專利名稱：一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煤氣化技術的能源利用裝置，特別是一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置。
背景技術：
煤氣化是潔凈、高效利用煤炭的最主要途徑之一，氣化原料和氧化劑混合進入氣化爐內，迅速發(fā)生反應，產(chǎn)生的高溫合成 氣(約1400°C)經(jīng)冷卻、除塵，送至下ー個車間進行有效利用。煤氣化技術中高溫合成氣的冷卻方式主要有兩種，一種為激冷流程，另ー種為廢鍋流程。激冷流程是高溫合成氣與激冷水充分接觸，使煤氣降溫冷卻、熔融渣固化。激冷流程不回收高溫合成氣中的顯熱，能源利用效率低。廢鍋流程中高溫合成氣依次進入輻射鍋爐和預熱鍋爐進行換熱降溫，并進行初歩除塵。它能最大限度的回收合成氣中的顯熱，以產(chǎn)生高壓蒸汽或預熱其他エ藝介質，這種方式可以回收相當于原料煤低位熱量中15 18%的能量，使得熱煤氣效率可達到9(Γ95%，提高了系統(tǒng)的能源利用效率。在現(xiàn)有的氣流床氣化技術中，采用廢熱鍋爐回收高溫合成氣的熱量一般有兩種方式ー是以Shell公司為代表的氣流床粉煤加壓氣化技術,循環(huán)冷氣返回氣化爐高溫合成氣出ロ將氣化爐合成氣冷卻至700 750°C，然后再進入對流廢熱鍋爐換熱副產(chǎn)中壓蒸汽。另ー種是以GE公司為代表的水煤漿氣化工藝，高溫合成氣顯熱采用輻射鍋爐+對流鍋爐的方式回收，副產(chǎn)高壓飽和蒸汽。但是，現(xiàn)有技術中的廢熱鍋爐還存在結構復雜、使用壽命較短等問題，主要表現(xiàn)在
(I)Shell粉煤氣化技術采用I. 3 I. 5倍的循環(huán)冷氣激冷高溫合成氣，増加了對流廢熱鍋爐及其后續(xù)合成氣除塵設備的尺寸，同時增加了設備的投資，合成氣循環(huán)壓縮機増加了氣化裝置的能耗；由于對流鍋爐積灰，影響了對流鍋爐的換熱效果，需要加入比設計激冷氣量更多的激冷氣。(2)GE水煤漿氣化工藝中的合成氣全顯熱回收系統(tǒng)由輻射廢熱鍋爐和對流廢熱鍋爐兩個設備組成，兩設備獨立布置，設備投資大，占用空間大，同時系統(tǒng)運行的可靠性也由于設備的復雜而受到影響；同時輻射鍋爐合成氣溫度缺乏調節(jié)手段，致使對流鍋爐積灰堵塞。

發(fā)明內容
本發(fā)明為克服現(xiàn)有氣化爐廢熱鍋爐的缺陷和不足，提供了一體化束狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，將氣化爐與具備輻射對流的熱回收裝置結合為ー個整體，達到充分回收高溫合成氣和熔融渣所帶顯熱，降低投資和節(jié)約能源，提高熱效率的目的。為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案如下
一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，其特征在于包括氣化爐體和熱回收裝置，氣化爐體設置于熱回收裝置上方；所述氣化爐體包括壓カ殼體、耐火村里或者水冷壁、位于頂部的噴嘴通道和位于底部的下渣ロ ；所述熱回收裝置包括合成氣入口、輻射換熱組件、渣池、對流換熱組件、壓カ殼體，合成氣入口位于壓カ殼體頂部封頭上，輻射換熱組件位于渣池的上部，渣池位于對流換熱組件的上部，輻射換熱組件、渣池、對流換熱組件位于壓カ殼體內形成一體；所述氣化爐體的下渣ロ與熱回收裝置頂部通過法蘭連接，下渣ロ與合成氣入口連通。所述合成氣入ロ為ー窄長通道，該合成氣入ロ的內壁為耐火村里。所述輻射換熱組件縱向設于壓カ殼體內，與帶熱量的氣體充分換熱；輻射換熱組件包括輻射水冷壁和輻射屏，輻射水冷壁是由若干個縱向平行設置的立管圍成的圓筒壁，相鄰的兩個立管通過焊接連接，圓筒壁的中間為輻射換熱腔；輻射換熱組件還包括輻射水冷壁上集箱、輻射水冷壁下集箱、輻射水冷壁進水管、輻射水冷壁引出管和輻射水冷壁受熱面，輻射水冷壁上集箱與每個立管的上端連通，輻射水冷壁下集箱與每個立管的下端連通，
