激冷结构及具有其的气化炉

技术领域

本发明涉及气化炉技术领域，具体而言，涉及一种激冷结构及具有其的气化炉。

背景技术

“双碳”(碳达峰碳中和，简称“双碳”)目标驱动下，对我国煤等含碳化石能源的综合利用提出了更高要求。含碳资源的气化技术是其清洁高效利用的核心技术。气化炉是气化技术的关键核心装备，激冷室激冷结构是与气化炉连为一体的至关重要的设备。

以煤为例，水煤浆或煤粉在气化炉燃烧室内不完全燃烧生成1400℃左右的高温合成气与熔渣进入气化炉下部的激冷结构，在激冷结构内饱和冷却洗涤，使得灰渣由气体中分离。

现有专利技术中激冷结构主要包括：激冷环、激冷筒和上升管或破泡齿条等。气化炉与激冷结构之间通道是渣口，渣口下部连接激冷环，激冷环下部连接激冷筒，激冷筒下端深入到激冷室液位以下。

激冷筒是激冷室的重要部件，是合成气由气化炉燃烧室进入激冷室的通道，其与高温合成气有着极为紧密的接触。激冷环位于渣口下侧激冷筒上端外侧，激冷环的作用是将激冷水均匀的分布在激冷筒内壁上，形成液膜。这层液膜将激冷筒和高温合成气以及熔融渣有效隔离开来，避免高温合成气以及熔融渣与激冷筒内壁直接接触，从而保护激冷筒不被高温合成气与熔渣烧坏，同时对高温合成气在一定程度上激冷降温。

另外，目前，常规的激冷筒的结构大多数是从上至下的直筒板卷结构，对具有常规激冷筒的激冷结构而言，气流经过激冷筒后，其沿着激冷筒外侧折返向上进入黑水中洗涤，其中一部分合成气会沿激冷筒外壁面竖直方向贴壁穿过水浴液面后直接进入激冷室中，该部分气流中携带的灰渣未经过有效洗涤，对气流中的灰渣的洗涤效果较差，使得合成气中携带部分灰渣，在后续系统管道内流动性差，发生积渣堵塞的问题。

发明内容

本发明提供一种激冷结构及具有其的气化炉，以解决现有技术中的激冷结构对气流的洗涤效果差的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种激冷结构，其包括：激冷室外壳，设置有进渣口、排渣口和排气口，进渣口设置在激冷室外壳的顶部，排渣口设置在激冷室外壳的底部，排气口设置在激冷室外壳的侧壁上，激冷室外壳用于盛装用于洗涤的黑水和洗涤后沉淀下来的灰渣；激冷组件，设置在激冷室外壳内，激冷组件包括激冷环和激冷筒，激冷环设置在进渣口的下方，激冷环设置有顺次连通的激冷水进口、激冷水通道和激冷水出口，以供激冷水流通；激冷筒的进气端与进渣口连通，激冷环内的激冷水由激冷筒的进气端流入至激冷筒内并贴内壁向下流动，激冷筒的出气端延伸至黑水中；导流部，一体连接在激冷筒的底端，导流部的外边缘朝向远离激冷筒的侧壁的方向斜向上延伸，合成气经导流部斜向上流入黑水中进行洗涤。

进一步地，激冷结构还包括：破泡部，沿激冷筒的周向环形设置在激冷筒的外侧，破泡部位于排气口的下方，且位于导流部的上方，破泡部用于破碎气泡。

进一步地，破泡部包括：破泡筒，套设在激冷筒的外侧，且位于导流部的上方，破泡筒与激冷筒之间形成破泡间隙。

进一步地，破泡筒包括由下至上顺次连通的集气段和上升筒段，上升筒段和激冷筒之间形成破泡间隙，集气段底端的直径大于集气段顶端的直径，沿激冷筒的轴线方向，导流部的投影位于集气段的底部的轮廓内，合成气经集气段进入上升筒和激冷筒环隙中进行气泡破碎。

