一种高温气体处理装置及处理方法与流程

1.本公开涉及化工技术领域，尤其涉及一种高温气体处理装置及处理方法。


背景技术：

2.煤气化是洁净、高效利用煤炭的重要途径，气化原料和气化剂在高温高压环境中快速反应生成高温气体，然后对高温气体进行降温冷却净化除尘处理，最终可获得能用于化工或者能源生产的洁净气体。
3.高温气体的冷却方式主要有急冷工艺和废锅工艺。废锅工艺是高温合成气经过废热锅炉冷却降温，并进行初步除尘，能够回收部分余热，但是其具有投资高，系统复杂等缺点。急冷工艺采用的设备相对比较简单，造价低，工艺流程也简单且成熟，更适合某些化工流程，现有技术中急冷工艺是将高温气体与过量的急冷水充分接触，经过水浴洗涤使得合成气冷却降温并除去部分尘，这种方式中存在的问题就是循环水量过大，造成浪费，另一方面所获得的合成气温度低合成气且容易带水带灰，不利于进一步的使用。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本公开实施例采用的技术方案是：提供一种高温气体处理装置，包括壳体、通过安装板设置于所述壳体内的冷却装置、置于所述壳体内壁和所述冷却装置之间的分离装置，所述壳体的顶部设有气体入口，底部设有灰水池；
5.所述冷却装置的内部形成有冷却区，所述气体入口与所述冷却区连通，所述分离装置处形成有分离区，所述分离区的一侧与所述冷却区相邻且连通，所述分离区的另一侧对应的壳体位置设置有气体出口。
6.在一些实施例中，所述冷却装置为通过水冷壁构造的圆筒结构，其中空的内部形成所述冷却区，所述冷却区包括入口端和出口端，所述入口端与所述气体入口相邻，所述出口端与所述分离区相邻且连通，所述水冷壁的下部和上部分别设有入水口和出水口。
7.在一些实施例中，所述冷却装置还包括第一喷雾降温装置，所述第一喷雾降温装置由设置于水冷壁上的喷嘴和多根连接于所述喷嘴上的第一入水管组成，其位于所述气体入口处与入口端之间。
8.在一些实施例中，所述冷却装置还包括第一测温装置，设置于所述水冷壁上，位于所述出水口附近，用于测量所述出水口排出的水的第一温度。
9.在一些实施例中，所述冷却装置还包括第二测温装置，设置于所述水冷壁上，位于所述分离区入口处，用于测量经冷却处理的气体的第二温度；
10.所述冷却装置还包括第二喷雾降温装置，所述第二喷雾降温装置由设置于壳体上的多介质喷嘴和多根连接于所述多介质喷嘴的第二入水管组成，位于出口端与所述第二测温装置之间，以在所述第二温度超过第二阈值时通过所述第二喷雾降温装置对所述气体进行进一步降温。
11.在一些实施例中，所述出口端内径逐渐扩大，形成扩口结构，以便于经降温处理的
所述高温气体进入分离区。
12.在一些实施例中，所述分离装置包括设置于安装板上的旋风分离组件，位于所述分离区，以对经过降温处理的高温气体中的飞灰进行分离。
13.在一些实施例中，所述旋风分离组件包括通过所述安装板安装于所述壳体与所述冷却装置之间的旋风分离器、与所述旋风分离器底部连通的管道、设于所述管道上且紧邻于壳体的落灰管、设于所述管道穿出壳体外部的一端上的储灰罐、设于壳体外部的管道上的切断阀以及设于切断阀与所述壳体之间的吹灰管；所述落灰管和所述吹灰管与所述管道内部相连通。
14.在一些实施例中，所述分离装置包括多个所述旋风分离组件，多个所述旋风分离组件呈一层/多层环形阵列均匀分布于所述分离区内；其中，在所述旋风分离组件呈多层环形阵列均匀分布于所述分离区内时，所述旋风分离组件的分割粒径从下层往上不断减小。
15.在一些实施例中，所述灰水池连通有灰水循环装置，用于向灰水池中补充水或接收灰水池中溢流出的灰水，以维持灰水池中的水位在一个预定的高度内。
16.在一些实施例中，所述灰水循环装置包括水罐，所述水罐具有与灰水池连通的回水管和溢流管以及补水管；所述水罐的内部设有滤网，底部设有排污管；
17.所述回水管位于所述滤网上方，并与所述灰水池的第一水位高度平齐，以在所述灰水池中的水位低于第一水位时向灰水池中补充水；所述溢流管一端伸入所述滤网下方，另一端与所述灰水池的第二水位高度平齐，以在所述灰水池中的水位高于第二水位时接收灰水池中排出的水。
18.本公开实施例还提供一种基于如上所述的处理装置的高温气体处理方法，其特征在于，所述方法包括：
19.通过所述冷却装置对高温气体做第一降温处理，包括：根据所述冷却装置的出水水温，通过喷雾降温以使所述冷却装置的出水水温高于当时水分压条件下的饱和温度30℃至100℃；
