CN108707479A - 一种辐射废锅系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辐射废锅系统及其工作方法，本发明辐射废锅系统包括外壳、辐射废锅和吹扫组件，合成气/燃气和熔渣从辐射废锅上部入口进入辐射废锅，通过辐射废锅进行换热后，合成气/燃气经合成气/燃气出口排出，熔渣从辐射废锅下部出口排出；使用吹扫组件对辐射废锅内径向水冷壁进行吹扫。本发明的辐射废锅系统能通过辐射传热，实现高温气体显热回收；通过设置吹扫组件等手段，可以实现辐射废锅运行中水冷壁表面积灰进行有效清除，同时实现高效辐射换热、水冷壁面积灰或结渣的吹扫。提高了辐射废锅的热回收效率和安全长周期稳定运行水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温合成气/燃气高温显热回收装置，具体涉及一种辐射废锅系统及其工作方法。
背景技术
煤炭气化过程是以氧气(空气、富氧或工业纯氧)、水蒸气作为气化剂，通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为合成气/可燃性气体的工艺过程，煤气化工艺可分为固定床常压(加压)气化工艺、流化床煤气化工艺和气流床煤气化工艺，其中气流床气化技术因其良好的技术指标、高处理负荷和环境有好等特点，成为当今煤炭气化的主流技术。
气流床气化工艺特点是高温，即利用纯氧/氧化剂与煤发生部分氧化反应，使得煤中的大部分可燃物在～1300℃的高温下转化为合成气/可燃气。为了提高气化反应速率，同时确保气化炉液态排渣，大部分工业化运行的气流床气化工艺的气化温度控制在灰熔点(FT)以上50～100℃。在如此高的温度下，出气化炉的高温合成气/燃气含有大量高品位显热。目前对高温合成气/燃气含有大量高品位显热的利用方式主要有全激冷流场(如多喷嘴全激冷、GE全激冷、GSP、科林、HT-L等气化技术)、辐射废锅+激冷流程(如多喷嘴半废锅、清华炉等)、激冷+对流废锅(如Shell、E-Gas、TPRI两段炉等)和全废锅流程(如GE全废锅)等工艺。对于以需要变换反应的化工品生产工艺，辐射+激冷流程具有较大的优势，而激冷+对流废锅流程因需要大量的激冷气使得系统能耗较高。从上面分析可以看出，辐射废锅是气流床气化工艺中高温合成气/燃气显热回收的关键装备。
关于辐射废锅，发明专利CN201110083947.X公开了一种底部带有调节激冷气的双筒型辐射废锅，可通过内容底部增加激冷装置来调控外筒操作条件；发明专利CN201310322452.7公开了一种底部带溢流水膜固化熔渣的辐射废锅；实用新型专利CN201320708028公开了一种不带缩口的直筒型辐射废锅，底部气体直接进入等径的激冷室。实用新型专利CN201520077861.X公开了一种带辐射屏(径向水冷壁)的辐射废锅；发明专利CN201610687492.5和CN201710240395.6也公开了一种带辐射屏(径向水冷壁)显热辐射回收装置，其中出辐射废锅的合成气直接通过水激冷后进入下游除尘单元；发明专利CN201810001028.5也公开了一种带辐射屏(径向水冷壁)显热辐射回收装置，不同的是在其下锥段增加了一个喷水环，用于冷却后的合成气喷淋冷却和熔渣固化。上述专利所涉及的均是合成气上进下出，发明专利CN201711114639.2公开了一种下进上出辐射废锅，其也设有径向辐射屏。
从以上公开专利可以看出，辐射废锅的原理均为利用高温合成气的热辐射对较低温度的膜式水冷壁(包括径向水冷壁)径向传热，降低合成气温度，副产蒸汽，其中区别仅仅在于辐射废锅下部的激冷方式。然而，在工业运行中，制约辐射废锅长周期稳定运行的是水冷管表面的结渣或积灰。与锅炉一样，其壁面结渣或积灰直接影响到壁面换热性能和系统安全运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中辐射废锅水冷管表面易结渣、积灰的缺陷，提供了一种具备吹扫功能的辐射废锅系统及其工作方法，同时实现高效辐射换热、水冷壁面积灰或结渣的吹扫。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种辐射废锅系统，其包括：
