[发明专利]一种带有灰渣捕捉的防结渣及沾污的显热回收装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对含碳燃料气化或燃烧后产生高温含灰气体进行显热回收的装置。

背景技术

整体煤气化联合循环(英文全称为：Integrated Coal Gasification Combined Cycle，以下简称IGCC)是当今全球清洁能源利用的前沿技术之一，其与普通燃煤发电技术相比，优势在于可以更高效地利用煤炭资源，并大大减少燃烧污染物的排放。在IGCC系统中，能量回收装置是必不可少的设备。与激冷流程相比，采用显热回收装置可大幅度提高系统效率，可回收相当于原煤低位发热量的15～25％的能量，使热煤气效率达到90～95％，IGCC净效率提高4～5％(与废锅流程相比)。目前工业上所使用的能量回收装置主要是以德士古气化炉中使用的废热锅炉形式(辐射+对流废热锅炉)和Shell气化炉的激冷流程(激冷+对流废热锅炉)为主。德士古气化技术的受热面为单层或多层水冷壁结构，工业运行表现出的问题为受热面结渣、积灰严重，严重影响运行的安全性。主要原因为气体中携带的熔融态灰渣在受热面上粘结，降低受热面的换热能力，并形成堵渣，严重时引发运行事故。Shell气化技术运行安全性较好，但是激冷过程会很大程度上降低合成气的能量品质，降低整体效率，提高系统的运行成本。

为此，对于易沾污、结渣煤种，迫切需要开发一种能够有效防止受热面结渣、沾污，且具有结构简单、操作方便的能量回收装置，对提高IGCC系统发电效率、可用率以及煤种适用性具有十分重要的现实意义和工业应用价值，进一步推动IGCC、煤化工等行业在我国的大面积应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够防止受热面结渣、积灰的用于IGCC系统的能量回收装置。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种带有灰渣捕捉的防结渣及沾污的显热回收装置，包括热回收单元，热回收单元包括壳体，在壳体内沿着高温气体的气流方向依次设有高温段辐射换热单元及低温段对流换热单元，其特征在于：还包括集渣室，由集渣室对高温气体中的熔融灰渣进行有效捕捉，集渣室通过过渡段与设于壳体上的进气口相连，在高温段辐射换热单元与低温段对流换热单元之间设有激冷段，由激冷段对进入低温段对流换热单元的气体进行降温，从而使得气体内含有的气态碱金属无法在低温段对流换热单元内冷凝。

优选地，所述高温段辐射换热单元包括气体导向室，气体导向室位于所述进气口处，在气体导向室的下方设有辐射受热面；所述低温段对流换热单元包括对流受热面，在对流受热面的下方设有出气室，气体通过出气室经由设置在所述壳体上的气体出口排出。

优选地，所述辐射受热面为多层水冷壁结构，水冷壁采用直管和/或盘管；所述对流受热面为采用单段或多段布置的多层的盘管或蛇形管水冷壁。

优选地，所述集渣室包括压力壳体，在压力壳体上设有集渣室入口，在压力壳体内设有设有捕渣器，捕渣器位于集渣室入口的下方，高温气体由集渣室入口进入压力壳体内经由捕渣器捕渣后通过所述过渡段进入所述热回收单元，在捕渣器的下方设有置于压力壳体内的渣池。

优选地，所述压力壳体、所述捕渣器及所述集渣室入口同轴布置。

优选地，所述压力壳体的内衬为耐火材料，在所述渣池的侧壁上设有溢流口，耐火材料布置在溢流口的上方并由位于溢流口上方的支撑板支撑。

优选地，所述捕渣器的下端高于所述渣池的液位的高度，所述捕渣器由耐高温合金或者陶瓷材料制成。

优选地，所述捕渣器包括由耐高温合金材料或陶瓷制材料制得的筒体，筒体的中部形成容许高温气体通过的中心通道，在筒体的外侧面及内壁上分别设有一层耐热涂层。

优选地，所述过渡段通过水冷技术将所述高温段辐射换热单元的出口气体温度控制在750℃以上。

优选地，所述过渡段包括圆筒形压力壳体，在圆筒形压力壳体的内壁上布置有水冷壁，圆筒形压力壳体的轴线与水平线之间呈夹角α，-60°≤α≤60°。

优选地，所述激冷段将进入所述低温段对流换热单元的气体降温至550℃以下。

优选地，所述激冷段包括位于所述高温段辐射换热单元与所述低温段对流换热单元之间的缩腰结构，在缩腰结构的侧壁上设有激冷喷口，每个激冷喷口的中心线与所述高温段辐射换热单元轴线之间形成夹角β，30°≤β≤60°。