CN103298916B - 气化反应器 - Google Patents
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Abstract
一种气化反应器（1），其包括气化器（2），该气化器具有设置在压力容器（9）内的管状气密壁（3）。气化反应器包括一个或更多个压敏装置（20，21），该压敏装置包括带冷却部分（24，50）的套筒（22，48），套筒从气密壁上的开口（23，49）向外延伸。压敏装置例如可包括测压装置（21）和/或均压器（20）。公开了这种气化器（2）上使用压敏装置的方法，该方法使用排热构件，该排热构件由带有冷却部分（24，50）的套筒（22，48）形成，套筒的冷却部分从气密壁上的开口（23，49）向外延伸。
Description
技术领域
本发明涉及一种气化反应器，该气化反应器包括位于管状气密壁中的气化器，气密壁的下端通向含水的矿渣收集池，其中，气密壁设置在压力容器内。本发明还涉及在这种气化反应器中使用压敏装置（如，均压器或测压装置）的使用方法。本发明还涉及一种用于这种气化反应器的均压器和测压装置。
背景技术
气化反应器例如用于生产合成气，其通过部分燃烧含碳物料（如，煤粉、油、生物燃料、气体或任何其他类型的含碳物料）来生产合成气。该过程期间，矿渣不断地沉积在气化器的气密壁内侧上。渣结垢从气化器的壁掉落到矿渣收集池中。
一些类型的气化反应器仅具有位于其下端的排出口，用于通过含水的矿渣收集池排出合成气。由于气化器中的压力增加，新生产的含矿渣和飞灰颗粒的合成气被迫向下流到气化器壁下边缘周围的矿渣收集池中，以再次聚集到气化器壁和压力容器壁之间的环形空间中。这样，矿渣收集池中的水则对合成气进行清洁和冷却。
从气化器壁掉落下来的渣块的数量和尺寸会使得气化器的排出口不断地被渣块覆盖，从而减小气化器的有效出口开度，或甚至堵塞该出口。这样会在气化器中形成过压，从而会产生严重损害。
气化器中的温度可高达大约1600℃。由于这种高温、高压、以及飞灰和渣粒的循环，仅可通过使用下游压力控制设备来进行压力控制。迄今，还未能监测或控制气化器自身中压力增加的状况，或还未能减小气化器壁两侧处的空间之间的压差。
发明内容
因而，本发明的目的是能够实现直接监测和/或平衡气化器内的过压。
通过一种气化反应器能实现本发明的目的，该气化反应器包括气化器，该气化器具有设置在压力容器内的管状气密壁，其中，气化反应器包括一个或更多个压敏装置，压敏装置包括带有冷却部分的套筒，该套筒从气密壁上的开口向外延伸。
根据本发明的反应器，用于冷却的套筒形成排热构件并形成其压力与气化器内的压力相等的区域，但是温度要低得多。从而能提供用于测量或平衡压力的措施。
为了保护气化器壁免遭气化器内的高温的损害，该气化器壁通常被冷却。因此，气密的气化器壁例如整体或局部由相互连接的平行的冷却管线构造而成。这种情况下，在一个或更多个开口周围可对这些管线进行旁通。可供选择地，如果管线通过肋片相互连接，那么开口通过肋片的局部中断部分形成。
通过设置柱塞可让套筒使用在压力平衡器中，该柱塞在用于冷却的套筒内可在第一位置和第二位置之间滑动；在第一位置，所述柱塞使套筒关闭，在第二位置，套筒至少局部打开以形成从气密的气化器壁的一侧通向另一侧的通道。这种柱塞例如可通过致动器如液压致动器而被致动。例如，这种致动器可具有用于去除污垢和结垢的振动装置的通常的结构。柱塞例如可包括指向气化器壁上的开口的柱塞头，柱塞头的直径适于让柱塞头可滑动地紧配合在套筒内。柱塞的主体部分连接至柱塞头，该主体部分的直径小于柱塞头的直径；其中，该套筒包括出口，该出口至少在柱塞处于第二位置时打开。其中，当柱塞处于第一位置时柱塞头位于套筒内，当柱塞处于第二位置时，柱塞头从套筒伸出、进入气化器中。可选择地，柱塞的另一端可设置有第二柱塞头，以可滑动地紧配合在套筒内。可选择地，当柱塞位于第一位置时，管状壁上的开口通过陶瓷盘密封。如果气化器内处于过压，可起动致动器以让柱塞朝第二位置移动，从而将第一柱塞头从气化器壁上的开口中推出。如果存在陶瓷盘，会将陶瓷盘推走。现在，气体能从气化器自由地流入管状气化器壁上的开口、经过柱塞主体部分和套筒内表面之间的环形空间，到达套筒的气体出口。从而将让气化器内部的压力与所述气化器和压力容器之间的空间的压力之间的压差达到平衡。