外壳，所述外壳上设有合成气/燃气出口，所述外壳内部布置有辐射废锅和吹扫组件；
辐射废锅，所述辐射废锅的上部和下部分别设有入口和出口，直筒段环设有筒体水冷壁，在筒体水冷壁内侧沿辐射废锅径向布置有多组径向水冷壁；
吹扫组件，在所述筒体水冷壁的外侧套设有至少一个吹扫气环管，吹扫气环管依次与外侧的吹扫气进口管及内侧的若干吹扫气支管连通，所述吹扫气支管的一端与吹扫气环管连通，另一端与筒体水冷壁上的吹扫孔连通，吹扫孔的开孔方向指向径向水冷壁。
本发明中，所述辐射废锅主要实现出气化室的高温合成气/燃气的辐射换热，回收合成气/燃气的显热，副产蒸汽。
本发明中，所述筒体水冷壁和所述径向水冷壁上下平齐，为辐射废锅换热的主体。
本发明中，所述筒体水冷壁的直径为D，D可根据需要采用本领域常规手段设置，本发明优选为2～5m(例如为3.2m)。
本发明中，所述径向水冷壁的数量可根据需要采用本领域常规手段设置，本发明优选为4～32组，进一步优选为8～16组(例如16组)。
一般来说，所述径向水冷壁在筒体水冷壁内侧均匀布置，各径向水冷壁相同或不同，本发明优选为各径向水冷壁的结构相同。
本发明中，所述径向水冷壁的宽度可为本领域的常规宽度，所述径向水冷壁的宽度优选为0.025D～0.25D，进一步优选为0.09D～0.2D。
本发明中，所述辐射废锅的上部入口处还可环设有渣口水冷壁，
本发明中，所述辐射废锅的上部入口可与气化炉相连，气化炉可以采用本领域的常规设置。
本发明中，所述辐射废锅的上部入口直径优选为0.5～1.2m(例如0.8m)。
本发明中，所述辐射废锅的上部入口还可通过上锥段水冷壁与筒体水冷壁相连。
其中，所述上锥段水冷壁的内壁可堆砌有SiC层，以降低颗粒对水冷壁的磨损，所述SiC层的厚度优选为1～20mm(例如16mm)。
本发明中，所述辐射废锅的下部出口还可通过下锥段水冷壁与筒体水冷壁相连。
本发明中，所述辐射废锅的下部出口可以连接激冷系统，实现降温后的合成气/燃气的激冷，激冷系统可以采用本领域的常规设置。
其中，所述下锥段水冷壁的内壁可堆砌有SiC层，以降低颗粒对水冷壁的磨损，所述SiC层的厚度优选为1～20mm(例如16mm)。
其中，所述下锥段水冷壁的锥角α可根据需要采用本领域常规手段设置，本发明优选为30～70°，进一步优选为50～60°(例如60°)。
本发明中，所述辐射废锅的下部出口处还可环设有出口水冷壁。
在本发明的一个优选方案中，所述辐射废锅的上部入口处、直筒段和下部出口处分别环设有渣口水冷壁、筒体水冷壁和出口水冷壁，且渣口水冷壁和筒体水冷壁之间通过上锥段水冷壁相连，筒体水冷壁和出口水冷壁之间通过下锥段水冷壁相连。
本发明中，吹扫气经吹扫气进口管进入吹扫气环管，分布均匀后经吹扫孔吹向径向水冷壁。
本发明中，所述吹扫组件中吹扫气环管的数量可根据需要采用本领域常规手段设置，本发明优选为2～8个，进一步优选为3个。当有多个吹扫气环管时，各吹扫气环管可各自独立运作，各吹扫气环管套设在所述筒体水冷壁外侧，且优选为沿所述筒体水冷壁轴线方向均布。
本发明中，所述吹扫孔的数量可根据需要采用本领域常规手段设置，一般来说，吹扫孔的数量与吹扫气支管的数量对应。
其中，所述吹扫孔可分为若干组，同一组吹扫孔设置在同一水平高度，各组吹扫孔的数量相同或不同。
其中，较佳地，所述吹扫孔的组数与所述吹扫气环管的数量一致。更佳地，所述吹扫气环管与所述吹扫孔位于同一水平高度上。
