CN101821365B - 气化器系统内用于冷却合成气的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了用于操作合成气冷却器的方法。该方法包括：将合成气的流引入具有纵向轴线的环状冷却室，将冷却流体喷入歧管，使得冷却流体大致沿周向绕着环状冷却室被引导，以及从歧管中排出冷却流体，使得冷却流体以相对于冷却室的轴线预定的角度接触冷却室的表面。

Description

气化器系统内用于冷却合成气的方法和装置
技术领域
本发明一般地涉及气化器系统内的合成气冷却器，且更具体地，涉及用于与合成气冷却器一起使用的激冷环(quench ring)。
背景技术
当合成气在管阵列中通过辐射及对流热交换冷却时，一些已知的合成气冷却器冷却合成气、飞灰颗粒和合成气中的夹渣。通过快速地降低合成气、夹渣和/或颗粒的整体温度，一些悬浮的夹渣和/或颗粒可从合成气沉积到管表面上。其它夹渣滴或颗粒被冷却，并且与冷却的合成气一起从合成气冷却器管区域的下段排出。在这种锅炉中，固化的夹渣、冷却的颗粒和冷却的合成气体在下流合成气冷却器管区域的下端处被移除。
其它已知的合成气冷却器使用激冷系统利用冷却流体来激冷合成气、夹渣和包含在其中的颗粒。一些此类激冷系统包括激冷环，以提供水流来在热合成气、颗粒和/或夹渣流过冷却器时冷却与热合成气、颗粒和/或夹渣接触的金属表面。水冷却与热合成气、颗粒和夹渣形成接触的金属表面。一些已知的激冷环定位在激冷气化器下，并包括多个水通道，水通道包括由弯曲的热表面和挡板形成的热面通道。大量的水被提供给此类激冷环的各通道，以保证该环连续地被水填充，使得该环向金属表面提供大致恒定的水流。如果提供给激冷环的水量不够，则来自此类激冷环的水流对需要冷却的表面可能是不均匀的。另外，此类激冷环的使用可受限于可利用的水和/或定位激冷环可利用的空间。
发明内容
一方面，提供了用于操作合成气冷却器的方法。该方法包括：将合成气的流引入具有纵向轴线的环状冷却室中，将冷却流体喷入歧管，使得冷却流体大致沿周向绕着环状冷却室被引导，以及从歧管排出冷却流体，使得冷却流体以相对于冷却室的轴线预定的角度接触冷却室的表面。
另一方面，提供了用于与气化器系统一起使用的激冷环。激冷环包括具有半径的环状歧管，与歧管成流连通地联接的环状通道，以及与歧管成流连通地联接的至少一个进口。该至少一个进口具有与环状歧管大致沿切向对齐的中心线。
又一方面，提供了合成气冷却器。该合成气冷却器包括壳体和联接在壳体内的激冷段。激冷段包括具有第一端和第二端的第一管，以及限定在两端之间的激冷室。激冷段还包括联接在壳体与第一管之间的激冷环。激冷环构造成将冷却流体引导至激冷室。激冷环包括具有半径的环状歧管，与歧管成流连通地联接的环状通道，以及与歧管成流连通地联接的至少一个进口。该至少一个进口具有与环状歧管大致沿切向对齐的中心线。
附图说明
图1是示范性整体煤气化联合循环系统的示意图。
图2是可与在图1中所示的系统一起使用的示范性合成气冷却器的示意截面图。
图3是可与在图2中所示的合成气冷却器一起使用的示范性激冷环的俯视图。
图4是在图3中所示的激冷环的截面图。
图5是可与在图3中所示的激冷环一起使用的示范性间隔物的侧视图。
具体实施方式
图1是示范性整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统10的示意图。IGCC系统10通常包括主空气压缩机12、成流连通地联接至压缩机12的空气分离单元(ASU)14、成流连通地联接至ASU 14的气化器16、成流连通地联接至气化器16的合成气冷却器18、成流连通地联接至合成气冷却器18的燃气涡轮发动机20、以及成流连通地联接至合成气冷却器18的蒸汽涡轮机22。
在运行中，压缩机12压缩环境空气，该环境空气然后被引导至ASU 14。在该示范性的实施例中，除了来自压缩机12的压缩空气之外，来自燃气涡轮发动机压缩机24的压缩空气也被供给ASU 14。备选地，来自燃气涡轮发动机压缩机24的压缩空气被供给ASU 14，而不是来自压缩机12的压缩空气被供给ASU 14。在该示范性的实施例中，ASU 14使用压缩空气来产生供气化器16使用的氧气。更具体而言，ASU 14将压缩空气分离成单独的氧气(O2)流和气体副产物(有时称作“过程气体”)。O2流被引导至气化器16，用于产生部分燃烧的气体(本文中称作“合成气”)，用于由燃气涡轮发动机20作为燃料使用，如以下更详细地所述。
由ASU 14产生的过程气体包括氮气，并且在本文中将称作“氮气过程气体”(NPG)。NPG还可以包括其它气体，诸如但不限于氧气和/或氩气。例如，在该示范性的实施例中，NPG包括大约95％至大约100％之间的氮气。在该示范性的实施例中，至少其中一些NPG流从ASU 14排出至大气，并且至少其中一些NPG流被喷入燃气涡轮发动机燃烧器26内的燃烧区(未示出)，以便于控制发动机20的排放物，并且更具体而言，以便于降低燃烧温度，以及减少来自发动机20的一氧化氮排放物。在该示范性的实施例中，IGCC系统10包括压缩机28，用于在氮气过程气体流被喷入燃气涡轮发动机燃烧器26的燃烧区之前压缩氮气过程气体流。
