生物質(zhì)合成氣冷卻用中溫中壓余熱鍋爐的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種生物質(zhì)合成氣冷卻用中溫中壓余熱鍋爐，它由鍋筒、豎直膜式水冷壁、水平煙道組成，豎直膜式水冷壁和水平煙道連成一體化L型結(jié)構(gòu)。省煤器的出水口通過熱水引出管與鍋筒上部連通，膜式水冷壁下集箱和蒸發(fā)器下集箱均通過下降管與鍋筒連通，蒸發(fā)器上集箱通過第二汽水引出管與鍋筒連通，膜式水冷壁上集箱通過第一汽水引出管與鍋筒連通，飽和蒸汽引出管的一端與鍋筒頂部連通，飽和蒸汽引出管的另一端連接低溫過熱器，低溫過熱器連接高溫過熱器，高溫過熱器的輸出端連接高溫過熱器出口集箱。本實(shí)用新型能夠提高生物質(zhì)合成氣顯熱的利用效率，合成氣中焦油脫除效果好，不易堵塞受熱面。
【專利說明】生物質(zhì)合成氣冷卻用中溫中壓余熱鍋爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及生物質(zhì)燃料氣化后產(chǎn)生的高溫合成氣的冷卻系統(tǒng)，具體地指一種生物質(zhì)合成氣冷卻用中溫中壓余熱鍋爐。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著化石燃料逐漸枯竭，生物質(zhì)等可再生能源的開發(fā)利用日益受到關(guān)注，并處于快速發(fā)展之中。生物質(zhì)燃料氣化是其中非常具有前景的應(yīng)用方式之一，所謂生物質(zhì)氣化是指在氣化劑的參與下，在一定溫度和壓力條件下，把固體生物質(zhì)燃料轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的過程。為了使生物質(zhì)合成氣達(dá)到工業(yè)使用的要求，必須對(duì)生物質(zhì)合成氣進(jìn)行凈化處理，由于生物質(zhì)氣化后的合成氣溫度較高，這就要求對(duì)此高溫合成氣首先進(jìn)行冷卻處理。
[0003]對(duì)生物質(zhì)合成氣進(jìn)行降溫處理通常采用激冷塔，在激冷塔內(nèi)噴灑冷水與合成氣混合，使合成氣的溫度下降到250°C以下，但噴水導(dǎo)致合成氣蘊(yùn)含的大量顯熱白白浪費(fèi)了，整體系統(tǒng)也極不節(jié)能環(huán)保。為此可考慮采用余熱鍋爐對(duì)初冷后的合成氣進(jìn)行再次降溫以回收余熱，但是常規(guī)余熱鍋爐所產(chǎn)蒸汽多為飽和蒸汽，隨著氣化裝置容量的不斷增大，氣化及相關(guān)系統(tǒng)飽和蒸汽的用量相對(duì)過剩，由于飽和蒸汽不能用于發(fā)電，若繼續(xù)使用飽和蒸汽余熱鍋爐則會(huì)造成剩余蒸汽的大量浪費(fèi)。另外，普通余熱鍋爐的爐壁多敷設(shè)耐火澆注料，使得整個(gè)余熱鍋爐重量加大，而且隨著合成氣溫度的提高，所需耐火層的厚度就更大了，更增加了余熱鍋爐的重量。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的就是要提供一種生物質(zhì)合成氣冷卻用中溫中壓余熱鍋爐，該鍋爐不僅能利用高溫合成氣生產(chǎn)中溫中壓的過熱蒸汽用于發(fā)電，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的換熱效率、減輕了余熱鍋爐的重量。
