给辐射废锅除垢的方法
【专利摘要】本发明涉及一种给辐射废锅除垢的方法，该方法包括：往辐射式合成气辐射废锅中加入除垢添加剂，该除垢添加剂中包括耐火材料、铜化合物和蛭石中的至少一种；使得可形成积垢的成分的气相沉积到所述耐火材料，所述铜化合物与至少部分可形成积垢的成分反应，和（或）所述蛭石在积垢中发生膨胀。
【专利说明】给辐射废锅除垢的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种给整体气化联合循环发电厂所用的辐射废锅除垢的方法。
【背景技术】
[0002]在整体气化联合循环发电厂(integratedgasification combined-cycle, IGCC)中，如图1所示，通过气化装置将含碳原料，如煤、重质炼制残油和生物质等转化成合成气，气化装置中获得的合成气粗产品被通往福射废锅(福射式合成气换热器，radiant syngascooler, RSC)进行换热冷却。辐射废锅通常是一个位于气化装置下方的圆柱状水冷壁，其可吸收来自合成气粗产品的热量，以使合成气的温度降下来。所述辐射废锅所吸收的热量被回收用来产生蒸汽，用于蒸汽轮机发电。这样可以提高整体气化联合循环发电厂的能量利用效率。从辐射废锅出来的合成气被进一步处理后用于燃气轮机中燃烧发电。
[0003]在辐射废锅的使用过程中，其表面将会形成并堆积积垢，而积垢的形成将阻碍热量从合成气向辐射废锅传输，因此，往往需要增加辐射废锅的长度以增加换热面积，弥补由于结垢产生的不利影响，否则辐射废锅所回收的热量会由于其表面积垢的影响而减少，导致产生的蒸汽变少。由于从气化装置中出来的合成气往往温度很高且具有腐蚀性，因此辐射废锅一般需要用昂贵的因科内尔镍铬铁耐热耐蚀合金(Inconel alloy)来制作，每英尺的辐射废锅的成本可能高达I百万美元。所以，通过加长辐射废锅来弥补由于结垢导致的换热效率损失的方法并不经济合理。目前，试图解决辐射废锅结垢问题的方法主要集中于合成气流量的控制和辐射废锅的设计。然而这些方法都不能有效地解决辐射废锅的结垢问题。
[0004]因此，需要提供一种新的低成本的方法来减轻或消除辐射废锅的结垢问题。
【发明内容】
[0005]本发明涉及一种给辐射废锅除垢的方法，该方法包括:往辐射废锅中加入除垢添加剂，该除垢添加剂中包括耐火材料、铜化合物和蛭石中的至少一种；以及使得可形成积垢的成分的气相沉积到所述耐火材料，所述铜化合物与至少部分可形成积垢的成分反应，和(或)所述蛭石在积垢中发生膨胀。
[0006]本发明还涉及一种给使用中的辐射废锅除垢的方法，该方法包括:使来自气化装置的合成气流经辐射废锅；向所述合成气中加入除垢添加剂，该除垢添加剂中包括耐火材料、铜化合物和蛭石中的至少一种；随着所述合成气和除垢添加剂流经所述辐射废锅，给所述福射废锅除垢。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0008]图1显示了一种具有辐射废锅的整体气化联合循环发电厂。[0009]图2中的示意图举例说明了辐射废锅的积垢形成机理。
[0010]图3显示了一种辐射废锅的积垢层的厚度变化。
[0011]图4显示了循环一部分的合成气作为载气将除垢添加剂输送到辐射废锅中的一种除垢方法。
[0012]图5显示了以氮气作为载气将除垢添加剂输送到辐射废锅中的一种除垢方法。【具体实施方式】
[0013]以下将对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下内容中将不对习知的结构或功能进行详细的描述。
[0014]本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。在一些实施例中，“大约”表示允许其修正的数值在正负百分之十(10%)的范围内变化，比如，“大约100”表示的可以是90到110之间的任何数值。此外，在“大约第一数值到第二数值”的表述中，大约同时修正第一和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。
[0015]本发明中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果说了一个组分的数量或一个工艺参数的值，比如，温度，压力，时间等等，是从I到90，20到80较佳，30到70最佳，是想表达15到85，22到68，43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。对于小于I的数值，0.0001,0.001，0.01或者0.1被认为是比较适当的一个单元。前述例子仅作举例说明之用，实际上，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式清楚地列在本说明书中。
