CN208457942U - 一种用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统，其包括蒸汽抽取管道、冷却器进口集箱、燃气‑蒸汽冷却器、冷却器出口集箱和蒸汽返回管道，蒸汽抽取管道通过冷却器进口集箱与燃气‑蒸汽冷却器相连，燃气‑蒸汽冷却器通过冷却器出口集箱与蒸汽返回管道相连，燃气‑蒸汽冷却器设置在气化炉出口燃气烟道中，蒸汽冷却系统的入口蒸汽引自燃煤锅炉某一级过热器或再热器，来自气化炉的高温燃气与通过燃气‑蒸汽冷却器的入口蒸汽在气化炉出口燃气烟道中进行热交换得到低温燃气。本实用新型采用合适温度的蒸汽冷却生物质气化高温燃气，同时通过蒸汽和锅炉侧的耦合实现出口高温蒸汽的高品质回收利用，提高电厂的整体经济性。

Description

一种用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统

技术领域

本实用新型涉及生物质气化的技术领域，更具体地讲，涉及一种用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统。

背景技术

国家发改委等七部委联合起草的《关于推进燃煤与生物质耦合发电的指导意见(征求意见稿)》指出：“十三五”初期启动一批生物质耦合发电示范项目，包括依托现役燃煤电厂建设100个燃煤与农林废弃残余物耦合发电项目。近期，吉林、广东、宁夏、湖北等地一批燃煤与农林生物质、污泥耦合发电的试点项目建设已经启动。

采用燃煤火电耦合生物质气化发电，将生物质燃料经气化转化成燃料气，送入锅炉内与燃煤混烧，从而实现生物质高效利用并替代部分化石能源。通过生物质气化燃烧方式，由于燃气全部进入原有燃煤机组锅炉炉膛，可以充分利用燃煤发电机组烟气净化设备，降低生物质耦合发电的初始投资和运行成本。生物质气化产生的焦油等附属产物在锅炉炉膛也得到完全燃烧，避免了焦油带来的环境污染。同时，生物质气化产生的灰渣为草木灰，可作为有机肥改善农田土壤结构；在增加农民收入的同时，有利于破解秸秆田间直焚等社会治理难题。同时，配合生物质发电的电价优惠补贴政策，电厂经济性可得到进一步的提高。因此，采用燃煤耦合生物质气化发电技术具有很高的经济效益和环保效益，具有较广阔的市场前景。

目前，最常用的是循环流化床生物质气化技术。然而，气化炉反应合成的燃气温度高达800℃左右，若将此高温燃气直接送入燃煤锅炉燃烧，则对燃气输送系统的设计选型是一个极大的考验：一方面，高温燃气管道材质等级高，管道上的阀门、测量装置等附件的选型也需要考虑在高温下长期安全运行，增加了初始投资成本，还引入了设备的安全隐患；另一方面，800℃的高温燃气，实际体积相对更大，使得燃气的管道口径及计量装置容量选型增大，增加了设备成本。同时，为防止生物质燃气中的少量焦油在输送管道中冷凝，燃气温度也不宜太低。通常，生物质燃气输送到煤粉锅炉的合适温度需冷却至400～450℃之间。

目前，生物质燃气常用的冷却方式为燃气-冷凝水换热、燃气-导热油换热和固定床热解三种方式。燃气-冷凝水换热方式由于冷凝水温低，传热温差太大，导致出口燃气温度过低，燃气中的焦油在管道中冷凝；燃气-导热油换热方式由于导热油的热量不能直接回收利用，还需通过表面式加热器将热量传递给冷凝水，系统复杂，而且成本高；固定床热解冷却方式由于采用了流化床和固定床“双床”模式，物料循环及运行控制难度较大，技术上还处于研发阶段。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种更优的用于生物质气化高温燃气的冷却方式，利用合适温度的蒸汽将高温燃气有效冷却至适宜温度。