[0005]為實(shí)現(xiàn)此目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的生物質(zhì)合成氣冷卻用中溫中壓余熱鍋爐，其特征在于:它包括水平煙道、豎直膜式水冷壁、灰斗、鍋筒、熱水引出管、第一汽水引出管、下降管、第二汽水引出管、飽和蒸汽引出管、低溫過熱器入口集箱、低溫過熱器出口集箱、過熱器連接管、高溫過熱器入口集箱、高溫過熱器出口集箱、設(shè)置在水平煙道內(nèi)部煙道腔的省煤器、由高至低依次設(shè)置在豎直膜式水冷壁內(nèi)部煙道腔中的高溫過熱器和低溫過熱器以及蒸發(fā)器、設(shè)置在豎直膜式水冷壁頂部并與豎直膜式水冷壁連通的膜式水冷壁上集箱、設(shè)置在豎直膜式水冷壁底部并與豎直膜式水冷壁連通的膜式水冷壁下集箱，其中，所述灰斗的進(jìn)氣口穿過膜式水冷壁下集箱與豎直膜式水冷壁的內(nèi)部煙道腔連通，所述灰斗的出氣口與水平煙道的進(jìn)氣端連通，所述灰斗的底部開設(shè)有出渣口，所述蒸發(fā)器的底端輸入口穿出豎直膜式水冷壁并連接有蒸發(fā)器下集箱，所述蒸發(fā)器的頂端輸出口穿出豎直膜式水冷壁并連接有蒸發(fā)器上集箱；
[0006]所述省煤器的出水口通過熱水引出管與鍋筒上部連通，所述膜式水冷壁下集箱和蒸發(fā)器下集箱均通過下降管與鍋筒底部連通，所述蒸發(fā)器上集箱通過第二汽水引出管與鍋筒中部連通，所述膜式水冷壁上集箱通過第一汽水引出管與鍋筒中部連通，所述飽和蒸汽引出管的一端與鍋筒頂部連通，所述飽和蒸汽引出管的另一端通過低溫過熱器入口集箱與低溫過熱器的輸入端連接，所述低溫過熱器的輸出端連接低溫過熱器出口集箱，所述高溫過熱器的輸入端連接高溫過熱器入口集箱，所述低溫過熱器出口集箱通過過熱器連接管連接高溫過熱器入口集箱，所述高溫過熱器的輸出端連接高溫過熱器出口集箱。
[0007]進(jìn)一步地，所述膜式水冷壁上集箱的頂部還設(shè)有與豎直膜式水冷壁內(nèi)部煙道腔連通的進(jìn)口短接頭，所述水平煙道的出氣端連接有出口短接頭。
[0008]進(jìn)一步地，所述進(jìn)口短接頭為錐形進(jìn)口短接頭，該錐形進(jìn)口短接頭的大端連接膜式水冷壁上集箱的頂部；所述出口短接頭為錐形出口短接頭，該所述錐形出口短接頭的大端連接水平煙道的出氣端。
[0009]更進(jìn)一步地，所述進(jìn)口短接頭的內(nèi)壁敷設(shè)有耐火層。
[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011]I)與激冷塔噴水降溫相比，本實(shí)用新型采用了受熱面換熱的方式，充分利用了合成氣的顯熱，從而避免了噴水降溫方式會(huì)增大合成氣體積的問題，也降低了初期投資和運(yùn)行成本，體現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保性；
[0012]2)與普通余熱鍋爐相比，本實(shí)用新型中的豎向煙道四面由豎直膜式水冷壁組成，相對(duì)于敷設(shè)耐火材料的絕熱型普通余熱鍋爐，本余熱鍋爐入口的合成氣溫度可大幅提高(入口合成氣溫度在500?1000°C內(nèi)，考慮到尾部受熱面處合成氣溫度過低會(huì)對(duì)金屬管壁造成腐蝕，而且由于設(shè)置了過熱器，不適用于入口合成氣溫度在500°C以下的情況)，而且上述結(jié)構(gòu)的密封性能好，無需耐火澆注料以構(gòu)成耐火層，大大減輕了余熱鍋爐的重量；
[0013]3)由于余熱鍋爐入口合成氣溫度的提高，且在合成氣最高溫度區(qū)域設(shè)置了過熱器，因此可生產(chǎn)中溫中壓的過熱蒸汽用于發(fā)電，也可從電廠汽輪機(jī)的相應(yīng)部位抽取不同壓力等級(jí)的蒸汽以滿足工藝用蒸汽的需求，與單純生產(chǎn)飽和蒸汽的余熱鍋爐相比，不會(huì)形成飽和蒸汽的相對(duì)過剩甚至浪費(fèi)。