其中，较佳地，各组吹扫孔的数量相同。单组吹扫孔的数量可根据径向水冷壁的数量进行设置，本发明优选为每组径向水冷壁两侧各设置一个吹扫孔，即单组吹扫孔的数量为径向水冷壁数量的两倍。
本发明中，所述吹扫孔的位置可根据需要采用本领域常规手段设置，较佳地，至少一组吹扫孔设置在距离辐射废锅上部入口1.8～2.5D(例如2D)处，该位置径向水冷壁表面结渣、积灰情况较严重。
其中，所述吹扫孔的开孔中心线与所述径向水冷壁的交叉点与筒体水冷壁的距离优选为0.013D～0.13D，较佳地，所述吹扫孔的开孔中心线与所述径向水冷壁的交叉点与筒体水冷壁的距离为径向水冷壁宽度的1/4～3/4(例如1/2)。
较佳地，所述吹扫孔的开孔中心线与所述径向水冷壁之间的水平夹角β为10～65°，β优选为10～35°(例如为25°)。
本发明中，所述辐射废锅还包括汽包，所述汽包用于将筒体水冷壁和/或径向水冷壁中产生的饱和蒸汽和水分离；冷却水进入筒体水冷壁和/或径向水冷壁后吸收合成气/燃气的热量后，产生的饱和蒸汽/水进入所述汽包进行汽水分离。
本发明中，所述辐射废锅系统还可包括监控组件，所述监控组件包括若干热电偶及流量计，所述热电偶用于测量筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面温度、进入筒体水冷壁和/或径向水冷壁的冷却水温度以及出汽包的蒸汽温度，所述流量计用于测量进入筒体水冷壁和/或径向水冷壁的冷却水流量以及出汽包的蒸汽产量。
本发明中，通过所述监控组件得到的测量数据，即可计算得到测量位点表面沉积的熔渣/灰渣的厚度，从而对辐射废锅中筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面积灰情况进行监控。
所述筒体水冷壁的内表面铺设有2～5组热电偶，同一组热电偶设置在同一水平高度，各组热电偶的数量相同或不同；更佳地，所述筒体水冷壁表面铺设有3组热电偶。
所述热电偶的位置可根据需要采用本领域常规手段设置，较佳地，至少一组热电偶设置在距离辐射废锅上部入口1.8～2.5D(例如2D)处，该位置径向水冷壁表面结渣、积灰情况较严重。
铺设在筒体水冷壁内表面的热电偶中，较佳地，各组热电偶的数量相同；更佳地，每组热电偶的数量优选为4个，且沿筒体水冷壁内表面圆周方向均匀布置。
所述外壳的内径为3～6m(例如4.2m)，高径比为3～6，具体尺寸与连接的气流床气化炉的处理规模相对应。
本发明还提供了一种所述辐射废锅系统的工作方法，其包括：合成气/燃气和熔渣从辐射废锅上部入口进入辐射废锅，通过辐射废锅进行换热后，合成气/燃气经合成气/燃气出口排出，熔渣从辐射废锅下部出口排出；使用吹扫组件对辐射废锅内径向水冷壁进行吹扫。
为了确保熔渣在整个系统内不固化，一般要求出辐射废锅上部入口处的熔渣膜尺寸尽可能大，一般来说要求辐射废锅上部入口处合成气/燃气的流速控制在10～15m/s。
本发明中，所述吹扫组件通过开启高压氮气/合成气对筒体水冷壁及径向水冷壁进行脉冲吹扫，其中，主要通过高速气流冲击对径向水冷壁进行吹扫，并通过冲击产生的振动对筒体水冷壁和径向水冷壁进行辅助吹扫。较佳地，所述吹扫气支管中吹扫气的气流速度不小于50m/s。
较佳地，当所述辐射废锅系统包括监控组件时，所述监控组件对辐射废锅筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面积灰情况进行监控。为了判断筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面积灰厚度，构建如式(1)所示的能量方程：
