一种与辐射废锅匹配连接的气化炉水冷壁内件结构的制作方法

本发明属于气化炉领域，尤其涉及一种与辐射废锅匹配连接的气化炉水冷壁内件结构。

背景技术：

煤气化技术是煤炭资源清洁、高效利用的关键技术之一。近年来，随着能源需求的增长和环境保护要求的提高，煤气化技术朝着高气化温度、高碳转化率、煤种适应性广的方向发展，对煤气化装置尤其是核心装置——气化炉的要求也不断提高。

带辐射废锅(rsc)的气化技术目前较其他气化技术处于领先位置，辐射废锅(rsc)可回收气化反应产生的高位热能，从而生成大量过热蒸汽，用于下游工序，达到节能减排的目的。

气化炉按炉膛型式分为耐火砖气化炉和水冷壁气化炉两大类。耐火砖气化炉结构简单，建造成本低，但运维成本较高，在线率低，气化温度受限；水冷壁气化炉气化温度高、安全可靠性高，在线率高，运维成本低，结构、配置相对复杂，建造成本较高。

目前带辐射废锅(rsc)的气化技术多采用耐火砖气化炉，仍存在检修较频繁、在线率低、换砖成本高等问题。如采用水冷壁气化炉，水冷壁结构的适应性及气化炉与辐射废锅(rsc)的接口匹配将是设计的难点和关键点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种与辐射废锅匹配连接的气化炉水冷壁内件结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种与辐射废锅匹配连接的气化炉水冷壁内件结构，包括引入管、进水集箱、膜式水冷壁、出水集箱、引出管、烧嘴水冷罩、渣口、吹扫器和平衡管；

所述膜式水冷壁是由多个通水管和鳍片组成的列管式圆筒状结构，所述膜式水冷壁内部为气化室炉膛，所述膜式水冷壁的两端分别为上部缩口和下部缩口；

所述进水集箱位于所述膜式水冷壁的底部，所述出水集箱位于所述膜式水冷壁的顶部；

所述引入管的入口端与气化炉外壳上的进水管嘴连接，所述气化炉外壳位于所述膜式水冷壁的外侧，所述引入管的出口端与所述进水集箱连接；所述膜式水冷壁各通水管的两端分别与所述进水集箱和所述出水集箱连接，所述引出管的入口端与所述出水集箱连接，所述引出管的出口端与所述气化炉外壳上的出水管嘴连接；所述烧嘴水冷罩连接在所述气化炉外壳的烧嘴安装口和所述膜式水冷壁的上部缩口之间，并与所述膜式水冷壁的上部缩口相匹配；

所述渣口包括列管式通道和渣口集箱，所述渣口集箱位于所述列管式通道的外部，所述渣口集箱为环管结构，所述渣口连接在所述膜式水冷壁的下部缩口与所述辐射废锅的进口之间，所述列管式通道的上部接口与所述膜式水冷壁的下部缩口相匹配，所述列管式通道的下部接口与辐射废锅的进口相匹配。

所述渣口为单独的水路，外部进水接到渣口集箱进水口，水流流入渣口进水集箱，然后分配到列管式通道，列管式通道内水汇集至渣口出水集箱，再从渣口集箱出水口流至外部出水管道；水流具体流向为水流先流进渣口进水集箱，然后在列管式通道的直筒段向下流到渣口的底部再返回向上流至列管式通道的锥形段，再向下流进渣口出水集箱，最后流至外部出水管道。

所述引入管从气化炉外壳的进水管嘴连接到所述进水集箱，为所述膜式水冷壁供水，同时为所述膜式水冷壁内件结构提供整体支撑。

所述膜式水冷壁为通水管和鳍片组成的列管式圆筒结构，鳍片管的主要作用就是增加受热面或散热、提高传热效率。所述通水管之间保持一定节距，所述膜式水冷壁的上部缩口与所述烧嘴水冷罩相配，所述膜式水冷壁的下部缩口与渣口相配，缩口段通水管根据布置情况和节距要求跳管，跳管是通水管在组成管屏的走向上跳出管屏，原因是圆筒缩口后，圆周方向通水管节距逐渐变小，通水管排布不下的时候，必须把一部分通水管跳出。