为了监测压力增加，例如，通过在由套筒（其与一个或更多个开口中的至少一个相连）包围的空间与压力传感器之间进行连接，从而可让用于冷却的套筒与测压装置组合使用。如果压力管线将套筒连接到压力传感器，那么压力传感器例如可位于压力容器外部。可选择地，这种压力管线可设置有阀，阀位于压力传感器和压力容器外部之间。
可使用第二压力传感器来测量压力容器壁和气密的气化器壁之间的环形空间内的压力。从而可检测出压差。
可选择地，套筒可设置有耐火衬部，耐火衬部环绕开口周围的套筒端部。这种情况下，绕过所述开口之一的管线中的一个或更多个部分可嵌入环绕套筒部分的耐火衬部中。
为了使由套筒包围的空间清洁和打开，例如，通过一个或更多个喷嘴可将套筒连接到净化气源上，喷嘴朝向由套筒所包围的开口。净化气体可以是任何惰性气体（如氮气）、蒸汽或清洁的生成气。
文中所使用的术语“压敏装置”可表示均压装置、测压装置或压差测量装置、或一个或更多个压力（压差）测量装置与一个或更多个均压装置相组合的装置、或任何其他类型的压敏装置。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的典型实施例，附图如下：
图1示意性示出了根据本发明的气化反应器的一实施例的纵向截面图；
图2A示出了根据本发明的均压器的一实施例处于关闭位置时的截面图；
图2B示出了图2A所示的均压器处于打开位置时的状态；
图3示出了根据本发明的测压装置的一实施例的截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的气化反应器1的典型实施例的示意性截面图。该气化反应器1包括位于管状气密壁3中的气化器2，气密壁具有封闭顶端4和锥形下部分5，锥形下部分向下逐渐变小直到开口下端部分6，该开口下端部分通向同轴布置的筒形管7。该筒形管通向充注有水的矿渣收集池8。
气化器2同轴地布置在封闭的圆柱形压力容器9中。燃烧器10从外侧穿过压力容器9的壁和管状气密壁3而进入气化器2，从而可部分燃烧煤粉或另一种含碳物料。
管状气密壁3、其封闭顶端4及其锥形下端5由多根平行管线11构造而成。管线11可操作地连接到冷却剂供给部13且通向冷却剂排放部12。
操作期间，气化器内含物被加热至温度达到1200-1600℃。在这种温度下，含碳物料部分燃烧以形成掺杂有矿渣和飞灰的合成气。由于气化器2中压力增大，因而迫使气化器内含物通过开口下端部分6和筒形管7向下流入矿渣收集池8的水中。矿渣收集池8中的水过滤合成气以去除掉飞灰和矿渣。已过滤的合成气出现在筒形管7和压力容器9之间的环形空间14中，环形空间中的压力显著低于气化器2和筒形管7中的压力。此情况下，通过排出管线15排出合成气。
气化器2的气密壁3包括一个或更多个压敏装置20、21，它们从管状气密壁3的外部延伸。压敏装置可包括均压装置20和/或测压装置21。一个或更多个均压装置20例如可位于管状气密壁3的顶部附近，在此处发生渣覆盖的风险最低。测压装置21例如可定位在气化器2的顶端4上。可使用多个测压装置21，如，使用三个测压装置。图2和3分别更详细示出了压敏装置20、21。
图2A和2B示出了压敏装置20的截面，该压敏装置形成均压器，用于防止在气化器2中产生过压，并使气化器2中的压力与压力容器壁9和管状气密壁3组件之间的压力均衡。均压器20包括中空的圆柱形双层式套筒22，其从管状气密壁3向外延伸。套筒22连接到管状气密壁3组件的开口23上。套筒22是双层的，从而界定了其双层壁之间的环筒状冷却剂通道24。环筒状冷却剂通道24包括冷却剂入口25和冷却剂出口26，它们分别可操作地连接到冷却剂供给部和冷却剂排放部（未示出）。冷却剂通常是水。
在开口23处，套筒22由耐火箱27包围，该耐火箱包括填充有耐火材料29的金属壳体28。耐火材料29中埋置旁通部分30，该旁通部分用于旁通开口23周围的管状气密壁3部分的管线11。
在与开口23相对的端部处，双层式套筒22设置有法兰31，该法兰连接到带有中心孔33的盖32。
带法兰的总管线34围绕压力容器9的壁上的开口35。带法兰的总管线34连接到带有中心孔37的盖36上。位于压力容器9外部的液压致动器38包括活塞39，该活塞从压力容器9外部穿过压力容器9上的开口40、进入盖36上的中心孔37。活塞39抵接柱塞42的柱塞头41，所述柱塞通过盖32（其朝向套筒22）中的开口33伸入套筒22中。
