粉煤气化水冷壁废锅换热装置的制作方法

本实用新型涉及粉煤气化设备技术领域，具体地说是一种粉煤气化水冷壁废锅换热装置。

背景技术：

一般的，在现代煤气化工艺中，粉煤气化在炉内反应最高的燃烧温度可以达到3200℃，平均燃烧温度可以达到1500℃，液态排渣炉内要求温度必须在灰渣的灰熔点以上(特别是渣口附近温度)，煤燃烧后产生的灰渣灰熔点普遍在1100℃以上，灰渣的流动性还受到其粘度的影响，即需要平缓的粘温曲线，因此反应室普遍采用水冷壁结构，以渣抗渣的原理，水冷壁表面焊接销钉用以固定耐火料(碳化硅)，水冷壁的特点就是能够快速准确的反应出炉壁的挂渣效果和炉温的高低。水冷壁介质状态作为判断炉内反应的重要依据，在下行水激冷粉煤气化工艺中，采用汽包易出现蒸汽产量波动大，极不稳定，水冷壁易结垢或者腐蚀，易造成设备损坏。

技术实现要素：

本实用新型的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种粉煤气化水冷壁废锅换热装置。

本实用新型的技术方案是按以下方式实现的，本实用新型的粉煤气化水冷壁废锅换热装置，其结构包括水冷壁缓冲罐、气化炉和水冷壁废锅换热器，在气化炉的上游配置水冷壁缓冲罐，水冷壁缓冲罐内储存有冷却水，

高压氮气加压管路连通水冷壁缓冲罐，水冷壁缓冲罐输出冷却水管路，

冷却水管路连通泵送管路，泵送管路上配置有水冷壁循环水泵，泵送管路的下游并联输出气化炉水冷壁进水总管、气化炉渣口进水总管、气化炉烧嘴座进水总管，

气化炉水冷壁进水总管于气化炉内分流气化炉水冷壁分支管，气化炉水冷壁分支管分布排列在气化炉内壁内侧，气化炉水冷壁分支管末端汇流连通气化炉水冷壁出水总管；

气化炉渣口进水总管于气化炉内分流气化炉渣口分支管，气化炉渣口分支管分布在气化炉渣口处，气化炉渣口分支管末端汇流连通气化炉渣口出水总管；

气化炉烧嘴座进水总管于气化炉内分流气化炉烧嘴座分支管，气化炉烧嘴座分支管分布在气化炉烧嘴座处，气化炉烧嘴座分支管末端汇流连通气化炉烧嘴座出水总管；

气化炉水冷壁出水总管、气化炉渣口出水总管、气化炉烧嘴座出水总管三者于气化炉外汇流连通气化炉循环回流管路，气化炉循环回流管路回流连通到水冷壁循环水泵上游的泵送管路上；气化炉循环冷却管路与泵送管路汇流由水冷壁循环水泵泵送一同下行进入气化炉；

气化炉循环回流管路串接流经水冷壁废锅换热器的管程；

锅炉给水管路连通到水冷壁废锅换热器壳程底部，

水冷壁废锅换热器壳程顶端连接有丝网除沫器，丝网除沫器顶端输出低压蒸汽管路。

气化炉循环回流管路上配置有第一切换三通阀，第一切换三通阀分流氧气加热管路，氧气加热管路串接流经氧气加热器的管程，氧气加热器的管程下游的氧气加热管路汇流到第一切换三通阀下游的气化炉循环回流管路上；氧气加热器的壳程配置有氧气进出管路。

气化炉循环回流管路上配置有第二切换三通阀，第二切换三通阀分流两路，一路串接流经水冷壁废锅换热器的管程，另一路分流绕经管线，绕经管线末端汇流到水冷壁废锅换热器的管程下游的气化炉循环回流管路上。

水冷壁废锅换热器采用蒸发式相变列管式换热器，蒸发式相变列管式换热器采用卧式布置，蒸发式相变列管式换热器设置有管程封头，管程封头的顶部设置有水冷壁循环水进水管、底部设置有水冷壁循环水出水管，管程封头与水冷壁废锅换热器壳程壳体端部法兰之间设置有管板，