在该示范性的实施例中，气化器16将从燃料源30提供的燃料、由ASU 14提供的O2、蒸汽和/或石灰石的混合物转换成合成气的输出，以由燃气涡轮发动机20用作燃料。尽管气化器16可使用任何燃料，但在该示范性的实施例中，气化器16使用煤、石油焦炭、残油、油乳剂、焦油砂和/或其它类似的燃料。另外，在该示范性的实施例中，由气化器16产生的合成气包括二氧化碳。气化器16可以是固定床气化器、流化床气化器和/或全夹带的气化器(fully entrained gasifier)。
在该示范性的实施例中，由气化器16产生的合成气被引导至合成气冷却器18，以便于冷却合成气，如以下更详细地所述。被冷却的合成气从冷却器18被引导至净化装置32，用于在将合成气引导至燃气涡轮发动机燃烧器26用于其燃烧之前清洁合成气。二氧化碳(CO2)可在净化的过程中从合成气中分离，并且在该示范性的实施例中可排放到大气中。燃气涡轮发动机20驱动发电机34，该发电机34给电网(未示出)提供电能。来自燃气涡轮发动机20的废气被引导至热量回收蒸汽发生器36，该热量回收蒸汽发生器36产生蒸汽，用于驱动蒸汽涡轮机22。由蒸汽涡轮机22产生的动力驱动发电机38，该发电机38给电网提供电能。在该示范性的实施例中，来自热量回收蒸汽发生器36的蒸汽被供给气化器16用于产生合成气。
另外，在该示范性的实施例中，系统10包括泵40，该泵40将来自蒸汽发生器36的沸腾的水供给合成气冷却器18，以便于冷却从气化器16引导的合成气。沸腾的水通过合成气冷却器18引导，其中水转化成蒸汽。来自冷却器18的蒸汽然后返回至蒸汽发生器36，用于在气化器16、合成气冷却器18和/或蒸汽涡轮机22内使用。
图2是可与系统10一起使用的示范性的合成气冷却器100的示意截面图。在该示范性的实施例中，合成气冷却器100为辐射式合成气冷却器。合成气冷却器100包括多个热交换装置(未示出)，诸如定位于冷却器壳体102中的热交换壁104和/或压板(platen)(未示出)。在该示范性的实施例中，热交换壁104将壳体102从在冷却器100内流动的合成气110大致隔离开。在该示范性的实施例中，壳体102具有大致圆形的截面形状，该截面形状具有纵向轴线106和半径R1。备选地，壳体102可具有使冷却器100能够如本文所述起作用的任何截面形状。如本文所述，除非另外限定，半径从纵向轴线106向外测量。主合成气流径108被限定在冷却器100中，合成气110和/或颗粒112通常沿着该主合成气流径108流动。在该示范性的实施例中，流径108通常与轴线106对齐。尽管合成气110和颗粒112显示为单独的流，但是，将可以认识到，颗粒112可悬浮在合成气110内，使得颗粒112和合成气110具有组合流。另外，如本文所用，术语“上游”和“下游”相对于主合成气流径108定义，使得冷却器100的顶部(未示出)被视为位于冷却器100的底部114的上游。
冷却器100还包括位于热交换装置下游的激冷室116，以便于快速地冷却合成气100和/或悬浮在合成气100中的颗粒112。更具体而言，下壁118将激冷室116与在其中包含热交换装置的冷却器100的段120分开。在一个实施例中，下壁118由多个热交换管(未示出)形成。在另一个实施例中，下壁118由耐火衬里材料制成。在该示范性的实施例中，下壁118为大致锥形，并向内渐缩，或者从上游端122向下游端124会聚。另外，上游端122可联接至热交换壁104的下游端124和/或邻近热交换壁104的下游端124定位。备选地，下壁108可联接至合成气冷却器100内使冷却器100能够如本文所述起作用的任何其它适当的部件。
在该示范性的实施例中，激冷室116包括汲取管(dip tube)128、吸出管(draft tube)130、防溅板132、水浴槽134、贮槽136、排污管路138、合成气出口140和激冷环300。尽管水142在本文中描述为用来激冷合成气110和/或颗粒112的流体，但是，任何适当的非反应性流体均可用于激冷。在该示范性的实施例中，汲取管128和吸出管130各自具有大致圆形的截面形状。在其它实施例中，管128和/或130可具有使冷却器100能够如本文所述起作用的任何截面形状。在该示范性的实施例中，汲取管128和吸出管130与轴线106同轴地对齐。更具体而言，汲取管128具有半径R2，而吸出管130具有半径R3，其中半径R2短于半径R3。另外，半径R3短于半径R1。这样，主激冷区144限定在汲取管128内，第一间隙146限定在汲取管128和吸出管130之间，并且第二间隙148限定在吸出管130和壳体102之间。另外，在该示范性的实施例中，汲取管128的上游端150在吸出管的上游端152的上游，并且汲取管128的下游端154在吸出管130的下游端156的上游。各上游端150和152靠近下壁118定位，而各下游端154和156延伸到水浴槽134中。在该示范性的实施例中，第三间隙158限定在汲取管上游端150与下壁下游端124之间。