其中，kr为沉积的熔渣/灰渣的导热系数，km为筒体水冷壁和/或径向水冷壁金属管的导热系数，Tg、Tm和Tcol分别为辐射废锅内合成气/燃气的温度、筒体水冷壁和/或径向水冷壁金属管表面温度以及筒体水冷壁和/或径向水冷壁内冷却水温度，δr为筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面沉积的熔渣/灰渣厚度，δm为筒体水冷壁和/或径向水冷壁的厚度，qout和qc分别为筒体水冷壁和/或径向水冷壁的热损失以及筒体水冷壁和/或径向水冷壁内冷却水蒸发吸收热量，A为筒体水冷壁和/或径向水冷壁的表面积。
qout和qc根据式(2)进行计算：
其中，Hvap为操作状态下的水的蒸发热，Cp为水的恒压比热熔，T101和F101分别为进入筒体水冷壁和/或径向水冷壁的冷却水温度和流量，T102和F102为出汽包的蒸汽温度和流量。
Tg为辐射废锅内合成气/燃气的温度，其随辐射废锅传热逐渐降低，对于给定结构的辐射废锅，其分布为Tg＝f1(h)，为了简化计算，可用其平均值来代替：
Tg＝f2×(Tg,in+Tg,out) (3)
其中，f2为辐射废锅模型参数，可取0.3～0.8，一般取0.45；Tg,in和Tg,out分别为进入辐射废锅和出辐射废锅的合成气/燃气温度，其中Tg,in为已知值，Tg,out可按下式简化计算：
qout＝MCg(Tg,in-Tg,out) (4)
其中，M为气化炉负荷，即出气化炉合成气/燃气产量，Cg为出气化炉合成气/燃气热容。
联解式(1)～式(4)，即可根据出汽包蒸汽流量和温度、进入筒体水冷壁和/或径向水冷壁冷却水的流量和温度、进入辐射废锅的合成气/燃气温度Tg,in及筒体水冷壁和/或径向水冷壁金属管表面温度，即可对筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面沉积的熔渣/灰渣的厚度δr进行计算，从而实现对筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面积灰或结渣情况的监控。
较佳地，当所述监控组件监控到筒体水冷壁或径向水冷壁表面任一部位沉积的熔渣/灰渣的厚度超过2mm时，启动所述吹扫组件；优选为吹扫10～20s。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的辐射废锅系统能通过辐射传热，实现高温气体显热回收；通过设置吹扫组件等手段，可以实现辐射废锅运行中水冷壁表面积灰进行有效清除，同时实现高效辐射换热、水冷壁面积灰或结渣的吹扫。提高了辐射废锅的热回收效率和安全长周期稳定运行水平。通过设置监控组件的优选方案，实现对水冷壁表面积灰或结渣的监控。
附图说明
图1为实施例1辐射废锅系统的结构简图。
图2为实施例1辐射废锅系统A-A处的截面图。
图3为图2中A部的局部放大图。
图4为实施例2辐射废锅系统的结构简图。
图5为监控组件的原理简图。
附图标记说明：
11-辐射废锅的直筒段，12-辐射废锅上部入口，13-辐射废锅下部出口，111-筒体水冷壁，112-径向水冷壁，121-渣口水冷壁，122-上锥段水冷壁，131-出口水冷壁，132-下锥段水冷壁；
201-吹扫气环管，202-吹扫气进口管，203-吹扫气支管，204-吹扫孔；
31-热电偶，32-流量计；
41-汽包；
51-外壳，52-合成气/燃气出口。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1～3所示，本实施例提供了一种辐射废锅系统，其包括：
外壳51，该外壳51上设有合成气/燃气出口52，外壳51内部布置有辐射废锅和吹扫组件；
辐射废锅，该辐射废锅的上部和下部分别设有入口12和出口13，直筒段11环设有筒体水冷壁111，在筒体水冷壁111内侧沿径向布置有多组径向水冷壁112；
吹扫组件，在筒体水冷壁111的外侧套设有至少一个吹扫气环管201，吹扫气环管201依次与外侧的吹扫气进口管202及内侧的若干吹扫气支管203连通，该吹扫气支管203的一端与吹扫气环管201连通，另一端与筒体水冷壁111上的吹扫孔204连通，吹扫孔204的开孔方向指向径向水冷壁112。
