CN1022927C - 气化器骤冷圈的改进 - Google Patents

Abstract

用于燃烧含碳燃料生产有用气体的气化器(10)包括一个隔热外壳(11)，外壳内的燃烧室(12)接受了由燃烧注射燃烧器(14)注入的燃料混合物。燃烧产物(包括热产物气体)经过狭窄的喉管(23)在液体浴(21)中冷却。下降管(24)将热产物气体引入液体浴，下降管(24)从骤冷圈(30)得到了冷却剂液流。骤冷圈(30)支撑在下降管的上端，并使骤冷圈(32)的暴露表面适应于减小热产物气体的影响。因此，避免了环结构上应力点的形成。

Description

在由含碳燃料混合物燃烧制备有用的合成气的生产中，反应过程在高温高压条件下进行是最为有效的。例如，由颗粒化的煤、焦炭或油等含碳燃料燃烧生产气体时，在压力为5～250大气压下，温度最好维持在2000～3000°F范围内。在这样的反应过程中如此苛刻的操作条件，尤其是大幅度的温度变化，使得气化器或反应器的许多部位以及相关设备发生了严重的变形。

本发明是关于气化器结构的改进，特别是骤冷圈和下降管的安排。就其作用而言，后者处于气化器最恶劣的温度条件下，这是因为当气体离开反应室时，反应得到的热气体或流体接触到这些部件。

在现有技术中，1980年8月19日颁布的Robin等人的美国专利4218423中，公开了一种形式的骤冷圈和下降管，它们可以应用本发明予以改进。1984年4月24日颁布的Crotty等人的美国专利4444726也公开了一种用于反应器容器的下降管和骤冷圈。后者的发明中，气化器的冷却系统部分是隔热的，但没有提供有效的方法避免或减小由于热气流与骤冷圈紧密接触引起的危害。

由反应器内的高温条件引起的问题之一，就是在流导冷却水的骤冷圈中经常出现的热变形，这是骤冷圈与热流体甚为接近引起的，而冷却又必须接近。通常出现的问题是骤冷圈的一些部位（主要是发生突然过渡的部位）发生破裂和裂缝。出现裂缝时，物理变形和热变形加剧，最终引起不应有的冷却剂泄漏。

为了克服上述缺陷，在设想的气化器中，揭示了一种内部具有水环流通道的气化器骤冷圈。在本发明的一个实施例中，该环流通道是由一附件来确定的，该附件从骤冷圈体的内侧伸出，用外罩或隔板圈封闭起来，从而形成水分配圈或环路。流过冷 却剂的通道覆盖了分配环的全部内壁，此环的外壁暴露于热气流中，而且处于最恶劣条件下。上述通道内的水快速流过，然后对着下降管的导向面排出。此步操作有助于流体在气化器反应室和液体浴中间流动。

另一方面需要指出的是，目前已经有一种反应器可使含碳燃料混合物气化以产生含有残渣和至少一种有用的合成气体的热气流，此反应器包括混合燃料在其中气化的反应室1反应室底部做成能使液化残渣流出的形状。

一个安装有液体浴的骤冷室位于反应器下部，以接收和冷却热流出物。连接反应室和骤冷室的喉管将流出物流引入下降管。此管按通常的方式，确定将流出物导入水浴的导向通道。

气化器中一个环形的骤冷圈配合一个位于下降管上方的分配环，该分配环使冷却水流正对着下降管的导向面。

骤冷圈包括一个壳体，此壳体是一个与加压水源相连接的室或管。而此管又与相邻的分配环连接，分配环通过环形冷却剂通道接收水，并使水作环形流动。由于通道很狭窄，所以水能快速地流过通道，这样就稳定和冷却了暴露于高温流体中的骤冷圈外壁。

这样，环流水就得以沿与热体相接触的下降管导向面分面。

因此，本发明的一个目的就是提供一种改进的气化器，用于生产有用的合成气。在该反应器中，浸没管由一个含有内部水环流系统的急冷圈所湿润。

另一目的是提供一种气化器中携带液体的骤冷圈。此圈通过内部水环流系统可避免暴露在气化过程产生的热气流中。

再一个目的就是提供一种精心设计的具有有效内部冷却系统的骤冷圈，以减轻此圈金属结构热变形的加剧。

图1表示所思的气化器正面视图，

图2是沿图1中2～2线取的放大的局部视图。

图3是沿图2中3～3线剖开的局部视图。

简言之，为达到上述目的，在图1中示出一种燃用固体或气体含碳燃料的气化器或称反应器。气化器中反应将产生一种可用气体和一种热流体，这种热流体通常由粒状灰分和气体组成。气化器或反应器装在一个衬有绝热耐火材料的壳体内。壳体垂直放置，以使含有高温反应生成气体和灰粒的流体向下流动。

