专利名称：带烟气激冷的一体化束状辐射预热混合式热回收装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤气化技术的热气化炉，特别是一种带烟气激冷的一体化束状辐射预热混合式热回收装置。
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”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合成气激冷至700 750 V，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、故障率闻等问题，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，降低了对流锅炉的换热效果，为保证换热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，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性而受到影响；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。
实用新型内容本实用新型针对现有技术中的气化炉废热锅炉的缺陷和不足，提供了带烟气激冷的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，结合Shell粉煤气化技术和GE水煤浆气化技术中废热锅炉的优点，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，提闻热效率的目的。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下:带烟气激冷的一体化束状辐射预热混合式热回收装置，其特征在于:包括压力壳体、合成气入口、辐射换热组件、烟气激冷组件、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，合成气出口位于压力壳体侧壁的上端；辐射换热组件固定设于压力壳体内的上部，与带热量的气体充分换热；烟气激冷组件、对流换热组件均固定设置于压力壳体内的下部，对流换热组件在烟气激冷组件和压力壳体之间；渣池设置于压力壳体内的底部,渣池的底端与压力壳体的底端共同形成排渣口 ；辐射换热组件、烟气激冷组件、对流换热组件、渣池位于压力壳体内形成一体。所述合成气入口为一窄长的通道，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，辐射水冷壁由辐射水冷壁上集箱、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组成。多个立管平行设置，围成圆柱形的空腔，形成膜式辐射水冷壁，相邻的两个立管之间通过焊接连接。每个立管的上端与辐射水冷壁上集箱连通，每个立管的下端与辐射水冷壁下集箱连通。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、另一端与辐射水冷壁上集箱联通，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联通。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，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上集箱连通，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。所述烟气激冷组件包括激冷器进气管、激冷室，渣池内的上部分空腔作为激冷室，在激冷室周围按照圆周均匀分布与压力壳体外部，可以根据需要设定两根，或者四根，或者六根，或者八根等激冷气进气管。所述渣池的上端与对流换热水冷壁的下端连接，渣池下端与压力壳体的下端连接形成排渣口，视煤灰结渣情况可加装破渣机。本实用新型的工作原理如下: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；当高温合成气流与熔融渣从合成气入口进入热回收装置后，通过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；然后，高温合成气流和熔融渣继续向下进入烟气激冷组件，与来自外界的激冷气混合；通过烟气激冷组件进行迅速降温后，灰渣进入渣池中，熔融渣与水混合急剧冷却，形成高硬度的固态灰渣，固态灰渣随水排出，合成气流则反折向上通过对流换热组件，内，依次流过蒸发器、过热器、省煤器并进行换热冷却，由合成气出口排出。本实用新型的有益效果如下:本实用新型提供的带烟气激冷的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置可用于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；本实用新型提供的带烟气激冷的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，将辐射换热、烟气激冷、对流换热有效的结合起来，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。
