| 专利类型 | 实用新型 | 法律事件 | 授权; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN201820605692.6 | 申请日 | 2018-04-26 |
| 公开(公告)号 | CN208567592U | 公开(公告)日 | 2019-03-01 |
| 申请人 | 东方电气集团东方锅炉股份有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 张利; 巩李明; 任燕丽; 刘川川; 董康; 曹蕾; 张强; 许钞俊; | 第一发明人 | 张利 |
| 权利人 | 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：四川省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：四川省自贡市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：四川省自贡市自流井区五星街黄桷坪路150号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：643001 |
| 主IPC国际分类 | F28D7/08 | 所有IPC国际分类 | F28D7/08 ; F01K17/06 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 7 | 专利文献类型 | U |
| 专利代理机构 | 成都九鼎天元知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 钟莹洁; 钱成岑; |
| 摘要 | 本实用新型公开了一种 生物 质 气化 高温燃气的 蒸汽 冷却系统，所述蒸汽冷却系统包括抽汽管道、冷却器进口集箱、燃气-蒸汽冷却器、冷却器出口集箱和蒸汽管道，抽汽管道通 过冷 却器进口集箱与燃气-蒸汽冷却器相连，燃气-蒸汽冷却器通过冷却器出口集箱与蒸汽管道相连，燃气-蒸汽冷却器设置在与气化炉本体的燃气出口相连的燃气输送管道中与高温燃气进行热交换，蒸汽冷却系统的入口蒸汽引自 汽轮机 的高压缸。与 现有技术 相比，本实用新型的生物质气化高温燃气的蒸汽冷却系统采用合适 温度 的蒸汽冷却生物质气化高温燃，燃气温度冷却至适宜的400～450℃之间，同时通过蒸汽和汽机侧的耦合实现出口高温蒸汽的高品质 回收利用 ，提高电厂的整体经济性。 | ||
| 权利要求 | 1.一种生物质气化高温燃气的蒸汽冷却系统，其特征在于，所述蒸汽冷却系统包括抽汽管道、冷却器进口集箱、燃气-蒸汽冷却器、冷却器出口集箱和蒸汽管道，其中，抽汽管道通过冷却器进口集箱与燃气-蒸汽冷却器相连，燃气-蒸汽冷却器通过冷却器出口集箱与蒸汽管道相连，所述燃气-蒸汽冷却器设置在与气化炉本体的燃气出口相连的燃气输送管道中与高温燃气进行热交换，所述蒸汽冷却系统的入口蒸汽引自汽轮机的高压缸。 |
