专利名称：一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤气化技术的热气化炉，特别是一种一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置。
背景技术：
整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)可以实现燃煤高效、清洁和多样化利用，也是未来发展煤基发电CO2零排放——即“绿色煤电”煤炭的核心技术之一。在IGCC发电系统中，废热锅炉是显热回收利用的关键设备和气化岛中的重大设备，废热锅炉对高温煤气、熔渣显热的回收利用将使热煤气效率达到90 95%，发电效率达到42 45%，废热锅炉的运·行情况将直接影响IGCC发电系统的可用率和整体发电效率。在现有的气流床气化技术中，采用废热锅炉回收高温合成气的热量一般有两种方式一是以Shell公司为代表的气流床粉煤加压气化技术，循环冷气返回气化炉高温合成气出口将气化炉合成气冷却至700 750°C，然后再进入对流废热锅炉换热副产中压蒸汽。另一种是以GE公司为代表的水煤浆气化工艺，高温合成气显热采用辐射锅炉+对流锅炉的方式回收，副产高压饱和蒸汽。但是，现有技术中的废热锅炉还存在结构复杂、使用寿命较短等问题，主要表现在
(I)Shell粉煤气化技术采用1. 3 1. 5倍的循环冷气激冷高温合成气，增加了对流废热锅炉及其后续合成气除尘设备的尺寸，同时增加了设备的投资，合成气循环压缩机增加了气化装置的能耗；由于对流锅炉积灰，影响了对流锅炉的换热效果，需要加入比设计激冷气量更多的激冷气。(2) GE水煤浆气化工艺中的合成气全显热回收系统由辐射废热锅炉和对流废热锅炉两个设备组成，两设备独立布置，造成设备投资大，占用空间大，系统运行的可靠性也由于设备的复杂而受到影响；同时辐射锅炉合成气温度缺乏调节手段致使对流锅炉积灰堵塞。
发明内容
本发明为克服现有气化炉废热锅炉的缺陷和不足，提供了一种一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，将气化炉与辐射锅炉、对流锅炉结合为一个整体，可以达到充分回收高温合成气和熔渣所带显热，降低投资和节约能源，提高热效率的目的。为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下
一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于包括压力壳体、合成气入口、辐射换热组件、减温器组件、对流换热组件、渣池、合成气出口，合成气入口位于压力壳体的顶部，压力壳体侧壁的上端设有合成气出口 ；福射换热组件纵向固定设于压力壳体内的中间，与带热量的气体充分换热；对流换热组件设于辐射换热组件与压力壳体之间；减温器组件固定设置于对流换热组件的下方；渣池设置于压力壳体内的下部，渣池的底端与压力壳体的底端共同形成排洛口。所述合成气入口为一窄长通道，该合成气入口的内壁为耐火衬里。
所述辐射换热组件包括辐射水冷壁和辐射屏，辐射水冷壁是由若干个纵向平行设置的立管围成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接，圆筒壁的中间为辐射换热腔；辐射换热组件还包括辐射水冷壁上集箱、辐射水冷壁下集箱、辐射水冷壁进水管、辐射水冷壁引出管和辐射水冷壁受热面，辐射水冷壁上集箱与每个立管的上端连通，辐射水冷壁下集箱与每个立管的下端连通，辐射水冷壁进水管的一端与压力壳体固接并设在压力壳体的外部、辐射水冷壁进水管的另一端与辐射水冷壁上集箱连通，辐射水冷壁引出管的一端与压力壳体的上封头固接、另一端与辐射水冷壁上集箱连通。