CN110938475A - 一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉 - Google Patents

Abstract

一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉，它涉及一种余热锅炉。本发明为了解决现有的余热锅炉合成粗煤气直接经过余热锅炉过热器会导致过热器超温，以及合成气携带的液态熔渣在余热锅炉过热器上结渣的问题。本发明的气化炉体与余热锅炉炉膛通过合成气通道连接，沿合成气进入余热锅炉后流经的路线依次布置有余热锅炉过热器、余热锅炉蒸发器及余热锅炉合成气出气管，主管循环通道与余热锅炉合成气出气管连接，多个分循环通道分别与主管循环通道连接，相邻两个分循环通道之间的主管循环通道上安装有一个循环风机，分循环通道位于余热锅炉炉膛一侧的出气端安装有多个循环烟气喷口。本发明用于煤气化领域。

Description

一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉

技术领域

本发明涉及一种煤气化设备的余热锅炉装置，具体涉及一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉，属于煤气化领域。

背景技术

目前公开的锅炉烟气余热回收和再循环装置，如中国专利CN104964274A，包括炉料、炉膛、燃烧器、金属辐射预热器、风机、再循环风机、烟囱、水平烟道、富氧管道、再循环烟道、电除尘器、燃气管道。水平烟道一端与天然气富氧燃烧炉的炉膛的排烟口连接，另一端依次与再循环烟道和所述金属辐射换热器连接,金属辐射换热器的排烟口经水平烟道与烟囱连接再循环烟道上依次设置再循环风机和电除尘器，该再循环烟道另一端回连至天然气富氧燃烧炉的炉膛内。该方法一定程度上控制了工业窑炉、锅炉富氧燃烧时炉膛内温度，并一定程度上实现了排放烟气内的余热回收利用。然而其再循环烟道直接插入锅炉炉体的设计，不能保证再循环烟气与炉膛烟气充分混合，不能实现对炉膛充分降温，从而导致在富氧浓度条件下燃烧时炉内局部燃烧温度过高，导致局部炉内和炉体过热，甚至烧坏加热的炉料和损坏局部炉体。

再如中国专利CN103148476A公开的一种锅炉烟气余热回收和再循环装置，包括燃烧器、炉膛、屏式受热面、炉膛出口、混合烟室、混合烟室出口、温控装置、对流受热面、吹灰器、除尘器、烟气再循环管道、烟气再循环阀门、烟气再循环风机、温度流量测量装置、烟气混合喷射装置。混合烟室的出口设置温控装置并连接有对流烟道，对流烟道内设置有若干级对流受热面，烟气再循环装置的一端与尾部烟道相连通，另一端通过烟气混合喷射装置与混合烟室相连通。该方法一定程度上避免了升华灰在对流受热面表面发生凝结而产生冷凝液膜，并一定程度上解决了高钠钾含量燃料在燃烧时存在的高温对流受热面积灰结渣问题，然而其再循环烟道直接插入锅炉炉体的设计，不能保证再循环烟气与炉膛高温烟气充分的均匀混合，以至不能实现高温烟气在炉膛内充分降温，从而不能彻底解决对流受热面积灰结渣问题。

本发明是在发明人前期授权的发明专利CN201510076596.8提出的进一步延伸发明，在该发明中主要依靠余热锅炉巨大的炉膛空间，使流速较低的高温烟气与水冷壁管所围成的内壁面之间发生较长时间的辐射换热，从而使烟气降温。但在实际运行中发现高温烟气在炉膛中的流动集中于炉膛中心，未能充分扩展于整个流通横截面上，中心处流速较快，烟气未能充分降温，烟气携带的高温黏性飞灰最终沉积于过热器管壁上，导致其经常结渣和爆管，引发停炉事故。每停炉一次造成总经济损失4000万元左右。

综上所述，现有的余热锅炉合成粗煤气直接经过余热锅炉过热器会导致过热器超温，以及合成气携带的液态熔渣在余热锅炉过热器上结渣的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的余热锅炉合成粗煤气直接经过余热锅炉过热器会导致过热器超温，以及合成气携带的液态熔渣在余热锅炉过热器上结渣的问题。进而提供一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉。