在该示范性的实施例中，防溅板132通常为环状，并绕着吸出管130延伸通过间隙148。尽管防溅板132在该示范性的实施例中具有大致圆形的截面形状，但备选地，防溅板132可具有使冷却器100能够如本文所述起作用的任何截面形状。第四间隙160限定于防溅板132与壳体102之间。更具体而言，防溅板132从上游端162向下游端154会聚，使得板132至少部分地为锥形。在备选的实施例中，防溅板132可为大致圆筒形，和/或可从端部162向端部164发散。防溅板132由便于冷凝悬浮在合成气流110中的水142的任何材料制成。板132收集冷凝的水142，使得大致干燥的合成气110从冷却器110中排出。防溅板132还便于颗粒112从合成气110中析出，使得颗粒112在接触防溅板132之后落入水浴槽134。
在该示范性的实施例中，防溅板上游端162联接至热交换壁下游端126和/或下壁上游端122。在一个备选的实施例中，防溅板132定位成邻近但并不联接至热交换壁端部126和/或下壁端部122。相应地，室166被下壁118、防溅板132和汲取管128限定。防溅板下游端164向下游延伸到第二间隙148中，并延伸经过吸出管上游端152，使得吸出管上游端152延伸到室166中。
在该示范性的实施例中，激冷环300联接在室166内，使得激冷环300的出口通道302至少部分地延伸通过第三间隙158，如以下更详细地所述。更具体而言，通道302的外壁304靠近下壁118定位，通道302的内壁306靠近汲取管128，并且激冷环300在吸出管端部152的上游。在一个实施例中，通道壁304和/或306分别联接至下壁下游端124和/或汲取管上游端150。另外，激冷环300的进口管308从激冷环300延伸穿过壳体102，如以下更详细地所述。进口管308可联接至贮槽(未示出)、激冷水源(未示出)和/或使冷却器100能够如本文所述起作用的任何其它适当的部件。在该示范性的实施例中，进口308从壳体102围绕着防溅板132延伸至激冷环300，使得进口308与防溅板132间隔开。更具体而言，进口308邻近防溅板下游端164。在另一个实施例中，进口管308从壳体102通过防溅板132延伸至激冷环300。另外，在该示范性的实施例中，激冷环300的排泄管路310从激冷环300通过壳体102延伸至排污管(blowdown)(未示出)、贮槽(未示出)、喷嘴312(显示在图3中)和/或使冷却器100能够如本文所述的起作用的任何其它适当的部件/位置，如以下更详细地所述。在一个实施例中，排泄管路310也延伸通过防溅板132。尽管仅一个阀门314图示为联接至排泄管路310，但是，应当理解，排泄管路310可包括联接至其上的任何其它适当的部件。
在该示范性的实施例中，水浴槽134包括水142、贮槽136和排污管路138。尽管水浴槽134显示并描述为在其中具有水142，然而，水浴槽134可不包括水142，但仍然被视为“水浴槽”。更确切地，水浴槽134是激冷室116的一部分，该部分构造成在其中保留水142。在该示范性的实施例中，汲取管128和吸出管130各自至少部分地浸没在水浴槽134内的水142中。这样，水142至少部分地填充第一和第二间隙146和148以及主激冷区144。
在该示范性的实施例中，因为激冷室116内的压力差，第一间隙146内的水142的高度高于第二间隙148和/或主激冷区144内的水142的高度。此外，第二间隙148内的水142的高度高于主激冷区144内的水142的高度。在汲取管和吸出管端部154和156下游，贮槽136分别限定在水浴槽134内。更具体而言，贮槽包括联接在壳体102内的收集锥(collection cone)168和延伸穿过壳体底部114的圆筒形的贮槽出口170。在该示范性的实施例中，圆筒形的贮槽出口170具有半径R4，该半径R4短于冷却器壳体的半径R1。贮槽出口170可联接至闭锁式料斗(lockhopper)(未示出)、泵(未示出)和/或使系统10能够如本文所述起作用的任何其它湿颗粒移除装置。在该示范性的实施例中，排污管路138从水浴槽134内通过壳体102延伸，并构造成调节水浴槽134内的水142的高度。在一个实施例中，排污管路138联接至贮槽(未示出)、水容纳装置(未示出)和/或使系统10能够如本文所述起作用的任何其它适当的部件和/或部位。
另外，在该示范性的实施例中，激冷室116包括至少一个合成气出口140，该合成气出口140延伸通过壳体102的侧壁172。合成气出口140可联接至燃气涡轮发动机20(显示在图1中)、净化装置32(显示在图1中)和/或使系统10能够如本文所述起作用的任何其它适当的部件。在该示范性的实施例中，出口140定位于第四间隙160内，并在防溅板下游端164的上游。