水冷壁通常铺设在炉膛内壁面上，主要用来吸收炉内火焰及高温烟气所放出的辐射热，因具有冷却和保护炉墙的作用。

现代大中型锅炉，普遍采用膜式水冷壁，它是由轧制的鳍片管构成的，相邻管的鳍片相连接，并用电焊焊成整体。膜式水冷壁的优点是：炉膛密封性好，减少漏风，可降低排烟损失，有利于微正压燃烧；能充分保护炉墙，因而可以减少炉墙厚度和重量，有利于采用悬吊结构；能改善炉内的结焦情况；提高了锅炉的部件预组合程度，可减少安装工作量；与光管水冷壁相比，提高了管子的吸热能力。因此，我国近年生产的锅炉大都采用膜式水冷壁。膜式水冷壁要求，相邻管间的热偏差应尽量小，以防止由于热偏差引发的热应力，致使管子损坏。为了能承受炉膛产生爆燃的压力或炉内燃烧压力波动，而导致水冷壁的结构产生变形或损坏，在炉墙外侧四周必须分层布置刚性梁，使整个水冷壁成为刚性整体。

进一步地，所述通水管包括直筒部、上部缩口部、下部缩口部、上部接口部和下部接口部，所述直筒部、上部缩口部和下部缩口部均为直线型，所述直筒部竖直放置，所述直筒部的两端分别与所述上部缩口部和下部缩口部连接形成无下底面的梯形结构，所述上部接口部与所述上部缩口部的另一端连接，所述下部缩口部的另一端与所述下部接口部连接。

进一步地，所述渣口集箱包括渣口进水集箱和渣口出水集箱，所述渣口进水集箱位于所述渣口出水集箱的下部，所述渣口进水集箱与渣口集箱进水口连接，所述渣口出水集箱与渣口集箱出水口连接。

进一步地，所述列管式通道由管子和圆钢组成，包括锥形段和直筒段，所述锥形段形状为开口向上的空心圆台结构，所述直筒段呈空心圆柱体，所述锥形段和所述直筒段连通，管子的进水口与所述渣口进水集箱连接，管子的出水口与所述渣口出水集箱连接；

所述锥形段形状为开口向上的空心圆台结构，与所述膜式水冷壁的形状为开口向下的空心圆台结构的下部缩口相匹配，所述直筒段的下部接口与辐射废锅的进口相匹配；所述渣口以及辐射废锅的进口均为水冷壁结构，可以实现气化炉水冷壁内件的渣口与辐射废锅的水冷壁喉管精确匹配。

所述渣口为单独水路，设计尺寸易于配合辐射废锅进口的设计做相应调整，可以整体从气化炉中拆除，方便拆装。

一些气化技术的工艺包将辐射废锅(rsc)整体设计为水冷壁结构，辐射废锅(rsc)进口设置较长的水冷壁喉管，气化炉水冷壁内件出口需与辐射废锅(rsc)进口结构相匹配，将辐射废锅(rsc)水冷壁喉管尺寸往上延伸，通过渣口与气化炉膜式水冷壁的下部缩口配合连接。

废锅的设计与具体气化工艺和废锅内温度场、流场有关，一些气化工艺技术的废锅进口为耐火砖结构，改进后的废锅设计为水冷壁结构来改善废锅进口处温度场和流场分布，解决结渣、堵渣问题，提高设备寿命，降低检维修成本。

气化炉内件结构与辐射废锅的连接处在运行过程中可能会出现堵渣，需要拆装更换，设计渣口的目的就是解决堵渣时的更换问题。

进一步地，所述吹扫器位于所述膜式水冷壁与所述气化炉外壳之间的环形空间的底部，所述吹扫器与所述气化炉外壳上的吹扫气进口管嘴相连，所述吹扫器为环管结构，环管上开有均匀分布的进气孔，每个进气孔外部设置挡板。

所述吹扫器内通入吹扫气和保护气用于维持炉膛内外压力平衡，同时清扫炉膛和气化炉外壳之间的飞灰。

由于吹扫气和保护气进气速度较高，为避免直接冲刷气化炉水冷壁内件，在进气孔外部设置挡板。

进一步地，所述平衡管位于所述膜式水冷壁的上部缩口与所述烧嘴水冷罩之间的间隙内，连通气化室炉膛和环形空间，起到平衡炉膛内外压力的作用。

进一步地，所述膜式水冷壁、所述烧嘴水冷罩和所述渣口受热面涂有耐火衬里，用于保护所述膜式水冷壁。

进一步地，所述进水集箱和所述出水集箱均为环管结构，所述进水集箱上设有与所述引入管和所述通水管上的所述下部接口部连接的管嘴；所述出水集箱上设有与所述引出管和所述通水管上的所述上部接口部连接的管嘴。

