CN104745233B - 气化炉水循环与余热锅炉一体化形成自然水循环的装置 - Google Patents

Abstract

气化炉水循环与余热锅炉一体化形成自然水循环的装置，它涉及一种形成自然水循环的装置，具体涉及一种气化炉水循环与余热锅炉一体化形成自然水循环的装置。本发明为了解决现有气化炉水循环运行成本和汽包制造成本较高的问题。本发明包括气化炉和余热锅炉，所述气化炉包括余热锅炉汽包、气化炉汽水导管、气化炉燃烧器、气化炉上联箱、气化炉炉膛、气化炉垂直管屏水冷壁、合成气通道、气化炉下降管、气化炉下联箱、气化炉炉体和省煤器，所述余热锅炉包括余热锅炉烟道、蒸发器、余热锅炉下降管、过热器、余热锅炉水冷壁、余热锅炉汽水导管、省煤器连接管、蒸发器连接管和过热器连接管。本发明用于气化炉领域。

Description

气化炉水循环与余热锅炉一体化形成自然水循环的装置

技术领域

本发明涉及一种形成自然水循环的装置，具体涉及一种气化炉水循环与余热锅炉一体化形成自然水循环的装置，属于气化炉领域。

背景技术

根据中国的能源政策以及我国贫油少气多煤的能源资源现状，在相当长时期内，煤炭为主要一次能源。为了保证中国经济的可持续发展，减少燃煤对大气的污染，必须大力发展洁净煤技术，煤气化是最重要的应用广泛的洁净煤技术，而煤气化装置是煤气化系统中最重要的设备。当前带有余热锅炉的煤气化装置中气化炉本体水循环一般采用强制水循环方式，利用循环泵强制驱动水循环吸热。由于循环泵长期运转耗电量巨大，企业长期生产运行成本高；另外一旦断电或者水泵出现故障，气化炉必须停车，以免因水循环不正常而导致锅炉爆管、炉体烧塌等事故。气化炉一旦停车，企业后续生产设备均要停车，将给企业带来巨大损失。此外当前带有余热锅炉的煤气化装置主要设备为气化炉、气化炉汽包、余热锅炉及余热锅炉汽包等，气化炉与余热锅炉水循环系统独立，两个汽包独立存在，汽包制造成本高，因此当前带有余热锅炉的煤气化生产装置所具有的双汽包布置方式也存在设备成本较高的问题。

发明内容

本发明为解决现有气化炉本体水循环运行成本和汽包制造成本较高的问题，进而提出气化炉水循环与余热锅炉一体化形成自然水循环的装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括气化炉和余热锅炉，所述气化炉包括余热锅炉汽包、气化炉汽水导管、气化炉燃烧器、气化炉上联箱、气化炉炉膛、气化炉垂直管屏水冷壁、合成气通道、气化炉下降管、气化炉下联箱、气化炉炉体和省煤器，所述余热锅炉包括余热锅炉烟道、蒸发器、余热锅炉下降管、过热器、余热锅炉水冷壁、余热锅炉汽水导管、省煤器连接管、蒸发器连接管和过热器连接管，气化炉燃烧器安装在气化炉炉体的顶端，气化炉垂直管屏水冷壁是由多根垂直管路组成的圆柱体，所述圆柱体内为气化炉炉膛，气化炉垂直管屏水冷壁的上端通过气化炉上联箱与气化炉汽水导管的下端连接，气化炉汽水导管的上端与余热锅炉汽包连接，气化炉垂直管屏水冷壁的下端与气化炉下联箱连接，气化炉下联箱与气化炉下降管的下端连接，气化炉下降管的上端与余热锅炉汽包连接，余热锅炉下降管的上端与余热锅炉汽包连接，余热锅炉下降管的下部通过两个管路与余热锅炉水冷壁连接，余热锅炉下降管的下部通过一个管路与蒸发器连接，余热锅炉水冷壁是由多根管路组成的回转体，所述回转体内为余热锅炉烟道，余热锅炉烟道通过合成气通道与气化炉炉膛连通，过热器、蒸发器、省煤器由上至下依次安装在余热锅炉烟道内，蒸发器通过蒸发器连接管与余热锅炉汽包连接，过热器通过过热器连接管与余热锅炉汽包连接，余热锅炉水冷壁通过余热锅炉汽水导管与余热锅炉汽包连接，省煤器通过省煤器连接管与余热锅炉汽包连接。