輻射水冷壁進水管的一端與壓カ殼體固接并設在壓カ殼體的外部、輻射水冷壁進水管的另一端與輻射水冷壁上集箱連通，輻射水冷壁引出管的一端與壓カ殼體的上封頭固接、另ー端與輻射水冷壁上集箱連通。所述輻射屏由若干個立管排形成，立管排以熱回收裝置的中心向外發(fā)散分布于輻射換熱腔內，每個立管排由若干立管形成，立管排的相鄰兩個立管緊貼設置；輻射換熱組件還包括輻射屏上集箱、輻射屏下集箱、輻射屏進水管、輻射屏引出管，輻射屏受熱面的下端與輻射屏下集箱連通，輻射屏受熱面的上端與輻射屏上集箱連通，輻射屏進水管和輻射屏弓I出管分別與輻射屏下集箱和輻射屏上集箱連通，并引出到壓カ殼體外。所述渣池處于輻射換熱組件的底部，渣池外端與壓カ殼體通過連接板連接并固定，渣池的下端連接排渣管，排渣管延伸至壓カ殼體外。所述對流換熱組件包括蒸發(fā)器、過熱器和省煤器，蒸發(fā)器、過熱器和省煤器從上往下依次布置在壓カ殼體的空間中。所述蒸發(fā)器、過熱器和省煤器分別由ー組螺旋盤管形成，每組螺旋盤管分別包括四層螺旋環(huán)管，每兩層螺旋環(huán)管之間有一定的距離，每層螺旋環(huán)管是由管子緊密環(huán)繞形成的。所述蒸發(fā)器還包括蒸發(fā)器上集箱、蒸發(fā)器下集箱、蒸發(fā)器進水管、蒸發(fā)器引出管，形成蒸發(fā)器的螺旋盤管的上端與蒸發(fā)器上集箱連通，形成蒸發(fā)器的螺旋盤管的下端與蒸發(fā)器下集箱連通，蒸發(fā)器進水管與蒸發(fā)器下集箱連通，蒸發(fā)器引出管與蒸發(fā)器上集箱連通；所述過熱器還包括過熱器上集箱、過熱器下集箱、過熱器進水管、過熱器引出管，形成過熱器的螺旋盤管的上端與過熱器上集箱連通，形成過熱器的螺旋盤管的下端與過熱器下集箱連通，過熱器進水管與過熱器下集箱連通，過熱器引出管與過熱器上集箱連通；所述省煤器還包括省煤器上集箱、省煤器下集箱、省煤器進水管、省煤器引出管，形成過熱器的螺旋盤管的上端與省煤器上集箱連通，形成省煤器的螺旋盤管的下端與省煤器下集箱連通，省煤器進水管與省煤器下集箱連通，省煤器引出管與省煤器上集箱連通；蒸發(fā)器進水管、蒸發(fā)器引出管、過熱器進水管、過熱器引出管、省煤器進水管、省煤器引出管均延伸至壓カ殼體外。所述氣化爐為氣流床氣化爐，該氣流床氣化爐是單噴嘴氣化爐，或者多噴嘴氣化爐，或者煤漿氣化爐，或者粉煤氣化爐，或者水冷壁氣化爐，或者耐火村里氣化爐等各種形式的氣化爐。
本發(fā)明的具體工作原理是
氣化原料(水煤漿或者干煤粉)和氧化劑混合進入氣化爐體中，迅速發(fā)生氣化反應，生成高溫高壓的合成氣流及熔融渣(溫度約為1400°C );該高溫高壓的合成氣流及熔融渣出氣化爐后，通過窄長的合成氣入口以較高的氣流速度進入熱回收裝置，進入后向下通過輻射換熱腔，以輻射傳熱 的方式將熱量傳給四周的輻射水冷壁；由于流通面積擴大，熔融渣在合成氣流作用下向四周噴濺，從離開合成氣入口至到達輻射水冷壁的過程中，被充分冷卻，固化失去黏結性，在重力作用下落入輻射換熱組件底部的渣池中，在渣池中與水混合急劇冷卻，形成高硬度的固態(tài)灰渣，灰渣隨水排入鎖渣罐中，在渣池附近設置吹掃裝置，進行防結渣沉淀擾動，保證排渣系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運行；同時，合成氣流經(jīng)過渣池水面的反折，合成氣流由渣池與輻射水冷壁之間的通道繼續(xù)向下進入對流換熱組件，進ー步降溫冷卻。所述熱回收裝置將輻射換熱與對流換熱結合為一體，并盡可能多的回收高溫合成氣所帶顯熱，而且輻射換熱屏在輻射換熱腔的中下部，它的存在増大了輻射換熱面，減少了輻射換熱組件的體積，使換熱效果更好。本發(fā)明的有益效果如下
