專利名稱：用于使煤氣化的蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明總的涉及煤氣化器，特別是涉及一種用于將煤轉(zhuǎn)化成有用的氣體產(chǎn)品的新穎且實用的聯(lián)合型整體式蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，同時可產(chǎn)生用于發(fā)電和／或供工藝過程需要的蒸汽。
2．相關(guān)技術(shù)的描述

圖1-6示出了各種已知的煤氣化器的構(gòu)造，它們具有各種各樣的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)零部件和連接關(guān)系。
在1951年，巴布考克及威爾考克斯公司(B&W)向位于西弗吉尼亞州Morgantown鎮(zhèn)的美國礦物局提供了一種大氣壓力的、吹氧或吹蒸汽的、排渣型、夾帶流動的煤氣化器。圖1A示出了該裝置。另外，B&W還向位于西弗吉尼亞州的Morgantown鎮(zhèn)的美國礦物局提供了一種吹加壓氧氣和蒸汽的、排渣型、夾帶流動的煤氣化器，如圖1B所示。在50年代早期，B&W為位于西弗吉尼亞州Belle城的E．I．DuPont de Nemours(杜邦)公司提供了一種半商業(yè)尺度的、大氣壓力的、吹氧和吹蒸汽的、排渣型、夾帶流動煤氣化器，如圖2所示，隨后在同一地方提供了一種商業(yè)尺度的煤氣化器，如圖3所示。在50年代中期，B&W對用于燃氣輪機-蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)的吹空氣的、排渣型、夾帶流動的氣化進行了工程上的研究和試驗工作。這導(dǎo)致了與通用電氣公司的一個合作項目，其中一煤氣化器(參見圖4)在B&W的聯(lián)合研究中心運行了3年以上(在60年代)。在1976年，B&W在賓夕法尼亞州的Hormer城建造了一個供雙氣體實驗工廠用的煤氣化器，該項目得到了美國能源部的贊助，如圖5所示。在80年代，B&W還參與了與Koppers公司的合資項目，成立了KBW氣化系統(tǒng)股份有限公司。KBW煤氣化器及其輔助設(shè)備如圖6所示。這些技術(shù)和設(shè)計是本發(fā)明的基礎(chǔ)。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種用于將煤轉(zhuǎn)化成有用的氣體產(chǎn)品，特別是合成氣體的新的、聯(lián)合型整體式蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，同時產(chǎn)生可用于發(fā)電和／或供工藝過程需要的蒸汽。與此前任何一種設(shè)計相比，這種整體式蒸汽發(fā)生器-煤氣化器都具有預(yù)料不到的、非常實用的優(yōu)點。
因此，本發(fā)明的一個方面在于，提供一種整體式蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，它可以在由煤生產(chǎn)合成氣體的同時，用煤氣化過程所生成的熱來產(chǎn)生蒸汽。這種整體式蒸汽發(fā)生器-煤氣化器有一豎直細長的、全部焊接的、氣密的外殼，該外殼具有由多個膜壁管面板制成的壁，這使其具有一種亞臨界自然循環(huán)的設(shè)計。煤氣化過程發(fā)生在外殼內(nèi)，并且產(chǎn)生熱的合成氣體以及被傳遞給流過管板的水與蒸汽的熱量。外殼將熱的合成氣體從其下部的燃燒器區(qū)域輸送至一出口。在燃燒器區(qū)域設(shè)置有一雙斜坡傾斜爐底板和一穿透底板的出渣口，以便去除煤氣化過程中所產(chǎn)生的爐渣。在燃燒器區(qū)域的上方設(shè)置了一耐腐蝕區(qū)域，而在該耐腐蝕區(qū)域的上方設(shè)置了一個上部冷卻區(qū)域。
有利的是，耐腐蝕區(qū)域的外殼壁包括雙金屬和／或復(fù)合膜管面板之一，而上部冷卻區(qū)域的外殼壁可以只包括碳鋼膜管面板。一多流道對流流道區(qū)域設(shè)置在上部冷卻區(qū)域的上方，該多流道對流流道區(qū)域可限定一包含加熱表面的區(qū)域，這些加熱表面可以在合成氣體沿其流過時從中吸取熱量。較佳的是，對流流道區(qū)域包括一向上流流道和一向下流流道，用于將合成氣體從上部冷卻區(qū)域輸送至出口。對流流道區(qū)域內(nèi)的加熱表面包括用于從合成氣體中吸取熱量的過熱器表面和經(jīng)濟器表面。過熱器表面包括位于向上流流道的副過熱器表面和主過熱器表面以及位于向下流流道的經(jīng)濟器表面。主過熱器的一部分可以位于向上流流道和向下流流道兩者內(nèi)；具體地說，主過熱器的入口列組可以位于向下流流道的頂部，而主過熱器的出口列組可以位于向上流流道的頂部。最后，設(shè)置了一連接于對流流道區(qū)域之出口的除灰裝置，以便將排出對流流道區(qū)域的合成氣體中的灰燼分離出來，而除渣裝置則連通于出渣口，以便接納來自燃燒器區(qū)域的爐渣。