本发明的有益效果是：一、气化炉本体采用自然水循环的方式，更安全；

气化炉内煤粉的燃烧和气化过程会产生大量的热量。水循环系统的作用就是将这些热量带走，从而将气化炉维持在一个稳定的工作状态。现有的带有余热锅炉的煤气化装置中气化炉本体一般采用强制水循环方式，依靠循环泵产生的压头克服水循环回路的流动阻力保证工质在气化炉下降管、气化炉上升管、气化炉汽水导管、气化炉汽包构成的回路中正常流动。流动的水在气化炉上升管内吸热变成饱和汽水混合物后流入气化炉汽包，气化炉汽包将水和饱和蒸汽分离，分离出的饱和蒸汽带走热量，分离出的水继续循环流动到气化炉上升管吸热，从而保证气化炉得到持续的冷却。一旦断电或水泵出现问题，水泵压头消失或变小，无法克服流动阻力，工质无法正常流动，气化炉因煤气化产生的热量无法由水循环产生蒸汽带走，气化炉内温度急剧升高，引发气化炉爆管、炉体烧塌等事故。

本发明中气化炉本体采用自然水循环方式。气化炉下降管位于气化炉炉膛外部，不受热，因此水由余热锅炉汽包经气化炉下降管流入下联箱的过程中温度不变，密度不变，而水在气化炉垂直管屏水冷壁中受热变成汽水混合物的过程中，体积增加，密度减小，导致形成的汽水混合物的密度小于下降管内水的密度，在密度差的作用下形成了被称为流动压头的自然水循环动力。本发明中气化炉下降管的管径比现有装置中的气化炉下降管管径要大，以至于气化炉下降管与气化炉垂直管屏水冷壁横截面积之比达到或大于0.2～0.3，下降管中水的流动速度低，流动阻力小，整个水循环回路流动阻力小，流动压头能够克服整个水循环回路中工质的流动阻力，达到动态平衡，从而形成稳定的自然循环。本发明中只要在设计中保证合适的横截面积之比，水循环流动完全是由于蒸发受热面受热产生的密度差而自然形成，不消耗任何外力，外界故障不会影响水循环，故它更安全可靠。

二、气化炉本体和余热锅炉共用一个余热锅炉汽包且去除了循环泵，节省了气化炉设备的制造、维护成本；

汽包内要有一定储量的水，既可以在锅炉蒸发量和积水量不平衡时起缓冲作用，也可以在工况变化时对蒸汽压力的变化起缓冲作用。另外，汽包内还要留有足够的空间安放一定数量的汽水分离装置、蒸汽清洁装置和加药装置等，以减少出口处蒸汽带水量，因此汽包一般体积较大。例如电站锅炉中，对于亚临界参数的600MW机组，其汽包直径一般为1778-1828mm，长度达13016-25244mm。汽包进水时，一般采用除氧器来的热水，进水过程中，因汽包壁热阻力很大，壁内加热很慢，汽包金属内壁温升比外部迅速，内壁温度高于外壁；此外，锅炉启动过程中，汽包的汽空间与水空间的壁温也不一样，壁内外以及空间上的温差都会产生热应力。汽包不仅要承受温差引起的热应力，还要承受高温高压的工作环境(正常工作时，汽包内有大量高温高压的饱和蒸汽)，因此对汽包材料，结构及壁厚要求很高，一般采用特殊钢板卷制，壁厚150mm左右。由于汽包体积大而且材料昂贵等原因，使得汽包造价较高。给水带入的杂质在汽包内发生浓缩和析出，使汽包内常集积有沉积物，加上水的PH值、水中的离子等的影响，汽包会出现腐蚀、结垢等问题。另外由于汽包承受较大的热应力和机械应力，导致焊缝口可能会出现裂缝等问题，这就需要定期停车对汽包进行维护和检修。综上所述，汽包制造、维护成本高。

循环泵直接参与气化炉的高压、高温水循环，工作条件十分严酷，必须采用特殊材料和结构设计，否则会影响整个气化炉运行可靠性。循环泵的电动机与泵是一体的，因此也对电动机提出更高要求。电动的机外壳要能承受气化炉的工作压力，定子线圈要有良好的防水、绝缘性能；为了保护绝缘线圈，机内工质温度要低；为了保证电动机润滑良好，机内工质要十分干净，不得含有杂质。综合上述两点，循环泵的造价不菲。纵使采用特殊结构和材料设计，循环泵也不是绝对可靠，一般会安装备用泵，并且需要对循环泵进行定期检查与维护。另外，泵每年需要消耗大量电力，例如电站锅炉中循环泵消耗的功率一般为机组功率的0.2％-0.25％。由此可见，循环泵每年的检查、维修及运营费用也不容忽视。