20.当经过所述第一降温处理后的气体温度高于一阈值，做第二降温处理，包括：通过喷雾降温以使进入所述分离装置的气体的温度在预设温度以内，且不低于当时水分压饱和温度以上20℃；
21.通过分离装置除去经过降温处理的气体中的飞灰。
22.与现有技术相比，本公开实施例的有益效果在于：通过本公开实施例的高温气体处理装置，将分离装置设置于冷却装置和壳体的内壁之间，充分地利用设备的内部空间，其通过冷却装置控制温度以实现高温气体的降温，提高降温效率，并进一步通过分离装置除去气体中的飞灰，提高净化效率，方便实现自动控制，保障设备温度稳定，进而确保设备的长期稳定运行。
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为本公开实施例的高温气体处理装置的结构示意图。
25.图中的附图标记所表示的构件：
26.100-壳体；101-气体入口；102-气体出口；
27.200-安装板；
28.300-冷却装置；310-水冷壁；311-冷却区；311a-入口端；311b-出口端；312-入水口；313-出水口；320-第一喷雾降温装置；350-第二喷雾降温装置；
29.400-分离装置；410-旋风分离组件；411-旋风分离器；411a-出气口；412-管道；413-落灰管；414-储灰罐；415-切断阀；416-吹灰管；420-分离区；
30.500-灰水池；
31.600-灰水循环装置；610-水罐；611-回水管；612-溢流管；613-补水管；614-滤网；615-排污管。
32.a-水冷壁内部空间；b-第二喷雾降温装置与底层旋风段间的空间；c-旋风组间的空间；d-上层旋风与气体出口间的空间
具体实施方式
33.为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。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。
34.本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
35.在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。
36.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。
37.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。
38.本公开实施例提供了一种高温气体处理装置，参见图1所示，图1示出了本公开实施例涉及的高温气体处理装置的结构示意图，图中虚线上的箭头为气体的流向，所述高温气体处理装置包括壳体100，在所述壳体100上设有用于高温气体进入的气体入口101以及用于排出高温气体的气体出口102，气体入口101设置于壳体100的顶部，所述壳体100内设
有安装板200，用于固定安装为高温气体降温的冷却装置300，以及能除去高温气体中的杂质的分离装置400，所述分离装置400位于冷却装置300与壳体100的内壁之间，所述冷却装置300的内部形成有冷却区311，所述气体入口101与所述冷却区311连通，以使进入的高温气体能通过冷却区311进行降温处理，所述分离装置400处形成有分离区420，所述分离区420的一侧与所述冷却区311相邻且连通，使得降温处理后的气体进入分离区420后，经分离装置400处理能除去颗粒较为细小的灰渣，所述分离区420的另一侧对应的壳体100的位置设置有气体出口102，以使通过分离区420后的气体能排出壳体100，送往后续流程使用；壳体100的底部设为灰水池500，用于容纳从高温气体中分离出的大颗粒的灰渣。
39.具体实施中，如图1中所示，高温气体从壳体100的上的气体入口101进入冷却装置300内部的冷却区311，高温气体在冷却区311中下行并经冷却装置300降温处理，高温气体通过冷却区后开始折返，折返过程中降温后的气体中夹带的大颗粒的灰渣在重力的作用下落入灰水池500，而降温后的气体进入与冷却区311相邻且连通分离区420，在分离装置400的作用下经过除尘处理除去其中夹带的小颗粒的灰渣，最后经过除尘处理的洁净气体通过气体出口102排出壳体100，送往后续流程使用。
