辐射合成气冷却器的制作方法与工艺

文档序号:12968347阅读:154来源:国知局
技术领域本文中公开的主题涉及气化系统,并且更具体地涉及用于冷却合成气和生成蒸汽的辐射合成气冷却器。

背景技术:
气化过程涉及气化反应器内的原料(例如,煤、气体、油、生物质等)的部分燃烧,以生成\发生炉煤气\,其还可称为合成气。该气体接着可用于多种应用中。在应用中使用合成气之前,气体通常在合成气冷却器中冷却。一种类型的合成气冷却器为辐射合成气冷却器,其使用热合成气与流过管的冷却流体之间的辐射热传递,该管在合成气冷却器的内部区域处暴露于合成气。合成气冷却器可包括多个滚筒管和管笼,管笼限定热交换表面区域,其便于将热从合成气流传递至在各个滚筒管和管笼内导送的冷却流体。此类合成气冷却器中的多个滚筒大致由管笼外接,该管笼由容器壳进一步包绕。已知的管笼设计成气密性的,以将合成气保持在管笼内,使得合成气接触管笼,而非冷却器容器壳。至少一些合成气冷却器包括多个下水管,其大体上在由管笼和容器壳限定的空间内沿轴向延伸,其中空间通常称为环形间隙。结果,此类冷却器的容器壳的直径尺寸确定成容纳除包括滚筒管和管笼的热传递表面之外的多个下水管。容器壳直径与合成气冷却器的成本和管壁的热交换表面面积成比例。此外,下水管用于将冷却流体发送至滚筒管,但是下水管不位于合成气冷却器的热传递交换区域中,如上文提到的。因此,其中的冷却流体并未加热,直到到达滚筒管和管笼管。合成气冷却器与其一起使用的整个系统的操作循环典型地包括使用合成气冷却器中生成的蒸汽用于有益应用。通过延迟冷却流体的加热直到其到达滚筒管和管笼管,蒸汽在热传递过程期间较低效地生成。

技术实现要素:
根据一个实施例,提供了一种辐射合成气冷却器,并且其包括限定用于合成气的冷却的内部区域的容器壳。辐射合成气冷却器还包括管笼,其包括多个管,多个管中的各个具有第一端和第二端,并且构造成与设置在容器壳的内部区域中的合成气交换热。辐射合成气冷却器还包括多个滚筒管,其位于管笼的径向内侧,以与设置在容器壳的内部区域中的合成气交换热。辐射合成气冷却器还进一步包括使管笼的多个管的第二端与多个滚筒管的入口流体地联接的管道。辐射合成气冷却器还包括出口管道,其使多个滚筒管的出口与蒸汽使用结构流体地联接,以将生成的蒸汽发送至蒸汽使用结构。辐射合成气冷却器还包括入口管道,其使蒸汽使用结构流体地联接于管笼的多个管的第一端,以将水从蒸汽使用结构发送至管笼。根据另一个实施例,提供了一种整体气化联合循环(IGCC)发电系统。IGCC系统包括构造成使用合成气来燃烧的燃气涡轮发动机。IGCC系统还包括构造成产生合成气的气化器。IGCC系统还包括构造成将蒸汽发送至蒸汽涡轮发动机的蒸汽鼓。IGCC系统还进一步包括辐射合成气冷却器,其流体地联接于气化器以接收合成气用于其中的冷却。辐射合成气冷却器包括限定内部区域的容器壳。辐射合成气冷却器还包括管笼,该管笼包括多个管,多个管中的各个流体地联接于蒸汽鼓,以在多个管中的各个的第一端处接收水。辐射合成气冷却器还包括多个滚筒管,其位于管笼的径向内侧并且流体地联接于多个管中的各个的第二端,以接收来自管笼的加热水,多个管构造成与设置在容器壳的内部区域中的合成气交换热,用于将加热水的一部分转变成蒸汽和水混合物。辐射合成气冷却器还进一步包括出口管道,其使多个滚筒管的出口与蒸汽鼓流体地联接,以将生成的蒸汽发送至蒸汽鼓。技术方案1.一种辐射合成气冷却器,包括:限定用于冷却合成气的内部区域的容器壳;管笼,其包括多个管,所述多个管中的各个具有第一端和第二端,并且构造成与设置在所述容器壳的所述内部区域中的合成气交换热;多个滚筒管,其位于所述管笼的径向内侧,以与设置在所述容器壳的所述内部区域中的合成气交换热;管道,其使所述管笼的所述多个管的所述第二端与所述多个滚筒管的入口流体地联接;蒸汽使用结构;出口管道,其使所述多个滚筒管的出口与蒸汽使用结构流体地联接,以将生成的蒸汽发送至所述蒸汽使用结构;以及入口管道,其使所述蒸汽使用结构流体地联接于所述管笼的所述多个管的所述第一端,以将水从所述蒸汽使用结构发送至所述管笼。