壳体内的燃烧室接受来自燃料注射喷嘴的加压混合燃料射流。燃料注射喷嘴则与一含碳燃料源和一个提供诸如氧气或空气之类的助燃气源相连。

在燃烧室中产生的高温产物通过一个装在气化器壳体中的狭窄喉口，在一带有液槽的骤冷室中冷却。

为了便于来自狭窄喉口的气流通过，一下降管将高温生成物引入液槽内。下降管通常是垂直放置，下降管上带有一骤冷环。骤冷环沿下降管暴露的导向面引入一股冷却液，同时该导向面与反应生成气紧密接触。

参照图1，这种类型的气化器10装有一层伸长的金属壳体11，通常运行在垂直位置，壳体上部包括一个燃烧室12。为使它能承受气化过程中所产生的高温。燃烧室12有一层用耐火材料制成的绝热内壁13。

燃烧喷嘴14位于壳体顶部，以便将来自燃料源16的煤粉、焦炭粉一类含碳燃料与来自加压源17的适量的助燃气一起喷入燃烧室12。

这项发明可用于燃用各种含碳燃料的气化器。为举例说明该装置及其用途，假定燃烧喷嘴14是与一个焦炭源16相连。燃料已事先磨制并加足够的水形成炭浆。源17的加压气体是氧气。

燃烧室12的下部由一个向内倾斜的绝热层18构成。此形状有利于燃烧室12中产生的固体和气体产物向外排放。

壳体11下部围有一个骤冷室或称冷却区19，燃烧产物引入此冷却室内。在冷却室里，燃烧产物与供水源相连的冷却液槽21相接触。

燃烧产物的高温气体部分或热流体在液槽21中被冷却之后，流经壳体11上的排放口22到下面的流程设备和操作中作进一步工艺处理。

燃烧室12通过燃烧室绝热层18上形成的狭窄喉口23与骤冷却室19相通。为取得更好的冷却效果，骤冷室或冷却区19配有一段下降管24，下降管的上缘26位于与狭窄喉口23相邻处。下降管24还包括一个处于冷却液槽21液面之下的下缘27。

下降管24固定在骤冷室19中，因此下降管内壁29在此形成一圆筒形导流通道28，以便高温气体及其它产物由喉口23流出。由于加压气流引入水槽21中，因此在气流由水面冒出并流经排气口22之前，实际上已被冷却，冷却的程度取决于冷却水温。

在先有技术中可知，经下降管气体导引通道28，气体流动较为通顺，且由于下降管与气体的接触面或表面29上有一层水膜，下降管的热损伤可减到最小的程度。导管内加压气流由此引入下管24的上端，并沿内壁29向下流至水槽21中。

先有技术已经阐述了下降管的概念和在其接触表面施加一股水流的方法。然而离开狭穿喉口23的高温气体会与最靠近喉口处的金属表面接触，并对金属表面产生有害的影响。在这方面，受影响最突出的部位是固定在与下降管24相邻处的骤冷环30。

在图2，图3中所示的实施例中，下降管24以垂直布置形式固定，下降管上缘26离狭窄喉口23最为接近。下降管24的固定可通过合适的支撑部件，或悬挂于壳体11壁上的支撑件，或是可悬挂在燃烧室12绝热层18上的支撑件。

在任何一种情况下，下降管24的上缘26均位于使骤冷环30紧贴在燃烧室绝热层18的下侧。

如图所示，骤冷环30最好加工或环形，且最好来用圆环形状。

对于本设计的骤冷环30，最为敏感的部位是环内侧的暴露表面。当高温气体离开喉口23后，环壁的曲面部位立即暴露在这股高温气流之中，并形成下降管导流通道的一部分。

在图3所示的实施例中，骤冷环30设计成一个普通的圆环形截面。骤冷环可用诸如钢管或与此类似的薄壁金属构件制成。

在骤冷环30的下侧外表面起始处开有一个槽口，以便在紧挨下降管24内表面29处设一个排水口31。

如图所示，下降管24的上缘26最好为波纹状表面，以这种方式能与骤冷环内壁牢固接合，上边缘26对准到外表面开口31中。

骤冷环30与下降管24可沿此支撑接合缝焊接。借此，下降管管壁在骤冷环里构成了既是连通又是分隔的进、出口室32和33。由下降管齿形边缘所限定的通路34，在相应的进、出口室之间形成了多个连接通道34。

如图所示的出口室33带有一个向上延伸到该室内的折边36，此折边最好与相邻的下降管24平行，以便形成一个狭长的水流通道31。加压冷却水流通过由平行边缘所限定的狭窄通道31流动。

在一实施例中，进口室32通过一个或多个导管37与环形配水环39相连，配水室则与水源38相接。

参照图2，在所披露的装置中配水室39径向外部与骤冷环30隔开，并在绝热层18的下面，借此在配水环与骤冷环之间构成一个环形空间41。配水环主要包括一集水腔，其位置与绝热层18相邻，并能以环绕骤冷管24的方式由绝热层18来固定。配水室39通过一个或一组导管44与38处的冷却水源相接。

