CN108700294B - 气化炉壁、气化复合发电设备及气化炉壁的制造方法 - Google Patents

气化炉壁、气化复合发电设备及气化炉壁的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供即使在壁面的内部和外部的气氛或温度不同的环境下也能提高耐久性且构造简单的炉壁、具有该炉壁的气化装置和炉壁的制造方法。气化装置的气化炉壁由排列配置的多个配管构成，多个配管由第一材料制作，内部供冷却介质流动，该气化炉壁的至少一部包括：外周部，其层叠于多个配管各自的周围，由耐蚀性高于配管的第二材料制作；板材，其配置于所述外周部和与该外周部相邻的所述外周部之间；以及焊接部，其将外周部和板材连结，由外周部和板材构成将内部空间和外部空间分离的壁面，外周部覆盖多个配管的周向的整个区域。

Description

气化炉壁、气化复合发电设备及气化炉壁的制造方法
技术领域
本发明涉及使煤等含碳固体燃料部分燃烧而气化的气化装置中的配置有冷却管的气化炉壁、具有该气化炉壁的气化复合发电设备和气化炉壁的制造方法。
背景技术
以往，作为气化装置，公知有向气化炉内供给煤等含碳固体燃料，通过使含碳固体燃料不完全燃烧而生成可燃性气体的碳质燃料气化装置(煤气化装置)。在煤气化装置中，高温气体在内部供燃烧气体通过的气化炉壁的内部通过。因此，为了抑制炉壁被加热，气化炉壁在内部配置有供冷却介质通过的管路。
专利文献1记载了火力发电厂、垃圾焚烧炉中的锅炉炉壁的构造及制造方法。具体而言，专利文献2中记载了一种水冷壁板，其包括供冷却水通过的多个筒状管路部，以及位于这些管路部之间且两侧端与管路部的周壁接合的连结板。此外，专利文献2记载了一种换热器的导热管，该导热管采用以碳素钢、不锈钢或低合金钢构成内管，以高合金钢构成外管的双重管。此外，专利文献2记载了，通过焊接来制作相对于内管而言的外管。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-154359号公报
专利文献2：日本特开2001-263604号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，就气化装置的气化炉壁而言，气化炉内部是供超过1500℃的高温气体(可燃性气体)通过的空间，为腐蚀气氛且为具有较高的热负荷的气氛，而气化炉外部为供温度低于可燃性气体的非活性气体流通的非腐蚀气氛。作为气化炉内部的气化炉壁的耐蚀性对策，可以采用以耐蚀性合金钢构成位于内管的水冷管外侧的外管这样的双重管，但气化炉壁面会反复发生煤等的熔渣的附着和脱落，由此会导致气化炉壁面发生温度变化，并且由于温度高过1500℃，因此温度差容易变大，有时在内管和外管之间会由于温度分布、材质的不同而反复产生热应力。此外，在由气化炉壁隔离的两个空间的气氛温度相差很大时，气化炉壁面的内管和外管的耐蚀材质的线膨胀率的差异会变大，此时，气化炉壁就更容易产生不均匀的热应力负荷而出现负荷变大的情况。为了对热负荷进行应力缓和，可以考虑使热膨胀率从内管向外管依次变化而使材质多层化等方法，但这样的方法会使气化炉壁的构造复杂化，于是会出现炉壁自身重量增加的情况、制造成本提高的情况，所以要求综合判断所需功能和课题而使气化炉壁的构造达到最佳。
因此，本发明的课题在于，提供一种气化炉壁、具有该气化炉壁的气化复合发电设备和气化炉壁的制造方法，该气化炉壁即使在壁部的内部和外部的气氛或温度不同的环境下耐久性也较高，且构造简单。
解决课题的方案
为了解决上述课题，气化炉壁的特征在于，该气化炉壁由排列配置的多个配管构成，该多个配管由第一材料制作，内部供冷却介质流动，该气化炉壁的至少一部分包括：外周部，其层叠于所述多个配管各自的周围，由耐蚀性高于所述配管的第二材料制作；板材，其配置于所述外周部和与该外周部相邻的所述外周部之间；以及焊接部，其将所述外周部和所述板材连结，由所述外周部和所述板材构成将内部空间和外部空间分离的壁面，所述外周部覆盖所述多个配管的所述周向的整个区域。
由此，能够抑制气化炉内部发生腐蚀，而且由于壁部的内部和外部的结构相同，因此即使在壁部的内部和外部的气氛或温度不同的环境下，也能够减小应力负荷的不均匀，即使针对来自气化炉内部空间侧的热负荷也能确保气化炉壁面的强度，从而提高耐久性。此外，由于采用了组合配管、外周部、板材和焊接部而成的构造，因此能够简化构造。
优选的是，所述板材由耐蚀性高于所述配管的第三材料制作。通过使用与第二材料同样地耐蚀性高于所述配管的第三材料来形成板材，从而板材和外周部之间容易进行焊接接合。
优选的是，在所述内部空间中通过1500℃以上的气体。即使针对来自超过1500℃的气化炉内部空间侧的高热负荷，也能确保气化炉壁面的强度而提高耐久性。
优选的是，所述内部空间为腐蚀性气氛，所述外部空间为非腐蚀性气氛。这样，即使在内部空间为腐蚀性气氛的情况下，也能确保气化炉壁面的强度，从而在腐蚀气氛中保持耐久性。
