气化炉余热回收废锅机构的制作方法

本发明气化炉余热回收废锅机构涉及煤气化技术工程应用中高温余热回收的技术领域。

背景技术：

当前气流床气化技术是现代煤化工的主流技术。气流床气化技术主要有荷兰shell粉煤加压气化废锅流程和激冷流程技术、西门子gsp气化激冷流程技术、科林ccg粉煤加压下行激冷流程气化技术、ge水煤浆加压气化全废锅流程和激冷流程技术；而国内的气化技术则主要有航天干煤粉气化激冷流程技术、神宁炉ⅰ代干煤粉气化激冷流程技术、东方炉干煤粉气化激冷流程技术、晋华炉水煤浆半废锅流程、华东理工大学多喷嘴水煤浆激冷流程技术等。

以上气化技术的气化炉共同特点是将煤粉(煤浆)、氧气/水蒸气通过加压泵输送至气化炉内，并发生强放热反应生成1300℃至1700℃的高温粗煤气和熔融态灰渣。在以上气化技术中，激冷流程气化技术中大量蕴藏高温显热的热量白白浪费掉了；而废锅流程和全废锅流程气化技术虽然采用废锅技术对高温粗煤气的热量进行了部分回收利用，但用于回收余热的废锅结构在设计上却存在不同程度的问题，导致成本较高且维修不便。另外，为了最大限度回收1300℃以上的粗煤气热量，往往废锅内部的辐射管屏需选用抗高温、耐腐蚀的高合金材质，与废锅外侧冷却屏材质不同会产生较大热膨胀差，由此使得辐射管屏结构复杂化，比如u形管结构、绕管结构、弯管结构等，这些结构一定程度上缓解了热膨胀问题，但管屏底部的连接架桥结构均存在易积灰堵渣的风险，这给气化炉的稳定运行带来了安全隐患。

技术实现要素：

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种气化炉余热回收废锅机构，摈弃传统的底部连接架桥结构，彻底解决热膨胀问题，提高对高温粗煤气的热量回收效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：气化炉余热回收废锅机构,包括壳体、外侧筒形膜式壁和辐射管屏，筒形的壳体内壁完全覆盖有耐火材料层，壳体的上端与气化炉渣气出口相连通且气化炉渣气出口的滴水檐伸入壳体内部,外侧筒形膜式壁安装在壳体内部且其上部通过多个支撑组件固定在壳体内壁上，所述筒形水冷壁为多个管道均匀并列围绕构成的筒状列管式结构，外侧筒形膜式壁的所有管道下端连通循环水引入管，所述循环水引入管通过管道与壳体外部供水设备连通，侧筒形膜式壁的所有管道上端连通蒸汽引出管，所述蒸汽引出管通过管道与壳体外部需热设备相连通，多个辐射管屏呈放射状均匀设置在外侧筒形膜式壁内部，且所述辐射管屏的上部固定在外侧筒形膜式壁内壁上；

所述辐射管屏包括侧向进水管、进水集箱、内套管、外部上升管、外侧承压集箱和高压蒸汽引出管，进水集箱安装在空心封闭的外侧承压集箱内，侧向进水管一端贯穿外侧承压集箱并与进水集箱内部相连通，侧向进水管另一端贯穿固定在筒形水冷壁上且端口通过管道与壳体外部供水设备连通，外侧承压集箱下面并列设置有多个外部上升管，所述外部上升管的下端封闭且其上端与外侧承压集箱内部连通，每个外部上升管内均固定设置有一个内套管，所述内套管上端与进水集箱内部相连通且其下端位于外部上升管底部，所述高压蒸汽引出管的下端连通外侧承压集箱且其上端通过管道与壳体外部需热设备相连通。

所述外侧筒形膜式壁包括进口环形集箱、筒形水冷壁和出口环形集箱，进口环形集箱固定安装在壳体内的下部，出口环形集箱固定安装在壳体内的上部，所述筒形水冷壁为多个管道均匀并列围绕构成的筒状列管式结构，进口环形集箱和出口环形集箱之间通过筒形水冷壁的多个管道相连通，进口环形集箱上均匀连接有多个循环水引入管，出口环形集箱上均匀连接有多个蒸汽引出管，多个支撑组件的一端固定在壳体内壁上且其另一端与出口环形集箱固定连接。