在系统10的运行中，水142通过进口308被引导，并进入激冷环300，用于通过通道302排出，如以下更详细地所述。通过通道302排出的水142沿着汲取管128的内壁174流动，并进入水浴槽134。水142还可以从激冷环300通过排泄管路310排放，以便调节激冷环300内的水142的量，如以下所述。水浴槽134中水142的高度可通过控制通过排污管路138和/或贮槽出口170排出的水进行调节。
在系统运行期间，带有颗粒112的合成气110从气化器16引向冷却器100。带有颗粒112的合成气110流动通过冷却器100内的热交换装置，并进入激冷室116。更具体而言，冷却器100的下壁118将带有颗粒112的合成气110导入主激冷区144，其中，带有颗粒112的合成气110流过下壁118的下游端124，并沿着汲取管128的湿润的内壁174流动。这样，当熔化的颗粒112接触内壁174上的水142时，颗粒112从熔化状态冷却到固体状态，并因此防止变得具有高粘性，并沉积在内壁174和/或冷却器100内的其它部件上。固化的颗粒112在本文中称作夹渣176。形成于主激冷区144中的夹渣176落入水浴槽134，并从冷却器100通过贮槽136排出。合成气110和剩余的颗粒112进入水浴槽134，其中一些剩余的颗粒112转变成夹渣176，该夹渣176然后从冷却器100排出。带有悬浮颗粒112的合成气110的流在汲取管下游端154处倒转，并被导入间隙146和/或148中的至少一个。在该示范性的实施例中，离开水浴槽134的悬浮颗粒112处于比进入水浴槽134的颗粒112更低的温度下。
合成气110、颗粒112和/或通过第一间隙146引导的水142进入室166，在吸出管上游端150处倒转流动方向，并排入第二间隙148。在该示范性的实施例中，当流倒转方向时，至少其中一些颗粒112转变成夹渣176，然后落入水浴槽134中，用于通过贮槽136排出。另外，至少其中一些水142在汲取管128的外壁178和/或吸出管130的内壁180上冷凝，以润湿壁178和/或180，以便于防止夹渣176在壁178和/或180上沉积。当流进入第二间隙148时，通过第一间隙146引导的水142的另一部分在防溅板132上冷凝。在壁178和/或180上和/或防溅板132上冷凝的水142返回到水浴槽134。另外，基本上没有颗粒112和/或水142的至少其中一些合成气110从第二间隙148通过合成气出口140被引导，用于在系统10内使用。
另外，在该示范性的实施例中，通过第二间隙148引导的至少其中一些颗粒112转变成夹渣176，该夹渣176落入水浴槽134中，以通过贮槽136排出。至少一些其它颗粒112接触防溅板132，并从合成气110沉淀到水浴槽134中，用于从冷却器100作为夹渣176排出。另外，至少一些被引导至第二间隙148的水142在吸出管130的外壁182上冷凝，以润湿壁182，以便于防止夹渣176在壁182上堆积。这种冷凝水142流下壁182，并返回到水浴槽134。另一部分水142在防溅板132上冷凝，并返回到水浴槽134。剩余的合成气110基本上没有颗粒112和/或水142，并从冷却器100通过合成气出口140排出，用于在系统10内使用。
图3是可与合成气冷却器100一起使用的示范性的激冷环300的俯视图。图4是激冷环300的截面图。在该示范性的实施例中，激冷环300具有半径R10，该半径R10自激冷环300的中心点316至歧管320的中心点318测量，如以下更详细地所述。半径R10基于汲取管半径R2进行选择。在备选的实施例中，半径R10选择成使激冷环300能够如本文所述起作用。激冷环中心点316对齐成使得激冷环的中心轴线322(显示在图4中)通常同轴地与冷却器轴线106对齐。这样，半径R10大致垂直于冷却器轴线106，并大致平行于半径R1。备选地，激冷环轴线322可为相对于冷却器轴线106的任何其它取向。
在该示范性的实施例中，激冷环300包括连续的环状歧管320，该歧管320具有贯穿其中限定的流径324。尽管在该示范性的实施例中，歧管320具有由内直径D10限定的大致圆形的截面形状，但歧管320可具有使激冷环300能够如本文所述起作用的任何截面形状。在一个实施例中，歧管直径D10大约等于四英寸。在另一个实施例中，歧管直径D10大约等于八英寸，尽管歧管直径D10可以是用于激冷系统的设计及适用的比例法则(scaling rule)的任何适当的尺寸。在该示范性的实施例中，歧管320由Schedule(SCH)40管制成，诸如但不限于SCH40钢管，使得歧管具有基于直径D10和美国国家标准化组织(ANSI)关于Schedule 40管尺寸的公称厚度T10。备选地，歧管320由使激冷环300能够如本文所述起作用的任何其它适当的材料和/或任何其它适当的Schedule管制成。在其它实施例中，歧管尺寸(诸如直径D10和/或厚度T10)选择成使激冷环300能够如本文所述起作用。例如，厚度T10基于对激冷环300优选的重量进行选择，而直径D10使用比例法则进行选择，诸如举例来说以下法则：歧管320的截面面积AM为每进口通道302的出口面积AE的大约三倍。值得注意的是，截面出口面积AE通过通道出口宽度W10乘以通道出口周长C10计算。