技术方案2.根据技术方案1所述的辐射合成气冷却器,其特征在于,提供至所述辐射合成气冷却器用于蒸汽生成的所有水通过所述入口管道发送至所述管笼。技术方案3.根据技术方案1所述的辐射合成气冷却器,其特征在于,所述容器壳包括入口端和出口端,所述管笼的所述多个管的所述第一端定位成邻近所述容器壳的所述入口端,并且所述第二端定位成邻近所述容器壳的所述出口端。技术方案4.根据技术方案1所述的辐射合成气冷却器,其特征在于,所述辐射合成气冷却器还包括:联接于所述多个管的所述第二端的管笼排气歧管;以及联接于所述多个滚筒管的入口端的滚筒管入口歧管,其中使所述管笼的所述多个管的所述第二端与所述多个滚筒管的所述入口端流体地联接的所述管道直接地联接于所述管笼排气歧管和所述滚筒管入口歧管。技术方案5.根据技术方案1所述的辐射合成气冷却器,其特征在于,所述辐射合成气冷却器还包括联接于所述多个滚筒管的出口端的滚筒管排气歧管。技术方案6.根据技术方案1所述的辐射合成气冷却器,其特征在于,发送至所述管笼的所述水在所述管笼的所述多个管内加热至饱和温度。技术方案7.根据技术方案1所述的辐射合成气冷却器,其特征在于,所述蒸汽使用结构为蒸汽鼓。技术方案8.根据技术方案1所述的辐射合成气冷却器,其特征在于,提供至所述管笼的所述多个管的所述水沿所述多个管的整个长度发送。技术方案9.根据技术方案1所述的辐射合成气冷却器,其特征在于,所述辐射合成气冷却器设置在整体气化联合循环系统中。技术方案10.根据技术方案1所述的辐射合成气冷却器,其特征在于,所述辐射合成气冷却器设置在化学应用中。技术方案11.一种整体气化联合循环(IGCC)发电系统,包括:燃气涡轮发动机,其构造成使用合成气来燃烧;气化器,其构造成产生所述合成气;蒸汽鼓,其构造成将蒸汽发送至蒸汽涡轮发动机;以及辐射合成气冷却器,其流体地联接于所述气化器以接收所述合成气用于其中的冷却,所述辐射合成气冷却器包括:限定内部区域的容器壳;管笼,其包括多个管,所述多个管中的各个流体地联接于所述蒸汽鼓,以在所述多个管中的各个的第一端处接收水;多个滚筒管,其位于所述管笼的径向内侧并且流体地联接于所述多个管中的各个的第二端,以接收来自所述管笼的加热水,所述多个管构造成与设置在所述容器壳的所述内部区域中的所述合成气交换热,用于将所述加热水的一部分转变成蒸汽以生成蒸汽和水混合物;以及出口管道,其使所述多个滚筒管的出口与所述蒸汽鼓流体地联接,以将所述蒸汽和水的混合物发送至所述蒸汽鼓。技术方案12.根据技术方案11所述的IGCC发电系统,其特征在于,提供至所述辐射合成气冷却器用于蒸汽生成的所有水通过入口管道发送至所述管笼。技术方案13.根据技术方案11所述的IGCC发电系统,其特征在于,所述容器壳包括入口端和出口端,所述管笼的所述多个管的所述第一端定位成邻近所述容器壳的所述入口端,并且所述第二端定位成邻近所述容器壳的所述出口端。技术方案14.根据技术方案11所述的IGCC发电系统,其特征在于,所述IGCC发电系统还包括:联接于所述多个管的所述第二端的管笼排气歧管;以及联接于所述多个滚筒管的入口端的滚筒管入口歧管,其中管道直接地联接于所述管笼排气歧管和所述滚筒管入口歧管,以使所述管笼的所述多个管的所述第二端与所述多个滚筒管的所述入口端流体地联接。技术方案15.根据技术方案11所述的IGCC发电系统,其特征在于,所述IGCC发电系统还包括联接于所述多个滚筒管的出口端的滚筒管排气歧管。