CN103013581A - 一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤气化技术的热气化炉，特别是一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于：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、合成气排气口，合成气入口位于压力壳体顶部封头处，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，合成气排气设置于压力壳体底部的下封头处；本发明可用于IGCC发电系统，吸收粗合成气的显热产生高压蒸汽或中压蒸汽用于发电，整体能源利用率大大提高，具有能量回收利用率高的优点；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，可以有效缩减废热锅炉整体尺寸，制造、运输和安装较为方便。
Description
技术领域
本发明涉及煤气化技术的热气化炉，特别是一种一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置。
背景技术
整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）可以实现燃煤高效、清洁和多样化利用，也是未来发展煤基发电CO2零排放——即“绿色煤电”煤炭的核心技术之一。在IGCC发电系统中，废热锅炉是显热回收利用的关键设备和气化岛中的重大设备，废热锅炉对高温煤气、熔融渣显热的回收利用将使热煤气效率达到90～95%，发电效率达到42～45%，废热锅炉的运行情况将直接影响IGCC发电系统的可用率和整体发电效率。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，造成设备投资大，占用空间大，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，提供了一种一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，将辐射锅炉和对流锅炉结合为一个整体，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热回收装置，其特征在于：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、合成气排气口，合成气入口位于压力壳体顶部封头处，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，合成气排气设置于压力壳体底部的下封头处。该热回收装置省去了辐射锅炉与预热锅炉之间的连接部分，并尽可能多的回收高温合成气所带显热。
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，辐射水冷壁的辐射屏受热面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压力壳体固接并设在压力壳体的外部、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压力壳体外。
所述热回收装置的压力壳体的下封头上设有合成气排气口。
本发明的工作原理如下：
当高温的合成气及熔融渣出气化炉后，进入本装置顶部的窄长的合成气入口，以较高的气流速度进入辐射换热组件，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，固态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，可以保证排渣系统的可靠稳定运行；
合成气流向下经过渣池水面的反折，通过渣池与膜式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。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明可用于IGCC发电系统，吸收粗合成气的显热产生高压蒸汽或中压蒸汽用于发电，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合成气入口，1-1耐火衬里，2辐射换热组件，3渣池，3-1连接板，3-2排渣管，4对流换热组件，5压力壳体，6辐射水冷壁，6-1辐射水冷壁上集箱，6-2辐射水冷壁下集箱，6-3辐射水冷壁引出管，6-4辐射水冷壁进水管，6-5辐射水冷壁受热面，6-6立管，7辐射屏，7-1辐射屏上集箱，7-2辐射屏下集箱，7-3辐射屏进水管，7-4辐射屏引出管，8蒸发器，8-1蒸发器上集箱，8-2蒸发器下集箱，8-3蒸发器进水管，8-4蒸发器引出管，8-5蒸发器螺旋盘管，9过热器，9-1过热器上集箱、9-2过热器下集箱，9-3过热器进水管，9-4过热器引出管，10省煤器，10-1省煤器上集箱，10-2省煤器下集箱，10-3省煤器进水管，10-4省煤器引出管，11螺旋盘管，12螺旋环管，12-6立管，13合成气出口，11螺旋盘管，15螺旋环管。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，包括合成气入口1、辐射换热组件2、渣池3、对流换热组件4、压力壳体5。该热回收装置为回转状，辐射换热部分2在上部，对流换热部分4在下部，渣池3位于辐射换热部分2底部。所述的热回收装置的合成气入口1为一窄长的喉部通道，内壁为耐火衬里1-1。
所述辐射换热组件包括辐射水冷壁6和辐射屏7，辐射水冷壁6由辐射水冷壁上集箱6-1、辐射水冷壁下集箱6-2、辐射水冷壁进水管6-3、辐射水冷壁引出管6-4和辐射水冷壁受热面6-5组成。多个立管6-6平行设置，围成圆柱形的空腔，形成膜式辐射水冷壁6，相邻的两个立管6-6之间通过焊接连接。每个立管6-6的上端与辐射水冷壁上集箱6-1连通，每个立管6-6的下端与辐射水冷壁下集箱6-2连通。辐射水冷壁进水管6-4的一端与压力壳体5固接并设在压力壳体5的外部、另一端与辐射水冷壁上集箱6-1连通，辐射水冷壁引出管6-3的一端与压力壳体5的上封头固接、另一端与辐射水冷壁上集箱6-1连通。
