专利名称：双层水冷壁加辐射屏结构的辐射和对流一体废热锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废热锅炉。
背景技术：
废热锅炉是能源化工行业重要的显热回收设备，尤其是整体煤气化联合循环和煤化工过程中，煤气化后的产物为还原性气氛的高温、高压合成气，其压力往往高于lMPa，温度高于100(TC，有效回收合成气的这部分物理显热可大大提高系统热效率或发电效率，有利于全系统的节能减排。 传统的合成气全显热回收的目标是把合成气温度降低到30(TC左右。全显热回收装置一般分为高温段显热回收和辐射废热锅炉、低温段显热回收和对流废热锅炉两部分。对于传统的辐射废热锅炉，通常采用单层或双层水冷壁结构，水冷壁均为膜式水冷壁。为避免换热不均匀，其水冷壁一般为圆筒形结构，但大型化的圆型水冷壁的安装、运行以及与水冷壁连接的环形集箱的加工都存在很大难度。为避免气化炉排出的渣和钾、钠盐在废热锅炉内结焦或沉积，影响锅炉的正常运行，要求在到达内筒水冷壁下部，向内外筒夹层反转前，合成气温度要降低到650°C以下，灰分分离60 %以上。吸收温度在650°C以下的合成气的显热对辐射废热锅炉而言是非常困难的，这是由于温度在65(TC以下的合成气的换热形式将以对流换热为主，而膜式水冷壁的工作特性又决定了该受热面吸收对流热的效率很低。这样，为了使合成气温度降到65(TC以下，辐射废热锅炉的内层水冷壁需要加高，随着单层受热面高度的增加，压力壳体也随之增高，大大提高了材料的消耗。为此，需要在辐射废热锅炉后面加设不同形式和结构的对流废热锅炉，形成辐射废热锅炉和对流废热锅炉两个设备共同吸收合成气全显热的布置方案。这样带来的问题是合成气的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，设备投资大，占用空间大，同时系统运行的可靠性也由于设备的复杂而受到影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的煤气化合成气全显热回收中，辐射废热锅炉和对流废热锅炉的双设备布置方案结构复杂，设备投资大，占用空间大的问题，提出了一种双层水冷壁加辐射屏结构的辐射和对流一体废热锅炉。 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是所述废热锅炉包括压力壳体、连接装置和排渣装置，所述压力壳体侧壁的上端设有合成气出口 ，所述压力壳体的上封头上装有与气化炉尾部连通的连接装置，所述排渣装置与压力壳体的下端连接，所述废热锅炉还包括内层水冷壁组件、外层水冷壁组件、一组辐射屏组件，所述内层水冷壁组件由第一进水管、第一引出管、第一上集箱、第一下集箱、多个第一吊杆和内层水冷壁受热面构成，每个第一吊杆的一端与压力壳体的上封头固接，每个第一吊杆的另一端与第一上集箱固接，所述内层水冷壁受热面的上端与第一上集箱连通，所述内层水冷壁受热面的下端与第一下集箱连通，每个第一进水管的一端与压力壳体固接并设在压力壳体的外部，每个第一进水管的另一端与第一下集箱连通，每个第一引出管的一端与压力壳体的上封头固接并设在压力 壳体的上封头的外部，每个第一引出管的另一端与第一上集箱连通，所述外层水冷壁组件 由第二进水管、第二引出管、第二上集箱、第二下集箱、多个支撑架和外层水冷壁受热面构 成，每个支撑架的一端与压力壳体的内壁固接，每个支撑架的另一端与第二上集箱固接，每 个支撑架设在压力壳体与内层水冷壁受热面之间，所述外层水冷壁受热面的上端与第二上 集箱连通，所述外层水冷壁受热面的下端与第二下集箱连通，每个第二进水管的一端与压 力壳体固接并设在压力壳体的外部，每个第二进水管的另一端与第二下集箱连通，每个第 二引出管的一端与压力壳体固接并设在压力壳体的外部，每个第二引出管的另一端与第二 上集箱连通，所述一组辐射屏组件由第三进水管、第三引出管、第三上集箱、第三下集箱、多 