CN1020629C - 改进的燃气发生器骤冷环 - Google Patents

Abstract

一种隔热外壳(11)包围着用气化碳质燃料生产可用气体的反应器(10)。气化产品或液体包括热的产品气，它通过狭窄的喉管(27)在液体槽(21)中被冷却。将热流体导入液体槽的浸入管(29)被来自骤冷环(33)的冷却剂流润湿。骤冷环位于反应室(12)下边并包括一个和加压水源(41)相连的环形体(34)，在环形体(34)内形成的狭管(47)携带着迅速运动的水流均匀地冷却流体导向板(48)，因而使后者稳定并减少由于和热气体接触而发生的热变形。

Description

在用燃烧碳质燃料混合物的方法获得可用合成气的生产中，在高温高压条件下操作是最有效的。例如，为从诸如颗粒煤、焦炭甚至油这样的碳质燃料生产燃气，优选的操作温度范围是2000-3000°F，同时应保持大约5-250的大气压。这个方法的苛刻操作条件，特别是很宽的温度变化范围，使燃气发生器或反应器及有关设备的许多部件严重地变形。

本发明述及燃气发生器结构的改进，特别是骤冷环和浸入管结构的改进。按照其功能，后者易遭到燃气发生器的最恶劣温度条件的影响，这是因为当燃气从反应室流出时，这种热的产品气或流体和这些部件相接触引起的。

就现有技术而论，U.S.P4，218，423（Robin等人，1980年8月19日颁布）阐述了一种形式的骤冷环和浸入管，它们能用本发明的方案改进。U.S.P4，444，726（Crotty等人，1984年4月24日颁布）也阐述了一种反应器的浸入管和骤冷环。在这篇专利中，燃气发生器冷却系统的一部分是隔热的，但不能有效避免或减少由于热流气体和骤冷环之间紧密接触可能产生的不利后果。

这种经常发生于和冷却水相接触的骤冷环中的热变形是燃气发生器由于高温而产生的问题之一。这种变形是由于该环和热流体流非常接近，即骤冷环必须处于冷却的位置上引起的。通常的问题表现为骤冷环部件的断裂和裂缝，主要发生在突然转折的部位上。在后一种情况下，将表现为机械和热变形，最终结果将导致液体冷却剂的泄漏， 这是不希望发生的。

本发明的目的是提供一种生产可用合成气的改进型燃气发生器，在这种发生器中，燃气发生器的浸入管被配备了内水循环体系的骤冷环所润湿。

本发明的另一个目的是提供一种携带液体的燃气发生器的骤冷环，通过采用内水循环管的方法，该环不被暴露于气化过程产生的热流体之中。

本发明还有一个目的是提供一类新设计的骤冷环，该环装配了有效的内冷却系统，以便在环的金属结构上减少由于热效应导致的变形。

为了克服新型的气体发生器的上述缺陷，本发明提供了一种具有内水循环管的气体发生器骤冷环。在一实施方案中，该内水循环管被骤冷环内侧伸出的一个配件所限定，该配件由外套或挡板包围，因而形成布水环或支管。携带冷却剂的管复盖了布水环的整个内壁，布水环的外表面暴露于热的流体中并维持充满水的状态。此管使水迅速流动，随后水对着浸入管的导向面泄出。这样促进了燃气发生器的反应室和液体槽之间流体的流动。

因此，本发明提供了一种气化碳质燃料混合物的反应器，该反应器用以生产由残渣和至少一种有用的合成气组成的热流体。该反应器包括一个气化燃料混合物的反应室，该室的底板形状使液体残渣易于向外流动。

含水槽的骤冷室位于反应器的下部，接收并冷却热流体。一连接反应室和骤冷室的喉管将流体导入浸入管。通常该管有一个导向通道，将流体导入水槽。

燃气发生器内的环形骤冷环配有一位于浸入管上方的布水环，以 便将冷却水流导向浸入管的导向面。

骤冷环包括一个和压力水源相连的室或支管，支管又和位于邻近的布水环连接，后者通过环形的冷却剂管接收并循环水。由于其狭窄的通路，通过该管的水迅速流动，这就稳定并冷却了暴露于高温流体中的骤冷管的外壁。