本發(fā)明的另一個方面涉及這樣一種結(jié)構(gòu)，即，其中燃燒區(qū)域的傾斜的爐底板和壁是由肋片管構(gòu)成的，這些肋片管上具有被耐火材料所覆蓋的銷釘圖案。較佳的是，肋片管是多向的管子。
還可以用各種已被證實的技術(shù)來對這種煤氣化器進行預(yù)報和模擬，特別是對燃燒器的火焰、爐溫和氣化反應(yīng)等。具體地說，這些模擬技術(shù)將影響燃燒器和燃燒器區(qū)域的設(shè)計結(jié)構(gòu)。
因此，本發(fā)明的再一個方面涉及燃燒器相對于其穿過而進行燃燒的壁(即分別與它們相關(guān)的壁)的布置和取向。總的來說，在燃燒器區(qū)域內(nèi)各偏置的燃燒器最好是設(shè)置在兩個高度上，并將各燃燒器布置成穿過外殼的四壁而向內(nèi)噴火燃燒。術(shù)語“偏置”是指一個壁上的一個燃燒器不直接對著相對壁上的另一燃燒器。每個偏置的燃燒器都布置成相對于外殼壁的一根垂直線成角度θ地穿過外殼的壁，角度θ在大約0度至25度的范圍內(nèi)。較佳的是，角度θ是大約15度至25度的非零值。
此外，在燃燒器區(qū)域內(nèi)不僅各偏置的燃燒器設(shè)置在至少一個高度上，各燃燒器設(shè)置和布置成分別穿過外殼的一個壁而向內(nèi)噴火燃燒，而且每個燃燒器在其相應(yīng)的壁上至外殼的一個角的距離是大約相應(yīng)壁之寬度的五分之一到三分之一。藉此，加上一個適當?shù)摩戎?，就可以在外殼?nèi)產(chǎn)生能加強煤氣化過程的渦流。
本發(fā)明的另一個方面在于雙斜坡傾斜爐底板，它可取地包括多個K形鍛件，這些鍛件將形成傾斜爐底板的管子連接起來，并使它們流體連通于處在傾斜爐底板下方的總管?？偟膩碚f，每個K形鍛件都將來自外殼的前后壁的兩根管子機械地連接起來。
本發(fā)明的新穎特征將在構(gòu)成本申請書之一部分的所附權(quán)利要求中指出。為了更好地理解本發(fā)明、它的工作優(yōu)點和采用本發(fā)明可得到益處，下面將結(jié)合附圖和較佳實施例來詳細描述本發(fā)明。
附圖簡要說明各附圖中圖1A是當年提供給美國礦物局的一種已知的大氣壓力煤氣化器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖1B是當年提供給美國礦物局的一種已知的加壓煤氣化器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖2是類似于圖1A和1B的視圖，其示出了提供給DuPont公司的一種已知的半商業(yè)尺度的、大氣壓力的煤氣化器結(jié)構(gòu)；圖3是提供給DuPont公司的一種已知的商業(yè)尺度的、大氣壓力的煤氣化器結(jié)構(gòu)的立體圖，其上一些部分被切除了。
圖4是與通用電氣公司共同研究和試驗的、涉及燃氣輪機-蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)的另一種煤氣化器結(jié)構(gòu)的立體圖，其上一些部分也切除了。
圖5是為美國能源部在賓夕法尼亞州Homer城的雙氣體實驗工廠研制的一種已知煤氣化器結(jié)構(gòu)的縱剖視圖；圖6是一種已知的、更加成熟完善的煤氣化器結(jié)構(gòu)的立體圖，其中有跨接在分開的煤氣化器和熱回收段之間的煙道；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一聯(lián)合型整體式蒸汽發(fā)生器-煤氣化器裝置的縱剖視圖；圖8是圖7所示型式的多個蒸汽發(fā)生器-煤氣化器配置的俯視平面圖，示出了兩個蒸汽發(fā)生器-煤氣化器并排布置的一種可能的配置；圖9是沿圖7中的箭頭9-9剖取的剖視圖，示出了蒸汽發(fā)生器-煤氣化器的另一個可選用的實施例，其中燃燒器相對于它們所穿過的外殼的壁(即與它們相關(guān)的壁)成一角度；圖10是圖7中的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器的下部的放大剖視圖，示出了一雙斜坡傾斜爐底板結(jié)構(gòu)，它采用出渣口底板“K”形鍛件，將形成傾斜爐底板的各根管子機械地、流體地相互連接起來；圖11是圖10所示型式的單個出渣口“K”形鍛件的局部放大視圖；圖12是圖11所示的出渣口“K”形鍛件的左視圖(沿箭頭12-12方向看)，示出了多個出渣“K”形鍛件是怎樣錯位布置的以及與它們相關(guān)的爐底板管是怎樣一個挨一個組裝而形成雙斜坡傾斜爐底板的；以及圖13是沿圖12中的箭頭13-13方向看的俯視平面圖。
