申请/专利权人：清华大学;清华大学山西清洁能源研究院

申请日：2018-11-19

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN109504463B

主分类号：C10J3/86

分类号：C10J3/86;F28D21/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2019.04.16#实质审查的生效;2019.04.12#专利申请权的转移;2019.03.22#公开

摘要：本发明公开了辐射废锅激冷一体式显热回收装置，包括：壳体，设有粗合成气入口；辐射废锅，设在壳体内，自上而下限定出换热区和激冷区，激冷区与壳体形成合成气上行通道，其设有合成气出口，辐射废锅包括：水冷壁，其设在换热区且水冷壁限定出气渣通道；第一组水冷屏和第二组水冷屏，第一组水冷屏包括多个第一水冷屏，多个第一水冷屏沿气渣通道的周向倾斜间隔分布且限定出从上至下横截面积逐渐缩小的第一换热通道，第二组水冷屏包括多个第二水冷屏，多个第二水冷屏沿所述气渣通道的周向间隔分布且限定出第二换热通道，第二水冷屏与第一水冷屏对应布置且连通；激冷组件，设在激冷区；排渣池，其与壳体的下端相连，激冷区的下端延伸到排渣池内。

主权项：1.一种辐射废锅激冷一体式显热回收装置，其特征在于，包括：壳体，所述壳体的顶部设有粗合成气入口；辐射废锅，所述辐射废锅设在所述壳体内，所述辐射废锅内自上而下限定出换热区和激冷区，所述激冷区与所述壳体之间形成合成气上行通道，并且所述合成气上行通道上设有合成气出口，所述辐射废锅包括：水冷壁，所述水冷壁设在所述换热区且所述水冷壁限定出气渣通道；第一组水冷屏，所述第一组水冷屏设在所述气渣通道内，所述第一组水冷屏包括多个第一水冷屏，所述多个第一水冷屏沿所述气渣通道的周向倾斜间隔分布且限定出从上至下横截面积逐渐缩小的第一换热通道，每个所述第一水冷屏均由所述水冷壁向所述气渣通道中心轴方向延伸；第二组水冷屏，所述第二组水冷屏设在所述气渣通道内所述第一组水冷屏的下方，所述第二组水冷屏包括多个第二水冷屏，所述多个第二水冷屏沿所述气渣通道的周向间隔分布且限定出第二换热通道，每个所述第二水冷屏均由所述水冷壁向所述气渣通道中心轴方向延伸，并且所述第二水冷屏与所述第一水冷屏对应布置且连通；激冷组件，所述激冷组件设在所述激冷区；其中，所述水冷壁的下集箱和所述第二组水冷屏的下集箱相连并与穿过所述换热区下部的冷却水进水管相连通；所述水冷壁的上集箱和所述第一组水冷屏的上集箱相连并与穿过所述换热区上部的冷却水出水管相连通；排渣池，所述排渣池与所述壳体的下端相连，所述激冷区的下端延伸到所述排渣池内，并且所述排渣池的底部设有排渣口；所述第一组水冷屏中倾斜设置的水冷管与水平面的夹角为5-15度；所述第一组水冷屏与所述水冷壁通过鳍片相连，所述第一换热通道的上端开口半径为所述气渣通道半径的112-15；任选的，所述第一换热通道的下端开口半径为所述气渣通道半径的110-14。