因此，循环水被分布在和热流体接触的浸入管的导向面上。

现用实例来描述本发明的一个实施方案，并参见附图，其中：

图1是所设计的烧气发生器反应器的截面垂直正视图。

图2是图1中内管型骤冷环的局部放大图。

图3是图2沿3-3剖线的局部放大图。

参照图1，简要地说，为达到上述目的，提供了一种将固体、液体或气体的碳质燃料混合物气化的燃气发生器或反应器。通过部分氧化，气化过程生产至少包括一种可用的合成气的热流体，并且当燃料是煤或焦炭那样的固体时，通常还产生颗粒状灰尘形成的残渣。燃气发生器有竖直的厚壁钢外壳，该外壳应使含合成气的热流体形成向下流动的气流。

壳内的反应室通过燃料入射喷嘴接受加压的燃料混合物流。喷咀和碳质燃料源及象氧或空气那样的支持气化的介质源连接，以便形成可燃的混合物。

气化产物或者在反应室中产生的热流体通过反应室底部流出，并在盛液体的骤冷室内冷却。

当热流体从反应室流出时，为使其容易流出，浸入管的位置应适于导引热流进入液体槽。通常，竖直方向的浸入管被传送液体的骤冷环支撑着，后者沿着浸入管的暴露导向面或流体接触壁导引气流或水 流。

参见图1，设计的新型的燃气发生器或反应器10装有一伸长的钢外壳11。燃气发生器通常处于竖直方向操作，以便所产生的产物向下流动，外壳11的上部包围着反应室12，以便抵挡所期望的高达约2000-3000°F的操作温度。室12衬多层内壁13，后者最好是用耐火材料做的。

在外壳11的上壁或顶部有可移动的喷咀14，将碳质燃料混合物如颗粒状煤或焦炭从源16注入反应室12，来自压力源17的一定量的支持气化的介质，作为燃料混合物的一部分和燃料一起送入喷咀14。

本发明能同样有效地适用于燃烧各种碳质固体、液体或气体燃料的燃气发生器。为了说明本实施方案，假设喷咀14和焦炭源16相连。焦炭最好事先研磨并加足量的水以形成所需稠度的炭浆，源17的加压气体通常是氧气、空气或其混合物。

反应室12的下部是向下倾斜的由耐火材料构成的底18，这种结构有助于热气体，特别是液化的流体从反应室12排出。

外壳11的下部包围着骤冷室19，气化的产物被导入其中。固体和气体产物在这里相接触并被迫进入液体槽21，其最普通情况是盛水，被冷却的气体在通过管道22离开燃气发生器前从骤冷室21进入释放区26。这样冷却的气体可在后续设备中加工并转化成可供使用的形式。流体中的固体或渣通过槽21下沉，并通过排放口23排至制动漏斗24。

反应室12通过在其底部18上的狭窄喉管27和骤冷室19连接。为了使热流体离开反应室12时和槽21中的液体有效地接触， 如图所示，骤冷室19装入浸入管29。浸入管29在邻近狭窄喉管27的下侧具有上边缘31，它还具有在冷却剂槽21内终止的下边缘32。

参见图2，狭窄喉管27有使高温高压流体首先通过的导向通道。由于浸入在骤冷室19中（图1），渣及产生的气体被冷却，使这种气体易于处理。但是，当热流体离开喉管27的下边时，它将向外扩张，并被骤冷环（33）壁暴露的外表面导引，后者起布水环的作用。

从功能上，浸入管29的内壁设计成园筒形导向面，便于高温下流体的流动，热流体包括高速离开喉管27的气体及固体组分。如图所示，为有效起见，由于反向导引一股或多股加压水流，润湿了园筒形浸入管29的内壁或导向面，以利于流体的流动。

在骤冷环33的一个实施方案中，它由环形的金属体34组成，后者用许多螺栓36固定在燃烧室12的下部支持底板15上。如所见到的那样，耐火材料18向内伸出足够距离，至少防止骤冷环的一部分受到热气体的直接危害。

上述环形体34被加工成内环形支管或室37，以便携带冷却水。环形体34的下边装有一个可移动的或焊接固定的板38，后者联着至少一个，最好是多个直管39。如图1所示，直管39通过导管42和加压水源41相通。

环形体34的内壁或间壁43装备有园形支撑衬套，使园筒形浸入管29的上端31支撑固定在其上。上述壁43沿其外表面还装有通常由水平管颈44组成的环形附件，直立的边缘46从管颈44伸出构成了环形冷却剂循环管47，该管包围并冷却骤冷环暴露的整个接触面49。