40.本公开实施例的高温气体处理装置，将分离装置400设置于冷却装置300和壳体100的内壁之间，充分地利用了设备的内部空间，提高了空间利用率，通过冷却装置300控制温度以实现气体的降温，提高降温效率，并通过分离装置400除去气体中的杂质，可在无人干预的情况下，保障设备温度稳定，进而确保设备的长期稳定运行。
41.在一些实施例中，所述冷却装置300为通过水冷壁310构造的圆筒结构，水冷壁310的内部空间a为冷却区311，由圆筒结构内的中空的内部形成，用于所述高温气体通过以进行冷却处理，所述冷却区311包括入口端311a和出口端311b，所述入口端311a与所述气体入口101相邻，所述出口端311b与所述分离区420相邻且连通，所述水冷壁310的下部和上部分别设有入水口312和出水口313，便于冷却水从入水口312进入水冷壁310，完成热交换后由出水口313排出；具体实施中，高温气体从所述入口端311a进入冷却区311，与水冷壁310形成的圆筒结构的内壁进行充分接触，以进行热量交互实现降温效果，然后由所述出口端311b排出后进入分离区420。进一步地，所述出口端311b的内径逐渐扩大，形成扩口结构，有利于降低折返时的气体的速度，以便于经降温处理的所述高温气体随外扩的水冷壁310的内壁逐步扩散均匀分布，然后上升进入分离区420。
42.进一步地，所述冷却装置300还包括第一喷雾降温装置320，所述第一喷雾降温装置320由设置于水冷壁310上的喷嘴(未图示)和多根连接于所述喷嘴上的第一入水管(未图示)组成，第一喷雾降温装置320位于所述气体入口101处与入口端311a之间，在高温气体经入口端311a进入冷却区311时，第一喷雾降温装置320将第一入水管中的水通过喷嘴变成水雾，喷入高温气体中，喷入的水量可以根据需要进行调节，以对高温气体进行降温。进一步地，所述冷却装置300还包括第一测温装置(未图示)，第一测温装置可以是设置于所述水冷壁310上的测温热偶，位于所述出水口313附近，用于测量所述出水口313排出的水的第一温度，以在所述第一温度超过第一阈值时通过调节所述第一喷雾降温装置320的第一入水管中的入水量，加强对所述高温气体的降温处理效果以达到预设的温度区间。
43.本实施例中，具体的，第一阈值可以设为高于当时水分压条件下的饱和温度30℃至100℃之间的一个温度目标值，在此温度下，水冷壁310内用于冷却高温气体的水会经加
热形成水蒸气，在水冷壁310的出水口313处测得水冷壁310排出的水蒸气的第一温度超过第一阈值时，通过增加第一入水管中的水量，加大通过喷嘴的喷雾，以增强第一喷雾降温装置320的降温效果，使第一温度达到预设的温度区间；在水冷壁310的出水口313的第一温度未超过当时水分压条件下的饱和温度30℃时，减少第一入水管中的水量，减小通过喷嘴的喷雾，以降低第一喷雾降温装置320的降温效果，使第一温度达到预设的温度区间。
44.本实施例中，通过在水冷壁310出口处设置第一测温装置，在第一温度超过第一阈值时及时采用降温手段，以避免高温气体对壳体100的威胁，保障设备安全，同时使用第一喷雾降温装置320进行降温处理，有效提高降温效率，且控制降温后的气体处于过热状态，减少了冷却水的用量，方便实现自动控制。
45.进一步地，所述冷却装置300还包括第二测温装置(未图示)，可以是设置于所述水冷壁310上的测温热偶，位于所述分离区420入口处，用于测量经冷却处理的气体进入分离区420时的第二温度；所述冷却装置300还包括第二喷雾降温装置350，所述第二喷雾降温装置350由设置于壳体100上的多介质喷嘴(未图示)和多根连接于所述多介质喷嘴的第二入水管(未图示)组成，位于出口端311b与所述第二测温装置之间，以在所述第二温度超过第二阈值时通过第二喷雾降温装置350对所述气体进行进一步降温，降温后的气体从冷却区311进入分离区420时，若其温度过高超过第二阈值会对分离装置400造成损坏，此时，可通过第二喷雾降温装置350对气体进行紧急降温，将第二入水管中的水通过多介质喷嘴变成压力水雾，喷入气体中，以使第二温度达到预设的温度区间。