本发明的技术方案是：一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉包括气化炉体，它还包括合成气通道、余热锅炉炉膛、余热锅炉过热器、余热锅炉蒸发器、余热锅炉合成气出气管、余热锅炉合成气再循环通道、循环风机、多个阀门和多个循环烟气喷口，气化炉体与余热锅炉炉膛之间通过合成气通道连接，沿合成气进入余热锅炉后流经的路线依次布置有余热锅炉过热器、余热锅炉蒸发器及余热锅炉合成气出气管，在余热锅炉合成气出口前端旁路引出余热锅炉合成气再循环通道，余热锅炉合成气再循环通道包括主管循环通道和多个分循环通道，主管循环通道与余热锅炉合成气出气管的下部连接并向上延伸，主管循环通道上布置有循环风机，多个分循环通道分别与主管循环通道连接，并围绕在余热锅炉炉膛、余热锅炉过热器和余热锅炉蒸发器周围，相邻两个分循环通道之间的主管循环通道上安装有一个阀门，分循环通道位于余热锅炉炉膛一侧的出气端安装有多个循环烟气喷口。

进一步地，气化炉体的下部与余热锅炉炉膛的下端之间通过合成气通道连接。

进一步地，余热锅炉炉膛的底部布置有耐火材料层。

进一步地，余热锅炉合成气出气管的下端设有余热锅炉合成气出气口。

进一步地，多个循环烟气喷口位于余热锅炉炉膛底部的四角。

进一步地，循环烟气喷口的数量为4个。

进一步地，4个循环烟气喷口的中心线在余热锅炉炉膛中心处形成切圆。

进一步地，所述的切圆直径D为0.1—0.5L，L为水平截面上余热锅炉炉膛最小边长。

进一步地，它还包括多个挡灰板，多个挡灰板由上至下安装在余热锅炉炉膛的内侧壁上。

进一步地，挡灰板的一端与余热锅炉炉膛的内侧壁连接，挡灰板的另一端悬置，且挡灰板的另一端端面由上至下向靠近余热锅炉炉膛的内侧壁一侧延伸。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

一、本发明能有效防止余热锅炉过热器出现高温烧蚀、结渣等问题。现有技术中，温度为1200—1600℃的合成气未经降温，直接进入余热锅炉，一方面导致高温合成气直接冲刷过热器4管壁，长期运行容易发生高温烧蚀、爆管等事故；另一方面由于高温合成气夹带的灰渣为液态渣，具有良好的粘结性，容易粘附在过热器管壁形成结渣，而过热器管壁结渣严重后将堵死合成气流经的通道，最终导致气化系统停车。本发明中，将余热锅炉合成气出口处一部分冷却后的低温合成气引入余热锅炉炉膛3内与高温合成气进行混合，降低了合成气的温度，防止其高温烧蚀过热器4；并通过调节循环风机8出力调节低温循环合成气量，使混合气体进入过热器4之前温度降低至850℃以下，以此使高温合成气夹带的液态熔渣转化为固态颗粒，防止熔渣粘附在管壁上形成结渣。可见本发明能够从而有效保护过热器，防止其出现高温烧蚀以及结渣等问题。

二、本发明能够有效降低余热锅炉出口处合成气夹带的飞灰量，减轻后续工段除灰的压力。现有技术中，由于余热锅炉出口处合成气中夹带的飞灰量较高，无法直接利用，因此后续工段在合成气利用之前必须先对其进行除灰。目前除灰工艺较为复杂，一般要包括旋风分离器及多级水洗塔等系统，耗水耗电量巨大，运行成本高昂。本发明中，低温的循环合成气通过4支合成气喷口9以40—80m/s的高速喷入余热锅炉炉膛3内，由于合成气喷口9在余热锅炉炉膛3内以四角切圆的方式布置，因此低温的循环合成气喷入后会在炉膛内部形成旋转流场。在旋转流场的带动下，约50—80％的被合成气夹带的灰渣受离心力作用被甩到炉膛壁面处，受捕灰挡板10的阻挡，沿壁面下落至炉膛底部。下落的灰渣在炉膛底部重新加热转变为液态熔渣，液态熔渣不断沉积后形成的液面高于合成气通道2后，经合成气通道2返回气化炉体1，由最终由气化炉排渣口以液态熔渣的形式排出炉内。可见本发明能够有效降低余热锅炉出口合成气夹带的飞灰量，减轻后续工段除灰的压力，减少企业运行成本。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1沿A-A处的剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉包括气化炉体1，它还包括合成气通道2、余热锅炉炉膛3、余热锅炉过热器4、余热锅炉蒸发器5、余热锅炉合成气出气管6、余热锅炉合成气再循环通道7、循环风机8、多个阀门11和多个循环烟气喷口9，气化炉体1与余热锅炉炉膛3之间通过合成气通道2连接，沿合成气进入余热锅炉后流经的路线依次布置有余热锅炉过热器4、余热锅炉蒸发器5及余热锅炉合成气出气管6，在余热锅炉合成气出口6前端旁路引出余热锅炉合成气再循环通道7，余热锅炉合成气再循环通道7包括主管循环通道7-1和多个分循环通道7-2，主管循环通道7-1与余热锅炉合成气出气管6的下部连接并向上延伸，主管循环通道7-1上布置有循环风机8，多个分循环通道7-2分别与主管循环通道7-1连接，并围绕在余热锅炉炉膛3、余热锅炉过热器4和余热锅炉蒸发器5周围，相邻两个分循环通道7-2之间的主管循环通道7-1上安装有一个阀门11，分循环通道7-2位于余热锅炉炉膛3一侧的出气端安装有多个循环烟气喷口9。