环形体34暴露的外表面51装有一个由此悬出的流体导向板或外罩48，其内表面49离所说的附件44、46有一空间，形成狭窄的环形冷却管47。

流体导向板48的暴露外表面51被适当的弯曲，以便加快和该表面接触的热流体的迅速下流，并减少它的干扰。在一个实施方案中，凸状的外表面51限定是流体导向流的上部分。上述暴露面的下部，一般是环形的部分，引导流体下流，使其和浸入管接触面接触。如所见到的那样，表面51采取弧形或半园弯曲形，以便使流体易于通过。

在狭窄冷却管47的下边装一出口或伸出槽52，冷却水在离开冷却管前通过一个或几个狭窄排出孔53被挤入该槽。在一优选的实施方案中，连续排放口53构成一个狭窄的通道，处于板48向下的延伸边54和浸入管表面相对部分之间。为了维持狭窄的出口53，可放一垫片，垫片的位置应使开口在一段时间内不关闭。

参见图2和图3，为了将水从携带冷却剂的支管37引导到狭窄的管47，在中间壁43内构成了一个或几个横穿通道56。这些通道最好是从支管室37的上部伸展到冷却管47的上部。各横穿通道56在中间壁43的周边处最好间隔相等。更好的排列方式是使它们进入冷却管47的各条水流大部分以切线方向流进该管管壁，这样可产生迅速的涡流作用，或是在水向下流入排放口53以前流进冷却剂中。

冷却水从支管37流到排放口53的设计有几个优点。主要是通道56的位置保证了管47总是充满水的。又由于水的循环流动，其结果水将溢出边缘46，并能接触内表面或表面48。

这种比较均匀有效的冷却作用将保证外暴露面51同样能被冷却， 总的结果是消除了外暴露面51或板48的任何部分可能发生的应力开裂。

当然，不脱离本发明的精神和范围可进行许多改进或变化，但是，必须接受权利要求书所指出的那些限定条件。

Claims (8)

1、一种用高温气化碳质燃料混合物生产至少含一种可用合成气的热流体的燃气发生器(10)，该燃气发生器由以下三部分组成：一个具有反应室(12)的外壳(11)，燃料混合物在反应室内于高温高压下至少部分地发生反应；一个在上述外壳(11)内含液体槽(21)的骤冷室(19)，用以冷却上述热流体；连接相应的反应室(12)和骤冷室(19)形成喉管(27)的装置，它还包括：

一个位于上述喉管装置附近的伸长的浸入管(29)，它有一个带有流体导向通道的接触面，用以将上述热流体导入上述液体槽，和

一个位于上述喉管(27)下部的骤冷环(33)，它又包括：

一个形成传送液体的环状支管(37)装置的环形体(34)，其特征在于：支管(37)的一内壁(43)具有一向外伸出的对着上述流体导向通道的附件(44，46)；

一个从上述环形体(34)悬出的液体分配环(48)，它和上述附件(44，46)有一间隙，其间形成一狭窄的环形液体循环管；

连接上述液体循环管(47)和上述液体传送支管(37)的横穿通道装置(56)及

在上述液体分配环(48)内至少形成一个排放口(53)的装置，它和上述浸入管的接触面匹配，反向导引液体冷却剂流。

2、按照权利要求1的燃气发生器，其中上述分配环包括一个从上述环形体（34）悬出的并具有弯曲外表面（5）的流体流动导向板（48），其弯曲外表面决定所说的中心开口。

3、按照权利要求2的燃气发生器，其中上述分配环流动导向板（48）装有一带有上述中心开口的凸型外表面（51）。

4、按照权利要求3的燃气发生器，其中流动导向板（48）装有一弧形外表面（51），其上部大体上和热流体流同心。

5、按照权利要求1-4中任何一项的燃气发生器，其中所述的冷气管（47）包括一狭窄的前部和一伸出的出口管（52），后者至少通过到一个所述的排放口（53）。

6、按照权利要求1-4中任何一项的燃气发生器，其中所述的流动导向板的外表面包括一个位于其上的表层，该表层是抗蚀金属。

7、按照权利要求1-4中任何一项的燃气发生器，其中所述的横穿通道装置包括许多等间隔的传送液体的横穿通道（56）。

8、按照权利要求7的燃气发生器，其中各横穿通道在上述冷却管（47）上的开口大体上位于冷却管壁的切线方向上。

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