一种气化炉合成气冷却器的制作方法

本发明涉及气化炉合成气废热回收的技术领域，更具体地讲，涉及一种气化炉合成气冷却器。

背景技术：

现代煤化工和(或油)气化工艺的反应温度约1350℃～1600℃，气化产物为高温高压合成气以及熔融渣，气化室出口的合成气及熔渣具有较高的温度，蕴含大量显热，为提高能量整体利用率需回收此部分热量。采用废热锅炉可回收10％～13％入炉煤热值的热量，所产饱和蒸汽或过热蒸汽可用于化工厂内其他流程使得整体能量利用效率得到提高；若用于igcc发电系统，可使发电效率提高3％～5％。

气化炉合成气废热锅炉有辐射废锅和对流废锅两大类，现阶段出现了很多用于回收高温合成气热量的半辐射、全辐射废锅结构，但普遍存在受热面易结渣、堵渣问题。此外，辐射废锅炉膛内辐射屏与炉膛膜式壁因受热不同或材料选择不同会产生较大的膨胀差，使辐射屏结构复杂、运行不稳定，存在安全隐患。鉴于辐射废锅的诸多不确定性，气化炉对流废锅作为合成气冷却及热量回收设备就显得尤为重要。

shell气化炉的合成气冷却器是目前应用较为普遍的气化炉对流废锅之一，其结构是多组内套盘管与圆筒形膜式壁组合式，不但制造复杂、周期长，而且造价高也不易于后期维护。此外，国内的很多高校和企业也开发了各种不同的对流废锅技术，但在设计上始终不能突破结构复杂和制造困难等问题。

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种能够设于气化炉辐射段或合成气水浴流程后端进行合成气的进一步冷却，特别适用于已脱除熔渣的合成气显热回收项目的气化炉合成气冷却器。

本发明提供了一种气化炉合成气冷却器，所述气化炉合成气冷却器包括压力外壳单元和管式受热面内件单元；

所述压力外壳单元包括上封头、中间直段筒体和下锥段，所述上封头上设置有合成气引入口且上封头的底部设置有伸入中间直段筒体的合成气通道底锥，所述合成气引入口与合成气通道底锥连通形成高温合成气通道；

所述管式受热面内件单元包括包墙膜式壁受热面与蛇形管屏受热面，包墙膜式壁受热面中包墙膜式壁的顶部通过膨胀节单元与合成气通道底锥相连，包墙膜式壁与压力外壳单元的侧壁之间留有环形空间并且包墙膜式壁的筒体内从上到下布置有多级蛇形管屏受热面；

其中，高温合成气自气化炉合成气冷却器的合成气引入口引入高温合成气通道后进入管式受热面内件单元中包墙膜式壁围成的筒体内冲刷蛇形管屏受热面并与包墙膜式壁和蛇形管屏受热面中的水和/或蒸汽热交换后冷却输出。

根据本发明气化炉合成气冷却器的一个实施例，所述包墙膜式壁通过第一固定单元支坐在压力外壳单元的中间直段筒体内壁上，包墙膜式壁的上中下部还分别设置有与压力外壳单元的中间直段筒体内壁相连的导向单元，包墙膜式壁的下部悬垂设置。

根据本发明气化炉合成气冷却器的一个实施例，所述包墙膜式壁过热器包括包墙膜式壁、第一进出口集箱、第一进出口管道、排气管和第一疏水管，包墙膜式壁的两端分别与第一进出口集箱相连，第一进出口集箱分别通过第一进出口管道与外部管道相连并且分别通过排气管和第一疏水管进行排气和疏水，其中，所述第一进出口集箱、第一进出口管道、排气管和第二疏水管均布置在环形空间内。

根据本发明气化炉合成气冷却器的一个实施例，所述蛇形管屏受热面通过第二固定单元分级固定在包墙膜式壁的筒体内，蛇形管屏受热面中蛇形管屏的绕管间通过支撑单元固定支撑，每级蛇形管屏受热面包括1片或多片蛇形管屏且每片蛇形管屏由1根或多根光管绕成。

根据本发明气化炉合成气冷却器的一个实施例，蛇形管屏受热面包括多级蛇形管屏、第二进出口集箱、第二进出口管道和第二疏水管，蛇形管屏的两端穿出包墙膜式壁后分别与第二进出口集箱相连，第二进出口集箱分别通过第二进出口管道与外部管道相连并且通过第二疏水管进行疏水，其中，所述第二进出口集箱、第二进出口管道和第二疏水管均布置在环形空间内。

根据本发明气化炉合成气冷却器的一个实施例，蛇形管屏穿过包墙膜式壁的位置需设置密封盒；包墙膜式壁上沿着高度方向间隔地开设若干个吹灰孔并相应地布置吹灰单元以对应每级蛇形管屏，所述吹灰孔的相对侧布置有检修口。

