双层水冷壁加盘管结构的辐射和对流一体废热锅炉 【技术领域】
本发明涉及一种废热锅炉。
背景技术
废热锅炉是能源化工行业重要的显热回收设备，尤其是整体煤气化联合循环和煤化工过程中，煤气化后的产物为还原性气氛的高温、高压燃气，其压力往往高于1MPa，温度高于1000℃，有效回收燃气的这部分物理显热可大大提高系统热效率或发电效率，有利于全系统的节能减排。
传统的合成气全显热回收的目标是把合成气温度降低到300℃左右。全显热回收装置一般分为高温段显热回收柗浞先裙5.臀露蜗匀然厥諙对流废热锅炉两部分。对于辐射式废热锅炉，通常采用内外两层圆筒形水冷壁的布置方式，内外层水冷壁均为膜式水冷壁。合成气在到达内层水冷壁下部，向内外层水冷壁的环形空间反转前，其温度要求降低到650℃以下，夹带的灰分要求分离到60％以上，这样可以避免气化炉排出的渣和钾、钠盐在废热锅炉内结焦或沉积，影响锅炉的正常运行。吸收温度在650℃以下的合成气的显热对辐射废热锅炉而言是非常困难的，这是由于温度在650℃以下的合成气的换热形式将以对流换热为主，而膜式水冷壁的工作特性又决定了该受热面吸收对流热的效率很低，为此，为了进一步回收合成气显热，一方面需要大幅度增加辐射废热锅炉水冷壁的面积，尽量降低辐射废热锅炉出口的合成气温度，另一方面需要在辐射废热锅炉后面加设不同形式和结构的对流废热锅炉，形成辐射废热锅炉和对流废热锅炉两个设备共同吸收合成气全显热的布置方案。这样带来的问题是：合成气的全显热回收系统由辐射废热锅炉和对流废热锅炉两个设备组成，设备投资大，占用空间大，同时系统运行的可靠性也由于设备的复杂而受到影响。
【发明内容】
本发明的目的是为了解决现有的煤气化合成气全显热回收中，辐射废热锅炉和对流废热锅炉的双设备布置方案结构复杂，设备投资高，占用空间大的问题，提出了一种双层水冷壁加盘管结构的辐射和对流一体废热锅炉。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述废热锅炉包括压力壳体、连接装置和排渣装置，所述压力壳体侧壁的上端设有合成气出口，所述压力壳体的上封头上装有与气化炉尾部连通的连接装置，所述排渣装置与压力壳体的下端连接，所述废热锅炉还包括内层水冷壁组件、外层水冷壁组件、至少一段盘管，所述内层水冷壁组件由第一进水管、第一引出管、第一上集箱、第一下集箱、多个吊杆和内层水冷壁受热面构成，每个吊杆的一端与压力壳体的上封头固接，每个吊杆的另一端与第一上集箱固接，所述内层水冷壁受热面的上端与第一上集箱连通，所述内层水冷壁受热面的下端与第一下集箱连通，每个第一进水管的一端与压力壳体固接并设在压力壳体的外部，每个第一进水管的另一端与第一下集箱连通，每个第一引出管的一端与压力壳体的上封头固接并设在压力壳体的上封头的外部，每个第一引出管的另一端与第一上集箱连通，所述外层水冷壁组件由第二进水管、第二引出管、第二上集箱、第二下集箱、多个支撑架和外层水冷壁受热面构成，每个支撑架的一端与压力壳体的内壁固接，每个支撑架的另一端与第二上集箱固接，每个支撑架设在压力壳体与内层水冷壁受热面之间，所述外层水冷壁受热面的上端与第二上集箱连通，所述外层水冷壁受热面的下端与第二下集箱连通，每个第二进水管的一端与压力壳体固接并设在压力壳体的外部，每个第二进水管的另一端与第二下集箱连通，每个第二引出管的一端与压力壳体固接并设在压力壳体的外部，每个第二引出管的另一端与第二上集箱连通，所述至少一段盘管的两端分别穿过压力壳体设置在压力壳体的外面，且所述至少一段盘管的两端分别与压力壳体固接，所述至少一段盘管设置在内层水冷壁受热面与外层水冷壁受热面之间。
本发明具有以下有益效果：本发明在内层水冷壁与外层水冷壁之间合理设置至少一段盘管，即盘管式对流受热面，其中内层水冷壁内侧为主辐射受热面，高温合成气充分与该受热面换热的同时，其夹带灰渣也在内层水冷壁地内侧得到有效分离；内层水冷壁外侧、外层水冷壁内侧和盘管共同构成对流受热面，大大提高了燃气低温区的对流换热效率，合成气温度降低到650℃以下，夹带灰渣份额低于60％，合成气出口温度可降低到300℃，不同于传统的煤化工的辐射废热锅炉和对流废热锅炉两锅显热回收，使用本发明可使燃气降到相同温区的情况下减少一台对流废热锅炉，即在一个废热锅炉内同时完成辐射吸热和对流吸热的过程，这大大降低了设备的投资，减小了设备占地，使锅炉整体结构更加简单。
【附图说明】