[0016]除有定义外，本文中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。本文所用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而只是用于区别一种元件和另一种元件。并且，“一”或“一个”不表示数量的限定，而是表示存在一个的相关项目。
[0017]本发明的实施例涉及针对辐射废锅的一种化学除垢方法。该方法是在对辐射废锅的积垢形成机理和积垢组成进行分析的基础上提出的，基于所述分析发现合成气中通常包括金属蒸汽和小渣粒，正因为如此，辐射废锅内的积垢主要由气相沉积和粒子嵌入引发。积垢中的主要成分包括但不限于锌、铅、铁和硫，这些成分以气相形态存在，在流经辐射废锅的过程中发生沉积形成结垢，并通过捕获和粘结飞灰形成固块加剧结垢的过程，这些固块的导热系数很低，一旦形成后将阻碍热量传输。例如，如图2所示，硫化锌(ZnS)和碱金属的气相沉积到辐射废锅表面，形成积垢，在此过程中，飞灰等小渣粒被捕获、粘结并嵌入到所述积垢中。此外，辐射废锅中的湍流还会加速所述积垢的形成。
[0018]在一个实施例中，利用平衡法建模对合成气中的蒸汽沉积到辐射废锅表面的过程进行研究。其中气化装置中获得的合成气的温度约为1634K，压力约为45atm，经过辐射废锅后，其温度逐渐降低到900K左右，在这个过程中，各组分的平衡蒸汽压逐渐变小，并逐渐沉积固结到温度更低的辐射废锅壁管表面，形成积垢。
[0019]微量的气相组分有不同的沉积温度。在辐射废锅表面的不同位置，蒸汽是否沉积取决于其沉积温度和辐射废锅表面的温度。一般来说，辐射废锅的洁净金属表面的温度约为650K，但积垢表面的温度会高于金属表面，积垢逐渐堆积后，其表面的温度会越来越高，但仍低于其上合成气的温度。因此，在辐射废锅表面的各个位置，沉积温度在辐射废锅表面温度和其上的合成气的温度范围之间的组分可能会沉积。例如，对于一个辐射废锅的洁净金属表面，在其约为650K的表面温度至其上的合成气的温度之间发生气相沉积，沉积温度在这个温度范围的组分可能会沉积形成积垢。由于合成气中的热量被辐射废锅吸收，合成气的温度沿其流动方向逐渐降低，因此，气相沉积的温度范围沿合成气的流动方向逐渐减小，这使得在合成气的流动方向上，辐射废锅纵向的不同位置的积垢成分存在差异。
[0020]开始时，形成的积垢包含多种不同组分的化合物，如硅酸钠或硅酸钾(如NaAlSi3O8)'氧化铬(Cr2O3)'硫化铁(FeS)、硫化锌、硫化铅(PbS)、六方铝酸铅((PbO)(Al2O3)6)等。随着合成气温度的降低，只有沉积温度更低的蒸汽，如硫、锌、铅等继续存在从而发生沉积，生成硫化锌、硫化铅和六方铝酸铅等。因此积垢沿合成气的流动方向逐渐减少。如图3所示，一个辐射废锅沿其纵向被分为10个截段，从其下游端开始至其上游端，沿一个与合成气流向大致相反的方向，分别标为第I级、第2级……第I 0级截段。气相沉积主要集中于第8级和第9级截段，位于进入辐射废锅的合成气接触辐射废锅表面的位置的下游(沿合成气流向的下游)靠近该位置处。从上述建模分析可以看出，气相沉积主要发生于靠近辐射废锅的合成气入口的位置，比如，在辐射废锅的第8级和第9级截段。
[0021]可用一种化学添加剂来对所述辐射废锅进行除垢。所述化学添加剂可加入到正在整体气化联合循环发电厂中使用的辐射废锅内，以减少铁、锌、铅、锡、硫等的沉积，从而减少积垢的产生。此外，即便形成了积垢，所述添加剂也可让积垢脆化松动，使其易于通过一定装置，如组装于辐射废锅中的吹灰装置除去。
[0022]所述除垢添加剂可包括耐火材料、铜化合物和蛭石中的至少一种，其中，所述耐火材料可作为晶核，让合成气中的一些可能会沉积产生积垢的蒸汽沉积其上；所述铜化合物可与硫化物反应生成气体产物和可作晶核的物质，如铜颗粒等；所述蛭石具有大的膨胀率，可作用于积垢使其变疏松。在一个具体的实施例中，所述除垢添加剂可能同时包括耐火材料、铜化合物和蛭石，以获得很好的除垢能力。