此外，优选的是，在所述内部空间中流动的气体的温度高于在所述外部空间中流动的气体的温度。这样，即使在内部空间为高温气氛的情况下，也能确保气化炉壁面的强度，从而在腐蚀气氛中保持耐久性。
此外，优选的是，所述第二材料的热传导率与所述第一材料的热传导率的比率为0.45以上且0.7以下，并且所述第二材料的热膨胀率与所述第一材料的热膨胀率的比率为0.9以上且1.1以下。通过使第一材料和第二材料的热传导率在上述范围内，能够进一步减小热影响下的伸长率之差。由此，能够抑制气化炉的热变形。此外，能够提高水冷壁管的冷却性能。此外，气化炉壁通过使第一材料和第二材料的热膨胀率在上述范围内，能够进一步减小热影响下的伸长率之差。由此，能够抑制气化炉的热应力。
此外，优选的是，所述外周部的厚度大于0且为5mm以下。通过使外周部的厚度大于0，能够更可靠地保护配管不受腐蚀。通过使外周部的厚度为5mm以下，能够维持外周部和板材所必需的导热特性，能够抑制外周部的温度上升，因此提高外周部的耐久性。此外，能够使配管的热量向外周部和板材传递，从而能够抑制气化炉壁的冷却性能下降。
为了解决上述课题，气化复合发电设备的特征在于，该气化复合发电设备包括：气化装置，其用于使含碳固体燃料气化而生成可燃性气体，具备上述任一项所述的气化炉壁；燃气轮机，其通过使由所述气化装置生成的所述可燃性气体的至少一部分燃烧而被驱动旋转；蒸汽轮机，其被由废热回收锅炉生成的蒸汽驱动旋转，该废热回收锅炉被导入从所述燃气轮机排出的涡轮废气；以及发电机，其与所述燃气轮机及所述蒸汽轮机连结。
由此，能够向燃气轮机供给由可靠性高的气化装置生成的生成气体，通过燃气轮机和蒸汽轮机的旋转而使发电机进行发电。
为了解决上述课题，气化炉壁的制造方法的特征在于，该气化炉壁的制造方法包括如下步骤：通过在由第一材料制作的多个配管各自的外周整周堆焊耐蚀性高于所述第一材料的第二材料而形成外周部；在形成了所述外周部的所述配管和形成了所述外周部的另一所述配管之间配置板材；以及对所述板材和所述外周部进行焊接，形成将所述板材和所述外周部固定的焊接部。
由此，能够制造即使在壁部的内部和外部的气氛或温度不同的环境下，也能抑制腐蚀发生且能抑制板材的热应力增加的炉壁。
此外，优选的是，形成所述外周部的步骤通过一边使所述配管旋转一边进行堆焊、从而在所述配管的外周整个区域形成所述外周部的螺旋堆焊来进行。由此，能够减少相对于配管的热量输入，且简单地形成外周部。综上，能够减小配管的负荷，能够提高炉壁的耐久性。
发明效果
根据本发明，能够做成即使在壁部的内部和外部的气氛或温度不同的环境下耐久性也较高、且构造简单的气化炉壁。
附图说明
图1是应用了本实施方式的气化装置的煤气化复合发电设备的概略结构图。
图2是表示本实施方式的气化装置的概略结构图。
图3是表示气化装置的气化炉壁的概略结构的剖视图。
图4是表示气化炉壁的概略结构的局部立体图。
图5是表示气化炉壁的概略结构的放大剖视图。
图6是表示气化炉壁和燃烧器之间的关系的示意图。
图7是表示比较对象的气化炉壁的概略结构的放大剖视图。
图8是表示气化炉壁的制造方法的一个例子的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明的实施方式。另外，本发明不受该实施方式的限定。此外，下述实施方式中的构成要素中包括本领域技术人员能够容易置换的要素或者实质上相同的要素。此外，以下记载的构成要素能够适当组合，在有多个实施方式的情况下，也能够组合各实施方式。
图1是应用了本实施方式的气化装置的煤气化复合发电设备的概略结构图。图2是表示本实施方式的气化装置的概略结构图。
应用了本实施方式的气化装置14的煤气化复合发电设备(IGCC：Integrated CoalGasification Combined Cycle)10使用空气作为氧化剂，在气化装置14中，采用了由燃料生成生成气体的空气燃烧方式。而且，煤气化复合发电设备10在将气化装置14中生成的生成气体在气体精制装置16中精制而形成燃料气体之后，将燃料气体供给到燃气轮机设备17进行发电。即，本实施方式的煤气化复合发电设备10成为空气燃烧方式(空气吹入)的发电设备。作为供给于气化装置14的燃料，例如使用煤等含碳固体燃料。
如图1所示，煤气化复合发电设备(气化复合发电设备)10包括供煤装置11、气化装置14、煤焦回收装置15、气体精制装置16、燃气轮机设备17、蒸汽轮机设备18、发电机19以及废热回收锅炉(HRSG：Heat Recovery Steam Generator)20。
供煤装置11被供给作为原煤的含碳固体燃料，即煤，通过用磨煤机(省略图示)等进行粉碎，从而制造粉碎成微细颗粒状的煤粉。供煤装置11制造出的煤粉利用从后述的空气分离装置42供给的作为输送用惰性气体的氮被供向气化装置14。
气化装置14被供给由供煤装置11制造出的煤粉，并且由煤焦回收装置15回收的煤焦(煤的未反应部分和煤灰)返回气化装置14而被再利用。惰性气体是指含氧率为约5体积％以下的非活性气体，典型例子有氮气、二氧化碳气体、氩气等，但并不绝对限制在约5％以下。