所述辐射屏由若干个立管排形成，所有立管排以热回收装置的中心向外发散分布于辐射换热腔内，每个立管排由若干立管形成，立管排的相邻两个立管紧贴设置；辐射换热组件还包括辐射屏上集箱、辐射屏下集箱、辐射屏进水管、辐射屏引出管，辐射屏受热面的下端与辐射屏下集箱连通，辐射屏受热面的上端与辐射屏上集箱连通，辐射屏进水管和辐射屏引出管分别与辐射屏下集箱和辐射屏上集箱连通，并引出到压力壳体外。所述对流换热组件包括对流换热水冷壁、蒸发器、过热器和省煤器，蒸发器、过热 器和省煤器从上往下依次分布，对流换热水冷壁由若干个纵向平行设置的立管围成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接，蒸发器、过热器和省煤器位于圆筒壁的中间。所述对流换热水冷壁还包括对流换热水冷壁上集箱、对流换热水冷壁下集箱、对流换热水冷壁进水管、对流换热水冷壁引出管，对流换热水冷壁的上端与对流换热水冷壁连通，对流换热水冷壁的下端与对流换热水冷壁下集箱连通，对流换热水冷壁进水管与对流换热水冷壁下集箱连通，对流换热水冷壁引出管与对流换热水冷壁上集箱连通；对流换热水冷壁进水管和对流换热水冷壁引出管均延伸至压力壳体外。所述蒸发器、过热器和省煤器分别由一组螺旋盘管形成，每组螺旋盘管分别包括四层螺旋环管，每两层螺旋环管之间有一定的距离，每层螺旋环管是由管子紧密环绕形成的。所述蒸发器还包括蒸发器上集箱、蒸发器下集箱、蒸发器进水管、蒸发器引出管，形成蒸发器的螺旋盘管的上端与蒸发器上集箱连通，形成蒸发器的螺旋盘管的下端与蒸发器下集箱连通，蒸发器进水管与蒸发器下集箱连通，蒸发器引出管与蒸发器上集箱连通；所述过热器还包括过热器上集箱、过热器下集箱、过热器进水管、过热器引出管，形成过热器的螺旋盘管的上端与过热器上集箱连通，形成过热器的螺旋盘管的下端与过热器下集箱连通，过热器进水管与过热器下集箱连通，过热器引出管与过热器上集箱连通；所述省煤器还包括省煤器上集箱、省煤器下集箱、省煤器进水管、省煤器引出管，形成过热器的螺旋盘管的上端与省煤器上集箱连通；形成省煤器的螺旋盘管的下端与省煤器下集箱连通，省煤器进水管与省煤器下集箱连通，省煤器引出管与省煤器上集箱连通；蒸发器进水管、蒸发器引出管、过热器进水管、过热器引出管、省煤器进水管、省煤器引出管均延伸至压力壳体外。所述减温器组件包括减温水进水管、减温水集箱和多个雾化喷嘴，雾化喷嘴以热回收装置的中心为圆心按圆周均匀分布，喷头向下布置；雾化喷嘴与减温水集箱连通，减温水进水总管与减温水集箱连通。所述渣池处于减温器组件的下端，渣池的上端与对流换热水冷壁下端连接。热回收装置的工作原理是
当高温的合成气及熔融渣出气化炉后，通过本装置顶部的窄长的合成气入口进入辐射换热组件，在辐射换热腔中，对高温合成气流和熔融渣进行辐射水冷降温。高温的合成气及熔融渣进入辐射换热腔中，以辐射传热的方式将热量传给四周的辐射换热组件，由于流通面积扩大，熔融渣在气流作用下向四周喷溅，从离开合成气入口至到达辐射水冷壁的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性，在重力作用下落入辐射换热组件底部的渣池中，在渣池中与水混合急剧冷却，形成高硬度的固态灰渣，灰渣可以随水排入锁渣罐中。在渣池附近设置吹扫装置，进行防结渣沉淀扰动，保证排渣系统的可靠稳定运行；从辐射换热组件下来的合成气中夹带部分未凝结的飞灰，在减温器组件处进行凝结，减温器组件的存在减少了对流换热部组件的结渣，并可对进入对流换热面的合成气温度进行控制，保证其正常安全的运行；凝结后，合成气进入对流换热组件依次流过蒸发器、过热器、省煤器并与里面的水进行换热冷却。高温合成气流从合成气入口进入热回收装置后，向下通过辐射换热腔后，改变方向，反折向上通过减温器组件和对流换热组件，进行降温冷 却，并回收大量的显热；该热回收装置省去了辐射锅炉与预热锅炉之间的连接部分，并尽可能多的回收高温合成气所带显热。辐射换热组件的辐射换热屏在辐射换热腔的中下部，它的存在增大了辐射换热面，减少了辐射换热组件的体积，使换热效果更好。