所述进水集箱位于所述膜式水冷壁的底部，汇集进水后分配给所述膜式水冷壁的各通水管，所述膜式水冷壁的各通水管内的水从下往上流动，吸收气化侧热量后进入所述出水集箱，所述出水集箱位于所述膜式水冷壁的顶部，汇集出水。

进一步地，所述引出管为螺旋盘绕式结构。

所述引出管从所述出水集箱连接到气化炉外壳的出水管嘴，将吸热后的饱和水蒸汽引出，为螺旋盘绕式结构，可吸收水冷壁内件与气化炉外壳之间的热膨胀位移差。

气化炉在高温状态下运行，开车和停车过程及温度波动状态，水冷壁内件与气化炉外壳的温度不同，相应的热膨胀量不同，两者之间存在的热膨胀量差值即热膨胀位移差。

进一步地，所述烧嘴水冷罩是由水通管道和圆筒组成的盘管结构，所述圆筒位于所述水通管道上部，所述水通管道的两端分别为水通管道进水口和水通管道出水口连接，所述水通管道进水口与气化炉外壳上的进水管嘴连接，所述水通管道出水口与气化炉外壳上的出水管嘴连接。盘管内通水冷却，起到保护烧嘴的作用，所述圆筒的作用为连接烧嘴水冷罩和气化炉外壳。

有益效果：

(1)本发明提供的一种与辐射废锅匹配连接的气化炉水冷壁内件结构，提高了气化炉的安全可靠性，减少检修次数，从而提高气化炉的运行在线率，省去换砖费用，降低运维成本；

(2)本发明提供的一种与辐射废锅匹配连接的气化炉水冷壁内件结构的膜式水冷壁采用整体列管式结构，上部缩口和下部缩口以跳管形式做成锥体，相对常规盘管式锥体制造简便，且省去大量180°、90°小r弯头，可节省材料成本和制造成本，同时从水动力角度考虑，减少了通水管道数量，降低流动阻力，更利于降低能耗和系统安全；

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为一种气化炉水冷壁内件的结构示意图；

图2为膜式水冷壁单根通水管的结构示意图；

图3为烧嘴水冷罩的结构示意图；

图4渣口的结构示意图；

附图标记如下：1-引入管；2-进水集箱；3-膜式水冷壁；4-出水集箱；5-引出管；6-烧嘴水冷罩；6-1-水通管道；6-2-钢管；6-3-水通管道进水口；6-4-水通管道出水口；7-渣口；7-1-列管式通道；7-2-渣口集箱；7-2-1-渣口集箱进水口；7-2-2-渣口集箱出水口；7-2-3-渣口进水集箱；7-2-4-渣口出水集箱；8-吹扫器；9-平衡管；10-气化炉外壳；11-通水管；11-1-直筒部；11-2-上部缩口部；11-3-下部缩口部；11-4-上部接口部；11-5-下部接口部；12-烧嘴安装口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例

如图1～4中，在一个较佳的实施例中，提供一种与辐射废锅匹配连接的气化炉水冷壁内件结构，包括一组用于进水的引入管1，一组用于收集进水并分配的进水集箱2，一组用于构成气化室炉膛的膜式水冷壁3，一组用于收集出水的出水集箱4，一组用于出水的引出管5，一组用于保护烧嘴的烧嘴水冷罩6，一组用于连接气化炉与辐射废锅的渣口7，一组用于通入吹扫气和保护气的吹扫器8和一组用于平衡炉膛内外压力的平衡管9。气化炉水冷壁内件结构是以中心线为轴的回转圆筒式结构。

所述膜式水冷壁3是由多个通水管11和鳍片组成的列管式圆筒状结构，所述膜式水冷壁3内部为气化室炉膛，所述膜式水冷壁3的两端分别为上部缩口和下部缩口；通水管11和鳍片的数量根据实际设计的水冷壁的大小形状来确定。