此外，气化装置14上连接有来自燃气轮机设备17(压缩机61)的压缩空气供给管线41，能将在燃气轮机设备17中压缩的压缩空气供给到气化装置14。空气分离装置42从大气中的空气分离生成氮和氧，并利用第一氮供给管线43将空气分离装置42和气化装置14连接。而且，该第一氮供给管线43上连接有来自供煤装置11的供煤管线11a。此外，从第一氮供给管线43分支出的第二氮供给管线45也与气化装置14连接，该第二氮供给管线45上连接有来自煤焦回收装置15的煤焦返回管线46。此外，空气分离装置42通过氧供给管线47与压缩空气供给管线41连接。而且，由空气分离装置42分离出的氮通过在第一氮供给管线43和第二氮供给管线45中流通而被用作煤、煤焦的输送用气体。此外，由空气分离装置42分离出的氧通过在氧供给管线47和压缩空气供给管线41中流通而在气化装置14中被用作氧化剂。
气化装置14例如具有二级喷流床形式的气化炉。气化装置14通过用氧化剂(空气、氧)使供给到内部的煤(煤粉)部分燃烧而气化从而生成可燃性气体。另外，气化装置14设有用于去除煤粉中混入的异物的异物去除装置48。而且，该气化装置14上连接有向煤焦回收装置15供给可燃性气体的气体生成管线49，能够排出含有煤焦的可燃性气体。在该情况下，也可以在气体生成管线49上设置气体冷却器，从而将可燃性气体冷却至规定温度后再向煤焦回收装置15供给。
煤焦回收装置15包括集尘装置51和供给料斗52。在该情况下，集尘装置51由一个或多个多孔过滤器、旋风除尘器构成，能够分离出由气化装置14生成的可燃性气体所含有的煤焦。而且，分离出煤焦后的可燃性气体通过气体排出管线53被送往气体精制装置16。供给料斗52用于储存由集尘装置51从可燃性气体中分离出的煤焦。另外，也可以采用在集尘装置51和供给料斗52之间配置料箱，在该料箱上连接多个供给料斗52的结构。而且，来自供给料斗52的煤焦返回管线46与第二氮供给管线45连接。
气体精制装置16通过对由煤焦回收装置15分离出煤焦后可燃性气体去除硫化物、氮化物等杂质而进行气体精制。而且，气体精制装置16通过对可燃性气体进行精制而制造燃料气体，并将该燃料气体供给到燃气轮机设备17。另外，由于分离出煤焦后的可燃性气体中尚含硫分(H2S等)，因此在该气体精制装置16中利用胺吸收液将硫分去除回收并进行有效利用。
燃气轮机设备17包括压缩机61、燃烧器62和涡轮63，压缩机61和涡轮63利用旋转轴64连结。燃烧器62上连接有来自压缩机61的压缩空气供给管线65，并且连接有来自气体精制装置16的燃料气体供给管线66，此外还连接有朝向涡轮63延伸的燃烧气体供给管线67。此外，燃气轮机设备17设有从压缩机61朝向气化装置14延伸的压缩空气供给管线41，在该压缩空气供给管线41的中途部设有增压器68。因此，在燃烧器62中，通过使从压缩机61供给来的压缩空气和从气体精制装置16供给来的燃料气体混合并燃烧而产生燃烧气体，并将产生的燃烧气体向涡轮63供给。而且，涡轮63通过利用供给来的燃烧气体对旋转轴64进行旋转驱动而对发电机19进行旋转驱动。
蒸汽轮机设备18包括与燃气轮机设备17的旋转轴64连结的涡轮69，发电机19与该旋转轴64的基端部连结。废热回收锅炉20与来自燃气轮机设备17(涡轮63)的废气管线70连接，通过在供水和废气之间进行热交换而生成蒸汽。而且，废热回收锅炉20在与蒸汽轮机设备18的涡轮69之间设有蒸汽供给管线71且设有蒸汽回收管线72，在蒸汽回收管线72上设有冷凝器73。此外，废热回收锅炉20生成的蒸汽中可以包含在气化炉101的换热器102中与生成气体发生热交换而生成的蒸汽在废热回收锅炉20中再次进行热交换而产生的蒸汽。因此，在蒸汽轮机设备18中，利用从废热回收锅炉20供给的蒸汽对涡轮69进行旋转驱动，通过使旋转轴64旋转而对发电机19进行旋转驱动。
而且，在从废热回收锅炉20的出口到烟囱75之间具有气体净化装置74。
下面，说明本实施方式的煤气化复合发电设备10的动作。
在本实施方式的煤气化复合发电设备10中，向供煤装置11供给了原煤(煤)后，煤在供煤装置11中被粉碎成微细颗粒状而变成煤粉。供煤装置11制造出的煤粉利用从空气分离装置42供给来的氮在第一氮供给管线43中流通而被供给到气化装置14。此外，后述煤焦回收装置15回收的煤焦利用从空气分离装置42供给来的氮在第二氮供给管线45中流通而被供给到气化装置14。然后，从后述燃气轮机设备17抽取的压缩空气在增压器68中加压之后和从空气分离装置42供给来的氧一同通过压缩空气供给管线41而被供给到气化装置14。
在气化装置14中，供给来的煤粉和煤焦在压缩空气(氧)的作用下燃烧，煤粉和煤焦气化而生成可燃性气体(生成气体)。然后，该可燃性气体通过气体生成管线49从气化装置14排出，被送往煤焦回收装置15。