本发明的有益效果如下
(1)本发明可用于IGCC发电系统，吸收粗合成气的显热产生高压蒸汽或中压蒸汽用于发电，整体能源利用率大大提高，具有能量回收利用率高的优点；
(2)本发明采用双层水冷壁结构设计并设置辐射换热屏和对流换热面，有效地缩减了废热锅炉整体尺寸，制造、运输和安装较为方便；
(3)本发明带有调节手段，在对流换热组件底部布置雾化喷水减温装置，喷水量可根据进入对流换热面组件的烟气温度进行控制，使进入对流换热面的高温煤气的温度恒定，从而消除对流换热面的积灰问题。
图1为本发明的剖视示意 图2为本发明图1中的A-A截面首I]视不意 图3为本发明图1中的B-B截面首I]视不意 图4为本发明图1中的I部的局部示意图。其中，附图标记为I合成气入口，2辐射换热组件，3渣池，3-1排渣口，4减温器组件，4-1减温水进水管，4-2减温水集箱，4-3雾化喷嘴，5对流换热组件，6压力壳体，7蒸发器，7-1蒸发器上集箱，7-2蒸发器下集箱，7-3蒸发器进水管，7-4蒸发器引出管，8过热器，热器上集箱8-1、8-2过热器下集箱，8-3过热器进水管，8-4过热器弓I出管，9省煤器，9-1省煤器上集箱，9-2省煤器下集箱，9-3省煤器进水管，9-4省煤器弓I出管，10对流换热水冷壁，10-1对流换热水冷壁上集箱，10-2对流换热水冷壁下集箱，10-3对流换热水冷壁进水管，
10-4对流换热水冷壁引出管，10-5对流换热水冷壁受热面，11辐射屏，11-1辐射屏上集箱，
11-2辐射屏下集箱，11-3辐射屏进水管，11-4辐射屏引出管，11-5辐射屏受热面，12辐射水冷壁，12-1辐射水冷壁上集箱，12-2辐射水冷壁下集箱，12-3辐射水冷壁引出管，辐射水冷壁进水管12-4，12-5辐射水冷壁受热面，12-6立管，13合成气出口，14每组螺旋盘管，15螺旋环管。
具体实施例方式如图1-4所示，一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，包括合成气入口1、辐射换热组件2、渣池3、减温器组件4、对流换热组件5、压力壳体6。其特征在于，所述的热回收装置为一种束状混合式热回收装置，压力壳体6侧壁的上端设有合成气出口 13，压力壳体6的上封头上设置有合成气入口通道，所述的热回收装置的合成气入口 I为一窄长的通道，内壁为耐火衬里1-1。·
所述辐射换热组件包括辐射水冷壁12和辐射屏11，辐射水冷壁12由辐射水冷壁上集箱12-1、辐射水冷壁下集箱12-2、辐射水冷壁进水管12-4、辐射水冷壁引出管12_3和辐射水冷壁受热面12-5组成。多个立管12-6平行设置，围城圆柱形的空腔，形成膜式辐射水冷壁12，相邻的两个立管12-6之间通过焊接连接。每个立管12-6的上端与辐射水冷壁上集箱12-1连通，每个立管12-6的下端与辐射水冷壁下集箱12-2连通。辐射水冷壁进水管12-4的一端与压力壳体6固接并设在压力壳体6的外部、另一端与辐射水冷壁上集箱
12-1连通，辐射水冷壁引出管12-3的一端与压力壳体6的上封头固接、另一端与辐射水冷壁上集箱12-1连通。所述辐射屏11由辐射屏上集箱11-1、辐射屏下集箱11-2、辐射屏进水管11_3、辐射屏引出管11-4和辐射屏受热面11-5组成。辐射屏受热面11-5的下端与辐射屏下集箱
