冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉，它由锅筒、竖直膜式水冷壁、转弯烟道和尾部竖直烟道四大部分组成，竖直膜式水冷壁、转弯烟道和尾部竖直烟道连成一体化倒U形结构。受热面包括省煤器、膜式水冷壁、蒸发器、低温过热器、高温过热器；省煤器通过引出管与锅筒连通，向锅筒提供热水；膜式水冷壁下集箱通过下降管与锅筒的底部连通，蒸发器下集箱通过下降管也与锅筒的底部连通；膜式水冷壁上集箱通过汽水引出管与锅筒连通，蒸发器上集箱通过另一个汽水引出管也与锅筒连通。本实用新型中合成气在温度下降中凝结出的焦油滴入灰斗并排出炉外，因而焦油脱除效果好。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。
【专利说明】冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉
【技术领域】
[0001]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，具体地指一种冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉。
【背景技术】
[0002]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，
[0003]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。
[0004]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°C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
[0005]本实用新型的目的就是要提供一种冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉，该锅炉不仅能利用高温合成气生产过热蒸汽用于发电，同时也提高了系统的换热效率、减轻了余热锅炉的重量。
[0006]为实现此目的，本实用新型所设计的冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉，其特征在于:它包括进气管、进气端灰斗、竖直膜式水冷壁、转弯烟道、尾部竖直烟道、出气端灰斗、出气管、下降管、第一蒸发器下集箱、第一蒸发器上集箱、锅筒、第一汽水引出管、第二汽水引出管、热水引出管、减温器、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、高温过热器入口集箱、高温过热器出口集箱、位于竖直膜式水冷壁底端并与竖直膜式水冷壁连通的膜式水冷壁下集箱、位于竖直膜式水冷壁顶端并与竖直膜式水冷壁连通的膜式水冷壁上集箱、设置在尾部竖直烟道中的省煤器、由高至低依次设在竖直膜式水冷壁内部烟道腔中的第一蒸发器、低温过热器、高温过热器；
[0007]其中，所述进气管连接进气端灰斗的进气口，进气端灰斗的出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，转弯烟道的进气口穿过膜式水冷壁上集箱与竖直膜式水冷壁的内部烟道腔连通，转弯烟道的出气口与尾部竖直烟道的进气口连接，尾部竖直烟道的出气口与出气端灰斗的进气口连接，出气端灰斗的出气口连接出气管，进气端灰斗和出气端灰斗的底部均设有出渣口，第一蒸发器的底端输入口穿出竖直膜式水冷壁并连接第一蒸发器下集箱，第一蒸发器的顶端输出口穿出竖直膜式水冷壁并连接第一蒸发器上集箱；
[0008]所述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第一蒸发器下集箱均通过下降管与锅筒的底部连通，第一蒸发器上集箱通过第二汽水引出管与锅筒中部连通，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，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，低温过热器的输出端连接低温过热器出口集箱，低温过热器出口集箱通过减温器连通高温过热器入口集箱，高温过热器的输入端连通高温过热器入口集箱，高温过热器的输出端连通高温过热器出口集箱。
[0009]进一步地，它还包括第二蒸发器、第二蒸发器下集箱、第二蒸发器上集箱和第三汽水引出管，所述第二蒸发器设置在竖直膜式水冷壁内，所述第二蒸发器位于第一蒸发器与低温过热器之间，所述第二蒸发器的底端输入口穿出竖直膜式水冷壁并连接第二蒸发器下集箱，第二蒸发器的顶端输出口穿出竖直膜式水冷壁并连接第二蒸发器上集箱，所述第二蒸发器下集箱与下降管连通，第二蒸发器上集箱通过第三汽水引出管与锅筒中部连通。
[0010]进一步地，所述转弯烟道的进气口与出气口之间转向180度。
[0011]进一步地，所述竖直膜式水冷壁、转弯烟道和尾部竖直烟道的外表面均敷设有隔热层。