全文数据：辐射废锅激冷一体式显热回收装置技术领域本发明属于锅炉领域，具体而言，本发明涉及辐射废锅激冷一体式显热回收装置。背景技术一种带有辐射废锅的气化炉能消化高硫、高灰、高灰熔点煤，实现了原料煤本地化，解决山西“三高”煤的气化难题，也为全国“三高”煤综合利用、气化提供了新方法、新手段；对山西省改造传统煤化工和发展煤制天然气、煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇等新型煤化工产业具有重要意义。而通过在气化炉内部设置辐射废锅装置，在设备运行过程中，通过回收高温高压合成气热量、副产高温高压蒸汽等方式，节约燃料消耗，提高能源转换效率，从而降低了设备整体的运行成本。然而现有的辐射废锅装置存在换热面积低以及易发生通道堵塞等问题，因此需要进一步改进。发明内容本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种辐射废锅激冷一体式显热回收装置，采用该辐射废锅激冷一体式显热回收装置可以在保证换热效率的同时避免通道堵塞，并且所得合成气具有较高的品质。在本发明的一个方面，本发明提出了一种辐射废锅激冷一体式显热回收装置。根据本发明的实施例，所述辐射废锅激冷一体式显热回收装置包括：壳体，所述壳体的顶部设有粗合成气入口；辐射废锅，所述辐射废锅设在所述壳体内，所述辐射废锅内自上而下限定出换热区和激冷区，所述激冷区与所述壳体之间形成合成气上行通道，并且所述合成气上行通道上设有合成气出口，所述辐射废锅包括：水冷壁，所述水冷壁设在所述换热区且所述水冷壁限定出气渣通道；第一组水冷屏，所述第一组水冷屏设在所述气渣通道内，所述第一组水冷屏包括多个第一水冷屏，所述多个第一水冷屏沿所述气渣通道的周向倾斜间隔分布且限定出从上至下横截面积逐渐缩小的第一换热通道，每个所述第一水冷屏均由所述水冷壁向所述气渣通道中心轴方向延伸；第二组水冷屏，所述第二组水冷屏设在所述气渣通道内所述第一组水冷屏的下方，所述第二组水冷屏包括多个第二水冷屏，所述多个第二水冷屏沿所述气渣通道的周向间隔分布且限定出第二换热通道，每个所述第二水冷屏均由所述水冷壁向所述气渣通道中心轴方向延伸，并且所述第二水冷屏与所述第一水冷屏对应布置且连通；激冷组件，所述激冷组件设在所述激冷区；其中，所述水冷壁的下集箱和所述第二组水冷屏的下集箱相连并与穿过所述换热区下部的冷却水进水管相连通；所述水冷壁的上集箱和所述第一组水冷屏的上集箱相连并与穿过所述换热区上部的冷却水出水管相连通；排渣池，所述排渣池与所述壳体的下端相连，所述激冷区的下端延伸到所述排渣池内，并且所述排渣池的底部设有排渣口。根据本发明实施例的辐射废锅激冷一体式显热回收装置通过在辐射废锅的换热区内的上部设置多个倾斜布置的第一水冷屏组，形成自上而下横截面积逐渐缩小的第一换热通道，使得合成气在进入第一换热通道换热时不会发生堵塞和水冷屏集灰，初步换热后的合成气进入第二换热通道继续进行换热，即在换热区内设置上疏下密水冷屏布置方式，可以在保证换热效率的同时避免气渣通道堵塞和集灰，同时在换热区的下方设置激冷区，在激冷区设置激冷组件，可以进一步对换热区得到的换热后的合成气进行换热，并且激冷区的下端延伸至排渣池内，使得经激冷区换热后的合成气进入排渣池内进一步降温和除灰后再经合成气出口排出。由此，采用本申请的辐射废锅激冷一体式显热回收装置可以在提高粗合成气显热回收效率的同时提高合成气的品质。另外，根据本发明上述实施例的辐射废锅激冷一体式显热回收装置还可以具有如下附加的技术特征：在本发明的一些实施例中，所述第一组水冷屏中倾斜设置的水冷管与水平面的夹角为5-15度。由此，可以有效避免气渣通道的堵塞。在本发明的一些实施例中，所述第一组水冷屏与所述水冷壁通过鳍片相连，所述第一换热通道的上端开口半径为所述气渣通道半径的112-15。由此，可以保证该显热回收装置的显热回收效率。在本发明的一些实施例中，所述第一换热通道的下端开口半径为所述气渣通道半径的110-14。由此，可以进一步有效避免气渣通道的堵塞。在本发明的一些实施例中，所述第一换热通道的下端开口横截面积与所述第二换热通道的横截面积相等。由此，可以进一步有效避免气渣通道的堵塞。在本发明的一些实施例中，所述第一换热通道与所述第二换热通道的高度比为14-12。由此，可以有效避免气渣通道的堵塞。在本发明的一些实施例中，所述第一水冷屏或第二水冷屏的个数为8～24个。