本实用新型提供了一种用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统，所述蒸汽冷却系统包括蒸汽抽取管道、冷却器进口集箱、燃气-蒸汽冷却器、冷却器出口集箱和蒸汽返回管道，蒸汽抽取管道通过冷却器进口集箱与燃气-蒸汽冷却器相连，燃气-蒸汽冷却器通过冷却器出口集箱与蒸汽返回管道相连，燃气-蒸汽冷却器设置在气化炉出口燃气烟道中，其中，所述蒸汽冷却系统的入口蒸汽引自燃煤锅炉某一级过热器或再热器，来自气化炉的高温燃气与通过蒸汽冷却器的入口蒸汽在气化炉出口燃气烟道中进行热交换得到低温燃气。

根据本发明用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统的一个实施例，所述蒸汽抽取管道直接与燃煤锅炉某一级过热器或再热器的第一进出口相连进行入口蒸汽的抽取。

根据本发明用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统的一个实施例，所述第一进出口为水冷壁出口、分离器出口、低温过热器出口、包墙出口或者低温再热器入口或出口。

根据本发明用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统的一个实施例，所述蒸汽返回管道与燃煤锅炉某一级过热器或再热器的第二进出口相连进行出口蒸汽的返回。

根据本发明用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统的一个实施例，所述第二进出口为低温再热器出口、高温再热器出口、中温过热器出口或者高温过热器出口。

根据本发明用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统的一个实施例，所述燃气-蒸汽冷却器为顺流或逆流、错列或顺列、光管或肋片强化换热的蛇形换热管结构。

根据本发明用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统的一个实施例，所述蒸汽冷却系统还包括设置在蒸汽抽取管道上的蒸汽调节阀组和设置在蒸汽返回管道上的电动开关阀。

根据本发明用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统的一个实施例，所述气化炉出口燃气烟道通过冷却器出口燃气管道与燃煤锅炉相连，所述低温燃气通过冷却器出口燃气管道进入燃煤锅炉掺烧。

根据本发明用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统的一个实施例，所述蒸汽冷却系统的入口蒸汽为350～430℃，所述高温燃气的温度为700～900℃，所述低温燃气的温度为400～500℃。

与现有技术相比，本实用新型的用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统采用合适温度的蒸汽冷却生物质气化高温燃气，燃气温度冷却至适宜的400～500℃之间，同时通过蒸汽和锅炉侧的耦合实现出口高温蒸汽的高品质回收利用，提高电厂的整体经济性。

附图说明

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-气化炉、2-气化炉出口燃气管道、3-燃气-蒸汽冷却器、4-冷却器出口燃气管道、5-燃煤锅炉某一级过热器或再热器的第一进出口、6-蒸汽调节阀组、7-冷却器进口集箱、8-冷却器出口集箱、9-电动开关阀、10-燃煤锅炉某一级过热器或再热器的第二进出口、11-蒸汽返回管道、12-蒸汽抽取管道。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统的结构示意图。

如图1所示，根据本实用新型的示例性实施例，所述用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统包括蒸汽抽取管道12、冷却器进口集箱7、燃气-蒸汽冷却器3、冷却器出口集箱8和蒸汽返回管道11，蒸汽抽取管道12通过冷却器进口集箱7与燃气-蒸汽冷却器3相连，燃气-蒸汽冷却器3通过冷却器出口集箱8与蒸汽返回管道11相连，燃气-蒸汽冷却器3设置在气化炉出口燃气烟道2中，由此形成用于冷却高温燃气的蒸汽的流通通路。

燃气-蒸汽冷却器3设置在与气化炉1相连的燃气出口相连的气化炉出口燃气烟道2中，来自气化炉1的高温燃气与通过燃气-蒸汽冷却器的入口蒸汽在气化炉出口燃气烟道2中进行热交换得到低温燃气，从而实现对高温燃气的冷却。

具体地，从气化炉1反应生成的700～900℃生物质高温燃气经过气化炉出口燃气管道2后再通过燃气-蒸汽冷却器3，高温燃气和燃气-蒸汽冷却器3中的入口蒸汽在气化炉出口燃气管道2中进行热量传递和交换。经过燃气-蒸汽冷却器3换热后，高温燃气被冷却为400～500℃的低温燃气，便于燃气的输送；吸热后的出口蒸汽温度升高，热量品质提升，提高了蒸汽利用的热经济性。

