專利名稱：一種帶引射器的氣流床氣化爐水冷循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水冷式氣流床氣化爐的水冷循環(huán)系統(tǒng)，屬于煤氣化燃燒設(shè)備。
背景技術(shù)：
煤氣化技術(shù)是煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化的核心技術(shù)，而氣流床氣化則代表了煤氣化技術(shù) 的發(fā)展方向。氣流床氣化爐多采用純氧高壓氣化，以減小氣化爐體積，并保持爐內(nèi)高溫條 件。氣流床氣化爐的氣化溫度(出口 )通常在1350 160(TC之間，爐內(nèi)最高溫度更是高達(dá) 2000°C 。顯然，這樣的高溫環(huán)境對爐體耐溫性能的要求非常之高。 —種做法是采用壓力罐內(nèi)襯耐火材料的氣化爐結(jié)構(gòu)。耐火襯里對材料的要求嚴(yán) 格，通常是價格昂貴的高Cr磚，并且需要定期檢修和更換，能夠在溫度較高的還原條件下 長期運(yùn)行。但是即使是采用高Cr磚，溫度超過一定水平后，仍然燒蝕很快，因此通常限制在 150(TC以下。同時，為了維持穩(wěn)定的反應(yīng)和便于排除煤中的灰分，一般采用液態(tài)排渣，因此， 對氣化煤的灰熔點(diǎn)要求比較嚴(yán)格，通常要在130(TC以下。因此采用耐火襯里的絕熱氣化爐 的煤種適用范圍比較小。為了改善煤種適應(yīng)性，使用高灰熔點(diǎn)煤，需要將氣化爐維持在更高 的溫度下運(yùn)行，這時，耐火襯里的壽命將不足以保證設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。另一種做法是水冷壁氣 化爐，采用垂直管屏膜式水冷壁或盤管膜式水冷壁技術(shù)時，可以依靠掛在水冷壁上的熔渣 層保護(hù)水冷壁，使得氣化裝置可以長周期運(yùn)轉(zhuǎn)。從這點(diǎn)來看，水冷壁技術(shù)優(yōu)于耐火磚技術(shù)， 是今后氣化爐發(fā)展的主要方向。 在水冷壁氣化爐中，水冷循環(huán)的設(shè)計(jì)可以分為兩大類，即自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)。自 然循環(huán)方式充分利用管道下降段和上升段之間的工質(zhì)密度差，其優(yōu)點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)性，但是工 質(zhì)流動速度不能保證，故而在傳熱安全方面存在隱患。強(qiáng)制循環(huán)方式引入了循環(huán)泵，以保證 水冷循環(huán)的傳熱安全性，但與此同時其經(jīng)濟(jì)性有所降低。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前水冷壁氣化爐中兩種水冷循環(huán)方式的不足之處，本發(fā)明目的是提供一種 帶引射器的氣化爐水冷循環(huán)系統(tǒng)，使其不但能充分利用管道下降段和上升段之間的工質(zhì)密 度差，同時通過設(shè)置引射器保證工質(zhì)的質(zhì)量流率。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 —種帶引射器的氣流床氣化爐水冷循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括汽水分離器，水冷壁，水
冷壁入口集箱，下降管，水冷壁出口集箱以及冷凝器，其特征在于所述系統(tǒng)還包括引射器
和循環(huán)泵；所述的汽水分離器通過飽和蒸汽出口管道和冷凝器相連；冷凝器通過管道順次
與循環(huán)泵和引射器的一次流體入口相連；所述的汽水分離器通過飽和水出口管道和引射器
的二次流體入口相連；所述的引射器出口通過下降管和水冷壁入口集箱相連；水冷壁出口