對較佳實施例的詳細描述請總的參見各附圖，其中相同的標號表示功能相同或類似的部件，特別是在圖7和8中，示出了根據(jù)本發(fā)明的、總的由標號10表示的整體式蒸汽發(fā)生器-煤氣化器。該蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10采用了源于已有技術(shù)的各種構(gòu)件，但是形成了一種與已有的任何一種單獨或組合的結(jié)構(gòu)相比具有出乎意料之優(yōu)點的新的、有利的組合和配置。
如圖7所示，該蒸汽發(fā)生器-煤氣化器是一個大氣壓力的、吹氧(或含氧氣體、或諸如蒸汽、空氣、富氧空氣、二氧化碳或類似物)的、為生產(chǎn)原始合成氣體而設(shè)計的煤氣化器。合成氣體12可以進一步精練，并被制成例如氨氣等，用于生產(chǎn)化肥、甲醇、CO、化學(xué)品和爆炸物等工業(yè)用原料。雖然圖7僅示出了一單個的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10，但熟悉本領(lǐng)域的人員應(yīng)該理解，在某一特定的成套裝置內(nèi)可以采用兩個或更多個蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10。圖8示出了所述這一情況，其中有兩個并列配置的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10。這種整體式蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10的設(shè)計將各種已得到證實的技術(shù)相互結(jié)合在一個新的組合中，以滿足設(shè)計的目的。
本發(fā)明的整體式蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10包括以下特征-全部焊接的氣密外殼14；-借助燃燒器區(qū)域16內(nèi)和雙斜坡傾斜爐底板18上的耐火材料覆蓋層，而且可取的是利用傾斜爐底板18內(nèi)的K形鍛件和多肋的肋片管形成了密集間隔的銷釘圖案；-位于傾斜的爐底板18上的出渣口20包括一出渣頸(slag neck)22；-在燃燒器區(qū)域16之上的耐腐蝕區(qū)域24和采用雙金屬／復(fù)合膜管，具有一種向耐腐蝕區(qū)域24之上的上部冷卻區(qū)域26內(nèi)的較廉價的碳鋼管的過渡；-采用一標準的B&W鼓筒式鍋爐RB-El PasoTM的爐殼和多流道對流流道28的設(shè)計，它具有標準的B&WRB-El PasoTM的結(jié)構(gòu)支承件和適當?shù)哪透g防護，藉以將標準的副過熱器(SSH)30、主過熱器(PSH)32以及經(jīng)濟器(EC)34的加熱表面定位在爐殼14的“占地面積”內(nèi)，從而降低了設(shè)備的占地面積需要；-采用了氣化反應(yīng)和爐溫的預(yù)測；-用于吹灰器和對流表面滲透的爐壁密封配置，有利于氣密地的、可靠的運行；-采用計算機流程圖(CFD)，模擬地預(yù)報燃燒器火焰和特殊的流動圖案，并預(yù)報各燒器火焰的相互作用；以及-采用已被證實的渣箱36或浸沒的拖鏈式輸送器38來去除底部的爐灰。浸沒的拖鏈式輸送器還能作為防止爐中氣體泄漏的壓力密封件。
本發(fā)明的優(yōu)點包括利用的是已經(jīng)被此前使用所證實的、而無需由本發(fā)明的組合或構(gòu)造來證實的各種部件，為需要合成氣體產(chǎn)品的工業(yè)提供了一種安全而可靠設(shè)備方案。本發(fā)明還利用計算機模擬來確定氣化反應(yīng)，用CFD模擬來確定爐焰圖案、燃燒器的設(shè)計結(jié)構(gòu)和安置、以及爐溫曲線形狀。這一技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的進步過去一直沒有被用于煤氣化器的設(shè)計。