[0012]进一步地，所述进气管和进气端灰斗的内壁敷设有耐火层。
[0013]更进一步地，所述进气端灰斗的进气口轴线与出气口轴线垂直，所述出气端灰斗的进气口轴线与出气口轴线垂直。
[0014]本实用新型的有益效果为:
[0015]I)本实用新型与激冷塔喷水降温相比，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；
[0016]2)本实用新型与普通余热锅炉相比，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(本实用新型入口合成气温度在750±250°C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°C以下的情况)，而且该结构的密封性能好，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；
[0017]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，因此可生产过热蒸汽用于发电，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。
[0018]4)本实用新型中的烟道总体呈倒U形，合成气首先进入前置的竖直膜式水冷壁，有利于凝结在受热面上的焦油沿受热面流下并通过进气端灰斗排出，当合成气由尾部尾部竖直烟道下部通过出气端灰斗离开余热锅炉时，由于合成气转向的缘故可再次通过上述灰斗收集合成气里的部分焦油，确保了锅炉及后续设备的稳定运行。
[0019]5)本实用新型通过设置第一蒸发器和第二蒸发器，可以降低汽水流动的阻力，保证了水循环的安全性。[0020]6)本实用新型中的减温器将低温过热器出口的过热蒸汽降温后引至高温过热器的入口，用于调节高温过热器出口蒸汽温度，保证余热锅炉出口蒸汽的品质。
[0021]7)余热锅炉内仅局部布置有少量耐火层，其整体蓄热量小，锅炉的启、停速度快，减小了运行成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的结构示意图；
[0023]其中，I一省煤器、2—膜式水冷壁下集箱、3—竖直膜式水冷壁、4一高温过热器、5一低温过热器、6—第一蒸发器、7—热水引出管、8—锅筒、9一膜式水冷壁上集箱、10—第一汽水引出管、11 一第一蒸发器上集箱、12—第二汽水引出管、13—第二蒸发器上集箱、14 一第一蒸发器下集箱、15—减温器、16—下降管、17—进气管、18—转弯烟道、19—出气管、20—进气端灰斗、21—出气端灰斗、22—尾部竖直烟道、23—出渣口、24—饱和蒸汽引出管、25—低温过热器入口集箱、26—低温过热器出口集箱、27—高温过热器入口集箱、28—高温过热器出口集箱、29—第二蒸发器、30—第二蒸发器下集箱、31—耐火层、32—第三汽水引出管。
【具体实施方式】
[0024]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:
[0025]如图1所示冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉，它包括进气管17、进气端灰斗20、竖直膜式水冷壁3、转弯烟道18、尾部竖直烟道22、出气端灰斗21、出气管19、下降管16、第一蒸发器下集箱14、第一蒸发器上集箱11、锅筒8、第一汽水引出管10、第二汽水引出管12、热水引出管7、减温器15、饱和蒸汽引出管24、低温过热器入口集箱25、低温过热器出口集箱26、高温过热器入口集箱27、高温过热器出口集箱28、位于竖直膜式水冷壁3底端并与竖直膜式水冷壁3连通的膜式水冷壁下集箱2、位于竖直膜式水冷壁3顶端并与竖直膜式水冷壁3连通的膜式水冷壁上集箱9、设置在尾部竖直烟道22中的省煤器1、由高至低依次设在竖直膜式水冷壁3内部烟道腔中的第一蒸发器6、低温过热器5、高温过热器4 ；
[0026]其中，所述进气管17连接进气端灰斗20的进气口，进气端灰斗20的出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，转弯烟道18的进气口穿过膜式水冷壁上集箱9与竖直膜式水冷壁3的内部烟道腔连通，转弯烟道18的出气口与尾部竖直烟道22的进气口连接，尾部竖直烟道22的出气口与出气端灰斗21的进气口连接，出气端灰斗21的出气口连接出气管19，进气端灰斗20和出气端灰斗21的底部均设有出渣口23，第一蒸发器6的底端输入口穿出竖直膜式水冷壁3并连接第一蒸发器下集箱14，第一蒸发器6的顶端输出口穿出竖直膜式水冷壁3并连接第一蒸发器上集箱11 ；
