CN1186945A - 合成煤气换热设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有一个合成煤气辐射冷却器(1)、两个合成煤气对流冷却器(23)、一个粗煤气—净煤气换热器(4)、一个粗煤气—惰性气体换热器(5)和一个分离器(11)等装置的合成煤气热交换设备,这些装置最好垂直或也可以倾斜设置。粗煤气换热器(4、5、23)可以是单通路的、双通路的或多通路的。它们被夹头(10)弹性支承(12)并备有一个电加热装置(9)。为每条通路(4.1、4.2)以及(5.1、5.2)和(23.1、23.2)在粗煤气入口处配备有一个吹洗系统(13)。同样在连接管路(2、6)上备有吹洗器(31)并且在下面的连接管路(6)上备有物料流调节器(7)。

Description

合成煤气换热设备
本发明涉及一种合成煤气热交换设备，具有一个合成煤气辐射冷却器、两个合成煤气对流冷却器内、一个粗煤气-净煤气换热器、一个粗煤气-隋性气体换热器和至少一个分离器或者不具有上述的合成煤气辐射冷却器。
在已知的热交换设备中，合成煤气辐射冷却器是立式的并且合成煤气对流冷却器、粗煤气-净煤气换热器以及粗煤气-氮气换热器都是卧式的。
虽然这种配置具有安装的设备结构高度低的优点，但其最大的缺点是，存在着由于合成煤气携带的烟尘和废渣粉尘造成对卧式换热器和连接管道的覆盖和堵塞的危险。
在横置的管道内由于粉尘的重力不能实现自动清整，因而在设备断开后作为粉尘沉积物的残余粉尘仍留在换热器内。如果在停机和/或在点火/开机时水气进入系统，则残余粉尘被固化并粘结在换热器内。这样就为以后工作时管道的完全堵塞置下了祸根。当管道堵塞时设备不再能工作，其后果造成整个设备完全断开、停产、及接着对换热器管和连接管路需进行的费钱的清整。
故本发明的目的在于，提出一种合成煤气热交换设备，对其热一工作、点火阶段和停机时的残余粉尘、粉尘沉积物和其它的固体颗粒的自动清整将得到改善，对各换热器管路中的物料流进行控制，以避免运行中断和维护费用过高。
本发明目的由两个主权利要求的特征解决，在从属权利要求中表述了本发明的一种有益的设计。
依照本发明，用于对合成煤气的冷却和清整的系统，即用高/中压水/净煤气或氮气对粗煤气的热交换具有如下功能：
1)旨在重力清整，对设备进行垂直或倾斜设置，
2)在设备断开后，可进行吹洗以便消除残余粉尘，以及在运行时对换热管和连接管路进行辅助清整，
3)可在上面的送料管路和/或在粉尘分离器的连接管路上对各条换热管路中的物流进行调整(调节)，
4)为开机过程加热(例如电加热)，优选的方式是对粗煤气换热器和下面的连接管路加热，
5)对合成煤气对流冷却器和粗煤气/煤气换热器采用弹簧悬挂及将膨胀补偿器件设置在连接管路上的方法对热膨胀进行补偿，
6)通过设置手孔或入孔，因而可以接触合成煤气对流冷却器、粗煤气-净煤气换热器、粗煤气-氮气换热器的入口和出口。
依照本发明对热交换器垂直或倾斜设置甚至在设备运行时也可以可靠地防止在设备中粉尘堵塞的形成，所述设备由下述垂直或倾斜设计的相互连接的设备构成：合成煤气辐射冷却器、合成煤气对流冷却器、粗煤气-净煤气换热器、粗煤气-氮气换热器、带有物料流调节器、吹洗器的分离器以及专用支承件。
由于热交换器是垂直或以大角度倾斜设置的，所以在运行时和热交换器设备断开后粉尘颗粒的的重力将促使在换热器内残余粉尘不能停留和粘结。
另外可以在运行期间和设备断开后接通备有的吹洗系统并对换热器管道进行辅助除尘吹洗，从而一方面可以在运行时避免早期的堵塞，而另一方面可以可靠地防止残渣沉积。
合成煤气热交换设备的功能和任务在于，将例如经煤气化产生的合成煤气由约1850℃至1400℃的燃烧温度冷却到室温，以便将煤气输送给后置的冷煤气净化设施。经过净化后，合成煤气或粗煤气变成所谓的“净煤气”，该净煤气将由粗煤气-净煤气换热器进行预热，以便进行以后的应用并且随后被输送给燃气涡轮机或其它的消耗器。
如果要采用研制中的“热煤气净化”的方法，则视要求缩减了煤气的“冷却途径”，和将重流或甚至分流输送给热煤气净化设施。
在对合成煤气热交换器设备中的合成煤气进行冷却时合成煤气的大量热量被用于产生蒸气和对净煤气预热，并被氮气或惰性气体所应用。
对设备最佳化的目的在于，确定各个设备的入口和出口温度。因此形成设备的相应的几何构形，在设备成本、效率、功能质量等方面进行最佳化。