本發(fā)明可提供一個從燃燒器區(qū)域16到多流道對流流道區(qū)域28之出口40的完全水冷的、氣密的外殼14。這種結(jié)構(gòu)可以不再需要此前煤氣化器設(shè)計(如圖6所示)所需的跨接煙道，因而既可簡化機械結(jié)構(gòu)并減少維修需要又能形成一個可靠、緊湊的設(shè)計結(jié)構(gòu)。
通過采用銷釘／耐火材料、雙金屬和／或復(fù)合管、并且對對流表面的材料進行正確的選擇，本發(fā)明還可產(chǎn)生更高的工作蒸汽溫度和壓力，從而取得更高的蒸汽循環(huán)效率。
如圖7和8所示，直立細長、全部焊接、氣密的外殼14具有四個壁，它們是由形成多個已知結(jié)構(gòu)的膜壁管面板的許多管子制成的。自下而上，外殼14包括若干個區(qū)域燃燒器區(qū)域16、耐腐蝕區(qū)域24、上部冷卻區(qū)域26和多流道對流流道區(qū)域28。生產(chǎn)合成氣體12的煤氣化過程發(fā)生在外殼14內(nèi)，主要發(fā)生在燃燒器區(qū)域16、耐腐蝕區(qū)域24和上部冷卻區(qū)域26內(nèi)，并產(chǎn)生可傳遞的熱量，且產(chǎn)生流過形成外殼14之膜壁管面板的水與蒸汽的混合物，這種水和蒸汽的混合物與下降管中的水有一個密度差，這就使膜壁爐面板得到自然循環(huán)冷卻。外殼14將合成氣體12傳送至多流道對流流道區(qū)域28的出口40。在燃燒器區(qū)域16的底部設(shè)置了一個雙斜坡爐底板18，底板上具有一穿過它的出渣口20，該出渣口連接于一出渣頸22。出渣頸22使出渣口20連通于一出渣箱36，或者最好是連通于一浸沒的拖鏈輸送器38。
傾斜的爐底板18和燃燒器區(qū)域的各壁最好是覆蓋了一個致密的銷釘圖案，這個銷釘圖案再被一層耐火材料覆蓋，以保護管子免遭腐蝕環(huán)境的侵蝕。銷釘圖案是這樣的，即，讓各銷釘穿過耐火層，以便進行傳熱。此外，傾斜的爐底板18和燃燒區(qū)域的各壁最好是用多肋的肋片管制成，以增強傳熱特性，并且防止這些管子上的熱流使它們過熱和失效。
請參見圖7-9，在燃燒器區(qū)域16內(nèi)，各偏置燃燒器42設(shè)置在兩個高度上，至少一個(最好兩個)有一射角，外殼的四個壁上都設(shè)置有穿過其噴火的燃燒器。術(shù)語“偏置”意味著一個壁上的燃燒器42不直接對著另一壁上的燃燒器42。每個燃燒器42均布置成穿過其相關(guān)的外殼14的壁進行燃燒，其與垂直于該壁的直線41所成的角度θ為大約0度至25度，最好是在大約15度至25度之間。
每個燃燒器在其相關(guān)的壁上至外殼14的一個角43的距離D是相關(guān)壁寬W的五分之一到三分之一。加上有一個恰當?shù)摩戎?，就可在外?4內(nèi)形成一火焰渦流，藉以加強用來生產(chǎn)合成氣體12的煤氣化過程。
按照合成氣體12從燃燒區(qū)域流向出口40的順序，燃燒區(qū)域16的上方是一耐腐蝕區(qū)域24，它最好具有用雙金屬和／或復(fù)合管制成的殼壁；一上部冷卻區(qū)域26，它可以采用碳鋼管；以及一多流道對流流道區(qū)域28，它限定了一包含若干個加熱表面的區(qū)域，隨著合成氣體12流過這些加熱表面，其從合成氣體12吸取熱量。多流道對流流道區(qū)域28包括一向上流流道44和一向下流流道46，以便將合成氣體12從上部冷卻區(qū)域26傳送至出口40。對流流道區(qū)域28內(nèi)的各個加熱表面包括過熱器(副過熱器(SSH)30和主過熱器(PSH)32)以及經(jīng)濟器(EC)34的表面，用以從合成氣體12吸取熱量。SSH 30和PSH 32的表面位于向上流流道44內(nèi)，而EC 34的表面位于向下流流道46內(nèi)。PSH 32的一部分可以既位于向上流流道44內(nèi)，也位于向下流流道46內(nèi)；特別是，PSH32的一列或多列進口可以設(shè)置在向下流流道46的頂部，而PSH 32的一列或多列出口可設(shè)在向上流流道44的頂部。