进一步地，沿上升筒段至集气段的方向，集气段的直径逐渐增加。

进一步地，破泡部还包括：破泡齿条，设置在激冷室外壳内，破泡齿条位于激冷筒的外周，破泡齿条位于导流部的上方，且位于破泡筒的下方。

进一步地，激冷结构还包括：折流帽，设置在破泡筒的远离导流部的一端，洗涤破泡后的合成气经折流帽折返斜向下进入激冷室外壳和激冷筒环隙中进行气液分离。

进一步地，折流帽沿激冷筒的周向环形设置在激冷筒的侧壁上，折流帽的外边缘向下延伸，沿激冷筒的轴线方向，破泡筒的靠近折流帽的一端的端面的投影位于折流帽的轮廓内。

进一步地，激冷筒包括：冷却结构，整体形成环状结构，冷却结构包括多个冷却通道，多个冷却通道沿冷却结构的周向间隔分布，每个冷却通道均设置有一个进液口和一个出液口，以供冷却液流通；堆焊保护层，设置在冷却结构的内侧壁上，以对冷却结构进行堆焊保护，堆焊保护层内壁面经加工成标准圆筒形，以便激冷水膜贴壁均匀流动。

进一步地，冷却结构包括多个冷却管，多个冷却管沿冷却结构的周向分布，且相邻的冷却管通过鳍片板焊接定位设置，每个冷却管均设置有顺次连通的进液口、冷却通道和出液口。

进一步地，激冷结构还包括：进口环形集箱和进液管，进口环形集箱套设在激冷筒的上部外周，多个冷却管的进液口分别与进口环形集箱连通，进液管的一端连接至激冷室外壳的进液接管上，另一端与进口环形集箱连通；出口环形集箱和出液管，出口环形集箱套设在激冷筒的下部外周，多个冷却管的出液口分别与出口环形集箱连通，出液管的一端连接至激冷室外壳的出液接管上，另一端与出口环形集箱连通。出液管由若干弯头和直管组成以保证能充分吸收激冷室运行过程中激冷筒的径向和轴向膨胀，出液管方位与破泡齿条的支腿及集气段的支腿方位一致。

进一步地，冷却结构的底部向外侧弯折，以形成导流部。

根据本发明的另一个方面，提供了一种气化炉，其包括上述的激冷结构。

应用本发明的技术方案，使得气流经过激冷筒进入黑水后，能够沿着导流部斜向上流动。传统技术方案中，激冷筒为竖直设置的直筒状结构，气流经过激冷筒后，一部分合成气会沿激冷筒外壁面竖直方向贴壁穿过水浴液面后直接进入激冷室中。与传统的技术方案相比，本方案的设置，使得气流由激冷筒进入至激冷水后，沿着导流部斜向上流通。导流部的设置，能够改变气体流通的路径，避免出现气流进入至黑水后直接贴壁向上流通的情况，提升了对气流中灰渣的洗涤效果。另外，传统技术方案中，激冷筒为直筒状板卷结构，在激冷水局部堵塞导致液膜流动不均匀或因渣口局部堵渣导致气流偏斜流动情况下，相应部位的激冷筒由于无法得到充分冷却时，会导致激冷筒烧损甚至烧穿。与传统的技术方案相比，本方案的设置，激冷筒由水冷壁冷却管组成，冷却水能充分的冷却上述异常工况下的激冷筒，且激冷筒内壁面有堆焊保护层，能够有效降低激冷筒烧损和磨蚀的风险。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例提供的激冷结构的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例提供的激冷结构的局部结构俯视图；

图3示出了根据本发明实施例提供的破泡齿条的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例提供的激冷筒的剖视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、激冷室外壳；

