CN102977925B - 一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，包括气化炉体和热回收装置，气化炉体设置于热回收装置上方；热回收装置包括合成气入口、辐射换热组件、渣池、对流换热组件、压力壳体，合成气入口位于压力壳体顶部封头上，辐射换热组件位于渣池的上部，渣池位于对流换热组件的上部，辐射换热组件、渣池、对流换热组件位于压力壳体内形成一体；气化炉体的下渣口与热回收装置顶部通过法兰连接，下渣口与合成气入口连通；本发明可有效吸收气化后的粗合成气显热，产生高压蒸汽或中压蒸汽用于发电或预热其他工质，能源利用率大大提高，能量回收利用率高；有效缩减了废热锅炉整体尺寸，制造、运输和安装较为方便，可消除对流换热面的积灰问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤气化技术的能源利用装置，特别是一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置。
背景技术
煤气化是洁净、高效利用煤炭的最主要途径之一，气化原料和氧化剂混合进入气化炉内，迅速发生反应，产生的高温合成气（约1400℃）经冷却、除尘，送至下一个车间进行有效利用。
煤气化技术中高温合成气的冷却方式主要有两种，一种为激冷流程，另一种为废锅流程。激冷流程是高温合成气与激冷水充分接触，使煤气降温冷却、熔融渣固化。激冷流程不回收高温合成气中的显热，能源利用效率低。废锅流程中高温合成气依次进入辐射锅炉和预热锅炉进行换热降温，并进行初步除尘。它能最大限度的回收合成气中的显热，以产生高压蒸汽或预热其他工艺介质，这种方式可以回收相当于原料煤低位热量中15~18%的能量，使得热煤气效率可达到90~95%，提高了系统的能源利用效率。
在现有的气流床气化技术中，采用废热锅炉回收高温合成气的热量一般有两种方式：一是以Shell公司为代表的气流床粉煤加压气化技术，循环冷气返回气化炉高温合成气出口将气化炉合成气冷却至700～750℃，然后再进入对流废热锅炉换热副产中压蒸汽。另一种是以GE公司为代表的水煤浆气化工艺，高温合成气显热采用辐射锅炉+对流锅炉的方式回收，副产高压饱和蒸汽。但是，现有技术中的废热锅炉还存在结构复杂、使用寿命较短等问题，主要表现在：
（1）Shell粉煤气化技术采用1.3～1.5倍的循环冷气激冷高温合成气，增加了对流废热锅炉及其后续合成气除尘设备的尺寸，同时增加了设备的投资，合成气循环压缩机增加了气化装置的能耗；由于对流锅炉积灰，影响了对流锅炉的换热效果，需要加入比设计激冷气量更多的激冷气。
（2）GE水煤浆气化工艺中的合成气全显热回收系统由辐射废热锅炉和对流废热锅炉两个设备组成，两设备独立布置，设备投资大，占用空间大，同时系统运行的可靠性也由于设备的复杂而受到影响；同时辐射锅炉合成气温度缺乏调节手段，致使对流锅炉积灰堵塞。
发明内容
本发明为克服现有气化炉废热锅炉的缺陷和不足，提供了一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，将气化炉与具备辐射对流的热回收装置结合为一个整体，达到充分回收高温合成气和熔融渣所带显热，降低投资和节约能源，提高热效率的目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：包括气化炉体和热回收装置，气化炉体设置于热回收装置上方；所述气化炉体包括压力壳体、耐火衬里或者水冷壁、位于顶部的喷嘴通道和位于底部的下渣口；所述热回收装置包括合成气入口、辐射换热组件、渣池、对流换热组件、压力壳体，合成气入口位于热回收装置的压力壳体顶部封头上，辐射换热组件位于渣池的上部，渣池位于对流换热组件的上部，辐射换热组件、渣池、对流换热组件位于热回收装置的压力壳体内形成一体；所述气化炉体的下渣口与热回收装置顶部通过法兰连接，下渣口与合成气入口连通。
