1.本实用新型属于高温高压气固分离及高温高压气体冷却技术领域，特别涉及高温高压气体除灰冷却一体化装置。


背景技术：

2.在煤化工、火力发电和石油化工等诸多的领域都涉及到高温高压气体的除灰和冷却过程。在煤化工，尤其是高压煤气化是一种洁净煤利用技术，在近年来得到快速的发展，进行了越来越广泛的利用。而高压煤气化过程中的高压合成气的冷却过程中由于含有一定的飞灰，从而给高温合成气的全废锅流程中的对流废锅的应用带来了极大的困难。目前，在壳牌等煤气化技术中采用的飞灰过滤器由于频繁的反吹，堵塞等问题造成气化炉频繁停车；从而无法发挥全废锅流程本应具有的高能效，副产蒸汽和低煤耗等优势。因此，开发一种能够稳定、高效的进行除灰的对流废锅，对于高压煤气化全废锅流程的开发就显得至关重要。
3.目前，煤气化废热全回收系统，虽然采用了旋风分离器作为进入对流废锅的前端除尘手段，但该旋风分离器为单个的旋风分离器，为满足合成气处理量就必须增大分离器半径，从而会大大降低除尘效率。这会造成对流废锅的换热管积灰，从而引起堵塞，降低换热效率，造成对流废锅出口气体温度过高等问题。此外，由于旋风分离器和对流废锅为两个装置，而之间用管道和阀门连接，从而增加了气体散热，降低了可靠性。
4.此外，回收高温合成气热量的气化系统，由于采用对流废锅和旋风分离器上下布置，减少了连接管道长度和阀门，减少了气体散热，提高了可靠性。但依然无法解决高分离效率和高处理量之间的矛盾，从而会造成对流废锅积灰等问题。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种结构简洁、含尘气体的气固分离效率高及安全可靠的高温高压气体除灰冷却一体化装置。
6.为实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案是：
7.一种高温高压气体除灰冷却一体化装置，其包括：壳体、由壳体围成的腔室、多组蛇管换热器组件、旋风子组件、上隔板和下隔板；所述上隔板和下隔板分别固设于所述腔室内，并将所述腔室分割为由上至下顺序排列的冷却室、气固分离室和灰斗；多组所述蛇管换热器组件固设于所述冷却室内，自上而下顺序排列，并填满所述冷却室；所述旋风子组件固设于所述气固分离室内，并分别与所述冷却室和所述灰斗连通；在除灰冷却的状态下，所述旋风子组件将进入所述气固分离室的含尘气体进行分离；其中，分离后的净化气进入所述冷却室，并与所述蛇管换热器组件进行热交换；分离后的粉尘进入所述灰斗。
8.在本公开的一些实施例中，每组所述蛇管换热器组件包括多个蛇管冷却器。
9.在本公开的一些实施例中，所述蛇管换热器组件还包括多根连通管和多个阀门；所述连通管位于所述壳体的外部，其两端分别与对应设置的所述蛇管冷却器连通；所述阀
门分别设于连接有所述连通管的所述蛇管冷却器的一端，及设于所述连通管上；在调整不同位置上的所述阀门的开关组合的状态下，所述蛇管冷却器之间形成串联或并联。
10.在本公开的一些实施例中，所述旋风子组件包括多个旋风子，并联设置于所述气固分离室。
11.在本公开的一些实施例中，所述旋风子包括顺序连通的出气管、内设中心管的筒体、锥段和排灰管，并形成通道；所述中心管与所述出气管连通。
12.在本公开的一些实施例中，所述筒体在靠近所述出气管的一端设有包括开口的封头；所述中心管通过所述开口与所述出气管连通；所述封头构造为平面结构。
13.在本公开的一些实施例中，所述旋风子设有至少一个进料口，其形成于所述筒体的筒壁边缘，并靠近所述出气管的一端，以供高压气体沿筒壁的切线方向进入。
14.在本公开的一些实施例中，所述壳体包括：自内而外顺序设置的承压层、水冷壁和外表壳。
15.在本公开的一些实施例中，所述水冷壁由水冷盘管构成，用于提高所述壳体的耐压强度。
16.在本公开的一些实施例中，所述上隔板设有与所述出气管对应的第一通孔，以使所述旋风子通过所述出气管、所述上隔板的第一通孔与所述冷却室连通；所述下隔板设有与所述排灰管对应的第二通孔，以使所述旋风子通过所述排灰管、所述下隔板的第二通孔与所述灰斗连通。
17.与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：