管程封头、管板、壳程壳体端部法兰三者通过法兰对挤密封连接；

壳程壳体主体部设置有膨胀腔，膨胀腔的顶部连接丝网除沫器，丝网除沫器顶端输出低压蒸汽管路，

锅炉给水管路连通壳程壳体主体部的底部；

管板上穿接有u型管束，管程封头中部设置有隔板，u型管束的上游端管口连通隔板上方的封头上腔，u型管束的下游端管口连通隔板下方的封头下腔，

水冷壁循环水进水管、封头上腔、u型管束、封头下腔、水冷壁循环水出水管构成连通的换热管程通道，换热管程通道串接在气化炉循环回流管路；

壳程壳体末端设置有人孔。

气化炉内壁内侧的气化炉水冷壁分支管构成气化炉水冷壁，气化炉水冷壁分支管采用盘管式布置。

高压氮气加压管路上连通有高压氮气放空管路。

冷却水管路、泵送管路、气化炉水冷壁进水总管、气化炉水冷壁分支管、气化炉渣口进水总管、气化炉渣口分支管、气化炉烧嘴座进水总管、气化炉烧嘴座分支管、气化炉循环回流管路、水冷壁废锅换热器的管程构成高压单液相通道。

低压蒸汽管路分流连通暖锅副线管路，暖锅副线管路的末端于水冷壁废锅换热器的底部回流连通水冷壁废锅换热器的壳程。

水冷壁废锅换热器的壳程底部连通有地沟管路。

本实用新型与现有技术相比所产生的有益效果是：

传统水冷壁介质状态作为判断炉内反应的重要依据，在下行水激冷粉煤气化工艺中，采用汽包易出现以下问题：

1.因气化炉整体较小，特别是反应室较小，若采用汽包副产蒸汽，产气量不稳定造成蒸汽不能稳定外送(现有解决办法是降压后使用，不经济)，蒸汽产量因波动较大，极不稳定只能用作参考；

2.采用水冷壁汽包流程则会导致水冷壁内介质为汽液共存，利用介质密度(需要放射源测量)判断炉内反应情况；

3.因为副产蒸汽，虽采用锅炉水循环且汽包设置连续排污与间接排污，但对水质监控尤为重要，采用汽包结构，不但定期需要添加磷酸根药剂，还要加强对na+、电导率、sio2、ph及磷酸根的监控，一旦出现水冷壁结垢或者腐蚀，检修更换工作量、难度较大；

4.如果因为煤质波动，造成炉温大幅波动时，则会造成水冷壁内密度急剧降低，存在局部过热造成设备损坏的隐患，特别是在开车投煤过程中；

5.开车过程中炉温剧烈变化易引起汽包液位的波动导致液位显示的失准，容易导致干锅而损坏设备，目前常规的三冲量控制方法不能有效的避免该隐患。

本实用新型的粉煤气化水冷壁废锅换热装置采用盘管式水冷壁流程的应用，采用水冷壁废锅换热流程，保证了整个水冷壁系统单相流动，解决了以往采用汽包换热出现的问题，确保了水冷壁的稳定运行。

本实用新型在水冷壁的应用上，采用了废锅流程，即取消原有的汽包设计，改为换热形式的水冷壁废锅，使得水冷壁系统内介质为单相流动，同时水冷壁采用盘管式结构，dn65的大管径安装，使水冷壁循环水完全均匀分布；在炉温波动时不会造成局部过热影响设备运行，从气化炉水冷壁、气化炉渣口、气化炉烧嘴座三个位置判断炉内反应，使判断更为精确，同时副产1.0mpa蒸汽更为稳定，使其具备监控价值，使整个生产控制安全可靠。

