CN103215088B - 用于气化器骤冷环的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于气化器骤冷环的系统和方法。更具体而言，一种系统包括骤冷环组件(96)，骤冷环组件(96)包括骤冷环(22)、联接到骤冷环(22)的节流环(102)和联接到骤冷环(22)的汲取管(26)。骤冷环组件(96)是作为单元自保持的。该系统还包括构造成支承骤冷环组件(96)的支承组件(98)。支承组件(98)包括可移除的安装件。

Description

用于气化器骤冷环的系统和方法
技术领域
本文所公开的主题涉及气化器，并且更特别地，涉及为用于气化器骤冷环的设计所用的系统和方法。
背景技术
气化器将含碳材料转化成称为合成气体或合成气的一氧化碳和氢气的混合物。例如，整体气化联合循环(IGCC)功率设施包括一个或多个气化器，其将给料在高温下与氧气和/或蒸汽反应以生产合成气。在气化时，所得合成气可包含不太希望的组分，例如灰分。因此，可以将合成气导向通过骤冷单元以将合成气冷却至饱和温度并将不太希望的组分作为渣料除去。然而，骤冷单元的某些部件的预期使用期限可能受暴露于合成气和/或渣料的影响，这可降低气化器的效率和/或操作范围。
发明内容
在范围方面与初始要求保护的发明相一致的某些实施例总结如下。这些实施例不意图限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例意图仅提供本发明的可能形式的简短总结。实际上，本发明可包括可类似于或不同于下文所述实施例的各种形式。
在第一实施例中，一种系统包括骤冷环组件，其包括骤冷环、联接到骤冷环的节流环(throat ring)、以及联接到骤冷环的汲取管(dip tube)。骤冷环组件是作为单元自保持(self-retained)的。该系统还包括构造成支承骤冷环组件的支承组件。支承组件包括可移除的安装件。
在第二实施例中，一种系统包括气化器和设置在气化器中的骤冷环组件。骤冷环组件包括骤冷环、联接到骤冷环的节流环、以及联接到骤冷环的汲取管。骤冷环组件是作为单元自保持的。该系统还包括支承组件，其构造成将骤冷环组件支承在气化器中。支承组件包括构造成同心地围绕骤冷环的至少一部分的第一凸缘支承件。第一凸缘支承件联接到气化器的安装板。支承组件还包括第二凸缘支承件，其构造成支承骤冷环且联接到第一凸缘支承件。
在第三实施例中，一种方法包括将节流环和汲取管联接到骤冷环以形成作为单元自保持的骤冷环组件。该方法还包括：将第一凸缘支承件联接到设置在气化器中的安装板；将骤冷环邻近安装板且同心地定位在第一凸缘支承件内；将第二凸缘支承件邻近第一凸缘支承件和骤冷环定位；以及将第一凸缘支承件联接到第二凸缘支承件。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图中类似的标记表示类似的部件，在附图中：
图1是合并骤冷环系统的气化器的示例性实施例的示意图；
图2是骤冷环系统的实施例的侧视图；
图3是骤冷环系统的实施例的剖视图；
图4是骤冷环系统的实施例的组装中的第一步骤的透视图；
图5是骤冷环系统的实施例的组装中的第二步骤的透视图；以及
图6是骤冷环系统的实施例的组装中的第三步骤的透视图。
具体实施方式
下面将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要说明，可能无法在本说明书中描述实际实施方案的所有特征。应当理解，在如任意工程或设计项目中的任何这种实际实施方案的开发中，大量的针对实施方案的决定都应使得实现开发者的具体目标，例如遵守随实施方案而不同的与系统相关和与商业有关的限制。此外，应当理解，这样的开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的有益效果的本领域普通技术人员来说，这些都是设计、制作和生产中的常规任务。