所述合成气入口为一窄长通道，该合成气入口的内壁为耐火衬里。
所述辐射换热组件纵向设于热回收装置的压力壳体内，与带热量的气体充分换热；辐射换热组件包括辐射水冷壁和辐射屏，辐射水冷壁是由若干个纵向平行设置的立管围成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接，圆筒壁的中间为辐射换热腔；辐射换热组件还包括辐射水冷壁上集箱、辐射水冷壁下集箱、辐射水冷壁进水管、辐射水冷壁引出管和辐射水冷壁受热面，辐射水冷壁上集箱与每个立管的上端连通，辐射水冷壁下集箱与每个立管的下端连通，辐射水冷壁进水管的一端与热回收装置的压力壳体固接并设在热回收装置的压力壳体的外部、辐射水冷壁进水管的另一端与辐射水冷壁上集箱连通，辐射水冷壁引出管的一端与热回收装置的压力壳体的上封头固接、另一端与辐射水冷壁上集箱连通。
所述辐射屏由若干个立管排形成，立管排以热回收装置的中心向外发散分布于辐射换热腔内，每个立管排由若干立管形成，立管排的相邻两个立管紧贴设置；辐射换热组件还包括辐射屏上集箱、辐射屏下集箱、辐射屏进水管、辐射屏引出管，辐射屏受热面的下端与辐射屏下集箱连通，辐射屏受热面的上端与辐射屏上集箱连通，辐射屏进水管和辐射屏引出管分别与辐射屏下集箱和辐射屏上集箱连通，并引出到热回收装置的压力壳体外。
所述渣池处于辐射换热组件的底部，渣池外端与热回收装置的压力壳体通过连接板连接并固定，渣池的下端连接排渣管，排渣管延伸至热回收装置的压力壳体外。
所述对流换热组件包括蒸发器、过热器和省煤器，蒸发器、过热器和省煤器从上往下依次布置在热回收装置的压力壳体的空间中。
所述蒸发器、过热器和省煤器分别由一组螺旋盘管形成，每组螺旋盘管分别包括四层螺旋环管，每两层螺旋环管之间有一定的距离，每层螺旋环管是由管子紧密环绕形成的。
所述蒸发器还包括蒸发器上集箱、蒸发器下集箱、蒸发器进水管、蒸发器引出管，形成蒸发器的螺旋盘管的上端与蒸发器上集箱连通，形成蒸发器的螺旋盘管的下端与蒸发器下集箱连通，蒸发器进水管与蒸发器下集箱连通，蒸发器引出管与蒸发器上集箱连通；所述过热器还包括过热器上集箱、过热器下集箱、过热器进水管、过热器引出管，形成过热器的螺旋盘管的上端与过热器上集箱连通，形成过热器的螺旋盘管的下端与过热器下集箱连通，过热器进水管与过热器下集箱连通，过热器引出管与过热器上集箱连通；所述省煤器还包括省煤器上集箱、省煤器下集箱、省煤器进水管、省煤器引出管，形成过热器的螺旋盘管的上端与省煤器上集箱连通，形成省煤器的螺旋盘管的下端与省煤器下集箱连通，省煤器进水管与省煤器下集箱连通，省煤器引出管与省煤器上集箱连通；蒸发器进水管、蒸发器引出管、过热器进水管、过热器引出管、省煤器进水管、省煤器引出管均延伸至热回收装置的压力壳体外。
所述气化炉为气流床气化炉，该气流床气化炉是单喷嘴气化炉，或者多喷嘴气化炉，或者煤浆气化炉，或者粉煤气化炉，或者水冷壁气化炉，或者耐火衬里气化炉等各种形式的气化炉。
本发明的具体工作原理是：
气化原料（水煤浆或者干煤粉）和氧化剂混合进入气化炉体中，迅速发生气化反应，生成高温高压的合成气流及熔融渣（温度约为1400℃）；该高温高压的合成气流及熔融渣出气化炉后，通过窄长的合成气入口以较高的气流速度进入热回收装置，进入后向下通过辐射换热腔，以辐射传热的方式将热量传给四周的辐射水冷壁；由于流通面积扩大，熔融渣在合成气流作用下向四周喷溅，从离开合成气入口至到达辐射水冷壁的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性，在重力作用下落入辐射换热组件底部的渣池中，在渣池中与水混合急剧冷却，形成高硬度的固态灰渣，灰渣随水排入锁渣罐中，在渣池附近设置吹扫装置，进行防结渣沉淀扰动，保证排渣系统的可靠稳定运行；同时，合成气流经过渣池水面的反折，合成气流由渣池与辐射水冷壁之间的通道继续向下进入对流换热组件，进一步降温冷却。