外殼14的后壁48的各個管子在標號50處分叉成兩個部分向上，從而在對流流道區(qū)域28內(nèi)形成多個向上流流道44和向下流流道46。這種設(shè)計特點是B&W的El PasoTM型輻射鍋爐的一個方面，它消除了懸垂的對流通道，并且在鍋爐外殼14的占地范圍內(nèi)包括了向上流流道44和向下流流道46。因此，形成后壁48的某些管子向內(nèi)彎折得離開后壁48的平面而形成一個將向上流流道44和向下流流道46分開的分隔壁52。然而，由于形成壁52的某些管子進一步地彎折而在外殼14的頂部形成通道，因而合成氣體12可以從向上流流道44進入向下流流道46。類似地，隨著合成氣體12向下流過向下流流道46，形成后壁48并且沿著后壁48的平面繼續(xù)筆直延伸的某些管子也發(fā)生彎折而形成可使合成氣體12從分叉部位50附近的出口40排出的通道，這一方式也類似于“B&W El PasoTM型鍋爐的結(jié)構(gòu)。對流表面管束由擋板壁上的凹槽支承，這樣就將彎頭隱藏在凹處，可以使侵蝕和腐蝕作用減至最小。
過熱器30、32的所有盤管都是布置成可以將水泄放出去的，以防止蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10在啟動過程中可能遭到的損壞。PSH 32是布置成相對于合成氣體12的流向逆流的，以使傳熱所需的表面積為最小。SSH 30是布置成部分地平行于合成氣體12的流向，以盡量降低金屬溫度和發(fā)生腐蝕的趨勢。對流流道表面也布置成使氣體的速度為最小，藉以降低與這種類型的類型的燃燒過程的高灰燼特性相關(guān)的、潛在的腐蝕損壞的危險。
蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10還包括一汽鼓54。導(dǎo)管59從汽鼓54通向蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10的外殼14的膜管面板的下聯(lián)箱56(見圖10)，另一些導(dǎo)管從外殼14的上聯(lián)箱引出而回到汽鼓54。由于導(dǎo)管和聯(lián)箱的尺寸設(shè)計得很恰當，所以可依靠自然循環(huán)來冷卻爐壁而無需循環(huán)泵。
EC 34的入口連接于鍋爐給水供應(yīng)管(未圖示)，而其出口連接于一通向汽鼓54的管道。汽鼓54還有一該技術(shù)領(lǐng)域已知的液位控制配置。又如鍋爐技術(shù)領(lǐng)域還所周知，一蒸汽管從汽鼓54的頂部引向PSH 32的入口，還有一管道從PSH 32的出口引向SSH 30的入口。該管道設(shè)置有一噴水蒸汽降溫器(未圖示)，同時一鍋爐給水管道從上述鍋爐給水管道引向噴水降溫器或者其它溫控裝置，如冷凝器。一過熱蒸汽管道從SSH的出口引向這一設(shè)備的邊界。因此可以從該管道抽取大約60巴的過熱蒸汽。在這一管道和向噴水蒸汽降溫器供應(yīng)鍋爐給水的管道之間可以設(shè)置溫度控制裝置。
由合適的供煤裝置(未圖示)和粉碎機(也未圖示)將粉碎的煤供給至燃燒器區(qū)域16內(nèi)的燃燒器42。二氧化碳構(gòu)成了可將將粉煤從一供應(yīng)點氣動地輸送至燃燒器的氣動輸送介質(zhì)。每個燃燒器42還設(shè)置有一供氧管路。該蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10還包括供氮裝置，它配備有一鼓風(fēng)機，用以在系統(tǒng)啟動／關(guān)停時吹洗這一系統(tǒng)。
在工作時，利用二氧化碳作為輸送介質(zhì)，以一種可控的速率，向每個燃燒器42氣動地供應(yīng)粉煤。一控制裝置(未圖示)可將二氧化碳的流量控制為一固定值。粉煤是被通過流動控制閘門和一流速量計量裝置或配置而輸送至各燃燒器42。粉煤是被送入一載送氣體流(例如二氧化碳)，然后該氣流將粉煤攜帶至各燃燒器42。同時，沿著流動管線將氧氣供給至燃燒器42。各燃燒器42最好是所謂擴散型的，但也可以是預(yù)混合型的，其中氧氣和粉煤的燃燒發(fā)生在蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10的外殼14的內(nèi)部。溫度通常為大約1400℃的爐渣由雙斜坡傾斜爐底板10、出渣口20、出渣頸22和出渣箱36或拖鏈輸送器38來激冷卻硬化并拖送出去。
粉煤和氧氣在外殼14內(nèi)進行燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生含有一氧化碳和氫氣的氣態(tài)組份以及爐渣。更具體地說，是利用了亞理論比例的氧氣。煤首先和氧氣燃燒而生成高溫的二氧化碳和水蒸汽。隨后，這些氣體與其余的煤反應(yīng)而產(chǎn)生一氧化碳和氫氣。氣態(tài)組份(即合成氣體12)作為一氣體產(chǎn)品(溫度典型地是大約200℃)經(jīng)出口40從外殼14流出，并經(jīng)過旋風(fēng)除灰裝置58。