在介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示这些元件中的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在为包括性的并且意味着可能有除了所列元件之外的额外的元件。
如下文详细讨论的，所公开的实施例包括骤冷环系统，该系统包括骤冷环组件和构造成支承骤冷环组件的支承组件。骤冷环组件可包括骤冷环、联接到骤冷环的节流环(例如热面)、以及联接到骤冷环的汲取管，它们可作为自保持单元或组件全部联接在一起。自保持组件(骤冷环组件)可描述为单元，在将骤冷环、节流环和汲取管保持联接在一起时，可以将该单元安装到诸如气化器的反应器和从反应器移除。此外，支承组件可包括可移除的安装件系统，其构造成使得能容易地安装骤冷环组件(例如自保持组件)。在某些实施例中，反应室可将给料转化为合成气体，骤冷室可冷却合成气体，并且骤冷环将水流经由汲取管提供至骤冷室。骤冷环组件的这些部件可见于反应器、气化器、部分氧化系统、气体处理单元、气体加工单元、或其它类似的系统中。从反应室传送至骤冷室的合成气体可能处于高温，高温可影响气化器的某些部件。因此，在某些实施例中，气化器包括骤冷环组件，以保护气化器的部件不受可在反应室中产生的合成气体和/或熔渣的影响。合成气体和熔渣可统称为气化的热产物。
支承组件可包括第一凸缘支承件和第二凸缘支承件。第一凸缘支承件可围绕骤冷环的至少一部分，并且第二凸缘支承件可支承骤冷环并联接到第一凸缘支承件。因此，支承组件可将骤冷环组件支承在气化器中。此外，支承组件可有利于骤冷环组件的安装、移除和维护。例如，骤冷环组件可通过将第二凸缘支承件从第一凸缘支承件分离而移除。因此，骤冷环组件可在第二凸缘支承件分离之后作为一个自保持组件而从气化器移除。相应地，骤冷环组件和支承组件的实施例的使用可简化骤冷环系统的组装、维护和拆卸，从而减少与骤冷环系统的安装、移除或维护相关联的时间和成本。在另外的实施例中，一种方法可包括：将节流环联接到骤冷环；将汲取管联接到骤冷环；将第一凸缘支承件联接到设置在气化器中的安装板；将骤冷环邻近安装板且同心地定位在第一凸缘支承件内；将第二凸缘支承件邻近第一凸缘支承件和骤冷环定位；以及将第一凸缘支承件联接到第二凸缘支承件。
图1是气化器10的示例性实施例的示意图，该气化器可包括骤冷环系统11。如下文所讨论的，骤冷环系统11的实施例可包括作为自保持组件联接在一起的骤冷环、节流环和汲取管。气化器10可分成反应室12和骤冷室14。在其它实施例中，合成气体冷却器可设置在反应室12和骤冷室14之间。保护屏障16可限定反应室12。保护屏障16可充当物理屏障、热屏障、化学屏障、或它们的任何组合。可用于保护屏障16的材料的示例包括但不限于耐火材料、耐火金属、非金属材料、粘土、陶瓷、金属陶瓷、以及铝、硅、镁和钙的氧化物。此外，用于保护屏障16的材料可以是砖、可浇铸耐火料、涂层、或它们的任何组合。给料4与氧气6和诸如蒸汽的可选缓和剂8一起可通过一个或多个入口(例如，喷射器)引入气化器10的反应室12，以转化为给料合成气体或未处理的合成气体，例如一氧化碳和氢气的组合，该气体还可包括渣料和其它污染物。在某些实施例中，空气或富氧空气可代替氧气6使用。未处理的合成气体也可描述为未处理气体。通过使给料在例如从大约20巴至100巴、或30至85巴的高压和例如大约1100℃至1450℃的温度下经受蒸汽和氧气，可实现在气化器10中的这种转化，压力和温度取决于所用气化器10的类型。在这些条件下，渣料处于熔融状态且被称为熔渣。在其它实施例中，熔渣可不完全处于熔融状态。例如，熔渣可包括悬于熔渣中的固体(非熔融)颗粒。