本实施方式中余热锅炉合成气再循环通道7在余热锅炉合成气出气管6中抽取的低温合成气首先经过主管循环通道7-1，然后再循环风机8的作用下进入到分循环通道7-2中，在进入到分循环通道7-2时，分别向分循环通道7-2的左右两侧通入，最后由循环烟气喷口9喷出合成气。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的气化炉体1的下部与余热锅炉炉膛3的下端之间通过合成气通道2连接。如此设置，便于煤粉和气化剂在气化炉体1中发生气化反应后，生成的高温合成气(1200～1600℃)通过合成气通道2进入余热锅炉炉膛3内。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的余热锅炉炉膛3的底部布置有耐火材料层。如此设置，便于维持余热炉膛底部高温，将受捕灰挡板10的阻挡沿壁面下落至炉膛底部的灰渣重新熔化为液体，最终流经合成气通道2进入气化炉，由气化炉排出。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的余热锅炉合成气出气管6的下端设有余热锅炉合成气出气口6-1。如此设置，便于排出换热后的合成气。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式中的多个循环烟气喷口9位于余热锅炉炉膛3底部的四角。如此设置，便于循环烟气与炉膛四角这种气体流动“死区”位置的气体混合，强化混合及热量交换。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式的循环烟气喷口9的数量为4个。如此设置，便于形成旋转流场。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图2说明本实施方式，本实施方式的4个循环烟气喷口9的中心线在余热锅炉炉膛3中心处形成切圆。如此设置，便于高速喷入的低温循环合成气能够使炉膛内形成旋转流场。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图2说明本实施方式，本实施方式的切圆直径D为0.1—0.5L，L为水平截面上余热锅炉炉膛3最小边长。如此设置，使余热锅炉内气流切圆流动所受到边壁的阻力适宜，能使旋转气流自上而下贯穿整个余热锅炉。其它组成和连接关系与具体实施方式一至七中任意一项相同。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式还包括多个挡灰板10，多个挡灰板10由上至下安装在余热锅炉炉膛3的内侧壁上。如此设置，在旋转流场的带动下，约50～80％的被合成气夹带的灰渣受离心力作用被甩到炉膛壁面处，受捕灰挡板10的阻挡，沿壁面下落至炉膛底部。下落的灰渣在炉膛底部重新加热转变为液态熔渣，液态熔渣不断沉积后形成的液面高于合成气通道2后，经合成气通道2返回气化炉体1，由最终由气化炉排渣口以液态熔渣的形式排出炉内。其它组成和连接关系与具体实施方式一至八中任意一项相同。

具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式的挡灰板10的一端与余热锅炉炉膛3的内侧壁连接，挡灰板10的另一端悬置，且挡灰板10的另一端端面由上至下向靠近余热锅炉炉膛3的内侧壁一侧延伸并倾斜布置。本实施方式的多个挡灰板10在余热锅炉炉膛3内所围成的合成气上升腔体的横截面积由下至上依次减小。如此设置，强化挡灰板10对于微细飞灰颗粒的捕捉能力。其它组成和连接关系与具体实施方式一至九中任意一项相同。

本发明的实施例1：

一台应用本发明的80000Nm³/h造气量的气化炉系统，余热锅炉过热器前合成气温度为850℃，预计运行4年余热锅炉过热器不发生结渣，可保证持续运营4年不停车，相比其它技术，减少经济损失1.6亿元。某化工厂采用一般技术的一台80000Nm³/h造气量的气化炉系统，余热锅炉过热器前合成气温度为1300℃，过热器管壁经常结渣和爆管，平均每年因为过热器管壁发生问题而停车2次，每停车一次造成总经济损失4000万元左右。