18.本实用新型针对高温高压含尘气体分离冷却的特点，提供一种适应高温高压含尘气体的除尘冷却一体化设备，并通过所述蛇管换热器组件、所述旋风子组件及与其他部件的协同作用，带来如下效果：
19.1、将除灰和冷却集成到一台设备中，有效的充分利用了高温合成气的热量，降低了设备投资。
20.2、通过采用所述旋风子组件的旋风子，提高了分离效率，又避免了频繁反吹和堵塞。
21.3、通过调整所述蛇管换热器组件的蛇管冷却器的连通关系，例如，采用并联和串联两种组合模式，从而使蛇管冷却器在所述冷却室内与分离后的净化气进行有效的热量交换，进而产生满足需求的高温饱和蒸汽或过热蒸汽。
22.4、由于高温高压气体除灰冷却一体化装置的壳体设有水冷壁，不仅能够大大降低设备温度，增加壳体的耐压能力；而且能够进一步减少设备投资。
附图说明
23.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
24.图1为本实用新型实施例的一种高温高压气体除灰冷却一体化装置的结构示意图；
25.图2为本实用新型实施例的一种高温高压气体除灰冷却一体化装置的旋风子的结构示意图。
26.附图标记说明
[0027]1‑
壳体；2
‑
上隔板；3
‑
下隔板；4
‑
冷却室；5
‑
气固分离室；
[0028]6‑
灰斗；7
‑
蛇管冷却器；8
‑
连通管；9
‑
阀门；10
‑
水冷壁；
[0029]
11
‑
旋风子；12
‑
出气管；13
‑
筒体；14
‑
锥段；15
‑
排灰管；
[0030]
16
‑
中心管；17
‑
进料口；18
‑
封头
[0031]
a
‑
含尘气体进口；
[0032]
b
‑
净化气出口；
[0033]
c
‑
粉尘出口；
[0034]
d
‑
换热管冷却水进口；
[0035]
e
‑
饱和蒸汽或过热蒸汽出口；
[0036]
f
‑
水冷壁冷却水进口；
[0037]
g
‑
水冷壁冷却水出口
具体实施方式
[0038]
下面，结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细的描述，但不作为本实用新型的限定。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。
[0039]
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
[0040]
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。
[0041]
在煤化工、火力发电和石油化工等诸多的领域都涉及到高温高压气体的除灰和冷却过程，常用设备普遍存在除尘效率低，换热效率低、容易引起堵塞以及造成对流废锅出口气体温度过高等问题。为此，本实用新型提供如下解决方案。
[0042]
在本技术实施例中使用了术语“热交换”，该热交换即包括冷却过程还包括加热过程。为便于理解本技术技术方案的设计构思，在此做简要说明。由于在本技术中待进行分离的含尘气体是高温高压的混合物。该含尘气体在经过气固分离后，其中的净化气在进入冷却室4后至排出壳体1外部的过程中，一方面，在本技术实施例中，由于所述蛇管换热器组件内的流动介质的温度比净化气的温度低，因此，该过程为对净化气的冷却过程。而另一方面，所述蛇管换热器组件内的流动介质在获得净化气的热量后，流动介质的温度升高，进而为企业提供有益环保的副产品，例如，高压过热蒸汽和高压饱和蒸汽。因此，从这个角度观察，该过程又是为对流动介质的加热过程。由于一个装置兼顾了加热和冷却两个过程，在不具体提及功能的情况下，为便于阅读，选择使用术语“热交换”。在下面关于技术方案的描述
中，热交换可根据不同的观察角度具有相应的意思表述，下同。
[0043]
参见图1，一种高温高压气体除灰冷却一体化装置，其包括：壳体1、由壳体1围成的腔室、多组蛇管换热器组件、旋风子11组件、上隔板2和下隔板3；上隔板2和下隔板3分别固设于所述腔室内，并将所述腔室分割为由上至下顺序排列的冷却室4、气固分离室5和灰斗6；多组所述蛇管换热器组件固设于冷却室4内，自上而下顺序排列，并填满冷却室4；所述旋风子组件固设于气固分离室5内，并分别与冷却室4和灰斗6连通；在除灰冷却的状态下，所述旋风子组件将进入气固分离室5的含尘气体进行分离；其中，分离后的净化气进入冷却室4，并与所述蛇管换热器组件进行热交换；分离后的粉尘进入灰斗6。
