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CN204848780U - 用于在气化设备中利用直接冷却进行碳黑水卸压的装置 - Google Patents

用于在气化设备中利用直接冷却进行碳黑水卸压的装置 Download PDF

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CN204848780U
CN204848780U CN201520029913.6U CN201520029913U CN204848780U CN 204848780 U CN204848780 U CN 204848780U CN 201520029913 U CN201520029913 U CN 201520029913U CN 204848780 U CN204848780 U CN 204848780U
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black water
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U.京特
F.汉内曼
F.梅尔霍泽
T.梅茨
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Siemens Corp
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Siemens Corp
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    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/466Entrained flow processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J2300/16Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
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  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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Abstract

本实用新型提供了一种用于在气化设备中利用直接冷却进行碳黑水卸压的装置,所述碳黑水在固体或者液体燃料的气流式气化时作为剩余急冷水出现,其中在温度达到1900℃和压力达到10MPa时实现气化,并且其中所述碳黑水具有相同的压力和达到260℃的温度,其中所述碳黑水在碳黑水冷却器(2)中冷却到低于85℃的温度并且紧接着在闪蒸容器(3)中卸压。按照本实用新型的系统避免了载有固体的碳黑水的传统上必需的、伴随冷却产生的蒸汽而发生的多级压力降低,实现了碳黑水悬浮物的低干扰和无堵塞的运输并且在必要时能够进行良好的清洁。