图1为本实用新型的剖视示意图；图2为本实用新型图1中的A-A截面剖视示意图；图3为本实用新型图1中的B-B截面剖视示意图；图4为本实用新型图1中的I部的局部示意图；其中，附图标记为:1合成气入口，1-1耐火衬里，2辐射换热组件，3渣池，3-1下渣口，4烟气激冷组件，4-1激冷室，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，8-1过热器上集箱、8_2过热器下集箱，8-3过热器进水管，8-4过热器引出管，9省煤器，9-1省煤器上集箱，9-2下集省煤器箱，9-3省煤器进水管，9-4省煤器引出管，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，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，12-4辐射水冷壁进水管，12-5辐射水冷壁受热面，12_6立管，13合成气出口，14螺旋盘管，15螺旋环管。
具体实施方式
如图1-4所示，带烟气激冷的一体化束状辐射预热混合式热回收装置，包括合成气入口 1、辐射换热组件2、烟气激冷组件4、渣池3、对流换热组件5、压力壳体6、合成气出Π 13。合成气入口 I位于压力壳体6的顶部，合成气出口 13位于压力壳体6侧壁的上端，渣池3设置于压力壳体6内的底部，渣池3的底端与压力壳体6的底端共同形成下渣口3-1 ;辐射换热组件2固定设于压力壳体6内的上部，与带热量的气体充分换热；烟气激冷组件4固定设置于渣池3的上端，且位于辐射换热组件2、对流换热组件5的下端；辐射换热组件2、对流换热组件5、烟气激冷组件4、渣池3位于压力壳体6内形成一体。所述合成气入口 I为一窄长的通道，该合成气入口 I的内壁为耐火衬里1-1。所述辐射换热组件2包括辐射水冷壁12和辐射屏11，辐射屏11对应于辐射水冷壁12的和辐射水冷壁受热面12-5内，辐射水冷壁12是由若干个纵向平行设置的立管12-6围成的圆筒壁，相邻的两个立管12-6通过焊接连接，圆筒壁的中间为辐射换热腔；辐射换热组件2还包括辐射水冷壁上集箱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，辐射水冷壁上集箱12-2与每个立管12-6的上端连通，辐射水冷壁下集箱12-2与每个立管12-6的下端连通，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、辐射水冷壁进水管12-4的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2还包括辐射屏上集箱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，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外。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，蒸发器7、过热器8和省煤器9从上往下依次分布，对流换热水冷壁10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7、过热器8和省煤器9位于圆筒壁的中间。所述对流换热水冷壁10还包括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，对流换热水冷壁10的上端与对流换热水冷壁上集箱10-1连通，对流换热水冷壁10的下端与对流换热水冷壁下集箱10-2连通，对流换热水冷壁进水管10-3与对流换热水冷壁下集箱10-2连通，对流换热水冷壁引出管10-4与对流换热水冷壁上集箱10-1连通；对流换热水冷壁进水管10-3和对流换热水冷壁引出管10-4均延伸至压力壳体6外。所述蒸发器7、过热器8和省煤器9分别由一组螺旋盘管14形成，每组螺旋盘管14分别包括四层螺旋环管15，每两层螺旋环管15之间有一定的距离，每层螺旋环管15是由管子紧密环绕形成的。所述蒸发器7还包括蒸发器上集箱7-1、蒸发器下集箱7-2、蒸发器进水管7-3、蒸发器引出管7-4，形成蒸发器7的螺旋盘管14的上端与蒸发器上集箱7-1连通，形成蒸发器7的螺旋盘管14的下端与蒸发器下集箱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8还包括过热器上集箱
8-1、过热器下集箱8-2、过热器进水管8-3、过热器引出管8-4，形成过热器8的螺旋盘管14的上端与过热器上集箱8-1连通，形成过热器8的螺旋盘管14的下端与过热器下集箱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9还包括省煤器上集箱9-1、省煤器下集箱9-2、省煤器进水管9-3、省煤器引出管9-4，形成过热器9的螺旋盘管14的上端与省煤器上集箱9-1连通；形成省煤器9的螺旋盘管14的下端与省煤器下集箱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；蒸发器进水管7-3、蒸发器引出管7-4、过热器进水管8-3、过热器引出管8-4、省煤器进水管9-3、省煤器引出管9-4均延伸至压力壳体6外。所述烟气激冷组件4包括激冷器进气管、激冷室4-1，渣池3内的上部分空腔作为激冷室4-1，在激冷室4-1周围按照圆周均匀分布与压力壳体6外部，可以根据需要设定两根，或者四根，或者六根，或者八根等激冷气进气管。所述渣池3的上端与对流换热水冷壁10的下端连接，渣池3下端与压力壳体6的下端连接形成下渣口 3-1，视煤灰结渣情况可加装破渣机。本实用新型的工作原理如下:所述的热回收装置为一种束状混合式热回收装置，辐射换热在内层，烟气激冷位于辐射换热下部，对流换·热位于辐射换热的外层。