煤气化废热全回收系统的制作方法

本发明属于锅炉领域，具体而言，本发明涉及煤气化废热全回收系统。

背景技术：

一种带有辐射废锅的气化炉能消化高硫、高灰、高灰熔点煤，实现了原料煤本地化，解决山西“三高”煤的气化难题，也为全国“三高”煤综合利用、气化提供了新方法、新手段；对山西省改造传统煤化工和发展煤制天然气、煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇等新型煤化工产业具有重要意义。而通过在气化炉内部设置辐射废锅装置，在设备运行过程中，通过回收高温高压合成气热量、副产高温高压蒸汽等方式，节约燃料消耗，提高能源转换效率，从而降低了设备整体的运行成本。然而现有的辐射废锅装置存在换热面积和换热效率低等问题，因此需要进一步改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有能量利用率高、碳转化率高、换热面积大、显热回收效率高等优点的煤气化废热全回收系统。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种煤气化废热全回收系统，根据本发明的实施例，该煤气化废热全回收系统包括：

气化炉，所述气化炉包括：

气化炉上壳体，所述气化炉上壳体内且限定出气化室，所述气化炉上壳体的底部收缩形成出渣口；

气化炉水冷壁，所述气化炉水冷壁设置在所述气化室内；

顶置烧嘴，所述顶置烧嘴设置在所述气化炉上壳体的顶部上且适于向所述气化室内喷射干粉煤、氧气和蒸汽或者水煤浆和氧气；

侧置烧嘴，所述侧置烧嘴设置在所述气化炉上壳体的侧壁上且适于向所述气化室内喷射干粉煤、氧气和蒸汽或者水煤浆和氧气；

辐射废锅，所述辐射废锅包括：

辐射废锅壳体，所述辐射废锅壳体的顶部与气化炉上壳体连接，所述辐射废锅壳体的上部具有粗合成气出口；

第一水冷壁，所述第一水冷壁设置在所述辐射废锅壳体内，所述第一水冷壁形成合成气下行通道；

第一组水冷屏，所述第一组水冷屏包括多个第一水冷屏，所述多个第一水冷屏设置在所述合成气下行通道内且沿周向分布，每个所述第一水冷屏均由所述第一水冷壁向所述合成气下行通道中心轴方向延伸；

第二水冷壁，所述第二水冷壁套设在所述第一水冷壁外侧，且所述第二水冷壁与所述第一水冷壁之间形成有连通所述合成气下行通道与所述粗合成气出口的合成气上行通道；

第二组水冷屏，所述第二组水冷屏包括多个第二水冷屏，所述多个第二水冷屏设置在所述合成气上升通道内；

其中，所述第一水冷壁的下集箱、每个所述第一水冷屏的下集箱、所述第二水冷壁的下集箱和每个所述第二水冷屏的下集箱相连并与穿过所述辐射废锅壳体下部的冷却水进水管相连通；