[0027]所述省煤器I的出水口通过热水引出管7与锅筒8上部连通，膜式水冷壁下集箱2和第一蒸发器下集箱14均通过下降管16与锅筒8的底部连通，第一蒸发器上集箱11通过第二汽水引出管12与锅筒8中部连通，膜式水冷壁上集箱9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24的一端与锅筒8顶部连通，饱和蒸汽引出管24的另一端通过低温过热器入口集箱25与低温过热器5的输入端连接，低温过热器5的输出端连接低温过热器出口集箱26，低温过热器出口集箱26通过减温器15连通高温过热器入口集箱27，高温过热器4的输入端连通高温过热器入口集箱27，高温过热器4的输出端连通高温过热器出口集箱28。
[0028]上述技术方案中，它还包括第二蒸发器29、第二蒸发器下集箱30、第二蒸发器上集箱13和第三汽水引出管32，所述第二蒸发器29设置在竖直膜式水冷壁3内，所述第二蒸发器29位于第一蒸发器6与低温过热器5之间，所述第二蒸发器29的底端输入口穿出竖直膜式水冷壁3并连接第二蒸发器下集箱30，第二蒸发器29的顶端输出口穿出竖直膜式水冷壁3并连接第二蒸发器上集箱13，所述第二蒸发器下集箱30与下降管16连通，第二蒸发器上集箱13通过第三汽水引出管32与锅筒8中部连通。
[0029]上述技术方案中，所述转弯烟道18的进气口与出气口之间转向180度。使得本实用新型总体呈倒U形。
[0030]上述技术方案中，所述竖直膜式水冷壁3、转弯烟道18和尾部竖直烟道22的外表面均敷设有隔热层。该隔热层优选保温性能好且密度小的保温棉材质。
[0031 ] 上述技术方案中，由于进气管17和进气端灰斗20内的合成气温度较高，所以所述进气管17和进气端灰斗20的内壁敷设置耐火层31。出气管19和出气端灰斗21内合成气温度较低，因此不需要敷设耐火层。
[0032]上述设计使锅炉的重量较传统余热锅炉显著减轻。
[0033]上述技术方案中，所述进气端灰斗20的进气口轴线与出气口轴线垂直，所述出气端灰斗21的进气口轴线与出气口轴线垂直。
[0034]本实用新型使用时，高温生物质合成气从进气管17引入，冲刷高温过热器4、低温过热器5、第二蒸发器29、第一蒸发器6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第一蒸发器6、第二蒸发器29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，滴入进气端灰斗20内，并由进气端灰斗20的出渣口 23排出炉外。上述高温过热器4、低温过热器5、第二蒸发器29、第一蒸发器6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进气端灰斗20内，并由进气端灰斗20的出渣口 23排出炉外。当合成气由尾部竖直烟道22下部通过出气端灰斗21和出气管19离开余热锅炉时，由于合成气转向的缘故可再次通过出气端灰斗21收集合成气里的部分焦油，确保了锅炉及后续设备的稳定运行。
[0035]常温的除盐水通过给水泵送入省煤器I的进水口，冷的除盐水在省煤器I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I通过热水引出管7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16分别进入膜式水冷壁下集箱2、第二蒸发器29和第一蒸发器6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、第二蒸发器29和第一蒸发器6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、第二蒸发器29和第一蒸发器6内形成汽水混合物，由于下降管16中水的密度大于竖直膜式水冷壁3、第二蒸发器29和第一蒸发器6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9、第一汽水引出管10形成的第一上升管路和由第二蒸发器29、第三汽水引出管32形成的第二上升管路以及由第一蒸发器6、第二汽水引出管12形成的第三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24经过低温过热器入口集箱25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，再依次通过低温过热器出口集箱26、减温器15 (减温器15能调节高温过热器4出口蒸汽温度，从而保证了余热锅炉出口蒸汽的品质)、高温过热器入口集箱27进入高温过热器4，在高温过热器4内吸热后达到额定出口温度，过热蒸汽从高温过热器4出口由高温过热器出口集箱28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。
[0036]本实用新型的核心在于高温过热器4、低温过热器5第二蒸发器29、第一蒸发器6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、转弯烟道18和尾部竖直烟道22连成一体化倒U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。