当高温合成气流与灰熔渣(温度约1400°C)出气化炉后，通过窄长的合成气入口 1，以较高的气流速度进入辐射换热部分，向下通过辐射换热腔将高位热量回收后，进入烟气激冷组件4，与来自外界的激冷气混合，温度迅速降低后，灰渣进入渣池3中，气流反折向上通过对流换热组件5，进一步降温冷却，并回收大量的显热。该热回收装置有效的将辐射换热、烟气激冷和对流换热结合起来，设备体积大大减小，并尽可能多的回收了高温合成气所带显热。辐射换热部分由膜式水冷壁腔及腔内的辐射换热屏组成。高温合成气及灰熔渣进入水冷壁腔中，以辐射传热的方式将热量传给四周的膜式水冷壁。由于流通面积扩大，灰熔渣在气流作用下向四周喷溅，从离开通道至到达膜式水冷壁的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性，在重力作用下向下运动。水冷壁腔内的辐射换热屏增大了辐射换热面，减少了辐射换热部分的体积，使换热效果更好。合成气及灰渣穿过辐射换热腔后，与激冷气混合，迅速冷却。灰渣凝固落入底部渣池3中。气流反折向上进入对流换热部分。渣池3处于烟气激冷组件4的底部。灰渣落入渣池3中，与水混合急剧冷却，形成高硬度的固态灰渣，随水排入锁渣罐中。视煤灰的结渣情况，可加装破渣机，保证排渣系统的可靠稳定运行。对流换热部分由若干组螺旋盘管组成，螺旋盘管外层为膜式水冷壁。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。经激冷后的合成气依次流过蒸发器7、过热器、省煤器·并进行换热冷却，从合成气出口排出。
权利要求1.带烟气激冷的一体化束状辐射预热混合式热回收装置，其特征在于:包括压力壳体、合成气入口、辐射换热组件、烟气激冷组件、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，合成气出口位于压力壳体侧壁的上端；辐射换热组件固定设于压力壳体内的上部，与带热量的气体充分换热；烟气激冷组件、对流换热组件均固定设置于压力壳体内的下部，对流换热组件在烟气激冷组件和压力壳体之间；渣池设置于压力壳体内的底部,渣池的底端与压力壳体的底端共同形成排渣口 ；辐射换热组件、烟气激冷组件、对流换热组件、渣池位于压力壳体内形成一体。
2.根据权利要求1所述的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: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所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于:所述辐射换热组件纵向设于压力壳体内；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，圆筒壁向下延伸至渣池上端，辐射屏位于圆筒壁内上端；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所述的一体化束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，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3或4所述的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:所述烟气激冷组件·包括激冷气入口和气体混合室，气体混合室由辐射屏下面的辐射水冷壁与激冷气入口形成；所述激冷气入口均匀分布于辐射水冷壁上，并延伸至压力壳体外。
6.根据权利要求1所述的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:所述对流换热组件包括蒸发器、过热器和省煤器，蒸发器、过热器和省煤器从上往下依次布置于气体混合室和压力壳体之间。
7.根据权利要求6所述的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: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所述的一体化束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所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，其特征在于:所述渣池的上端与对 流换热水冷壁下端连接。
专利摘要本实用新型涉及带烟气激冷的一体化束状辐射预热混合式热回收装置，高温合成气和熔融渣从该装置的合成气入口进入辐射换热组件，经过辐射换热后进入烟气激冷组件的气体混合室进行换气冷却，然后固态灰渣则进入渣池，合成气反折向上进入对流换热组件内，依次流过蒸发器、过热器、省煤器并进行换热冷却，由合成气出口排出；本实用新型将辐射换热、烟气激冷、对流换热有效结合起来，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，能量回收利用率高，有效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C10J3/80GK203128512SQ20122067839
公开日2013年8月14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, 张鑫, 郭盼, 刘正宁, 樊伟, 杜奇, 刘江, 李阳, 胡红伟 申请人:中国东方电气集团有限公司