CN203797613U - 生物质合成气冷却用中温中压余热锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生物质合成气冷却用中温中压余热锅炉，它由锅筒、竖直膜式水冷壁、水平烟道组成，竖直膜式水冷壁和水平烟道连成一体化L型结构。省煤器的出水口通过热水引出管与锅筒上部连通，膜式水冷壁下集箱和蒸发器下集箱均通过下降管与锅筒连通，蒸发器上集箱通过第二汽水引出管与锅筒连通，膜式水冷壁上集箱通过第一汽水引出管与锅筒连通，饱和蒸汽引出管的一端与锅筒顶部连通，饱和蒸汽引出管的另一端连接低温过热器，低温过热器连接高温过热器，高温过热器的输出端连接高温过热器出口集箱。本实用新型能够提高生物质合成气显热的利用效率，合成气中焦油脱除效果好，不易堵塞受热面。

Description

生物质合成气冷却用中温中压余热锅炉

技术领域

本实用新型涉及生物质燃料气化后产生的高温合成气的冷却系统，具体地指一种生物质合成气冷却用中温中压余热锅炉。 

背景技术

随着化石燃料逐渐枯竭，生物质等可再生能源的开发利用日益受到关注，并处于快速发展之中。生物质燃料气化是其中非常具有前景的应用方式之一，所谓生物质气化是指在气化剂的参与下，在一定温度和压力条件下，把固体生物质燃料转化为可燃气体的过程。为了使生物质合成气达到工业使用的要求，必须对生物质合成气进行净化处理，由于生物质气化后的合成气温度较高，这就要求对此高温合成气首先进行冷却处理。 

对生物质合成气进行降温处理通常采用激冷塔，在激冷塔内喷洒冷水与合成气混合，使合成气的温度下降到250℃以下，但喷水导致合成气蕴含的大量显热白白浪费了，整体系统也极不节能环保。为此可考虑采用余热锅炉对初冷后的合成气进行再次降温以回收余热，但是常规余热锅炉所产蒸汽多为饱和蒸汽，随着气化装置容量的不断增大，气化及相关系统饱和蒸汽的用量相对过剩，由于饱和蒸汽不能用于发电，若继续使用饱和蒸汽余热锅炉则会造成剩余蒸汽的大量浪费。另外，普通余热锅炉的炉壁多敷设耐火浇注料，使得整个余热锅炉重量加大，而且随着合成气温度的提高，所需耐火层的厚度就更大了，更增加了余热锅炉的重量。 

实用新型内容

本实用新型的目的就是要提供一种生物质合成气冷却用中温中 压余热锅炉，该锅炉不仅能利用高温合成气生产中温中压的过热蒸汽用于发电，同时也提高了系统的换热效率、减轻了余热锅炉的重量。 

为实现此目的，本实用新型所设计的生物质合成气冷却用中温中压余热锅炉，其特征在于：它包括水平烟道、竖直膜式水冷壁、灰斗、锅筒、热水引出管、第一汽水引出管、下降管、第二汽水引出管、饱和蒸汽引出管、低温过热器入口集箱、低温过热器出口集箱、过热器连接管、高温过热器入口集箱、高温过热器出口集箱、设置在水平烟道内部烟道腔的省煤器、由高至低依次设置在竖直膜式水冷壁内部烟道腔中的高温过热器和低温过热器以及蒸发器、设置在竖直膜式水冷壁顶部并与竖直膜式水冷壁连通的膜式水冷壁上集箱、设置在竖直膜式水冷壁底部并与竖直膜式水冷壁连通的膜式水冷壁下集箱，其中，所述灰斗的进气口穿过膜式水冷壁下集箱与竖直膜式水冷壁的内部烟道腔连通，所述灰斗的出气口与水平烟道的进气端连通，所述灰斗的底部开设有出渣口，所述蒸发器的底端输入口穿出竖直膜式水冷壁并连接有蒸发器下集箱，所述蒸发器的顶端输出口穿出竖直膜式水冷壁并连接有蒸发器上集箱； 

所述省煤器的出水口通过热水引出管与锅筒上部连通，所述膜式水冷壁下集箱和蒸发器下集箱均通过下降管与锅筒底部连通，所述蒸发器上集箱通过第二汽水引出管与锅筒中部连通，所述膜式水冷壁上集箱通过第一汽水引出管与锅筒中部连通，所述饱和蒸汽引出管的一端与锅筒顶部连通，所述饱和蒸汽引出管的另一端通过低温过热器入口集箱与低温过热器的输入端连接，所述低温过热器的输出端连接低温过热器出口集箱，所述高温过热器的输入端连接高温过热器入口集箱，所述低温过热器出口集箱通过过热器连接管连接高温过热器入口集箱，所述高温过热器的输出端连接高温过热器出口集箱。 