Description

用于在气化设备中利用直接冷却进行碳黑水卸压的装置
技术领域
本实用新型涉及一种用于卸压碳黑水的装置,所述碳黑水在固体但是也在液体燃料的气流式气化时以剩余急冷水出现,其中在温度达到1900℃和压力达到10MPa(100bar)时实现气化,并且其中碳黑水具有相同的压力和达到260℃的温度。
背景技术
在具有不同的碳化程度的煤炭的气流式气化时产生的热的原始气体和在此出现的液体熔渣在急冷腔室中通过注入过量急冷水骤然冷却。熔渣凝结并且通过顺序排出从急冷器堆中析出。原始气体根据压力和出现的温度水蒸气饱和地离开急冷腔室。在此产生的多余的剩余急冷水和同时从原始气体冲洗器的第一级产生的冲洗水加注液位调节地从急冷器中排出并且在第二或者第三级的闪蒸系统(Flashsystem)中卸压并且在此间接冷却。如此冷却的碳黑水在碳黑水处理中渗入凝结剂,以便在浓缩器(Eindicker)/薄片式净化器(Lamellenklärer)中通过沉淀分离出固体,所述固体脱水地从所述过程中排出。浓缩器/净化器的澄清相(Klarphase)连同来自闪蒸系统的卸压蒸汽的冷凝剂一起到达循环水容器,在那里其中一部分为了避免在工艺用水循环中的浓缩而从所述系统中排出。所保留的净化水在工艺用水循环中引回。该循环水被加压并且被补充给急冷水容器,所述急冷水容器用作用于急冷工艺的接收容器。在碳黑水设备之后循环水具有40℃至80℃的温度。为了在原始气体中达到高的蒸汽/气体比例,力求较高的急冷水温度进而也较高的循环水温度。为此,在第一闪蒸级中仅进行从0.8MPa至0.3MPa(8bar至3bar)的卸压。在该压力时,应该利用循环水冷凝的蒸汽具有足够的温度以便加热所述循环水。
在到目前为止的设计方案中,像在图5中示意地示出的那样,间接通过汽化冷却和通过冷却/冷凝低固体含量的蒸汽进行载有固体的悬浮物(碳黑水)的冷却,这有以下优点,即大量载有固体的液体不与冷却表面接触并且进而进一步避免弄污。因为所述蒸汽也随身带有细颗粒和碳黑成分,在蒸汽冷凝器(闪蒸冷却器1、2)中在较长的使用时间之后也出现弄污现象。在蒸汽冷凝中为了改善设备效率的加热循环水在第一闪蒸系统3.1中要求较高的压力,所述压力必须相应地调节。第二闪蒸级3.2在真空中工作,以便达到温度下降到70℃至85℃。这里以冷却水21冷凝蒸汽。具有卸压阀、调节阀、冷却器和产生真空的两个闪蒸级造成具有意味着维护和维修费用和配件供应的高的机构费用。
实用新型内容
本实用新型的问题是,给出用于卸压碳黑水的装置,该技术方案一方面避免了载有固体的碳黑水伴随着产生的蒸汽的冷却而发生多级压力降低,另一方面实现了碳黑水悬浮物的低干扰和无堵塞的运输以及能在必要时进行良好的清洁。
上述问题通过用于卸压碳黑水的装置得到解决,其中:
-所述碳黑水在固体或者液体燃料的气流式气化时作为剩余急冷水出现;
-在气流式气化器中提供达到1900℃的气化温度和达到10MPa的气化压力;
-碳黑水具有所述气化压力并且达到260℃的温度;
-布置碳黑水冷却器(2),以便将碳黑水冷却到低于85℃的温度;并且
-紧接着碳黑水冷却器(2)布置用于卸压碳黑水的闪蒸容器(3)。
按照本实用新型,仅在一个机构中以一个步骤进行从在入口处在250℃至180℃之间的温度到要求的低于85℃的碳黑水最终温度的碳黑水冷却,其中使用螺旋式热交换器、螺旋管式热交换器或者双管式热交换器作为所述机构。在此使得载有固体的碳黑水1到该机构的接触最小化,所述机构必要时得到良好的清洁。
为了在仅仅一个机构2中并且在一个步骤中实施全部冷却,所述用于冷却的锅炉给水10达到低于碳黑水1的期望的出口温度的温度,这能够借助预冷却器4、冷却水冷却器或者空气冷却器实现。因此,载有固体的碳黑水伴随着产生的蒸汽的冷却的二级或者多级压力降低不是必需的。
在根据图2的一种特别的设计方案中,使用预冷却的循环水5用于也借助预冷却器4、冷却水冷却器或者空气冷却器冷却碳黑水1,其中在一方面待冷却的碳黑水量和其入口温度和另一方面循环水5的可用的、待引回的和待加热的量之间则存在一定的关系。
本实用新型利用以下作用,即在所述装置中为了以仅少数或者总体仅一个通道/管道在积聚区域中热交换,提高碳黑水的流速,由此达到消蚀所述积聚并且进而自净。在按照本实用新型的装置中为了借助将所述流在热交换器面之前分配到仅一个、两个或者到非常少的通道或者管道上的热交换,即达到自净效果,所述自净效果基于如下事实,即在形成堵塞时构成提高的流速,所述流速于是引起堵塞的消蚀。总体低干扰和无堵塞地完成碳黑水悬浮物1的运输。
根据本实用新型的另一种技术方案,在螺旋管式热交换器的情况下特别地,能够在多管道方案中避免具有附带的堵塞或者沉淀物的碳黑水流(1)的可能的未受控的流量分配,方法是单独通过各个独自的闪蒸器件(11)调节每个螺旋管并且进而能够针对性地在各个管道中控制在沉淀和侵蚀之间要求的速度范围,其中如此实现螺旋管的设计,即每个螺旋占有相同的长度。附加地,这有以下优点,即也能够考虑冗余,这确保了设备的需要的可用性。在另一种设计方案中,在放弃使用在急冷腔室(13)和热交换器(2)之间的分配件的情况下,每个螺旋管能够单独地连接在气化器的急冷腔室上,也就是说在急冷腔室上碳黑水出口(13)的数量等于螺旋管的数量。由此从急冷腔室(13)直到闪蒸器(3)存在不具有死区和分支的直接的路径。
