CN108384581B - 用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置，包括壳体和设置在壳体中的主体膜式壁和中间辐射屏；主体膜式壁围成余热回收装置的炉膛并且包括上锥段、下锥段和中间直筒段，主体膜式壁与壳体之间形成环隙空间；中间辐射屏沿着主体膜式壁向心设置并且阵列地悬吊布置在炉膛的内部，中间辐射屏内侧形成流通通道。本发明的中间辐射屏采用悬吊管屏，顶部悬吊支撑且下部悬垂，由此可实现自由膨胀，进而能够有效解决辐射屏与膜式壁筒体膨胀不一致的问题；同时，中间辐射屏沿着炉膛的轴线均匀阵列布置在炉膛内，屏间节距较大且中部留出较大通道供高温合成气及熔渣下行，有效解决了辐射屏受热面易结渣、堵渣等问题。
Description
技术领域
本发明涉及高温余热回收的技术领域，更具体地讲，涉及一种用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置。
背景技术
气化炉的操作压力一般在4MPa以上且操作温度在1350℃以上，气化产物为高温合成气以及熔融态灰渣。气化室出口的合成气和熔渣具有较高的温度且蕴含大量的高温显热，为了提高能量的整体利用率通常需回收此部分热量，用于生产饱和蒸汽或过热蒸汽，既可用于化工厂内其他流程，也可用于IGCC发电系统，提高发电效率。
现阶段，出现了很多用于回收高温合成气热量的半辐射及全辐射废热锅炉(余热锅炉)设计流派，但普遍存在受热面易结渣、堵渣的问题。受热面结渣后会严重影响其传热，轻则影响蒸汽产量，严重时会造成受热管爆管、合成气堵塞导致气化炉停产等安全生产事故。此外，根据废热锅炉的结构来看，炉膛内部的辐射屏与炉膛膜式壁因受热不均或材料选择不同会产生较大的膨胀差，使得辐射屏的结构复杂、运行不稳定，存在较大安全隐患。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种改进的余热回收装置，可有效解决受热面易结渣、堵渣问题，并有效解决辐射屏与膜式壁金属膨胀不一致的问题。
本发明提供了一种用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置，所述余热回收装置包括壳体和设置在壳体中的主体膜式壁和中间辐射屏；主体膜式壁围成余热回收装置的炉膛并且包括上锥段、下锥段和中间直筒段，主体膜式壁与壳体之间形成环隙空间；中间辐射屏沿着主体膜式壁向心设置并且阵列地悬吊布置在炉膛的内部，中间辐射屏内侧形成流通通道。
根据本发明用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的一个实施例，所述余热回收装置立式布置在气化炉的下部并且顶部与气化炉中气化室的下渣口连接。
根据本发明用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的一个实施例，所述余热回收装置还包括设置在顶部的联络喉口，所述联络喉口为螺旋盘管结构且向火面敷设有耐火材料。
根据本发明用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的一个实施例，所述余热回收装置还包括设置在底部的渣斗和备用激冷喷嘴，所述渣斗为螺旋盘管结构且向火面敷设有耐火材料。
根据本发明用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的一个实施例，所述主体膜式壁的中间直筒段为由光管和扁钢依次组焊形成的膜式壁，所述主体膜式壁的中间直筒段与上锥段和下锥段之间采用叉形管过渡。
根据本发明用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的一个实施例，所述主体膜式壁的下锥段与进口环形集箱相连且进口环形集箱上设置有第一进口连接管；所述主体膜式壁的上锥段与出口环形集箱相连，出口环形集箱上设置有第一出口连接管和疏水管；所述主体膜式壁的中间直筒段上设置有若干个支座，所述主体膜式壁通过支座安装在壳体上。
根据本发明用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的一个实施例，所述中间辐射屏由若干根U形受热管组成，中间辐射屏的上部通过管屏固定单元支吊在主体膜式壁的上部且中间辐射屏的下部悬垂，所述管屏固定单元与主体膜式壁的内侧固定连接。