所述辐射屏7由辐射屏上集箱7-1、辐射屏下集箱7-2、辐射屏进水管7-3、辐射屏引出管7-4和辐射屏受热面组成。辐射屏受热面的下端与辐射屏下集箱7-2连通，辐射屏受热面的上端与辐射屏上集箱7-1连通。辐射屏进水管7-3和辐射屏引出管7-4分别与辐射屏下集箱7-2和辐射屏上集箱7-1连通，并引出到压力壳体5外。
所述的渣池3处于辐射换热组件3的底部，渣池3外端与压力壳体5通过连接板3-1连接并固定，渣池3下端与排渣管3-2连接并延伸至压力壳体5外。
所述对流换热组件4包括蒸发器8、过热器8和省煤器10组成。蒸发器8、过热器8和省煤器10依次布置在辐射换热组件2下部的压力壳体5内。所述蒸发器8、过热器9和省煤器10由三组螺旋盘管11组成，每组螺旋盘管11由四层紧密环绕的螺旋环管12组成，每组螺旋盘管11错列布置。
所述蒸发器螺旋盘管8-5上端、下端分别与蒸发器上集箱8-1、下集箱8-2连通，蒸发器进水管8-3与蒸发器下集箱8-2连通，蒸发器引出管8-4与蒸发器上集箱8-1连通；所述过热器螺旋盘管9-5上端、下端分别与过热器上集箱9-1、下集箱9-2连通，过热器进水管9-3与过热器下集箱9-2连通，过热器引出管9-4与过热器上集箱9-1连通；所述省煤器螺旋盘管10-5上端、下端分别与省煤器上集箱10-1、下集箱10-2连通，省煤器进水管10-3与省煤器下集箱10-2连通，省煤器引出管10-4与省煤器上集箱10-1连通。
所述压力壳体5底部的下封头上开有合成气排气口12。
本发明一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置的工作过程为：
所述热回收装置为一种回转状混合式热回收装置，辐射换热组件在上部，对流换热组件在下部，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部分，进一步降温冷却。该热回收装置省去了辐射锅炉与预热锅炉之间的连接部分，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喉部通道，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，通过窄长的喉部通道，以较高的气流速度进入辐射换热部分。
辐射换热部分由膜式水冷壁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膜式水冷壁。由于流通面积扩大，熔融渣在气流作用下向四周喷溅，从离开喉部通道至到达膜式水冷壁的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性，在重力作用下落入辐射换热部分底部的渣池中。辐射换热屏在膜式水冷壁腔的中下部，它的存在增大了辐射换热面，减少了辐射换热部分的体积，使换热效果更好。
渣池处于辐射换热部分的下部。固化后的灰渣穿过膜式水冷壁腔后，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，进入对流换热部分。对流换热部分由若干组螺旋盘管组成，螺旋盘管外层为膜式水冷壁。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 (9)
1.一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于：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、合成气排气口，合成气入口位于压力壳体顶部封头处，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，合成气排气设置于压力壳体底部的下封头处。
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热回收装置，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热回收装置，其特征在于：所述辐射换热组件纵向设于压力壳体内，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压力壳体固接并设在压力壳体的外部、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压力壳体的上封头固接、另一端与辐射水冷壁上集箱连通。
4.根据权利要求3所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，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，并引出到压力壳体外。
5.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热回收装置，其特征在于：所述渣池处于辐射换热组件的底部，渣池外端与压力壳体通过连接板连接并固定，渣池的下端连接排渣管，排渣管延伸至压力壳体外。
6.根据权利要求1或4或5所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，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压力壳体的空间中。
7.根据权利要求6所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，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。
8.根据权利要求7所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，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压力壳体外。
9.根据权利要求8所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于具体工作原理是：当高温的合成气及熔融渣出气化炉后，通过本装置顶部的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，固态灰渣随水排出；合成气流向下经过渣池水面的反折，通过渣池与膜式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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