该筒体水冷壁111和该径向水冷壁112上下平齐，筒体水冷壁111为辐射废锅换热的主体，径向水冷壁112充分利用辐射废锅的空间，强化传热。
该筒体水冷壁111的直径D为3200mm，实际制作时，可以根据需要在2000mm～5000mm内进行选择。
该径向水冷壁112的数量为16片，实际制作时，可以根据需要在4～32片的范围内选择。
该径向水冷壁112在筒体水冷壁111内侧均匀布置，且各径向水冷壁112的结构相同。
该径向水冷壁的宽度为300mm，实际制作时，可以根据需要在0.025D～0.25D之间进行选择。
该辐射废锅的上部入口12处、直筒段11和下部出口13处分别环设有渣口水冷壁121、筒体水冷壁111和出口水冷壁131，且渣口水冷壁121和筒体水冷壁111之间通过上锥段水冷壁122相连，筒体水冷壁111和出口水冷壁131之间通过下锥段水冷壁132相连。
该辐射废锅的上部入口处12与气化炉相连，下部出口处13连接激冷系统，实现降温后的合成气/燃气的激冷，气化炉和激冷系统根据本领域常规手段进行设置即可。
该辐射废锅的上部入口处12的直径为800mm，在实际制作时，可以在500～1200mm的范围内进行选择，一般来说，保证辐射废锅上部入口处高温合成气/燃气的流速控制在10～15m/s即可。
该上锥段水冷壁122的内壁堆砌有SiC层，以降低颗粒对水冷壁的磨损，该SiC层的厚度为16mm，实际制作时，可根据需要确定是否堆砌SiC层，SiC层的厚度可以在1～20mm的范围内进行选择。
该下锥段水冷壁132的内壁堆砌有SiC层，以降低颗粒对水冷壁的磨损，该SiC层的厚度为16mm，实际制作时，可根据需要确定是否堆砌SiC层，SiC层的厚度可以在1～20mm的范围内进行选择。
该下锥段水冷壁132的锥角α为60°，实际制作时，可以根据需要在30～70°的范围内进行选择。
该吹扫气支管203中吹扫气的气流速度不小于50m/s。
该吹扫组件中有3个吹扫气环管201，各吹扫气环管201的结构一样，各吹扫气环管201套设在筒体水冷壁111外侧，且沿该筒体水冷壁111轴线方向均布。实际制作时，吹扫气环管201的数量可根据需要在2～8个之间进行选择。
筒体水冷壁111上吹扫孔204分为3组，同一组吹扫孔设置在同一水平高度，且各组吹扫孔的数量相同，吹扫孔204的总数量与吹扫气支管203的总数量对应。
本实施例中，其中一组吹扫孔设置在距离辐射废锅上部入口2D处附近，另外两组分别设置在距离辐射废锅下部出口D和5D处。实际制作时，只要确保有一组吹扫孔设置在距离辐射废锅上部入口2D处附近即可，该位置径向水冷壁表面结渣、积灰情况较严重。
单组吹扫孔的数量根据径向水冷壁112的数量进行设置，本实施例中，每片径向水冷壁112的两侧各设置一个吹扫孔204。
吹扫孔204的开孔方向为水平指向径向水冷壁112的径向中心位置附近，具体地，吹扫孔204的开孔中心线与径向水冷壁112之间的水平夹角β为25°，实际制作时，β可以根据需要在10～64°之间进行选择。
该外壳51的内径为4200mm，直筒段11的高度为22m，实际制作时，具体尺寸与连接的气流床气化炉的处理规模相对应。
实施例2
如图4所示，在实施例1的基础上，本实施例辐射废锅系统还包括监控组件，该监控组件包括若干热电偶31及流量计32，该热电偶31用于测量筒体水冷壁111和/或径向水冷壁112表面温度、进入筒体水冷壁111和/或径向水冷壁112的冷却水温度以及筒体水冷壁111和/或径向水冷壁112汽包的蒸汽温度，该流量计32用于测量进入筒体水冷壁111和/或径向水冷壁112的冷却水流量以及汽包41的蒸汽产量。
辐射废锅还包括汽包41，汽包41用于将筒体水冷壁111和/或径向水冷壁112中产生的饱和蒸汽和水分离。