11-2连通，辐射屏受热面11-5的上端与辐射屏上集箱11-1连通。辐射屏进水管11-3和辐射屏引出管11-4分别与辐射屏下集箱11-2和辐射屏上集箱11-1连通，并引出到压力壳体6夕卜。所述对流换热组件5包括对流换热水冷壁10、蒸发器7、过热器8和省煤器9组成。对流换热水冷壁10由对流换热水冷壁上集箱10-1、对流换热水冷壁下集箱10-2、对流换热水冷壁进水管10-3、对流换热水冷壁引出管10-4和对流换热水冷壁受热面10-5组成。对流换热水冷壁受热面10-5由多个立管10-6构成，多个立管10-6围城圆柱形的空腔，形成辐射换热组件。所述蒸发器7、过热器8和省煤器9由三组螺旋盘管14组成，螺旋盘管14外层为对流换热水冷壁10，螺旋盘管14内层为辐射水冷壁12。每组螺旋盘管14由四层紧密环绕的螺旋环管15组成，每组螺旋盘管14错列布置。蒸发器7、过热器8和省煤器9依次布置在辐射水冷壁12和对流换热水冷壁10之间的环形空间中。所述蒸发器螺旋盘管7-5上端、下端分别与蒸发器上集箱7-1、下集箱7-2连通，蒸发器进水管7-3与蒸发器下集箱7-2连通，蒸发器引出管7-4与蒸发器上集箱7-1连通；所述过热器螺旋盘管8-5上端、下端分别与过热器上集箱8-1、下集箱8-2连通，过热器进水管8-3与过热器下集箱8-2连通，过热器引出管8-4与过热器上集箱8-1连通；所述省煤器螺旋盘管9-5上端、下端分别与省煤器上集箱9-1、下集箱9-2连通，省煤器进水管9-3与省煤器下集箱9-2连通，省煤器引出管9_4与省煤器上集箱9-1连通。所述减温器组件4由减温水进水管4-1、减温水集箱4-2和多个雾化喷嘴4_3组成，雾化喷嘴4-3按照圆周均匀分布，喷头向下布置。所述雾化喷嘴4-3与减温水集箱4-2连通，减温水进水总管4-1与减温水集箱4-2连通。所述的渣池3处于减温器组件4的底部，渣池4上端与对流换热水冷壁10下端连接，渣池4下端与压力壳体6的下端连接形成排渣口 3-1。本发明一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置的工作过程为
所述的热回收装置为一种束状混合式热回收装置，辐射换热组件在内层，对流换热组
件在外层，高温合成气流从合成气入口进入热回收装置后，向下通过辐射换热腔后，改变方向，反折向上通过减温器组件和对流换热组件，进行降温冷却，并回收大量的显热。该热回收装置省去了辐射锅炉与预热锅炉之间的连接部分，并尽可能多的回收高温合成气所带显热。 热回收装置的合成气入口为一窄长的通道，内壁为耐火衬里。高温合成气及熔融渣(温度约1400°C)出气化炉后，通过窄长的通道，以较高的气流速度进入辐射换热组件。辐射换热组件由辐射换热腔及腔内的辐射换热屏组成。高温合成气及熔融渣进入水冷壁腔中，以辐射传热的方式将热量传给四周的辐射换热组件。由于流通面积扩大，熔融渣在气流作用下向四周喷溅，从离开通道至到达辐射换热组件的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性，在重力作用下落入辐射换热组件底部的渣池中。辐射换热屏在辐射换热腔的中下部，它的存在增大了辐射换热面，减少了辐射换热组件的体积，使换热效果更好。渣池处于辐射换热组件的底部。固化后的灰渣穿过辐射换热腔后，落入底部的渣池中，在渣池中与水混合急剧冷却，形成高硬度的固态灰渣。灰渣随水排入锁渣罐中。在渣池附近设置吹扫装置，进行防结渣沉淀扰动，保证排渣系统的可靠稳定运行。减温器组件处于对流换热部组件的底部，从辐射换热组件出来的合成气中夹带部分未凝结的飞灰，在减温器组件处进行凝结。减温器组件的存在减少了对流换热部组件的结渣，并可对进入对流换热面的合成气温度进行控制，保证其正常安全的运行。对流换热部组件由若干组螺旋盘管组成，螺旋盘管外层为辐射换热组件。每组螺旋盘管由四层紧密环绕的螺旋环管组成，每组螺旋盘管错列布置。经排水降温的合成气依次流过蒸发器、过热器、省煤器并与里面的水进行换热冷却。