本实用新型不但降低了监控力度，同时减轻了现场劳动强度，并且运行更为稳定，监控更为便捷准确。

在粉煤气化工艺中，将原有的水冷壁汽包流程改为废锅流程，当然为了保证氧气与中压蒸汽混合前温度(主要是为了防止粉煤烧嘴低温硫蚀)，水冷壁循环水将会先通过氧气加热器确保氧气温度能够达到需要的180℃(设置有三通阀，可以确保水冷壁循环水全部通过氧气加热器)，经过氧气加热器后的水冷壁循环水循环时解决以下问题：

1.进入水冷壁废锅列管进行换热副产低压蒸汽，解决了因反应室较小副产中压蒸汽时出现的不稳定情况，使蒸汽产量具备参考价值；

2.列管内为水冷壁循环水，设计压力为6.3mpa，水冷壁缓冲罐利用高压氮气稳定压力，确保整个水冷壁系统压力高于气化炉压力，实现对盘管的正压保护，正常生产时系统压力为4.7mpa，水冷壁循环水出气化炉温度为最高，设计温度220℃，在该温度下，水的饱和蒸汽压为2.35mpa，确保水冷壁循环水全部为液态单相流，减少了装置内射源数量，采用单位传热面积上的传热速率，即热通量来监控气化炉水冷壁、气化炉渣口、气化炉烧嘴座处渣层的变化及炉温的高低更为安全、准确、稳定。同时为了避免因系统可能存在的泄露导致的水冷壁流量降低引起水冷壁介质状态的改变，对水冷壁回水引入介质流动状态判断公式{【p(bar)+1(bar)】^0.25}*100-t(℃)，确保水冷壁介质变化时能够及时发现并处置；

3.壳程为锅炉水(补水采用2.0mpa锅炉水，水质得到保证)，该废锅同样设置连续排污与间接排污，因副产蒸汽仅在水冷壁废锅壳程进行，不需要添加药剂，水冷壁内循环水闭环循环，不存在因副产蒸汽引起的水冷壁循环水质变化，定期对水冷壁废锅壳程检查即可；

4.副产蒸汽经过丝网除沫器除沫经分析合格后送入厂区1.0mpa蒸汽管网。同时为了开车初期确保水冷壁系统温度，外送管线设置有暖锅副线，可在开车初期利用蒸汽管网对水冷壁系统升温。开车投煤期间炉温波动不会对单相流水冷壁造成冲击，特别是水冷壁废锅内列管换热，更不会引起干锅情况的出现，有效的保护了设备；

5.水冷壁采用盘管结构，管道直径大，焊接接头少，水流受到离心力作用，分布均匀，有效确保换热的前提下，降低维护周期及维护难度。

与现有技术相比，本实用新型更有利于监控下行水激冷的小炉型结构，一次性投资，维护成本低，监控更为方便准确，有效降低劳动强度，使气化反应更为安全有效的监控。

本实用新型的粉煤气化水冷壁废锅换热装置设计合理、结构简单、安全可靠、使用方便、易于维护，具有很好的推广使用价值。

附图说明

附图1是本实用新型的结构示意图；

附图2是本实用新型的水冷壁废锅换热器的结构示意图；

附图3是本实用新型的气化炉的局部结构示意图。

附图中的标记分别表示：

1、高压氮气加压管路，2、水冷壁缓冲罐，3、冷却水管路，4、泵送管路，5、水冷壁循环水泵，

6、气化炉水冷壁进水总管，7、气化炉渣口进水总管，8、气化炉烧嘴座进水总管，

9、气化炉水冷壁分支管，10、气化炉水冷壁出水总管，

11、气化炉渣口分支管，12、气化炉渣口出水总管，

13、气化炉烧嘴座分支管，14、气化炉烧嘴座出水总管，

15、气化炉循环回流管路，

16、水冷壁废锅换热器，17、锅炉给水管路，18、丝网除沫器，19、低压蒸汽管路，

20、第一切换三通阀，21、氧气加热管路，22、氧气加热器，23、氧气进出管路，

24、第二切换三通阀，25、绕经管线，

26、管程封头，27、水冷壁循环水进水管，28、水冷壁循环水出水管，29、管板，30、壳程壳体，31、膨胀腔，32、u型管束，33、封头上腔，34、封头下腔，35、换热管程通道，36、人孔，