根据本发明气化炉合成气冷却器的一个实施例，所述膨胀节单元包括金属膨胀节、上部密封板、下部密封板和膨胀节内侧隔热层，所述上部密封板与合成气通道底锥连接且下部密封板与包墙膜式壁连接，膨胀节内侧隔热层设置在金属膨胀节的内表面上。

根据本发明气化炉合成气冷却器的一个实施例，所述高温合成气通道的内侧敷设有预定厚度的耐火隔热层，所述压力外壳单元的中间直段筒体和下锥段的内侧敷设有隔热层。

根据本发明气化炉合成气冷却器的一个实施例，所述包墙膜式壁的横截面为等边或不等边的多边形，所述压力外壳单元上设置有若干个人孔单元。

根据本发明气化炉合成气冷却器的一个实施例，所述气化炉合成气冷却器设置于气化炉辐射段或合成气水浴流程后端，其中，所述包墙膜式壁受热面和蛇形管屏受热面中的水和/或蒸汽在与合成气高温热交换后成为饱和蒸汽或过热蒸汽输出。

与现有技术相比，本发明新型气化炉合成气冷却器为对流式废锅形式并且包括压力外壳单元和管式受热面内件单元，其利用水和/或蒸汽作为冷却剂，水和/或蒸汽在管内与热侧合成气介质进行换热，产出的饱和蒸汽或过热蒸汽送往蒸汽管网。本发明中的管式受热面内件单元包括包墙膜式壁受热面和蛇形管屏受热面，结构简单、制作方便、造价低且易于运行维护，可设于气化炉辐射段或合成气水浴流程后端进行合成气的进一步冷却，特别适用于已脱除熔渣的合成气显热回收项目。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的气化炉合成气冷却器的整体结构示意图。

图2示出了根据本发明示例性实施例的气化炉合成气冷却器中压力外壳单元和高温合成气通道的结构示意图。

图3示出了根据本发明示例性实施例的气化炉合成气冷却器中管式受热面内件单元的结构示意图。

图4示出了根据本发明示例性实施例的气化炉合成气冷却器的汽水流程简图。

附图标记说明：

100-压力外壳单元；101-中间直段筒体；102-下锥段；103-上封头；104a、104b、104c-人孔单元；105a、105b-合成气引入口；106-隔热层；107-耐火隔热层；108-合成气通道底锥；

200-管式受热面内件单元；201-包墙膜式壁；202a、202b-第一进出口集箱；203a、203b-第一进出口管道；204-排气管；205-第一疏水管；206-第一固定单元；207a、207b、207c-导向单元；208a、208b-吹灰孔和吹灰单元；209-蛇形管屏；210a、210b-第二进出口集箱；211a、211b-第二进出口管道；212-第二疏水管；213-第二固定单元；214-支撑单元；

300-膨胀节单元；301-金属膨胀节；302a-上密封板、302b-下密封板；303-膨胀节内侧隔热层；

400-环形空间。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

图1示出了根据本发明示例性实施例的气化炉合成气冷却器的整体结构示意图。本发明的气化炉合成气冷却器为对流式废锅形式，利用水/蒸汽作为冷却剂，可产出饱和蒸汽或过热蒸汽。

如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述气化炉合成气冷却器包括压力外壳单元100和管式受热面内件单元200，其中，管式受热面内件单元200是冷却器主要的换热受热单元，压力外壳单元100用以保护管式受热面内件单元。

图2示出了根据本发明示例性实施例的气化炉合成气冷却器中压力外壳单元和高温合成气通道的结构示意图。

如图2所示，压力外壳单元100包括上封头103、中间直段筒体101和下锥段102，上封头103、中间直段筒体101和下锥段102从上至下连接形成压力外壳单元100的主体。上封头103上设置有合成气引入口105a、105b，合成气引入口可以设置在上封头103的顶部或侧部。上封头103的底部设置有伸入中间直段筒体101的合成气通道底锥108，合成气引入口105a、105b与合成气通道底锥108连通形成高温合成气通道，则待冷却的高温合成气通过合成气引入口进入冷冷却器并通过高温合成气通道进入后续冷却阶段。

优选地，高温合成气通道的内侧敷设有预定厚度的耐火隔热层107以防止外壳金属过热；压力外壳单元100的中间直段筒体101和下锥段102的内侧敷设有隔热层106以保证外壳金属壁温在设计允许范围内；压力外壳单元100上还设置有若干个人孔单元104a、104b、104c，以便于检修。