所述第一水冷壁的上集箱、每个所述第一水冷屏的上集箱、所述第二水冷壁的上集箱和每个所述第二水冷屏的上集箱相连并与穿过所述辐射废锅壳体上部的冷却水出水管相连通，

排渣池，所述排渣池设置在所述辐射废锅的下方，所述排渣池的底部具有排渣口；

对流废锅，所述对流废锅内设有水冷管，并且所述对流废锅具有粗合成气进口、合成气出口和出灰口，所述粗合成气进口与所述粗合成气出口相连。

由此，本发明上述实施例的煤气化废热全回收系统，首先对于气化炉，在气化炉的顶壁和侧壁上分别设置了顶置烧嘴和侧置烧嘴，进而可以同时利用顶置烧嘴和侧置烧嘴向气化室内喷射干粉煤、氧气和蒸汽或者水煤浆和氧气。并且由于顶置烧嘴和侧置烧嘴的位置关系，可以使得喷入的干粉煤、氧气和蒸汽或者水煤浆和氧气会在气化室内发生撞击，提高了气化室内的撞击流，增加原料的混合效果，从而使得煤能够充分燃烧气化，进一步提高煤的碳转化率。辐射废锅内具有由第一水冷壁和第二水冷壁组成的双筒式水冷壁，并分别在第一水冷壁内和第一水冷壁与第二水冷壁之间设置第一水冷屏和第二水冷屏，使得合成气首先进入合成气下行通道内与第一水冷壁和第一水冷屏换热，之后再进入合成气上升通道内与第二水冷壁和第二水冷屏换热，最后排出。因此，本发明上述实施例的煤气化废热全回收系统通过增加了第二水冷壁和第二水冷屏，有效延长了合成气换热通道，并进一步增加了换热面积，从而显著提高了合成气显热回收效率。最后，粗合成气再供给对流废锅中进行热回收，可以进一步提高显热回收率。由此，采用本申请的煤气化废热全回收系统具有能量利用率高、碳转化率高、换热面积大、显热回收率高的优点。

另外，根据本发明上述实施例的煤气化废热全回收系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述侧置烧嘴沿水平方向喷射。

在本发明的一些实施例中，所述侧置烧嘴与所述顶置烧嘴的竖直距离为0.1-0.5d，其中d为所述壳体的内径。

在本发明的一些实施例中，所述多个第一水冷屏为8-24个。

在本发明的一些实施例中，每相邻两个所述第一水冷屏之间的夹角为15-45度(请提供合适范围)。

在本发明的一些实施例中，所述第一水冷屏与所述第一水冷壁通过鳍片相连，所述第一水冷屏的宽度为所述合成气下行通道半径的1/9-1/4。

在本发明的一些实施例中，所述多个第二水冷屏为8-24个。

在本发明的一些实施例中，每个所述第二水冷屏与一个所述第一水冷屏位于同一平面内。

在本发明的一些实施例中，所述第二水冷壁与所述第一水冷壁之间的距离为辐射废锅筒体的1/10-1/8。

在本发明的一些实施例中，所述第二水冷屏与所述第二水冷壁通过鳍片相连，所述第二水冷屏的宽度为所述第二水冷壁与所述第一水冷壁之间的距离4/15-1/2。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的煤气化废热全回收系统的结构示意图。

图2是根据本发明一个实施例的煤气化废热全回收系统中辐射废锅的a-a水平截面俯视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个方面，下面详细描述本发明实施的煤气化废热全回收系统，根据本发明的具体实施例，如图1所示，煤气化废热全回收系统包括：气化炉1000和对流废锅2000。

具体，参考图1，气化炉1000包括：气化炉上壳体100、气化炉水冷壁200、顶置烧嘴300和侧置烧嘴400、辐射废锅500和排渣600。

其中，气化炉上壳体100内且限定出气化室110，所述气化炉上壳体100的底部收缩形成出渣口120；气化炉水冷壁200设置在所述气化室110内；顶置烧嘴300设置在所述气化炉上壳体100的顶部上且适于向所述气化室110内喷射干粉煤、氧气和蒸汽或者水煤浆和氧气；侧置烧嘴400设置在所述气化炉上壳体100的侧壁上且适于向所述气化室110内喷射干粉煤、氧气和蒸汽或者水煤浆和氧气。

因此，本发明通过在气化炉1000的顶壁和侧壁上分别设置顶置烧嘴300和侧置烧嘴400，进而可以同时利用顶置烧嘴300和侧置烧嘴400向气化室110内喷射粉煤、氧气和蒸汽或者水煤浆和氧气。而且由于顶置烧嘴300和侧置烧嘴400的位置关系，可以使得喷入的粉煤、氧气和蒸汽或者水煤浆和氧气会在气化室内发生撞击，提高了气化室内的撞击流增加粉煤与氧气和蒸汽或者水煤浆和氧气的混合效果，从而使得煤能够充分燃烧气化，进一步提高煤的碳转化率。