37、高压氮气放空管路，

38、高压单液相通道，

39、暖锅副线管路，40、地沟管路，

41、气化炉，42、隔板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的粉煤气化水冷壁废锅换热装置作以下详细说明。

如附图所示，本实用新型的粉煤气化水冷壁废锅换热装置，其结构包括水冷壁缓冲罐、气化炉和水冷壁废锅换热器，在气化炉41的上游配置水冷壁缓冲罐2，水冷壁缓冲罐2内储存有冷却水，

高压氮气加压管路1连通水冷壁缓冲罐2，水冷壁缓冲罐2输出冷却水管路3，

冷却水管路3连通泵送管路4，泵送管路4上配置有水冷壁循环水泵5，泵送管路4的下游并联输出气化炉水冷壁进水总管6、气化炉渣口进水总管7、气化炉烧嘴座进水总管8，

气化炉水冷壁进水总管6于气化炉内分流气化炉水冷壁分支管9，气化炉水冷壁分支管分布排列在气化炉内壁内侧，气化炉水冷壁分支管末端汇流连通气化炉水冷壁出水总管10；

气化炉渣口进水总管7于气化炉内分流气化炉渣口分支管11，气化炉渣口分支管分布在气化炉渣口处，气化炉渣口分支管末端汇流连通气化炉渣口出水总管12；

气化炉烧嘴座进水总管8于气化炉内分流气化炉烧嘴座分支管13，气化炉烧嘴座分支管分布在气化炉烧嘴座处，气化炉烧嘴座分支管末端汇流连通气化炉烧嘴座出水总管14；

气化炉水冷壁出水总管10、气化炉渣口出水总管12、气化炉烧嘴座出水总管14三者于气化炉外汇流连通气化炉循环回流管路15，气化炉循环回流管路15回流连通到水冷壁循环水泵上游的泵送管路4上；气化炉循环冷却管路与泵送管路汇流由水冷壁循环水泵泵送一同下行进入气化炉；

气化炉循环回流管路15串接流经水冷壁废锅换热器16的管程；

锅炉给水管路17连通到水冷壁废锅换热器16壳程底部，

水冷壁废锅换热器壳程顶端连接有丝网除沫器18，丝网除沫器顶端输出低压蒸汽管路19。

气化炉循环回流管路15上配置有第一切换三通阀20，第一切换三通阀20分流氧气加热管路21，氧气加热管路串接流经氧气加热器22的管程，氧气加热器的管程下游的氧气加热管路汇流到第一切换三通阀下游的气化炉循环回流管路上；氧气加热器的壳程配置有氧气进出管路23。

气化炉循环回流管路15上配置有第二切换三通阀24，第二切换三通阀分流两路，一路串接流经水冷壁废锅换热器16的管程，另一路分流绕经管线25，绕经管线末端汇流到水冷壁废锅换热器的管程下游的气化炉循环回流管路15上。

水冷壁废锅换热器16采用蒸发式相变列管式换热器，蒸发式相变列管式换热器采用卧式布置，蒸发式相变列管式换热器设置有管程封头26，管程封头26的顶部设置有水冷壁循环水进水管27、底部设置有水冷壁循环水出水管28，管程封头26与水冷壁废锅换热器壳程壳体30端部法兰之间设置有管板29，