根据本发明用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的一个实施例，所述中间辐射屏的顶部以分散管的形式引出主体膜式壁之后分别连接在分配集箱和汇集集箱上，所述分配集箱上设置有第二进口连接管，所述汇集集箱上设置有第二出口连接管，所述分配集箱和汇集集箱布置在环隙空间内且竖向布置。
根据本发明用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的一个实施例，所述中间辐射屏的下部设置有至少两个管屏导向单元，中间辐射屏的各管之间互不焊接并且通过若干个管屏滑动单元相互固定。
根据本发明用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的一个实施例，所述主体膜式壁、中间辐射屏以及联络喉口或渣斗采用并联水路并且采取强制循环方式。
与现有技术相比，本发明用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的中间辐射屏采用悬吊管屏，顶部悬吊支撑且下部悬垂，由此可实现自由膨胀，进而能够有效解决辐射屏与膜式壁筒体膨胀不一致的问题；同时，中间辐射屏沿着炉膛的轴线均匀阵列布置在炉膛内，屏间节距较大且中部留出较大通道供高温合成气及熔渣下行，有效解决了辐射屏受热面易结渣、堵渣等问题。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例的用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的总布置主视结构示意图。
图2示出了图1中的A-A向视图。
图3示出了根据本发明示例性实施例的用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置中主体膜式壁的结构示意图。
图4示出了根据本发明示例性实施例的用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置中中间辐射屏的结构示意图。
图5A示出了根据本发明示例性实施例的用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置中管屏固定单元的主视结构示意图，图5B示出了根据本发明示例性实施例的用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置中管屏固定单元的俯视结构示意图。
附图标记说明：
1-气化炉壳体、2-壳体、3-激冷区壳体、4-主体膜式壁、5-中间辐射屏、6-渣斗、7-联络喉口、8-气化室、9-备用激冷喷嘴、10-环隙空间、11-流通通道、12-检修孔、13-支座；
401-中间直筒段、402-上锥段、403-下锥段、404-进口环形集箱、405-第一进口连接管、406-出口环形集箱、407-第一出口连接管、408-疏水管；
501-U形受热管、502-第二进口连接管、503-分配集箱、504-第二出口连接管、505-汇集集箱、506-管屏固定单元、507-管屏导向单元、508-管屏滑动单元、509-冷却孔。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明提供的余热回收装置实际上主要包括筒体受热面和屏式受热面，其中，筒体受热面构成装置的炉膛，屏式受热面则布置在炉膛的内部。此余热回收装置采用立式布置于气化炉下部，其顶部与气化炉中气化室的下渣口相连接，高温合成气及熔渣自装置的顶部进入炉膛并沿屏式受热面向下流动，其中，熔渣主要通过流通通道流动，高温合成气在整个炉膛范围内流动，随后从装置的底部离开，进而得到冷却。在余热回收装置内固化的块渣直接落入渣池，冷却后的合成气(温度约750～800℃)再进入后续流程。
下面结合附图对本发明用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的结构和原理进行详细说明。
图1示出了根据本发明示例性实施例的用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置的总布置主视结构示意图，图2示出了图1中的A-A向视图。