根据本发明的具体实施例，顶置烧嘴300设置在气化炉上壳体100的顶部且适于向气化室110烧射粉煤、氧气和蒸汽或者水煤浆和氧气。具体地，顶置烧嘴300内设置有点火棒。进而有效实现点火。

优选地，侧置烧嘴400包括至少两个，而且两个侧置烧嘴400或者多个侧置烧嘴400设置在气化炉上壳体100的同一水平面上，并且沿周向上均匀分布。进而可以保证喷入的物料能够有效撞击，增加粉煤与氧气和蒸汽或者水煤浆和氧气的混合效果，提高煤的碳转化率。

根据本发明的具体示例，侧置烧嘴400沿水平方向喷射。进而可以使得喷入的物料具有较大的撞击力，使得物料得到充分的分散，达到最佳混合效果，提高煤的碳转化率，进一步提高了能量利用率。

根据本发明的具体示例，侧置烧嘴400与顶置烧嘴300的竖直距离h可以为0.1-0.5d，d是指气化炉上壳体100的内径。具体地，该竖直距离可以指侧置烧嘴400与顶置烧嘴300的喷射出口中心处的距离在该距离范围内。由此，增加了物料在炉内的停留时间，同时增加了炉内湍流强度，使物料混合性较好。

根据本发明的另一个实施例的，参考图1，辐射废锅500包括：辐射废锅壳体510、第一水冷壁520、第一组水冷屏530、第二水冷壁540和第二组水冷屏550。

其中，辐射废锅壳体510的顶部与气化炉上壳体100连接，所述辐射废锅壳体510的上部具有粗合成气出口511；第一水冷壁520设置在所述辐射废锅壳体510内，所述第一水冷壁520形成合成气下行通道521；第一组水冷屏530包括多个第一水冷屏531，多个第一水冷屏设置在所述合成气下行通道521内且沿周向分布，每个所述第一水冷屏531均由所述第一水冷壁520向所述合成气下行通道521中心轴方向延伸；第二水冷壁540套设在所述第一水冷壁520外侧，且所述第二水冷壁540与所述第一水冷壁520之间形成有连通所述合成气下行通道521与所述粗合成气出口511的合成气上行通道541；第二组水冷屏550包括多个第二水冷屏551，所述多个第二水冷屏551设置在所述合成气上升通道内541；其中，所述第一水冷壁520的下集箱、每个所述第一水冷屏531的下集箱、所述第二水冷壁540的下集箱和每个所述第二水冷屏551的下集箱相连并与穿过所述辐射废锅壳体510下部的冷却水进水管相连通；所述第一水冷壁520的上集箱、每个所述第一水冷屏531的上集箱、所述第二水冷壁540的上集箱和每个所述第二水冷屏551的上集箱相连并与穿过所述辐射废锅壳体510上部的冷却水出水管相连通。

由此，本发明上述实施例的煤气化废热全回收系统，辐射废锅500内具有由第一水冷壁520和第二水冷壁540组成的双筒式水冷壁，并分别在第一水冷壁520内和第一水冷壁520与第二水冷壁540之间设置第一水冷屏531和第二水冷屏551，使合成气首先进入合成气下行通道521内与第一水冷壁520和第一水冷屏531换热，之后再进入合成气上升通道541内与第二水冷壁540和第二水冷屏551换热，最后排出。因此，本发明上述实施例的煤气化废热全回收系统通过增加了第二水冷壁540和第二水冷屏551，有效延长了合成气换热通道，并进一步增加了换热面积，从而显著提高了合成气显热回收效率。

根据本发明的具体实施例，多个第一水冷屏531设置在合成气下行通道521内且沿周向分布。具体地，多个第一水冷屏531可以均匀分布，进而可以提高换热均匀性和辐射废锅500的结构稳定性。

另外，第一水冷屏的个数可以为8-24个，具体可以根据第一水冷壁内空间大小适当增减。但是第一水冷屏的个数也不宜过多或者过少，如果过少会浪费空间降低换热面积，进而显热回收效率低；如果过多则会使得成合成气下行通道521过于狭窄，进而可能会造成积灰结渣、堵塞辐射废锅通道，严重影响设备运行。