管程封头26、管板29、壳程壳体30端部法兰三者通过法兰对挤密封连接；

壳程壳体30主体部设置有膨胀腔31，膨胀腔的顶部连接丝网除沫器18，丝网除沫器顶端输出低压蒸汽管路19，

锅炉给水管路17连通壳程壳体30主体部的底部；

管板29上穿接有u型管束32，管程封头26中部设置有隔板42，u型管束的上游端管口连通隔板上方的封头上腔33，u型管束的下游端管口连通隔板下方的封头下腔34，

水冷壁循环水进水管、封头上腔、u型管束、封头下腔、水冷壁循环水出水管构成连通的换热管程通道35，换热管程通道35串接在气化炉循环回流管路15；

壳程壳体末端设置有人孔36。

气化炉内壁内侧的气化炉水冷壁分支管构成气化炉水冷壁，气化炉水冷壁分支管采用盘管式布置。

高压氮气加压管路1上连通有高压氮气放空管路37。

冷却水管路、泵送管路、气化炉水冷壁进水总管、气化炉水冷壁分支管、气化炉渣口进水总管、气化炉渣口分支管、气化炉烧嘴座进水总管、气化炉烧嘴座分支管、气化炉循环回流管路、水冷壁废锅换热器的管程构成高压单液相通道38。

高压单液相通道单相流动，系统内介质密度变化小或基本不变化，换热效果较好，副产蒸汽稳定。

高压单液相通道单相流动，炉内反应温度精准，通过热通量及副产蒸汽量计算更为精确。

利用气化炉循环回流管路的热量为氧气加热器预热氧气，氧气加热器的氧气管路连通至气化炉内腔，为气化炉工况提供氧气。

热源利用充分，换热后的循环水首先为炉内反应物(氧气)提供热量，然后副产蒸汽，布局合理。

低压蒸汽管路19分流连通暖锅副线管路39，暖锅副线管路的末端于水冷壁废锅换热器的底部回流连通水冷壁废锅换热器的壳程。

水冷壁废锅换热器的壳程底部连通有地沟管路40。

水冷壁是吸收气化炉燃料室火焰的高温辐射热，使进入水冷壁的冷却水吸收热量升温，利用高压氮气顶吹冷却水的管线造成高压，使冷却水避免蒸发成蒸汽，使水路构成临界的高压单液相通道。

保护炉墙，水冷壁是四周敷设，隔开燃烧室与炉墙、防止炉墙被烧坏，同时防止炉墙结焦以及防止焦渣对炉墙的危害。

本实用新型的气化炉循环回流管路可单独加热氧气，也可单独通过水冷壁废锅换热器加热锅炉水产出低压蒸汽，也可二者同时进行。释放热能后的单相水得到降温后循环回流至气化炉，用于气化炉部件的降温保护功能。

本实用新型的粉煤气化水冷壁废锅换热装置采用该水冷壁废锅流程，运行时监控精确，对于炉内反应的判断及时可靠，能够完全实现自动化控制，且具有安全性好、稳定性高、劳动强度低和成本低廉的特点。

本实用新型的气化炉41采用顶置三喷嘴粉煤气化炉，顶置三喷嘴粉煤气化炉型内部流场及热量分布与传统其他炉型不同。

传统炉内水冷壁换热要求高，水冷壁两相流动时密度过低，容易造成爆管事故的发生。

本实用新型的顶置三喷嘴粉煤气化炉的水冷壁及其循环水路利用氮气顶压维持高压，使循环水路处于高温高压的饱和状态，循环的全程维持单液相流动，单相流能够更好地实现换热，避免管路局部温度聚集造成烧蚀。

本实用新型的顶置三喷嘴粉煤气化炉，能够有效的保证点火烧嘴或粉煤烧嘴的工况，有效保证三个粉煤烧嘴的火焰逐渐靠近中心区，避免温度过高的区域，预防火焰偏烧的状况。开车点火或熄火或气化炉燃烧工作中也可通过在气化炉内通入一定流量和速率的氮气进行气体保护，稳定射流刚度，使粉煤烧嘴火焰不发生偏烧，粉煤烧嘴之间不会发生互相干扰。

顶置三喷嘴粉煤气化炉的上中部具有很强的卷吸效应，卷吸气流进入高温火焰区，卷吸气流的低温和竖向火焰区的高温混合，保证了气化炉整体的均匀温度场，同时保护了水冷壁的挂渣。气化炉下部气流产生回流，增加颗粒停留时间和捕捉率，形成高的成渣率。