(I)本發(fā)明可有效的吸收氣化后的粗合成氣的顯熱，產(chǎn)生高壓蒸汽或中壓蒸汽用于發(fā)電或預熱其他エ質，整體能源利用率大大提高，具有能量回收利用率高的優(yōu)點。(2)本發(fā)明提供的一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，其熱回收裝置采用雙層水冷壁結構設計并設置輻射換熱屏和對流換熱面，有效地縮減了廢熱鍋爐整體尺寸，制造、運輸和安裝較為方便。


圖I為本發(fā)明的剖視示意 圖2為本發(fā)明圖I中的A-A截面首I]視不意 圖3為本發(fā)明圖I中的B-B截面首I]視不意 圖4為本發(fā)明圖I中的I部的局部示意圖。其中，附圖標記為1氣化爐體，2熱回收裝置，3壓カ殼體，4氣化爐的耐火村里或水冷壁，4噴嘴通道，5下渣ロ，6噴嘴通道，7合成氣入ロ，8輻射換熱組件，8-1輻射水冷壁，8-2輻射屏，9渣池，9-1連接板，9-2排渣管，10對流換熱組件，10-1蒸發(fā)器，10-2過熱器，10-3省煤器，10-4對流換熱水冷壁，11法蘭，12合成氣入口的耐火村里，13合成氣排氣ロ，14熱回收裝置的壓カ殼體。
具體實施例方式如圖I所示，一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，包括氣化爐體I和熱回收裝置2，所述氣化爐體I位于熱回收裝置2上方，由氣化爐的壓カ殼體3、氣化爐的耐火村里(或水冷壁)4、下渣ロ 5和噴嘴通道6組成。這里以單噴嘴耐火襯里結構的氣流床氣化爐體為例。其實，所述氣化爐為氣流床氣化爐，可以是單噴嘴氣化爐，也可以是噴嘴氣化爐，也可以是煤漿或粉煤氣化爐，也可以是水冷壁或耐火村里氣化爐等各種形式的氣化爐。所述熱回收裝置2為輻射鍋爐預熱鍋爐混合式熱回收裝置，包括合成氣入口 7、輻射換熱組件8、渣池9、對流換熱組件10、熱回收裝置的壓カ殼體14。該熱回收裝置2為回轉狀，輻射換熱組件8在上部，對流換熱組件10在下部，渣池9位于輻射換熱組件8底部。所述氣化爐體I和熱回收裝置2通過法蘭11連接，兩裝置間由ー窄長的通道連通，通道內壁為耐火村里12。所述熱回收裝置2為ー種回轉狀混合式熱回收裝置，熱回收裝置的壓カ殼體14的上封頭上設置有合成氣入口 7。所述輻射換熱組件8包括輻射水冷壁8-1和輻射屏8-2，輻射水冷壁8_1由多個平行設置的立管圍成圓柱形的空腔形成，相鄰的兩個接管之間通過焊接連接。輻射屏8-2位于輻射換熱組件8圍成的空腔內。
所述渣池9處于輻射換熱組件8的底部，渣池9外端與熱回收裝置的壓カ殼體14通過連接板9-1連接并固定，渣池9下端與排渣管9-2連接并延伸至熱回收裝置的壓カ殼體14外。所述對流換熱組件10位于渣池9下部，包括蒸發(fā)器10-1、過熱器10-2和省煤器10-3組成。所述蒸發(fā)器10-1、過熱器10-2和省煤器10-3由三組螺旋盤管組成。每組螺旋盤管由四層緊密環(huán)繞的螺旋環(huán)管組成，組與組之間錯列布置。蒸發(fā)器10-1、過熱器10-2和省煤器10-3依次布置在輻射換熱組件8下部的熱回收裝置的壓カ殼體14內。所述熱回收裝置的壓カ殼體14底部的下封頭上開有合成氣排氣ロ 13。本發(fā)明的工作過程為
氣化原料(水煤漿或者干煤粉)和氧化劑混合進入氣化爐體中，迅速發(fā)生氣化反應，生成高溫高壓的粗合成氣(溫度約為1400°C );該高溫合成氣流從合成氣入口進入熱回收裝置后，向下通過輻射換熱腔，熔融渣進入渣池凝固，氣流由渣池外圍通道繼續(xù)向下進入對流換熱組件，進ー步降溫冷卻。該熱回收裝置將輻射換熱與對流換熱結合為一體，并盡可能多的回收高溫合成氣所帶顯熱。熱回收裝置的合成氣入口為ー窄長的通道，內壁為耐火村里。高溫合成氣及熔融渣(溫度約1400°C)出氣化爐后，通過窄長的通道，以較高的氣流速度進入輻射換熱組件。輻射換熱組件由輻射換熱腔及腔內的輻射換熱屏組成。高溫合成氣及熔融渣進入水冷壁腔中，以輻射傳熱的方式將熱量傳給四周的輻射水冷壁。由于流通面積擴大，熔融渣在氣流作用下向四周噴濺，從離開通道至到達輻射水冷壁的過程中，被充分冷卻，固化失去黏結性，在重力作用下落入輻射換熱組件底部的渣池中。輻射換熱屏在輻射換熱腔的中下部，它的存在増大了輻射換熱面，減少了輻射換熱組件的體積，使換熱效果更好。