CN102865567B - 一种igcc过程气余热锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IGCC过程气余热锅炉。通过本余热锅炉可将1000℃左右的煤气化过程气温度降低到250℃左右，既回收了高温过程气的热量，产生的过热蒸汽用来发电，又使煤气化过程气的净化工作易于实现。本余热锅炉结构主要包括两级锅壳式蒸发器、两级锅壳式过热器、一级锅壳式省煤器和独立的汽包。锅炉的各级受热面采用立式串联布置，汽包横置式布置在锅炉顶部。该锅炉采用过程气走管内，工质走管外，改变了传统的烟气走管外，工质走管内的锅炉结构。与其它形式的IGCC余热锅炉相比较，其结构更加紧凑，烟气侧的承压能力大大提高，制造工艺更加简单，锅炉的安装、维修更加方便，锅炉的运行更加安全稳定。

Description

一种IGCC过程气余热锅炉

技术领域

本发明涉及一种余热锅炉，尤其涉及一种用于回收IGCC过程气热量的余热锅炉。

背景技术

整体煤气化联合循环（Integrated Gasification Combined Cycle，简称IGCC）发电技术，是指将燃料煤进行气化后得到合成气，将合成气净化后用于燃气-蒸汽联合循环的发电技术。IGCC技术是把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术，被视为21世纪煤电发展的重要方向，是解决煤电可持续发展的最有效的技术途径之一。但在IGCC技术应用中仍存在很多难题亟待解决，首先是为了保证气化效率，煤气化炉需要在高温高压的环境下运行；其次是煤气化炉产生的高温高压粗煤气（过程气）进入燃气轮机之前必须进行净化，而在目前技术条件下，可靠的煤气净化方法仍是低温湿法净化。为此，必须有一种耐高温高压的热能回收设备，在回收高温高压粗煤气（过程气）大量显热能的同时，将粗煤气（过程气）的温度降到满足下级脱硫除尘净化装置工艺要求温度之下。传统锅炉结构形式是粗煤气（过程气）走管外，水及水蒸气走管内，导致的结果一是管外的粗煤气（过程气）与管壁的积灰基本上无法清除，二是管外的粗煤气（过程气）为可燃气体，传统锅炉结构形式无法做到本发明型式的粗煤气（过程气）走管内的密封效果，三是传统锅炉结构形式无论是在烟道内放置对流管束，还是布置盘管受热面，都无法排除锅炉受热面弯头增多，结构复杂，导致锅炉运行寿命减短和维修量增大的局面。本发明正是针对上述条件和要求，打破了传统锅炉结构形式，设计出了一种全新的IGCC过程气热能回收余热锅炉。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种IGCC过程气余热锅炉，其锅炉主体具有多个相互连接的锅壳式对流受热面，在所述多个受热面内部具有相互连通的换热管，工作时，由外界设备产生的高温过程气进入换热管，进行逐级降温；锅炉工质进入各换热面，依次加热。

所述锅炉主体具有：锅壳式的第一级对流蒸发器，其内部具有与外界设备相连的换热管，该第一级对流蒸发器的底部和顶部开有连接汽水连接管的管口；

固定在第一对流蒸发器下方的高温过热器，该高温过热器为锅壳式过热器，其内部具有换热管，该换热管与所述第一级对流蒸发器内部的换热管相连接，该换热管的管内介质来自于所述锅壳式换热筒体的管内介质；该高温过热器的上方和下方开有连接汽水连接管的管口；

固定在高温过热器下方的锅壳式的低温过热器，其内部具有换热管，该换热管与所述所述高温过热器内部的换热管相连通，换热管的管内介质来自所述高温过热器内部的换热管；低温过热器的顶部和底部开有连接汽水连接管的管口；所述位于低温过热器顶部的管口通过汽水连接管与所述高温过热器的底部管口相连接；

固定在所述低温过热器下方的锅壳式的第二级对流蒸发器，其内部具有换热管，该换热管与所述低温过热器内部的换热管连通，其管内介质来自所述低温过热器内部的换热管，所述第二级对流蒸发器的顶部和底部开有管口；