来自反应室12的高压、高温的未处理合成气体可通过保护屏障16的底端18进入骤冷室14，如由箭头20所示地。在其它实施例中，未处理的合成气体在进入骤冷室14之前穿过合成气冷却器。通常，骤冷室14可用来降低未处理的合成气体的温度。在某些实施例中，可以是骤冷环系统11的部件的骤冷环22可位于靠近保护屏障16的底端18处。骤冷环22构造成向骤冷室14提供骤冷水。在某些实施例中，保护屏障16的构型可有助于保护骤冷环22不受合成气体和/或熔渣的影响。如图所示，来自气体洗涤器单元的骤冷水23可通过骤冷水入口24接收到骤冷室14中。通常，骤冷水23可流过骤冷环22并沿汲取管26(例如环形管)向下进入骤冷室贮槽28。汲取管26也可以是骤冷环系统11的部件。照此，骤冷水23可冷却未处理的合成气体，该气体在冷却之后可随后通过合成气体出口30离开骤冷室14，如由箭头32所示。在其它实施例中，同轴引流管可围绕汲取管26以形成环形通道，未处理的合成气体可通过该通道上升。合成气体出口30通常可与骤冷室贮槽28分开且在其上方定位，并且可用来将未处理的合成气体和任何水转移到气体洗涤器单元用于处理，如由框33所示。例如，气体洗涤器单元可移除细小固体颗粒和其它污染物。此外，气体洗涤器单元可从未处理的合成气体移除夹带的水，然后可将夹带的水在气化器10的骤冷室14内用作骤冷水23。来自气体洗涤器单元的处理过的合成气体可最终被导向至例如化学过程或燃气涡轮发动机的燃烧器。
图2是骤冷环系统11的实施例的侧视图。如图2所示，骤冷环系统11以气化器10的轴向轴线50为中心。此外，骤冷环系统11可联接到气化器10的安装板52。安装板52可位于反应室12的底端18中，并且可用来支承例如保护屏障16。骤冷环系统11的第一凸缘支承件54可通过焊缝56联接到安装板52。在其它实施例中，第一凸缘支承件54可通过螺栓、焊接、硬焊、粘合剂、夹具、螺纹或它们的任何组合可移除地或固定地联接到安装板52。在另外的实施例中，安装板52和第一凸缘支承件54可由单件金属(例如一件)形成。在某些实施例中，第一凸缘支承件54可包括环形部分58(例如，围绕轴线50同轴的管或管的一部分)和盘部分60(例如，围绕轴线50同轴且垂直于轴线50的中空盘形板或中空盘形板的一部分)。环形部分58和盘部分60可通过螺栓、焊接、硬焊、粘合剂、夹具、螺纹或它们的任何组合联接在一起。在其它实施例中，环形部分58和盘部分60可由单件金属形成。在某些实施例中，多个第一凸缘支承件54(例如，布置在环形圈中)可联接到安装板52。多个第一凸缘支承件54可同心地围绕骤冷环22(例如，围绕轴线50设置的中空环形圈)。此外，每一对相邻的第一凸缘支承件54可由间隙62隔开，间隙62可使多个骤冷水入口管64能够与设置在骤冷环22上的多个骤冷水连接部66(例如，进入口)联接。骤冷水入口管64可将骤冷水23传送到骤冷环22。因此，骤冷水入口管64可联接到气化器10的骤冷水入口24。在某些实施例中，成组的四个骤冷水入口管64可以以彼此大约等距的排列联接到骤冷环22。在其它实施例中，一个、两个、三个、四个、五个或六个以上的骤冷水入口管64可联接到骤冷环22。
在图示实施例中，第二凸缘支承件68可支承骤冷环22并联接到第一凸缘支承件54。具体而言，第二凸缘支承件68可包括盘部分70(例如，围绕轴线50同轴且垂直于轴线50的中空盘形板或中空盘形板的一部分)。第一凸缘支承件54的盘部分60和第二凸缘支承件68的盘部分70都可包括多个孔，螺栓72可穿过这多个孔用来将第一凸缘支承件54可移除地联接到第二凸缘支承件68。螺栓72可利用抵靠第二凸缘支承件68设置的螺母74来固连。在其它实施例中，第一凸缘支承件54可通过其它可移除联接方法可移除地联接到第二凸缘支承件68。多个嵌条(fillet)76可用来将第二凸缘支承件68的盘部分70联接到第二凸缘支承件68的环形部分78(例如，围绕轴线50同轴的管或管的一部分)。在其它实施例中，可以省略多个嵌条76。此外，盘部分70、嵌条76(如果使用)和环形部分78可通过螺栓、焊接、硬焊、粘合剂、夹具、螺纹或它们的任何组合联接在一起。在其它实施例中，盘部分70、嵌条76(如果使用)和环形部分78可由单件金属形成。如图2所示，多个嵌条76可彼此均匀地间隔开且用来为在第二凸缘支承件68的盘部分70和环形部分78之间的连接提供额外的强度。