个第二吊杆和辐射屏受热面构成，每个第二吊杆5-的一端与压力壳体的上封头固接，每个 第二吊杆的另一端与第三上集箱固接，所述辐射屏受热面的上端与第三上集箱连通，所述 辐射屏受热面的下端与第三下集箱连通，每个第三进水管的一端与压力壳体固接并设在压 力壳体的外部，每个第三进水管的另一端与第三下集箱连通，每个第三引出管的一端与压 力壳体的上封头固接并设在压力壳体的上封头的外部，每个第三引出管的另一端与第三上 集箱连通，所述多个辐射屏受热面设置在内层水冷壁受热面内，所述内层水冷壁受热面的 横截面和外层水冷壁受热面的横截面均为正多边形，内层水冷壁受热面的正多边形横截面 的边数与外层水冷壁受热面的正多边形横截面的边数相同，内层水冷壁受热面的正多边形 横截面的顶角与外层水冷壁受热面的正多边形横截面的边相对设置。 本发明具有以下有益效果本发明的内外双层水冷壁受热面采用正多边形布置， 内层水冷壁受热面的横截面为正多边形的顶角与外层水冷壁受热面的横截面为正多边形 的边相对设置，该结构的优势在于内外双层正多边形水冷壁受热面构成主换热面，沿内层 水冷壁受热面内侧设置辐射屏受热面作为辅助受热面，其中内层水冷壁受热面内侧与辐射 屏受热面为主辐射受热面，高温合成气充分与该受热面换热的同时，其夹带灰渣也在内层 水冷壁受热面内侧得到有效分离；而内水冷壁受热面外侧同外水冷壁受热面内侧夹层构成 辅助辐射和对流受热面，合成气温度降低到65(TC以下，夹带灰渣份额低于60^，合成气出 口温度可降低到30(TC，因此使用本发明可减少一台对流废热锅炉，这大大降低了设备的投 资，减小了设备占地。
图1是本发明的整体结构主视图，图2是图1的A-A剖视图。
具体实施例方式
具体实施方式
一 结合图l和图2说明本实施方式，本实施方式的废热锅炉包括压 力壳体1、连接装置2和排渣装置6，所述压力壳体1侧壁的上端设有合成气出口 7，所述压 力壳体1的上封头1-1上装有与气化炉尾部连通的连接装置2，所述排渣装置6与压力壳体 1的下端连接，所述废热锅炉还包括内层水冷壁组件3、外层水冷壁组件4、一组辐射屏组件 5，所述内层水冷壁组件3由第一进水管3-l、第一引出管3-2、第一上集箱3-3、第一下集箱 3-4、多个第一吊杆3-5和内层水冷壁受热面3-6构成，每个第一吊杆3-5的一端与压力壳 体1的上封头1-1固接，每个第一吊杆3-5的另一端与第一上集箱3-3固接，所述内层水冷壁受热面3-6的上端与第一上集箱3-3连通，所述内层水冷壁受热面3-6的下端与第一下 集箱3-4连通，每个第一进水管3-1的一端与压力壳体1固接并设在压力壳体1的外部，每 个第一进水管3-l的另一端与第一下集箱3-4连通，每个第一引出管3-2的一端与压力壳 体1的上封头1-1固接并设在压力壳体1的上封头1-1的外部，每个第一引出管3-2的另 一端与第一上集箱3-3连通，所述外层水冷壁组件4由第二进水管4-l、第二引出管4-2、第 二上集箱4-3、第二下集箱4-4、多个支撑架4-5和外层水冷壁受热面4-6构成，每个支撑架 4-5的一端与压力壳体1的内壁固接，每个支撑架4-5的另一端与第二上集箱4-4固接，每 个支撑架4-5设在压力壳体1与内层水冷壁受热面3-6之间，所述外层水冷壁受热面4-6 的上端与第二上集箱4-4连通，所述外层水冷壁受热面4-6的下端与第二下集箱4-4连通， 每个第二进水管4-1的一端与压力壳体1固接并设在压力壳体1的外部，每个第二进水管
4- 1的另一端与第二下集箱4-4连通，每个第二引出管4-2的一端与压力壳体l固接并设 在压力壳体1的外部，每个第二引出管4-2的另一端与第二上集箱4-3连通，所述一组辐射 屏组件5由第三进水管5-l、第三引出管5-2、第三上集箱5-3、第三下集箱5-4、多个第二吊 杆5-5和辐射屏受热面5-6构成，每个第二吊杆5-5的一端与压力壳体1的上封头1-1固 接，每个第二吊杆5-5的另一端与第三上集箱5-3固接，所述辐射屏受热面5-6的上端与第 三上集箱5-3连通，所述辐射屏受热面5-6的下端与第三下集箱5-4连通，每个第三进水管