权利要求
1.一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于包括压力壳体、合成气入口、辐射换热组件、减温器组件、对流换热组件、渣池、合成气出口，合成气入口位于压力壳体的顶部，压力壳体侧壁的上端设有合成气出口 ；辐射换热组件纵向固定设于压力壳体内的中间，与带热量的气体充分换热；对流换热组件设于辐射换热组件与压力壳体之间；减温器组件固定设置于对流换热组件的下方；渣池设置于压力壳体内的下部，渣池的底端与压力壳体的底端共同形成排洛口。
2.根据权利要求1所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于所述合成气入口为一窄长通道，该合成气入口的内壁为耐火衬里。
3.根据权利要求1所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于所述辐射换热组件包括辐射水冷壁和辐射屏，辐射水冷壁是由若干个纵向平行设置的立管围成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接，圆筒壁的中间为辐射换热腔；辐射换热组件还包括辐射水冷壁上集箱、辐射水冷壁下集箱、辐射水冷壁进水管、辐射水冷壁引出管和辐射水冷壁受热面，辐射水冷壁上集箱与每个立管的上端连通，辐射水冷壁下集箱与每个立管的下端连通，辐射水冷壁进水管的一端与压力壳体固接并设在压力壳体的外部、 辐射水冷壁进水管的另一端与辐射水冷壁上集箱连通，辐射水冷壁引出管的一端与压力壳体的上封头固接、另一端与辐射水冷壁上集箱连通。
4.根据权利要求3所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于所述辐射屏由若干个立管排形成，所有立管排以热回收装置的中心向外发散分布于辐射换热腔内，每个立管排由若干立管形成，立管排的相邻两个立管紧贴设置；辐射换热组件还包括辐射屏上集箱、辐射屏下集箱、辐射屏进水管、辐射屏引出管，辐射屏受热面的下端与辐射屏下集箱连通，辐射屏受热面的上端与辐射屏上集箱连通，辐射屏进水管和辐射屏引出管分别与辐射屏下集箱和辐射屏上集箱连通，并引出到压力壳体外。
5.根据权利要求1所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于所述对流换热组件包括对流换热水冷壁、蒸发器、过热器和省煤器，蒸发器、过热器和省煤器从上往下依次分布，对流换热水冷壁由若干个纵向平行设置的立管围成的圆筒壁， 相邻的两个立管通过焊接连接，蒸发器、过热器和省煤器位于圆筒壁的中间。
6.根据权利要求5所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于所述对流换热水冷壁还包括对流换热水冷壁上集箱、对流换热水冷壁下集箱、对流换热水冷壁进水管、对流换热水冷壁引出管，对流换热水冷壁的上端与对流换热水冷壁连通， 对流换热水冷壁的下端与对流换热水冷壁下集箱连通，对流换热水冷壁进水管与对流换热水冷壁下集箱连通，对流换热水冷壁引出管与对流换热水冷壁上集箱连通；对流换热水冷壁进水管和对流换热水冷壁引出管均延伸至压力壳体外。
7.根据权利要求6所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于所述蒸发器、过热器和省煤器分别由一组螺旋盘管形成，每组螺旋盘管分别包括四层螺旋环管，每两层螺旋环管之间有一定的距离，每层螺旋环管是由管子紧密环绕形成的。