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| 说明书全文 | 一种生物质气化高温燃气的蒸汽冷却系统技术领域[0001] 本实用新型涉及生物质气化的技术领域，更具体地讲，涉及一种生物质气化高温燃气的蒸汽冷却系统。 背景技术[0002] 采用燃煤火电耦合生物质气化发电，将生物质燃料经气化转化成燃料气，送入锅炉内与燃煤混烧，从而实现生物质高效利用并替代部分化石能源。通过生物质气化燃烧方式，由于燃气全部进入原有燃煤机组锅炉炉膛，可以充分利用燃煤发电机组烟气净化设备，降低生物质耦合发电的初始投资和运行成本。生物质气化产生的焦油等附属产物在锅炉炉膛也得到完全燃烧，避免了焦油带来的环境污染。同时，生物质气化产生的灰渣为草木灰，可作为有机肥改善农田土壤结构；在增加农民收入的同时，有利于破解秸秆田间直焚等社会治理难题。同时，配合生物质发电的电价优惠补贴政策，电厂经济性可得到进一步的提高。因此，采用燃煤耦合生物质气化发电技术具有很高的经济效益和环保效益，具有较广阔的市场前景。 [0003] 目前，最常用的是循环流化床生物质气化技术。然而，气化炉反应合成的燃气温度高达800℃左右，若将此高温燃气直接送入燃煤锅炉燃烧，则对燃气输送系统的设计选型是一个极大的考验：一方面，高温燃气管道材质等级高，管道上的阀门、测量装置等附件的选型也需要考虑在高温下长期安全运行，增加了初始投资成本，还引入了设备的安全隐患；另一方面，800℃的高温燃气，实际体积相对更大，使得燃气的管道口径及计量装置容量选型增大，增加了设备成本。同时，为防止生物质燃气中的少量焦油在输送管道中冷凝，燃气温度也不宜太低。通常，生物质燃气输送到煤粉锅炉的合适温度需冷却至400～450℃之间。 [0004] 目前，生物质燃气常用的冷却方式为燃气-冷凝水换热、燃气-导热油换热和固定床热解三种方式。燃气-冷凝水换热方式由于冷凝水温低，传热温差太大，导致出口燃气温度过低，燃气中的焦油在管道中冷凝；燃气-导热油换热方式由于导热油的热量不能直接回收利用，还需通过表面式加热器将热量传递给冷凝水，系统复杂，而且成本高；固定床热解冷却方式由于采用了流化床和固定床“双床”模式，物料循环及运行控制难度较大，技术上还处于研发阶段。实用新型内容 [0005] 为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种更优的生物质气化高温燃气冷却方式，利用合适温度的蒸汽将高温燃气有效冷却至适宜温度。 [0006] 本实用新型提供了一种生物质气化高温燃气的蒸汽冷却系统，所述蒸汽冷却系统包括抽汽管道、冷却器进口集箱、燃气-蒸汽冷却器、冷却器出口集箱和蒸汽管道，其中，抽汽管道通过冷却器进口集箱与燃气-蒸汽冷却器相连，燃气-蒸汽冷却器通过冷却器出口集箱与蒸汽管道相连，所述燃气-蒸汽冷却器设置在与气化炉本体的燃气出口相连的燃气输送管道中与高温燃气进行热交换，所述蒸汽冷却系统的入口蒸汽引自汽轮机的高压缸。 [0007] 作为优选实施方式，所述燃气-蒸汽冷却器为蛇形换热管结构。 [0009] 作为再一个优选实施方式，所述抽汽管道直接与汽轮机的高压缸相连。 [0010] 作为又一个优选实施方式，所述蒸汽冷却系统的入口蒸汽为高压缸抽汽、高压缸排汽或者高压缸抽汽与高压缸排汽的混合蒸汽。 [0011] 作为又一个优选实施方式，所述蒸汽冷却系统的蒸汽管道直接与汽轮机的中压缸相连并将出口蒸汽送至汽轮机的中压缸继续膨胀作功。 [0012] 作为又一个优选实施方式，所述蒸汽冷却系统的出口蒸汽送至电厂作为工业用汽或进行供热。 [0013] 与现有技术相比，本实用新型的生物质气化高温燃气的蒸汽冷却系统采用合适温度的蒸汽冷却生物质气化高温燃，燃气温度冷却至适宜的400～450℃之间，同时通过蒸汽和汽机侧的耦合实现出口高温蒸汽的高品质回收利用，提高电厂的整体经济性。附图说明 [0014] 图1示出了根据本实用新型示例性实施例的生物质气化高温燃气的蒸汽冷却系统的结构示意图。 [0015] 图2至图6分别示出了不同实例的生物质气化高温燃气的蒸汽冷却系统的结构示意图。 [0016] 附图标记说明： [0017] 1-气化炉本体、2-抽汽管道、3-燃气-蒸汽冷却器、4-燃气输送管道、5-汽轮机的高压缸、6-蒸汽调节阀组、7-冷却器进口集箱、8-冷却器出口集箱、9- 电动开关阀、10-汽轮机的中压缸、11-蒸汽管道 具体实施方式[0019] 本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。 [0020] 图1示出了根据本实用新型示例性实施例的生物质气化高温燃气的蒸汽冷却系统的结构示意图。 [0021] 如图1所示，根据本实用新型的示例性实施例，所述生物质气化高温燃气的蒸汽冷却系统包括抽汽管道2、冷却器进口集箱7、燃气-蒸汽冷却器3、冷却器出口集箱8和蒸汽管道11，其中，抽汽管道2通过冷却器进口集箱7与燃气-蒸汽冷却器3相连，燃气-蒸汽冷却器3通过冷却器出口集箱8与蒸汽管道11相连，由此形成用于冷却高温燃气的蒸汽的流通通路。其中，燃气-蒸汽冷却器3设置在与气化炉本体1的燃气出口相连的燃气输送管道4中与高温燃气进行热交换，从而实现对高温燃气的冷却；并且，蒸汽冷却系统的入口蒸汽引自汽轮机的高压缸5。 [0022] 其中，燃气-蒸汽冷却器3的设计，可依据换热量和温度等因素的需求，采取顺流和逆流、错列和顺列、光管和肋片强化换热管等多种设计方式，优选为图1所示的蛇形换热管结构。并且，燃气-蒸汽冷却器3中换热管的材质可依据蒸汽温度和换热管的壁温情况设计选取。 [0023] 为了便于控制系统中蒸汽的流量和温度，蒸汽冷却系统还包括设置在抽汽管道2上的蒸汽调节阀组6和设置在蒸汽管道11上的电动开关阀9。本系统中，可以通过蒸汽调节阀组6来调节入口蒸汽的流量和温度，进而控制调节燃气的出口温度，以防止出现出口燃气温度过高或过低的情况。电动开关阀9则用于对蒸汽管道中即将进入中压缸的蒸汽进行开启和关断。 [0024] 具体地，本系统通过在生物质气化炉本体1尾部的燃气输送管道4中设置燃气-蒸汽冷却器3，从气化炉本体1中反应生成的约800℃生物质高温燃气通过燃气-蒸汽冷却器3，高温燃气和蒸汽在冷却器处进行热量传递和交换。经过燃气-蒸汽冷却器3的换热后，高温燃气被冷却为400～450℃左右的低温燃气，便于燃气的输送；吸热后的蒸汽温度升高且热量品质提升，可以在后续步骤中提高蒸汽利用的热经济性。其中，燃气-蒸汽冷却器3的出口燃气经过燃气输送管道等设备后，送至电厂煤粉锅炉进行掺烧。电厂煤粉锅炉及其辅机设备属于公知技术，在此不重复叙述。 [0025] 对于系统的蒸汽侧，优选地将抽气管道2直接与汽轮机的高压缸5相连，则可以使蒸汽冷却系统的入口蒸汽为高压缸抽汽、高压缸排汽或者高压缸抽汽与高压缸排汽的混合蒸汽。并且，优选地将蒸汽冷却系统的蒸汽管道9直接与汽轮机的中压缸10相连并将出口蒸汽送至汽轮机的中压缸10继续膨胀作功。作为另一种实施方式，也可以将蒸汽冷却系统的出口蒸汽送至电厂作为工业用汽或进行供热。 [0026] 具体地，从汽轮机的高压缸5取汽作为燃气-蒸汽冷却器3的换热介质，包括高压缸抽汽、高压缸排汽及高压缸抽汽和排汽的混合蒸汽等多种方案，蒸汽温度在300～350℃之间，蒸汽量可以通过调节阀组6进行调节。蒸汽经过调节阀组6后进入冷却器进口集箱7，在冷却器进口集箱7里蒸汽均匀混合，减少热偏差，防止蒸汽冷却器3局部超温。随后，蒸汽在燃气-蒸汽冷却器7里与高温燃气换热并吸收燃气的热量后，蒸汽温度升高，蒸汽的温度可以根据电厂的实际情况和燃气-蒸汽冷却器3的设计确定。