歧管320包括顶点326、内点328、底点330和外点332。歧管320的第一部分334沿着歧管320的表面336按从顶点326至内点328的B方向限定。歧管320的第二部分338沿着表面336按从内点328至底点330的B方向限定。歧管320的第三部分340沿着表面336按从底点330至外点332的B方向限定，以及歧管320的第四部分342沿着表面336按从外点332至顶点326的B方向限定。在该示范性的实施例中，各部分334，338，340和342包括相应的点326，328，330和/或332。
另外，在该示范性的实施例中，激冷环300包括联接至歧管320的至少一个进口308，使得进口308自激冷环300大致沿切向延伸。更具体而言，进口308的中心线344与激冷环300的切线346大致对齐，其中，切线346从圆(未示出)上的点(诸如点318)沿切向延伸，该圆具有大致等于激冷环的半径R10的半径。这样，切线346大致垂直于半径R1和R10，并垂直于轴线106和322。尽管本文描述了仅一个进口308，但是应当理解，图示在图3中的各进口具有与进口308大致类似的构造。在该示范性的实施例中，激冷环300包括六个进口308，它们以半径R10绕着激冷环300大致等距离地间隔开。在备选的实施例中，激冷环300可包括两个或四个进口308。在另一个实施例中，激冷环300可包括使激冷环300能够如本文所述起作用的在任何相对位置处的任意数目的切向进口308。
在该示范性的实施例中，进口308由SCH 80钢管制成，该SCH 80钢管具有四英寸的内直径D11和基于对直径D11的ANSI标准的厚度T11。在一个实施例中，歧管D11小于进口直径D10，渐缩的附件(未示出)联接在歧管320和进口308之间。此类附件便于减小进口308的直径，以对应于歧管直径D10，并且还便于增大流过进口308的减小的截面面积(未示出)的水142的速度。在另一个实施例中，进口直径D11为与歧管直径D10大约相同的尺寸，使得进口308可直接联接至歧管320。备选地，进口308的材料和/或进口308的尺寸(诸如但不限于直径D11和/或厚度T11)可以是使激冷环300能够如本文所述起作用的任何尺寸。
在该示范性的实施例中，激冷环300包括自歧管320延伸的连续的通道302。更具体而言，通道302在限定于歧管320内的狭缝348处联接至歧管320。在该示范性的实施例中，狭缝348限定在歧管320的第一部分334中。在另一个实施例中，狭缝348限定于歧管320中，使得狭缝348的中点350与歧管320的顶点326大致对齐。备选地，狭缝348可限定于使激冷环300能够如本文所述起作用的任何歧管部分338，340和/或342中。在该示范性的实施例中，狭缝348具有宽度W11，该宽度W11大致等于0.25英寸。备选地，狭缝宽度W11选择成使激冷环300能够如本文所述起作用。例如，在一个实施例中，狭缝宽度W11选择成便于降低激冷环300与水142之间的摩擦力。
如本文所述，通道302包括外壁304和内壁306。外壁304的第一端352联接至狭缝348的外边缘354，并且内壁306的第一端356联接至狭缝348的内边缘358，使得间隙360限定于内壁304和外壁306之间。在该示范性的实施例中，壁304和306各自具有相应的厚度T12和T13。在该示范性的实施例中，厚度T12和T13为与歧管厚度T10大致相同的尺寸。备选地，厚度T12和/或T13可尺寸设置成不同于歧管厚度T10。壁304和306在它们之间限定了通道流径362。在该示范性的实施例中，通道流径362相对于通道302的下游边缘364偏斜地对齐，而边缘364与通道圆周C10大致对齐。在该示范性的实施例中，流径362以相对于大致平行于轴线106和322的线363的角度α取向。这样，流径362以相对于轴线106和322的角度α取向。角度α可以是使激冷环300能够如本文所述起作用的任何适当的角度(例如预定的锐角)。在该示范性的实施例中，通道流径362至少部分地取决于进口308的构造和流动特性，诸如举例来说进口308和/或歧管320内水142的质量流率、湍流、速度和/或纯度。
各壁304和306分别包括弧形部分366和368，它们使水142能够从狭缝348向下朝向汲取管内壁174(显示在图2中)被引导。在该示范性的实施例中，各弧形部分366和368具有各自的顶点370和372，顶点370和372各自分别相对于冷却器流径108(显示在图2中)位于狭缝348的内边缘354和外边缘358的上游。在该示范性的实施例中，弧形部分366和368便于防止在激冷环300内形成再循环区(未示出)。备选地，弧形部分366和/或368可以是基于冷却器100的构造(且更具体而言，下壁118、汲取管128和/或吸出管130的位置(显示在图2中))的任何适当的构造。