所述进水集箱2位于所述膜式水冷壁3的底部，所述出水集箱4位于所述膜式水冷壁3的顶部；

所述引入管1的入口端与气化炉外壳10上的进水管嘴连接，所述气化炉外壳10位于所述膜式水冷壁3的外侧，所述引入管1的出口端与所述进水集箱2连接；所述膜式水冷壁3各通水管11的两端分别与所述进水集箱2和所述出水集箱4连接，所述引出管5的入口端与所述出水集箱4连接，所述引出管5的出口端与所述气化炉外壳10上的出水管嘴连接；所述烧嘴水冷罩6连接在所述气化炉外壳10的烧嘴安装口12和所述膜式水冷壁3的上部缩口之间，并与所述膜式水冷壁3的上部缩口相匹配；

所述渣口7包括列管式通道7-1和渣口集箱7-2，所述渣口集箱7-2位于所述列管式通道7-1的外部，所述渣口集箱7-2为环管结构，所述渣口7连接在所述膜式水冷壁3的下部缩口与辐射废锅的进口之间，所述列管式通道7-1的上部接口与所述膜式水冷壁3的下部缩口相匹配，所述列管式通道7-1的下部接口与辐射废锅的进口相匹配。

所述引入管1从气化炉外壳10的进水管嘴连接到所述进水集箱2，为所述膜式水冷壁3供水，同时为所述膜式水冷壁3内件结构提供整体支撑。

所述膜式水冷壁3为通水管11和鳍片组成的列管式圆筒结构，鳍片管的主要作用就是增加受热面或散热、提高传热效率。所述通水管11之间保持一定节距，所述膜式水冷壁3的上部缩口与所述烧嘴水冷罩6相配，所述膜式水冷壁3的下部缩口与渣口7相配，缩口段通水管根据布置情况和节距要求跳管，跳管是通水管11在组成管屏的走向上跳出管屏，原因是圆筒缩口后，圆周方向通水管11节距逐渐变小，通水管11排布不下的时候，必须把一部分通水管11跳出。

所述通水管11包括直筒部11-1、上部缩口部11-2、下部缩口部11-3、上部接口部11-4和下部接口部11-5，所述直筒部11-1、上部缩口部11-2和下部缩口部11-3均为直线型，所述直筒部11-1竖直放置，所述直筒部11-1的两端分别与所述上部缩口部11-2和下部缩口部11-3连接形成无下底面的梯形结构，所述上部接口部11-4与所述上部缩口部11-2的另一端连接，所述下部缩口部11-3的另一端与所述下部接口部11-5连接。

所述渣口集箱7-2包括渣口进水集箱7-2-3和渣口出水集箱7-2-4，所述渣口进水集箱7-2-3位于所述渣口出水集箱7-2-4的下部，所述渣口进水集箱7-2-3与渣口集箱进水口7-2-1连接，所述渣口出水集箱7-2-4与渣口集箱出水口7-2-2连接。

所述列管式通道7-1由管子和圆钢组成，包括锥形段和直筒段，所述锥形段形状为开口向上的空心圆台结构，所述直筒段呈空心圆柱体，所述锥形段和所述直筒段连通，管子的进水口与所述渣口进水集箱7-2-3连接，管子的出水口与所述渣口出水集箱7-2-4连接。

所述圆钢嵌在由管子组成的管排之间，用于组成侧面封闭的所述列管式通道7-1。

所述锥形段形状为开口向上的空心圆台结构，与所述膜式水冷壁的形状为开口向下的空心圆台结构的下部缩口相匹配，所述直筒段的下部接口与辐射废锅的进口相匹配；所述渣口以及辐射废锅的进口均为水冷壁结构，可以实现气化炉水冷壁内件的渣口与辐射废锅的水冷壁喉管精确匹配。

所述渣口为单独水路，设计尺寸易于配合辐射废锅进口的设计做相应调整，可以整体从气化炉中拆除，方便拆装。

一些气化技术的工艺包将辐射废锅(rsc)整体设计为水冷壁结构，辐射废锅(rsc)进口设置较长的水冷壁喉管，气化炉水冷壁内件出口需与辐射废锅(rsc)进口结构相匹配，将辐射废锅(rsc)水冷壁喉管尺寸往上延伸，通过渣口与气化炉膜式水冷壁的下部缩口配合连接。

废锅的设计与具体气化工艺和废锅内温度场、流场有关，一些气化工艺技术的废锅进口为耐火砖结构，改进后的废锅设计为水冷壁结构来改善废锅进口处温度场和流场分布，解决结渣、堵渣问题，提高设备寿命，降低检维修成本。