5- 1的一端与压力壳体1固接并设在压力壳体1的外部，每个第三进水管5-1的另一端与第 三下集箱5-4连通，每个第三引出管5-2的一端与压力壳体1的上封头1-1固接并设在压 力壳体1的上封头1-1的外部，每个第三引出管5-2的另一端与第三上集箱5-3连通，所述 多个辐射屏受热面5-6设置在内层水冷壁受热面3-6内，所述内层水冷壁受热面3-6的横 截面和外层水冷壁受热面4-6的横截面均为正多边形，内层水冷壁受热面3-6的正多边形 横截面的边数与外层水冷壁受热面4-6的正多边形横截面的边数相同，内层水冷壁受热面 3-6的正多边形横截面的顶角与外层水冷壁受热面4-6的正多边形横截面的边相对设置。
具体实施方式
二 结合图l和图2说明本实施方式，本实施方式的内层水冷壁受热 面3-6的正多边形横截面的边数为6-12，此种连接结构的优点是辐射屏5在炉内的布置紧 凑，充分利用了合成气在内层水冷壁受热面3-6内的流程，增加了内层水冷壁受热面3-6内 侧的换热面积，节省了炉内空间，同时这种结构在辐射屏受热面5-6的中心形成空旷的合 成气流动空间，不易结渣。其他组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图l和图2说明本实施方式，本实施方式的所述多个辐射屏 受热面5-6的数量与内层水冷壁受热面3-6的正多边形横截面的边数相同，此种连接结构 的优点是最大限度地利用了内层水冷壁受热面3-6内部的空间，有利于节省炉内空间。其 他组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的内层水冷壁受热 面3-6的正多边形横截面的每个顶角处对应设有一个辐射屏受热面5-6，此种连接结构的 优点是辐射屏受热面5-6和内层水冷壁受热面3-6的顶角一一对应，有利于消除合成气在 内层水冷壁3顶角处的流动死区，强化了换热效率，同时保证了由辐射屏围成的中心空旷 空间的横截面积最大，有利于避免合成气在辐射屏上结渣。其他组成及连接关系与具体实 施方式一相同。 工作原理合成气从炉体上部的入口进入废热锅炉，自上而下流过内层水冷壁受热面3-6内部，与内层水冷壁受热面3-6内侧和辐射屏受热面5-6进行换热，到达内层水冷 壁受热面3-6，燃气温度降低到650°C以下，夹带灰渣份额低于60% ;在内层水冷壁受热面 3-6下端的出口处向上反转180度，再自下向上通过由内层水冷壁受热面3-6和外层水冷壁 受热面4-6所围成的环形空间，与内层水冷壁受热面3-6外侧和外层水冷壁受热面4-6内 侧进行换热，降低合成气温度，完成合成气的全显热回收。
权利要求
一种双层水冷壁加辐射屏结构的辐射和对流一体废热锅炉，所述废热锅炉包括压力壳体(1)、连接装置(2)和排渣装置(6)，所述压力壳体(1)侧壁的上端设有合成气出口(7)，所述压力壳体(1)的上封头(1-1)上装有与气化炉尾部连通的连接装置(2)，所述排渣装置(6)与压力壳体(1)的下端连接，其特征在于所述废热锅炉还包括内层水冷壁组件(3)、外层水冷壁组件(4)、一组辐射屏组件(5)，所述内层水冷壁组件(3)由第一进水管(3-1)、第一引出管(3-2)、第一上集箱(3-3)、第一下集箱(3-4)、多个第一吊杆(3-5)和内层水冷壁受热面(3-6)构成，每个第一吊杆(3-5)的一端与压力壳体(1)的上封头(1-1)固接，每个第一吊杆(3-5)的另一端与第一上集箱(3-3)固接，所述内层水冷壁受热面(3-6)的上端与第一上集箱(3-3)连通，所述内层水冷壁受热面(3-6)的下端与第一下集箱(3-4)连通，每个第一进水管(3-1)的一端与压力壳体(1)固接并设在压力壳体(1)的外部，每个第一进水管(3-1)的另一端与第一下集箱(3-4)连通，每个第一引出管(3-2)的一端与压力壳体(1)的上封头(1