現(xiàn)請參見圖10-13，迄今為止尚未被用于氣化器設(shè)計的本發(fā)明的另一個特征是雙斜坡傾斜爐底板18，該爐底板最好是包括多個K形鍛件60，這些鍛件將形成傾斜爐底板18的許多管子連接起來，并使它們流體連通于傾斜爐底板18下面的總管或稱聯(lián)箱56?？偟膩碚f，每一K形鍛件60都將來自外殼14的相對的前和后壁的兩個管子連接起來，以形成雙斜坡傾斜爐底板18。每個K形鍛件60具有便于將多個出渣口“K”形鍛件錯位排列并將它們焊接在一起的平的側(cè)面，以便將與它們相關(guān)的爐底板管彼此相鄰地組裝而形成雙斜坡爐底板18。這種特殊型式的K形鍛件是針對不同類型的環(huán)境即旋風(fēng)爐膛環(huán)境而采用的。對于典型的旋風(fēng)式鍋爐而言，BW建議采用24"×36"的底板出渣口，大于原來的18"×24"的底板出渣口。增大底板出渣口尺寸是為了適應(yīng)西方的高灰煤和／或具有高灰份融化溫度的煤。雖然西方的煤通常具有較低的含灰百分比，但低燃燒輻射熱量和灰特性會結(jié)合起來產(chǎn)生非常粘滯的爐渣，這可能導(dǎo)致底板出渣口的橋接和封閉。帶有K形鍛件60的雙斜坡傾斜爐底板18實際上是一種用于超臨界壓力旋風(fēng)鍋爐底板的結(jié)構(gòu)，而不是用于B&W El PasoTM型鼓筒式鍋爐的結(jié)構(gòu)。
在外殼14內(nèi)燃燒生成的熱量直接用來加熱(也就是不受任何水激冷)沿外殼14的鍋爐給水管流過的鍋爐給水，而產(chǎn)生大約60巴的蒸汽，進而加熱不斷進入EC 34的鍋爐給水，并且使來自汽鼓54的蒸汽在PSH 32和SSH 30中過熱。
流量配置將氧氣流量設(shè)定為能滿足所需要的有用氣體流量，有用氣體的流量可借助該技術(shù)領(lǐng)域已知的、為氣體產(chǎn)品中的一氧化碳和氫氣設(shè)計的測量裝置來測量。控制配置還能調(diào)整煤對氧的比率，以維持所生產(chǎn)的氣體產(chǎn)品中所需的二氧化碳濃度。
在這種蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10中，所有廢熱都作為高壓過熱蒸汽而回收，無需外加水冷。如果需要，可以對從旋風(fēng)分離器58流出的合成氣體進行洗涂除塵。該蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10的壓降是這樣定的，即，可使合成氣體12能以所需的壓力送出，無需增壓鼓風(fēng)機。
這種蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10可以用在以一氧化碳和／或氫氣或這兩者作為原料的任何化學(xué)品的制造中。這類化學(xué)品包括氨氣及其衍生物、甲醇及其衍生物乙酸及其衍生物等等。該蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10還可以構(gòu)成一整體式發(fā)電設(shè)備的至少一部分。
可以相信，在蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10中，可以將所產(chǎn)生的理論廢熱的85％以上回收作為適于驅(qū)動蒸汽輪機的高壓過熱蒸汽，這里理論廢熱是定義為輸入蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10的煤的熱值小于氣體、飛灰和排出氣化器的爐渣的熱值。
還可以相信，與已知的氣化器相比，這種蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10能以更高的比例將煤轉(zhuǎn)化成氣體，從而減少產(chǎn)生的飛灰。此外，與在蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10中對產(chǎn)品氣體進行激冷的已知生產(chǎn)過程相比，這種蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10可以顯著降低電耗，不需要為激冷作為原料的氣體而消耗水，并且生產(chǎn)過程的安全性也改善了。