如图1和图2所示，根据本发明的示例性实施例，所述用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置包括壳体2和设置在壳体2中的主体膜式壁4和中间辐射屏5。壳体2作为主要承压构件，用于安装和固定主体膜式壁4和中间辐射屏5，使得装置的受热面不承压；主体膜式壁4和中间辐射屏5则作为辐射受热面，实现有效的余热回收利用。
具体地，主体膜式壁4围成余热回收装置的炉膛并且包括上锥段402、下锥段403和中间直筒段401，主体膜式壁4与壳体2之间形成环隙空间10，其中，环隙空间10可以用于实现装置的检修和部分组件的安装，例如壳体2上安装有能够进入环隙空间10的检修孔12。
中间辐射屏5沿着主体膜式壁4向心设置并且阵列地悬吊布置在炉膛的内部，主体膜式壁4可以具有圆形、正方形、多边形等截面形状，当其截面形状为圆形时，中间辐射屏5沿着主体膜式壁4向着圆心设置，即设置在主体膜式壁的径向方向上；当其截面形状为正方形等对称图形时，中间辐射屏5沿着主体膜式壁4向着对称中心设置。
中间辐射屏5内侧形成流通通道11，熔渣主要通过该流通通道11向下流动，高温合成气除了通过该流通通道11向下流动，同时也在中间辐射屏5之间流动。其中，中间辐射屏5采用悬吊方式布置，即上部悬吊支撑且下部悬垂，由此可自由膨胀并解决中间辐射屏与主体膜式壁筒体之间膨胀不一致的问题。优选地，中间辐射屏5均匀地阵列布置于炉膛内，屏间节距较大且中间辐射屏5内侧留出较大流通通道11供高温合成气及熔渣下行，有效解决了辐射屏受热面易结渣、堵渣等问题。
如图1所示，本发明的余热回收装置立式布置在气化炉的下部并且顶部与气化炉中气化室1的下渣口连接，其中，壳体2能够与气化炉壳体1直接连接。为了使气化炉与本发明的余热回收装置更好地连接，本发明的余热回收装置还包括设置在顶部的联络喉口7，联络喉口7为螺旋盘管结构且向火面敷设有耐火材料，由此形成上盘管受热面，与主体膜式壁4和中间辐射屏5一起进行余热回收，其中，盘管上部锥扩角需配合气化炉设计。
并且，本发明的余热回收装置还包括设置在底部的渣斗6和备用激冷喷嘴9，渣斗6也为螺旋盘管结构且向火面敷设有耐火材料，由此形成下盘管受热面，与主体膜式壁4和中间辐射屏5一起进行余热回收，其中，盘管上部锥扩角需配合主体膜式壁设计。备用激冷喷嘴9的设置区域为激冷区，该备用激冷喷嘴9和激冷区的设置是为了在装置的出口合成气温度不达标时能够应急补充使用，通过喷水激冷使得出口合成气的温度达标，壳体2也能够与激冷区壳体3直接连接。
优选地，主体膜式壁4、中间辐射屏5以及联络喉口7或渣斗6采用并联水路并且采取强制循环方式。
图3示出了根据本发明示例性实施例的用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置中主体膜式壁的结构示意图。
如图3所示，根据本发明的示例性实施例，所述主体膜式壁4的中间直筒段401为由光管和扁钢依次组焊形成的膜式壁，主体膜式壁4的中间直筒段401与上锥段402和下锥段403之间采用叉形管过渡。优选地，中间直筒段401的管子根数取中间辐射屏数量的整数倍。
主体膜式壁4的下锥段403与进口环形集箱404相连且进口环形集箱404上设置有第一进口连接管405；主体膜式壁4的上锥段402与出口环形集箱406相连，出口环形集箱406上设置有第一出口连接管407和疏水管408。其中，疏水管408在停炉时可将出口环形集箱406及其第一出口连接管407内的介质排净。
优选地，主体膜式壁4的中间直筒段401上设置有若干个支座13，主体膜式壁4通过支座13安装在壳体2上。例如，在中间直筒段401的中部设置四只沿着周向均布的支座13，该支座能够将主体膜式壁所有载荷传递到壳体2上。
图4示出了根据本发明示例性实施例的用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置中中间辐射屏的结构示意图。
如图4所示，根据本发明的示例性实施例，中间辐射屏5由若干根U形受热管501组成，中间辐射屏5的上部通过管屏固定单元506支吊在主体膜式壁4的上部且中间辐射屏5的下部悬垂，管屏固定单元506与主体膜式壁4的内侧固定连接，以保证强度和刚度。