在根据本实用新型的另一种设计方案中,螺旋管结构上如此布置,从而例如像在图3中示出的那样通过螺旋管的同心布置,每个螺旋管能够单独地向上地从热交换器抽出,所述机构以此表现出维修方便。
在根据本实用新型的另一种设计方案中,碳黑水冷却器(2)如此设计为螺旋管式热交换器,从而不仅对于碳黑水(1),也对于循环水(5)得出螺旋状的流动状况并且进而根据逆流原理实现热交换。在循环水侧(5)上这通过循环水的特殊的切向流入和流出实现,在碳黑水侧上这通过管道几何学预先确定。
在根据本实用新型的另一种设计方案中,如此实现碳黑水冷却器(2)装配为螺旋管式热交换器,从而从急冷腔室管接头(13)直到闪蒸容器(3)的完整的碳黑水路径(1)始终为下降走向。
根据本实用新型的一种技术方案,为了清洁或者为了最小化所述附着,由碳酸盐沉积决定地,在碳黑水冷却器(2)上布置酸洗回路,以此在在此期间的停机时能够清洁热交换器面。
根据本实用新型的一种技术方案,所述用于冷却的锅炉给水10能够在卸压至饱和蒸汽9之后变换用于其他介质像例如循环水的加热。这意味着碳黑水冷却2和循环水加热14的有利的解耦,以此在同时有效的能量回收时实现对于碳黑水卸压过程的高的灵活性和独立性。
根据本实用新型的一种技术方案,在急冷腔室中的加注液位调节能够并非如前所述的通过闪蒸阀(11)实现,而是通过加注(12)循环水到急冷腔室中实现。这有如下优点,即碳黑水质量流量(1)设为恒定并且进而在碳黑水冷却器(2)中的流速能够同样恒定地设置成最优的运行点。
附图说明
以下作为实施例以对于理解来说必要的篇幅借助附图详细阐述本实用新型。在此附图示出:
图1是按照本实用新型的用于卸压碳黑水的第一变型方案的基本示图;
图2是按照本实用新型的用于卸压碳黑水的第二变型方案的基本示图;
图3是按照本实用新型的碳黑水冷却器以及其连接的一种特别的设计方案的详细细节图;
图4是螺旋冷却器的基本示图;并且
图5是用于卸压碳黑水的传统的构造。
在所述附图中相同的标记表示相同的元件。
具体实施方式
本实用新型利用如下知识,即借助碳黑水的直接冷却(2)能够机构更简单地实现残留急冷水(1)的冷却和卸压过程。为了尽管有颗粒物在碳黑水中仍然能够使用热交换器,选择螺旋式热交换器、螺旋管式热交换器或者双管式热交换器,所述热交换器自身每个具有耐脏和耐颗粒物的设计。
以锅炉给水(10)实现在碳黑水冷却器2中的冷却,所述锅炉给水加压地通过碳黑水的冷却加热,以便接下来通过卸压(9)转变成饱和蒸汽,能够在气化装置内部灵活地使用所述饱和蒸汽。以该蒸汽能够例如在单独的预热器(14)中加热循环水(5),由此将碳黑水冷却(2)与循环水加热(11)分开。因为碳黑水应该具有小于85℃的最终温度,使用具有相应较低的温度、优选在40℃至70℃之间的锅炉给水(10)用于冷却,由此热交换器的结构尺寸通过最佳温度差能够在较冷侧上保持较小。为此借助预冷却器(冷却水冷却器或者空气冷却器)根据负载工况、碳黑水量和碳黑水入口温度冷却用于冷却的锅炉给水(10)。
因此,能够借助在载有固体的碳黑水流(1)中的仅仅一个冷却器(2)实现完全的冷却。
正如在图1中示出的那样,能够在对流中加热循环水(5)。由于对于冷却的碳黑水需要的最终温度小于85℃,相应较低地选择用于冷却的循环水的温度、优选在35℃和55℃之间,以便这里也通过最佳温度差在较冷侧上最小化热交换器(2)的结构尺寸。为此借助预冷却器(冷却水冷却器或者空气冷却器)根据负载工况、循环水量、碳黑水量和碳黑水入口温度冷却用于冷却的循环水(5)。以该设计方案也能够借助在载有固体的碳黑水流(1)中仅仅一个冷却器(2)实现完全的冷却,其中在待导出的碳黑水量(1)和导回的待加热的循环水5之间存在联系。
具有一个、两个或者仅少数个分割通道或者说管道的螺旋式热交换器或者螺旋管式热交换器比传统的、具有例如对于以功率为500MW的输入功率的反应器系统的相对而言70个至200个单个管道的管束热交换器含有显著较低的冷却通道堵塞风险。为此对于螺旋式热交换器或者螺旋管式热交换器达到自净效果,对于沉积物通过局部增加流速而产生和利用所述自净效果。
以载有固体的碳黑水(1)的直接冷却能够实现碳黑水在一个步骤中卸压到在闪蒸容器(3)中的大气压并且不需要多级卸压并且不需要压力降低到真空范围中。在卸压(3)之前冷却碳黑水也具有以下优点,即在所述器件上和在随后的管路中或者在容器中不会发生具有高度磨损的闪蒸卸压。也省去了具有导出部分变污的冷凝剂的蒸汽冷凝。
在气化设备的恒定运行方式中,急冷器加注液位的调节能够实现从通过闪蒸阀(11)的抽取调节到通过对急冷器附加的添加循环水的加注调节(12),这具有以下优点,即能够设置对于碳黑水冷却器的恒定流量并且有用于冲洗目的的附加的水可供使用。
附图标记列表:
1 碳黑水
2 碳黑水冷却器
3 闪蒸容器
4 预冷却器
5 循环水
6 碳黑水卸压
7 酸性气体,气体
8 循环水加热
9 卸压,蒸汽换热器
10 锅炉给水
11 闪蒸器件,循环水加热
12 急冷器加注液位调节阀
13 急冷器,急冷腔室
14 循环水预热器,循环水加热
15 饱和蒸汽
16 闪蒸冷却器1
17 闪蒸冷却器2
18 冷凝剂
19 真空泵
20 闪蒸泵
21 冷却水。