101、进渣口；1011、第一竖直筒段；1012、过渡段；1013、第二竖直筒段；

102、排渣口；103、排气口；

21、激冷环；

22、激冷筒；

221、冷却结构；2211、冷却管；

222、堆焊保护层；

23、导流部；

31、破泡筒；

311、上升筒段；312、集气段；

32、破泡齿条；

40、折流帽；

51、进口环形集箱；52、进液管；

61、出口环形集箱；62、出液管；

70、导流板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种激冷结构，其包括：激冷室外壳10，设置有进渣口101、排渣口102和排气口103，进渣口101设置在激冷室外壳10的顶部，排渣口102设置在激冷室外壳10的底部，排气口103设置在激冷室外壳10的侧壁上，激冷室外壳10用于盛装用于洗涤的黑水和洗涤后沉淀下来的灰渣；激冷组件，设置在激冷室外壳10内，激冷组件包括激冷环21和激冷筒22，激冷环21设置在进渣口101的下方，激冷环21设置有顺次连通的激冷水进口、激冷水通道和激冷水出口，以供激冷水流通；激冷筒22的进气端与进渣口101连通，激冷环21内的激冷水由激冷筒22的进气端流入至激冷筒22内并贴内壁向下流动，激冷筒22的出气端延伸至黑水中；导流部23，一体连接在激冷筒22的底端，导流部23的外边缘朝向远离激冷筒22的侧壁的方向斜向上延伸。

应用本发明的技术方案，使得合成气经过激冷筒22进入黑水后，能够沿着导流部23斜向上流动。传统技术方案中，激冷筒为竖直设置的筒状结构，气流经过激冷筒后，沿激冷筒22外侧折返向上进入黑水中洗涤，其中一部分合成气会沿激冷筒22外壁面竖直方向贴壁穿过水浴液面后直接进入激冷室外壳10中，该部分气流中携带的灰渣未经过有效洗涤。与传统的技术方案相比，本方案的设置，使得气流由激冷筒22进入至激冷水后，沿着导流部23斜向上流通。导流部23的设置，能够改变气体流通的路径，避免出现气流进入至黑水后直接贴壁向上流通的情况，提升了对气流中灰渣的洗涤效果。

并且，本方案中，导流部23沿激冷筒22的周向环形设置，如此设置，能够提升导流部23对气流导流的均匀性。

本实施例中，导流部23大致成一个倒锥形筒状结构，即导流部23的外边缘向上延伸。如此设置，能够提升气体流通的顺畅性。

进一步地，激冷结构还包括破泡部，破泡部沿激冷筒22的周向环形设置在激冷筒22的外侧，破泡部位于排气口103的下方，且位于导流部23的上方，破泡部用于破碎气泡。破泡部的设置，能够对向上流动的合成气在黑水中形成的大气泡进行破泡，以减少气体中的灰渣随气泡排出至激冷室外壳10外侧的可能性，提升对气体的洗涤效果。

本方案中，破泡部包括破泡筒31，破泡筒31套设在激冷筒22的外侧，且位于导流部23的上方，破泡筒31与激冷筒22之间形成破泡间隙。破泡筒31的设置，其结构简单，便于安装，也便于装置停车后实现对其的清洗。

进一步地，可在破泡筒31的内侧壁上设置刺泡凸起结构，如此设置，能够进一步提升破泡筒31的破碎气泡的效果。

如图1和图2所示，本实施例中，破泡筒31包括由下至上顺次连通的集气段312和上升筒段311，上升筒段311和激冷筒22之间形成破泡间隙，集气段312底端的直径大于集气段312顶端的直径，沿激冷筒22的轴线方向，导流部23的投影位于集气段312的底部的轮廓内。集气段312的设置，能够使得经过洗涤后的气体尽可能地通过破泡筒31向上流通，减少了气体未经过破泡筒31就排出的可能性，提升了对气泡的破碎效果。

本实施例中，导流部23的顶端与集气段312之间具有间隙。如此设置，使得气体经过导流部23后与集气段312发生碰撞，使得集气段312还具有一定的气液分离的效果。

具体地，沿上升筒段311至集气段312的方向，集气段312的直径逐渐增加。如此设置，能够减少对气体流通的阻力，提升气体沿集气段312向上升筒段311流通的顺畅性。