在该煤焦回收装置15中，可燃性气体首先被供给到集尘装置51，从而被分离出可燃性气体所含有的微粒煤焦。然后，分离出煤焦后的可燃性气体通过气体排出管线53被送往气体精制装置16。另一方面，从可燃性气体分离出的微粒煤焦被堆积到供给料斗52中，然后通过煤焦返回管线46返回气化装置14，进行再循环。
由煤焦回收装置15分离出煤焦后的可燃性气体在气体精制装置16中被去除硫化物、氮化物等杂质而进行气体精制，从而被制造成燃料气体。压缩机61生成压缩空气并向燃烧器62供给压缩空气。该燃烧器62通过使从压缩机61供给来的压缩空气和从气体精制装置16供给来的燃料气体混合并燃烧而生成燃烧气体。通过利用该燃烧气体对涡轮63进行旋转驱动，能够借助旋转轴64对发电机19进行旋转驱动，从而进行发电。这样一来，能够使燃气轮机设备17进行发电。
然后，废热回收锅炉20使供水和从燃气轮机设备17的涡轮63排出的废气进行热交换而生成蒸汽，并将该生成的蒸汽供给到蒸汽轮机设备18。在蒸汽轮机设备18中，通过利用从废热回收锅炉20供给来的蒸汽驱动涡轮69，能够借助旋转轴64对发电机19进行旋转驱动，从而进行发电。另外，燃气轮机设备17和蒸汽轮机设备18也可以不作为一个轴对一个发电机19进行旋转驱动，也可以作为不同的轴而对多个发电机进行旋转驱动。
然后，在气体净化装置74中，将从废热回收锅炉20排出的废气中的有害物质除去，将净化后的废气从烟囱75排放到大气中。
接着，参照图1和图2，详细说明上述煤气化复合发电设备10的气化装置14。
如图2所示，气化装置14包括气化炉101和换热器102。
气化炉101沿着铅垂方向形成，煤粉和氧被供给到铅垂方向的下方侧，使煤粉和氧部分燃烧而气化后的可燃性气体(生成气体)从铅垂方向的下方侧向上方侧流通。气化炉101包括压力容器110和设于压力容器110的内部的气化炉壁111。而且，气化炉101在压力容器110和气化炉壁111之间的空间形成有环隙部(annulus)115。此外，气化炉101在气化炉壁111的内部空间中，从铅垂方向的下方侧(即生成气体的流通方向上游侧)起依次形成有燃烧部(combustor)116、扩散部(diffuser)117和减压部(reductor)118。
压力容器110形成为内部成为中空空间的筒形状，上端部形成有气体排出口121，而下端部(底部)形成有熔渣料斗122。气化炉壁111形成为内部成为中空空间的筒形状，其壁面设置为与压力容器110的内表面相对。在本实施方式中，压力容器110为圆筒形状，气化炉壁111形成为多棱筒形状、圆筒形状。而且，气化炉壁111利用未图示的支承构件与压力容器110的内表面连结。
气化炉壁111是将压力容器110的内部划分为内部空间154和外部空间156的筒状构件。气化炉壁111并非截面形状不变的筒，而是局部设有凹凸、缩径部的筒。气化炉壁111的上端部与压力容器110的气体排出口121连接，气化炉壁111的下端部与压力容器110的底部留有空隙地设置。而且，在形成于压力容器110底部的熔渣料斗122中储存有积水，通过气化炉壁111的下端部浸入于积水中而对气化炉壁111的内外进行密封。气化炉壁111上插入有燃烧器126、127，在内部空间154中配置有换热器102。对于气化炉壁111的构造，稍后再进行说明。
环隙部115是形成于压力容器110的内侧和气化炉壁111的外侧之间的空间，即外部空间156，由空气分离装置42分离出的非活性气体即氮通过未图示的氮供给管线供给到该环隙部115中。因此，环隙部115成为充满氮的空间。另外，在该环隙部115的铅垂方向的上部附近设有用于使气化炉101内成为均压的未图示的炉内均压管。炉内均压管设为将气化炉壁111的内外连通，使气化炉壁111的内部(燃烧部116、扩散部117和减压部118)和外部(环隙部115)成为均压。
燃烧部116是用于使煤粉及煤焦与空气的一部分燃烧的空间，在燃烧部116处的气化炉壁111上配置有由多个燃烧器126形成的燃烧装置。在燃烧部116中使煤粉和煤焦的一部分燃烧而形成的高温燃烧气体通过扩散部117流入减压部118。
减压部118是被维持气化反应所需的高温状态，向来自燃烧部116的燃烧气体供给煤粉，使煤粉热分解而气化为挥发成分(一氧化碳、氢、低碳烃类等)，从而生成可燃性气体的空间，在减压部118处的气化炉壁111上配置有由多个燃烧器127形成的燃烧装置。
换热器102设于气化炉壁111的内部，并且设于减压部118的燃烧器127的铅垂方向的上方侧。换热器102从气化炉壁111的铅垂方向的下方侧(生成气体的流通方向的上游侧)起依次配置有蒸发器(evaporator)131、过热器(superheater)132和省煤器(economizer)134。换热器102的这些部分通过与减压部118中生成的生成气体进行热交换而冷却生成气体。此外，蒸发器(evaporator)131、过热器(superheater)132和省煤器(economizer)134不限定于图中记载的数量。