为了方便测量，在筒体水冷壁111内表面(即穿过筒体水冷壁金属壁面)铺设有3组热电偶31，同一组热电偶设置在同一水平高度，且各组热电偶的数量相同，均为4个，沿筒体水冷壁111表面圆周方向均匀布置，实际制作时，可以根据需要铺设2～5组热电偶。
本实施例中筒体水冷壁111和径向水冷壁112的冷却水通过同一进水口进入水冷壁，进入水冷壁的冷却水吸收合成气/燃气的热量后，产生饱和蒸汽/水，经同一出口从辐射废锅顶部进入汽包41进行汽水分离，蒸汽可用于蒸汽轮机发电或预热其他工艺介质。
通过该监控组件得到的测量数据，即可计算得到测量位点表面沉积的熔渣/灰渣的厚度，从而对辐射废锅中筒体水冷壁111和/或径向水冷壁112表面积灰情况进行监控。
具体地，为了判断筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面积灰厚度，构建如式(1)所示的能量方程：
其中，kr为沉积的熔渣/灰渣的导热系数，km为筒体水冷壁和/或径向水冷壁金属管的导热系数，Tg、Tm和Tcol分别为辐射废锅内合成气/燃气的温度、筒体水冷壁和/或径向水冷壁金属管表面温度以及筒体水冷壁和/或径向水冷壁内冷却水温度，δr为筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面沉积的熔渣/灰渣厚度，δm为筒体水冷壁和/或径向水冷壁的厚度，qout和qc分别为筒体水冷壁和/或径向水冷壁的热损失以及筒体水冷壁和/或径向水冷壁内冷却水蒸发吸收热量，A为筒体水冷壁和/或径向水冷壁的表面积。
qout和qc根据式(2)进行计算：
其中，Hvap为操作状态下的水的蒸发热，Cp为水的恒压比热熔，T101和F101分别为进入筒体水冷壁和/或径向水冷壁的冷却水温度和流量，T102和F102为出汽包的蒸汽温度和流量；
Tg为辐射废锅内合成气/燃气的温度，其随辐射废锅传热逐渐降低，但对于给定结构的辐射废锅，其分布为Tg＝f1(h)，为了简化计算，可用其平均值来代替：
Tg＝f2×(Tg,in+Tg,out) (3)
其中，f2为辐射废锅模型参数，可取0.3～0.8，本实施例取0.45；Tg,in和Tg,out分别为进入辐射废锅和出辐射废锅的合成气/燃气温度，其中Tg,in为已知值，Tg,out可按下式简化计算：
qout＝MCg(Tg,in-Tg,out) (4)
其中，M为气化炉负荷，即出气化炉合成气/燃气产量，Cg为出气化炉合成气/燃气热容。
上述各参数的物理意义如图5所示。
联解式(1)～式(4)，即可根据出汽包的蒸汽流量和温度、进入筒体水冷壁和/或径向水冷壁冷却水的流量和温度、进入辐射废锅的合成气/燃气温度Tg,in及筒体水冷壁和/或径向水冷壁金属管表面温度，即可对筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面沉积的熔渣/灰渣的厚度δr进行计算，从而实现对筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面积灰或结渣情况的监控。
当监控组件监控到筒体水冷壁111或径向水冷壁112表面任一部位沉积的熔渣/灰渣的厚度超过2mm时，启动吹扫组件；吹扫气速度为50m/s，优选为吹扫10～20s。
实施例3
以用于生产化学品为最终用途的多喷嘴对置式水煤浆气化装置，其中气化炉日处理规模1500t/d级，出气化炉进入辐射废锅的高温煤气流量约为190000Nm3/h，温度为1340℃，灰渣流量为6800kg/h(其中灰含量约占30％)，压力为6.5MPa。为了回收高温煤气所携带的显热，在气化室底部设置一实施例2所示的辐射废锅系统，其中，
外壳51的内径为4200mm，筒体水冷壁111衬里内直径D为3200mm，直筒段11的高度为22m，径向水冷壁112的片数为16片，径向水冷壁112内径为2600mm。下锥段水冷壁132的内壁堆砌的SiC层为16mm，下锥段水冷壁132的锥角α为60°。