固定在第二级对流蒸发器下方的锅壳式的省煤器，其内部具有换热管，该换热管与所述第二级对流蒸发器内部的换热管相连通，其管内介质来自所述所述第二级对流蒸发器内部的换热管，该省煤器的顶部和底部开有连接汽水连接管的管口；

所述锅炉汽包，通过汽水连接管与所述第一级对流蒸发器、低温过热器、第二级对流蒸发器和锅壳式省煤器的管口相连接；所述锅炉汽包内部设有汽水分离装置；

工作时，外界设备产生的高温过程气首先通过所述锅壳式换热筒体进入第一级对流蒸发器，依次经过所述高温过热器、低温过热器、第二级对流蒸发器和省煤器内部与所述锅壳式换热筒体相连接的换热管，进行逐级降温；同时，锅炉工质首先进入所述省煤器，加热后通过汽水连接管进入锅炉汽包；锅炉汽包中的水通过汽水连接管分别进入第一级对流蒸发器和第二级对流蒸发器中，换热成为汽水混合物后经由汽水连接管至锅炉汽包；所述汽水混合物通过所述汽水分离装置产生饱和蒸汽；饱和蒸汽通过汽水连接管，进入低温过热器和高温过热器加热，加热后的过热蒸汽输出至外部设备，完成过程气余热回收。

所述第一级对流蒸发器的顶部固定有入口烟箱，该入口烟箱与所述第一级对流蒸发器锅壳筒体内部换热管相连通，由外部设备输送的高温过程气或介质，首先通过入口烟箱，再进入所述各受热面；所述省煤器的下部固定有出口烟箱，由所述省煤器输出的过程气，经过出口烟箱输出至外部设备；所述出口烟箱和入口烟箱都开有检修人孔；所述出口烟箱还设有放灰口。

所述第一级对流蒸发器、高温过热器、低温过热器、第二级对流蒸发器和锅壳式省煤器的各级受热面之间都固定有连接烟道；所述多个连接烟道开有检修人孔。

所述各级受热面、连接烟道、入口烟箱和出口烟箱之间为可拆连接。

所述高温过热器和低温过热器的壳程内设有折流隔板。

所述入口烟箱、出口烟箱和连接烟道中敷设有耐火浇注料和保温浇注料。

所述入口烟箱高温过程气入口端管板上敷设耐火层，并在该换热管入口处加装耐热陶瓷保护套管。由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种IGCC过程气余热锅炉，与现有技术相比较，本发明提供的IGCC过程气余热锅炉具有制造工艺简单、安装维修方便、运行安全稳定等特点，适宜在IGCC系统中推广使用。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的正视图

图2为本发明实施例1的侧视图

图3为本发明实施例2的正视图

图中：1、入口烟箱2、检修人孔3、第一级对流蒸发器4、排污管座5、连接烟道6、高温过热器7、低温过热器8、第二级对流蒸发器9、锅壳式省煤器10、出口烟箱11、放灰口12、锅炉汽包13、汽水连接管14、耐火浇注料15、保温浇注料16、换热管17、折流隔板18、钢架。

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

一种IGCC过程气余热锅炉锅炉，与现有锅炉的主要区别在于各受热面内均布置有换热管，过程气（烟气）走管内，工质（热水、蒸汽及汽水混合物）走管外。可以有效的解决由于过程气（粗煤气）走管外（换热管外）而造成的管壁的积灰无法清除的现象，极大的提高了锅炉的使用寿命。

实施例1

如图1和图2所示：一种IGCC过程气余热锅炉，锅炉的主体主要由多级锅壳式对流受热面组成，优选的由上至下依次包括：第一级对流蒸发器3，高温过热器6、低温过热器7、第二级对流蒸发器8和锅壳式省煤器9，每个受热面内部都设有换热管16，且各受热面中的换热管16彼此相连。由锅炉外部输入的高温过程气，依次经过各受热面，换热完成后，高温过程气从输入时的1000℃左右降低到250℃以下。