集箱通過管道和汽水分離器相連。 本發(fā)明所述的引射器采用引射器II型。 本發(fā)明考慮了氣流床氣化爐內(nèi)氣化溫度高、對爐體耐溫特性要求嚴(yán)格的特點(diǎn)，充分利用了水冷循環(huán)中的下降管和上升管段的工質(zhì)密度差，并引入了引射器來實(shí)現(xiàn)兩路不同 壓頭和溫度的工質(zhì)的混合，保證了水冷壁中工質(zhì)的質(zhì)量流率，從而確保了水冷壁工作的有 效性和安全性，避免了因工質(zhì)流動趨緩乃至停滯造成的水冷壁爆管以及停爐，對氣流床氣 化爐的長期穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。


圖1是本發(fā)明提供的帶引射器的水冷式氣化爐水冷循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-飽和蒸汽出口管道；2-冷凝器；3-循環(huán)泵；4_引射器；5_飽和水出口管
道；6_下降管；7_水冷壁入口集箱；8_水冷壁；9_水冷壁出口集箱；10-汽水分離器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過程作進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明的提供的一種帶引射器的氣化爐水冷循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括汽水分離器 IO，水冷壁8，水冷壁入口集箱7，下降管6，水冷壁出口集箱9，冷凝器2，引射器4和循環(huán)泵 3 ;所述的汽水分離器10通過飽和蒸汽出口管道1和冷凝器2相連；冷凝器2通過管道順 次與循環(huán)泵3以及引射器4的一次流體入口相連；所述的汽水分離器10通過飽和水出口管 道5和引射器4的二次流體入口相連；所述的引射器4出口通過下降管6和水冷壁入口集 箱7相連；水冷壁出口集箱9通過管道和汽水分離器10相連。
本發(fā)明的原理是 氣流床氣化爐的爐內(nèi)溫度比固定床和流化床氣化爐都要高，因此對水冷壁的冷卻 能力要求也高。在包括了水冷壁、汽水分離器等的水冷循環(huán)中，下降管段的工質(zhì)溫度低，且 為單相水，因而重位壓降大，而上升管段的工質(zhì)溫度高，且大部分管段都是汽水兩相流，因 而重位壓降小。下降管段和上升管段之間的重位壓降差，可以為工質(zhì)在整個循環(huán)回路中的 流動提供動力。同時，利用循環(huán)泵來增大一部分冷卻水的壓頭，并經(jīng)由引射器的混合轉(zhuǎn)化為 整個下降管段的工質(zhì)的壓頭的增大，這樣就能夠進(jìn)一步增大水冷循環(huán)回路中工質(zhì)的質(zhì)量流 率，從而確保水冷壁的流動與傳熱的安全可靠。
本發(fā)明的工作過程是 汽水分離器10通過管道和水冷壁出口集箱9相連，分離蒸汽和飽和水，并將蒸汽 送到冷凝器2中進(jìn)行冷凝。經(jīng)過冷凝器2冷凝之后的水通過管道和循環(huán)泵3相連，實(shí)現(xiàn)增 壓，并通過管道進(jìn)入引射器4的一次流體入口，而汽水分離器IO分離出來的飽和水通過飽 和水出口管道5和引射器4的二次流體入口相連；二次流體經(jīng)一次流體的引射，增大了流動 壓頭，因此下降管6、進(jìn)而水冷壁8中工質(zhì)的質(zhì)量流率都得到增大，水冷壁中工質(zhì)的冷卻效 果也得到加強(qiáng)。工質(zhì)在水冷壁8中吸熱升溫后經(jīng)過水冷壁出口集箱9，最后返回到汽水分離 器10中。
實(shí)施例 水冷壁中工質(zhì)工作壓力為5MPa。從汽水分離器10中出來的飽和水溫度約為 264°C ，經(jīng)由管道進(jìn)入引射器4 二次流體的入口 。從汽水分離器10中出來的飽和汽溫度約為 264t:，經(jīng)由管道進(jìn)入冷凝器2中進(jìn)行冷凝，變?yōu)榧s105t:的不飽和水，然后進(jìn)入循環(huán)泵3增 大壓頭，并經(jīng)由管道進(jìn)入引射器4的一次流體入口。在引射器內(nèi)混合后，工質(zhì)成為約188°C的不飽和水。此后，工質(zhì)經(jīng)由下降管段6進(jìn)入水冷壁入口集箱7，然后向上通過水冷壁8受 到加熱，成為汽水兩相流后進(jìn)入水冷壁出口集箱9，并經(jīng)由管道回到汽水分離器10。下降 管段長為6m，其中的工質(zhì)密度為881kg/m 于是下降管段的重位壓降為51. 