图5A示出了根据本发明示例性实施例的用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置中管屏固定单元的主视结构示意图，图5B示出了根据本发明示例性实施例的用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置中管屏固定单元的俯视结构示意图。
如图5A和5B所示，管屏固定单元506可以设计成水冷锻制孔板结构，整体为一刚性较大的锻制钢板，根据中间辐射屏的管子数量开有多个冷却孔509，中间辐射屏的管子能够穿过管屏固定单元506上的冷却孔，由此管屏固定单元506作为插入段与中间辐射屏的管子焊接固定并形成水流通道。并且，管屏固定单元506的一端与主体膜式壁的内侧焊接，形成整体固定。
并且，中间辐射屏5的顶部以分散管的形式引出主体膜式壁4之后分别连接在分配集箱503和汇集集箱505上，分配集箱503用于进行介质分配并且其上设置有第二进口连接管502，汇集集箱505用于进行介质汇集并且其上设置有第二出口连接管504，分配集箱503和汇集集箱505布置在环隙空间10内且竖向布置。
此外，中间辐射屏4的下部设置有至少两个管屏导向单元507，管屏导向单元507的作用是防止悬垂的中间管屏下部变形及晃动，其结构可以与管屏固定单元506类似，但管子能够在其中滑动。例如，其结构具体为夹持板或梳形板形式，一端与主体膜式壁的内侧焊接固定，从而有效限制管屏整体变形及晃动。
中间辐射屏的各管之间互不焊接且为散管结构，彼此之间通过若干个管屏滑动单元508相互固定，允许轴向膨胀并限制管子出列。其中，管屏滑动单元508同样可以采用与管屏固定单元506类似的结构，但其能够沿着管子滑动，由此实现允许轴向膨胀并限制管子出列的效果。
由此，本发明的余热回收装置可以很好的解决炉膛内中间辐射屏与主体膜式壁筒体膨胀不一致的问题，合理的辐射屏屏间节距以及中部流通通道尺寸可供高温合成气及熔渣的顺利下行，避免辐射屏受热面结渣、堵渣。并且，由于出口设置有备用激冷喷嘴，可保证出口合成气温度在设计范围内。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例：
本实施例的余热回收装置包括主体膜式壁4、中间辐射屏5以及由联络喉口7构成的上盘管受热面和由渣斗6构成的下盘管受热面组成。其中，主体膜式壁、中间辐射屏和上下盘管受热面采用并联水路，均按强制循环方式进行设计。
余热装置的上部与气化室8的下渣口连接，为了实现更好的衔接，余热装置的顶部设置有锅联络喉口7。并且，余热装置的底部设置有渣斗6以及备用激冷喷嘴9。其中，主体膜式壁4与壳体2之间形成有环隙空间10，中间辐射屏5的内侧形成高温合成气以及熔渣的流通通道11。
壳体2设计尺寸为ID4400mm，主体膜式壁4的设计尺寸为3450mm，环隙空间10的尺寸约为450mm，方便安装附件以及后续维修工作的进行。主体膜式壁4包括上锥段402、下锥段403以及中间直筒段401，中间直筒段401为光管+扁钢+光管组焊而成的膜式壁，管子根数为180根，管子外径为48mm，管节距为60.2mm。上锥段402的开口尺寸为φ1100mm，下锥段403的开口尺寸为φ2200mm。主体膜式壁4的下锥段403与进口环形集箱404连接，上锥段402与出口环形集箱406连接，进口环形集箱404和出口环形集箱406上分别设置有第一进口连接管405和第二出口连接管407，各有4根。主体膜式壁的中间直筒段至上锥段和下锥段均采用叉形管过渡，因此锥段管子连接到环形集箱上的管子根数为90根。在直筒段401的中部设置有4只沿周向均布的支座13，通过支座13将主体膜式壁的所有载荷传递到壳体2上。并且，在出口环形集箱406上设置有疏水管408，停炉时可将介质排净。
中间辐射屏5均匀悬吊布置在主体膜式壁4形成的炉膛内部，本实施例按9屏设置，每屏并联水路数为4个，包括4根U形受热管501，中间辐射屏4可以整体向下膨胀并且介质为上进上出。因此，从结构上看每屏管束有8根管子。
