一种用于高含尘高温气体的抗磨损废热锅炉

1.本发明提供一种用于高含尘高温气体的抗磨损废热锅炉，属于煤炭清洁利用。

背景技术：

0、2.背景技术

1、煤炭在能源结构中的重要地位是由资源条件决定的。在世界范围内，煤炭资源相对于其它化石资源要丰富得多，在未来五十年，将继续是世界的主要能源之一。煤炭h/c远低于石油和天然气h/c，其单位热值价格最便宜，不到油和气的1/4，最适合作为燃料或生产特种化学品。但由于煤的组成十分复杂，含有大量灰分和其他有害物质，储运与使用不便，作为一次能源直接燃用热效低。

2、煤炭并不一定是“肮脏的能源”，能源“洁净”与否，必须和使用能源的技术联系在一起，煤气化是洁净煤技术的重要方面。利用煤先气化后作为燃料或发电是世界各国正在开发和应用的洁净煤技术的趋势。然而气化炉出口的粗煤气具有较高的温度。采用水煤浆气化工艺的气化炉出口温度为1200～1500℃，显热能量很高，粗煤气在净化之前的降温过程中其大量显热将被冷却介质带走，为了提高能源利用效率，对煤气化后合成气的显热进行有效回收十分必要。例如目前igcc发电技术的供电效率已达42％-45％，这部分显热若不回收，能量损失会很大，将影响供电效率的4％-5％。

3、采用对流废热锅炉对煤气化后合成气的显热进行回收是目前行之有效的手段，但由于含尘的合成气同时具有高温、高压、强还原性3个特点，水管式对流废热锅炉的积灰、堵塞、盐结垢和磨损问题以及火管式对流废热锅炉的入口管板冲刷磨损、换热管热应力破坏和热膨胀泄露问题是废热锅炉技术研究中需要重点解决的难点问题。从换热效率、防止挥发性盐结垢、操作安全性和长周期运行方面分析，开发抗磨损的火管式对流废热锅炉更有应用前景。

4、3.技术实现要素：

5、为了克服现有火管式对流废热锅炉技术存在的不足，本发明的目的是开发一种用于高含尘高温气体的抗磨损废热锅炉，利用换热管伸出上管板形成灰池，用沉积灰层抵消含尘高温气体对上管板的冲刷磨损，并降低上管板的温度解决受热不均产生的热应力破坏难题；利用上管板倾斜消除惰性气滞留层对管板换热效果的影响，进一步降低受热不均产生的热应力破坏；充分利用含尘气体平推流轻度冲刷流动，消除管壁传热滞留层以提高换热管导热系数并破解挥发性盐结垢难题；通过分布挡板实行进水均匀分布和带有膨胀节的换热管分别吸收热膨胀从而有效消除对下管板的热应力破坏和泄露，确保废热锅炉的操作安全性和长周期稳定运行。

6、本发明的一种用于高含尘高温气体的抗磨损废热锅炉，主要由壳体、上管板、换热管、下管板、分布挡板、上出水汽管、汽包、回水管、下进水管、封头和补水管等组成，其特征在于上管板固定在壳体上，上管板在上出水汽管侧向上倾斜0.5-10°，换热管伸出上管板5-250mm；在下管板上方20-300mm处设置分布挡板并固定在换热管的管束上，分布挡板开孔率为5％-50％；换热管带有或不带有膨胀节，带有膨胀节的换热管为变径管，当量管径为30-180mm；带有膨胀节的换热管的上部换热管外径比下部换热管内径小0.1-20mm，管壁厚为2-30mm，冷态下插入深度不小于5mm；上部换热管插入下部换热管形成活动接头，上部换热管和下部换热管包在膨胀节内并分别与膨胀节的上下端焊接在一起，膨胀节设置在分布挡板上方10-900mm处；封头内衬隔热耐磨衬里，壳程、上出水汽管、汽包、回水管、补水管和下进水管构成了水循环和产蒸汽系统。所述的下管板可以固定在壳体上，也可以采用浮头式或填料函式与封头连接。

7、所述的分布挡板开孔率是指挡板与换热管的环间隙、挡板与壳体的间隙和挡板上开孔面积的总和与壳体内截面面积的比值。

8、所述的换热管内含尘气体的气速为5-50m/s，封头内衬隔热耐磨衬里厚度为20-400m/s，伸出上管板的换热管端部可以采用喷涂耐磨层或加耐磨衬管。

9、所述的壳体下部的下进水管沿壳体圆周均布，数量不少于1个。

技术实现思路

技术特征：

1.一种用于高含尘高温气体的抗磨损废热锅炉，主要由壳体、上管板、换热管、下管板、分布挡板、上出水汽管、汽包、回水管、下进水管、封头和补水管等组成，其特征在于上管板固定在壳体上，上管板在上出水汽管侧向上倾斜0.5-10°，换热管伸出上管板5-250mm；在下管板上方20-300mm处设置分布挡板并固定在换热管的管束上，分布挡板开孔率为5％-50％；换热管带有或不带有膨胀节，带有膨胀节的换热管为变径管，当量管径为30-180mm；带有膨胀节的换热管的上部换热管外径比下部换热管内径小0.1-20mm，管壁厚为2-30mm，冷态下插入深度不小于5mm；上部换热管插入下部换热管形成活动接头，上部换热管和下部换热管包在膨胀节内并分别与膨胀节的上下端焊接在一起，膨胀节设置在分布挡板上方10-900mm处；封头内衬隔热耐磨衬里，壳程、上出水汽管、汽包、回水管、补水管和下进水管构成了水循环和产蒸汽系统。

2.根据权利要求1所述的一种用于高含尘高温气体的抗磨损废热锅炉，其特征在于下管板采用浮头式/填料函式与封头连接或固定在壳体上。

3.根据权利要求1所述的一种用于高含尘高温气体的抗磨损废热锅炉，其特征在于换热管内含尘气体的气速为5-50m/s。

4.根据权利要求1所述的一种用于高含尘高温气体的抗磨损废热锅炉，其特征在于封头内衬隔热耐磨衬里厚度为20-400mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于高含尘高温气体的抗磨损废热锅炉，其特征在于伸出上管板的换热管端部可以采用喷涂耐磨层或加耐磨衬管。

6.根据权利要求1所述的一种用于高含尘高温气体的抗磨损废热锅炉，其特征在于在壳体下部的下进水管沿壳体圆周均布，数量不少于1个。

技术总结本发明提供一种用于高含尘高温气体的抗磨损废热锅炉，主要由壳体、上管板、带有膨胀节的换热管、下管板、封头、分布挡板、上出水汽管、汽包、回水管、补水管和下进水管等组成，换热管伸出上管板10‑150mm，在下管板上方20‑300mm设置分布挡板并固定在换热管的管束上；上管板固定在壳体上，封头内衬隔热耐磨衬里；壳程、出水汽管、汽包、回水管和下进水管构成了水汽循环系统；分布挡板开孔率为5％‑50％，以灰抗灰，消除高温冲刷磨损。技术研发人员：田原宇,乔英云,田一良,崔若彤,张燕鹏,叶智刚受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）技术研发日：技术公布日：2024/1/15