图1是本发明的整体结构主视图，图2是图1的A-A剖视图。
【具体实施方式】
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的废热锅炉包括压力壳体1、连接装置2和排渣装置6，所述压力壳体1侧壁的上端设有合成气出口7，所述压力壳体1的上封头1-1上装有与气化炉尾部连通的连接装置2，所述排渣装置6与压力壳体1的下端连接，所述废热锅炉还包括内层水冷壁组件3、外层水冷壁组件4、至少一段盘管5，所述内层水冷壁组件3由第一进水管3-1、第一引出管3-2、第一上集箱3-3、第一下集箱3-4、多个吊杆3-5和内层水冷壁受热面3-6构成，每个吊杆3-5的一端与压力壳体1的上封头1-1固接，每个吊杆3-5的另一端与第一上集箱3-3固接，所述内层水冷壁受热面3-6的上端与第一上集箱3-3连通，所述内层水冷壁受热面3-6的下端与第一下集箱3-4连通，每个第一进水管3-1的一端与压力壳体1固接并设在压力壳体1的外部，每个第一进水管3-1的另一端与第一下集箱3-4连通，每个第一引出管3-2的一端与压力壳体1的上封头1-1固接并设在压力壳体1的上封头1-1的外部，每个第一引出管3-2的另一端与第一上集箱3-3连通，所述外层水冷壁组件4由第二进水管4-1、第二引出管4-2、第二上集箱4-3、第二下集箱4-4、多个支撑架4-5和外层水冷壁受热面4-6构成，每个支撑架4-5的一端与压力壳体1的内壁固接，每个支撑架4-5的另一端与第二上集箱4-4固接，每个支撑架4-5设在压力壳体1与内层水冷壁受热面3-6之间，所述外层水冷壁受热面4-6的上端与第二上集箱4-4连通，所述外层水冷壁受热面4-6的下端与第二下集箱4-4连通，每个第二进水管4-1的一端与压力壳体1固接并设在压力壳体1的外部，每个第二进水管4-1的另一端与第二下集箱4-4连通，每个第二引出管4-2的一端与压力壳体1固接并设在压力壳体1的外部，每个第二引出管4-2的另一端与第二上集箱4-3连通，所述至少一段盘管5的两端分别穿过压力壳体1设置在压力壳体1的外面，且所述至少一段盘管5的两端分别与压力壳体1固接，所述至少一段盘管5设置在内层水冷壁受热面3-6与外层水冷壁受热面4-6之间。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的盘管5的段数为1段，此种连接结构的优点是强化换热效果较好。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的盘管5的段数为2-6段，2-6段盘管5沿压力壳体1的轴向平行设置，此种连接结构的优点是可将每一段盘管内的工质流动布置成并联形式，有利于提高每一段盘管的对流换热系数，强化换热，同时在两段盘管之间预留空间，便于检修和布置盘管的连接管道。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的每一段盘管5的层数为1-5层，此种连接结构的优点是充分利用了合成气在废热锅炉内的流动空间，增加了对流换热面积，减小了整个炉体的尺寸。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的内层水冷壁受热面3-6的横截面为圆形，此种连接结构的优点是内层水冷壁和盘管的横截面均为圆形，合成气在盘管和内层水冷壁之间的流动均匀，不存在流动死区，换热效果好并节省炉内空间。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的外层水冷壁受热面4-6的横截面为圆形，此种连接结构的优点是外层水冷壁和盘管的横截面均为圆形，合成气在盘管和外层水冷壁之间的流动均匀，不存在流动死区，换热效果好，并节省炉内空间。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的每一段盘管5为蛇形盘管。此种连接结构的优点是增大对流受热面的面积。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理：合成气从炉体连接装置2的入口自上而下流过内层水冷壁3内部，主要进行辐射换热，到达内层水冷壁下部向上反转180度，再自下向上通过由至少一段盘管5、内层水冷壁受热面3-6和外层水冷壁受热面4-6所围成的环形空间，同时进行辐射换热和对流换热，降低合成气温度，完成合成气的全显热回收。