下面，说明上述本实施方式的气化装置14的动作。在气化装置14的气化炉101中，利用减压部118的燃烧器127投入并点燃氮和煤粉，并且利用燃烧部116的燃烧器126投入并点燃煤粉及煤焦与压缩空气(氧)。于是，在燃烧部116中，由于煤粉和煤焦的燃烧而产生高温燃烧气体。此外，在燃烧部116中，由于煤粉和煤焦的燃烧而在高温气体中产生熔融熔渣，该熔融熔渣附着于气化炉壁111，并且向炉底下落，最后排出到熔渣料斗122内的积水中。而且，燃烧部116中产生的高温燃烧气体通过扩散部117向减压部118上升。在该减压部118中，维持气化反应所需的高温状态，使煤粉和高温燃烧气体混合，在高温的还原气氛中使煤粉热分解为挥发成分(一氧化氮、氢、低碳烃类等)而进行气化反应，从而生成可燃性气体(生成气体)。气化后的可燃性气体(生成气体)从铅垂方向的下方侧向上方侧流通。
接着，使用图2以及图3～图7详细说明气化炉壁。图3是表示气化装置的气化炉壁的概略结构的剖视图。图4是表示气化炉壁的概略结构的局部立体图。图5是表示气化炉壁的概略结构的放大剖视图。图6是表示气化炉壁和燃烧器之间的关系的示意图。图7是表示比较对象的气化炉壁的概略结构的放大剖视图。
气化炉壁111呈多棱筒形状、圆筒形状，图3所示的方式采用了圆筒形状，在成为筒形状的壁部140上设有多个水冷壁管142。即，在壁部140的局部设有多个水冷壁管142。
气化装置14包括使制冷剂(作为冷却水的供水、蒸汽等)在水冷壁管142中循环的冷却水循环机构143。冷却水循环机构143包括循环路径144、泵148、入口集管150和出口集管152。循环路径144借助入口集管150和出口集管152与多个水冷壁管142的两端连接。多个水冷壁管142的下端部汇集于入口集管150，上端部汇集于出口集管152。多个水冷壁管142在气化炉101的整个区域内沿铅垂方向延伸设置，通过将相同的水冷壁管142沿铅垂方向上下延伸地在周向上排列设置而形成气化炉101的壁部140，既不切断一部分水冷壁管且也不增加其他导热管。在循环路径144上设有冷却装置146和泵148。
在循环路径144上可以设置冷却装置146。冷却装置146通过热交换等方式对通过水冷壁管142后温度上升的冷却水进行冷却。冷却装置146例如可以是蒸汽发生装置。来自外部的供水管(未图示)一部分利用泵148被供给到入口集管150，另一部分被供给到省煤器134。蒸汽鼓(未图示)连结于出口集管152，并且也利用未图示的配管分别与蒸发器131的导热管、过热器132的导热管、省煤器134的导热管连结，通过与减压部118中生成的生成气体进行热交换而从供水产生蒸汽。产生的蒸汽通过蒸汽排出管(未图示)与废热回收锅炉20中产生的蒸汽一同被供给到蒸汽轮机设备18。此外，生成气体通过进行热交换而被冷却，然后自压力容器110的上端部的气体排出口121被排出。
泵148将在循环路径144中流动的冷却水向规定方向输送，在循环路径144和水冷壁管142中形成冷却水的水流。泵148在水冷壁管142内形成沿着铅垂方向自下而上的冷却水的水流。入口集管150配置于环隙部115，即气化炉壁111和压力容器110之间的外部空间156。
入口集管150与多个水冷壁管142的铅垂方向下侧的端部连接。入口集管150将利用泵148在循环路径144中流动的冷却水均压化，然后供给到多个水冷壁管142。出口集管152与多个水冷壁管142的铅垂方向上侧的端部连接。出口集管152将从多个水冷壁管142排出的冷却水(热水、蒸汽)供给到循环路径144。这样，冷却水循环机构143向多个水冷壁管142供给冷却水。
接着，详细说明气化炉壁111的壁部140和水冷壁管142的构造。水冷壁管142的至少一部分包括配管162和设于配管162外周的外周部164。配管162是内部供冷却水流动的管路。外周部164配置于配管162的周向整周，包覆配管162的外周面。外周部164例如通过在配管162的表面进行堆焊而形成。
壁部140在水冷壁管142和水冷壁管142之间设有板材(翼片)166。本实施方式的壁部140将多个水冷壁管142配置成同心圆状，再以板材166填补水冷壁管142和水冷壁管142之间，从而形成筒形状。此外，壁部140具有连结水冷壁管142的外周部164和板材166的焊接部168。焊接部168形成于外周部164和板材166之间的接触部分的内部空间154侧的端部和外部空间156侧的端部。焊接部168由焊接形成，通过与外周部164和板材166这双方密接，而将外周部164和板材166连结。
此外，气化炉壁111如上述那样插入有燃烧器126、127。如图6所示，在插入有燃烧器127的位置的气化炉壁111处，插入有燃烧器127的位置附近的水冷壁管142呈沿着燃烧器127弯曲的形状。此外，配置于弯曲的水冷壁管142之间的板材166沿着水冷壁管142局部外扩。在板材166的外扩区域的插入有燃烧器127的位置，形成有供燃烧器127插入的孔。此外，在气化炉壁111的周向上，插入有燃烧器127的板材166周围的板材166和水冷壁管142在轴向上插入有燃烧器127的位置的宽度变短(变窄)，在其他部分宽度变长(变宽)。由此，随着远离燃烧器127，水冷壁管142的弯曲减小，远离规定条数后的水冷壁管142可以成为直管。另外，在图6中，示出了插入有燃烧器127的位置的气化炉壁111的形状，但插入有燃烧器126的位置的气化炉壁111也呈相同形状。