根据本发明的具体实施例，发明人为了避免第一水冷壁内空间大小对第一水冷屏个数的设置影响，发明人发现，如图2所示，将每相邻两个第一水冷屏之间的夹角α设置为15-45度，进而可以更加方便确定第一水冷屏的个数设置。而且通过设置上述角度范围可以而且通过控制每相邻两个第一水冷屏之间的夹角为15-45度还可以有效保持第一水冷屏的分布密度，使第一组水冷屏530达到最大换热面积和最佳换热效果。另外，发明人还发现，使每相邻两个第一水冷屏之间的夹角为15-45度还可以避免熔渣堵塞和挂壁，进而提高换热效率，节省成本。

根据本发明的具体实施例，每个第一水冷屏531具有6-15根水冷管。由此可以有效提高换热面积。并且第一水冷屏的水管根数还可以根据第一水冷屏由第一水冷壁向中心方向延伸的宽度不造成熔渣堵塞、挂壁和具有一定操作空间为准。

根据本发明的具体实施例，如图2所示，第一水冷屏531与第一水冷壁520通过鳍片相连，第一水冷屏531的宽度l1为合成气下行通道521半径r的1/9-1/4。由此可以在保证最大换热面积的同时，不会造成积灰结渣、堵塞辐射废锅通道。根据本发明的具体实施例，当合成气由合成气下行通道521通过并换热后，进入合成气上升通道541内与多个第二水冷屏551进行换热。具体地，位于合成气上升通道541内的第二水冷屏551的个数可以为8-24个，由此可以进一步增大换热面积，提高显热回收效率。

优选地，第二水冷屏551的个数可以与第一水冷屏531的个数相同。具体地，每个第二水冷屏551与一个第一水冷屏531位于同一平面内。由此可以保证合成气顺利通过，同时保证辐射废锅500的重心居中，结构更加稳定。

根据本发明的具体实施例，每个第二水冷屏551具有2-4根水冷管。具体可以根据合成气上行通道541的宽度进行增减。进而进一步增加换热面积，使得合成气得到二次显热回收，提高综合显热回收率。

具体地，如图2所示，合成气上升通道541的宽度由第一水冷壁520与第二水冷壁540之间的距离h决定。根据本发明的具体示例，第一水冷壁520与第二水冷壁之间的距离h可以为辐射废锅筒体半径的1/10-1/8。由此可以保证合成气的顺利排出，若合成气上升通道541的宽度过小，则合成气不能够顺利排出，若过大则合成气下降通道水冷屏管数将减少，影响换热效率，且下降通道容易结渣。根据本发明的具体实施例，第二水冷屏551与第二水冷壁540通过鳍片相连，第二水冷屏551的宽度l2为第二水冷壁540与第一水冷壁520之间的距离h的4/15-1/2。

根据本发明的再一个实施例，排渣池600设置在辐射废锅500的下方，排渣池600的底部具有排渣口610。因此，经辐射废锅500换热后的粗合成气由粗合成气出口511排出，粗合成气中所携带的部分灰渣在重力作用下落在排渣池600。

根据本发明的再一个实施例，对流废锅2000内设有水冷管2100，并且所述对流废锅2000具有粗合成气进口2200、合成气出口2300和出灰口2400，所述粗合成气进口2200与所述粗合成气出口511相连。由此通过设置对流废锅2000可以对粗合成气进一步换热，实现合成气显热的充分回收，得到符合温度要求的合成气。根据本发明的一个具体实施例，粗合成气进口2200与粗合成气出口511可以通过管道式水冷连接管2500相连。由此，在进一步避免合成气显热损失的同时实现合成气显热的充分回收。具体的，对流废锅内设置的水冷管可以为蛇形水冷管。由此可以进一步提高显热回收效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。