气化炉出口燃气烟道2通过冷却器出口燃气管道4与燃煤锅炉相连，则燃气-蒸汽冷却器3的出口低温燃气经过冷却器出口燃气管道4、燃气输送管道等设备后送至电厂的燃煤锅炉进行掺烧。其中，燃气-蒸汽冷却器3的设计，可依据换热量和温度等因素的需求，采取顺流或逆流、错列或顺列、光管或肋片强化换热管等多种设计方式，优选为图1所示的蛇形换热管结构。并且，燃气-蒸汽冷却器3中换热管的材质可依据蒸汽温度和换热管的壁温情况设计选取。电厂燃煤锅炉及其辅机设备属于公知范围，在此不进行重复叙述。

根据本实用新型，蒸汽冷却系统的入口蒸汽引自燃煤锅炉某一级过热器或再热器。具体地，蒸汽抽取管道12直接与燃煤锅炉某一级过热器或再热器的第一进出口5相连进行入口蒸汽的抽取，该第一进出口可以为水冷壁出口、分离器出口、低温过热器出口、包墙出口或者低温再热器入口或出口。也即，从燃煤锅炉某一级过热器或再热器的第一进出口5取汽作为燃气-蒸汽冷却器3的换热介质，包括从水冷壁出口抽汽、从分离器出口抽汽、从低温过热器出口抽汽、从包墙出口抽汽、从低温再热器入口或出口抽气等多种抽汽方案，蒸汽冷却系统的入口蒸汽温度为350～430℃。

蒸汽冷却系统还包括设置在蒸汽抽取管道12上的蒸汽调节阀组6和设置在蒸汽返回管道11上的电动开关阀9。由此，可以通过调蒸汽节阀组6调节进入燃气-蒸汽冷却器3中的入口蒸汽量和温度并进一步调节燃气的出口温度，以防止出现出口燃气温度过高或过低的情况；并且，还可通过调节阀组6和电动开关阀9来切断气化装置不运行时的蒸汽通道，保证燃煤锅炉的正常运行。

入口蒸汽经过蒸汽调节阀组6后进入冷却器进口集箱7，在冷却器进口集箱7里蒸汽均匀混合，热偏差减少并防止燃气-蒸汽冷却器3的局部超温。蒸汽在燃气-蒸汽冷却器3里吸收高温燃气的热量后温度升高，出口蒸汽的温度可以根据电厂的实际情况和燃气-蒸汽冷却器3的设计确定。燃气-蒸汽冷却器3的出口蒸汽在冷却器出口集箱8里均匀混合，混合后的出口蒸汽通过蒸汽返回管道11回送到燃煤锅炉某一级过热器或者再热器中，可根据温度压力的具体数据进行合理回送点的选择。

具体地，蒸汽返回管道11与燃煤锅炉某一级过热器或再热器的第二进出口10相连进行出口蒸汽的返回，该第二进出口10可以为低温再热器出口、高温再热器出口、中温过热器出口或者高温过热器出口。也即，可以采取燃煤锅炉低温再热器出口回汽、燃煤锅炉高温再热器出口回汽、燃煤锅炉中温过热器出口回汽、燃煤锅炉高温过热器出口回汽等多种回汽方案。

通过本实用新型的蒸汽冷却系统，一方面可以将高温燃气冷却至适宜的温度，不会因燃气温度过高影响燃气管道材料、阀门和仪表等设备的正常选型和设计，也不会因燃气温度低导致燃气中焦油的冷凝和析出而使燃气输送管道沾污和结焦，使得后续的燃气输送可行且节约燃气输送成本；另一方面，结合锅炉侧的蒸汽参数，为气化炉燃气冷却器选取合适的冷却汽源，吸收热量后的蒸汽回到锅炉侧适宜的位置，实现生物质气化炉尾部余热的高品质回收利用，提高电厂的经济性。

下面以常规600MW超临界机组为例进行蒸汽冷却系统和导热油冷却系统的热经济性对比分析。

30MWe生物质气化炉的燃气-蒸汽冷却器入口的高温燃气温度为790℃，燃气流量为51486Nm³/h，经换热后出口的低温燃气温度为480℃，换热量为7.14MW。