此外，可以將在蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10中產(chǎn)生的、可能含有高腐蝕性組份的氣體保持在一個完全水冷的外殼14中，直到合成氣體12的溫度降低到可能造成腐蝕的溫度以下。通過選擇一個適當?shù)墓ぷ鲏毫?，可以將外?4本身的溫度保持為蒸汽發(fā)生器-煤氣化器10的爐壁內(nèi)的水的沸騰溫度。為此，可以選擇適當?shù)牟牧蟻順?gòu)造蒸汽發(fā)生器-煤氣化器l0的爐壁，所述材料可以是通常用來構(gòu)造現(xiàn)代的高壓工業(yè)鍋爐的材料。
雖然已經(jīng)結(jié)合圖示和描述的特定實施例詳細闡述了本發(fā)明原理的應(yīng)用，但應(yīng)該理解，本發(fā)明也可以用其它方式來實施而不偏離本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1．一種整體式蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，用于在由煤產(chǎn)生合成氣體的同時，借助煤氣化過程所生成的熱來產(chǎn)生蒸汽，它包括一豎直細長的、全部焊接的、氣密的外殼，它具有由多個膜壁管面板制成的壁，煤氣化過程發(fā)生在該外殼內(nèi)，并產(chǎn)生熱的合成氣體；熱量傳遞給流過各管板的水與蒸汽混合物，所述外殼可以將熱的合成氣體從其下部的一燃燒器區(qū)域輸送至一出口；一燃燒器區(qū)域，它被構(gòu)造和設(shè)計成能經(jīng)受由氣化過程所形成的腐蝕和侵蝕環(huán)境；一雙斜坡傾斜爐底板，它位于燃燒器區(qū)域的底部，并具有一穿透底板的出渣口；一位于所述燃燒器區(qū)域上方的耐腐蝕區(qū)域；一位于所述耐腐蝕區(qū)域上方的上部冷卻區(qū)域；一位于所述上部冷卻區(qū)域上方的多流道對流流道區(qū)域，該區(qū)域形成了一包含加熱表面的區(qū)域，這些加熱表面可以在合成氣體沿著其流過時從氣體吸取熱量；一連接于對流流道區(qū)域之出口的除灰裝置，用于將從對流流道區(qū)域中排出的合成氣體中的灰燼分離出來；以及一連通于所述出渣口的除渣裝置，用于接納來自燃燒器區(qū)域的爐渣。
2．如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器一煤氣化器，其特征在于，它還包括一連接于所述出渣口的出渣頸。
3．如權(quán)利要求2所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，所述除渣裝置包括一出渣箱和一連通于所述出渣頸的浸沒式拖鏈輸送機。
4．如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，所述傾斜的爐底板和燃燒器區(qū)域的壁包括一種由耐火材料覆蓋的銷釘圖案。
5．如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，所述除灰裝置包括一連接于所述對流流道區(qū)域之出口的旋風(fēng)分離器裝置。
6．如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，所述耐腐蝕區(qū)域的外殼壁包括一雙金屬的和／或復(fù)合的膜管面板。
7．如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，所述上部冷卻區(qū)域的外殼壁包括碳鋼膜管面板。
8．如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，所述對流流道區(qū)域包括一向上流的流道和一向下流的流道，用于將所述合成氣體從上部冷卻區(qū)域輸送至所述出口。
9．如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，所述對流流道區(qū)域內(nèi)的所述加熱表面包括過熱器和經(jīng)濟器表面，用以從合成氣體中吸取熱量。
10．如權(quán)利要求8所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，所述過熱器表面包括處于向上流流道內(nèi)的副過熱器表面和主過熱器表面，以及處于向下流流道內(nèi)的經(jīng)濟器表面。
11．如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，所述傾斜的爐底板和燃燒器區(qū)域的壁是由肋片管構(gòu)成的，這些肋片管上具有被耐火材料所覆蓋的銷釘圖案。