U形受热管501组成的管束采用管屏固定单元506支吊在主体膜式壁4的上部，管屏固定单元506与主体膜式壁4的内侧焊接连接以保证强度及刚度。并且，管屏下部设置两个导向点并设置管屏导向单元507。管屏内的管子互不焊接且为散管结构，采用若干个管屏滑动单元508相互固定，允许轴向膨胀并限制管子出列，本实施例中设置有6组管屏滑动单元。固定初以上的部分以分散管形式引入、引出主体膜式壁后分别与分配集箱503和汇集集箱505连接，分配集箱和汇集集箱均布置在环隙空间10内且竖向布置。每个中间辐射屏的汇集集箱和分配集箱数量均为1，装置一共有18个小集箱。连接分配集箱503的为第二进口连接管502，连接汇集集箱505的为第二出口连接管504，数量与集箱相同。
联络喉口7由螺旋盘管构成且向火面敷设耐火材料，渣斗6与联络喉口7的结构一样，也由螺旋盘管构成且向火面敷设耐火材料。由于盘管结构设计较成熟，在此不作详述。在渣斗6的出口处设置有备用激冷喷嘴9，当出口合成气的温度不达标时则用喷水激冷使其达标后排出。
采用本装置，不但可将高温合成气温度降到设计值，而且能够回收大量显热，副产饱和蒸汽或过热蒸汽，可用于化工厂内其他流程或用于IGCC发电，有效提高能源利用率。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (8)
1.一种用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置，其特征在于，所述余热回收装置包括壳体和设置在壳体中的主体膜式壁和中间辐射屏；主体膜式壁围成余热回收装置的炉膛并且包括上锥段、下锥段和中间直筒段，主体膜式壁与壳体之间形成环隙空间；中间辐射屏沿着主体膜式壁向心设置并且阵列地悬吊布置在炉膛的内部，中间辐射屏内侧形成流通通道；
所述中间辐射屏由若干根U形受热管组成，中间辐射屏采用悬吊方式布置，中间辐射屏的上部通过管屏固定单元支吊在主体膜式壁的上部且中间辐射屏的下部悬垂，所述管屏固定单元与主体膜式壁的内侧固定连接；
所述中间辐射屏的下部设置有至少两个管屏导向单元，中间辐射屏的各管之间互不焊接并且通过若干个管屏滑动单元相互固定。
2.根据权利要求1所述用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置，其特征在于，所述余热回收装置立式布置在气化炉的下部并且顶部与气化炉中气化室的下渣口连接。
3.根据权利要求1所述用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置，其特征在于，所述余热回收装置还包括设置在顶部的联络喉口，所述联络喉口为螺旋盘管结构且向火面敷设有耐火材料。
4.根据权利要求1所述用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置，其特征在于，所述余热回收装置还包括设置在底部的渣斗和备用激冷喷嘴，所述渣斗为螺旋盘管结构且向火面敷设有耐火材料。
5.根据权利要求1所述用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置，其特征在于，所述主体膜式壁的中间直筒段为由光管和扁钢依次组焊形成的膜式壁，所述主体膜式壁的中间直筒段与上锥段和下锥段之间采用叉形管过渡。
6.根据权利要求1所述用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置，其特征在于，所述主体膜式壁的下锥段与进口环形集箱相连且进口环形集箱上设置有第一进口连接管；所述主体膜式壁的上锥段与出口环形集箱相连，出口环形集箱上设置有第一出口连接管和疏水管；所述主体膜式壁的中间直筒段上设置有若干个支座，所述主体膜式壁通过支座安装在壳体上。
7.根据权利要求1所述用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置，其特征在于，所述中间辐射屏的顶部以分散管的形式引出主体膜式壁之后分别连接在分配集箱和汇集集箱上，所述分配集箱上设置有第二进口连接管，所述汇集集箱上设置有第二出口连接管，所述分配集箱和汇集集箱布置在环隙空间内且竖向布置。
8.根据权利要求3或4所述用于回收气化炉中合成气和熔渣高温显热的余热回收装置，其特征在于，所述主体膜式壁、中间辐射屏以及联络喉口或渣斗采用并联水路并且采取强制循环方式。
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