由此，可以进一步保证该显热回收装置的显热回收效率。在本发明的一些实施例中，每个所述第一水冷屏具有6～14根水冷管。由此，可以进一步保证该显热回收装置的显热回收效率。在本发明的一些实施例中，每个所述第二水冷屏具有8～18根水冷管。由此，可以进一步保证该显热回收装置的显热回收效率。在本发明的一些实施例中，包括多个所述激冷组件，所述多个激冷组件沿所述激冷区的周向间隔分布。由此，可以进一步提高该显热回收装置的显热回收效率。在本发明的一些实施例中，所述激冷组件包括激冷水进水管和激冷喷头，所述激冷水进水管与所述激冷喷头相连，所述激冷水进水管穿过所述壳体伸入到所述激冷区。由此，可以进一步提高该显热回收装置的显热回收效率。在本发明的一些实施例中，所述激冷喷头与所述水平面呈0～80度。由此，可以进一步提高该显热回收装置的显热回收效率。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明本发明的上述和或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本发明一个实施例的辐射废锅激冷一体式显热回收装置的结构示意图。图2是根据本发明一个实施例的辐射废锅激冷一体式显热回收装置中辐射废锅的A-A水平截面俯视图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本发明的一个方面，本发明提出了一种辐射废锅激冷一体式显热回收装置。根据本发明的实施例，参考图1，该显热回收装置包括壳体100、辐射废锅200和排渣池300。根据本发明的实施例，参考图1，壳体100的顶部设有粗合成气入口101。具体的，经粗合成气入口供给的粗合成气为气化室所得到的高温粗合成气。根据本发明的实施例，参考图1，辐射废锅200设在壳体100内，并且辐射废锅200内自上而下限定出换热区21和激冷区22，激冷区22与壳体100之间形成合成气上行通道23，并且合成气上行通道23上设有合成气出口201。根据本发明的一个实施例，参考图1，辐射废锅200包括：水冷壁24、第一水冷屏组25、第二水冷屏组26和激冷组件27。根据本发明的再一个具体实施例，参考图1，水冷壁24设在换热区21内且水冷壁24限定出气渣通道20。具体的，经高温粗合成气入口101供给的粗合成气下行进入换热区与水冷壁进行换热，从而实现粗合成气显热的回收。根据本发明的又一个具体实施例，参考图1，第一组水冷屏25设在气渣通道20内，第一组水冷屏25包括多个第一水冷屏251，多个第一水冷屏251沿气渣通道20的周向倾斜间隔分布且限定出从上至下横截面积逐渐缩小的第一换热通道252，每个第一水冷屏251均由述水冷壁24向气渣通道20中心轴方向延伸。显然，本发明通过在换热区上部设置多个倾斜布置的第一水冷屏组，形成自上而下横截面积逐渐缩小的第一换热通道，使得合成气在进入第一换热通道换热时不会发生堵塞和水冷屏集灰。根据本发明的一个具体示例，第一组水冷屏25中倾斜设置的水冷管与水平面的夹角为5-15度。发明人发现，通过将水冷管倾斜设置形成自上而下横截面积逐渐缩小的第一换热通道，使得合成气在进入第一换热通道换热时不会造成堵塞和水冷屏集灰，而将第一组水冷屏中倾斜设置的水冷管与水平面的夹角为5-15度，可以在保证换热面积的同时避免气渣通道的堵塞，从而保证该装置稳定运行。根据本发明的再一个具体示例，参考图1，第一组水冷屏25与水冷壁24通过鳍片未示出相连，第一换热通道252的上端开口A1半径为气渣通道20半径的112-15，由此，可以在保证换热面积的同时避免气渣通道内的堵塞。根据本发明的又一个具体示例，参考图1，第一换热通道252的下端开口A2半径为气渣通道半径的110-14，由此，可以在保证换热面积的同时避免气渣通道内的堵塞。根据本发明又一个具体实施例，参考图1和2，第二组水冷屏26设在气渣通道20内第一组水冷屏25的下方，第二组水冷屏26包括多个第二水冷屏261，多个第二水冷屏261沿气渣通道20的周向间隔分布且限定出第二换热通道262，每个第二水冷屏261均由水冷壁24向气渣通道20中心轴方向延伸，并且第二水冷屏261与第一水冷屏251对应布置且连通。具体的，经第一换热通道进行初步换热后的合成气进入第二换热通道继续进行换热。需要说明的是，“第二水冷屏261与第一水冷屏251对应布置”可以理解为第一水冷屏与第二水冷屏一一对应布置，即第一水冷屏和第二水冷屏的个数相等且对应的第一水冷屏和第二水冷屏在气渣通道的高度方向上位于一条直线上。