燃气-蒸汽冷却器3出口的高温蒸汽在冷却器出口集箱8里均匀混合，混合后的蒸汽通过蒸汽管道输送并通过电动开关阀9控制开启或关断，既可以回至汽轮机的中压缸10继续膨胀做功，也可以送至电厂作为工业用汽或进行供热。 [0027] 图2至图6还分别示出了不同实例的生物质气化高温燃气的蒸汽冷却系统的结构示意图。如图1至图6所示，本实用新型的蒸汽冷却系统提供了三种蒸汽取汽方案：高压缸排汽(图1和图4)、高压缸抽汽(图2和图5)、高压缸排汽和高压缸抽汽的混合蒸汽(图3和图6)；同时提供了两种蒸汽回汽方案：吸热后的蒸汽送至汽轮机的中压缸继续膨胀做功(图1、图2和图3)；吸热后的蒸汽送至电厂工业用汽或供热(图4、图5和图6)。由此，本实用新型提供了多种可选的具体实施方式。 [0028] 下面分别以常规330MW亚临界机组和常规600MW超临界机组为例进行本实用新型的蒸汽冷却系统与现有技术中导热油冷却系统的热经济性对比分析。 [0029] (1)常规330MW亚临界机组 [0030] 30MWe生物质气化高温燃气的蒸汽冷却器中高温燃气的温度为790℃，燃气流量为51486Nm3/h，经与燃气-蒸汽换热器换热后的出口燃气温度为430℃，换热量为8.3MW。结合电厂的实际情况，汽源抽取部分汽轮机高压缸的排汽蒸汽(温度为318.6℃)对燃气进行换热冷却，换热后的出口蒸汽温度达到 530℃，送回至汽轮机中压缸第一级继续做功。 [0031] 其中，对比蒸汽冷却系统和导热油冷却系统的热经济性情况如下表1所示。 [0032] 表1常规330MW亚临界机组的两种方案热经济性对比表 [0033] [0034] [0035] 电厂供电煤耗按336g/kW.h计算，本实用新型的蒸汽冷却系统可以降低汽轮机热耗66kJ/kW.h，折合煤耗降低约2.8g/kW.h；导热油冷却系统可以降低汽轮机热耗26kJ/kW.h，折合煤耗降低约1.1g/kW.h。 [0036] (2)常规600MW超临界机组 [0037] 结合600MW超临界机组电厂的实际情况，汽源抽取部分汽轮机高压缸的排汽蒸汽(温度为322℃)对燃气进行换热冷却，换热后的出口蒸汽温度达到 556℃，送回至汽轮机中压缸第一级继续做功。 [0038] 其中，对比蒸汽冷却系统和导热油冷却系统的热经济性情况如下表2所示。 [0039] 表2常规600MW超临界机组的两种方案热经济性对比表 [0040] [0041] 电厂供电煤耗按300g/kW.h计算，本实用新型的蒸汽冷却系统可以降低汽轮机热耗34kJ/kW.h，折合煤耗降低约1.33g/kW.h；导热油冷却系统可以降低汽轮机热耗13kJ/kW.h，折合煤耗降低约0.51g/kW.h。 [0042] 通过以上对比分析可看出，采用蒸汽冷却燃气并耦合汽轮机利用蒸汽的方式相比导热油冷却方式能较多地降低燃煤机组的煤耗，更好地发挥节煤效果。并且，蒸汽冷却燃气的方式利用了原有机组蒸汽的动力，无需设置导热油冷却方案中的导热油驱动泵和凝结水驱动泵等辅助设备，可以降低气化系统的电耗，达到节能的目的。 [0043] 综上所述，本实用新型能够达到如下技术效果：能够将生物质气化生成的燃气冷却至适宜的温度，而且具有较强的可调节性；系统简单，达到降低燃气温度的目标的同时，设备成本及运行、维护工作量较小；采用蒸汽直接冷却燃气，并通过和汽机侧耦合利用出口高温蒸汽的高品质热量，相比燃气导热油冷却系统等二级循环回路换热系统，具有更高的换热效率和热经济性。 [0044] 本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。 |
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