所述热回收装置将辐射换热与对流换热结合为一体，并尽可能多的回收高温合成气所带显热，而且辐射换热屏在辐射换热腔的中下部，它的存在增大了辐射换热面，减少了辐射换热组件的体积，使换热效果更好。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明可有效的吸收气化后的粗合成气的显热，产生高压蒸汽或中压蒸汽用于发电或预热其他工质，整体能源利用率大大提高，具有能量回收利用率高的优点。
（2）本发明提供的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其热回收装置采用双层水冷壁结构设计并设置辐射换热屏和对流换热面，有效地缩减了废热锅炉整体尺寸，制造、运输和安装较为方便。
附图说明
图1为本发明的剖视示意图；
图2为本发明图1中的A-A截面剖视示意图；
图3为本发明图1中的B-B截面剖视示意图；
图4为本发明图1中的Ⅰ部的局部示意图。
其中，附图标记为：1气化炉体，2热回收装置，3压力壳体，4气化炉的耐火衬里或水冷壁，4喷嘴通道，5下渣口，6喷嘴通道，7合成气入口，8辐射换热组件，8-1辐射水冷壁，8-2辐射屏，9渣池，9-1连接板，9-2排渣管， 10对流换热组件，10-1蒸发器，10-2过热器，10-3省煤器，10-4对流换热水冷壁，11法兰，12合成气入口的耐火衬里，13合成气排气口，14热回收装置的压力壳体。
具体实施方式
如图1所示，一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，包括气化炉体1和热回收装置2，所述气化炉体1位于热回收装置2上方，由气化炉的压力壳体3、气化炉的耐火衬里（或水冷壁）4、下渣口5和喷嘴通道6组成。这里以单喷嘴耐火衬里结构的气流床气化炉体为例。
其实，所述气化炉为气流床气化炉，可以是单喷嘴气化炉，也可以是喷嘴气化炉，也可以是煤浆或粉煤气化炉，也可以是水冷壁或耐火衬里气化炉等各种形式的气化炉。
所述热回收装置2为辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，包括合成气入口7、辐射换热组件8、渣池9、对流换热组件10、热回收装置的压力壳体14。该热回收装置2为回转状，辐射换热组件8在上部，对流换热组件10在下部，渣池9位于辐射换热组件8底部。
所述气化炉体1和热回收装置2通过法兰11连接，两装置间由一窄长的通道连通，通道内壁为耐火衬里12。
所述热回收装置2为一种回转状混合式热回收装置，热回收装置的压力壳体14的上封头上设置有合成气入口7。
所述辐射换热组件8包括辐射水冷壁8-1和辐射屏8-2，辐射水冷壁8-1由多个平行设置的立管围成圆柱形的空腔形成，相邻的两个接管之间通过焊接连接。辐射屏8-2位于辐射换热组件8围成的空腔内。
所述渣池9处于辐射换热组件8的底部，渣池9外端与热回收装置的压力壳体14通过连接板9-1连接并固定，渣池9下端与排渣管9-2连接并延伸至热回收装置的压力壳体14外。
所述对流换热组件10位于渣池9下部，包括蒸发器10-1、过热器10-2和省煤器10-3组成。
所述蒸发器10-1、过热器10-2和省煤器10-3由三组螺旋盘管组成。每组螺旋盘管由四层紧密环绕的螺旋环管组成，组与组之间错列布置。蒸发器10-1、过热器10-2和省煤器10-3依次布置在辐射换热组件8下部的热回收装置的压力壳体14内。
