一种高温气体热量回收利用系统及方法 |
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| 申请号 | CN201811546111.7 | 申请日 | 2018-12-18 | 公开(公告)号 | CN109401799B | 公开(公告)日 | 2023-12-22 |
| 申请人 | 山东兖矿国拓科技工程股份有限公司; | 发明人 | 鲍卫娜; 潘荣; 李耀; 宋成凯; 赵矿生; 赵岐; 季思伟; 唐广军; 李琳; 祝贺; 李波; 郭宝贵; 许广宇; 张涛; 张俊先; 刘进波; 戴武军; 郭本陆; | ||||
| 摘要 | |||||||
| 权利要求 | 1.一种高温气体热量回收利用系统，包括气体发生器和汽包(37)，所述气体发生器包括反应段(1)、废锅段(2)和激冷段(3)，所述废锅段(2)包括壳体和辐射废锅，所述辐射废锅位于壳体内，且与壳体之间设有夹层；所述辐射废锅包括水冷壁，所述水冷壁从上而下依次连通的上部锥段水冷壁(201)、中部直筒段水冷壁(202)和下部锥段水冷壁(203)，所述上部锥段水冷壁(201)的上端和下部锥段水冷壁(203)的下端分别设有上部入口段(205)和下部出口段(206)，所述上部入口段(205)和下部出口段(206)外侧分别设有上盘管(207)和下盘管(208)；所述中部直筒段水冷壁(202)内壁设有辐射屏(204)，其特征在于：所述水冷壁和辐射屏(204)的入口端分别与第一下部给水集水箱(209)和第二下部给水集水箱(210)连接，所述第一下部给水集水箱(209)和第二下部给水集水箱(210)分别通过去水冷壁管线(4)和去辐射屏管线(5)与汽包(37)连接；所述上盘管(207)和下盘管(208)的入口端分别与来自锅炉水管网的去上盘管管线(6)和去下盘管管线(7)连接，所述水冷壁和辐射屏(204)的出口端分别与第一上部回水集水箱(211)和第二上部回水集水箱(212)连接，所述第一上部回水集水箱(211)和第二上部回水集水箱(212)分别通过出水冷壁管线(8)和出辐射屏管线(9)与汽包连接，所述上盘管(207)和下盘管(208)的出口端分别通过出上盘管管线(10)和出下盘管管线(11)与汽包(37)连接。 |
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| 说明书全文 | 一种高温气体热量回收利用系统及方法技术领域背景技术[0002] 煤气化技术按流程一般分为激冷流程气流床气化技术和废锅流程气流床气化技术。废锅式与激冷式气化装置主要的差别在于：对高温粗煤气所含的显热的回收利用方式不同。在激冷式气化炉中，温度高达1370℃的粗煤气在激冷室中直接用水激冷到220‑260℃。显然，粗煤气所带的大量显热被激冷室所吸收损失，在激冷过程中会使粗煤气失掉一部分物理显热，它大约等于低位发热量的10％。带废锅流程的气化炉又称为全热能回收式气化炉，它通过辐射冷却器和对流冷却器，可以把粗煤气的温度从1370℃降低到800℃左右，以加热锅炉给水，使之产生相当数量的高压饱和水蒸汽，经过热后供蒸汽轮机使用，这样，就能提高热煤气的效率。据有关资料介绍，采用废锅流程的气化装置较采用激冷流程的气化装置产品综合能耗低约10％。 [0003] 但是采用废锅式气化装置回收热量时，常常由于设计方案不合理，辅助系统配合不协调，工作效率降低，虽然也能够回收一定量的蒸汽并同时对气化炉燃烧的粗煤气进行一定程度的换热降温，但无法将废锅式气化装置回收热量的作用发挥到最大。 发明内容[0004] 本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种高温气体热量回收利用系统及方法。 [0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： [0006] 一种高温气体热量回收利用系统，包括气体发生器和汽包，所述气体发生器包括反应段、废锅段和激冷段，所述废锅段包括壳体和辐射废锅，所述辐射废锅位于壳体内，且与壳体之间设有夹层；所述辐射废锅包括水冷壁，所述水冷壁从上而下依次连通的上部锥段水冷壁、中部直筒段水冷壁和下部锥段水冷壁，所述上部锥段水冷壁的上端和下部锥段水冷壁的下端分别设有上部入口段和下部出口段，所述上部入口段和下部出口段外侧分别设有上盘管和下盘管；所述中部直筒段水冷壁内壁设有辐射屏，其特征在于：所述水冷壁和辐射屏的入口端分别与第一下部给水集水箱和第二下部给水集水箱连接，所述第一下部给水集水箱和第二下部给水集水箱分别通过去水冷壁管线和去辐射屏管线与汽包连接；所述上盘管和下盘管的入口端分别与来自锅炉水管网的去上盘管管线和去下盘管管线连接，所述水冷壁和辐射屏的出口端分别与第一上部回水集水箱和第二上部回水集水箱连接，所述第一上部回水集水箱和第二上部回水集水箱分别通过出水冷壁管线和出辐射屏管线与汽包连接，所述上盘管和下盘管的出口端分别通过出上盘管管线和出下盘管管线与汽包连接。 [0007] 优选的，所述第一上部回水集水箱和第二上部回水集水箱位于所述中部直筒段水冷壁的上端，所述第一下部给水集水箱和第二下部给水集水箱位于所述中部直筒段水冷壁的下端；所述第一上部回水集水箱和第二上部回水集水箱通过排放管与外界连通；所述第一下部给水集水箱和第二下部给水集水箱通过疏水管进行排污。 [0008] 进一步的，所述废锅段通过第一连接管线与连通的高压氮气、CO2管线和反应气体管线连接，所述第一连接管线与所述壳体和水冷壁之间的夹层连通；所述激冷段连接反应气体出口管线；所述去水冷壁管线和去辐射屏管线连接中压蒸汽管线。 [0009] 进一步的，所述第一连接管线上设有保护气压力调节阀，所述废锅段外部连接水冷壁压差表，用以检测废锅段炉内与所述壳体和水冷壁之间的夹层的压差，所述水冷壁压差表与保护气压力调节阀电性连接，并形成控制回路；所述废锅段外部还连接上部入口压差表和下部出口压差表，上部入口压差表用于检测废锅段和反应段之间压差，下部出口压差表用于检测废锅段和高温气体出口间压差，所述反应气体出口管上设有气体发生器压力调节阀。 [0010] 优选的，所述汽包与来自锅炉水管网的去汽包管线连接，所述去汽包管线上设有汽包液位调节阀和锅炉给水流量计，所述汽包设有至少3个汽包液位计，采用多重冗余方式；所述汽包通过第二连接管线与连通的汽包排放管线和蒸汽管线连接，所述汽包排放管线上设有汽包排放管线压力调节阀，所述蒸汽管线上设有蒸汽管线压力调节阀和蒸汽流量计，所述汽包液位计、蒸汽流量计、锅炉给水流量计分别与汽包液位调节阀电性连接，并形成控制回路，进行三冲量调节，控制汽包液位和蒸汽产量。 [0011] 进一步的，所述第二连接管线上设有压力表，所述压力表分别与汽包排放管线压力调节阀和蒸汽管线压力调节阀电性连接。 [0012] 优选的，所述壳体与辐射废锅的之间的夹层内插有若干第一热电偶，所述壳体表面设有若干第二热电偶；所述第二热电偶位于上部锥段水冷壁和中部直筒段水冷壁对应的壳体表面。 [0013] 一种高温气体热量回收利用的方法，包括如下流程： [0014] a、将来自锅炉水管网的低于120℃锅炉水通过去汽包管线进入汽包，锅炉水从汽包流出并分别经过去水冷壁管线和去辐射屏管线进入第一下部给水集水箱和第二下部给水集水箱，然后进入水冷壁和辐射屏，待水冷壁和辐射屏内锅炉水充满后，保持汽包内锅炉水为30‑60％的液位； [0015] b、将来自锅炉水管网的低于120℃锅炉水通过去上盘管管线和去下盘管管线分别进入上盘管和下盘管； [0016] c、打开中压蒸汽调节阀，中压蒸汽通过中压蒸汽管线进入去水冷壁管线和去辐射屏管线，加热给水回路，水冷壁和辐射屏内的锅炉水升温后分别进入第一上部回水集水箱和第二上部回水集水箱，再经过出水冷壁管线和出辐射屏管线进入汽包内，汽包和水冷壁、辐射屏之间形成锅炉水循环回路，利用汽包排放管线压力调节阀控制汽包压力在0.3MPa以下； [0017] d、待汽包内锅炉水温度升至125‑135℃时，气体发生器反应段开始预热，待反应段温度升至与锅炉水温度一致后，关闭中压蒸汽调节阀，利用反应段预热热量给锅炉水继续升温；升温过程可以将汽包压力缓慢提升，当压力升至0.5MPa时，缓慢打开汽包去低压蒸汽管网阀门； [0018] e、水冷壁与壳体的夹层输入高压氮气、CO2或反应气体作为保护气；气体发生器反应段投料，反应段生成的高温气体经过辐射废锅进入激冷段，在辐射废锅通过水冷壁和辐射屏换热，吸收高温气体热量，辐射废锅内锅炉水被加热，温度不断升高，锅炉水被加热后形成的汽水混合物通过出水冷壁管线、出辐射屏管线、出上盘管管线和出下盘管管线进入汽包； [0019] f、通过气体发生器压力调节阀将气体发生器内压力调节至工作压力1.5‑9.0MPa，同时通过汽包排放管线压力调节阀调节汽包压力，汽包产生蒸汽调节汽包排放管线压力调节阀和气体发生器压力调节阀送根据需要至不同等级蒸汽管网。 [0021] 构成本发明的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解。在附图中： [0022] 图1是本发明一种高温气体热量回收利用系统的连接关系图。 [0023] 图2是本发明废锅段的内部结构放大图。 [0024] 图中：1、反应段；2、废锅段；201、上部锥段水冷壁；202、中部直筒段水冷壁；203、下部锥段水冷壁；204、辐射屏；205、上部入口段；206、下部出口段；207、上盘管；208、下盘管；209、第一下部给水集水箱；210、第二下部给水集水箱；211、第一上部回水集水箱；212、第二上部回水集水箱；3、激冷段；4、去水冷壁管线；5、去辐射屏管线；6、去上盘管管线；7、去下盘管管线；8、出水冷壁管线；9、出辐射屏管线；10、出上盘管管线；11、出下盘管管线；12、水冷壁上集箱排放管；13、辐射屏上集箱排放管；14、排放气放空管；15、水冷壁下集箱疏水管； 16、辐射屏下集箱疏水管；17、高压氮气、CO2管线；18、反应气体管线；19、中压蒸汽管线；20、反应气体出口管；21、第一热电偶；22、第二热电偶；23、水冷壁压差表；24、上部入口压差表； 25、下部出口压差表；26、汽包排放管线；27、汽包排放管线压力调节阀；28、蒸汽管线；29、蒸汽管线压力调节阀；30、去汽包管线；31、汽包液位调节阀；32、气体发生器压力调节阀；33、保护气压力调节阀；34、蒸汽流量计；35、锅炉给水流量计；36、汽包液位计；37、汽包。 具体实施方式[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0026] 如图1和2所示，一种高温气体热量回收利用系统，包括气体发生器和汽包37，所述气体发生器包括反应段1、废锅段2和激冷段3，所述废锅段2包括壳体和辐射废锅，所述辐射废锅位于壳体内，且与壳体之间设有夹层；所述辐射废锅包括水冷壁，所述水冷壁从上而下依次连通的上部锥段水冷壁201、中部直筒段水冷壁202和下部锥段水冷壁203，所述上部锥段水冷壁201的上端和下部锥段水冷壁203的下端分别设有上部入口段205和下部出口段206，所述上部入口段205和下部出口段206外侧分别设有上盘管207和下盘管208；所述中部直筒段水冷壁202内壁设有辐射屏204，所述水冷