CN101061204B - 燃料气化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使燃料气化以形成合成气体和炉渣(11)的装置(3)。所述装置(3)包括：压力壳(1)；渣池(15)；设置在压力壳(1)内并限定气化室(2)的气化器壁(4)，该气化器壁(4)包括具有排渣口(5)的会聚壁部分(14)，该会聚壁部分位于渣池(15)内的淬火液上方；用于炉渣(11)的自由落体轨道(10)；设置在自由落体轨道(10)与压力壳(1)之间的、渣池(15)上方的热挡板(21)，所述热挡板(21)包括允许冷却流体通过的壁结构，该壁结构包括上壁部分(23)和下壁部分(24)。热挡板(21)的下壁部分(24)基本上是不耐火的。

Description

燃料气化装置
技术领域
本发明涉及一种使燃料气化以形成合成气体和炉渣的装置。
这样一种气化装置可以为气态、液态或固态燃料的气化设备如煤炭气化设备的一部分。
背景技术
在煤炭气化设备中，粉末状的碳质燃料(如煤)被转化成主要含有合成气体的气体产品。所述气化设备通常包括具有气化反应器的气化装置，粉末状的碳质燃料在高压、高温下在所述反应器内被气化。在这样一种气化装置中具有壁面，由炉灰形成的炉渣形成在所述壁面上。这种壁面可为膜式壁的形式，如GB1501284的专利说明书中所举的示例。
所述炉渣沿着壁面落下并到达排渣口或出渣口，在这里，炉渣自由地落入能够冷却和固化炉渣的炉渣水池中。这在如美国专利US4,852,997中进行了描述。其它气化反应器例如在US4436530、DE4109063和US5976203中进行了描述。
US4,852,997中所述的气化反应器具有围绕在炉渣从出渣口落下区域周围的罩状元件形式的裙部。所述裙部具有较低的圆锥形部分，该圆锥形部分看上去从上往下扩散，并终止于喷洒环。所述喷洒环用于将水喷洒在渣池上以润湿漂浮在渣池水面上的炉渣。
US4,852,997中所述的裙部具有各种问题。由于自由下落的炉渣是熔融的并具有高温，因而所述裙部会遭受过热损害。
发明内容
本发明的目的在于使上述的问题最小。
本发明的另一目的在于提供一种用于使燃料气化的可选择的装置。
通过本发明的一种用于使燃料气化从而形成合成气体以及炉渣的装置可实现上述的或其他的一个或多个目的，所述装置至少包括：
一压力壳，其用于维持高于大气压力的压力；
-位于所述压力壳的下部的渣池，所述渣池包括淬火液(quenchfluid)；
-设置在压力壳内的气化器壁，其限定了气化室，在操作期间合成气体可在气化室内形成，气化器壁的下部部分包括具有排渣口的会聚壁部分，该会聚壁部分位于渣池内的淬火液上方；
-用于炉渣的自由落体轨道，所述自由落体轨道在排渣口和渣池之间向下延伸；以及
-设置在至少部分自由落体轨道与压力壳之间的渣池上方的热挡板，所述热挡板包括允许冷却流体通过的壁结构，所述壁结构包括上壁部分和下壁部分，上壁部分比下壁部分更靠近排渣口，下壁部分比上壁部分更靠近渣池；
其中，所述的热挡板的下壁部分基本上不耐火。
所述壁结构优选为膜式壁结构，并适宜地包括允许冷却流体通过的管壁结构。
根据本发明的气化装置具有许多优点。通过膜式壁结构的冷却流体能够冷却所述热挡板。
在所述热挡板的至少一部分中具有一层耐火材料，以便防止其受到热合成气体和下落炉渣的加热而对其进行保护，并在可冷却的热挡板膜式壁结构之间提供绝热层以避免气化室的热量产生不必要的损失。由于耐火层的损坏而造成的热挡板的过热毁坏可通过冷却能力而得到避免。