所述第一级对流蒸发器3的顶部开有管口301，底部开有管口302，管口301和管口302通过汽水连接管与锅炉汽包12相连，用于第一级对流蒸发器3工质的输入和输出。

高温过热器6的顶部开有管口601，底部开有管口602，其中管口601用于输出高温工质给其他外部设备，底部的管口602用于输入工质。

低温过热器7的顶部开有供工质输出的管口701，底部开有供工质输入的管口702，其中顶部的管口701通过汽水连接管与所述管口602相连接；底部的管口702通过汽水连接管与锅炉汽包12相连接。

第二级对流蒸发器8的顶部与底部也分别开有供工质出入的管口，管口801和管口802，管口801和管口802分别通过汽水连接管与锅炉汽包12相连接。

省煤器9的底部和顶部分别设有管口，通过汽水连接管13与锅炉汽包12相连接的管口901，该管口901开在省煤器的顶部；底部的管口902与外部设备相连接，用于输入工质。

本发明IGCC过程气余热锅炉工质流程，即汽水流程为：锅炉给水首先通过管口902进入锅壳式省煤器9中加热，然后从管口901经过汽水连接管1 3进入到锅炉汽包12中。锅炉汽包12由钢架18支撑到一定高度，以保证有足够的水循环压头。锅炉汽包12中的冷水通过汽水连接管13中与管口302和管口802相连接的下降管进入到第一级对流蒸发器3和第二级对流蒸发器8中，炉水在第一级对流蒸发器3和第二级对流蒸发器8中换热成为汽水混合物，汽水混合物再通过汽水连接管13中的上升管进入锅炉汽包12中，汽水混合物在锅炉汽包12内通过汽水分离装置产生饱和蒸汽，从锅炉汽包12出来的饱和蒸汽通过汽水连接管13首先进入低温过热器7，经低温过热器7加热后再进入高温过热器6进一步加热，从高温过热器6出来的过热蒸汽送到汽轮机进行发电。

由于本发明中的高温过程气，即粗煤气等可燃性气体，在整个换热过程中都是在密封的换热管中运行，可以达到良好的密封性，避免可燃性气体的泄露。

进一步的，在锅炉主体的顶部和底部固定安装有入口烟箱1和出口烟箱10，在所述的各受热面之间还固定有连接烟道5，如图1所示。在入口烟箱1、出口烟箱10和每一个连接烟道5上都开有方便检修的检修人孔2。为了防止高温入口端锅壳管板因热应力集中而发生裂纹，在高温粗煤气（过程气）入口端管板上敷设耐火层，并在该换热管入口处加装耐热陶瓷保护套管。

为了方便检修，入口烟箱1、出口烟箱10和连接烟道5上设有检修人孔2和放灰口11，沉积在出口烟箱10中的灰尘由放灰口11排出。

所述的各受热面和接口烟道5的连接方式为可拆连接，可以是螺栓连接。在实际使用时，可根据需要改变各受热面的组合方式。相对于传统的锅炉，本发明在具有相同的换热效果的前提下，大大减少了原有锅炉的复杂结构，不需要传统锅炉中，诸如对流管束和盘管受热面等结构设备，结构简单，可以极大的延长锅炉运行寿命，同时只需要更少的维修保养。

实施例2，

与所述实施例1类似，在没有改变所述高温过程气所经过的各受热面顺序的情况下，根据实际安装高度的要求，将入口烟箱1和第一级对流蒸发器3的位置进行了平移后，通过连接烟道与高温过热器6相连同，可以达到与实施例1同样的换热效果。

例如由图1的竖直排列方式改为图3的交错上下排列方式，本发明的排列方式包括但不限于图3所示排列方式。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，减少或增加受热面的数量，改变各换热面实体的相对位置等都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种IGCC过程气余热锅炉，其锅炉主体具有多个相互连接的锅壳式对流受热面，在所述多个受热面内部具有相互连通的换热管，工作时，由外界设备产生的高温过程气进入换热管，进行逐级降温；锅炉工质进入各受热面，依次加热，