外壁304的第二端374和内壁306的第二端376限定了具有宽度W10的通道出口378。更具体而言，在该示范性的实施例中，宽度W10大约等于0.25英寸。在其它实施例中，宽度W10基于水142的品质、汲取管上游端150和下壁端124之间的间隙158的尺寸(显示在图2中)、预定的通道流径362和/或使激冷环300能够如本文所述起作用的任何适当的基础进行选择。在该示范性的实施例中，宽度W10比狭缝宽度W11窄，使得壁304和306从端部352和356向端部374和376沿着通道302朝向彼此会聚。这样，间隙360沿着通道流径362的下游方向变窄。另外，在该示范性的实施例中，通道圆周C10由外壁端部374限定。
在该示范性的实施例中，激冷环300还包括多个间隔物380。在一个备选的实施例中，激冷环300不包括间隔物380。在另一个实施例中，激冷环300包括使激冷环300能够如本文所述起作用的任何数目的间隔物380。在该示范性的实施例中，间隔物380使用例如焊接、栓接和/或使激冷环300能够如本文所述起作用的任何其它适当的紧固机构联接在通道302内。在一个实施例中，间隔物380联接到冷却器100内的激冷环安装支架(未示出)或挡板(未示出)上，并从支架延伸到通道302中。间隔物380联接在通道302内，使得防止通道间隙360的宽度W12在冷却器运行期间波动。
在该示范性的实施例中，间隔物380具有绕着纵向轴线382为中心的通常伸长的形状。例如，间隔物380可以是多边形形状的间隔物580(如图5中所示)、卵形和/或椭圆形的间隔物、三角形的间隔物、平行四边形的间隔物和/或使激冷环300能够如本文所述起作用的任何其它形状。间隔物380在通道302内对齐，使得纵向轴线382通常与通过通道302排出的水142的流径362对齐。间隔物380的各端部384和386通常与水流径362和/或水漩涡图形(未示出)对齐，使得对流过通道302的水142产生预定的流型。间隔物380的第一端384构造成将水142的流分成围绕间隔物380的通常层状的流型。间隔物380的第二端386构造成使流能够在间隔物380的下游会聚，而不对流引起湍流。在一个备选的实施例中，间隔物380对齐，使得纵向轴线382大致垂直于通道下游边缘364。在另一个实施例中，间隔物380相对于通道302的取向选择成对通过通道302排出的水142产生预定的流型。
在该示范性的实施例中，激冷环300还包括排泄部分388。在备选的实施例中，激冷环300可具有多于或少于一个排泄部分388。排泄部分388包括在排泄部分388的第一端392与第二端394之间延伸的歧管段390，从第一端392延伸至第二端394的通道段396，以及从排泄部分388的歧管段380的底部表面400延伸的排泄出口。歧管段390设计成联接在激冷环300内，而并不显著地影响通过激冷环歧管320的流径324。排泄部分通道段396大致类似于通道302(如本文所述)，使得排泄部分388可联接在激冷环300内，而并不显著影响通道流径362。
排泄出口398具有直径D14和厚度T14。在该示范性的实施例中，直径D14大约等于两英寸，然而，排泄出口398可具有使激冷环300能够如本文所述起作用的任何适当的直径D14。在该示范性的实施例中，排泄出口398具有与歧管流径342大致对齐的纵向轴线402。备选地，纵向轴线398可具有使激冷环300能够如本文所述起作用的相对于歧管段390和/或激冷环300的任何适当的取向。排泄出口398构造成从激冷环300中移除水142和/或固体404。另外，排泄出口398可将水142和/或固体404引导至例如排泄管路310、喷嘴312、排污管(未示出)、贮槽(未示出)和/或使系统10能够如本文所述起作用的任何其它适当的部件和/或位置。在该示范性的实施例中，水142和/或固体404从排泄出口398通过管路310引导至喷嘴312，以从冷却器100通过壳体102(显示在图2中)排放。在一个实施例中，排泄部分388联接至控制系统406，该控制系统406可包括例如阀门(诸如阀门314)、致动器(未示出)、计算机系统(未示出)和/或任何其它适当的部件。控制系统406调节激冷环300内的水142的量，调节固体404从激冷环300内的移除，和/或控制激冷环300的运行。
在该示范性的实施例中，激冷环300由多个节段408制成(如在图3中所示)。各激冷环节段408包括歧管节段410、通道节段412和一个切向进口308。备选地，至少其中一个节段408可包括多于或少于一个进口308。各节段408还包括第一端414和第二端416。在该示范性的实施例中，各节段408是弧形的，使得当组装好时节段408形成激冷环300。节段408使用例如焊接、机械紧固件(未示出)和/或任何其它适当的紧固机构沿周向联接在一起，以形成激冷环300。更具体而言，一个节段408的第一端414联接至相邻节段408的第二端416。在该示范性的实施例中，排泄部分388使用例如但不限于焊接、机械紧固件(未示出)和/或任何其它适当的紧固机构联接在一个节段408内。更具体而言，在该示范性的实施例中，排泄部分388通常联接在节段408的中点418处。在另一个实施例中，排泄部分388联接在相邻的节段408之间，使得排泄部分388的第一端392联接至一个节段408的第二端416，并使得排泄部分388的第二端394联接至另一个节段408的第一端414。