然而，由于冷却能力，因而不需要存在耐火层。相反，可以提供至少部分的不耐火热挡板。因而，热挡板具有冷却能力提供了维持至少部分不耐火热挡板的可能性。
在渣池内的淬火液与热挡板之间存在接触的区域，耐火保护层可能会无意地剥落，导致热挡板上不必要的局部温度变化，这可能会产生最终使热挡板的膜式壁结构泄漏的机械应力。此外，部分剥落的耐火材料会在渣池和排渣系统的下游发生堵塞。
因此，提供热挡板的基本上不耐热的下壁部分是非常有益的，其中所述的下壁部分比热挡板的上壁部分更靠近渣池，所述上壁部分比下壁部分更靠近排渣口。这样的优选设置比在其下部具有耐火层的热挡板更适于偶然地与渣池中的淬火液接触。
附图说明
通过示例并结合非限制性的附图，下面将对本发明作更加详尽的描述。
图1示意性地示出了本发明的气化装置的下部截面图；以及
图2示意性地示出图1中的气化装置的细节，并示出了图1中由虚线表示的区域的细节。
在附图中，相同的附图标记涉及相同的部件。
具体实施方式
参看图1，其中示意性地示出了气化器装置或气化器3的底端，其用于产生至少包含CO和H2的合成气体。在煤炭气化设备中，在存在氧气或存在含氧气体的煤炭气化器中，在1000℃到3000℃的较高温度下，且在约1bar到70bar优选7bar到70bar的压力下，通过部分地燃烧碳质燃料如煤炭，通常会出现上述情况。气化器3可为竖直的椭球形容器，该气化器具有为压力壳1形式的外壳，优选为具有大致圆锥形或凸出的上端和下端的圆筒状。
气化室2由四周的气化器壁4所限定，气化器壁4可为(并优选为)用于循环冷却流体的膜式壁结构。通常，气化器3在直接相对的位置具有燃烧器(未示出)，氧气和燃料通过所述燃烧器而传到气化室2，但是该燃烧器不是本发明的基本元件。气化室2构成了反应室，燃料在反应室中被部分氧化从而形成合成气体。
在燃料燃烧期间，气化器壁4有助于将不能燃烧的炉灰同所述燃料分开。在操作期间，会形成炉渣11并且所述炉渣向下落入会聚壁部分14，在会聚壁部分14下端具有排渣口5或出渣口。炉渣11通过排渣口5排出，炉渣11从排渣口5沿着自由落体轨道(通常用标记10表示)下落入渣池15中，渣池15固定在压力壳1下部的渣池容器8中。渣池容器8中充满作为淬火液(quench liquid)的水。
排渣口5优选具有比较尖的滴缘32以促使炉渣自由落入渣池15。
渣池15具有收集炉渣11的漏斗6。炉渣11的流动穿过渣池15的排出口18，所述炉渣11与水从排出口18一齐排出。支承在喷洒环支承结构上的喷洒环7位于水面16上方以向水面16喷洒从渣池15回收的水(示意性地由标记9表示)，从而帮助漂浮的炉渣颗粒下沉。在所述的实施例中，渣池容器8用作喷洒环支承结构。可选择地是，可使用单独的喷洒环支承结构。
在自由下落的炉渣11和压力壳1之间具有热挡板21，其用于阻止压力壳1受炉渣11和热合成气体的加热，热合成气体在操作期间常常也存在于自由落体轨道10中。热挡板21包括允许冷却流体通过的膜式壁结构。对热挡板21的冷却防止热挡板过热，如果热挡板21上的任选耐火内衬出现泄漏就会出现所述的热挡板过热。
由于所述的冷却能力，热挡板21还可为不耐火材料或者部分为不耐火材料。
热挡板21位于渣池15内的水面16上方，以便避免热挡板21与渣池15内的水之间的不必要接触。在作业条件下，所述水对热挡板21具有不利的腐蚀作用。
通过在压力壳1内设置热挡板21，就不必在其内部机械地保持大的压差。为了避免跨气化器壁4和/或热挡板21存在显著的压差，在喷洒环7与热挡板21的底端之间设有通气间隙22。