渣池處于輻射換熱組件的下部。固化后的灰渣穿過輻射換熱腔后，落入下部的渣池中，在渣池中與水混合急劇冷卻，形成高硬度的固態(tài)灰渣?；以S水排入鎖渣罐中。在渣池附近設置吹掃裝置，進行防結渣沉淀擾動，保證排渣系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運行。氣流經(jīng)過渣池水面的反折，由渣池與水冷壁之間的通道，進入對流換熱組件。對流換熱組件由若干組螺旋盤管組成，螺旋盤管外層為輻射水冷壁。每組螺旋盤管由四層緊密環(huán)繞的螺旋環(huán)管組成，每組螺旋盤管錯列布置。經(jīng)排水降溫的合成氣依次流過蒸發(fā)器、過熱器、省煤器并進行換熱冷卻，由熱回收裝置底部的出ロ排出。
權利要求
1.一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，其特征在于包括氣化爐體和熱回收裝置，氣化爐體設置于熱回收裝置上方；所述氣化爐體包括壓力殼體、耐火襯里或者水冷壁、位于頂部的噴嘴通道和位于底部的下渣口 ；所述熱回收裝置包括合成氣入口、輻射換熱組件、渣池、對流換熱組件、壓力殼體，合成氣入口位于壓力殼體頂部封頭上，輻射換熱組件位于渣池的上部，渣池位于對流換熱組件的上部，輻射換熱組件、渣池、對流換熱組件位于壓力殼體內形成一體；所述氣化爐體的下渣口與熱回收裝置頂部通過法蘭連接，下渣口與合成氣入口連通。
2.根據(jù)權利要求I所述的一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，其特征在于所述合成氣入口為一窄長通道，該合成氣入口的內壁為耐火襯里。
3.根據(jù)權利要求I所述的一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，其特征在于所述輻射換熱組件縱向設于壓力殼體內，與帶熱量的氣體充分換熱；輻射換熱組件包括輻射水冷壁和輻射屏，輻射水冷壁是由若干個縱向平行設置的立管圍成的圓筒壁，相鄰的兩個立管通過焊接連接，圓筒壁的中間為輻射換熱腔；輻射換熱組件還包括輻射水冷壁上集箱、輻射水冷壁下集箱、輻射水冷壁進水管、輻射水冷壁引出管和輻射水冷壁受熱面，輻射水冷壁上集箱與每個立管的上端連通，輻射水冷壁下集箱與每個立管的下端連通，輻射水冷壁進水管的一端與壓力殼體固接并設在壓力殼體的外部、輻射水冷壁進水管的另一端與輻射水冷壁上集箱連通，輻射水冷壁引出管的一端與壓力殼體的上封頭固接、另一端與輻射水冷壁上集箱連通。
4.根據(jù)權利要求3所述的一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，其特征在于所述輻射屏由若干個立管排形成，立管排以熱回收裝置的中心向外發(fā)散分布于輻射換熱腔內，每個立管排由若干立管形成，立管排的相鄰兩個立管緊貼設置；輻射換熱組件還包括輻射屏上集箱、輻射屏下集箱、輻射屏進水管、輻射屏引出管，輻射屏受熱面的下端與輻射屏下集箱連通，輻射屏受熱面的上端與輻射屏上集箱連通，輻射屏進水管和輻射屏引出管分別與輻射屏下集箱和輻射屏上集箱連通，并引出到壓力殼體外。
5.根據(jù)權利要求I所述的一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，其特征在于所述渣池處于輻射換熱組件的底部，渣池外端與壓力殼體通過連接板連接并固定，渣池的下端連接排渣管，排渣管延伸至壓力殼體外。
6.根據(jù)權利要求I或4或5所述的一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，其特征在于所述對流換熱組件包括蒸發(fā)器、過熱器和省煤器，蒸發(fā)器、過熱器和省煤器從上往下依次布置在壓力殼體的空間中。