结合电厂的实际情况，蒸汽源抽取自燃煤锅炉的水冷壁出口(入口蒸汽温度约为417℃)，换热后的出口蒸汽温度达到519℃，送回至燃煤锅炉的低温再热器出口，与燃煤锅炉的再热蒸汽一起在高温再热器中吸热后再一起进入汽轮机做功。

对比分别通过蒸汽回收燃气热量和导热油加热凝结水回收至汽轮机的热经济性情况如下表1所示。

表1热经济性对比表

电厂供电煤耗按300g/kW·h计算，燃气-蒸汽冷却方案可以降低汽轮机热耗44kJ/kW.h，折合煤耗降低约1.71g/kW·h；而导热油冷却方案可以降低汽轮机热耗13kJ/kW.h，折合煤耗降低约0.51g/kW·h。

通过以上对比分析可看出，采用蒸汽冷却燃气并耦合燃煤机组利用蒸汽的方式相比导热油冷却方式能较多地降低燃煤机组的煤耗，更好地发挥节煤效果。并且，燃气-蒸汽冷却利用原有机组蒸汽的动力，无需设置导热油冷却方案中的导热油驱动泵和凝结水驱动泵，还可以降低气化系统的电耗，达到节能的目的。

综上所述，本实用新型能够达到如下技术效果：

1)系统能够将生物质气化生成的燃气冷却至适宜的温度，而且具有较强的可调节性；系统简单，达到降低燃气温度的目标的同时，设备成本及运行、维护工作量较小。

2)采用蒸汽直接冷却燃气，并通过和锅炉侧耦合利用出口高温蒸汽的高品质热量，相比燃气导热油冷却系统等二级循环回路换热系统，具有更高的换热效率和热经济性。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统，其特征在于，所述蒸汽冷却系统包括蒸汽抽取管道、冷却器进口集箱、燃气-蒸汽冷却器、冷却器出口集箱和蒸汽返回管道，蒸汽抽取管道通过冷却器进口集箱与燃气-蒸汽冷却器相连，燃气-蒸汽冷却器通过冷却器出口集箱与蒸汽返回管道相连，燃气-蒸汽冷却器设置在气化炉出口燃气烟道中，其中，所述蒸汽冷却系统的入口蒸汽引自燃煤锅炉某一级过热器或再热器，来自气化炉的高温燃气与通过燃气-蒸汽冷却器的入口蒸汽在气化炉出口燃气烟道中进行热交换得到低温燃气。

2.根据权利要求1所述用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统，其特征在于，所述蒸汽抽取管道直接与燃煤锅炉某一级过热器或再热器的第一进出口相连进行入口蒸汽的抽取。

3.根据权利要求2所述用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统，其特征在于，所述第一进出口为水冷壁出口、分离器出口、低温过热器出口、包墙出口或者低温再热器入口或出口。

4.根据权利要求1所述用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统，其特征在于，所述蒸汽返回管道与燃煤锅炉某一级过热器或再热器的第二进出口相连进行出口蒸汽的返回。

5.根据权利要求4所述用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统，其特征在于，所述第二进出口为低温再热器出口、高温再热器出口、中温过热器出口或者高温过热器出口。

6.根据权利要求1所述用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统，其特征在于，所述燃气-蒸汽冷却器为顺流或逆流、错列或顺列、光管或肋片强化换热的蛇形换热管结构。

7.根据权利要求1所述用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统，其特征在于，所述蒸汽冷却系统还包括设置在蒸汽抽取管道上的蒸汽调节阀组和设置在蒸汽返回管道上的电动开关阀。

8.根据权利要求1所述用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统，其特征在于，所述气化炉出口燃气烟道通过冷却器出口燃气管道与燃煤锅炉相连，所述低温燃气通过冷却器出口燃气管道进入燃煤锅炉掺烧。

9.根据权利要求1所述用于生物质气化高温燃气降温的蒸汽冷却系统，其特征在于，所述蒸汽冷却系统的入口蒸汽为350～430℃，所述高温燃气的温度为700～900℃，所述低温燃气的温度为400～500℃。