8.根据权利要求7所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于所述蒸发器还包括蒸发器上集箱、蒸发器下集箱、蒸发器进水管、蒸发器引出管，形成蒸发器的螺旋盘管的上端与蒸发器上集箱连通，形成蒸发器的螺旋盘管的下端与蒸发器下集箱连通，蒸发器进水管与蒸发器下集箱连通，蒸发器引出管与蒸发器上集箱连通；所述过热器还包括过热器上集箱、过热器下集箱、过热器进水管、过热器引出管，形成过热器的螺旋盘管的上端与过热器上集箱连通，形成过热器的螺旋盘管的下端与过热器下集箱连通，过热器进水管与过热器下集箱连通，过热器引出管与过热器上集箱连通；所述省煤器还包括省煤器上集箱、省煤器下集箱、省煤器进水管、省煤器引出管，形成过热器的螺旋盘管的上端与省煤器上集箱连通；形成省煤器的螺旋盘管的下端与省煤器下集箱连通，省煤器进水管与省煤器下集箱连通，省煤器引出管与省煤器上集箱连通；蒸发器进水管、蒸发器引出管、过热器进水管、过热器引出管、省煤器进水管、省煤器引出管均延伸至压力壳体外。
9.根据权利要求1所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于所述减温器组件包括减温水进水管、减温水集箱和多个雾化喷嘴，雾化喷嘴以热回收装置的中心为圆心按圆周均匀分布，喷头向下布置；雾化喷嘴与减温水集箱连通，减温水进水总管与减温水集箱连通。
10.根据权利要求1所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于所述渣池处于减温器组件的下端，渣池的上端与对流换热水冷壁下端连接。
11.根据权利要求8所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于具体工作原理是当高温的合成气及熔融渣出气化炉后，通过本装置顶部的窄长的合成气入口进入辐射换热组件，在辐射换热腔中，对高温合成气流和熔融渣进行辐射水冷降温；高温的合成气及熔融渣进入辐射换热腔中，以辐射传热的方式将热量传给四周的辐射换热组件，由于流通面积扩大，熔融渣在气流作用下向四周喷溅，从离开合成气入口至到达辐射水冷壁的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性，在重力作用下落入辐射换热组件底部的渣池中，在渣池中与水混合急剧冷却，形成高硬度的固态灰渣；从辐射换热组件下来的合成气中夹带部分未凝结的飞灰，在减温器组件处进行凝结；凝结后，合成气进入对流换热组件依次流过蒸发器、过热器、省煤器并与里面的水进行换热冷却。
全文摘要
本发明涉及一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，包括压力壳体、合成气入口、辐射换热组件、减温器组件、对流换热组件、渣池、合成气出口，合成气入口位于压力壳体的顶部，压力壳体侧壁的上端设有合成气出口，辐射换热组件纵向固定设于压力壳体内的中间，对流换热组件设于辐射换热组件与压力壳体之间；减温器组件固定设置于对流换热组件的下方；渣池设置于压力壳体内的下部；本发明可有效吸收气化后的粗合成气显热，产生高压蒸汽或中压蒸汽用于发电或预热其他工质，能源利用率大大提高，能量回收利用率高；有效地缩减了废热锅炉整体尺寸，制造、运输和安装较为方便，可消除对流换热面的积灰问题。
文档编号C10J3/72GK103013580SQ20121053033
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者曹立勇, 张春飞, 张媛, 郭盼, 刘正宁, 胡春云, 张鑫, 樊伟, 杜奇, 李阳, 雷宇 申请人:中国东方电气集团有限公司