在运行期间，水142通过进口308喷射到激冷环300中。在该示范性的实施例中，进入进口308和/或激冷环300的水142的质量流率基于当水142与合成气110相互作用时水142的蒸发率确定，和/或以便于使激冷环300内水142的体积最小化而不显著地影响水在汲取管内壁174(显示在图2中)上的覆盖(显示在图2中)。另外，在该示范性的实施例中，进口308的切向取向迫使水142绕着歧管320大致沿周向流动。因为水142沿着切向管路346进入歧管320，所以激冷环300内水142的流继续绕着激冷环300具有湍流，基本上没有压降。因此，便于防止在歧管320和激冷环300内形成再循环区。
当水142在歧管320内达到预定的高度(例如稳态满状态)时，水142从歧管320通过狭缝348排出，同时保持所引起的成角度流324和/或326和/或并不显著地改变流径324。这样，水142通常沿着通道流径362进入通道320，该通道流径362与歧管中心轴线322和/或外边缘364偏斜地对齐。通道302内水142的流可在从通道302以及因而从激冷环300中排出之前在通道302内通过间隔物308引导。水142从激冷环300通过通道出口378排出，使得水142从大致所有出口区AE排出，并排到汲取管内表面174上。排出的水142继续沿一取向流动，使得内表面174上的至少一部分水流径(未示出)相对于冷却器中心线106大致偏斜地对齐。这种激冷水流特性便于用连续的水142的流覆盖大致所有内表面174，这便于防止夹渣176沉积到其上。
另外，在冷却器100运行期间，控制系统406可用来将水142从激冷环300通过排泄部分388排出，以便调节激冷环运行期间水的流动特性，诸如水142的流率。另外，控制系统406可用来将水142从激冷环300通过排泄部分388排出，以便调节维护操作期间水的流动特性，诸如水142的高度和/或体积。更具体而言，在激冷装备运行和/或维护操作的过程中，水142从歧管390通过排泄出口398排出至冷却器壳体102外部的位置(未示出)，或者通过外部喷嘴(未示出)排放至冷却器壳体102的贮槽(未示出)。在冷却器100的另一项操作期间，控制系统406可用来将固体404从激冷环300通过排泄出口398排出，以便于防止固体404在激冷环300内积聚。更具体而言，固体从歧管390通过排泄出口398排出至冷却器壳体102外部的位置(未示出)。尽管本文仅描述了激冷环和维护操作，但是，控制系统406和/或排泄部分388可在使系统10(显示在图1中)能够如本文所述起作用的任何适当的操作期间使用。
与至少一些已知的激冷环相比，上述激冷环及使用激冷环的方法为合成气冷却器内的汲取管提供了更恒定及均匀的水流。这种水应用便于防止固体(诸如夹渣)在与合成气接触的热金属部件上沉积。这样，本文所描述的激冷环便于通过以下方式清洁流经热回收冷却器的合成气，即通过激冷合成气以便于从合成气中移除固体。另外，在限定在汲取管与吸出管之间的间隙内，合成气和水的双相流便于连续地润湿限定间隙的汲取管和吸出管表面，以便于防止固体在其上的沉积。另外，由于与已知的激冷环相比简化的设计，本文所描述的激冷环便于减少制造时间和/或成本，并且还便于减少激冷环占用的合成气冷却器内的空间体积。
上述激冷环进口便于给歧管和/或通道提供恒定并且均匀的水流。进口使歧管内的水能够具有通常沿切向和/或周向的流动，该流动便于防止“死”区和/或激冷环内其它非期望的流型。另外，歧管内的狭缝、通道和通道出口还便于防止形成这种非期望的流型。另外，上述间隔物便于防止激冷水中的固体沉淀在通道内，这又便于防止激冷环被这种固体阻塞和/或堵塞，和/或在固体从激冷环中排出时防止沉积在汲取管上。间隔物还便于减少非期望的流型，诸如在至少一些已知的激冷环内可形成的再循环区。另外，本文所描述的间隔物便于提供通道和/或通道出口内所需的流型，诸如通常旋动的流。上述底部排泄便于调节激冷环内水的流动和/或从激冷环中排出，并且还便于对激冷环清除可能已经沉积在激冷环内的激冷水中的固体。
以上详细地描述了与合成气冷却器一起使用的激冷环的示范性的实施例。激冷环并不限于本文所描述的具体的实施例，而是各激冷环的部件可相对于本文所描述的其它部件独立且单独地使用。各激冷环还可以与其它合成气冷却器和/或激冷系统组合使用，而并不限于仅与本文所述的合成气冷却器一起实施。更确切地，本发明可与许多其它激冷应用一起实施及利用。例如，各激冷环可不仅与辐射式的合成气冷却器一起使用，而是还可以与激冷气化反应器一起使用。
尽管已经就不同的具体实施例对本发明进行了描述，但是，本领域的技术人员将认识到，本发明可以以权利要求的精神和范围内的变型来实践。

Claims (19)

1.一种用于操作合成气冷却器的方法，所述方法包括：
将合成气的流引入具有纵向轴线的环状冷却室；