如图1和图3所示，本方案中，破泡部还包括破泡齿条32，设置在激冷室外壳10内，破泡齿条32位于激冷筒22的外周，破泡齿条32位于导流部23的上方，且位于破泡筒31的下方。本实施例中，破泡齿条32设置有多个，每个破泡齿条32均是环形，多个破泡齿条32的直径依次增加，且多个破泡齿条32同轴且依次套设在激冷筒22的外周。破泡部还包括连接杆，多个破泡齿条32通过连接杆相互连接。

如图1所示，进一步地，激冷结构还包括折流帽40，折流帽40设置在破泡筒31的远离导流部23的一端，洗涤破泡后的合成气经折流帽40折返斜向下进入激冷室外壳10和激冷筒22环隙中进行气液分离，减少黑水随气体排出至激冷室外壳10的可能性，降低后系统管路和设备腐蚀的风险。

具体地，折流帽40沿激冷筒22的周向环形设置在激冷筒22的侧壁上，折流帽40的外边缘斜向下延伸，沿激冷筒22的轴线方向，破泡筒31的靠近折流帽40的一端的端面的投影位于折流帽40的轮廓内。如此设置，能够保证合成气气液分离的效果。

如图1和图4所示，进一步地，激冷筒22包括冷却结构221和堆焊保护层222。冷却结构221整体形成环状结构，冷却结构221包括多个冷却通道，多个冷却通道沿冷却结构221的周向间隔分布，每个冷却通道均设置有一个进液口和一个出液口，以供冷却液流通。堆焊保护层222设置在冷却结构221的内侧壁上，以对冷却结构221进行堆焊保护。进入至进渣口101内的合成气气体温度非常高，达到1400℃左右，方案中，在冷却结构221内通入冷却液，加之堆焊保护层222对冷却结构221的保护，以及在堆焊保护层222内壁面形成的激冷水膜，能够实现对激冷筒22的多重保护，减少高温气体烧穿激冷筒22的可能性。

本实施例中，通过镍基焊材对冷却结构221的内表面堆焊并机加工形成标准的圆筒形结构，以形成保护层。如此设置，能够保证激冷筒22的结构强度，减少冷却结构221被烧毁的可能性。

具体地，冷却结构221包括多个冷却管2211，多个冷却管2211沿冷却结构221的周向分布，且相邻的冷却管2211通过鳍片板焊接定位设置，每个冷却管2211均设置有顺次连通的进液口、冷却通道和出液口。本实施例中，冷却结构221中的多个冷却管2211均竖直设置，并组成一个环形的结构，其内侧用鳍片进行密封焊。如此设置，能够提升对多个冷却管2211连接的稳定性。

进一步地，冷却结构221中的多个冷却管2211的顶部朝外并依次朝外部竖直向下、向外弯折以形成一个弯头，该部分弯头也通过鳍片进行密封焊，并设置有堆焊保护层222。

如图1所示，本实施例中，激冷结构还包括进口环形集箱51和进液管52，进口环形集箱51套设在激冷筒22顶端的弯头的外周，多个冷却管2211的进液口分别与进口环形集箱51连通，进液管52的一端连接至激冷室外壳10的进液接管上，另一端与进口环形集箱51连通。如此设置，便于实现对进口环形集箱51和多个冷却管2211的连接。

进一步地，每个冷却管2211的顶部朝外并竖直向下弯折形成一个圆弧段，多个冷却管2211的顶部朝外并向下弯折后形成一个大致成圆形结构，激冷环21位于该圆形结构的上方，激冷环21的激冷水进口设置在激冷环21的外侧壁上，且该激冷水进口沿水平方向延伸。如此设置，能够提升激冷环21与多个冷却管2211分布的合理性，避免冷却管2211对激冷环21的激冷水进口发生干涉的情况。

本实施例中，进液管52设置有多个，多个进液管52沿进口环形集箱51的周向间隔均匀分布。如此设置，能够提升流体流入至多个冷却管2211内的顺畅性以及均匀性，进一步减少激冷筒22的局部温度过高的情况，减少激冷筒22被烧穿的可能性。