46.本实施例中，具体的，第二阈值可以设为300℃至350℃某个值或者某个温度范围，这个温度值或温度范围的上限设置跟设备材料能承受的温度相关，不能超过设备材料能承受的温度，以保障设备的安全，同时这个温度值或温度范围的下限设置不能低于当时水分压条件下饱和温度20℃，以确保冷却后的气体仍然处于过热状态，以减少冷却用水量，同时过热状态的气体中不会携带水汽，避免了水汽的凝结在分离装置400中形成结垢现象，影响分离装置400的稳定运行。测得冷却后的气体的第二温度超过第二阈值时，通过增加第二入水管中的水量，加大通过多介质喷嘴的喷雾，以增强第二喷雾降温装置350的降温效果，使第二温度达到预设的温度区间；冷却后的气体的第二温度低于当时水分压条件下的饱和温度20℃时，减少第二入水管中的水量，减小多介质喷嘴的喷雾，以降低第二喷雾降温装置350的降温效果，使第二温度达到预设的温度区间。
47.本实施例中，通过在分离区420入口处设置第一测温装置，在第二温度超过第二阈值时及时采用紧急降温手段，以避免高温气体对分离装置400造成的损坏，保障设备安全，同时使用第二喷雾降温装置350进行降温处理，且控制降温后的气体仍处于过热状态，控制了冷却水的用量，也方便实现自动控制，同时避免了气体带水汽进入分离装置400，在分离装置400内形成结垢，降低分离效率，影响冷却装置300的使用寿命。
48.在一些实施例中，所述分离装置400包括旋风分离组件410，通过安装板200设置与所述壳体100与所述冷却装置300之间，位于所述分离区420，以便于对经过降温处理的气体中的飞灰进行分离。
49.具体的，所述旋风分离组件410包括通过所述安装板200安装于所述壳体100与所述冷却装置300之间的旋风分离器411、与所述旋风分离器411底部连通的管道412、设于所述管道412上且紧邻于壳体100的落灰管413、设于所述管道412穿出壳体100外部的一端上
的储灰罐414、设于壳体100外部的管道412上的切断阀415以及设于切断阀415与所述壳体100之间的吹灰管416；所述落灰管413和所述吹灰管416与所述管道412内部相连通。具体使用中，旋风分离器411安装时，其出气口411a的高度高于安装板200的最高点位置，以便于更好地分离气体中的飞灰；冷却后的气体通过分离区420时，经旋风分离器411分离出气体中的飞灰，飞灰通过与所述旋风分离器411底部连通的管道412落入储灰罐414内，为便于收集管道412中的飞灰，可将管道412倾斜设置，将连接有储灰罐414的一端设置为低于另一端，以便于管道412中的飞灰落入储灰罐414内，同样的，安装板200也可以以与管道412相同的倾斜方式设置，以在部分浮灰落于安装板200上聚集起来时，随倾斜设置的安装板200通过落灰管413落入管道412中，最后落入储灰罐414内；在需要排灰时，通过切断阀415断开储灰罐414与管道412的连通，通过吹灰管416进行反吹，以便及时清理积灰的堵塞。
50.在一些实施例中，所述分离装置400包括多个所述旋风分离组件410，多个所述旋风分离组件410呈一层或多层环形阵列均匀分布于所述分离区420内；其中，在所述旋风分离组件呈多层环形阵列均匀分布于所述分离区内时，所述旋风分离组件的分割粒径从下层往上不断减小。这样，可以根据所需要的气体的洁净度或气体中所携带杂质的情况，在分离区420内均匀布置一层或多层旋风分离组件410来分离杂质净化气体，而且，设置多层旋风分离组件410时，可以根据杂质的粒径大小，进行分级除尘，先去除粒径较大的杂质，再去除粒径较小的杂质，以提高分离杂质时的除尘效率。
51.具体地，所述分离区420可以包括第二喷雾降温装置与底层旋风段间的空间b和上层旋风与气体出口间的空间d,在所述分离区420内布置两层旋风分离组件410时，所述分离区420还包括旋风组间的空间c，可以理解的是，所述分离区420内可以依此布置多层旋风分离组件410，以根据需要提高气体净化率。