现在参看图2，热挡板21具有可使冷却流体通过的管壁结构23、24。图1和图2所示的实施例具有多个水平设置的环形管35，所述环形管35适宜地通过焊接而固定在一起。借助相对于相邻的环形管而直径增大或减小的环形管组件则构成了会聚或扩散壁。
每一环形管35可具有各自的用于供应和排出冷却流体的入口和出口。根据局部的热通量，在一个入口和一个出口之间可依次交替地连接两个或更多个环。这种选择对于较小的环来说很可能具有吸引力。
单独的供水和回水管线内置在压力壳1内，以在进行维护或修理的停止操作期间方便更换热挡板21。
冷却流体源可专用地向热挡板21供应冷却流体。这样，其它内部构件就不会共享同一冷却流体。例如，如果由于腐蚀或热应力作用而在热挡板21中出现泄漏，那么其它的内部构件就不会不利地遭受冷却流体的缺乏。此外，在操作期间，可监控流入或流出热挡板21的冷却流体，以便检测显示泄漏的任何缺乏。水是一种合适的冷却流体。
在图1和图2所示的实施例中，气化器壁4的会聚壁部分14也由环形管35的组件构成。优选大致整个气化器壁4由这些环形管35构成。
热挡板21由气化器壁4向下延伸，并且优选密封地连接到其上以便防止热合成气体进入热挡板21与压力壳1之间的环形空间12并通过通气间隙22循环返回到渣池中。
优选实施例的热挡板21在自由落体轨道10的周围延伸成裙部。热挡板21包括上壁部分23和下壁部分24。上壁部分23位于下壁部分24与气化器壁4的会聚壁部分14之间，当沿炉渣下落的方向上看时，上壁部分23具有扩散的截面。
热挡板21的上壁部分23优选由耐火材料33构成的层所保护。由于耐火材料33的优选绝热性质，由气化室2泄漏入被冷却的热挡板21的不必要的热量泄漏最小。耐火材料33适于由Plyram SiCL3001构成，并且适当地具有10mm到20mm的层厚，尤其优选层厚约为14mm。耐火材料33适宜地通过锚件(未示出)固定和支承，所述锚件适宜地由AlSi 310ss制成。所述锚件的直径通常约为10mm。
具有接触渣池15内的水的较高风险的热挡板21或至少其下壁部分24适于由耐腐蚀金属制成，如镍铬基超合金，还优选包含钼，优选包含其他合金成分以增强抗化学腐蚀的能力。以名称为Incoloy 825进行销售的合适的镍铬基超合金可以以奥氏体相获得，其组分在表I中所设置的范围内。
表I：Incoloy 825的组分范围(重量百分比(wt％))
Figure GSB00000183632500061
可替换使用包括低合金钢在内的其他材料，尤其是那些在氧化或还原环境中具有良好的抗磷酸腐蚀和抗硫酸腐蚀能力的材料。
下壁部分24基本上呈筒状地设置在自由落体轨道10周围。其具有正对自由落体轨道10的平滑内表面。所述平滑内表面以在自由落体轨道10周围的较大管的形式设置，其由设置在所述较大管周围且与较大管紧密接触的用于冷却流体的多个管35冷却。在图2所示的实施例中，下壁部分24包括多个筒状设置的超欧米加(omega)管，每一欧米加管具有Ω形的横截面或具有直线轮廓部分的横截面。通过将连续的直线轮廓部分焊接在一起以便它们形成平滑表面，而在之后获得所述平滑内表面。
热挡板上的最末尾的管25设置为具有圆形截面的通常的环形管。
下壁部分24不具有耐火材料层，如果其上设置耐火材料层，当热挡板21被偶然浸入渣池中的淬火液中时，下壁部分将会剥落。
在操作期间，液态炉渣11的小液滴即所谓的飞渣可与热挡板21的不耐火部分接触。不受由下述的假设的约束，可预见到正对自由落体轨道的热挡板内表面将会覆盖一层固态炉渣。与液态炉渣与(热的)未冷却的热挡板接触的情况相比这是有好处的，因为炉渣11中的碱性化合物在液态炉渣中可能是腐蚀性的，而所述炉渣在固态时变为惰性。因而，固态炉渣提供了一种保护层。