循气路可看到，合成煤气以相应较小的速度顺着炉渣沉降方向穿流过合成气辐射冷却器。炉管内的循环流与煤气流方向相反。合成煤气在合成煤气辐射冷却器的端部例如通过两条相互错位180℃的煤气出口管路离开合成煤气辐射冷却器并流入垂直或倾斜设置的带有平直换热管的合成煤气对流冷却器。合成煤气流经这些管子，这些管子在外部被逆流水进行水冷却。煤气/煤气换热器接在合成煤气对流冷却器上，所述煤气/煤气换热器同样是垂直或倾斜设置的(粗煤气-净煤气换热器/粗煤气-惰性气体换热器)。这些换热器同样由以逆流、顺流或交叉流运行的管子构成。
在这里，一方面对粗合成煤气实现进一步冷却，另一方面对经净化的合成煤气和惰性气体，例如对由空气分解设备提供的氮气进行预热。净煤气和氮气被输送给燃气涡轮机的燃烧室，在燃烧室内净煤气被燃烧。
氮气降低了燃烧温度，从而防止(减少)产生氮氧化物。同时增大了加到涡轮叶片上的煤气的流量。
合成煤气对流冷却器和粗煤气/净煤气和粗煤气/惰性气体换热器及其连接管路的两条通路形状相同并且设置相同，尽管如此还是会出现在两条通路上合成煤气分配不均匀的危险。如果在一开始不把物料流的不平衡状况加以纠正，则该不平衡状况将在连续运行期间进一步恶化。这将导致系统失去功能并造成设备停车。
这种不平衡将通过或者在合成煤气对流冷却器的前面或者在粗煤气/煤气换热器的后面的粉尘分离器的连接管路上对物料流进行调节加以避免。从而可以保证所有的合成煤气气路具有相同的物料流，这将导致实现系统的可调效能。
避免粉尘堵塞的另一措施在于，粗煤气/净煤气换热器、粗煤气/氮气(惰性气氛)换热器和下面的连接管路配备有一加热装置，以防止在预热和/或开机时在设备内低于露点的出现。该加热装置可以是电加热的；该装置在开机时被接通并且在稳定运行时被断开。
本发明是一个具有径向和纵向扩展的热运行系统，在设置时对此必须加以考虑。其中纵向扩展所占比重最大。
支承系统在合成煤气辐射冷却器上具有其固定点并且在合成煤气对流冷却器和粗煤气/净煤气换热器和粗煤气/惰性气体换热器具有弹性支承，以及在分离器上具有固定支承或弹性支承。必要时，在下面的连接管路上备有辅助器件，以便减少系统中的应力。
本发明的合成煤气热交换设备例如可用于带有煤气化设备的火力发电，安装在煤气发生炉的后面。
下面将对照附图对本发明做进一步的说明。
图1是合成煤气热交换设备的前视图，
图2是带有一个分离器的合成煤气热交换设备的俯视图，
图3是带有两个分离器的合成煤气热交换设备的俯视图；
图4是带有支路和两个分离器的合成煤气热交换设备的俯视图，
图5是带有分别倾斜设置的换热器的合成煤气热交换设备的前视图，
图6是带有煤气/煤气换热器的合成煤气热交换设备的前视图。
图1为带有设置在固定点(17)上的合成煤气辐射冷却器(1)的热交换设备的前视图，由辐射冷却器两条上面的连接管路(2)通过分接头(3)和调节阀件(30)接到合成煤气对流冷却器(23)。两条合成煤气-对流冷却器-管路分别以两条通路(23.1、23.2)加以实现并分别由夹头(10)弹性支承(12)。合成煤气对流冷却器(23)具有平直伸展的烟管，热交换是通过逆流输送的冷却水实现的，该冷却水在管头(24)内输入合成煤气对流冷却器(23)并在管头(25)处排出。
每条通路(23.1、23.2)都配备有一个吹洗器(13)。同样吹洗器(31)设置在连接管路(2)上。另外，在合成煤气对流冷却器(23)的入口和出口处备有手孔/入孔(18)。
在一侧由约900℃至600℃被冷却到约600℃至300℃的合成煤气进入粗煤气/净煤气换热器(41、42)，而在另一侧合成煤气被加入粗煤气-氮气(惰性气体)换热器(5.1、5.2)内。
上述换热器(4、5)分别由夹头(10)弹性支承(12)。它们具有平直伸展的烟管(28)，换热是通过由相应的入口管头和出口管头输入和排出的净煤气及惰性气体(氮气)(净煤气15.1、15.2/氮气16.1、16.2)实现的。
每条通路(4.1、4.2；5.1、5.2)都配备有一个或多个吹洗系统(13)。另外在粗煤气/净煤气换热器(4)和粗煤气-氮气换热器(5)的合成煤气入口和出口处还备有手孔/入孔(18)，同样为换热器(23)和(45)设有加热装置(9)。
在换热器(4.5)内被冷却到约250℃-180℃的合成煤气经下面的连接管路(6)离开这些换热器并到达集中式的分离器(11)，该分离器弹性件(12)设置在夹头(20)或固定在固定点(17)上。
在连接管路(6)上分别安装有一个调节阀件(29)和/或分别安装有一个粗煤气-物料流调节器(7)。另外还备有高压水管接头(8)、加热装置(9)和补偿器件(19)以及设置有吹洗器(31)。
在合成煤气冷却器(1)下方设置有一个炉渣粉碎机(14)，由粗煤气或合成煤气中分离出来的炉渣部分进入该炉渣粉碎机。