[0014]4)本實(shí)用新型中豎直膜式水冷壁和水平煙道總體呈L形，合成氣首先進(jìn)入豎直膜式水冷壁，有利于凝結(jié)在豎直膜式水冷壁、低溫過熱器、高溫過熱器、蒸發(fā)器上的焦油流下并通過灰斗排出，當(dāng)氣流通過灰斗的L形轉(zhuǎn)折處進(jìn)入水平煙道時(shí)，由于合成氣轉(zhuǎn)向的緣故可再次通過灰斗收集合成氣里的部分焦油，從而避免了鍋爐低溫受熱面因焦油冷凝而形成堵塞，確保了鍋爐及后續(xù)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]其中，I一省煤器、2—膜式水冷壁下集箱、3—豎直膜式水冷壁、4一蒸發(fā)器、5—低溫過熱器、6—高溫過熱器、7—膜式水冷壁上集箱、8—鍋筒、9一熱水引出管、10—第一汽水引出管、11 一下降管、12—第二汽水引出管、13—蒸發(fā)器上集箱、14 一蒸發(fā)器下集箱、15—進(jìn)口短接頭、16—灰斗、17—出口短接頭、18—水平煙道、19一出渣口、20—飽和蒸汽引出管、21—低溫過熱器入口集箱、22—低溫過熱器出口集箱、23—過熱器連接管、24—高溫過熱器入口集箱、25—高溫過熱器出口集箱?！揪唧w實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0018]如圖1所示的生物質(zhì)合成氣冷卻用中溫中壓余熱鍋爐，它包括水平煙道18、豎直膜式水冷壁3、灰斗16、鍋筒8、熱水引出管9、第一汽水引出管10、下降管11、第二汽水引出管12、飽和蒸汽引出管20、低溫過熱器入口集箱21、低溫過熱器出口集箱22、過熱器連接管23、高溫過熱器入口集箱24、高溫過熱器出口集箱25、設(shè)置在水平煙道18內(nèi)部煙道腔的省煤器1、由高至低依次設(shè)置在豎直膜式水冷壁3內(nèi)部煙道腔中的高溫過熱器6和低溫過熱器5以及蒸發(fā)器4、設(shè)置在豎直膜式水冷壁3頂部并與豎直膜式水冷壁3連通的膜式水冷壁上集箱7、設(shè)置在豎直膜式水冷壁3底部并與豎直膜式水冷壁3連通的膜式水冷壁下集箱2，其中，所述灰斗16的進(jìn)氣口穿過膜式水冷壁下集箱2與豎直膜式水冷壁3的內(nèi)部煙道腔連通，所述灰斗16的出氣口與水平煙道18的進(jìn)氣端連通，所述灰斗16的底部開設(shè)有出渣口19，所述蒸發(fā)器4的底端輸入口穿出豎直膜式水冷壁3并連接有蒸發(fā)器下集箱14，所述蒸發(fā)器4的頂端輸出口穿出豎直膜式水冷壁3并連接有蒸發(fā)器上集箱13 ；
[0019]所述省煤器I的出水口通過熱水引出管9與鍋筒8上部連通，所述膜式水冷壁下集箱2和蒸發(fā)器下集箱14均通過下降管11與鍋筒8底部連通，所述蒸發(fā)器上集箱13通過第二汽水引出管12與鍋筒8中部連通，所述膜式水冷壁上集箱7通過第一汽水引出管10與鍋筒8中部連通(上述第一汽水引出管10和第二汽水引出管12與鍋筒8的連接口位于鍋筒8液面的上方)，所述飽和蒸汽引出管20的一端與鍋筒8頂部連通，所述飽和蒸汽引出管20的另一端通過低溫過熱器入口集箱21與低溫過熱器5的輸入端連接，所述低溫過熱器5的輸出端連接低溫過熱器出口集箱22，所述高溫過熱器6的輸入端連接高溫過熱器入口集箱24，所述低溫過熱器出口集箱22通過過熱器連接管23連接高溫過熱器入口集箱24，所述高溫過熱器6的輸出端連接高溫過熱器出口集箱25。
[0020]上述技術(shù)方案中，所述膜式水冷壁上集箱7的頂部還設(shè)有與豎直膜式水冷壁3內(nèi)部煙道腔連通的進(jìn)口短接頭15，所述水平煙道18的出氣端連接有出口短接頭17。
[0021]上述技術(shù)方案中，所述進(jìn)口短接頭15為錐形進(jìn)口短接頭，該錐形進(jìn)口短接頭的大端連接膜式水冷壁上集箱7的頂部；所述出口短接頭17為錐形出口短接頭，該所述錐形出口短接頭的大端連接水平煙道18的出氣端。
[0022]上述技術(shù)方案中，所述進(jìn)口短接頭15的內(nèi)壁敷設(shè)有耐火層。
[0023]本實(shí)用新型中，受熱面包括省煤器1、豎直膜式水冷壁3、蒸發(fā)器4、低溫過熱器5和高溫過熱器6。