所述进口环形集箱通过上端导向组件固定安装在壳体内的下部，出口环形集箱通过下端导向组件固定安装在壳体内的上部。

所述筒形水冷壁的外壁上设置有多个环向抱箍装置，所述环向抱箍装置为条状板环绕并首尾连接构成的环形抱箍，环向抱箍装置的首尾连接处安装有自动微调抱箍直径的活动板。

所述内套管通过至少一组限位块与外部上升管的内壁相连接，每组限位块均为多个薄钢片构成。

所述辐射管屏的多个外部上升管之间通过鳍片板相连接。

所述壳体外壁下部固定安装有至少一组振打除灰装置，所述振打除灰装置的锤头伸入壳体内部并对应外侧筒形膜式壁的外壁。

所述壳体内壁与外侧筒形膜式壁外壁之间设有至少0.5m的环隙空间。

所述筒形水冷壁的管道及进口环形集箱、出口环形集箱之间均连接有鳍片并进行焊接密封。

所述进水集箱和内套管均为不锈钢管制作。

所述外部上升管、外侧承压集箱和高压蒸汽引出管均为耐高温、耐腐蚀的承压材料制作。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明通过在壳体内设置外侧筒形膜式壁和辐射管屏，实现对气化炉余热的最大回收，节能高效、副产高压饱和蒸汽，外侧筒形膜式壁采用了底部进水顶部出高压蒸汽的结构、整体结构简单可以实现自然循环辐射换热，而辐射管屏采用了侧向进水、中间套管向下流动、而后通过外侧套管从顶部集箱出高压蒸汽的结构，外侧筒形膜式壁和辐射管屏下部自由端结构彻底解决了热膨胀问题并消除了高压管线的热应力问题，且由于摈弃了传统结构的底部连接架桥，还最大限度消除了积灰结渣隐患；

2、本发明中辐射管屏的特殊结构，使得内部的进水集箱和内套管不必承压，可采用较薄的不锈钢材料制作，降低了制作成本，经济性较好；

3、本发明在内部部件有所损坏时，维护人员容易进入壳体内部进行修补、更换；

4、本发明可根据筒形膜式壁的直径需求增加内部辐射管屏的个数，且每个辐射管屏上的内套管及外部上升管的数量均可进行适应性调整。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的a-a剖视图；

图3为本发明中辐射管屏的结构示意图；

图中：1为壳体,2为外侧筒形膜式壁，3为辐射管屏，4为滴水檐，5为振打除灰装置，21为循环水引入管，22为进口环形集箱，23为筒形水冷壁，24为出口环形集箱，25为蒸汽引出管，26为支撑组件，27为上端导向组件，28为下端导向组件，29为环向抱箍装置，31为侧向进水管，32为进水集箱，33为内套管，34为外部上升管，35为外侧承压集箱，36为高压蒸汽引出管，37为限位块，38为鳍片板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明新型气化炉余热回收废锅机构,包括壳体1、外侧筒形膜式壁2和辐射管屏3，筒形的壳体1内壁完全覆盖有耐火材料层，壳体1的上端与气化炉渣气出口相连通且气化炉渣气出口的滴水檐4伸入壳体1内部,外侧筒形膜式壁2安装在壳体1内部且其上部通过多个支撑组件26固定在壳体1内壁上，所述筒形水冷壁23为多个管道均匀并列围绕构成的筒状列管式结构，外侧筒形膜式壁2的所有管道下端连通循环水引入管21，所述循环水引入管21通过管道与壳体1外部供水设备连通，侧筒形膜式壁2的所有管道上端连通蒸汽引出管25，所述蒸汽引出管25通过管道与壳体1外部需热设备相连通，多个辐射管屏3呈放射状均匀设置在外侧筒形膜式壁2内部，且所述辐射管屏3的上部固定在外侧筒形膜式壁2内壁上；

所述辐射管屏3包括侧向进水管31、进水集箱32、内套管33、外部上升管34、外侧承压集箱35和高压蒸汽引出管36，进水集箱32安装在空心封闭的外侧承压集箱35内，侧向进水管31一端贯穿外侧承压集箱35并与进水集箱32内部相连通，侧向进水管31另一端贯穿固定在筒形水冷壁23上且端口通过管道与壳体1外部供水设备连通，外侧承压集箱35下面并列设置有多个外部上升管34，所述外部上升管34的下端封闭且其上端与外侧承压集箱35内部连通，每个外部上升管34内均固定设置有一个内套管33，所述内套管33上端与进水集箱32内部相连通且其下端位于外部上升管34底部，所述高压蒸汽引出管36的下端连通外侧承压集箱35且其上端通过管道与壳体1外部需热设备相连通。

所述外侧筒形膜式壁2包括进口环形集箱22、筒形水冷壁23和出口环形集箱24，进口环形集箱22固定安装在壳体1内的下部，出口环形集箱24固定安装在壳体1内的上部，所述筒形水冷壁23为多个管道均匀并列围绕构成的筒状列管式结构，进口环形集箱22和出口环形集箱24之间通过筒形水冷壁23的多个管道相连通，进口环形集箱22上均匀连接有多个循环水引入管21，出口环形集箱24上均匀连接有多个蒸汽引出管25，多个支撑组件26的一端固定在壳体1内壁上且其另一端与出口环形集箱24固定连接。

所述进口环形集箱22通过上端导向组件27固定安装在壳体1内的下部，出口环形集箱24通过下端导向组件28固定安装在壳体1内的上部，该连接可以满足外侧筒形膜式壁2的上下部轴向位移、径向限位和径向膨胀三种功能。

所述筒形水冷壁23的外壁上设置有多个环向抱箍装置29，所述环向抱箍装置29为条状板环绕并首尾连接构成的环形抱箍，环向抱箍装置29的首尾连接处安装有自动微调抱箍直径的活动板，在增加水冷壁刚度的同时确保了水冷壁的环向自由热膨胀和收缩功能。

