流化床冷卻器、冷卻方法及煤加氫氣化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫固體顆粒的冷卻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種流化床冷卻器、冷卻方法及將該流化床冷卻器用在煤加氫氣化的氣化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]粉煤加氫氣化是指粉煤與高溫氫氣在高壓條件下反應(yīng)生成甲烷、高附加值油品和固體半焦。該工藝能充分利用我國豐富的低階煤資源，尤其是針對(duì)高揮發(fā)份、高活性的次煙煤或褐煤，高效清潔轉(zhuǎn)化制天然氣的同時(shí)副產(chǎn)高附加值油品，通過梯級(jí)利用、全價(jià)開發(fā)，能夠真正實(shí)現(xiàn)煤炭資源的清潔、高效和綜合利用。
[0003]在粉煤的加氫氣化過程中會(huì)產(chǎn)生大量固體半焦，其中，固體半焦約為粉煤原料的30-50%，而且溫度較高，含有大量顯熱，因此如何回收該部分高品質(zhì)熱量對(duì)提高整個(gè)工藝熱效率尤為重要。
[0004]為回收上述高品質(zhì)熱量、提高整個(gè)工藝的熱效率，現(xiàn)有技術(shù)中常采用流化床冷卻器，使物料呈流態(tài)化，增加了固體、氣體及換熱管間的傳熱效率，是目前公認(rèn)的用于固體物料冷卻的先進(jìn)方法。但是，由于該高溫半焦顆粒的粒徑較小(10-100 μ m)，顆粒多孔吸水，堆密度較小(90-200kg/m3)，屬于A類固體顆粒，在普通的流化床冷卻器中無法正常流化，且在冷卻器中的停留時(shí)間極短，所以其換熱效果極差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的實(shí)施例提供一種流化床冷卻器、冷卻方法及利用此流化床冷卻器的煤加氫氣化系統(tǒng)，能夠解決高溫輕質(zhì)微細(xì)固體顆粒在流化床冷卻器中無法正常流化、在冷卻器中停留時(shí)間短、換熱效果差的技術(shù)問題。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種流化床冷卻器，包括密閉的換熱室，所述換熱室內(nèi)底部架設(shè)分布板，所述分布板下方設(shè)有流化氣進(jìn)氣口 ；所述分布板上方設(shè)有換熱管和流化介質(zhì)；
[0008]所述換熱室上部壁面設(shè)有流化介質(zhì)入口、進(jìn)料口和出氣口，所述進(jìn)料口插裝進(jìn)料管，所述進(jìn)料管向所述分布板方向延伸但不超過所述分布板；所述進(jìn)料管內(nèi)通有待冷卻固體顆粒，且其管口處設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥；所述流化介質(zhì)在所述換熱室內(nèi)處于常流化狀態(tài)。
[0009]為了方便地對(duì)換熱管進(jìn)行操作、控制，將所述換熱管內(nèi)流通有冷卻劑，并將換熱管入口和換熱管出口均延伸至換熱室的壁面之外。
[0010]此外，為了進(jìn)一步提高待冷卻固體顆粒在換熱室內(nèi)的換熱效率，將所述換熱管內(nèi)冷卻劑的流向呈自上而下設(shè)置，使其流向與待冷卻固體顆粒的流向正好相反。
[0011]為了方便地對(duì)流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述流量調(diào)節(jié)閥設(shè)在所述進(jìn)料管的下端管口處，且所述流量調(diào)節(jié)閥向下延伸至所述換熱室的底部壁面之外。
[0012]為了便于待冷卻固體顆粒的正常流化，所述流量調(diào)節(jié)閥為錐形閥，其尖端指向所述進(jìn)料管。
[0013]為了降低流化介質(zhì)及待冷卻固體顆粒直接接觸進(jìn)料管所產(chǎn)生的磨損現(xiàn)象，以及減少甚至避免由于高溫使進(jìn)料管強(qiáng)度降低而引起變形現(xiàn)象的發(fā)生，將所述進(jìn)料管的外壁套設(shè)冷卻夾套層，夾套層入口設(shè)在所述進(jìn)料管上端管口附近，夾套層出口設(shè)在所述進(jìn)料管的下端管口附近，且所述夾套層出口向外延伸至所述換熱室的壁面之外，所述冷卻夾套層內(nèi)通有低溫氣體或低溫冷卻液。
[0014]為了將氣化爐直接排出的流化氣體內(nèi)所包含的固體顆粒分離出來，在所述出氣口處通過出氣管線連接氣固分離器，所述氣固分離器連接氣體處理系統(tǒng)和固體收集系統(tǒng)。
[0015]為了減輕工作人員的工作量，所述進(jìn)料管的上端管口連接料倉。進(jìn)一步的，將所述料倉設(shè)有料位計(jì)，所述料位計(jì)設(shè)有料位高報(bào)點(diǎn)和料位低報(bào)點(diǎn)；所述料位計(jì)與所述流量調(diào)節(jié)閥之間設(shè)有料位控制器。
[0016]為了方便控制流量調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)，將所述流量調(diào)節(jié)閥的開啟/閉合由電機(jī)控制。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例提供的流化床冷卻器，在換熱室中充有處于常流化狀態(tài)的流化介質(zhì)，通過流量調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)料管內(nèi)待冷卻固體顆粒流入到換熱室內(nèi)，待冷卻固體顆粒在流化氣向上吹動(dòng)作用下與流化介質(zhì)共同形成穩(wěn)定的流化層，待冷卻固體顆粒在上升過程中是在流化介質(zhì)內(nèi)及流化介質(zhì)與換熱管之間的間隙中逐漸緩慢上升的，很明顯，待冷卻固體顆粒在上升過程中，不僅能夠正常流化，還會(huì)受到流化介質(zhì)及換熱管的阻擋作用，從而延長待冷卻固體顆粒在換熱室內(nèi)的停留時(shí)間，并與換熱管之間進(jìn)行充分換熱，具有換熱效果好的優(yōu)點(diǎn)。所以，可以采用該流化床冷卻器對(duì)不易流化的高溫輕質(zhì)微細(xì)固體顆粒有效地進(jìn)行冷卻。