气化炉内件结构与辐射废锅的连接处在运行过程中可能会出现堵渣，需要拆装更换，设计渣口的目的就是解决堵渣时的更换问题。

所述吹扫器8位于所述膜式水冷壁3与所述气化炉外壳10之间的环形空间的底部，所述吹扫器8与所述气化炉外壳10上的吹扫气进口管嘴相连，所述吹扫器8为环管结构，环管上开有均匀分布的进气孔，每个进气孔外部设置挡板。

所述吹扫器8内通入吹扫气和保护气用于维持炉膛内外压力平衡，同时清扫炉膛和气化炉外壳10之间的飞灰。

由于吹扫气和保护气进气速度较高，为避免直接冲刷气化炉水冷壁内件，在进气孔外部设置挡板。

所述平衡管9位于所述膜式水冷壁3的上部缩口与所述烧嘴水冷罩6之间的间隙内，连通气化室炉膛和环形空间，起到平衡炉膛内外压力的作用。

所述膜式水冷壁3、所述烧嘴水冷罩6和所述渣口7受热面涂有耐火衬里，用于保护所述膜式水冷壁3。

所述进水集箱2和所述出水集箱4均为环管结构，所述进水集箱2上设有与所述引入管1和所述通水管11上的所述下部接口部11-5连接的管嘴；所述出水集箱4上设有与所述引出管5和所述通水管11上的所述上部接口部11-4连接的管嘴。

所述通水管11的上部接口部11-4与所述出水集箱4上的管嘴对接焊，所述通水管11的下部接口部11-5与所述进水集箱2上的管嘴对接焊。

所述进水集箱2位于所述膜式水冷壁3的底部，汇集进水后分配给所述膜式水冷壁3的各通水管11，所述膜式水冷壁3的各通水管11内的水从下往上流动，吸收气化侧热量后进入所述出水集箱4，所述出水集箱4位于所述膜式水冷壁3的顶部，汇集出水。所述引出管5为螺旋盘绕式结构。

所述引出管5从所述出水集箱4连接到气化炉外壳10的出水管嘴，将吸热后的饱和水蒸汽引出，为螺旋盘绕式结构，可吸收水冷壁内件与气化炉外壳10之间的热膨胀位移差。

气化炉在高温状态下运行，开车和停车过程及温度波动状态，水冷壁内件与气化炉外壳10的温度不同，相应的热膨胀量不同，两者之间存在的热膨胀量差值即热膨胀位移差。

所述烧嘴水冷罩6是由水通管道6-1和圆筒6-2组成的盘管结构，所述圆筒6-2位于所述水通管道6-1上部，所述水通管道6-1的两端分别为水通管道进水口6-3和水通管道出水口6-4连接，所述水通管道进水口6-3与气化炉外壳10上的进水管嘴连接，所述水通管道出水口6-4与气化炉外壳10上的出水管嘴连接。盘管内通水冷却，起到保护烧嘴的作用。

安装时，各部件单独制造完成后，膜式水冷壁3与进水集箱2、出水集箱4、引入管1、引出管5、平衡管9先组装为整体，然后整体装入气化炉外壳10内，引入管1、引出管5分别与气化炉外壳10上的进水管嘴、出水管嘴组装连接。烧嘴水冷罩6与气化炉外壳10的烧嘴安装法兰盖组装后，与膜式水冷壁3的上部缩口装配。渣口7与膜式水冷壁3的下部缩口装配。吹扫器8与气化炉外壳10上的吹扫气进口管嘴组装。

气化炉运行时，汽包内饱和水由引入管1进入进水集箱2，进水集箱2将水均匀分配给膜式水冷壁3的各通水管11，饱和水吸收气化反应的热量后形成汽水混合物，由出水集箱4汇集后，经引出管5引出回到汽包，形成水循环系统。烧嘴水冷罩6、渣口7和膜式水冷壁3为并联水路，可实现水分配调节，避免烧嘴水冷罩6、渣口7供水太少被烧坏，三者均处于水循环系统内。水冷壁受循环水冷却保护，为气化提供了安全可靠的反应空间。吹扫器8持续为水冷壁内件提供保护气和吹扫气，平衡管9连通炉膛和环形空间，实现膜式水冷壁3的内外压力平衡，从而保证气化炉的可靠运行。