吹扫组件中设置了3个吹扫气环管201，吹扫气环管201连通有吹扫气进口管202及吹扫气支管203，吹扫气支管203通过筒体水冷壁111上的吹扫孔204向径向水冷壁112进行吹扫，筒体水冷壁111上吹扫孔204分为3组，其中一组吹扫孔设置在距离辐射废锅上部入口2D处附近，另外两组分别设置在距离辐射废锅下部出口D和5D处。吹扫气速度为50m/s，吹扫孔204的孔径为20mm，吹扫孔204的开孔中心线与径向水冷壁112之间的水平夹角β为25°。
采用上述辐射废锅系统，可以实时监控辐射废锅中筒体水冷壁111和/或径向水冷壁112表面积灰厚度，其中距离辐射废锅上部入口2D处附近的吹扫组件每30分钟吹扫20s可以有效降低壁面积灰。
通过这种设置，可以实现辐射废锅的高效传热，其中蒸汽产量约为116t/h，出辐射废锅高温煤气温度约为645℃；比传统同样高度和直径的辐射废锅蒸汽产量高26％，煤气温度低152℃。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种辐射废锅系统，其特征在于，包括：
外壳，所述外壳上设有合成气/燃气出口，所述外壳内部布置有辐射废锅和吹扫组件；
辐射废锅，所述辐射废锅的上部和下部分别设有入口和出口，直筒段环设有筒体水冷壁，在筒体水冷壁内侧沿辐射废锅径向布置有多组径向水冷壁；
吹扫组件，在所述筒体水冷壁的外侧套设有至少一个吹扫气环管，吹扫气环管依次与外侧的吹扫气进口管及内侧的若干吹扫气支管连通，所述吹扫气支管的一端与吹扫气环管连通，另一端与筒体水冷壁上的吹扫孔连通，吹扫孔的开孔方向指向径向水冷壁。
2.根据权利要求1所述的辐射废锅系统，其特征在于，所述筒体水冷壁和所述径向水冷壁上下平齐；
和/或，所述筒体水冷壁的直径D为2～5m；
和/或，所述径向水冷壁的数量为4～32组；
和/或，所述径向水冷壁的宽度为0.025D～0.25D；较佳地，所述径向水冷壁的宽度为0.09D～0.2D。
3.根据权利要求1所述的辐射废锅系统，其特征在于，所述辐射废锅的上部入口处环设有渣口水冷壁；
和/或，所述辐射废锅的上部入口与气化炉相连；
和/或，所述辐射废锅的上部入口直径为0.5～1.2m；
和/或，所述辐射废锅的上部入口通过上锥段水冷壁与筒体水冷壁相连；较佳地，所述上锥段水冷壁的内壁堆砌有SiC层；所述SiC层的厚度优选为1～20mm；
和/或，所述辐射废锅的下部出口通过下锥段水冷壁与筒体水冷壁相连；所述下锥段水冷壁的锥角α为30～70°；较佳地，所述下锥段水冷壁的内壁堆砌有SiC层；所述SiC层的厚度优选为1～20mm；
和/或，所述辐射废锅的下部出口处环设有出口水冷壁；
和/或，所述辐射废锅的下部出口连接激冷系统；
和/或，所述外壳的内径为3～6m，高径比为3～6。
4.根据权利要求1所述的辐射废锅系统，其特征在于，所述吹扫组件中吹扫气环管的数量为2～8个；
所述吹扫孔分为若干组，所述吹扫孔的组数与所述吹扫气环管的数量一致，同一组吹扫孔设置在同一水平高度；
较佳地，至少一组吹扫孔设置在距离辐射废锅上部入口1.8～2.5D处，D为筒体水冷壁的直径。
5.根据权利要求1所述的辐射废锅系统，其特征在于，每组径向水冷壁两侧各设置一个吹扫孔；
和/或，所述吹扫孔的开孔中心线与所述径向水冷壁的交叉点与筒体水冷壁的距离为0.013D～0.13D，D为筒体水冷壁的直径；较佳地，所述吹扫孔的开孔中心线与所述径向水冷壁的交叉点与筒体水冷壁的距离为径向水冷壁宽度的1/4～3/4。
6.根据权利要求1所述的辐射废锅系统，其特征在于，所述吹扫孔的开孔中心线与所述径向水冷壁之间的水平夹角β为10～65°；较佳地，β为10～35°。
7.根据权利要求1所述的辐射废锅系统，其特征在于，所述辐射废锅还包括汽包，所述汽包用于将筒体水冷壁和/或径向水冷壁中产生的饱和蒸汽和水分离；