[0037]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。
【权利要求】
1.一种冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉，其特征在于:它包括进气管(17)、进气端灰斗(20)、竖直膜式水冷壁(3)、转弯烟道(18)、尾部竖直烟道(22)、出气端灰斗(21)、出气管(19)、下降管(16)、第一蒸发器下集箱(14)、第一蒸发器上集箱(11)、锅筒(8)、第一汽水引出管(10)、第二汽水引出管(12)、热水引出管(7)、减温器(15)、饱和蒸汽引出管(24),低温过热器入口集箱(25)、低温过热器出口集箱(26)、高温过热器入口集箱(27)、高温过热器出口集箱(28)、位于竖直膜式水冷壁(3)底端并与竖直膜式水冷壁(3)连通的膜式水冷壁下集箱(2 )、位于竖直膜式水冷壁(3 )顶端并与竖直膜式水冷壁(3 )连通的膜式水冷壁上集箱(9)、设置在尾部竖直烟道(22)中的省煤器(I)、由高至低依次设在竖直膜式水冷壁(3)内部烟道腔中的第一蒸发器(6)、低温过热器(5)、高温过热器(4)； 其中，所述进气管(17 )连接进气端灰斗(20 )的进气口，进气端灰斗(20 )的出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，转弯烟道(18)的进气口穿过膜式水冷壁上集箱(9)与竖直膜式水冷壁(3)的内部烟道腔连通，转弯烟道(18)的出气口与尾部竖直烟道(22)的进气口连接，尾部竖直烟道(22)的出气口与出气端灰斗(21)的进气口连接，出气端灰斗(21)的出气口连接出气管(19)，进气端灰斗(20)和出气端灰斗(21)的底部均设有出渣口(23)，第一蒸发器(6)的底端输入口穿出竖直膜式水冷壁(3)并连接第一 蒸发器下集箱(14)，第一蒸发器(6)的顶端输出口穿出竖直膜式水冷壁(3)并连接第一蒸发器上集箱(11); 所述省煤器(I)的出水口通过热水引出管(7)与锅筒(8)上部连通，膜式水冷壁下集箱(2)和第一蒸发器下集箱(14)均通过下降管(16)与锅筒(8)的底部连通，第一蒸发器上集箱(11)通过第二汽水引出管(12)与锅筒(8)中部连通，膜式水冷壁上集箱(9)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(24)的一端与锅筒(8)顶部连通，饱和蒸汽引出管(24)的另一端通过低温过热器入口集箱(25)与低温过热器(5)的输入端连接，低温过热器(5)的输出端连接低温过热器出口集箱(26)，低温过热器出口集箱(26)通过减温器(15)连通高温过热器入口集箱(27 )，高温过热器(4 )的输入端连通高温过热器入口集箱(27 )，高温过热器(4 )的输出端连通高温过热器出口集箱(28 )。
2.根据权利要求1所述的冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉，其特征在于:它还包括第二蒸发器(29)、第二蒸发器下集箱(30)、第二蒸发器上集箱(13)和第三汽水引出管(32)，所述第二蒸发器(29)设置在竖直膜式水冷壁(3)内，所述第二蒸发器(29)位于第一蒸发器(6 )与低温过热器(5 )之间，所述第二蒸发器(29 )的底端输入口穿出竖直膜式水冷壁(3)并连接第二蒸发器下集箱(30)，第二蒸发器(29)的顶端输出口穿出竖直膜式水冷壁(3)并连接第二蒸发器上集箱(13)，所述第二蒸发器下集箱(30)与下降管(16)连通，第二蒸发器上集箱(13)通过第三汽水引出管(32)与锅筒(8)中部连通。
3.根据权利要求1所述的冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉，其特征在于:所述转弯烟道(18)的进气口与出气口之间转向180度。
4.根据权利要求1所述的冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉，其特征在于:所述竖直膜式水冷壁(3 )、转弯烟道(18 )和尾部竖直烟道(22 )的外表面均敷设有隔热层。
5.根据权利要求1所述的冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉，其特征在于:所述进气管(17)和进气端灰斗(20)的内壁敷设有耐火层(31)。
6.根据权利要求1~5中任意一项所述的冷却生物质合成气用于发电的余热锅炉，其特征在于:所述进气端灰斗( 20)的进气口轴线与出气口轴线垂直，所述出气端灰斗(21)的进气口轴线与出气口轴线垂直。
【文档编号】F22B1/18GK203797614SQ201420050735
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】张岩丰, 聂洪涛, 周锦峰, 刘文焱 申请人:武汉凯迪工程技术研究总院有限公司