由此，可以在保证换热区换热面积的同时避免气渣通道的堵塞，从而保证设备稳定运行。具体的，对应布置的第一水冷屏和第二水冷屏通道间接装置未示出进行连通。根据本发明的一个具体示例，第一换热通道252的下端开口A2横截面积与第二换热通道262的横截面积相等。由此，可以在保证换热区换热面积的同时进一步有效避免气渣通道的堵塞。根据本发明的再一个具体示例，第一换热通道252与第二换热通道262的高度比为14-12。发明人发现，在换热区的上部形成自上而下横截面积逐渐缩小的第一换热通道，而在第一换热通道的下方布置第二换热通道，使得合成气在进入第一换热通道换热时不会发生堵塞和水冷屏集灰，初步换热后的合成气进入第二换热通道继续进行换热，即在换热区内设置上疏下密水冷屏布置方式，并且采用该高度比可以进一步保证换热效率的同时避免气渣通道堵塞和集灰，从而保证设备稳定运行。根据本发明的又一个具体示例，第一水冷屏251或第二水冷屏261的个数为8-24个。具体可以根据水冷壁内气渣通道20空间大小适当增减。但是第一水冷屏251和第二水冷屏261不宜过多或者过少，如果过少会浪费空间降低换热面积，进而显热回收效率低；如果过多则会使成气渣通道20过于狭窄，进而可能会造成熔渣堵塞和挂壁，严重影响设备运行。根据本发明的又一个具体示例，每个第一水冷屏251具有6-14根水冷管。由此可以有效提高换热面积。并且第一水冷屏251的水管个数还可以根据第一水冷屏251由水冷壁24向气渣通道20中心方向延伸的宽度不造成熔渣堵塞、挂壁和具有一定操作空间为准。根据本发明的又一个具体示例，每个第二水冷屏261具有8-18根水冷管。由此，可以最大限度地提高换热面积。并且第二水冷屏261的水管根数还可以根据第二水冷屏261由水冷壁24向气渣通道20中心方向延伸的宽度不造成熔渣堵塞、挂壁和具有一定操作空间为准。根据本发明的又一个实施例，参考图1，水冷壁24的下集箱241和第二组水冷屏26的下集箱263相连并与穿过换热区21下部的冷却水进水管264相连通，水冷壁24的上集箱242和第一组水冷屏25的上集箱253相连并与穿过换热区21上部的冷却水出水管254相连通。根据本发明的又一个实施例，参考图1，激冷组件27设在激冷区22，并且激冷组件27为多个，多个激冷组件27在沿激冷区22的周向间隔分布。具体的，来自于换热区的合成气进入辐射废锅的激冷区，激冷组件喷出的激冷介质蒸汽、水或煤气与合成气接触，从而可以进一步对合成气进行除灰和回收显热。根据本发明的一个具体示例，参考图1，激冷组件27包括激冷进水管271和激冷喷头272，激冷进水管271与激冷喷头272相连，激冷进水管271穿过壳体100而伸入到激冷区22，并且激冷喷头272斜向下布置且与水平面呈0～80度。发明人发现，通过采用该布置方式可以显著提高合成气与激冷介质的接触面积，从而提高合成气的激冷效率和除灰效率，进而在提高显热回收效率的同时提高合成气品质。根据本发明的又一个实施例，参考图1，排渣池300与壳体100的下端相连，激冷区22的下端延伸到排渣池300内，并且排渣池300的底部设有排渣口301。具体的，排渣池300中布置有激冷水，激冷区22延伸到排渣池300内激冷水液面以下，经激冷区22激冷后的合成气再经排渣池300中激冷水激冷和除灰后进入激冷区22与壳体100之间形成的合成气上行通道23，然后经合成气上行通道23上布置的合成气出口201排出，而排渣池300中得到的灰渣直接经排渣口301排出。根据本发明实施例的辐射废锅激冷一体式显热回收装置通过在辐射废锅的换热区内的上部设置多个倾斜布置的第一水冷屏组，形成自上而下横截面积逐渐缩小的第一换热通道，使得合成气在进入第一换热通道换热时不会发生堵塞和水冷屏集灰，初步换热后的合成气进入第二换热通道继续进行换热，即在换热区内设置上疏下密水冷屏布置方式，可以在保证换热效率的同时避免气渣通道堵塞和集灰，同时在换热区的下方设置激冷区，在激冷区设置激冷组件，可以进一步对换热区得到的换热后的合成气进行换热，并且激冷区的下端延伸至排渣池内，使得经激冷区换热后的合成气进入排渣池内进一步降温和除灰后再经合成气出口排出。由此，采用本申请的辐射废锅激冷一体式显热回收装置可以在提高粗合成气显热回收效率的同时提高合成气的品质。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