壁和辐射屏204的入口端分别与第一下部给水集水箱209和第二下部给水集水箱210连接，所述第一下部给水集水箱209和第二下部给水集水箱210分别通过去水冷壁管线4和去辐射屏管线5与汽包37连接；所述上盘管207和下盘管208的入口端分别与来自锅炉水管网的去上盘管管线6和去下盘管管线7连接，所述水冷壁和辐射屏204的出口端分别与第一上部回水集水箱211和第二上部回水集水箱212连接，所述第一上部回水集水箱211和第二上部回水集水箱212分别通过出水冷壁管线8和出辐射屏管线9与汽包连接，所述上盘管207和下盘管208的出口端分别通过出上盘管管线10和出下盘管管线11与汽包37连接。 [0027] 所述第一上部回水集水箱211和第二上部回水集水箱212位于所述中部直筒段水冷壁202的上端，所述第一下部给水集水箱209和第二下部给水集水箱210位于所述中部直筒段水冷壁202的下端；所述第一上部回水集水箱211和第二上部回水集水箱212通过排放管与外界连通；所述第一下部给水集水箱209和第二下部给水集水箱210通过疏水管进行排污。 [0028] 锅炉水经汽包37通过去水冷壁管线4给上部锥段水冷壁201、下部锥段水冷壁203和中部直筒段水冷壁202供水，上盘管207和下盘管208分别经去上盘管管线6和去下盘管管线7直接通入低于饱和温度高压锅炉水，上下部分别控制，通过辐射换热，回收高温气体热量，上部锥段水冷壁201、下部锥段水冷壁203、中部直筒段水冷壁202、上盘管207和下盘管208内被加热的汽水混合物回到汽包37，在汽包37内与通入的锅炉水部分换热后，副产的饱和水蒸气通过汽包送至管网利用，饱和温度的锅炉给水继续进入水冷壁换热。辐射废锅的工质采用自然循环。 [0029] 所述排放管包括水冷壁上集箱排放管12和辐射屏上集箱排放管13，水冷壁上集箱排放管12和辐射屏上集箱排放管13与排放气放空管14连接，当注水或启动时，打开排放气放空管14阀门，排去辐射废锅内空气和非凝结性气体，系统正常运行后，排放气放空管14阀门处于关闭状态。所述疏水管包括水冷壁下集箱疏水管15和辐射屏下集箱疏水管16，当停车检修时可通过疏水口进行排液。 [0030] 所述废锅段2通过第一连接管线与连通的高压氮气、CO2管线17和反应气体管线18连接，所述第一连接管线与所述壳体和水冷壁之间的夹层连通；所述激冷段3连接反应气体出口管20；所述去水冷壁管线4和去辐射屏管线5连接中压蒸汽管线19，给水管线通入中压蒸汽，为给水加温提供动能。 [0031] 水冷壁与壳体间夹层通有保护气体，经高压氮气、CO2管线17通入高压的氮气或CO2，或经反应气体管线18通入反应气体或其他非易燃易爆气体可作为夹层保护的气体。控制方案是废锅段上部进行废锅段炉内与夹层压差测量，该测量与保护气压力调节阀33形成控制回路，使夹层内压力始终微高于废锅内部压力，防止高温气体泄露进入夹层。 [0032] 所述第一连接管线上设有保护气压力调节阀33，所述废锅段2外部连接水冷壁压差表23，用以检测废锅段2炉内和所述壳体和水冷壁之间的夹层的压差，所述水冷壁压差表23与保护气压力调节阀33电性连接，并形成控制回路，控制夹层压力高于废锅内压力。所述废锅段2外部还连接上部入口压差表24和下部出口压差表25，上部入口压差表24用于检测废锅段2和反应段1之间压差，下部出口压差表25用于检测废锅段2和高温气体出口间压差，所述反应气体出口管20上设有气体发生器压力调节阀32。 [0033] 所述汽包37与来自锅炉水管网的去汽包管线30连接，所述去汽包管线30上设有汽包液位调节阀31和锅炉给水流量计35，所述汽包37设有至少3个汽包液位计36，采用多重冗余方式；所述汽包37通过第二连接管线与连通的汽包排放管线26和蒸汽管线28连接，所述汽包排放管线26上设有汽包排放管线压力调节阀27，所述蒸汽管线28上设有蒸汽管线压力调节阀29和蒸汽流量计34，生产中根据需要可选择将汽包37内分离出的蒸汽送至低压蒸汽管网、中压蒸汽管网或高压蒸汽管网；所述汽包液位计36、蒸汽流量计34、锅炉给水流量计35分别与汽包液位调节阀31电性连接，并形成控制回路，进行三冲量调节，控制汽包37液位和蒸汽产量。 [0034] 所述第二连接管线上设有压力表，所述压力表分别与汽包排放管线压力调节阀27和蒸汽管线压力调节阀29电性连接。 [0035] 所述壳体与辐射废锅的之间的夹层内插有若干第一热电偶21，通过第一热电偶21监控水冷壁是否有破损漏气；所述壳体表面设有若干第二热电偶22；所述第二热电偶22位于上部锥段水冷壁201和中部直筒段水冷壁202对应的壳体表面，以监测表面温度，正常情况温度在200℃以下，一旦温度有异常情况，即可判断水冷壁出现问题，必要时进行停车处理。 [0037] a、将来自锅炉水管网的低于120℃锅炉水通过去汽包管线30进入汽包37，锅炉水从汽包37流出并分别经过去水冷壁管线4和去辐射屏管线5进入第一下部给水集水箱209和第二下部给水集水箱210，然后进入水冷壁和辐射屏204，待水冷壁和辐射屏204内锅炉水充满后，保持汽包37内锅炉水为30‑60％的液位； [0038] b、将来自锅炉水管网的低于120℃锅炉水通过去上盘管管线6和去下盘管管线7分别进入上盘管207和下盘管208； [0039] c、打开中压蒸汽调节阀，中压蒸汽通过中压蒸汽管线19进入去水冷壁管线4和去辐射屏管线5，加热给水回路，水冷壁和辐射屏204内的锅炉水升温后分别进入第一上部回水集水箱211和第二上部回水集水箱212，再经过出水冷壁管线8和出辐射屏管线9进入汽包37内，汽包37和水冷壁、辐射屏204之间形成锅炉水循环回路，利用汽包排放管线压力调节阀27控制汽包压力在0.3MPa以下； [0040] d、待汽包37内锅炉水温度升至125‑135℃时，气体发生器反应段1开始预热，待反应段1温度升至与锅炉水温度一致后，关闭中压蒸汽调节阀，利用反应段1预热热量给锅炉水继续升温；升温过程可以将汽包37压力缓慢提升，当压力升至0.5MPa时，缓慢打开汽包37去低压蒸汽管网阀门； [0041] e、水冷壁与壳体的夹层输入高压氮气、CO2或其他反应气体作为保护气；气体发生器反应段1投料，反应段1生成的高温气体经过辐射废锅进入激冷段3，在辐射废锅通过水冷壁和辐射屏204换热，吸收高温气体热量，辐射废锅内锅炉水被加热，温度不断升高，锅炉水被加热后形成的汽水混合物通过出水冷壁管线8、出辐射屏管线9、出上盘管管线10和出下盘管管线11进入汽包37； [0042] f、通过气体发生器压力调节阀32将气体发生器内压力调节至工作压力1.5‑9.0MPa，同时通过汽包排放管线压力调节阀27调节汽包37压力，汽包37产生蒸汽经蒸汽管线压力调节阀根据需要送至不同等级蒸汽管网。 [0043] 通过气体发生器压力调节阀32、汽包排放管线压力调节阀27调节气体发生器压力、蒸汽压力及产量。 [0044] 辐射废锅的主要功能是利用水冷壁辐射换热方式回收高温气体的显热，副产饱和蒸汽，以提高能源利用效率。辐射废锅是显热回收利用的关键设备和气化炉的重大设备之一，其运行情况直接影响系统的可用率和整体效率。通过本发明的设计，进行热量回收效率高，能够最大限度的回收换热生成的饱和蒸汽，且稳定性高，形成一个持续循环的回路，自动化控制解放人力。 [0045] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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