进一步地，所述膜式水冷壁上集箱的顶部还设有与竖直膜式水 冷壁内部烟道腔连通的进口短接头，所述水平烟道的出气端连接有出口短接头。 

进一步地，所述进口短接头为锥形进口短接头，该锥形进口短接头的大端连接膜式水冷壁上集箱的顶部；所述出口短接头为锥形出口短接头，该所述锥形出口短接头的大端连接水平烟道的出气端。 

更进一步地，所述进口短接头的内壁敷设有耐火层。 

本实用新型的优点在于： 

1）与激冷塔喷水降温相比，本实用新型采用了受热面换热的方式，充分利用了合成气的显热，从而避免了喷水降温方式会增大合成气体积的问题，也降低了初期投资和运行成本，体现了整个系统的节能环保性； 

2）与普通余热锅炉相比，本实用新型中的竖向烟道四面由竖直膜式水冷壁组成，相对于敷设耐火材料的绝热型普通余热锅炉，本余热锅炉入口的合成气温度可大幅提高（入口合成气温度在500～1000℃内，考虑到尾部受热面处合成气温度过低会对金属管壁造成腐蚀，而且由于设置了过热器，不适用于入口合成气温度在500℃以下的情况），而且上述结构的密封性能好，无需耐火浇注料以构成耐火层，大大减轻了余热锅炉的重量； 

3）由于余热锅炉入口合成气温度的提高，且在合成气最高温度区域设置了过热器，因此可生产中温中压的过热蒸汽用于发电，也可从电厂汽轮机的相应部位抽取不同压力等级的蒸汽以满足工艺用蒸汽的需求，与单纯生产饱和蒸汽的余热锅炉相比，不会形成饱和蒸汽的相对过剩甚至浪费。 

4）本实用新型中竖直膜式水冷壁和水平烟道总体呈L形，合成气首先进入竖直膜式水冷壁，有利于凝结在竖直膜式水冷壁、低温过热器、高温过热器、蒸发器上的焦油流下并通过灰斗排出，当气流通过灰斗的L形转折处进入水平烟道时，由于合成气转向的缘故可再次通过灰斗收集合成气里的部分焦油，从而避免了锅炉低温受 热面因焦油冷凝而形成堵塞，确保了锅炉及后续设备的稳定运行。 

附图说明

图1为本实用新型的使用状态结构示意图。 

其中，1—省煤器、2—膜式水冷壁下集箱、3—竖直膜式水冷壁、4—蒸发器、5—低温过热器、6—高温过热器、7—膜式水冷壁上集箱、8—锅筒、9—热水引出管、10—第一汽水引出管、11—下降管、12—第二汽水引出管、13—蒸发器上集箱、14—蒸发器下集箱、15—进口短接头、16—灰斗、17—出口短接头、18—水平烟道、19—出渣口、20—饱和蒸汽引出管、21—低温过热器入口集箱、22—低温过热器出口集箱、23—过热器连接管、24—高温过热器入口集箱、25—高温过热器出口集箱。 

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明： 

如图1所示的生物质合成气冷却用中温中压余热锅炉，它包括水平烟道18、竖直膜式水冷壁3、灰斗16、锅筒8、热水引出管9、第一汽水引出管10、下降管11、第二汽水引出管12、饱和蒸汽引出管20、低温过热器入口集箱21、低温过热器出口集箱22、过热器连接管23、高温过热器入口集箱24、高温过热器出口集箱25、设置在水平烟道18内部烟道腔的省煤器1、由高至低依次设置在竖直膜式水冷壁3内部烟道腔中的高温过热器6和低温过热器5以及蒸发器4、设置在竖直膜式水冷壁3顶部并与竖直膜式水冷壁3连通的膜式水冷壁上集箱7、设置在竖直膜式水冷壁3底部并与竖直膜式水冷壁3连通的膜式水冷壁下集箱2，其中，所述灰斗16的进气口穿过膜式水冷壁下集箱2与竖直膜式水冷壁3的内部烟道腔连通，所述灰斗16的出气口与水平烟道18的进气端连通，所述灰斗16的底部开设有出渣口19，所述蒸发器4的底端输入口穿出竖直膜式水冷壁3并 连接有蒸发器下集箱14，所述蒸发器4的顶端输出口穿出竖直膜式水冷壁3并连接有蒸发器上集箱13； 