Claims (14)

1.用于卸压碳黑水的装置,
-所述碳黑水在固体或者液体燃料的气流式气化时作为剩余急冷水出现;
-在气流式气化器中提供达到1900℃的气化温度和达到10MPa的气化压力;
-所述碳黑水具有所述气化压力和达到260℃的温度,
其特征在于,
-所述用于卸压碳黑水的装置具有碳黑水冷却器(2),以便将所述碳黑水冷却到低于85℃的温度,并且
-紧接着所述碳黑水冷却器(2)布置用于卸压所述碳黑水的闪蒸容器(3)。
2.按权利要求1所述的装置,其特征在于,所述碳黑水冷却器(2)为双管式热交换器。
3.按权利要求1所述的装置,其特征在于,所述碳黑水冷却器(2)为螺旋式热交换器。
4.按权利要求1所述的装置,其特征在于,所述碳黑水冷却器(2)为螺旋管式热交换器。
5.按权利要求4所述的装置,其特征在于,所述螺旋管式热交换器具有多个螺旋管。
6.按权利要求5所述的装置,其特征在于,所述螺旋管彼此具有相同的长度。
7.按权利要求5或6所述的装置,其特征在于,螺旋管配备有单独的闪蒸器件(11)。
8.按权利要求5或6所述的装置,其特征在于,每个螺旋管都配备有单独的闪蒸器件(11)。
9.按权利要求5或6所述的装置,其特征在于,所述螺旋管如此布置在所述碳黑水冷却器(2)中,从而所述螺旋管能够单个地拆卸。
10.按上述权利要求4至6中任一项所述的装置,其特征在于,冷却液(5、10)切向注入到所述碳黑水冷却器(2)中。
11.按上述权利要求1至6中任一项所述的装置,其特征在于,所述碳黑水(1)在从急冷器(13)上的接头套管经过所述碳黑水冷却器(2)直到所述闪蒸容器(3)的路径始终为下降走向。
12.按上述权利要求1至6中任一项所述的装置,其特征在于,在所述碳黑水冷却器(2)上布置有酸洗回路。
13.按上述权利要求1至6中任一项所述的装置,其特征在于,来自所述碳黑水冷却器(2)的经过加热的冷却液在卸压成饱和蒸汽(9)之后可用于加热目的。
14.按上述权利要求1至6中任一项所述的装置,其特征在于,在所述气流式气化器的急冷器(13)中通过加注(12)循环水提供加注液位调节。
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