[发明专利]用于容纳和冷却合成气体的蒸汽发生器

说明书

技术领域

本发明主要涉及煤的气化领域，特别地涉及用于容纳和冷却煤气化工艺所产生的合成气体的蒸汽发生器。

背景技术

燃烧固体燃料的整体煤气化联合循环(IGCC)发电厂比起有竞争力的固体煤燃烧技术如粉煤燃烧兰金循环通常耗资巨大并且操作可行性和可靠性低。为使IGCC更具竞争力，有待改进的主要部件包括非冷却气化器以及辐射和对流合成气体冷却器。由于压力容器可容度及将其航运至大多数发电厂所在地的尺寸限制的经济性，辐射合成气体冷却器的设计具有一个整体外部尺寸的实际限度。在对容器直径的限制中，需要将用于冷却气体的辐射热交换蒸汽发生表面最大限度地紧缩，从而使辐射合成气体冷却器的整体高度最小。

授予Ziegler的美国专利No.4,768,470采用由蒸汽发生壁面构成的同轴烟道来缩短整体冷却器高度。这种设计为分离的烟道提供了独立的水回路从而提供独立的内部及外部烟道的提升、清理和检查。另一种由Babcock & Wilcox Company ca.于1992年提出的改进方法采用蒸汽发生壁面的一个单独烟道和悬挂于烟道内侧的附加蒸汽发生表面(“翼墙”)从而使表面面积最大同时缩短冷却器高度。其他的公司，如GHH Mann采用相同的设计。

现有的解决方案仍未将这一部件的成本降到具有竞争力的水平。采用最大商用燃气轮机的发电厂用来冷却合成气体的单个辐射冷却器的高度可超过150英尺高。一些发电厂的设计采用了两个冷却器，这样降低了整体高度却进一步增加了成本。另外，过多的气化器、辐射冷却器和对流冷却器已经以相当高的成本包括在发电厂设计中以改进发电厂的操作可行性。

现有用于对流合成气体冷却器的解决方案需要一个独立于辐射冷却器的部件，并用一个冷却烟道连接该两个部件。对流冷却器设计包括水和蒸汽管的设计(水或蒸汽在管内，气体在管外)(壳牌石油公司)以及火管的设计(气体在管内，水在管外)(Steinmueller和其他公司)。这两种设计都需要独立于辐射冷却器的压力容器外壳和水/蒸汽系统。依次在气体烟道内和对流冷却器入口处产生的湍流造成了难以处理的燃料灰污损源。

现有用于气化器的解决方案包括非冷却和冷却的耐火外壳。非冷却外壳(通用电气、Conoco和其他公司)已经经历了早期的失败和不断的替代。要使这些设计具有高可行性通常需要一个备用气化器系列，和/或在气化器维修过程中以很高的成本用油或气点燃燃气轮机。厚耐火材料非冷却设计的缓慢加热和冷却的次数延长了为维修或更换耐火材料而停机的时间。现有的冷却气化器设计(壳牌石油公司、未来能源公司)采用分离的具有耐火涂层的水或蒸汽发生回路以装入和储存气化气体。这些系统中的某些系统采用低压、强制循环冷却水系统，该系统隔绝发电厂蒸汽/水系统之外的热量，从而降低了效率。用于在与这种采用与下游冷却回路成一体的蒸汽发生表面的环境相同的燃烧环境中储存带有熔融炉渣的热固态燃料气体的现有技术包括Cyclone^TM点火锅炉(Babcock & Wilcox公司)。

因此很显然，开发一种经济、紧凑、可靠且结实的合成气体冷却器对具有商业规模的IGCC系统的未来是至关重要的。

发明内容

因此，本发明的一方面涉及一种用于从气化过程产生的合成气体中提取热量的合成气体冷却器。该合成气体冷却器包括具有入口和出口的壳体；容纳在壳体内用于接收合成气体的流体冷却内烟道；容纳在壳体内用于接收来自内烟道的合成气体的流体冷却外烟道；位于内烟道内用于冷却合成气体的辐射热交换表面；和将合成气体从外烟道向出口处输送的装置。

本发明的另一方面涉及一种配置了对流加热表面的如上所述的合成气体冷却器，其位于外烟道内，用于进一步冷却合成气体。

本发明的还一方面涉及一种不仅在同一外壳内采用辐射和对流加热表面而且组合为整体气化器的合成气体冷却器。

本发明所具有的各种新颖性特征在所附权利要求书中详细地指出并形成该公开内容的一部分。为了更好的理解本发明、它的操作优点和使用中得到的特殊好处，将参照附图并对本发明优选实施例进行详细说明。

附图说明

在附图中：

图1是本发明辐射合成气体冷却器的第一实施例的侧剖面示意图；

图2是沿图1的箭头2-2的方向得到的的剖视图；

图3是本发明辐射合成气体冷却器的第二实施例的侧剖面示意图，其中图示了对流加热表面的布置；和

图4是本发明辐射合成气体冷却器的第三实施例的侧剖面示意图，其中图示了整体气化器的布置。

具体实施方式