所述省煤器1的出水口通过热水引出管9与锅筒8上部连通，所述膜式水冷壁下集箱2和蒸发器下集箱14均通过下降管11与锅筒8底部连通，所述蒸发器上集箱13通过第二汽水引出管12与锅筒8中部连通，所述膜式水冷壁上集箱7通过第一汽水引出管10与锅筒8中部连通（上述第一汽水引出管10和第二汽水引出管12与锅筒8的连接口位于锅筒8液面的上方），所述饱和蒸汽引出管20的一端与锅筒8顶部连通，所述饱和蒸汽引出管20的另一端通过低温过热器入口集箱21与低温过热器5的输入端连接，所述低温过热器5的输出端连接低温过热器出口集箱22，所述高温过热器6的输入端连接高温过热器入口集箱24，所述低温过热器出口集箱22通过过热器连接管23连接高温过热器入口集箱24，所述高温过热器6的输出端连接高温过热器出口集箱25。 

上述技术方案中，所述膜式水冷壁上集箱7的顶部还设有与竖直膜式水冷壁3内部烟道腔连通的进口短接头15，所述水平烟道18的出气端连接有出口短接头17。 

上述技术方案中，所述进口短接头15为锥形进口短接头，该锥形进口短接头的大端连接膜式水冷壁上集箱7的顶部；所述出口短接头17为锥形出口短接头，该所述锥形出口短接头的大端连接水平烟道18的出气端。 

上述技术方案中，所述进口短接头15的内壁敷设有耐火层。 

本实用新型中，受热面包括省煤器1、竖直膜式水冷壁3、蒸发器4、低温过热器5和高温过热器6。 

本实用新型使用时，高温生物质合成气从竖直膜式水冷壁3上方的进口短接头15引入，冲刷高温过热器6、低温过热器5、蒸发器4和竖直膜式水冷壁3，此时，竖直膜式水冷壁3不仅作为受热面起到了吸热的作用，也因其密封成片起到了烟道的作用。生物质合 成气经过竖直膜式水冷壁3时，随着热量不断被低温的水和蒸汽吸走，其温度不断下降，生物质合成气里含有的焦油也会不断地凝结并粘附在高温过热器6、低温过热器5、蒸发器4和竖直膜式水冷壁3的表面上，此时焦油处于液态，由于竖直膜式水冷壁3是竖向布置的，所以在重力作用下，焦油会沿着竖直膜式水冷壁3向下流动，滴入灰斗16内，并由出渣口19排出炉外。上述高温过热器6、低温过热器5和蒸发器4处于竖直膜式水冷壁3形成的烟道的中心位置，因此合成气的冲刷速度较高，随着管壁上粘附的焦油不断增加，最终还是会因为重力的作用而逐渐滴入灰斗16内。当合成气由竖直膜式水冷壁3通过灰斗16的L形转折处进入水平烟道18时，由于合成气转向的缘故可再次通过灰斗16收集合成气里的部分焦油，从而避免了锅炉低温受热面因焦油冷凝而形成的堵塞，确保了锅炉及后续设备的稳定运行。上述进口短接头15和出口短接头17可采用锥形结构，由于进口短接头15处合成气温度较高，进口短接头15的内壁需敷设耐火浇注料构成的耐火层，出口短接头17处合成气温度较低，因此不需耐火层。此外，竖直膜式水冷壁3和水平烟道18外表面敷设有隔热层，隔热层优选保温性能好且密度小的保温棉材质，使设备的重量较传统余热锅炉显著减轻。 

常温的除盐水通过给水泵送入省煤器1的进水口，冷的除盐水在省煤器1内吸收生物质合成气的热量后温度升高成为接近饱和温度的热水，省煤器1通过热水引出管9与锅筒8连通并向锅筒8提供热水。锅筒8中的热水由下降管11分别进入膜式水冷壁下集箱2和蒸发器4中，热水通过膜式水冷壁下集箱2进入竖直膜式水冷壁3，竖直膜式水冷壁3中的热水和蒸发器4中的热水与高温生物质合成气进行热交换，在竖直膜式水冷壁3和蒸发器4内形成汽水混合物，由于下降管11中水的密度大于竖直膜式水冷壁3和蒸发器4中汽水混合物的密度，依靠这个密度差，使水沿着下降管11向下流动，而汽水混合物则由竖直膜式水冷壁3、膜式水冷壁上集箱7、第一汽水引出管10形成的第一上升管路和由蒸发器4、第二汽水引出管12形 成的第二上升管路连续不断地向上流入锅筒8形成自然循环。锅筒8上方引出的饱和水蒸汽由饱和蒸汽引出管20进入低温过热器5，在低温过热器5内吸热升温后成为过热蒸汽，再进入高温过热器6吸热后达到额定出口温度，过热蒸汽从高温过热器6出口由高温过热器出口集箱25引至汽轮机将蒸汽的热能转换为机械能，从而带动发电机发电。本实用新型的余热锅炉及相关配置，不仅能高效地吸收生物质合成气的显热用于发电，也满足了生物质气化工段以及其它后续工段的工艺用蒸汽的需求。 