[0018]一種流化床冷卻方法，采用上述流化床冷卻器對(duì)所述待冷卻固體顆粒進(jìn)行冷卻，具體包括:
[0019]首先，通入流化氣體使所述流化介質(zhì)在所述換熱室內(nèi)處于流化狀態(tài)，并將冷卻劑通入到所述換熱管中；
[0020]然后，打開所述流量調(diào)節(jié)閥，將所述待冷卻固體顆粒通過所述進(jìn)料管通入到所述換熱室內(nèi)，使所述待冷卻固體顆粒與所述流化介質(zhì)共同流化。
[0021]具體的，所述待冷卻固體顆粒為高溫輕質(zhì)微細(xì)固體顆粒，其粒徑范圍為10?100 μ m，堆密度范圍為O?1400kg/m3;所述流化介質(zhì)為易流化的大粒徑固體顆粒，其粒徑范圍為100?600 μ m，堆密度范圍為1400?4000kg/m3。
[0022]此外，所述待冷卻固體顆粒與所述流化介質(zhì)共同流化時(shí)，所述流化介質(zhì)處于穩(wěn)定的常流化狀態(tài)，所述待冷卻固體顆粒處于勻速上升狀態(tài)。還可以使所述流化介質(zhì)與所述待冷卻固體顆粒在兩者共同流化過程中處于均勻混合狀態(tài)。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例提供的流化床冷卻方法，能夠使待冷卻固體顆粒在換熱室內(nèi)正常流化，尤其是對(duì)于那些不易流化的輕質(zhì)微細(xì)固體顆粒，不僅能使其正常流化，還能延長其在換熱室內(nèi)的停留時(shí)間，并與換熱管充分換熱，具有上述流化床冷卻器的所有優(yōu)點(diǎn)，故在此不再贅述。
[0024]—種煤加氫氣化系統(tǒng)，包括煤加氫氣化爐和上述流化床冷卻器，所述氣化爐底部與所述進(jìn)料管上端管口相連通。
[0025]為了時(shí)刻監(jiān)控氣化爐內(nèi)所產(chǎn)生的高溫微細(xì)固體顆粒(高溫固體半焦)的料位高度情況，如上述所述，將所述氣化爐內(nèi)設(shè)有料位計(jì)，所述料位計(jì)與所述流量調(diào)節(jié)閥之間設(shè)有料位控制器，所述流量調(diào)節(jié)閥的開啟/閉合由電機(jī)控制，即氣化爐爐腔與上述料倉具有相同的功能。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例提供的煤加氫氣化系統(tǒng)，所產(chǎn)生的高溫固體半焦(相當(dāng)于上述待冷卻固體顆粒)，通過進(jìn)料管進(jìn)入到上述流化床冷卻器中，能夠?qū)腆w半焦進(jìn)行充分的冷卻，使固體半焦在換熱室內(nèi)的停留時(shí)間延長，提高熱利用率。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一所述的流化床冷卻器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例三所述的煤加氫氣化系統(tǒng)示意圖。
[0029]附圖標(biāo)記說明:
[0030]1、換熱室，2、換熱管，3、進(jìn)料管，4、流量調(diào)節(jié)閥，5、流化介質(zhì)，
[0031 ]6、氣固分離器，7、料倉，8、待冷卻固體顆粒，
[0032]T、氣化爐，V、固體半焦；
[0033]101、進(jìn)料口，102、壁面，103、流化氣進(jìn)氣口，104、出氣口，
[0034]105、流化介質(zhì)入口，106、分布板；
[0035]201、換熱管入口，202、換熱管出口；
[0036]301、冷卻夾套層，302、夾套層入口，303、夾套層出口 ；
[0037]401、電機(jī)，402、料位控制器，403、料位計(jì)；
[0038]601、氣體處理系統(tǒng)，602、固體收集系統(tǒng)；
[0039]701'、氫氣入口，702'、粉煤入口，703'、合成氣出口。
【具體實(shí)施方式】
[0040]本發(fā)明的中心思想，是在加熱室內(nèi)設(shè)置分布板，在分布板的上方設(shè)置換熱管和處于常流化狀態(tài)的流化介質(zhì)，并設(shè)置供待冷卻固體顆粒流通到換熱室內(nèi)偏下位置的進(jìn)料管，從而使待冷卻固體顆粒能夠在流化介質(zhì)中及流化介質(zhì)與換熱管之間的間隙中自下而上緩慢向上流動(dòng)，延長待冷卻固體顆粒在換熱室內(nèi)的停留時(shí)間，并使其與換熱管及流化介質(zhì)充分接觸，使其充分換熱。
[0041]本發(fā)明中所述的常流化狀態(tài)是指:流化介質(zhì)在流化氣作用下，在氣化爐爐腔內(nèi)處于穩(wěn)定的流化狀態(tài)，此流化介質(zhì)稱為常流化介質(zhì)。
[0042]此外，本發(fā)明實(shí)施例中的待冷卻固體顆粒一般為高溫輕質(zhì)微細(xì)固體顆粒，其粒徑范圍約為10?100 μ m，堆密度較小，不易流化，例如:A類固體顆粒。流化介質(zhì)一般為易流化的大粒徑固體顆粒，其粒徑范圍在100?600 μ m，該類粒子易于流化，床層穩(wěn)定性好