现有装置中气化炉本体采用强制水循环方式，余热锅炉采用自然水循环方式，它们各有一个汽包。本发明中因气化炉本体和余热锅炉均采用自然水循环方式，可以使用一个公用的余热锅炉汽包，且不再需要循环泵。由上文已知，汽包、循环泵的制造、维护费用较高，因此本发明相比现有的带有余热锅炉的煤气化装置，节省了大量的设备制造、运行维护费用。

三、气化炉本体和余热锅炉分别采用独立的下降管，两路水循环相对独立，互不干扰。

本发明中气化炉本体与余热锅炉虽然共用一个汽包，但他们有各自独立的下降管，两个循环回路相对独立。对于气化炉本体水循环回路，气化炉下降管的压降与气化炉垂直管屏水冷壁、气化炉汽水导管的总压降相等。流过气化炉下降管的质量流量与流过气化炉垂直管屏水冷壁的质量流量相同。对于余热锅炉水循环回路，余热锅炉下降管的压降与由余热锅炉水冷壁、蒸发器、余热锅炉汽水连接管、蒸发器连接管构成的上升回路的总压降相等，流过余热锅炉下降管的质量流量与流过余热锅炉水冷壁、蒸发器的质量流量之和相等。两个水循环回路均满足自然水循环回路的要求，工作过程独立，其中任何一路发生故障时，另一路依然可以正常运行。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是图1中A向示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述气化炉水循环与余热锅炉一体化形成自然水循环的装置包括气化炉和余热锅炉，所述气化炉包括余热锅炉汽包1、气化炉汽水导管2、气化炉燃烧器3、气化炉上联箱4、气化炉炉膛5、气化炉垂直管屏水冷壁6、合成气通道7、气化炉下降管8、气化炉下联箱9、气化炉炉体10和省煤器11，所述余热锅炉包括余热锅炉烟道12、蒸发器13、余热锅炉下降管14、过热器15、余热锅炉水冷壁16、余热锅炉汽水导管17、省煤器连接管18、蒸发器连接管19和过热器连接管20，气化炉燃烧器3安装在气化炉炉体10的顶端，气化炉垂直管屏水冷壁6是由多根垂直管路组成的圆柱体，所述圆柱体内为气化炉炉膛5，气化炉垂直管屏水冷壁6的上端通过气化炉上联箱4与气化炉汽水导管2的下端连接，气化炉汽水导管2的上端与余热锅炉汽包1连接，气化炉垂直管屏水冷壁6的下端与气化炉下联箱9连接，气化炉下联箱9与气化炉下降管8的下端连接，气化炉下降管8的上端与余热锅炉汽包1连接，余热锅炉下降管14的上端与余热锅炉汽包1连接，余热锅炉下降管14的下部通过两个管路与余热锅炉水冷壁16连接，余热锅炉下降管14的下部通过一个管路与蒸发器13连接，余热锅炉水冷壁16是由多根管路组成的回转体，所述回转体内为余热锅炉烟道12，余热锅炉烟道12通过合成气通道7与气化炉炉膛5连通，过热器15、蒸发器13、省煤器11由上至下依次安装在余热锅炉烟道12内，蒸发器13通过蒸发器连接管19与余热锅炉汽包1连接，过热器15通过过热器连接管20与余热锅炉汽包1连接，余热锅炉水冷壁16通过余热锅炉汽水导管17与余热锅炉汽包1连接，省煤器11通过省煤器连接管18与余热锅炉汽包1连接。