图2为带有一个合成煤气辐射冷却器(1)和一个集中式粉尘分离器(11)的热交换设备的俯视图。未经净化的粗煤气通过带有用于连接的支路头(3)、调节阀件(3)和吹洗器(13、31)的上面的连接管路(2)，经合成煤气对流冷却器(23.1、23.2)进入粗煤气/净煤气换热器(4)并进入粗煤气/氮气换热器(5)，其中通过设置在下面连接管路(6)上的物料流调制器(7)和调节阀件(30)，和/或通过上面的调节阀件(30)对粗煤气的均匀分配加以调控。
图3为带有一个合成煤气辐射冷却器(1)和两个分集式粉尘分离器(11.1)和(11.2)的热交换设备的俯视图。而且在此情况时，未净化的粗煤气通过带有用于连接的分路头(3)、调节阀件(29)和吹洗器(13、31)的上面的连接管路(2)，经合成煤气对流冷却器进入后置的粗煤气/净煤气换热器(4)以及粗煤气/氮气换热器(5)，其中通过在下面的连接管路(6)上设置的物料流调节器(7)和调节阀件(29)对相煤气的均匀分配进行调控。
图4为带有一个合成煤气辐射冷却器(1)和两个分集式粉尘分离器(11.1)和(11.2)的热交换设备的俯视图。
由合成煤气辐射冷却器(1)分出四条连接管路(2)，这些管路通过调节阀件(30)、吹洗器(12.31)，将粗煤气经合成煤气对流冷却器(23.1、23.2)输送入后置的粗煤气-净煤气换热器(4)，以及粗煤气-氮气换热器(5)，其中通过在下面的连接管路(6)上设置的物料流调节器(7)和调节阀件(29)实现对粗煤气的均匀分配。
为将粗煤气冷却到必要的温度上分别备有用于粗煤气输入及排出的管头(15)和用于氮气输入及排出的管头(16)。下面的连接管路(6)分别配备有物料流调节器(7)、高压水管接头(8)、吹洗器(31)以及一个加热装置(9)。如上所述实现在固定点(17)上的支承。
图5为上面对照图1所述的，但带有分别倾斜设置的合成煤气-对流冷却器(23)和倾斜设置的净煤气-及氮气换热器(4，5)的热交换设备的前视图，所述换热器通过中间弯曲的连接管路(22)与进入吹洗喷管(31)的装置连接在一起。所有换热器的入口上都配备有一个吹洗系统(13)。在下面的通向集中式粉尘分离内(11)的连接管路(6)上同样配备有物料流调节器(7)和调节阀件(29)以及吹洗器(31)。
倾斜设置的合成煤气对流冷却器(23)和净煤气一及氮气换热器(4，5)分别通过滑动轴承(21)及通过弹性支承件(12)设置在固定点(17)上。如上所述，集中式粉尘分离器(11)的设置是通过夹头(20)和弹性(12)或固定支承(17)实现的。
图6示出图1的配置变型。在这里没有用合成煤气对流冷却器，这是因为合成煤气辐射冷却器(煤气急冷设备)的出口温度很低，以至合成煤气对流冷却器已不必要。
在这里也采用了图1中所述的诸如吹洗器(13、31)、粗煤气物料流调节器(7)、调节阀件(29)、加热装置(9)、弹性支承件(12)、补偿器件(19)等。
附图标记对照表
1                       合成煤气辐射冷却器
2                     过渡管路/上面的连接管路
3                             分路头
4                       粗煤气/净煤气换热器
4.1                          右侧通路
4.2                          左侧通路
5                      粗煤气/惰性气体换热器
5.1                          右侧通路
5.2                          左侧通路
6                         下面的连接管路
7                       粗煤气物料流调节器
8                          高压水管接头
9                            加热装置
10                             夹头
11                         集中式分离器
11.1                    按图4的单个分离器
11.2                    按图5的单个分离器
12                           弹性支承件
13                            吹洗系统
14                           炉渣粉碎器