所述锅炉主体具有：

锅壳式的第一级对流蒸发器，其内部具有接收由外界设备产生的高温过程气的换热管，该第一级对流蒸发器的底部和顶部开有连接汽水连接管的管口；

固定在第一级对流蒸发器下方的高温过热器，该高温过热器为锅壳式过热器，其内部具有换热管，该换热管与所述第一级对流蒸发器内部的换热管相连接，该换热管的管内介质来自于锅壳式换热筒体的管内介质；该高温过热器的上方和下方开有连接汽水连接管的管口；

固定在高温过热器下方的锅壳式的低温过热器，其内部具有换热管，该换热管与所述高温过热器内部的换热管相连通，换热管的管内介质来自所述高温过热器内部的换热管；低温过热器的顶部和底部开有连接汽水连接管的管口；所述低温过热器顶部的管口通过汽水连接管与所述高温过热器的下方管口相连接；

固定在所述低温过热器下方的锅壳式的第二级对流蒸发器，其内部具有换热管，该换热管与所述低温过热器内部的换热管连通，其管内介质来自所述低温过热器内部的换热管，所述第二级对流蒸发器的顶部和底部开有管口；

固定在第二级对流蒸发器下方的锅壳式的省煤器，其内部具有换热管，该换热管与所述第二级对流蒸发器内部的换热管相连通，其管内介质来自所述第二级对流蒸发器内部的换热管，该省煤器的顶部和底部开有连接汽水连接管的管口；

锅炉汽包，通过汽水连接管与所述第一级对流蒸发器、低温过热器、第二级对流蒸发器和锅壳式省煤器的管口相连接；所述锅炉汽包内部设有汽水分离装置；

工作时，外界设备产生的高温过程气首先通过所述锅壳式换热筒体进入第一级对流蒸发器，依次经过所述高温过热器、低温过热器、第二级对流蒸发器和省煤器内部与所述锅壳式换热筒体相连接的换热管，进行逐级降温；同时，锅炉工质首先进入所述省煤器，加热后通过汽水连接管进入锅炉汽包；锅炉汽包中的水通过汽水连接管分别进入第一级对流蒸发器和第二级对流蒸发器中，换热成为汽水混合物后经由汽水连接管至锅炉汽包；所述汽水混合物通过所述汽水分离装置产生饱和蒸汽；饱和蒸汽通过汽水连接管进入低温过热器和高温过热器加热，加热后的过热蒸汽输出至外界设备，完成过程气余热回收。

2.根据权利要求1所述的一种IGCC过程气余热锅炉，其特征还在于：所述第一级对流蒸发器的顶部固定有入口烟箱，该入口烟箱与所述第一级对流蒸发器内部换热管相连通，由外界设备输送的高温过程气，首先通过入口烟箱，再进入所述各受热面；所述省煤器的下部固定有出口烟箱，由所述省煤器输出的过程气，经过出口烟箱输出至外界设备；所述出口烟箱和入口烟箱都开有检修人孔；所述出口烟箱还设有放灰口。

3.根据权利要求2所述的一种IGCC过程气余热锅炉，其特征还在于：所述第一级对流蒸发器、高温过热器、低温过热器、第二级对流蒸发器和锅壳式省煤器各级受热面之间都固定有连接烟道；连接烟道开有检修人孔。

4.根据权利要求3所述的一种IGCC过程气余热锅炉,其特征还在于：所述各级受热面、连接烟道、入口烟箱和出口烟箱之间为可拆连接。

5.根据权利要求1所述的一种IGCC过程气余热锅炉，其特征还在于：所述高温过热器和低温过热器的壳程内设有折流隔板。

6.根据权利要求4所述的一种IGCC过程气余热锅炉，其特征还在于：所述入口烟箱、出口烟箱和连接烟道中敷设有耐火浇注料和保温浇注料。

7.根据权利要求3所述的一种IGCC过程气余热锅炉，其特征还在于：所述入口烟箱高温过程气入口端管板上敷设耐火层，并在该入口处加装耐热陶瓷保护套管。