[發明專利]高溫反應器及其換熱系統

有效

• 申請號: 201711143940.6
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN109794211B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 劉兵;彭寶仔;劉臻;方薪暉
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;C10J3/72;F28D21/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉虎;李健

本發明公開了一種用于高溫反應器的換熱系統和具有該換熱系統的高溫反應器。所述用于高溫反應器的換熱系統包括：熱管蒸發器，所述熱管蒸發器具有第一冷卻水進口和第一水蒸汽出口；和用于冷凝水蒸汽的冷凝器，所述冷凝器具有水蒸汽進口和冷凝水出口，所述冷凝水出口與所述第一冷卻水進口連通，所述冷凝水出口位于所述第一冷卻水進口的上方，所述水蒸汽進口與所述第一水蒸汽出口連通。根據本發明實施例的換熱系統具有冷卻水氣化率高、換熱效率高、設備投資低、運行成本低等優點。

技術領域

本發明涉及化工設備領域，具體地，涉及用于高溫反應器的換熱系統，還涉及具有該換熱系統的高溫反應器。

背景技術

干粉狀固體燃料(例如粉煤)氣化以其冷煤氣效率高、反應速度快、耗水耗氧量低，日益成為煤炭等固體燃料氣化的主流技術。干煤粉氣化發生在1400攝氏度-1700攝氏度、壓力一般不高于4MPag條件下。為了保護設備免于高溫損壞，采用水冷壁對氣化爐等設備進行保護。

目前，氣化爐等設備所用的水冷壁按換熱管結構分為豎直管膜式和盤管式兩種。

專利申請200780037041.6公開了氣化反應器的豎直管膜式水冷壁，管與管之間采用鰭片或扁鋼連接，為保證冷卻水在各管內均勻分布，在每根管入口采用了限流孔板，阻力較大。而且，為避免冷卻水的氣化率過大而造成換熱管干板，換熱管內的冷卻水采用強制循環，水的氣化率通常2％，所需冷卻水量較大。循環冷卻水采用飽和水，出于安全考慮，水冷壁內的水壓通常比氣化壓力高1～1.5MPa。對于運行在4MPag的氣化反應器，循環冷卻水的壓力通常在5.5MPag，采用高壓增加了管道、汽包設備等的設備投資。

GSP、HT-L等氣化爐的水冷壁采用盤管結構，為避免氣泡在盤管內聚集造成死區，往往采用冷卻水強制循環。彎管內阻力較豎直管大，為克服大通量水流動阻力，上述兩類水冷壁操作均需配置循環水泵，增加了設備投資與運行成本。循環冷卻水的氣化率通常2％，冷卻水利用率及換熱效率較低。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的問題，提供用于高溫反應器的換熱系統和具有該換熱系統的高溫反應器，該用于高溫反應器的換熱系統具有冷卻水氣化率高、換熱效率高的優點。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供一種用于高溫反應器的換熱系統，所述用于高溫反應器的換熱系統包括：熱管蒸發器，所述熱管蒸發器具有第一冷卻水進口和第一水蒸汽出口；和用于冷凝水蒸汽的冷凝器，所述冷凝器具有水蒸汽進口和冷凝水出口，所述冷凝水出口與所述第一冷卻水進口連通，所述冷凝水出口位于所述第一冷卻水進口的上方，所述水蒸汽進口與所述第一水蒸汽出口連通。

根據本發明實施例的用于高溫反應器的換熱系統通過設置換熱效率極高的熱管蒸發器，從而可以極大地提高熱管蒸發器內的冷卻水的氣化率，由此可以極大地提高換熱系統的換熱效率。由于熱管蒸發器內的冷卻水的氣化率可以接近100％，因此與現有的水冷壁相比，根據本發明實施例的換熱系統的可以極大地減小冷卻水流量。具體地，現有的豎直管膜式水冷壁的冷卻水流量大約為700噸/小時，而根據本發明實施例的換熱系統的冷卻水流量僅為大約9.4噸/小時，極大地降低了運行成本。

根據本發明實施例的換熱系統通過使冷凝水出口位于第一冷卻水進口的上方，從而可以使冷卻水在自身重力的作用下流到熱管蒸發器內。

由于熱管蒸發器不存在未與冷卻水接觸的干板且冷卻水可以自動地進入到熱管蒸發器內，因此根據本發明實施例的換熱系統無需設置用于強制冷卻水流動的水泵，從而可以極大地降低設備投資和運行成本。而且，根據本發明實施例的換熱系統也無需設置用于促進冷卻水均勻分布的限流孔板等大壓降組件，從而不僅可以極大地降低設備投資和運行成本，而且可以極大地降低換熱系統的壓降。

因此，根據本發明實施例的換熱系統具有冷卻水氣化率高、換熱效率高、設備投資低、運行成本低的優點。