面积和出口截面面积之间大体上保持恒定。

现将参照附图通过实施例更详细地描述本发明，其中：

图1表示本发明气体冷却器的纵切面；

图2a和图2b表示图1的气体冷却器中采用的集管布置的局部侧视图；

图3a和3b分别表示气体冷却器中所用的传热结构沿图1中线I-I和线II-II的横截面视图；

图4表示图3a和3b的一个细节的有利实施方案的局部侧视图。

参照图1，表示出由适于此目的的任何材料制成的容器1。容器1有容器壁1a，用于来自反应器(为清楚起见，没有示出)的载有固体颗粒的气体A的进口2装在容器1的上流侧，用于冷却了的气体B的出口3装在容器1的下流侧，冷却气体B可以任何合适的方式提供给任何合适的气体进一步处理和加工设备(为清楚起见，没有示出)。有利的是，进口2位于或接近于容器1的顶部，出口3位于或接近于容器1的底部。

一般地，气体冷却器大体上是圆筒状的，而且基本上是垂直放置，但本领域熟练人员会懂得，任何适于此目的的放置都可以被应用。冷却器1在其内部以任何合适方式装有带多重(对流)传热面的板4的传热结构，(对流)传热面是以这样的方式安排的，提供多重气体通道13，通道13沿下流方向(即沿处理温度减小的方向)从所述进口延伸到出口。特别是，传热面的安排是这样的，气体通道13的总的进口截面面积大于总的出口截面面积。为清楚起见，只有9组板4在图1中示意出来。但应理解，适于此目的的任何数目的板都可应用。传热结构的高度是M，在所述结构中的外传热面之间的距离分别是W1(进口)和W2(出口)。

有利的是，在气体冷却器中传热面的各组板4由多重冷却管组成(为清楚起见，没有在图1中示出)，多重冷却管间可以任何合适的方式进行机械连接例如以带状物来连接，任何合适的冷却流体可以流过冷却管(例如水或蒸汽，与气体逆流流动较有利)，而且，这些板设计成在传热面之间通道的截面面积呈锥形，其目的在于保持气体流速基本恒定，比较有利的气体流速范围是6-12m/s。冷却管装有翅片较有利。

传热面之间的气体通道总截面面积的减小是这样的，气流A平缓地流向传热面，箭头C所示气流以小角度α撞击传热面的，从撞击的角度看，气流基本上平行于传热面。角α定义如下： $\mathrm{\α}=\tan \frac{1/2(W1-W2)}{M}$

气流的一个有利的撞击角α是2.5度。

气体冷却器的一端装有多重进口集管，向冷却管的板提供任何合适的冷却介质。

气体冷却器的另一端装有多重出口集管。为清楚起见，进口集管、出口集管和冷却管与集管的机械连接没有在图1中示出。

板的冷却管的每一端分别与出口集管6和入口集管5连接。下面将参照图2a和2b作更详细的说明。

而且，在实践中，这样安排板和管，使所谓的膜管壁得以形成，在图1中已分别用参考数字8和9示意出膜管壁的(环形)进口和(环形)出口。膜管壁在容器1中形成一个包住所述板的“笼子”，下面将结合图3a和3b更详细地示意出来。

图2a表示如图1中所示的本发明气体冷却器所用的进口集管布置的局部侧视图。为清楚起见，只示意出7根管。进口集管5可以任何合适的方式与板4中的各冷却管10连接。参考数字1a表示容器壁。

板4中的管10通过带状物10a(例如通过焊接)机械连接。

而且，板4的末端或外管10′是由膜管壁所形成的“笼子”的一部分并与进口8有流体连通(图1)。膜管壁的管不与进口集管5连接。应理解，合适的话，膜管壁能适当弯曲，为在板4和进口集管5之间的连接管提供空间。

图2b表示如图1中所示本发明气体冷却器的出口集管6的相似布置的局部侧视图。为清楚起见，只有7根管已表示出。使用图2a中同样的参考数字，恰当的话，膜管壁的管可适当弯曲。末端或外管10′是“笼子”的一部分，并与出口9有流体连通(图1)。