所述热回收装置的压力壳体14底部的下封头上开有合成气排气口13。
本发明的工作过程为：
气化原料（水煤浆或者干煤粉）和氧化剂混合进入气化炉体中，迅速发生气化反应，生成高温高压的粗合成气（温度约为1400℃）；该高温合成气流从合成气入口进入热回收装置后，向下通过辐射换热腔，熔融渣进入渣池凝固，气流由渣池外围通道继续向下进入对流换热组件，进一步降温冷却。该热回收装置将辐射换热与对流换热结合为一体，并尽可能多的回收高温合成气所带显热。
热回收装置的合成气入口为一窄长的通道，内壁为耐火衬里。高温合成气及熔融渣（温度约1400℃）出气化炉后，通过窄长的通道，以较高的气流速度进入辐射换热组件。
辐射换热组件由辐射换热腔及腔内的辐射换热屏组成。高温合成气及熔融渣进入水冷壁腔中，以辐射传热的方式将热量传给四周的辐射水冷壁。由于流通面积扩大，熔融渣在气流作用下向四周喷溅，从离开通道至到达辐射水冷壁的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性，在重力作用下落入辐射换热组件底部的渣池中。辐射换热屏在辐射换热腔的中下部，它的存在增大了辐射换热面，减少了辐射换热组件的体积，使换热效果更好。
渣池处于辐射换热组件的下部。固化后的灰渣穿过辐射换热腔后，落入下部的渣池中，在渣池中与水混合急剧冷却，形成高硬度的固态灰渣。灰渣随水排入锁渣罐中。在渣池附近设置吹扫装置，进行防结渣沉淀扰动，保证排渣系统的可靠稳定运行。
气流经过渣池水面的反折，由渣池与水冷壁之间的通道，进入对流换热组件。对流换热组件由若干组螺旋盘管组成，螺旋盘管外层为辐射水冷壁。每组螺旋盘管由四层紧密环绕的螺旋环管组成，每组螺旋盘管错列布置。经排水降温的合成气依次流过蒸发器、过热器、省煤器并进行换热冷却，由热回收装置底部的出口排出。
Claims (8)
1.一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：包括气化炉体和热回收装置，气化炉体设置于热回收装置上方；所述气化炉体包括压力壳体、耐火衬里或者水冷壁、位于顶部的喷嘴通道和位于底部的下渣口；所述热回收装置包括合成气入口、辐射换热组件、渣池、对流换热组件、压力壳体，合成气入口位于热回收装置的压力壳体顶部封头上，辐射换热组件位于渣池的上部，渣池位于对流换热组件的上部，辐射换热组件、渣池、对流换热组件位于热回收装置的压力壳体内形成一体；所述气化炉体的下渣口与热回收装置顶部通过法兰连接，下渣口与合成气入口连通；
所述辐射换热组件纵向设于热回收装置的压力壳体内，与带热量的气体充分换热；辐射换热组件包括辐射水冷壁和辐射屏，辐射水冷壁是由若干个纵向平行设置的立管围成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接，圆筒壁的中间为辐射换热腔；辐射换热组件还包括辐射水冷壁上集箱、辐射水冷壁下集箱、辐射水冷壁进水管、辐射水冷壁引出管和辐射水冷壁受热面，辐射水冷壁上集箱与每个立管的上端连通，辐射水冷壁下集箱与每个立管的下端连通，辐射水冷壁进水管的一端与热回收装置的压力壳体固接并设在热回收装置的压力壳体的外部、辐射水冷壁进水管的另一端与辐射水冷壁上集箱连通，辐射水冷壁引出管的一端与热回收装置的压力壳体的上封头固接、另一端与辐射水冷壁上集箱连通；
所述渣池处于辐射换热组件的底部，渣池外端与热回收装置的压力壳体通过连接板连接并固定，渣池的下端连接排渣管，排渣管延伸至热回收装置的压力壳体外；
所述渣池与辐射水冷壁之间形成有用于合成气流流动的通道。