[0044]
在本技术实施例中，优选地，多组所述蛇管换热器组件为两组；另外，还可以根据所述腔室的容积与每组所述蛇管换热器组所占用体积之间的对应关系，做出相应的调整，然而需要满足一个条件，即，多组所述蛇管换热器需要填满冷却室4，以便充分利用所述腔室的有限空间。
[0045]
另外，需要说明的是，在本实用新型实施例中，冷却室4、气固分离室5和灰斗6均构造为封闭结构。
[0046]
在一实施例中，参见图1，每组所述蛇管换热器组件包括多个蛇管冷却器7。通过设置多个蛇管冷却器7，相应地增加管的表面积，相应地，增加了热交换的面积，由此提高热交换的效率。
[0047]
在一实施例中，参见图1，所述蛇管换热器组件还包括多根连通管8和多个阀门9；连通管8位于壳体1的外部，其两端分别与对应设置的蛇管冷却器7连通；阀门9分别设于连接有连通管8的蛇管冷却器7的一端，及设于连通管8上；在调整不同位置上的阀门9的开关组合的状态下，蛇管冷却器7之间形成串联或并联。
[0048]
在本实施例中，结合图1，对应的蛇管冷却器7上分别设有一个阀门9，加上设置在连通管8上的阀门9，为三个阀门9，该设置方式为优选方式。除了该设置方式以外，还可以在连通管8与蛇管冷却器7的连接处，对应于已设置在蛇管冷却器7上当前的阀门9再增加设置一个阀门9。也就是说，在图1所示的基础上，在对应的蛇管冷却器7上再增加设置一个阀门9，由此，阀门9的数量会变成四个或五个。然后，依然通过调节阀门9的开关组合的状态，在蛇管冷却器7之间形成串联或并联。该设置方式与前述的设置方式，均可带来相同的有益效果，即通过调整管程，对应调整热交换时间长度。例如，通过增加或缩短管程，以对应提供满足不同需求的高压过热蒸汽或高压饱和蒸汽。当前的具有较多阀门的设置方式，主要从维修安全的角度出发。
[0049]
在一实施例中，参见图1，所述旋风子组件包括多个旋风子11，并联设置于气固分离室5。在气固分离室5容积设定的前提下，通过调整旋风子11的数量，可实现不同的处理效率，具体细节在此不做进一步赘述。
[0050]
在一实施例中，参见图2，所述旋风子包括顺序连通的出气管12、内设中心管16的筒体13、锥段14和排灰管15，并形成通道；中心管16与出气管12连通。通过该设置方式，分离后的净化气顺序通过中心管16和出气管12，最后进入冷却室4，并在冷却室4进行充分的热交换。
[0051]
在一实施例中，参见图2，筒体13在靠近出气管12的一端设有包括开口(图中未示出)的封头18；中心管16通过所述开口与出气管12连通；封头18构造为平面结构。结合本实
施例的实际应用场景，为提高分离效率，进入气固分离室5的含尘气体处于高温高压状态，如果将封头18设置为其他结构，例如，碟形或椭圆形的封头18，会导致在分离过程中顶灰环与封头18表面之间产生严重磨损，大大减少了旋风子11的使用寿命。相反，在本申实用新型实施例中，通过将封头18构造为平面结构，相应地减少顶灰环与封头18表面的摩擦程度，增加旋风子11的使用寿命，减少维修周期。
[0052]
在一实施例中，参见图2，所述旋风子设有至少一个进料口17，其形成于筒体13的筒壁边缘，并靠近出气管12的一端，以供高压含尘气体沿筒壁的切线方向进入。在本实施例中，通过该设置方式，高压含尘气体能够以最大的速度进入筒体13，并在筒体13内转动，使得含尘气体在离心力的作用下，高效进行气固分离。在本实施例中，进料口17的实际数量可根据高压含尘气体进入筒体13的具体情况做相应的调整。优选地，沿周向均匀分布两个或四个进料口17，具体数量在此不做进一步限定。
[0053]
在一实施例中，参见图1，壳体1包括：自内而外顺序设置的承压层、水冷壁10和外表壳。
[0054]
在一实施例中，参见图1，水冷壁10由水冷盘管构成，用于提高壳体1的耐压强度。结合上一实施例的结构，在多层结构的基础上，特别是在夹层设有水冷盘管的情况下，能够有效提高壳体1的耐热程度，相应增加壳体1的耐压强度。有关水冷盘管的具体设置方式，以及水冷盘管的组成方式，例如，以分段或整体的方式，在此均不作限定，可根据实际应用做相应的调整。
[0055]