所述内套管33通过至少一组限位块37与外部上升管34的内壁相连接，每组限位块37均为多个薄钢片构成。

所述辐射管屏3的多个外部上升管34之间通过鳍片板38相连接，一方面可以强化辐射换热，另一方面可以提高辐射管屏整体刚度。

所述壳体1外壁下部固定安装有至少一组振打除灰装置5，所述振打除灰装置5的锤头伸入壳体1内部并对应外侧筒形膜式壁2的外壁，以减少筒形水冷壁23内表面积灰，本发明通过设置多组振打除灰装置5不间断的敲击筒形水冷壁23，由此产生的低频超声波可以使干燥的积灰脱落，确保辐射换热效果。

所述壳体1内壁与外侧筒形膜式壁2外壁之间设有至少0.5m的环隙空间。

为了保证外侧筒形膜式壁2与壳体1环隙间的密封性，所述筒形水冷壁23的管道及进口环形集箱22、出口环形集箱24之间均连接有鳍片并进行焊接密封。

本发明立式布置于气化炉渣气出口底部，与气化炉同轴，并于气化炉渣口底部和水平拱顶相连接，其中气化炉渣气出口的滴水檐4伸入废锅本发明内部，有利于流态熔融渣直接进入本发明内部进行余热回收。

本发明中的支撑组件26、上端导向组件27、下端导向组件28和环向抱箍装置29作为辅助装置，以筒形膜式壁2的顶部作为支撑固定点，底部作为自由膨胀伸缩端，可实现径向膨胀和收缩功能，上端导向组件27和下端导向组件28的结构在机械连接领域内为现有技术，其主要目的是实现筒形膜式壁2的轴向自由位移及微量轴向热膨胀移动的限位，同时通过设置外环隙空间的循环水引入管21底部绕管结构可解决和消除膨胀问题。

本发明中的辐射管屏3具有双面换热特性，因此对粗煤气的热量回收十分显著；另外，本发明中的辐射管屏3可以满足内部套管和外部上升管底部的自由膨胀；外部套管之间设置鳍片形成管屏结构，彻底摒弃了传统废锅结构底部连接架桥的存在，消除了积灰结渣的隐患。

所述壳体1内壁与外侧筒形膜式壁2外壁之间设有至少0.5m的环隙空间，便于内部检修。

工作过程：

气化炉中的粗煤气和流态熔融渣通过滴水檐4流入本发明内部，壳体1内充满了高温热量，水自循环水引入管21和侧向进水管31分别进入外侧筒形膜式壁2和辐射管屏3两个换热系统进行辐射换热；

外侧筒形膜式壁2换热：循环水从循环水引入管21流经进口环形集箱22，而后平均分流向上流过列管式的筒形水冷壁23，同时筒形水冷壁23内的水吸收粗煤气高温热量产生高压饱和蒸汽后汇入出口环形集箱24，最后通过蒸汽引出管25排出壳体1外，整体结构简单、水动力性能较好，不但可以进行强制循环，还可以实现自然循环辐射换热；

辐射管屏3换热：循环水从侧向进水管31进入进水集箱32，然后分流向下进入内套管33，流经到内套管33底部后折弯向上通过外部上升管34与内套管33的环隙，产生高压饱和蒸汽后从顶部外侧承压集箱35流出，最后通过顶部高压蒸汽引出管36流出壳体1外，采用自由端部结构彻底解决了热膨胀问题和消除了高压管线的热应力问题，另外，外部上升管34首先经受来自高温粗合成气的高温热量，其内部的水产生高压饱和蒸汽和水的混合物，其密度低于内套管33进入的水的密度，在密度差作用下，外部上升管34产生的高压饱和水气向上流动，内套管33内水缓缓向下流动，除了可以进行强制循环，还可以实现自然循环辐射换热。

由以上工作过程可以看出，辐射管屏3采用了特殊的套管结构，其中进水集箱32和内套管33均为内件不承压，故可以采用较薄的不锈钢管制作即可，经济性较好。所述外部上升管34、外侧承压集箱35和高压蒸汽引出管36均均属于承压件，需采用耐高温、耐腐蚀的承压材料制作，根据高压蒸汽压力和温度的工艺要求可以选用不同的材质，比如产生10mpa高压饱和蒸汽，辐射管屏3的承压件均选用耐高温、耐腐蚀的镍基合金材质。。

限位块37为薄钢片制作并焊接在内套管33外表面与外部上升管34内壁之间，其作用是防止内外套管间间隙不均而影响水的流动，一般每层均布设置3个，根据辐射管屏3高度不同可以设置若干组。

本发明可根据外侧筒形膜式壁2的直径需求增加内部辐射管屏3的个数，且每个辐射管屏3上的内套管及外部上升管的数量均可进行适应性调整，且在辐射管屏3整体较长时，可在外部上升管与外侧筒形膜式壁2的内壁之间设置多个导向组件，以实现连接支撑作用，且不影响其轴向自由滑移。

另外，也可通过在本发明下部设置类似的余热回收装置，或是直接将两个本发明结构串联，通过对流换热对低品位粗煤气的热量进一步回收，最大限度实现热量再回收利用，达到节能降耗的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。