气化炉壁111的配管162由第一材料制作，外周部164由第二材料制作。此外，板材166和焊接部168也可以由第二材料制作。第一材料和第二材料为金属。第二材料为耐蚀性(耐腐蚀性)高于第一材料、且耐热性高的材料。气化炉壁111通过用耐蚀性高于配管162且耐热性高的材料形成外周部164，能够保护配管162。具体而言，气化炉壁111的内侧的供可燃性气体流动的内部空间154供包含氧和燃料的流体流动，且成为高温。通过用外周部164包覆配管162的内部空间154侧的面，能够在腐蚀、高温的使用环境下保护配管162。此外，在气化炉壁111的配管162、外周部164、板材166上会发生煤等的熔渣的附着和脱落，由此会导致气化炉壁111的壁面发生温度变化，当在配管162、外周部164产生温度分布时，由材质的不同所导致的热膨胀差的影响将变大，局部的热应力变大。而且，在超过1500℃的高温气氛下，温度差容易变大。因此，在本实施方式中，气化炉壁111的外部空间156侧和内部空间154侧采用了关于连结配管162的轴心和板材166的板厚中心的面对称的相同形状，即使发生局部的温度分布，也能抑制热膨胀差所导致的热负荷的增大，从而能够提高气化炉壁111的耐久性。
此外，气化炉壁111的外侧是充满氮而呈非腐蚀气氛的外部空间156。内部空间154的温度在铅垂方向的高度位置上有所不同，在燃烧部116处，为超过1500℃的高温气氛，且为能进行燃烧反应的腐蚀气氛。另一方面，外部空间156为温度低于内部空间154的空间，且为几百℃左右的非腐蚀气氛。由于配管162中流通有制冷剂，因此，配管162的外周部164、板材166的温度为几百℃，在铅垂方向的相同的高度位置处，由于制冷剂的流通而将温度分布抑制得较小。在本实施方式中，在外部空间156侧的配管162的表面也设有和内部空间154侧同样的外周部164，由此能够在板材166和水冷壁管142之间的接触部配置外周部164。板材166和水冷壁管142之间的接触部为焊接部168。根据这样的构造，在有超过1500℃的高温气体(可燃性气体)通过的气化炉壁111中，即使在热负荷高且容易因温度差产生热应力的环境下，也能够在腐蚀气氛和温度差气氛中保持耐久性。
例如，来看一下图7所示的比较对象的气化炉壁211的情况。比较对象的气化炉壁211在配管262和配管262之间设有板材266。配管262和板材266通过焊接等连结。此外，在配管262和板材266的内部空间154侧的面设有外周部264和保护壁269。这里，配管262和板材266由第一材料制作。外周部264和保护壁269由第二材料制作。气化炉壁211为腐蚀气氛，通过选择性地在温度高的内部空间154侧设置外周部264、保护壁269，能够在腐蚀、高温的使用环境下保护气化炉壁211的配管262和板材266。但是，当在气化炉壁211上发生煤等的熔渣的附着和脱落，从而导致气化炉壁111的壁面发生温度变化时，有时会根据板材266而发生热膨胀差引起的应力增加，存在不均匀地产生意外应力而导致负担增加的隐患。
与此相对，本实施方式的气化炉壁111的至少一部分由单一构件制作板材166。此外，在进一步用第二材料制作气化炉壁111的至少一部分板材166时，通过用焊接部168将板材166和用第二材料制作的外周部164连结，从而能够将板材166做成单一材料的构件，并且能够用以和第二材料同种的金属为主成分的构件焊接连结部，使得焊接作业变得更容易。应用该本实施方式的部分例如可以应用在燃烧部116，此外还可以应用在扩散部117。这样，通过将板材166做成单一材料的构件，消除了伴随温度上升而产生的热延伸差，因此能够抑制板材166产生伴随热膨胀差的应力。此外，由于气化炉壁111的外部空间156侧和内部空间154侧为温度不同的使用环境，并且配管162用第一材料制作，外周部164、板材166和焊接部168用第二材料制作，因此，有时会产生由第一材料和第二材料之间的热膨胀差导致的应力。但是，在本实施方式中，气化炉壁111的外部空间156侧和内部空间154侧呈关于将配管162的轴心和板材166的板厚中心连结的面对称的相同形状，能够抑制由于热膨胀差而局部不均匀地增加的应力的产生。此外，在用第二材料制作板材166时，能够用以同种金属材料为主成分的金属来焊接连结部，由此，与将异种材料彼此焊接的情况相比，能够增强焊接部168将板材166和外周部164(水冷壁管142)连结的力、即连接部分的强度，并且使焊接作业容易进行。由此，气化炉壁111不易产生由板材166自身的温度差导致的应力，并且通过采用以轴对称构造的水冷壁管142和焊接部168来支承板材166这样的构造，能够抑制由于第一材料和第二材料之间的热膨胀差而使应力产生不均匀进而导致热应力增大。由于能够抑制热应力的增加，因此能够提高耐久性。此外，由于采用了组合双重管的水冷壁管142、板材166和焊接部168而成的构造，因此能够简化构造和施工。