图3a表示传热面布置沿图1中线I-I的截面视图。此情形中13组板4已示意出来，每组板4包括多重冷却管10、末端或外管10′。

每组板的管10通过带状物10a连接。

各板4的末端或外管10′通过管7与相邻板4的末端或外管10′相连接。外管7和10′形成“笼子”11。

管7(除了安置在对称平面中的两根)的直径从顶部到底部是减小的，以至能够在对称平面两边做到板4的锥形设置和位置倾斜。为清楚起见，只表示出有限数目的各板4中的管10。

参考数字13代表传热面间的气体通道。

板进口侧的板距C₁大于出口侧的板距C₂，这是由于锥形管7在每组板4中的管10′之间的布置。

这样，笼子总的大小的V×W1(进口)，V×W2(出口)，其中W1＞W2，V值保持恒定。

图3b表示图1中出口集管布置的俯视图。同样使用前述的参考数字。

图4表示出“笼子”中锥形管7的有利实施方案(局部表示出)，管7布置在每组板4(参看图3a和3b)的外管10′之间。Z表示锥形的带状物。

管7的直径从入口端到出口端逐渐变小，对管子的锥形部分，有合适的锥形角β(例如2.5°)。在本发明的有利实施方案中，沿向下流动方向，管子直径从60逐渐变小到30mm，长度M为25-35m。

本领域熟练人员会理解，可以应用适于此目的任何数目的集管。例如，在有管子的每组板中，可使用两根集管。

本领域熟练人员还会认识到，本发明不局限于冷却流体与处理气体逆流流动。使用并流流动也是有利的。

本发明一个有利的实施方案中，管子间的带状物设有开口。更有利的是，带状物有25-90％的开口。

从前面的描述可以知道，本发明的各种变化形式对于本领域熟练人员而言是显而易见的。这样的变化形式在所附权利要求的范围之内。

Claims (13)

1.一种用于冷却载有固体颗粒的热气的自清洁装置，该装置包括带有气体进口(2)和气体出口(3)的容器(1)和传热结构(7，10′)，传热结构由多重传热面(4)构成，传热面在容器(1)中沿纵向延伸于所述气体进口(2)和气体出口(3)之间，并在所述传热结构中形成多重气体通道(13)，其中多重传热面以这样的方式安排，那就是，在所述传热结构中，气体通道(13)总的入口截面面积要大于在气体通道(13)之间的总出口截面面积，所述的气体通道以这样的方式安排，在操作中，流过气体通道的气体流速，在所述的气体通道入口截面面积和出口截面面积之间大体上保持恒定。

2.如权利要求1所要求的装置，其中，容器(1)大体上是圆筒形的。

3.如权利要求1所要求的装置，其中，容器(1)大体上是垂直放置的。

4.如权利要求1-3中任一权项所要求的装置，其中，气体进口(2)位于或接近于容器(1)的顶部，气体出口(3)位于或接近于容器(1)的底部。

5.如权利要求1-3中任一权项所要求的装置，其中，传热结构(7，10′)是膜管壁或“笼子”。

6.如权利要求1-3中任一权项所要求的装置，其中，传热面(4)是对流传热面。

7.如权利要求1-3中任一权项所要求的装置，其中，各传热面(4)包括冷却管(10)的板，操作过程中，冷却介质在冷却管中流动。

8.如权利要求7所要求的装置，其中，冷却介质与气体呈逆流流动。

9.如权利要求8所要求的装置，其中，冷却介质是水或蒸汽。

10.如权利要求1-3中任一权项所要求的装置，其中，在传热面(4)间的气体通道(13)的总进口截面面积沿下流方向逐渐减小，因而形成传热面的锥形布置。

11.如权利要求1-3中任一权项所要求的装置，其中，气体流速范围为6-12m/s。

12.如权利要求11所要求的装置，其中，所述的传热面是以一角度α布置的，其中，α＝tan1/2(W1-W2)/M；M是传热结构的高度；W1和W2分别代表传热结构在进口处和出口处的外部传热面间的距离。

13.如权利要求12所要求的装置，其中α角不大于2.5°。

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