[发明专利]一种辐射和对流换热一体式合成气冷却器

说明书

技术领域

本发明涉及一种辐射和对流换热一体式合成气冷却器，属于含碳固体燃料气化后的高温高压产物显热回收技术领域。

背景技术

目前正在兴起的整体联合循环发电系统(Integrated Gasification Combined Cycle，简称IGCC)被认为是世界上最清洁的高效煤基发电技术之一。为获得较高的碳转化率和冷煤气效率，IGCC气化炉通常在高温、高压条件下运行，气炉出口的气化产物具有较高的温度(1200～1600℃)。气化产物的显热能否充分回收利用，对整个系统的能源利用效率具有十分重要的影响。

目前技术条件下，通常采用的是湿法激冷技术，气化产物中蕴含的大量高位显热被冷却介质带走而损失。通过合成气冷却器和对流废锅可最大限度地回收气化炉出口气化产物所蕴含的大量显热，并副产大量蒸汽，以提高整个系统的能源利用效率，与湿法激冷技术相比，可使能源利用效率提高约4～5个百分点。而且，合成气携带的大部分灰渣将被合成气冷却器底部渣池捕集后排出，合成气本身得到了初步净化。

目前已有的具有代表性的合成气显热回收技术主要有壳牌(Shell)气化工艺的合成气冷却工艺和GE(Texaco)公司的煤气化全辐射废锅技术两种，与此相似的国内有华能集团的两段式干煤粉气化系统、华东理工大学和上海锅炉厂有限公司等联合开发的显热回收系统(中国专利CN201010114129.7)。中国专利CN201010114129.7公开的一种显热回收装置主要包括辐射废锅系统和对流废锅两个系统。该系统总体布局较为复杂，特别是辐射废锅和对流废锅内水冷壁壁面容易结渣、堵渣，而且整体占地面积大、投资高。

中国专利CN200720011769公开了一种单面水冷壁辐射式废热锅炉，由于辐射废锅内水冷壁仅有一侧起吸热降温作用，而且受辐射废锅总体尺寸的限制，其内部空间未得到合理利用。中国专利CN200910309656公开了一种双面水冷壁废热锅炉，其采用了八面体结构的水冷壁设计，且在内筒水冷壁内侧设有多个屏式水冷壁，其结构复杂，流场具有一定的不均匀性，且直接接受高温熔融灰渣颗粒流，容易在水冷壁上形成积灰结渣现象，随着积灰量的增加，传热边界条件恶化，如此形成恶性循环将可能出现堵渣等恶劣工况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种将辐射废锅和对流废锅整合到一个合成气冷却器中，且能够最大限度地降低膜式水冷壁上积灰结渣的概率的占地面积小、成本低的辐射和对流换热一体式合成气冷却器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种辐射和对流换热一体式合成气冷却器，其特征在于：包括壳体，壳体中心设有中心流道，合成气入口和渣池分别设于中心流道的上部和下部；中心流道四周设有膜式水冷壁，其特征在于：所述膜式水冷壁和壳体之间有环隙空间，与所述膜式水冷壁连接的顶部集箱通过水冷壁出水口与汽水分离器连接；所述膜式水冷壁的上部设有激冷气/汽入口，激冷气/汽入口管道通过激冷气/汽入口集箱与激冷气/汽入口连接，合成气出口设于所述壳体顶部侧面，水冷壁入水口设于所述壳体下部侧面并与所述膜式水冷壁连接。

优选地，所述合成气入口为圆弧型或抛物线型。

优选地，所述环隙空间中同轴设有对流屏式水冷壁，对流屏式水冷壁的顶部的对流屏式水冷壁集箱连接所述顶部集箱，对流屏式水冷壁的底部的对流屏式水冷壁集箱连接所述水冷壁入水口，对流屏式水冷壁的宽度为所述环隙空间宽度的50％～80％。

优选地，所述对流屏式水冷壁为1～5段，每段对流屏式水冷壁设有4～40组对流换热屏。

优选地，所述膜式水冷壁内侧均匀设有吹灰装置。

优选地，所述吹灰装置为4个。

优选地，所述激冷气/汽入口为1～3层，所述激冷气/汽入口为4～80个，所述激冷气/汽入口直径为10～150mm，所述激冷气/汽入口的方向与所述中心流道轴线方向形成夹角θ，0＜θ＜75°。

优选地，所述激冷气/汽入口直径为50～100mm。

优选地，所述激冷气/汽入口的方向与所述中心流道轴线方向的夹角θ的范围为5＜θ＜45°。