7.根據(jù)權利要求6所述的一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，其特征在于所述蒸發(fā)器、過熱器和省煤器分別由一組螺旋盤管形成，每組螺旋盤管分別包括四層螺旋環(huán)管，每兩層螺旋環(huán)管之間有一定的距離，每層螺旋環(huán)管是由管子緊密環(huán)繞形成的。
8.根據(jù)權利要求7所述的一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，其特征在于所述蒸發(fā)器還包括蒸發(fā)器上集箱、蒸發(fā)器下集箱、蒸發(fā)器進水管、蒸發(fā)器引出管，形成蒸發(fā)器的螺旋盤管的上端與蒸發(fā)器上集箱連通，形成蒸發(fā)器的螺旋盤管的下端與蒸發(fā)器下集箱連通，蒸發(fā)器進水管與蒸發(fā)器下集箱連通，蒸發(fā)器引出管與蒸發(fā)器上集箱連通；所述過熱器還包括過熱器上集箱、過熱器下集箱、過熱器進水管、過熱器引出管，形成過熱器的螺旋盤管的上端與過熱器上集箱連通，形成過熱器的螺旋盤管的下端與過熱器下集箱連通，過熱器進水管與過熱器下集箱連通，過熱器引出管與過熱器上集箱連通；所述省煤器還包括省煤器上集箱、省煤器下集箱、省煤器進水管、省煤器引出管，形成過熱器的螺旋盤管的上端與省煤器上集箱連通，形成省煤器的螺旋盤管的下端與省煤器下集箱連通，省煤器進水管與省煤器下集箱連通，省煤器引出管與省煤器上集箱連通；蒸發(fā)器進水管、蒸發(fā)器引出管、過熱器進水管、過熱器引出管、省煤器進水管、省煤器引出管均延伸至壓力殼體外。
9.根據(jù)權利要求I或8所述的一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，其特征在于所述氣化爐為氣流床氣化爐，該氣流床氣化爐是單噴嘴氣化爐，或者多噴嘴氣化爐，或者煤漿氣化爐，或者粉煤氣化爐，或者水冷壁氣化爐，或者耐火襯里氣化爐。
10.根據(jù)權利要求6所述的一體化束狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，其特征在于具體工作原理是氣化原料和氧化劑混合進入氣化爐體中，迅速發(fā)生氣化反應，生成高溫高壓的合成氣流；該高溫高壓的合成氣流和熔融渣從合成氣入口進入熱回收裝置后，通過熱回收裝置頂部窄長的合成氣入口進入輻射換熱組件，在輻射換熱腔中，對高溫合成氣流和熔融渣進行輻射水冷降溫；然后，熔融渣經(jīng)過輻射水冷后，直接進入渣池，在渣池中，熔融渣與水混合急劇冷卻，形成高硬度的固態(tài)灰渣；合成氣流向下經(jīng)過渣池水面的反折，通過渣池與輻射水冷壁之間的通道繼續(xù)向下進入對流換熱組件，進一步降溫冷卻；最后，經(jīng)排水降溫的合成氣流在對流換熱組件內，依次流過蒸發(fā)器、過熱器、省煤器并進行換熱冷卻，由熱回收裝置底部的合成氣排氣口排出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一體化回轉狀輻射鍋爐預熱鍋爐混合式能源利用裝置，包括氣化爐體和熱回收裝置，氣化爐體設置于熱回收裝置上方；熱回收裝置包括合成氣入口、輻射換熱組件、渣池、對流換熱組件、壓力殼體，合成氣入口位于壓力殼體頂部封頭上，輻射換熱組件位于渣池的上部，渣池位于對流換熱組件的上部，輻射換熱組件、渣池、對流換熱組件位于壓力殼體內形成一體；氣化爐體的下渣口與熱回收裝置頂部通過法蘭連接，下渣口與合成氣入口連通；本發(fā)明可有效吸收氣化后的粗合成氣顯熱，產(chǎn)生高壓蒸汽或中壓蒸汽用于發(fā)電或預熱其他工質，能源利用率大大提高，能量回收利用率高；有效縮減了廢熱鍋爐整體尺寸，制造、運輸和安裝較為方便，可消除對流換熱面的積灰問題。
文檔編號C10J3/80GK102977925SQ201210529739
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者曹立勇, 張媛, 張春飛, 張鑫, 劉正寧, 郭盼, 杜奇, 樊偉, 李陽, 李少華, 雷宇 申請人:中國東方電氣集團有限公司