另外，板材166和焊接部168优选用第二材料制作，但也可以用和第二材料不同的第三材料制作。第三材料是与第二材料性能相同的材料，具体是耐蚀性(耐腐蚀性)高于第一材料、且耐热性高的材料。通过使第三材料和第二材料特性相同，能够容易进行焊接。此外，也可以用作为第二材料的候补材料中的其他材料来制作板材166和焊接部168。
此外，气化炉壁111也可以用耐蚀性高的第二材料覆盖外部空间156侧的面。由此，即使在运转时意外有燃料气体、氧流入到外部空间156的情况下，也能抑制气化炉壁111腐蚀。由此，能够进一步提高气化炉壁111的耐蚀性。
这里，在气化炉壁111中，第二材料的热传导率与第一材料的热传导率的比率(第二材料的热传导率/第一材料的热传导率)优选为0.45以上且0.7以下。伴随水冷壁管142中的导热而产生的热阻差会使外周部164产生温度差，气化炉壁111通过使第一材料和第二材料的热传导率在上述范围内，能够进一步减小该温度差影响下的伸长率之差。由此，能够抑制气化炉壁111的热应力。此外，通过减小水冷壁管142中的热阻差，能够提高水冷壁管142的冷却性能。
此外，气化炉壁111中，第二材料的热膨胀率与第一材料的热膨胀率的比率(第二材料的热膨胀率/第一材料的热膨胀率)优选为0.9以上且1.1以下。第一材料的热膨胀率和第二材料的热膨胀率可以为一方大于另一方。气化炉壁111通过使第一材料和第二材料的热膨胀率在上述范围内，能够进一步减小温度上升时的材料差、温度差的影响所导致的伸长率之差。由此，能够抑制气化炉壁111的热应力。
此外，在气化炉壁111中，优选的是，第一材料为碳素钢或含有1％～2％左右的铬的合金碳素钢，第二材料为镍基合金、含镍合金。这里，作为碳素钢或合金碳素钢，优选使用例如STB510的碳素钢、STBA23等1Cr钢、2Cr钢。作为镍基合金，优选使用例如因科镍合金(INCONEL、注册商标)600、因科镍合金(注册商标)622、因科镍合金(注册商标)625、因科镍合金(注册商标)690、HR-160、哈氏合金X(商标)、Alloy72、Alloy72M等。气化炉壁111通过在第一材料和第二材料中使用上述材料，能够使第二材料的耐蚀性、耐久温度高于第一材料，且能减小第一材料和第二材料之间的热膨胀率之差。由此，能够抑制气化炉壁111的热应力，且能提高气化炉壁111的耐蚀性、耐久温度。
外周部164优选厚度大于0且为5mm以下。通过使外周部164的厚度为不包括0的薄膜那样的存在以上，能够保护配管162不受腐蚀。通过使外周部164的厚度为5mm以下，能够减小外周部164和在配管162中通过的制冷剂间的热阻而维持外周部164和板材166所必需的导热特性，抑制了外周部164的温度上升，因此提高了外周部164的耐久性。此外，能够抑制气化炉壁111的冷却性能下降。
此外，气化炉壁111在进行在配管162的整周设置外周部164的施工时，可以利用螺旋堆焊制作外周部164。由此，能够减少相对于配管162的热量输入，能够抑制影响外周部164的材料耐久性的固溶成分(例如铬等)向配管162扩散渗透而导致外周部164的耐蚀性下降。即，能够减少制造水冷壁管142时产生的负荷，由此能够提高气化炉壁111的耐久性。此外，在进行外周部164的焊接施工时，虽然也可以采用以往所用的沿着长度方向往复动作而进行的堆焊，但更优选采用螺旋堆焊，因为能够减少相对于配管162的热量输入。
接着，使用图8说明气化炉壁的制造方法。图8是表示气化炉壁的制造方法的一个例子的流程图。图8所示的处理可以由操作者使用加工机械来执行。此外，也可以使用加工机械自动执行。
操作者在配管162的周围整周进行堆焊，形成外周部164(步骤S12)。具体而言，在用第一材料形成的配管162的周围堆焊第二材料，形成外周部164。在配管162的整周形成外周部164时，通过使焊接位置沿着配管162的周向移动的螺旋堆焊来形成外周部164。操作者反复进行步骤S12的处理，制作多个在配管162的周围形成有外周部164的水冷壁管142。
操作者做完多个水冷壁管142之后，将水冷壁管142排列配置，并在水冷壁管142的外周部164和水冷壁管142的外周部164之间配置板材166(步骤S14)。板材166与水冷壁管142的外周部164相接。操作者在水冷壁管142和水冷壁管142之间配置外周部164之后，对板材166和外周部164进行焊接，形成焊接部168(步骤S16)。操作者进行步骤S14和步骤S16的处理，通过焊接在一个水冷壁管142的周向两端侧连接两个板材166，最后在通过焊接连接起来的最端部的一个板材166上连接两个水冷壁管142，由此形成筒状的气化炉壁111。