在图示实施例中，环形部分78同心地围绕汲取管26(例如环形管)的至少一部分。在某些实施例中，第二凸缘支承件68可包括同心地围绕汲取管26的多个第二凸缘支承件68(例如，布置在环形圈中)。例如，在图示实施例中，两个第二凸缘支承件68(例如，彼此相对从而形成360度环的两个180度的环)各自包括两个托架80，托架80可用来将两个相邻的第二凸缘支承件68在两个第二凸缘支承件68之间的接口处联接到彼此。托架80可利用螺栓联接在一起，螺栓通过设置在托架80中的孔82固连。在其它实施例中，多个第二凸缘支承件68可通过螺栓、焊接、硬焊、粘合剂、夹具、螺纹或它们的任何组合联接到彼此。在另外的实施例中，第二凸缘支承件68可以是完全围绕汲取管26的一件支承件(例如环形支承件)，并且可以省略托架80。
图3是骤冷环系统11的实施例的剖视图。骤冷环系统11包括骤冷环组件96和支承组件98。在某些实施例中，支承组件98可以是可移除的安装件，该安装件使骤冷环组件96能够快速且容易地安装到气化器10或从气化器10移除。例如，支承组件98可包括以上详细讨论的第一凸缘支承件54和第二凸缘支承件68。因此，支承组件98使骤冷环组件96能够可移除地联接且不固定地联接在气化器10内。如图3所示，骤冷环22在第一连接部100处联接到汲取管26。在某些实施例中，第一连接部100可通过螺栓、焊接、硬焊、粘合剂、夹具、螺纹或它们的任何组合制成。在其它实施例中，骤冷环22和汲取管26可一体地成形为一件。节流环(例如，具有面向轴线50的环形内表面或热面的环形圈)102可在第二连接部104处联接到骤冷环22，第二连接部104可通过螺栓、焊接、硬焊、粘合剂、夹具、螺纹或它们的任何组合制成。在某些实施例中，骤冷环22、汲取管26和/或节流环102可一体地成形为一件。节流环102可有助于保护骤冷环22不直接接触来自反应室12的气化的热产物。在某些实施例中，节流环102可包括斜面103(例如，锥内表面)，斜面103可以在从反应室12到骤冷室14的流动方向20上逐渐偏离轴线50。骤冷环22、节流环102和汲取管26可构成骤冷环组件96(例如自保持组件或单元)。如图3所示，骤冷水23可经由骤冷水入口管64(参见图2)通过骤冷环连接部66进入骤冷环22。骤冷水23可通过一个或多个骤冷环狭槽105(例如，围绕轴线50设置的内环形狭槽)从骤冷环22离开。在某些实施例中，骤冷环22可包括多个骤冷环狭槽105，其在围绕轴线50的环形构型中彼此间隔开。骤冷水23可接着行进通过在骤冷环22和节流环102之间的间隙106(例如，环形间隙)，以沿着汲取管26(例如沿着环形内表面107)朝骤冷室14向下流动。因此，骤冷水23可以大致或完全覆盖汲取管26的表面107，从而有助于保护汲取管26不受气化的热产物的影响。
在图示实施例中，垫圈108(例如环形圈)可设置在骤冷环22和安装板52之间。具体而言，垫圈108可设置在形成于骤冷环22的安装接口(例如，在安装板52和骤冷环22之间的接口)处的垫圈狭槽109中。例如，垫圈狭槽109可位于面向安装板52的骤冷环22的表面上。垫圈108可有助于阻挡骤冷环22和支承组件98，以免其暴露于可通过在骤冷环22和安装板52之间的间隙110进入的气化的热产物。因此，垫圈108可由设计成暴露于气化的热产物的材料制成。此外，通过紧固在第一凸缘支承件54和第二凸缘支承件68之间的连接，从而压缩垫圈108，可以减小间隙110的尺寸。此外，如图3所示，骤冷环22不直接联接到气化器10。例如，骤冷环22不直接联接到安装板52。相反，骤冷环22支承在支承组件98中(例如，在第一凸缘支承件54和第二凸缘支承件68之间)。因此，可以仅通过分离或拆卸支承组件98而将骤冷环22和骤冷环组件96的其它部件容易且快速地从气化器10移除。
