[發(fā)明專利]具有可變管直徑的用于高氣化爐功率的冷卻罩

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780053072.4
• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN109642170A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: F·哈內(nèi)曼;T·尤斯特;N·費舍;A·赫克洛茨;H·托特
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子股份公司
• 主分類號: C10J3/76
• 分類號: C10J3/76;C10J3/48;C10J3/84
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華;張鵬

本發(fā)明提供一種氣流床氣化爐，用于在環(huán)境壓力至8MPa之間的壓力以及1200℃至1900℃的氣化溫度下，使用含有游離氧的氣化劑來氣化粉塵狀或液態(tài)的燃料，該氣流床氣化爐在中央的柱形冷卻罩部分中的冷卻管具有比在下部和上部的錐形部分中的冷卻管更小的壁厚。本發(fā)明提供：冷卻罩設(shè)計，具有在冷卻罩上的高壓差下足夠的強度；管壁厚度，確保冷卻罩的安全操作和高傳熱；以及在所有操作條件下冷卻罩間隙和反應(yīng)室之間的壓力平衡。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于在1200℃至1900℃的溫度和在環(huán)境壓力至10MPa(100巴)之間的壓力下、使固體和液體燃料氣化的氣流床氣化爐，其中固體燃料可以是不同等級并且被研磨成細(xì)粉狀的煤、石油焦或其他含碳固體材料，并且液體燃料可以是油-固體懸浮液或水-固體懸浮液，該氣流床氣化爐使用含游離氧的氧化劑，其中布置在壓力殼15中的冷卻罩8限定反應(yīng)室9。

背景技術(shù)

在氣流床氣化爐中，熱負(fù)荷高的反應(yīng)室9由冷卻管結(jié)構(gòu)形成。這樣的結(jié)構(gòu)(所謂的冷卻罩8)作為一個整體而僅在有限的程度上是壓力穩(wěn)定的，其中管本身被構(gòu)造成耐壓的。冷卻罩8位于壓力容器15中。出于壓力容器的熱穩(wěn)定性的原因，壓力容器和冷卻罩之間需要一定的距離。由此產(chǎn)生的后排空間10(也稱為冷卻罩間隙)用惰性氣體沖洗，并且相對于反應(yīng)室具有壓力平衡，因此在正常操作中，在反應(yīng)室中和在后排空間中存在相同的壓力。

由于壓力變化部分地表示為高動態(tài)過程，因此必須確保在每個操作狀態(tài)下可以實現(xiàn)壓力平衡，并且通過流入反應(yīng)室的流動，限制氣體和灰塵滲透到冷卻罩間隙10中。附加地，冷卻罩作為整體必須對其壁上的壓力差具有一定的最小阻力。這樣的對壓力差的最小阻力隨著冷卻罩直徑和冷卻罩高度的增加而降低，使得隨著氣化爐功率的增加，問題變得更嚴(yán)重。此外，冷卻罩暴露于高熱負(fù)荷，并且為了避免損壞，需要從反應(yīng)室到冷卻水的良好熱傳遞。這個要求可以通過小的管壁厚度來實現(xiàn)，而這又削減了冷卻罩的耐壓差性。

已有的技術(shù)提出了500MW的氣化爐值，例如在DE 197 181 31 A1中所述。在其中描述的方案中，在壓力容器內(nèi)具有由以氣密方式焊接的冷卻管組成的冷卻罩。該冷卻罩支撐在中間基座上，并且可以自由地向上延展。這確保了在出現(xiàn)由于啟動和關(guān)閉過程導(dǎo)致的不同溫度并由不同溫度導(dǎo)致的長度變化時，不會發(fā)生可能導(dǎo)致?lián)p壞的機械應(yīng)力。為了實現(xiàn)這一點，在冷卻罩的上端沒有固定連接，而是具有冷卻罩套環(huán)與燃燒器支架凸緣之間的環(huán)形間隙，該環(huán)形間隙確保自由移動性，并且填充有彈性的耐熱纖維墊。這些墊子沒有配置成氣密的，因此允許干燥、無冷凝物和無氧氣體在冷卻罩間隙后面流動。通過沖洗旨在防止熱氣化氣體在壓力波動時流回冷卻罩間隙。這種結(jié)構(gòu)的缺點在于，這些墊僅以形狀配合的方式定位在環(huán)形間隙中，并且可能在較高壓差下被壓出引導(dǎo)件。因此，這些墊不再能夠執(zhí)行限制從反應(yīng)室到后排空間的灰塵傳遞的功能，這最終導(dǎo)致盡管進(jìn)行反向沖洗，反應(yīng)氣體和灰塵仍會進(jìn)入冷卻罩間隙10。一方面，灰塵和氣化氣體轉(zhuǎn)移到后排空間，導(dǎo)致冷卻罩的后側(cè)或壓力殼的后側(cè)發(fā)生腐蝕，這可能導(dǎo)致長期破壞，另一方面，在關(guān)閉氣化爐之后，灰塵進(jìn)入冷卻罩間隙10也導(dǎo)致在反應(yīng)室和氣體引導(dǎo)的下游系統(tǒng)內(nèi)的CO濃度增加。因此，出于安全原因，檢查和可能的修理被大大延遲。

備選地，如DE10 2007 045 321和DE10 2009 005 856中所述，間隙可以通過波紋管補償器被封閉。在這種實施方式中，沖洗氣體通過連接到組合燃燒器的附加壓力平衡管而從冷卻罩間隙10引導(dǎo)到反應(yīng)室中，從而確保冷卻罩間隙和反應(yīng)室之間的必要壓力平衡。該解決方案的缺點是，具有較大直徑的補償器具有高價格，以及壓力平衡管需要額外的管道支出。

為了在高氣化溫度下保護(hù)冷卻罩并限制熱負(fù)荷，DE 197 181 31中描述的冷卻罩方案需要在冷卻罩上由液體和固體爐渣構(gòu)成的足夠的層。在實踐中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該爐渣層可以根據(jù)所用的煤或煤灰而形成不同的厚度。結(jié)果，向冷卻罩中輸入并需從中導(dǎo)出的熱量總量可能大大增加，并且導(dǎo)致壁溫高于允許的材料值以及導(dǎo)致相對多的熱磨損。