本实用新型的核心在于高温过热器6、低温过热器5、蒸发器4和竖直膜式水冷壁3的设置，能够充分吸收合成气余热，又能生产过热蒸汽用于发电，其换热效率高；竖直膜式水冷壁3通过灰斗16与水平烟道18连成一体化L形结构有利于生物质合成气中焦油的脱除，且因烟道为膜式水冷壁结构而不设耐火浇注料，故设备重量轻。 

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。 

Claims (4)

1.一种生物质合成气冷却用中温中压余热锅炉，其特征在于：它包括水平烟道（18）、竖直膜式水冷壁（3）、灰斗（16）、锅筒（8）、热水引出管（9）、第一汽水引出管（10）、下降管（11）、第二汽水引出管（12）、饱和蒸汽引出管（20）、低温过热器入口集箱（21）、低温过热器出口集箱（22）、过热器连接管（23）、高温过热器入口集箱（24）、高温过热器出口集箱（25）、设置在水平烟道（18）内部烟道腔的省煤器（1）、由高至低依次设置在竖直膜式水冷壁（3）内部烟道腔中的高温过热器（6）和低温过热器（5）以及蒸发器（4）、设置在竖直膜式水冷壁（3）顶部并与竖直膜式水冷壁（3）连通的膜式水冷壁上集箱（7）、设置在竖直膜式水冷壁（3）底部并与竖直膜式水冷壁（3）连通的膜式水冷壁下集箱（2），其中，所述灰斗（16）的进气口穿过膜式水冷壁下集箱（2）与竖直膜式水冷壁（3）的内部烟道腔连通，所述灰斗（16）的出气口与水平烟道（18）的进气端连通，所述灰斗（16）的底部开设有出渣口（19），所述蒸发器（4）的底端输入口穿出竖直膜式水冷壁（3）并连接有蒸发器下集箱（14），所述蒸发器（4）的顶端输出口穿出竖直膜式水冷壁（3）并连接有蒸发器上集箱（13）；

所述省煤器（1）的出水口通过热水引出管（9）与锅筒（8）上部连通，所述膜式水冷壁下集箱（2）和蒸发器下集箱（14）均通过下降管（11）与锅筒（8）底部连通，所述蒸发器上集箱（13）通过第二汽水引出管（12）与锅筒（8）中部连通，所述膜式水冷壁上集箱（7）通过第一汽水引出管（10）与锅筒（8）中部连通，所述饱和蒸汽引出管（20）的一端与锅筒（8）顶部连通，所述饱和蒸汽引出管（20）的另一端通过低温过热器入口集箱（21）与低温过热器（5）的输入端连接，所述低温过热器（5）的输出端连接低温过热器出口集箱（22），所述高温过热器（6）的输入端连接高温过热器入口集箱（24），所述低温过热器出口集箱（22）通过过热器连接管（23）连接高温过热器入口集箱（24），所述高温过热器（6）的输出端连接高温过热器出口集箱（25）。

2.根据权利要求1所述的生物质合成气冷却用中温中压余热锅炉，其特征在于：所述膜式水冷壁上集箱（7）的顶部还设有与竖直膜式水冷壁（3）内部烟道腔连通的进口短接头（15），所述水平烟道（18）的出气端连接有出口短接头（17）。

3.根据权利要求2所述的生物质合成气冷却用中温中压余热锅炉，其特征在于：所述进口短接头（15）为锥形进口短接头，该锥形进口短接头的大端连接膜式水冷壁上集箱（7）的顶部；所述出口短接头（17）为锥形出口短接头，该所述锥形出口短接头的大端连接水平烟道（18）的出气端。

4.根据权利要求2或3所述的生物质合成气冷却用中温中压余热锅炉，其特征在于：所述进口短接头（15）的内壁敷设有耐火层。