-1)固接并设在压力壳体(1)的上封头(1-1)的外部，每个第一引出管(3-2)的另一端与第一上集箱(3-3)连通，所述外层水冷壁组件(4)由第二进水管(4-1)、第二引出管(4-2)、第二上集箱(4-3)、第二下集箱(4-4)、多个支撑架(4-5)和外层水冷壁受热面(4-6)构成，每个支撑架(4-5)的一端与压力壳体(1)的内壁固接，每个支撑架(4-5)的另一端与第二上集箱(4-4)固接，每个支撑架(4-5)设在压力壳体(1)与内层水冷壁受热面(3-6)之间，所述外层水冷壁受热面(4-6)的上端与第二上集箱(4-4)连通，所述外层水冷壁受热面(4-6)的下端与第二下集箱(4-4)连通，每个第二进水管(4-1)的一端与压力壳体(1)固接并设在压力壳体(1)的外部，每个第二进水管(4-1)的另一端与第二下集箱(4-4)连通，每个第二引出管(4-2)的一端与压力壳体(1)固接并设在压力壳体(1)的外部，每个第二引出管(4-2)的另一端与第二上集箱(4-3)连通，所述一组辐射屏组件(5)由第三进水管(5-1)、第三引出管(5-2)、第三上集箱(4-3)、第三下集箱(5-4)、多个第二吊杆(5-5)和辐射屏受热面(5-6)构成，每个第二吊杆(5-5)的一端与压力壳体(1)的上封头(1-1)固接，每个第二吊杆(5-5)的另一端与第三上集箱(5-3)固接，所述辐射屏受热面(5-6)的上端与第三上集箱(5-3)连通，所述辐射屏受热面(5-6)的下端与第三下集箱(5-4)连通，每个第三进水管(5-1)的一端与压力壳体(1)固接并设在压力壳体(1)的外部，每个第三进水管(5-1)的另一端与第三下集箱(5-4)连通，每个第三引出管(5-2)的一端与压力壳体(1)的上封头(1-1)固接并设在压力壳体(1)的上封头(1-1)的外部，每个第三引出管(5-2)的另一端与第三上集箱(5-3)连通，所述多个辐射屏受热面(5-6)设置在内层水冷壁受热面(3-6)内，所述内层水冷壁受热面(3-6)的横截面和外层水冷壁受热面(4-6)的横截面均为正多边形，内层水冷壁受热面(3-6)的正多边形横截面的边数与外层水冷壁受热面(4-6)的正多边形横截面的边数相同，内层水冷壁受热面(3-6)的正多边形横截面的顶角与外层水冷壁受热面(4-6)的正多边形横截面的边相对设置。
2. 根据权利要求1所述双层水冷壁加盘管结构的辐射和对流一体废热锅炉，其特征在 于所述内层水冷壁受热面(3-6)的正多边形横截面的边数为6-12。
3. 根据权利要求1或2所述双层水冷壁加盘管结构的辐射和对流一体废热锅炉，其特 征在于所述多个辐射屏受热面(5-6)的数量与内层水冷壁受热面(3-6)的正多边形横截面 的边数相同。
4. 根据权利要求3所述双层水冷壁加盘管结构的辐射和对流一体废热锅炉，其特征在于内层水冷壁受热面(3-6)的正多边形横截面的每个顶角处对应设有一个辐射屏受热面 (5-6)。
全文摘要
双层水冷壁加辐射屏结构的辐射和对流一体废热锅炉，它涉及一种废热锅炉。本发明的目的是解决现有的煤气化合成气全显热回收中，辐射废热锅炉和对流废热锅炉的双设备布置方案结构复杂，设备投资高，占用空间大的问题。每个第一吊杆与第一上集箱固接，内层水冷壁受热面的上端与第一上集箱连通，内层水冷壁受热面的下端与第一下集箱连通，每个支撑架与第二上集箱固接，外层水冷壁受热面的上端与第二上集箱连通，外层水冷壁受热面的下端与第二下集箱连通，每个第二吊杆与第三上集箱固接，辐射屏受热面的上端与第三上集箱连通，辐射屏受热面的下端与第三下集箱连通。本发明用于煤整体化联合循环系统中气化岛的合成气全显热回收。
文档编号F22B1/18GK101699164SQ20091030965
公开日2010年4月28日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者吴少华, 张夜雨, 王文杰, 王海刚, 谭建宇, 邱朋华 申请人:哈尔滨工业大学