冷却水源38必须以足够的压力维持供水或进行再循环。以确保水流入承压的骤冷室19中。配水环39还包括一个伸长的支撑部件42，此件向下延伸，通过一系列的横向支撑筋板43和45与下降管24相连接。为能在恶劣的运行条件下使下降管24定位，支撑筋板以一定的间隔来布置。

就结构而言，如图所示的骤冷环30是一个圆环形状，然而这种形状可用另外一种没有尖角或尖角区的曲线形状来代替，当与高温气体接触时，尖角区域对过大的热应力较为敏感。

就运行过程而言，含碳燃料在气化器的燃烧室12中燃烧。高温产物，尤其是高温气体将从狭窄喉口23排出，气体温度约在2200～3000°f的范围之内。在燃烧室12中加压力的环境下，高温气流将通过下降管导流通道28高速地向下流动。

这股高温气体将携带燃烧过程中产生的残留灰粒或其它固体颗粒。

这些颗粒，特别是大颗粒将从液槽21经排渣口46和密闭渣斗47排出，以便处理。

由于骤冷环30被分成两个相邻的室32和33，则进口室32实际上将贮满冷却水。冷却水通过下降管24上缘处26连接通道34溢流到出口室33中。而后在水压的驱动下，水继续通过狭窄的排水通道31沿下降管24内表面29流动。

由于与高温气体接触，骤冷环30将近有一半 的外表面暴露在高温环境中。但由于有冷却水连续流过冷却室33，其温度维持在一个最低的水平上。

在通常情况下，如在同一个金属部件或称金属体。即在骤冷环30上有这么大的温差时，则可能会在骤冷环30的结构中产生热应力区域热应力点。然而对于具有外露表面的骤冷环30的结构，则可避免产生热应力集中区。

显然，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明作一些修改和变更，只是在所附的权利要求中所指明的那些限制条件必须被满足。

Claims (11)

1、一种用于高温燃烧含碳燃料生产有用气体的气化器(10)用的骤冷圈，该气化器包括：一个配置有燃烧室(12)的隔热外壳(11)，燃料在燃烧室(12)内高温高压下燃烧；一个安装在外壳(11)内的骤冷室(19)，骤冷室(19)配置有一个液体浴(21)，它是用来冷却燃烧得到的产物；一个连接相应的燃烧室(12)和骤冷室(19)的狭窄的喉管(23)；一个细长的下降管(24)，下降管(24)具有内壁(29)，内壁(29)决定了燃烧室(12)和骤冷室(19)之间的流体导向通道(28)，并且具有相对的上下缘(26，27)；其中一个骤冷圈(30)，它支撑于下降管的上端，并与加压冷却剂源(38)相连；一个骤冷圈内的排水管路(31)，它是用来将液体冷却剂流液(38)沿下降管内壁(29)排出，从而润湿内壁(29)表面；该骤冷圈(30)的特征在于：有一弯曲的外表面，此表面与下降管内壁(29)相连接，从而确定了一个流体导向通道(28)的弓形体。

2、根据权利要求1的骤冷圈，其中骤冷圈由一个环形圈（30）组成，该环形圈（30）有一中心通道，其外表面与狭窄的喉管（23）相邻。

3、根据权利要求1的骤冷圈，其中骤冷圈（30）装在骤冷室（19）内，并支撑在下降器上缘（26）上。

4、根据权利要求1之一的骤冷圈，其中下降管上缘（26）定位于骤冷圈排水通道（31）内，以将骤冷圈分别隔成入口室和出口室（32，33）。

5、根据权利要求4的骤冷圈，其中骤冷圈（30）包括连接入口室（32）和液体冷却剂（38）的加压源的导向管（37）。

6、根据权利要求4的骤冷圈，其中下降管上缘（26）在入口室和出口室（32，33）之间形成了横向连接通道（34）。

7、根据权利要求6的骤冷圈，其中下降管上缘（26）是锯齿形的，并与骤冷圈（30）连接形成横向液体通道（34）。

8、根据权利要求1的骤冷圈，它包括一个环形液体分布环（39），并与骤冷圈（30）隔开，分别与液体冷却剂源（38）及骤冷圈（30）相连接。

9、根据权利要求8的骤冷圈，其中骤冷圈（30）和配水环（39）两者之间确定了一个环形空间（41）。

10、根据权利要求1之一的骤冷圈，其中的骤冷圈的排水通道（31）是在骤冷圈下部形成的。

11、根据权利要求10的骤冷圈，其中骤冷圈排水通道包括一个直立的齿环（36），此齿环与下降管上缘（26）隔开，确定了一个细长的排出通道（31）。

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