9kPa ;水冷壁受 熱面高為6m，且在1.81m處水冷壁中的工質(zhì)由不飽和加熱到了飽和狀態(tài)，此段工質(zhì)的平均 密度為835kg/m 重位壓降為14. 9kPa ;水冷壁1. 81m以上直到水冷壁出口集箱的部分高 為4. 19m，其工質(zhì)平均干度為0. 0098，平均截面含汽率為0. 1324，兩相流平均密度為678kg/ m3，重位壓降為27. 8kPa ;于是，重位壓差為9. 2kPa。循環(huán)泵和引射器提供的工質(zhì)壓頭為 4.4kPa。于是循環(huán)回路中的總壓頭為13.6kPa。下降管段中工質(zhì)的粘度為1. 64X 10—7m2/S， 水冷壁從入口集箱到加熱到工質(zhì)飽和時該段的工質(zhì)的平均粘度為1. 27X10—7m7s，水冷壁 工質(zhì)飽和到出口集箱之間工質(zhì)的全液相摩阻系數(shù)為O. 059566。由此可計(jì)算得到水冷循環(huán)中 的工質(zhì)質(zhì)量流率約為1200kg/m3s。 如果使用自然循環(huán)的方式，在水冷壁高度相同的情況下，水冷循環(huán)中的工質(zhì)質(zhì)量 流率將僅為800kg/m3s。由此可以看出，本發(fā)明的水冷安全性要優(yōu)于自然循環(huán)。
而若使用強(qiáng)制循環(huán)的方式，實(shí)現(xiàn)和本發(fā)明相同的工質(zhì)質(zhì)量流率，所耗費(fèi)的循環(huán)泵 功率將是本發(fā)明的約3倍以上，因此，在經(jīng)濟(jì)性方面，強(qiáng)制循環(huán)方式遜于本發(fā)明。
權(quán)利要求
一種帶引射器的氣流床氣化爐水冷循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括汽水分離器(10)，水冷壁(8)，水冷壁入口集箱(7)，下降管(6)，水冷壁出口集箱(9)以及冷凝器(2)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括引射器(4)和循環(huán)泵(3)；所述的汽水分離器(10)通過飽和蒸汽出口管道(1)和冷凝器(2)相連；冷凝器(2)通過管道順次與循環(huán)泵(3)和引射器(4)的一次流體入口相連；所述的汽水分離器(10)通過飽和水出口管道(5)和引射器(4)的二次流體入口相連；所述的引射器(4)出口通過下降管(6)和水冷壁入口集箱(7)相連；水冷壁出口集箱(9)通過管道和汽水分離器(10)相連。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種帶引射器的氣流床氣化爐水冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于 所述的引射器采用引射器II型。
全文摘要
一種帶引射器的氣流床氣化爐水冷循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在傳統(tǒng)氣流床水冷循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在汽水分離器的下方添加引射器；利用冷凝器將從汽水分離器中流出的蒸汽冷凝為低溫水，并利用循環(huán)泵將這部分低溫水打入引射器的一次流體入口，而汽水分離器中的飽和水直接通過管道流入引射器的二次流體入口。這樣，引射器出口處的混合工質(zhì)將具有較大的流動壓頭，能夠增大下降管、進(jìn)而整個水冷循環(huán)系統(tǒng)的質(zhì)量流率，保證氣化爐水冷傳熱的系統(tǒng)安全性。因此，本發(fā)明不但可以避免自然循環(huán)中的流動不穩(wěn)定以及傳熱惡化情況，而且此種方式充分利用水冷循環(huán)中的重位壓降差，以部分補(bǔ)償工質(zhì)流動的沿程阻力損失，相較于強(qiáng)制循環(huán)可以減少循環(huán)泵的耗電功率。
文檔編號C10J3/56GK101705113SQ20091023596
公開日2010年5月12日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者呂俊復(fù), 吳玉新, 姚宣, 曾維薇, 李文凱, 胡南, 趙勇 申請人:清華大學(xué)