气化炉壁的制造方法能够通过上述处理制造气化炉壁111。通过用上述组合来制造气化炉壁111，能够提高耐久性，且能制造结构简单的气化炉壁111。此外，在配管162的整周形成外周部164时，通过用螺旋堆焊形成外周部164，能够以较少的热量输入更简单地形成外周部164。
此外，在上述实施方式中，说明了煤气化复合发电设备10的气化炉101的气化炉壁111，但本发明也可以用于煤气化复合发电设备10以外的设备，例如化学设备的气化炉101的气化炉壁111。
另外，在本实施方式中说明了塔型气化炉，但即使气化炉是交叉(crossover)型气化炉，也同样能够实施本发明。
附图标记说明
10：煤气化复合发电设备(气化复合发电设备)；
11：供煤装置；
11a：供煤管线；
14：气化装置；
15：煤焦回收装置；
16：气体精制装置；
17：燃气轮机设备；
18：蒸汽轮机设备；
19：发电机；
20：废热回收锅炉；
41：压缩空气供给管线；
42：空气分离装置；
43：第一氮供给管线；
45：第二氮供给管线；
46：煤焦返回管线；
47：氧供给管线；
49：气体生成管线；
51：集尘装置；
52：供给料斗；
53：气体排出管线；
61：压缩机；
62：燃烧器；
63：涡轮；
64：旋转轴；
65：压缩空气供给管线；
66：燃料气体供给管线；
67：燃烧气体供给管线；
68：增压器；
69：涡轮；
70：废气管线；
71：蒸汽供给管线；
72：蒸汽回收管线；
74：气体净化装置；
75：烟囱；
101：气化炉(内部空间)；
102：换热器；
110：压力容器；
111：气化炉壁；
115：环隙部(外部空间)；
116：燃烧部；
117：扩散部；
118：减压部；
121：气体排出口；
122：熔渣料斗；
126：燃烧器；
127：燃烧器；
131：蒸发器；
132：过热器；
134：省煤器；
140：壁部；
142：水冷壁管；
143：冷却水循环机构；
144：循环路径；
146：冷却装置；
148：泵；
150：入口集管；
152：出口集管；
154：内部空间；
156：外部空间；
162：配管；
164：外周部；
166：板材(翼片)；
168：焊接部。

Claims (9)

1.一种气化炉壁，其特征在于，
该气化炉壁由排列配置的多个配管构成，该多个配管由第一材料制作，内部供冷却介质流动，
该气化炉壁的至少一部分包括：
外周部，其层叠于所述多个配管各自的周围，由耐蚀性高于所述配管的第二材料制作；
板材，其配置于所述外周部和与该外周部相邻的所述外周部之间；以及
焊接部，其将所述外周部和所述板材连结，
由所述外周部和所述板材构成将内部空间和外部空间分离的壁面，
所述外周部覆盖所述多个配管的周向的整个区域，
所述第二材料的热传导率与所述第一材料的热传导率的比率为0.45以上且0.7以下，
并且所述第二材料的热膨胀率与所述第一材料的热膨胀率的比率为0.9以上且1.1以下。
2.根据权利要求1所述的气化炉壁，其特征在于，
所述板材由耐蚀性高于所述配管的第三材料制作。
3.根据权利要求1或2所述的气化炉壁，其特征在于，
在所述内部空间中通过1500℃以上的气体。
4.根据权利要求1或2所述的气化炉壁，其特征在于，
所述内部空间为腐蚀性气氛，
所述外部空间为非腐蚀性气氛。
5.根据权利要求1或2所述的气化炉壁，其特征在于，
在所述内部空间中流动的气体的温度高于在所述外部空间中流动的气体的温度。
6.根据权利要求1或2所述的气化炉壁，其特征在于，
所述外周部的厚度大于0且为5mm以下。
7.一种气化复合发电设备，其特征在于，
该气化复合发电设备包括：
气化装置，其用于使含碳固体燃料气化而生成可燃性气体，具备权利要求1～6中任一项所述的气化炉壁；
燃气轮机，其通过使由所述气化装置生成的所述可燃性气体的至少一部分燃烧而被驱动旋转；
蒸汽轮机，其被由废热回收锅炉生成的蒸汽驱动旋转，该废热回收锅炉被导入从所述燃气轮机排出的涡轮废气；以及
发电机，其与所述燃气轮机及所述蒸汽轮机连结。
8.一种气化炉壁的制造方法，其特征在于，
该气化炉壁的制造方法包括如下步骤：
通过在由第一材料制作的多个配管各自的外周整周堆焊耐蚀性高于所述第一材料的第二材料而形成外周部；
在形成了所述外周部的所述配管和形成了所述外周部的另一所述配管之间配置板材；以及
对所述板材和所述外周部进行焊接，形成将所述板材和所述外周部固定的焊接部，
所述第二材料的热传导率与所述第一材料的热传导率的比率为0.45以上且0.7以下，
并且所述第二材料的热膨胀率与所述第一材料的热膨胀率的比率为0.9以上且1.1以下。
9.根据权利要求8所述的气化炉壁的制造方法，其特征在于，
形成所述外周部的步骤通过一边使所述配管旋转一边进行堆焊、从而在所述配管的外周整个区域形成所述外周部的螺旋堆焊来进行。
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