权利要求：1.一种辐射废锅激冷一体式显热回收装置，其特征在于，包括：壳体，所述壳体的顶部设有粗合成气入口；辐射废锅，所述辐射废锅设在所述壳体内，所述辐射废锅内自上而下限定出换热区和激冷区，所述激冷区与所述壳体之间形成合成气上行通道，并且所述合成气上行通道上设有合成气出口，所述辐射废锅包括：水冷壁，所述水冷壁设在所述换热区且所述水冷壁限定出气渣通道；第一组水冷屏，所述第一组水冷屏设在所述气渣通道内，所述第一组水冷屏包括多个第一水冷屏，所述多个第一水冷屏沿所述气渣通道的周向倾斜间隔分布且限定出从上至下横截面积逐渐缩小的第一换热通道，每个所述第一水冷屏均由所述水冷壁向所述气渣通道中心轴方向延伸；第二组水冷屏，所述第二组水冷屏设在所述气渣通道内所述第一组水冷屏的下方，所述第二组水冷屏包括多个第二水冷屏，所述多个第二水冷屏沿所述气渣通道的周向间隔分布且限定出第二换热通道，每个所述第二水冷屏均由所述水冷壁向所述气渣通道中心轴方向延伸，并且所述第二水冷屏与所述第一水冷屏对应布置且连通；激冷组件，所述激冷组件设在所述激冷区；其中，所述水冷壁的下集箱和所述第二组水冷屏的下集箱相连并与穿过所述换热区下部的冷却水进水管相连通；所述水冷壁的上集箱和所述第一组水冷屏的上集箱相连并与穿过所述换热区上部的冷却水出水管相连通；排渣池，所述排渣池与所述壳体的下端相连，所述激冷区的下端延伸到所述排渣池内，并且所述排渣池的底部设有排渣口。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一组水冷屏中倾斜设置的水冷管与水平面的夹角为5-15度。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一组水冷屏与所述水冷壁通过鳍片相连，所述第一换热通道的上端开口半径为所述气渣通道半径的112-15；任选的，所述第一换热通道的下端开口半径为所述气渣通道半径的110-14。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一换热通道的下端开口横截面积与所述第二换热通道的横截面积相等。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一换热通道与所述第二换热通道的高度比为14-12。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一水冷屏或第二水冷屏的个数为8～24个。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述第一水冷屏具有6～14根水冷管；任选的，每个所述第二水冷屏具有8～18根水冷管。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括多个所述激冷组件，所述多个激冷组件沿所述激冷区的周向间隔分布。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述激冷组件包括激冷水进水管和激冷喷头，所述激冷水进水管与所述激冷喷头相连，所述激冷水进水管穿过所述壳体伸入到所述激冷区。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述激冷喷头与所述水平面呈0～80度。

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