进一步地，冷却结构221的底部向外侧弯折，以形成导流部23。

具体地，冷却结构221中的多个冷却管2211的底部朝外并倾斜向上弯折以形成一个大致倒锥形的结构，该部分倒锥形结构也通过鳍片进行密封焊，并设置有堆焊保护层222，以形成导流部23。

进一步地，激冷结构还包括导流板70，导流板70为锥形结构，导流板70的直径由下至上逐渐增加。导流板70套设在激冷筒22的外侧，导流板70的底端与导流部23的顶端密封连接，导流板70的顶端位于破泡筒31的集气段312内，并与激冷筒22的外侧壁密封连接，导流板70与集气段312之间形成导流空间，导流空间的截面积由下至上逐渐减小。导流板70的设置，能够对气体的流动进行导向，避免了气体流动至导流部23与激冷筒22之间的空间内后向上流动效果差的问题。

导流板70的直径由底端至顶端的方向逐渐减小。

进一步地，激冷结构还包括出口环形集箱61和出液管62，出口环形集箱61套设在导流部23的顶端的外周，多个冷却管2211的出液口分别与出口环形集箱61连通，出液管62的一端连接至激冷室外壳10的出液接管上，另一端与出口环形集箱61连通。如此设置，能够利用多个冷却管2211本身的结构形成导流部23，使得导流部23具有一定的冷却效果，且提升了对导流部23加工的便捷性，也提升了导流部23的结构稳定性。

本实施例中，出液管62设置有多个，多个出液管62沿激冷筒22的周向间隔均匀分布。如此设置，能够提升流体在多个冷却管2211内排出的顺畅性以及均匀性。出液管62由若干弯头和直管组成以保证能充分吸收激冷室运行过程中激冷筒22的径向和轴向膨胀，出液管62方位与破泡齿条32的支腿及集气段312的支腿方位一致，以减少气流洗涤过程中的积渣点，降低结构积渣架桥堵塞的风险。

进一步地，导流部23的与激冷筒22的夹角设置为30°至60°。当夹角小于30°时，含固合成气流出锥形导流部23后的气速过大，会对导流部23自身的列管和出口环形集箱61的环管等受压管路的冲刷加剧，影响部件的运行寿命。当夹角大于60°时，合成气流出锥形导流部23后的气速过小，会降低流体湍流程度，影响洗涤效果。因此，本方案中，将夹角设置在上述范围，既可以使得合成气流出锥形导流部23后的气速适当，降低受压管道的冲刷磨蚀风险，也可以使得气流在黑水中为湍流流动状态，保证了洗涤效果。

具体地，导流部23设置成倒锥形结构，合成气经过激冷筒22进入水浴后，由于密度小，受浮力影响会向上流动，倒锥形结构相对于平板结构阻力更小，压降更低，流场状态更好。如果是正锥形结构，由于扩径，合成气从锥形底部流出后会向上流动，锥形上表面无充分的气流流动，合成气洗涤出来的灰渣会有一部分落在锥形上表面，形成积渣架桥，对设备长周期运行有影响。本方案的设计更符合气流的流动状态，且不会形成积渣点。

本实施例中，进渣口包括由上自下依次连接的第一竖直筒段1011、过渡段1012和第二竖直筒段1013，第一竖直筒段1011的直径小于第二竖直筒段1013的直径，第一竖直筒段1011的底端向外弯折以形成过渡段1012，即过渡段1012分别与第一竖直筒段1011和第二竖直筒段1013垂直。

第一竖直筒段1011和第二竖直筒段1013的高度之比的范围在0.9～1.2之间。第一竖直筒段1011和第二竖直筒段1013的直径之比的范围在0.6～0.9之间，优选在0.7～0.8之间。

本发明的另一个实施例提供了一种气化炉，其包括上述实施例中的激冷结构。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。