将冷却流体喷入歧管，使得所述冷却流体大致沿周向绕着所述环状冷却室被引导；以及
从所述歧管排出所述冷却流体，使得所述冷却流体以相对于所述冷却室的轴线预定的角度接触所述冷却室的表面；其中，从所述歧管排出所述冷却流体还包括通过与所述歧管成流连通地联接的通道排出所述冷却流体；
其中，所述通道通过狭缝与所述歧管成流连通地联接，所述通道包括联接至所述狭缝的外边缘的外壁，所述通道从所述歧管沿径向向内延伸，且所述外壁包括具有顶点的弧形部分，所述顶点相对于合成气流径位于所述狭缝的外边缘的上游。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用联接至所述歧管的排泄管调节所述歧管内冷却流体的量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将冷却流体喷入歧管还包括在大致垂直于所述冷却室的所述轴线的方向上喷射所述冷却流体。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将冷却流体喷入歧管还包括将冷却流体喷入与所述歧管大致沿切向对齐的进口。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用联接在所述通道内的至少一个部件来对从所述歧管排出的所述冷却流体引起预定的流型。
6.一种用于与气化器系统一起使用的激冷环，所述激冷环包括：
具有半径的环状歧管；
与所述环状歧管成流连通地联接的环状通道；以及
与所述环状歧管成流连通地联接的至少一个进口，所述至少一个进口具有与所述环状歧管大致沿切向对齐的中心线；
其中，所述环状通道通过狭缝与所述环状歧管成流连通地联接，所述环状通道包括联接至所述狭缝的外边缘的外壁，所述环状通道从所述环状歧管沿径向向内延伸，且所述外壁包括具有顶点的弧形部分，所述顶点相对于合成气流径位于所述狭缝的外边缘的上游。
7.根据权利要求6所述的激冷环，其特征在于，所述激冷环还包括至少联接到所述环状歧管上的排泄段。
8.根据权利要求6所述的激冷环，其特征在于，所述激冷环还包括联接在所述环状通道内的至少一个间隔物。
9.根据权利要求8所述的激冷环，其特征在于，所述至少一个间隔物具有纵向轴线，该纵向轴线与限定于所述环状通道内的流径大致平行地对齐。
10.根据权利要求6所述的激冷环，其特征在于，所述激冷环还包括绕着所述环状歧管大致等距离地间隔开的多个进口。
11.根据权利要求6所述的激冷环，其特征在于，所述至少一个进口构造成使所述激冷环引起大致切向的流径。
12.根据权利要求6所述的激冷环，其特征在于，所述环状通道的截面是至少部分弧形的。
13.一种合成气冷却器，包括：
壳体；以及
联接在所述壳体内的激冷段，所述激冷段包括：
第一管，该第一管包括第一端和第二端，以及限定在所述第一端和第二端之间的激冷室；以及
联接在所述壳体与所述第一管之间的激冷环，所述激冷环构造成将冷却流体引导至所述激冷室，所述激冷环包括：
具有半径的环状歧管；
与所述环状歧管成流连通地联接的环状通道；以及
与所述环状歧管成流连通地联接的至少一个进口，所述至少一个进口具有与所述环状歧管大致沿切向对齐的中心线；
其中，所述环状通道通过狭缝与所述环状歧管成流连通地联接，所述环状通道包括联接至所述狭缝的外边缘的外壁，所述环状通道从所述环状歧管沿径向向内延伸，且所述外壁包括具有顶点的弧形部分，所述顶点相对于合成气流径位于所述狭缝的外边缘的上游。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述激冷室成流连通地联接的流体保留室，所述管的第二端至少部分地延伸到所述流体保留室中。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第二管，该第二管联接在所述激冷段内，使得在所述第一管与第二管之间限定间隙。
16.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述系统还包括联接在所述激冷环与所述壳体之间的冷凝板。
17.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述合成气冷却器还包括限定在所述壳体内的热交换室，并且其中所述环状通道还包括第一壁和第二壁，所述第一壁靠近所述热交换室的下壁，而所述第二壁靠近所述第一管的所述第一端。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述环状通道至少部分地延伸到限定在所述管的第一端与所述热交换室下壁之间的间隙中。
19.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述激冷环还包括联接到所述激冷环上的排泄管路，所述排泄管路构造成至少从所述系统排出流体。
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