工作原理

粉煤、水蒸气及氧气由气化炉燃烧器3通入气化炉炉腔5并在炉腔5内发生反应生成高温煤气和渣，生成的渣落入气化炉炉体10下部冷却水中冷却后经排渣口排出，生成的高温煤气经合成气通道7流入由余热锅炉中。气化炉本体水循环过程：给水经省煤器11预热后经省煤器连接管18进入余热锅炉汽包1，余热锅炉汽包1内的单相水流过不受热的气化炉下降管8进入气化炉下联箱9，此过程水温不变，密度不变，然后水流入气化炉垂直管屏水冷壁6内吸热，由于气化炉垂直管屏水冷壁6截面积比气化炉下降管8的截面积大，从而保证水在气化炉上升管6内吸热后可以充分地蒸发膨胀，使得流动工质变为汽水混合物。水变成汽水混合物，体积增加，密度减小，因此气化炉下联箱9两侧因工质密度不同而形成压力差，推动气化炉垂直管屏水冷壁6内的汽水混合物向上流动，经气化炉汽水导管2进入余热锅炉汽包1。余热锅炉汽包1将流入的汽水混合物分离开来，然后将分离出的水蒸气净化后输送给过热器15继续加热；另将分离出来的水和省煤器11的来水混合后，通过气化炉下降管8再输送到气化炉垂直管屏水冷壁6循环加热，产生水蒸气。从合成气通道7流入的高温煤气流进由余热锅炉水冷壁16围成的余热锅炉烟道12内。在余热锅炉烟气通道12内，高温煤气与余热锅炉水冷壁16换热的同时依次与过热器15、蒸发器13换热，随后流入省煤器11继续进行换热，最终降温后的煤气经合成气出口流出。余热锅炉水循环过程：给水经省煤器11预热后进入余热锅炉汽包1，单相的水从余热锅炉汽包1进入余热锅炉下降管14，余热锅炉下降管14内的水一部分流入余热锅炉水冷壁16，另一部分流入蒸发器13。水在余热锅炉水冷壁16和蒸发器13内进行蒸发吸热后，部分水变成蒸汽，流动工质变成汽水混合物。水循环系统因工质密度不同而形成压力差，推动余热锅炉水冷壁16、蒸发器13内的汽水混合物向上流动，分别经余热锅炉汽水导管17、蒸发器连接管19进入余热锅炉汽包1。余热锅炉汽包1将流入的汽水混合物分离开来，然后将分离出的水蒸气净化后输送给过热器15继续加热；另将分离出来的水和省煤器11的来水混合后，通过余热锅炉下降管14再输送到各蒸发受热面循环加热，产生水蒸气。余热锅炉也采用自然水循环方式，气化炉与余热锅炉水循环过程相对独立，形成自己的自然水循环系统，不会影响余热锅炉的自然水循环过程。

Claims (1)

1.气化炉水循环与余热锅炉一体化形成自然水循环的装置，它包括气化炉和余热锅炉，所述气化炉包括余热锅炉汽包(1)、气化炉汽水导管(2)、水冷壁、气化炉下降管(8)，所述气化炉下降管(8)和气化炉汽水导管(2)均与余热锅炉汽包(1)连接，所述余热锅炉包括蒸发器(13)和过热器(15)，其特征在于：所述气化炉还包括气化炉燃烧器(3)、气化炉上联箱(4)、气化炉炉膛(5)、气化炉垂直管屏水冷壁(6)、合成气通道(7)、气化炉下联箱(9)、气化炉炉体(10)和省煤器(11)，所述余热锅炉还包括余热锅炉烟道(12)、余热锅炉下降管(14)、余热锅炉水冷壁(16)、余热锅炉汽水导管(17)、省煤器连接管(18)、蒸发器连接管(19)和过热器连接管(20)，气化炉燃烧器(3)安装在气化炉炉体(10)的顶端，气化炉垂直管屏水冷壁(6)是由多根垂直管路组成的圆柱体，所述圆柱体内为气化炉炉膛(5)，气化炉垂直管屏水冷壁(6)的上端通过气化炉上联箱(4)与气化炉汽水导管(2)的下端连接，气化炉汽水导管(2)的上端与余热锅炉汽包(1)连接，气化炉垂直管屏水冷壁(6)的下端与气化炉下联箱(9)连接，气化炉下联箱(9)与气化炉下降管(8)的下端连接，气化炉下降管(8)的上端与余热锅炉汽包(1)连接，余热锅炉下降管(14)的上端与余热锅炉汽包(1)连接，余热锅炉下降管(14)的下部通过两个管路与余热锅炉水冷壁(16)连接，余热锅炉下降管(14)的下部通过一个管路与蒸发器(13)连接，余热锅炉水冷壁(16)是由多根管路组成的回转体，所述回转体内为余热锅炉烟道(12)，余热锅炉烟道(12)通过合成气通道(7)与气化炉炉膛(5)连通，过热器(15)、蒸发器(13)、省煤器(11)由上至下依次安装在余热锅炉烟道(12)内，蒸发器(13)通过蒸发器连接管(19)与余热锅炉汽包(1)连接，过热器(15)通过过热器连接管(20)与余热锅炉汽包(1)连接，余热锅炉水冷壁(16)通过余热锅炉汽水导管(17)与余热锅炉汽包(1)连接，省煤器(11)通过省煤器连接管(18)与余热锅炉汽包(1)连接。