2.根据权利要求1所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述合成气入口为一窄长通道，该合成气入口的内壁为耐火衬里。
3.根据权利要求1所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述辐射屏由若干个立管排形成，立管排以热回收装置的中心向外发散分布于辐射换热腔内，每个立管排由若干立管形成，立管排的相邻两个立管紧贴设置；辐射换热组件还包括辐射屏上集箱、辐射屏下集箱、辐射屏进水管、辐射屏引出管，辐射屏受热面的下端与辐射屏下集箱连通，辐射屏受热面的上端与辐射屏上集箱连通，辐射屏进水管和辐射屏引出管分别与辐射屏下集箱和辐射屏上集箱连通，并引出到热回收装置的压力壳体外。
4.根据权利要求1所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述对流换热组件包括蒸发器、过热器和省煤器，蒸发器、过热器和省煤器从上往下依次布置在热回收装置的压力壳体的空间中。
5.根据权利要求4所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述蒸发器、过热器和省煤器分别由一组螺旋盘管形成，每组螺旋盘管分别包括四层螺旋环管，每两层螺旋环管之间有一定的距离，每层螺旋环管是由管子紧密环绕形成的。
6.根据权利要求5所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述蒸发器还包括蒸发器上集箱、蒸发器下集箱、蒸发器进水管、蒸发器引出管，形成蒸发器的螺旋盘管的上端与蒸发器上集箱连通，形成蒸发器的螺旋盘管的下端与蒸发器下集箱连通，蒸发器进水管与蒸发器下集箱连通，蒸发器引出管与蒸发器上集箱连通；所述过热器还包括过热器上集箱、过热器下集箱、过热器进水管、过热器引出管，形成过热器的螺旋盘管的上端与过热器上集箱连通，形成过热器的螺旋盘管的下端与过热器下集箱连通，过热器进水管与过热器下集箱连通，过热器引出管与过热器上集箱连通；所述省煤器还包括省煤器上集箱、省煤器下集箱、省煤器进水管、省煤器引出管，形成过热器的螺旋盘管的上端与省煤器上集箱连通，形成省煤器的螺旋盘管的下端与省煤器下集箱连通，省煤器进水管与省煤器下集箱连通，省煤器引出管与省煤器上集箱连通；蒸发器进水管、蒸发器引出管、过热器进水管、过热器引出管、省煤器进水管、省煤器引出管均延伸至热回收装置的压力壳体外。
7.根据权利要求1或6所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述气化炉为气流床气化炉，该气流床气化炉是单喷嘴气化炉，或者多喷嘴气化炉，或者煤浆气化炉，或者粉煤气化炉，或者水冷壁气化炉，或者耐火衬里气化炉。
8.根据权利要求4所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于具体工作原理是：气化原料和氧化剂混合进入气化炉体中，迅速发生气化反应，生成高温高压的合成气流；该高温高压的合成气流和熔融渣从合成气入口进入热回收装置后，通过热回收装置顶部窄长的合成气入口进入辐射换热组件，在辐射换热腔中，对高温合成气流和熔融渣进行辐射水冷降温；然后，熔融渣经过辐射水冷后，直接进入渣池，在渣池中，熔融渣与水混合急剧冷却，形成高硬度的固态灰渣；合成气流向下经过渣池水面的反折，通过渣池与辐射水冷壁之间的通道继续向下进入对流换热组件，进一步降温冷却；最后，经排水降温的合成气流在对流换热组件内，依次流过蒸发器、过热器、省煤器并进行换热冷却，由热回收装置底部的合成气排气口排出。
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