所述辐射废锅系统还包括监控组件，所述监控组件包括若干热电偶及流量计，所述热电偶用于测量筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面温度、进入筒体水冷壁和/或径向水冷壁的冷却水温度以及出汽包的蒸汽温度，所述流量计用于测量进入筒体水冷壁和/或径向水冷壁的冷却水流量以及出汽包的蒸汽产量。
8.根据权利要求7所述的辐射废锅系统，其特征在于，所述筒体水冷壁的内表面铺设有2～5组热电偶，同一组热电偶设置在同一水平高度，各组热电偶的数量相同或不同；较佳地，至少一组热电偶设置在距离辐射废锅上部入口1.8～2.5D处；
较佳地，每组热电偶的数量为4个。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述的辐射废锅系统的工作方法，其特征在于，所述的工作方法包括：合成气/燃气和熔渣从辐射废锅上部入口进入辐射废锅，通过辐射废锅进行换热后，合成气/燃气经合成气/燃气出口排出，熔渣从辐射废锅下部出口排出；使用吹扫组件对辐射废锅内径向水冷壁进行吹扫。
10.根据权利要求9所述的辐射废锅系统的工作方法，其特征在于，辐射废锅上部入口处合成气/燃气的流速控制在10～15m/s；
所述吹扫气支管中吹扫气的气流速度不小于50m/s；
当所述辐射废锅系统包括监控组件时，为了判断筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面积灰厚度，构建如式(1)所示的能量方程：
其中，kr为沉积的熔渣/灰渣的导热系数，km为筒体水冷壁和/或径向水冷壁金属管的导热系数，Tg、Tm和Tcol分别为辐射废锅内合成气/燃气的温度、筒体水冷壁和/或径向水冷壁金属管表面温度以及筒体水冷壁和/或径向水冷壁内冷却水温度，δr为筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面沉积的熔渣/灰渣厚度，δm为筒体水冷壁和/或径向水冷壁的厚度，qout和qc分别为筒体水冷壁和/或径向水冷壁的热损失以及筒体水冷壁和/或径向水冷壁内冷却水蒸发吸收热量，A为筒体水冷壁和/或径向水冷壁的表面积；
qout和qc根据式(2)进行计算：
其中，Hvap为操作状态下的水的蒸发热，Cp为水的恒压比热熔，T101和F101分别为进入筒体水冷壁和/或径向水冷壁的冷却水温度和流量，T102和F102为出汽包的蒸汽温度和流量；
Tg为辐射废锅内合成气/燃气的温度，根据式(3)进行计算：
Tg＝f2×(Tg,in+Tg,out) (3)
其中，f2为辐射废锅模型参数，为0.3～0.8；Tg,in和Tg,out分别为进入辐射废锅和出辐射废锅的合成气/燃气温度，其中Tg,in为已知值，Tg,out按下式简化计算：
qout＝MCg(Tg,in-Tg,out) (4)
其中，M为气化炉负荷，即出气化炉合成气/燃气产量，Cg为出气化炉合成气/燃气热容；
联解式(1)～式(4)，即可根据出汽包蒸汽流量F102和温度T102、进入筒体水冷壁和/或径向水冷壁冷却水的流量F101和温度T101、进入辐射废锅的合成气/燃气温度Tg,in及筒体水冷壁和/或径向水冷壁金属管表面温度Tm，计算得到筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面沉积的熔渣/灰渣的厚度δr，从而对筒体水冷壁和/或径向水冷壁表面积灰情况进行监控；
所述监控组件监控到筒体水冷壁或径向水冷壁表面任一部位沉积的熔渣/灰渣的厚度超过2mm时，启动所述吹扫组件；较佳地，启动所述吹扫组件吹扫10～20s。
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