15                      净煤气的入口及出口
16                     惰性气体的入口及出口
17                            固定点
18                           手孔/入孔
19                           补偿器件
20                             夹头
21                           滑动轴承
22                        中间的连接管路
23                      合成煤气对流冷却器
23.1                          右侧通路
23.2                          右侧通路
24                           冷却水入口
25                           冷却水出口
27                              烟管
28                              烟管
29                            调节阀件
30                            调节阀件
31                             吹洗器

Claims (13)

1.合成煤气热交换设备，具有一个合成煤气辐射冷却器、两个合成煤气对流冷却器、一个粗煤气-净煤气换热器、一个粗煤气气-隋性气体换热器和至少一个分离器，其特征在于：
-在合成煤气辐射冷却器(1)后垂直或倾斜地在两侧设置带有上面的连接管路(2)和过渡件(3)的至少一个合成煤气对流冷却器(23)、一个粗煤气-净煤气换热器(5)，
-合成煤气对流冷却器(23)、粗煤气-净煤气换热器(4)和粗煤气-隋性气体换热器(5)配备有一个吹洗系统，
-下面的连接管路(6)上备有一个粗煤气-物料流调节器(7)和一个分离器(11)。
2.合成煤气热交换设备，具有一个合成煤气-辐射冷却器、一个粗煤气-净煤气换热器、一个粗煤气/惰性气体换热器和至少一个粉尘分离器，其特征在于：
-在合成煤气辐射冷却器(1)后面垂直或倾斜地在两侧设置带有上面的连接管路(2)和过渡件(3)的至少一个粗煤气/净煤气换热器(4)和一个粗煤气/惰性气体换热器(5)，
-粗煤气/净煤气换热器(4)和粗煤气/惰性气体换热器(5)配备有一个吹洗系统(13)，并且下面的连接管路(6)备有一个粗煤气物料流调节器(7)并与分离器(11)连接。
3.依照权利要求1或2的装置，其特征在于：吹洗器(31)设置在上面的连接管路(2)和下面的连接管路(6)上。
4.依照权利要求1的装置，其特征在于：合成煤气对流冷却器(23)可以是单通路的或多通路的。
5.依照权利要求1或2的装置，其特征在于：粗煤气/净煤气换热器(4)和粗煤气/隋性气体换热器(5)可以是单通路的或多通路的。
6.依照权利要求1或2的装置，其特征在于：
-粗煤气/净煤气换热器(4)与一单独的粉尘分离器(11.1)并且粗煤气/惰性气体换热器(5)与一单独的粉尘分离器(112)连接，
-下面的连接管路(6)配备有粗煤气物料流调节器(7)。
7.依照权利要求1或2的装置，其特征在于：合成煤气对流冷却器(23)、粗煤气/净煤气换热器(4)、粗煤气/隋性气体换热器(5)和下面的连接管路(6)配备有电加热装置(9)。
8.依照权利要求1或2的装置，其特征在于：补偿器件(19)设置在下面连接管路(6)的入口处。
9.依照权利要求8的装置，其特征在于：高压水管接头(8)设置在下面的连接管路上的粗煤气物料流调节器(7)的上方。
10.依照权利要求1或2的装置，其特征在于；合成煤气辐射冷却器(1)设置在固定点支承件(17)上，合成煤气对流冷却器(23)、粗煤气/净煤气换热器(4)和粗煤气/有性气体换热器(5)通过夹头(10)设置在弹性支承件(12)上。
11.依照权利要求1或2的装置，其特征在于：集中式粉尘分离器(11)和单独的粉尘分离器(11.1、11.2)通过夹头(20)设置在弹性支承件(12)上或设置在固定点支承件(17)上。
12.依照权利要求1或2的装置，其特征在于：在上面的连接管路(2)上备有一个调节阀件(30)。
13.依照权利要求1或2的装置，其特征在于：下面的连接管路(6)具有一个高压水管接头(8)。
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