在一实施例中，上隔板2设有与出气管12对应的第一通孔(图中未示出)，以使旋风子11通过出气管12、上隔板2的第一通孔与冷却室4连通；下隔板3设有与排灰管15对应的第二通孔(图中未示出)，以使旋风子11通过排灰管15、下隔板3的第二通孔与灰斗6连通。
[0056]
为了充分理解本实用新型实施例的高温高压气体除灰冷却一体化装置的技术方案，以及为了清晰理解除灰冷却的详细过程，特别地，将在下面结合图1和图2，通过对除灰冷却过程及工业用循环冷却水在壳体1的水冷壁10中的循环过程通过划分具体步骤加以说明，具体如下：
[0057]
含尘气体的分离过程：
[0058]
第一步骤，高压含尘气体通过设置在壳体1上的含尘气体进口a进入气固分离室5。
[0059]
第二步骤，进入气固分离室5的高压含尘气体，以高速通过旋风子11的进料口17进入筒体13，并在进入筒体13后，高速旋转。
[0060]
第三步骤，由于含尘气体中粉尘和气体的比重不同，比重小的气体主要集中在筒体13内的中心，经过锥段14反弹后，以净化气的方式顺序通过中心管16和出气管12进入冷却室4，并在此进行热交换。关于热交换过程将在后续做具体描述。而比重相对大的粉尘在与锥段14碰撞，并在减速后沿锥段14的避免向下，并通过排灰管15进入灰斗6。
[0061]
第四步骤，进入灰斗6后的粉尘通过灰斗6上的粉尘出口c排出灰斗6，由此，整个分离过程结束。
[0062]
热交换过程：
[0063]
在本实施例中的，蛇管换热器内的流动介质为冷却水。
[0064]
第一步骤，冷却水通过换热管冷却水进口d进入蛇管换热器，净化气进入冷却室4。
[0065]
第二步骤，根据需要，通过调整蛇管冷却器7之间形成串联或并联，以获得过热蒸
汽或饱和蒸汽。
[0066]
一方面，当需要较长管程，可调整为串联。例如，关闭图1中两个蛇管冷却器7上的阀门9，并打开连通管8上实用新型，该实用新型可以为单向阀，具体情况可结合实际应用场景，在此，假定为单向阀。冷却水从图1中壳体1右侧的换热管冷却水进口d进入蛇管换热器，由于蛇管换热器上对应的阀门9关闭，因此，冷却水通过连通管8进入对应设置的蛇管换热器，并进一步从该蛇管换热器的饱和蒸汽或过热蒸汽出口e排出。该过程获得过热蒸汽。
[0067]
另一方面，当需要较短管程，可调整为并联。关闭连通管8上的阀门9，打开蛇管换热器上的阀门9，冷却水分别通过换热管冷却水进口d进入蛇管换热器，并从饱和蒸汽或过热蒸汽出口e排出。该过程获得饱和蒸汽。
[0068]
第三步骤，经过热交换后的净化气，经过冷却室4的壳程，并通过净化气出口b排出至壳体1外部，进入下一道工序。
[0069]
第四步骤，热交换过程结束。
[0070]
工业用循环冷却水在壳体1的水冷壁10循环过程
[0071]
工业用循环冷却水通过水冷壁冷却水进口f进入水冷壁10的水冷盘管，并从水冷壁冷却水出口g排出；整个管程用于对壳体1进行降温处理，使其保持良好的耐压强度。
[0072]
此外，尽管在此描述了说明性的实施例，但是范围包括具有基于本公开的等效要素、修改、省略、组合(例如，跨各种实施例的方案的组合)、调整或变更的任何和所有实施例。权利要求中的要素将基于权利要求中使用的语言进行宽泛地解释，而不限于本说明书中或在本技术的存续期间描述的示例。此外，所公开的方法的步骤可以以任何方式进行修改，包括通过重新排序步骤或插入或删除步骤。因此，意图仅仅将描述视为例子，真正的范围由以下权利要求及其全部等同范围表示。
[0073]
以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述之后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施例。而且，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图未请求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。因此，以下权利要求作为示例或实施例结合到具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或置换彼此组合。应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定本实用新型的范围。