12．如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，在所述燃燒器區(qū)域包括至少一個沿高度方向偏置的燃燒器，各燃燒器設(shè)置和布置成分別穿過外殼的各壁燃燒。
13．如權(quán)利要求12所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，每個偏置的燃燒器都布置成相對于其所在外殼壁的一根垂線成角度θ地穿過該外殼壁燃燒，角度θ在大約0度至25度的范圍內(nèi)。
14．如權(quán)利要求13所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，所述角度θ在大約15度至25度的范圍內(nèi)。
15．如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，它包括至少一個在燃燒器區(qū)域內(nèi)沿高度方向偏置的燃燒器，各燃燒器設(shè)置和布置成分別穿過外殼的各壁燃燒，每個燃燒器在其所在的壁上與外殼的一個角的距離是該壁之寬度的大約五分之一至三分之一。
16．如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，所述雙斜坡爐底板包括該多K形鍛件，它們將形成傾斜爐底板的各管子流體地連通于處在傾斜爐底板之下的聯(lián)箱。
17．如權(quán)利要求16所述的蒸汽發(fā)生器-煤氣化器，其特征在于，每個K形鍛件均將形成傾斜爐底板的兩根管子機械地連接起來。
18．一種在由煤產(chǎn)生合成氣體的同時借助煤氣化過程所生成的熱來產(chǎn)生蒸汽的方法，包括如下步驟從一豎直細長的、全部焊接的、氣密的外殼之下部的燃燒區(qū)域?qū)⒚核腿?；提供一種含氧的流體，其供給量使其與煤以一種亞理想的方式發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生熱的合成氣體；將熱的合成氣體中的熱量傳遞給外殼壁管中的水與蒸汽的混合物；連續(xù)地將熱的合成氣體向上輸送通過一耐腐蝕區(qū)域和一上部冷卻區(qū)域，隨后再向上和向下地流過具有過熱器和經(jīng)濟器加熱表面的多流道對流流道區(qū)域，以便進一步從熱的合成氣體回收熱量；以及在熱的合成氣體從對流流道區(qū)域的出口流出之后除去其中的灰燼。
19．如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，包括這樣的步驟將熱的合成氣體向上輸送而流過對流流道區(qū)域的向上流流道，并流過副過熱器和主過熱器的加熱表面，隨后再向下經(jīng)過對流流道區(qū)域的向下流流道并流過經(jīng)濟器的加熱表面。
20．如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該方法包括這樣的步驟提供一個由多流道對流區(qū)域的外殼的上部內(nèi)的水和蒸汽輸送管制成的分隔壁，用以將過熱器加熱表面的一部分與經(jīng)濟器加熱表面分開，藉以產(chǎn)生用于連續(xù)地輸送合成氣體的向上流流道和向下流流道。
全文摘要
一種聯(lián)合型整體式蒸汽發(fā)生器一煤氣化器,包括一豎直細長的、全部焊接的、氣密的外殼,其中包括一具有雙斜坡爐底板和一穿透底板的出渣口的燃燒器區(qū)域。位于燃燒器區(qū)域上方的各連續(xù)的區(qū)域設(shè)置有適當?shù)墓茏?用以輸送由煤氣化過程產(chǎn)生的合成氣體。一具有向上流和向下流流道的多流道對流流道區(qū)域位于外殼的上部,并包含主過熱器和副過熱器以及經(jīng)濟器表面,這些表面從合成氣體吸取熱量來產(chǎn)生蒸汽。一除灰器連接于對流流道區(qū)域的出口,藉以除去從對流流道區(qū)域排出的合成氣體中的灰燼。位于燃燒器區(qū)域底部的出渣口連通于一出渣箱或浸沒式拖鏈輸送機,以便接納并除去來自燃燒器區(qū)域的爐渣。
文檔編號C10J3/84GK1294623SQ98811111
公開日2001年5月9日 申請日期1998年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月14日
發(fā)明者D·E·詹姆斯, P·S·拉森, M·C·戈登, T·V·馬爾, P·S·韋策爾, W·E·戴維 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司