图4是可用来组装骤冷环系统11的实施例的第一步骤的透视图。具体而言，可将多个第一凸缘支承件54沿焊缝56焊接到安装板52。在其它实施例中，多个第一凸缘支承件54和安装板52可以是一件式结构。如图4所示，第一凸缘支承件54可围绕通过安装板52的开口112同心布置，安装板52以轴向轴线50为中心。如图所示，每个第一凸缘支承件54可以是弓形段(例如，柱形的一部分)，使得支承件54共同地限定围绕轴线50的环形排列。来自反应室12的气化的热产物可穿过在安装板52中的开口112。此外，第一凸缘支承件54可由间隙62分开以容纳骤冷水入口管64。如图4所示，孔120可形成于第一凸缘支承件54的盘部分60中以容纳以后在骤冷环系统11的组装期间使用的螺栓70。
图5是可用来组装骤冷环系统11的实施例的第二步骤的透视图。在图示实施例中，骤冷环组件96已制作成例如气化器10外部的自保持组件(或单元)。具体而言，骤冷环22可可移除地或固定地联接到汲取管26和节流环102以形成骤冷环组件96。因此，骤冷环组件96可作为单元安装到气化器10和从气化器10移除，其中汲取管26、节流环102和骤冷环22在安装和移除期间一直联接在一起。如图5所示，垫圈108(例如O形环)设置在骤冷环22上，并且骤冷环组件96邻近安装板52定位在第一凸缘支承件54内。换言之，第一凸缘支承件54同心地围绕骤冷环组件96。如上所述，垫圈108通过间隙110将骤冷环22与安装板52分开。
图6示出了可用来组装骤冷环系统11的实施例的第三步骤。具体而言，可将多个第二凸缘支承件68邻近第一凸缘支承件54且同心地围绕汲取管26放置。接着可使用托架80将多个第二凸缘支承件68联接到彼此。在其它实施例中，可将单个一件式第二凸缘支承件68同心地围绕汲取管26的底端部分放置，并且然后向上且邻近第一凸缘支承件54移动。可将螺栓72(参见图2)穿过在第一凸缘支承件54中的孔120和在第二凸缘支承件68中的孔130。接着可将螺母74(参见图2)附连到螺栓72并紧固以使第一凸缘支承件54朝第二凸缘支承件68移动，从而压缩垫圈108。骤冷环系统11可然后准备好投入使用。此外，可通过以颠倒的顺序执行前面的步骤来实现骤冷环组件96从气化器10的拆卸和移除。具体而言，可将第二凸缘支承件68从第一凸缘支承件54分离，从而能够进行骤冷环组件96的移除。因此，通过使用支承组件98简单地移除骤冷环组件96的自保持组件可方便骤冷环组件96的维护和修理。
如以上所公开地，骤冷环系统11的某些实施例包括骤冷环组件96的自保持组件和支承组件98。骤冷环组件96可包括作为自保持组件固定地或可移除地联接在一起的骤冷环22、节流环102和汲取管26。此外，支承组件98可包括第一凸缘支承件54和第二凸缘支承件68，它们在联接到一起时支承骤冷环22。通过使用支承组件98，可以将骤冷环组件96容易地安装到气化器10或从气化器10移除，而不必切割或焊接任何部件。相反，第一凸缘支承件54和第二凸缘支承件68可简单地联接在一起或分离，以便能够进行骤冷环组件96的安装或移除。此外，骤冷环组件96使骤冷环22、节流环102和汲取管26能够作为单个自保持单元安装到气化器10或从气化器10移除，而不是各自分开地安装到气化器10或从气化器10移除。因此，骤冷环系统11的实施例可减少与骤冷环22、节流环102和/或汲取管26的安装、维护或移除相关联的时间和成本。
该书面描述用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域技术人员能实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种系统，包括：
骤冷环组件(96)，包括：
骤冷环(22)；
节流环(102)，其联接到所述骤冷环(22)；以及
汲取管(26)，其联接到所述骤冷环(22)，其中，所述骤冷环组件(96)是作为单元自保持的，其中当所述骤冷环组件被安装到反应器、或者从所述反应器被移除的同时所述骤冷环、所述节流环和所述汲取管保持联接在一起；以及