图3示出了根据本发明示例性实施例的气化炉合成气冷却器中管式受热面内件单元的结构示意图。

如图3所示，管式受热面内件单元200包括包墙膜式壁受热面与蛇形管屏受热面。其中，包墙膜式壁受热面中包墙膜式壁201的顶部通过膨胀节单元300与合成气通道底锥108相连，包墙膜式壁201与压力外壳单元100的侧壁之间留有环形空间400并且包墙膜式壁201的筒体内从上到下布置有多级蛇形管屏受热面，例如过热器、蒸发器、预热器等。

优选地，包墙膜式壁201的横截面为等边或不等边的多边形并形成容纳蛇形管屏受热面中蛇形管屏的空间。

根据本发明，包墙膜式壁201通过第一固定单元206支坐在压力外壳单元100的中间直段筒体101内壁上，包墙膜式壁201的上中下部还分别设置有与压力外壳单元100的中间直段筒体101内壁相连的若干个导向单元207a、207b、207c，包墙膜式壁201的下部悬垂设置。其中，导向单元可以防止筒体晃动，包墙膜式壁受热面整体固定在压力外壳单元100中，蛇形管屏则固定在包墙膜式壁201内侧。

具体地，包墙膜式壁受热面包括包墙膜式壁201、第一进出口集箱202a、202b、第一进出口管道203a、203b、排气管204和第一疏水管205，包墙膜式壁201的两端分别与第一进出口集箱202a、202b相连，第一进出口集箱202a、202b分别通过第一进出口管道203a、203b与外部管道相连并且分别通过排气管204和第一疏水管205进行排气和疏水。

其中，第一进出口集箱202a、202b、第一进出口管道203a、203b、排气管204和第二疏水管205均布置在环形空间400内。优选地，第一进出口集箱中202a、202b的第一进口集箱设置在上部且第一出口集箱设置在下部，排气管204与第一进出口集箱中的第一进口集箱相连，第一疏水管205与第一进出口集箱中的第一出口集箱相连，本发明不限于此。

根据本发明，蛇形管屏受热面通过第二固定单元213分级固定在包墙膜式壁201的筒体内，蛇形管屏受热面中蛇形管屏209的绕管间通过支撑单元214固定支撑，每级蛇形管屏受热面包括1片或多片蛇形管屏(如15～20片)，每片蛇形管屏由1根或多根光管绕成。

优选地，蛇形管屏受热面包括多级蛇形管屏209、第二进出口集箱210a、210b、第二进出口管道211a、211b和第二疏水管212，蛇形管屏209的两端穿出包墙膜式壁201后分别与第二进出口集箱210a、210b相连，第二进出口集箱210a、210b分别通过第二进出口管道211a、211b与外部管道相连并且通过第二疏水管进行疏水212。

其中，第二进出口集箱210a、210b、第二进出口管道211a、211b和第二疏水管212均布置在环形空间内。优选地，第二进出口集箱中的第二进口集箱设置在上部且第二出口集箱设置在下部，第二疏水管212与第二进出口集箱中的第二出口集箱相连，本发明不限于此。

蛇形管屏209穿过包墙膜式壁201的位置需设置密封盒以保证密封性。并且，为了防止蛇形管屏机会，在包墙膜式壁201上沿着高度方向间隔地开设若干个吹灰孔和吹灰单元208a、208b以对应每级蛇形管屏并对其进行吹灰处理，吹灰孔的相对侧布置有检修口以方便吹灰器的安装和蛇形管屏209的检修。

由此，高温合成气自气化炉合成气冷却器的合成气引入口引入高温合成气通道后进入管式受热面内件单元中包墙膜式壁围成的筒体内冲刷蛇形管屏受热面并与包墙膜式壁和蛇形管屏受热面中的水和/或蒸汽热交换后冷却输出；包墙膜式壁受热面和蛇形管屏受热面中的水和/或蒸汽在与合成气高温热交换后成为饱和蒸汽或过热蒸汽输出至蒸汽管网。

本发明的膨胀节单元400包括金属膨胀节301、上部密封板302a、下部密封板302b和膨胀节内侧隔热层303，上部密封板302a与合成气通道底锥108连接且下部密封板302b与包墙膜式壁201连接，由此可顺利将高温合成气引入管式受热面内件单元200进行冷却；膨胀节内侧隔热层303设置在金属膨胀节的内侧(例如，可以直接设置在内表面上或与内表面间隔地设置)以将金属膨胀节301与高温合成气隔绝。

综上所述，本发明的气化炉合成气冷却器结构简单、制作方便、造价低且易于运行维护，其中的管式受热面内件单元支撑方式简洁、可靠；压力外壳单元中的上封头用作为合成气进口通道与外界连接，结构简单且流程短、压损小；汽/水侧工艺参数调节裕度大，可任意出产饱和蒸汽或过热蒸汽；环形空间兼做检修通道，方便检修工作的进行。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。