技术方案16.根据技术方案11所述的IGCC发电系统,其特征在于,发送至所述管笼的所述水在所述管笼的所述多个管内加热至饱和温度。技术方案17.根据技术方案11所述的IGCC发电系统,其特征在于,提供至所述管笼的所述多个管的所述水沿所述多个管的整个长度发送。这些及其它的优点和特征将从连同附图进行的以下描述中变得更显而易见。附图说明本文中描述的主题在说明书的结尾处的权利要求中特别指出并且明确要求权益。实施例的前述及其它特征和优点从连同附图进行的以下详细描述中显而易见,在该附图中:图1为连同合成气应用和蒸汽应用使用的气化系统的示意图;以及图2为示出辐射合成气冷却器的一部分的透视图。详细描述经由实例参照附图阐释了实施例,连同优点和特征。部件列表10气化系统12气化器14其中使用合成气的应用16合成气冷却器18蒸汽应用22容器壳24内部区域26管笼28径向外表面30径向内表面32间隙34第一端36第二端38多个滚筒管40管道42入口端44管笼排气歧管46滚筒管入口歧管48出口端50滚筒管排气歧管52出口管道54入口管道。具体实施方式参照图1,部分地示出了气化系统10。气化系统构造成将原料热转变成更有用的气态形式的燃料(即,可在高能量回收水平下经济地使用的燃料形式),其在本文中称为\合成气\。气化系统10包括气化器12,原料的热转变在气化器12内执行。尽管气化系统可连同一定数量的构想出的系统使用,但在一个示例性实施例中,气化系统用作整体气化联合循环(IGCC)发电系统的一部分。在此类系统中,在气化器12中产生的合成气可用作用于燃气涡轮发动机的燃烧操作的燃料。使用合成气的应用大体上以数字14示出并且标记。将理解的是,备选系统可受益于本文中公开的实施例。例如,可使用化学应用。如所示并且如将从本文中的描述认识到的,由汽化器12生成的合成气发送至合成气冷却器16,其便于冷却合成气。合成气冷却器为辐射合成气冷却器。在合成气的冷却过程期间生成的蒸汽分配至蒸汽应用18。在IGCC发电系统的实例中,蒸汽应用18为蒸汽鼓,其储存蒸汽并且将蒸汽发送至蒸汽涡轮发动机用于附加发电。包括了泵,以将给水从蒸汽应用18供应至合成气冷却器16以便于合成气的冷却。如下文更详细所述,给水导送穿过合成气冷却器16,其中给水转变成蒸汽。蒸汽接着返回至蒸汽应用18用于在气化器12、合成气冷却器16和/或附加构件如蒸汽涡轮内使用,如上文所述。现在参照图2,示意性地示出了合成气冷却器16的一部分。在所示实施例中,合成气冷却器16为辐射合成气冷却器。合成气冷却器16包括容器壳22,其限定合成气冷却器16内的内部区域24。合成气冷却器16具有容器半径,其从中心轴线(未标出)延伸至容器壳22的内表面。容器壳22的厚度和容积与容器壳22的容器半径成比例。此类增大导致了合成气冷却器16的成本的增加。合成气冷却器16包括称为管笼26的环形膜壁,其设置在内部区域24内并且大体上在合成气冷却器16内沿轴向延伸。管笼26形成有多个管,其中各个沿轴向延伸穿过合成气冷却器16的一部分。管笼26包括径向外表面28和径向内表面30。径向内表面30限定便于合成气的冷却的热交换表面。间隙32限定在管笼26的外表面28与容器壳22的内表面之间,并且可称为环。间隙32加压,以便于防止合成气进入环形间隙32。间隙32典型地尺寸确定成容纳某些流体发送构件,如,一定数量的下水管,但如将从本文中的描述认识到的,通过避免对该间隙32中的下水管的需要,间隙的尺寸可显著地减小,从而有利地减小容器壳22的直径。管笼26的管均包括上游端,其在本文中也称为第一端34,以及下游端,其在本文中也称为第二端36。在相比于第二端36与容器壳22的入口端的邻近时,第一端34定位成更紧密邻近容器壳22的入口端。