[0023]所述耐火材料可以是在高温环境中使用的，且可在整个辐射废锅内的温度范围内保持稳定的材料。在一些实施例中，所述耐火材料选自氧化镁(MgO)、氧化铝(A1203)、氧化锆(Zr02)、金刚砂(SiC)、碳酸镁(MgCO3)以及它们的组合。所述铜化合物可以是任何能与硫化物反应生成气体产物和可作为晶核让蒸汽沉积其上的固体产物的化合物。在一些实施例中，所述铜化合物选自氧化铜(CuO)、氧化亚铜(Cu20)、氯氧化铜(CuOxCly)以及它们的组合。以氧化铜和氧化亚铜为例来说，它们可与硫或硫化物反应生成气体产物(如二氧化硫SO2)和耐火材料，如铜(Cu)、氧化物和硫酸盐等，这些耐火材料可作为晶核蒸汽让蒸汽沉积其上。所述反应的部分反应式如下:
[0024]
【权利要求】
1.一种给辐射废锅除垢的方法，该方法包括: 往辐射废锅中加入除垢添加剂，该除垢添加剂中包括耐火材料、铜化合物和蛭石中的至少一种；以及 使得可形成积垢的成分的气相沉积到所述耐火材料，所述铜化合物与至少部分可形成积垢的成分反应，和(或)所述蛭石在积垢中发生膨胀。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述除垢添加剂中包括耐火材料、铜化合物和蛭石。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述耐火材料的平均颗粒尺寸比所述铜化合物和蛭石的大。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述除垢添加剂包括一种选自氧化镁、氧化铝、氧化锆、金刚砂、碳酸镁以及它们的组合中的耐火材料。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述除垢添加剂包括一种选自氧化铜、氧化亚铜、氯氧化铜以及它们的组合中的铜化合物。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述除垢添加剂是从合成气进入所述辐射废锅的入口或靠近该入口的位置进入所述辐射废锅的。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述除垢添加剂是通过载气加入到所述辐射废锅的。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述载气包括至少一部分从所述辐射废锅出来的合成气。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述载气包括氮气、二氧化碳和(或)惰性气体。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述载气被加压到大致等于或高于所述辐射废锅中的压力。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述载气的温度比其进入所述辐射废锅之处的合成气的温度至少低200K。
12.—种给使用中的辐射废锅除垢的方法，该方法包括: 使来自气化装置的合成气流经辐射废锅； 往所述合成气中加入除垢添加剂，该除垢添加剂中包括耐火材料、铜化合物和蛭石中的至少一种； 在所述合成气和除垢添加剂流经所述辐射废锅的过程中给所述辐射废锅除垢。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述除垢添加剂中包括耐火材料、铜化合物和蛭
O
14.如权利要求13所述的方法，其中所述耐火材料的平均颗粒尺寸比所述铜化合物和蛭石的大。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述除垢添加剂是从合成气进入所述辐射废锅的入口或靠近该入口的位置被加入所述合成气中的。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述除垢添加剂是通过载气加入到所述合成气中的。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述载气包括至少一部分从所述辐射废锅出来的合成气。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述载气包括氮气、二氧化碳和(或)惰性气体。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述载气被加压到大致等于或高于所述辐射废锅中的压力。
20.如权利要求16所 述的方法，其中所述载气的温度比其被加入到合成气之处的温度至少低200K。
【文档编号】F28G13/00GK103672848SQ201210352612
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月20日 优先权日:2012年9月20日
【发明者】佘铭钢 申请人:通用电气公司