[0024]本實(shí)用新型使用時(shí)，高溫生物質(zhì)合成氣從豎直膜式水冷壁3上方的進(jìn)口短接頭15引入，沖刷高溫過熱器6、低溫過熱器5、蒸發(fā)器4和豎直膜式水冷壁3，此時(shí)，豎直膜式水冷壁3不僅作為受熱面起到了吸熱的作用，也因其密封成片起到了煙道的作用。生物質(zhì)合成氣經(jīng)過豎直膜式水冷壁3時(shí)，隨著熱量不斷被低溫的水和蒸汽吸走，其溫度不斷下降，生物質(zhì)合成氣里含有的焦油也會(huì)不斷地凝結(jié)并粘附在高溫過熱器6、低溫過熱器5、蒸發(fā)器4和豎直膜式水冷壁3的表面上,此時(shí)焦油處于液態(tài)，由于豎直膜式水冷壁3是豎向布置的,所以在重力作用下，焦油會(huì)沿著豎直膜式水冷壁3向下流動(dòng)，滴入灰斗16內(nèi)，并由出渣口 19排出爐外。上述高溫過熱器6、低溫過熱器5和蒸發(fā)器4處于豎直膜式水冷壁3形成的煙道的中心位置，因此合成氣的沖刷速度較高，隨著管壁上粘附的焦油不斷增加，最終還是會(huì)因?yàn)橹亓Φ淖饔枚饾u滴入灰斗16內(nèi)。當(dāng)合成氣由豎直膜式水冷壁3通過灰斗16的L形轉(zhuǎn)折處進(jìn)入水平煙道18時(shí)，由于合成氣轉(zhuǎn)向的緣故可再次通過灰斗16收集合成氣里的部分焦油，從而避免了鍋爐低溫受熱面因焦油冷凝而形成的堵塞，確保了鍋爐及后續(xù)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。上述進(jìn)口短接頭15和出口短接頭17可采用錐形結(jié)構(gòu)，由于進(jìn)口短接頭15處合成氣溫度較高，進(jìn)口短接頭15的內(nèi)壁需敷設(shè)耐火澆注料構(gòu)成的耐火層，出口短接頭17處合成氣溫度較低，因此不需耐火層。此外，豎直膜式水冷壁3和水平煙道18外表面敷設(shè)有隔熱層，隔熱層優(yōu)選保溫性能好且密度小的保溫棉材質(zhì)，使設(shè)備的重量較傳統(tǒng)余熱鍋爐顯著減輕。
[0025]常溫的除鹽水通過給水泵送入省煤器I的進(jìn)水口，冷的除鹽水在省煤器I內(nèi)吸收生物質(zhì)合成氣的熱量后溫度升高成為接近飽和溫度的熱水，省煤器I通過熱水引出管9與鍋筒8連通并向鍋筒8提供熱水。鍋筒8中的熱水由下降管11分別進(jìn)入膜式水冷壁下集箱2和蒸發(fā)器4中，熱水通過膜式水冷壁下集箱2進(jìn)入豎直膜式水冷壁3，豎直膜式水冷壁3中的熱水和蒸發(fā)器4中的熱水與高溫生物質(zhì)合成氣進(jìn)行熱交換，在豎直膜式水冷壁3和蒸發(fā)器4內(nèi)形成汽水混合物，由于下降管11中水的密度大于豎直膜式水冷壁3和蒸發(fā)器4中汽水混合物的密度，依靠這個(gè)密度差，使水沿著下降管11向下流動(dòng)，而汽水混合物則由豎直膜式水冷壁3、膜式水冷壁上集箱7、第一汽水引出管10形成的第一上升管路和由蒸發(fā)器4、第二汽水引出管12形成的第二上升管路連續(xù)不斷地向上流入鍋筒8形成自然循環(huán)。鍋筒8上方引出的飽和水蒸汽由飽和蒸汽引出管20進(jìn)入低溫過熱器5，在低溫過熱器5內(nèi)吸熱升溫后成為過熱蒸汽，再進(jìn)入高溫過熱器6吸熱后達(dá)到額定出口溫度，過熱蒸汽從高溫過熱器6出口由高溫過熱器出口集箱25引至汽輪機(jī)將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。本實(shí)用新型的余熱鍋爐及相關(guān)配置，不僅能高效地吸收生物質(zhì)合成氣的顯熱用于發(fā)電，也滿足了生物質(zhì)氣化工段以及其它后續(xù)工段的工藝用蒸汽的需求。
[0026]本實(shí)用新型的核心在于高溫過熱器6、低溫過熱器5、蒸發(fā)器4和豎直膜式水冷壁3的設(shè)置，能夠充分吸收合成氣余熱，又能生產(chǎn)過熱蒸汽用于發(fā)電，其換熱效率高；豎直膜式水冷壁3通過灰斗16與水平煙道18連成一體化L形結(jié)構(gòu)有利于生物質(zhì)合成氣中焦油的脫除，且因煙道為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)而不設(shè)耐火澆注料，故設(shè)備重量輕。