Claims (12)

1.一种使燃料气化以形成合成气体和炉渣(11)的装置(3)，所述装置(3)至少包括：
-压力壳(1)，其用于维持高于大气压力的压力；
-位于所述压力壳(1)的下部的渣池(15)，所述渣池(15)包括淬火液；
-设置在压力壳(1)内的气化器壁(4)，其限定了气化室(2)，在操作期间合成气体可在气化室(2)内形成，气化器壁(4)的下部部分包括具有排渣口(5)的会聚壁部分(14)，该会聚壁部分位于渣池(15)内的淬火液上方；
-用于炉渣(11)的自由落体轨道(10)，所述自由落体轨道(10)在排渣口(5)和渣池(15)之间向下延伸；以及
-设置在至少部分自由落体轨道(10)与压力壳(1)之间的、渣池(15)上方的热挡板(21)，所述热挡板(21)包括允许冷却流体通过的壁结构，所述壁结构包括上壁部分(23)和下壁部分(24)，上壁部分(23)比下壁部分(24)更靠近排渣口(5)，下壁部分(24)比上壁部分(23)更靠近渣池(15)；
其中，所述的热挡板(21)的下壁部分(24)基本上不耐火。
2.如权利要求1所述的装置(3)，其特征在于：所述热挡板(21)从气化器壁(4)向下延伸。
3.如权利要求2所述的装置(3)，其特征在于：所述热挡板(21)密封地连接到气化器壁(4)上以防止合成气体通过。
4.如权利要求1、2或3所述的装置(3)，其特征在于：所述热挡板(21)在自由落体轨道(10)周围为裙状。
5.如权利要求1、2或3所述的装置(3)，其特征在于：所述的壁结构包括管壁结构。
6.如权利要求5所述的装置，还包括一个或多个水平分布在自由落体轨道(10)周围的环形管(35)。
7.如权利要求1、2或3所述的装置(3)，其特征在于：所述壁结构具有平滑的壁部分，该平滑的壁部分具有面对自由落体轨道(10)的平滑表面。
8.如权利要求1、2或3所述的装置(3)，其特征在于：热挡板(21)的至少一部分上壁部分(23)覆盖有耐火材料(33)层。
9.如权利要求1、2或3所述的装置(3)，其特征在于：热挡板(21)的上壁部分(23)包括沿着自由落体方向扩散的壁部分，其中，所述下壁部分(24)在自由落体轨道(10)周围基本上以筒状延伸。
10.如权利要求7所述的装置(3)，其特征在于：所述平滑的壁部分包含在下壁部分(24)内。
11.如权利要求1、2或3所述的装置(3)，其特征在于：设置在压力壳(1)内并限定气化室(2)的所述气化器壁(4)基本上由允许冷却流体通过的壁结构构成。
12.如权利要求1、2或3所述的装置(3)，其特征在于：所述压力壳(1)和热挡板(21)限定了环形空间(12)。
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Application publication date: 20071024

Assignee: Henan Kaixiang Tianyuan Chemical Co Ltd|Henan Asahi International Tendering Co.

Assignor: Shell Global Solutions International Pty Ltd

Contract record no.: 2013990000458

Denomination of invention: Apparatus for gasifying fuel

Granted publication date: 20110112

License type: Common License

Record date: 20130801

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Patentee after: Air Products and Chemicals, Inc.

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Patentee before: Shell Internationale Research Maatschappij B. V.

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