第二端36定位成更紧密邻近容器壳22的出口端。管笼26构造成将其中的冷却流体从第一端34发送至第二端36。在一个实施例,如用作IGCC发电系统的一部份的实施例中,冷却流体为水。如上文所述,水与存在于合成气冷却器16中的热合成气交换热。热交换冷却合成气并且加热水。水以确保水不在管笼26中沸腾的流率泵送。在一个实施例中,水以一速率泵送,该速率在水到达管笼26的第二端36时给予水至饱和温度的可感测的加热。在到达管笼的第二端36时,水发送至多个滚筒管38,其流体地联接于管笼26。流体联接利用管道40进行,管道40在邻近管笼26的第二端36的位置与多个滚筒管38的入口端42之间延伸。管40的端部中的一个或两者可直接地联接于便于发送流的歧管或集管。例如,管笼26包括联接于邻近管笼的第二端36的位置的管笼排气歧管44(或集管)。类似地,滚筒管入口歧管46联接于多个滚筒管38的入口端42。水从管笼26的排出的精确位置可在管笼26的第二端36处,使得水沿其整个长度发送。作为备选,排出可仅在第二端36的上游发生。水的排出的位置可选择成确保存在滚筒管中的流动一致性。多个滚筒管38在容器壳22的内部区域24内位于管笼26的径向内侧,使得多个滚筒管38的外部的整体暴露于存在于容器壳22的内部区域24中的加热合成气。这提供了热传递表面,其便于合成气与在多个滚筒管38内从入口端42流至出口端48的水之间的热传递。在热交换期间,水的一部分在离开多个滚筒管38之前转变成蒸汽。蒸汽的质量和量由系统的最终要求和/或机械风险限制驱使。蒸汽和水混合物从多个滚筒管38发送可由联接于管的出口端48的滚筒管排气歧管50促进。多个滚筒管38内生成的蒸汽接着连同水发送穿过出口管道52,出口管道52使多个滚筒管38与蒸汽使用结构18(例如,蒸汽鼓)流体地联接。发送至蒸汽使用结构18的蒸汽分离并且接着在其中用于可受益于蒸汽的任何构想的应用(如蒸汽涡轮发动机),如上文所述。具有添加至蒸汽鼓的补充水的剩余水发送回至环路系统中的合成气冷却器16。具体而言,水从蒸汽使用结构18沿入口管道54发送,入口管道54将蒸汽使用结构18流体地联接于管笼26。更具体而言,水发送至管笼26的第一端34,用于在管笼26和多个滚筒管38内的加热,如上文详细所述。相比于将水从蒸汽使用应用发送至在管笼26径向外侧的位置处位于间隙32内的一定数量的下水管的合成气冷却器16,发送至合成气冷却器16用于其中的加热(即,蒸汽生成)的所有水发送至管笼26的第一端34。若干优点由本文中所述的实施例引起。将水引入至管笼26减小了管笼26与容器壳22之间必要的间隙32,从而减小了合成气冷却器16的总体成本。除尺寸减小之外,避免对下水管的需要减少了与这些构件的制造和/或在它们的整个寿命内维护它们相关联的费用。此外,通过将水发送穿过管笼26,水暴露于由管笼26提供的热传递表面,其在水发送至多个滚筒管38之前有利地加热水。该预热提高了总体蒸汽生成效率,并且提供了缩短管笼26和/或多个滚筒管38和可能的整个合成气冷却器的长度的机会。更有效的系统还允许了所需水流率的减小,由此减少了与若干系统构件相关联的尺寸要求,包括例如蒸汽使用结构(例如,蒸汽鼓)尺寸和歧管和/或集管尺寸。虽然已经结合仅有限数量的实施例来详细描述实施例,但应当容易理解,实施例不限于此类公开的实施例。相反,可修改实施例,以并入迄今未描述但与实施例的精神和范围相称的任何数量的变型、更改、替换或等同布置。另外,虽然已经描述了多种实施例,但将理解,方面可包括所描述的实施例中的仅一些。因此,实施例不视为由前述描述限制,而是仅由所附权利要求的范围限制。
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1