[0027]本說明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種生物質(zhì)合成氣冷卻用中溫中壓余熱鍋爐，其特征在于:它包括水平煙道(18)、豎直膜式水冷壁(3)、灰斗(16)、鍋筒(8)、熱水引出管(9)、第一汽水引出管(10)、下降管(11)、第二汽水引出管(12)、飽和蒸汽引出管(20)、低溫過熱器入口集箱(21)、低溫過熱器出口集箱(22 )、過熱器連接管(23 )、高溫過熱器入口集箱(24 )、高溫過熱器出口集箱(25 )、設(shè)置在水平煙道(18)內(nèi)部煙道腔的省煤器(I)、由高至低依次設(shè)置在豎直膜式水冷壁(3)內(nèi)部煙道腔中的高溫過熱器(6)和低溫過熱器(5)以及蒸發(fā)器(4)、設(shè)置在豎直膜式水冷壁(3)頂部并與豎直膜式水冷壁(3)連通的膜式水冷壁上集箱(7)、設(shè)置在豎直膜式水冷壁(3)底部并與豎直膜式水冷壁(3)連通的膜式水冷壁下集箱(2)，其中，所述灰斗(16)的進(jìn)氣口穿過膜式水冷壁下集箱(2)與豎直膜式水冷壁(3)的內(nèi)部煙道腔連通，所述灰斗(16)的出氣口與水平煙道(18)的進(jìn)氣端連通，所述灰斗(16)的底部開設(shè)有出渣口( 19)，所述蒸發(fā)器(4)的底端輸入口穿出豎直膜式水冷壁(3)并連接有蒸發(fā)器下集箱(14)，所述蒸發(fā)器(4)的頂端輸出口穿出豎直膜式水冷壁(3)并連接有蒸發(fā)器上集箱(13)； 所述省煤器(I)的出水口通過熱水引出管(9)與鍋筒(8)上部連通，所述膜式水冷壁下集箱(2 )和蒸發(fā)器下集箱(14 )均通過下降管(11)與鍋筒(8 )底部連通，所述蒸發(fā)器上集箱(13)通過第二汽水引出管(12)與鍋筒(8)中部連通，所述膜式水冷壁上集箱(7)通過第一汽水引出管(10)與鍋筒(8)中部連通，所述飽和蒸汽引出管(20)的一端與鍋筒(8)頂部連通，所述飽和蒸汽引出管(20 )的另一端通過低溫過熱器入口集箱(21)與低溫過熱器(5 )的輸入端連接，所述低溫過熱器(5)的輸出端連接低溫過熱器出口集箱(22)，所述高溫過熱器(6 )的輸入端連接高溫過熱器入口集箱(24 )，所述低溫過熱器出口集箱(22 )通過過熱器連接管(23 )連接高溫過熱器入口集箱(24 )，所述高溫過熱器(6 )的輸出端連接高溫過熱器出口集箱(25)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)合成氣冷卻用中溫中壓余熱鍋爐，其特征在于:所述膜式水冷壁上集箱(7)的頂部還設(shè)有與豎直膜式水冷壁(3)內(nèi)部煙道腔連通的進(jìn)口短接頭(15)，所述水平煙道(18 )的出氣端連接有出口短接頭(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物質(zhì)合成氣冷卻用中溫中壓余熱鍋爐，其特征在于:所述進(jìn)口短接頭(15)為錐形進(jìn)口短接頭，該錐形進(jìn)口短接頭的大端連接膜式水冷壁上集箱(7)的頂部；所述出口短接頭(17)為錐形出口短接頭，該所述錐形出口短接頭的大端連接水平煙道(18)的出氣端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的生物質(zhì)合成氣冷卻用中溫中壓余熱鍋爐，其特征在于:所述進(jìn)口短接頭(15)的內(nèi)壁敷設(shè)有耐火層。
【文檔編號(hào)】F22B1/18GK203797613SQ201420048768
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】張巖豐, 聶洪濤, 周錦峰, 劉文焱 申請(qǐng)人:武漢凱迪工程技術(shù)研究總院有限公司