本发明的工作原理：

煤粉和气化剂在气化炉体1中发生气化反应后，生成的高温合成气(1200—1600℃)通过所述合成气通道2进入余热锅炉炉膛3，高温合成气在流动过程中依次向余热锅炉炉膛3、过热器4、蒸发器5传递热量，最终合成气流动至余热锅炉出口6时温度降低至150—250℃。利用循环风机8抽取余热锅炉出口6附近的一部分低温合成气经再循环通道7并由循环烟气喷口9喷入余热锅炉炉膛3底部，使高温(1200—1600℃)的新鲜合成气与低温(150—250℃)的循环合成气混合降温。通过调节循环风机8的出力来调节抽取的低温合成气量，以此确保混合气体在进入过热器4之前温度降低至850℃以下，以防止过热器4超温，并且由于该温度下的飞灰为固态颗粒(煤的灰熔点一般在1000℃以上)，不具有粘结性，因此能够防止其在过热器4管壁上粘结，避免过热器4结渣。此外，由于4只循环烟气喷口9在气化炉膛3底部以四角切圆的方式布置，以40—80m/s高速喷入的低温循环合成气能够使炉膛内形成旋转流场。在旋转流场的作用下，高温合成气夹带的灰渣受离心力作用被甩至壁面处，受捕灰挡板10的阻挡，沿壁面下落余热锅炉底部。下落灰渣被余热锅炉底部的高温合成气加热后转变为液态熔渣，液态熔渣不断沉积后形成的液面高于合成气通道2后，会经合成气通道2返回气化炉体1，由气化炉体1的排渣口排出炉内。

Claims (10)

1.一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉，它包括气化炉体(1)，其特征在于：它还包括合成气通道(2)、余热锅炉炉膛(3)、余热锅炉过热器(4)、余热锅炉蒸发器(5)、余热锅炉合成气出气管(6)、余热锅炉合成气再循环通道(7)、循环风机(8)、多个阀门(11)和多个循环烟气喷口(9)，

气化炉体(1)与余热锅炉炉膛(3)之间通过合成气通道(2)连接，沿合成气进入余热锅炉后流经的路线依次布置有余热锅炉过热器(4)、余热锅炉蒸发器(5)及余热锅炉合成气出气管(6)，在余热锅炉合成气出口(6)前端旁路引出余热锅炉合成气再循环通道(7)，余热锅炉合成气再循环通道(7)包括主管循环通道(7-1)和多个分循环通道(7-2)，主管循环通道(7-1)与余热锅炉合成气出气管(6)的下部连接并向上延伸，主管循环通道(7-1)上布置有循环风机(8)，多个分循环通道(7-2)分别与主管循环通道(7-1)连接，并围绕在余热锅炉炉膛(3)、余热锅炉过热器(4)和余热锅炉蒸发器(5)周围，相邻两个分循环通道(7-2)之间的主管循环通道(7-1)上安装有一个阀门(11)，分循环通道(7-2)位于余热锅炉炉膛(3)一侧的出气端安装有多个循环烟气喷口(9)。

2.根据权利要求1所述的一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉，其特征在于：气化炉体(1)的下部与余热锅炉炉膛(3)的下端之间通过合成气通道(2)连接。

3.根据权利要求2所述的一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉，其特征在于：余热锅炉炉膛(3)的底部布置有耐火材料层。

4.根据权利要求3所述的一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉，其特征在于：余热锅炉合成气出气管(6)的下端设有余热锅炉合成气出气口(6-1)。

5.根据权利要求4所述的一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉，其特征在于：多个循环烟气喷口(9)位于余热锅炉炉膛(3)底部的四角。

6.根据权利要求5所述的一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉，其特征在于：循环烟气喷口(9)的数量为4个。

7.根据权利要求6所述的一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉，其特征在于：4个循环烟气喷口(9)的中心线在余热锅炉炉膛(3)中心处形成切圆。

8.根据权利要求7所述的一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉，其特征在于：所述的切圆直径(D)为0.1—0.5L，L为水平截面上余热锅炉炉膛(3)最小边长。

9.根据权利要求8所述的一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉，其特征在于：它还包括多个挡灰板(10)，多个挡灰板(10)由上至下安装在余热锅炉炉膛(3)的内侧壁上。

10.根据权利要求9所述的一种煤气化系统中带有合成气再循环激冷装置的余热锅炉，其特征在于：挡灰板(10)的一端与余热锅炉炉膛(3)的内侧壁连接，挡灰板(10)的另一端悬置，且挡灰板(10)的另一端端面由上至下向靠近余热锅炉炉膛(3)的内侧壁一侧延伸。

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