支承组件(98)，其构造成支承所述骤冷环组件(96)，其中，所述支承组件(98)包括可移除的安装件。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可移除的安装件包括：
第一凸缘支承件(54)，其构造成同心地围绕所述骤冷环(22)的至少一部分；以及
第二凸缘支承件(68)，其构造成支承所述骤冷环(22)且联接到所述第一凸缘支承件(54)。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述骤冷环(22)包括形成于所述骤冷环(22)的安装接口处的垫圈狭槽(109)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，包括设置在所述垫圈狭槽(109)中的垫圈(108)。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述节流环(102)固定地联接到所述骤冷环(22)，并且所述汲取管(26)固定地联接到所述骤冷环(22)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述骤冷环(22)、节流环(102)和汲取管(26)一体地成形为一件。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括反应器，其中，所述骤冷环组件(96)和所述支承组件(98)设置在所述反应器中。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述反应器包括气化器(10)。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述骤冷环(22)不固定地联接在所述反应器内。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述支承组件包括多个弓形的第一凸缘支承件。
11.一种系统，包括：
气化器(10)；
骤冷环组件(96)，其设置在所述气化器(10)中，其中，所述骤冷环组件(96)包括：
骤冷环(22)；
节流环(102)，其联接到所述骤冷环(22)；以及
汲取管(26)，其联接到所述骤冷环(22)，其中，所述骤冷环组件(96)是作为单元自保持的，其中当所述骤冷环组件被安装到反应器、或者从所述反应器被移除的同时所述骤冷环、所述节流环和所述汲取管保持联接在一起；以及
支承组件(98)，其构造成将所述骤冷环组件(96)支承在所述气化器(10)中，其中，所述支承组件(98)包括：
第一凸缘支承件(54)，其构造成同心地围绕所述骤冷环(22)的至少一部分，其中，所述第一凸缘支承件(54)联接到所述气化器(10)的安装板(52)；以及
第二凸缘支承件(68)，其构造成支承所述骤冷环(22)且联接到所述第一凸缘支承件(54)。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述骤冷环(22)包括垫圈狭槽(109)，所述垫圈狭槽(109)形成于在所述骤冷环(22)和所述安装板(52)之间的安装接口处。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，包括设置在所述垫圈狭槽(109)中的垫圈(108)，其中，所述垫圈(108)设置在所述安装接口处。
14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述节流环(102)固定地联接到所述骤冷环(22)，并且所述汲取管(26)固定地联接到所述骤冷环(22)。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述骤冷环(22)可移除地联接在所述气化器(10)内。
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