52.本实施例中，高温气体在水冷壁内部空间a中经过水冷壁310冷却处理后，从水冷壁内部空间a中出来，经第二喷雾降温装置与底层旋风段间的空间b进入分离区420进行分离处理，第二喷雾降温装置与底层旋风段间的空间b内设置有第二测温装置，对进入旋风分离组件410的气体的温度进行测量，在进入旋风分离组件410的气体的温度高于第二阈值时，采用第二喷雾装置对该气体进行降温处理，以控制进入旋风分离组件410的气体的温度，保护旋风分离组件410不受损坏。经降温处理的气体进入第二喷雾降温装置与底层旋风段间的空间b后，在旋风分离组件410的作用下分离出气体中的飞灰，被净化后的气体进入上层旋风与气体出口间的空间d后从气体出口102送往后续流程使用；在布置有两层旋风分离组件410时，气体经过第一层旋风分离组件410时，可以通过第一层旋风分离组件410中预先设置的入口旋风速度、离心速度和出口旋风速度，先除去气体中夹带的粒径较大的杂质，经第一层旋风分离组件410净化后的气体进入旋风组间的空间c,以经第二层旋风分离组件410的净化处理，此时，再通过第二层旋风分离组件410中预先设置的入口旋风速度及离心速度和出口旋风速度，除去气体中夹带的粒径小一些的杂质，以进一步分离出气体中的飞灰，经第二层旋风分离组件410净化处理后的气体进入上层旋风与气体出口间的空间d后经气体出口102送往后续流程使用。
53.在一些实施例中，所述灰水池500连通有灰水循环装置600，用于控制灰水池500的液面高度，灰水循环装置600可以向灰水池500中补充水或接收灰水池500中溢流出的灰水，以将灰水池500中的水位维持在一个预定的高度内。进一步地，所述灰水循环装置600包括
水罐610，所述水罐610具有与灰水池500连通的回水管611和溢流管612以及补水管613，所述补水管613用于向水罐610内补充水，以保障水罐610内的水量，满足灰水循环的要求；所述水罐610的内部设有滤网614，底部设有排污管615，通过滤网614将从灰水池500中带出的灰渣隔离在滤网614下方的水罐610底部，水罐610底部的灰渣可以通过排污管615连续或间歇的排出；所述回水管611位于所述滤网614上方，并与所述灰水池500的第一水位高度平齐，在所述灰水池500中的水位低于第一水位时，回水管611可以将水罐610中经滤网614过滤后的灰水导入灰水池500，这里，可以在回水管611的管路上设置一个泵，用于提升灰水压头并通过回水管611将水罐610中过滤后的灰水送入灰水池500内，使得灰水池500内的灰水产生周向旋转带动灰水池500中的灰渣，以通过溢流管612将灰渣带入水罐610内，也可以在灰水池500的底部设置灰渣出口，用于排出灰渣，本公开在此不做限定；所述溢流管612一端伸入所述滤网614下方，另一端与所述灰水池500的第二水位高度平齐，在所述灰水池500中的水位高于第二水位时可以通过溢流管612将灰水池500中排出的灰水导流至水罐610内的滤网614下，以将灰水中带有的灰渣隔离在滤网614下部。
54.本公开实施例的高温气体处理装置，将分离装置400设置于冷却装置300和壳体100的内壁之间，充分地利用设备的内部空间，其通过冷却装置300控制温度以实现高温气体的降温，提高降温效率，并进一步通过分离装置400除去气体中的飞灰，提高净化效率，方便实现自动控制，保障设备温度稳定，进而确保设备的长期稳定运行。
55.本公开实施例还提供了一种基于如上所述的处理装置的高温气体处理方法，所述方法包括：
56.通过所述冷却装置300对高温气体做第一降温处理，包括：根据所述冷却装置300的出水水温，通过喷雾降温以使所述冷却装置300的出水水温高于当时水分压条件下的饱和温度30℃至100℃；
57.当经过所述第一降温处理后的气体温度高于一阈值，做第二降温处理，包括：通过喷雾降温以使进入所述分离装置400的气体的温度在预设温度以内，且不低于当时水分压饱和温度以上20℃；
58.通过分离装置400除去经过降温处理的气体中的飞灰。
59.此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本公开的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
60.以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本公开的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的
等同形式的全部范围来确定。
61.以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本公开，本公开的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本公开做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本公开的保护范围内。