柱塞42延伸到靠近管状气密壁3上的开口23的位置，在此位置上，柱塞具有第二柱塞头43和中间部分44，该中间部分在柱塞头41和第二柱塞头43之间延伸。中间部分44的直径比柱塞头41和第二柱塞头43的直径小。从而，在中间部分44和双层式套筒22的内表面之间形成环形空间45。柱塞头41和第二柱塞头43可在中空套筒22内与该中空套筒保持微小间隙地滑动。管状气密壁3上的开口23通过密封用陶瓷盘46密封，从而可保护第二柱塞头43和套筒22以免受到气化器2内的热的损害。第二柱塞头43抵接陶瓷盘46。第一柱塞头41抵接活塞37。位于盖32和法兰31之间的排出通道47使内部环形空间45与管状壁3和压力容器9的壁之间的空间连通。
图2A示出了处于关闭位置的压力平衡器20，此时，陶瓷盘46密封所述开口23，第二柱塞头43位于中空套筒22内。如果检测到气化器2内存在过压，那么起动液压致动器38来推动活塞39来冲击柱塞42，进而柱塞撞击密封用陶瓷盘46。陶瓷盘46和第二柱塞头43从管状气密壁3上的开口23中被推出。图2B中示出了均压器20的打开位置。
反应器中的加压气体现在可自由地流经柱塞42的中间部分44和中空套筒22内侧之间的空间45、然后朝出口47流动，从而，气体进入气化器2的气密壁3和压力容器9之间的环形空间中。不久之后，气化器2和压力容器9的壁之间的环形空间中的压力将等于气化器2内的压力。
图3示出了测压装置21。与图2所示的实施例相似，测压装置21包括中空圆柱形套筒48，其从管状气密壁3向外延伸。套筒48连接到管状气密壁3组件上的开口49。管线11通过肋片（未示出）相互连接。
在套筒48的与管状气密壁3相连的端部处，该套筒包括双层式圆筒部分50，从而双层式圆筒部分的双层壁之间界定了环筒状冷却剂通道，该通道具有冷却剂入口51和冷却剂出口52。在该套筒48的相对端处，套筒包括与双层式圆筒部分50对齐的单层式圆筒部分53。单层式圆筒部分53的外端用盖54封闭，该盖具有开口55，供压力管线56通过。压力管线56通向压力容器9的壁上的开口57。装配在开口57中的总管线58从压力容器9向外延伸。总管线58具有带法兰的端部59，其用于与承载有压力传感器61的盖60进行法兰连接，通过一关闭阀62和盖60上的开口63可操作地让压力传感器61接触压力管线56中的容纳物。
在管状气密壁3的开口49处，套筒48被耐火箱64包围，耐火箱包括填充有耐火材料66的金属壳体65，耐火材料中埋置有管状气密壁3的管线11的旁通部分67。
在单层式圆筒部分53处，套筒48包括用于连接到净化气体源（未示出）的入口68。为了防止渣积垢堵塞开口49，可使用净化气体冲击掉渣积垢。净化气体例如可以是氮气。
气化器内的气体自由地经过开口49进入套筒48和压力管线56中。气体在套筒48的双层式圆筒部分50中被冷却，因而该套筒起到排热装置的作用。因此，压力传感器附近的气体的压力与气化器2内含的气体压力相等，但温度要更低，该温度低至足以让压力传感器61适当地运行。压力传感器61在压力容器9外部易装卸，可设置有显示器。
可选择地，在系统中集成第二压力传感器，以测量管状气密壁3和压力容器9的壁之间的环形空间中的压力。这样，可测出气化器与环形空间（其位于气化器2和压力容器9的壁之间）之间的压差。
可选择地，可使用一个以上（例如，三个或更多个）测压装置21来测量气化器中不同位置上的压力。
Claims (13)
1.一种气化反应器(1)，其包括气化器(2)，该气化器具有设置在压力容器(9)内的管状气密壁(3)，其中，气化反应器包括一个或更多个压敏装置(20，21)，所述压敏装置包括带有冷却部分(24，50)的套筒，所述套筒从管状气密壁上的开口(23，49)向外延伸；其中，套筒的冷却部分(24，50)设置有双层壁，该双层壁围出环形冷却剂通道；
柱塞(42)可在套筒内在第一位置和第二位置之间滑动；在第一位置，所述柱塞使所述套筒关闭，在第二位置，所述套筒至少局部打开以形成从气化器的气密壁的一侧通向另一侧的通道。
2.根据权利要求1的气化反应器，其中，管状气密壁至少局部由互连的平行管线(11)构造而成，其中，在气化器(2)外侧上的一个或更多个开口(23)中的至少一个开口周围对所述管线进行旁通。
3.根据权利要求1的气化反应器，其中，柱塞(42)位于致动器(38)的操作范围内。
4.根据权利要求1的气化反应器，其中，由一个或更多个开口(49)中的至少一个的套筒所包围的空间可操作地与压力传感器(61)相联。
5.根据权利要求4的气化反应器，其中，所述压力传感器(61)位于压力容器(9)外部，其中压力管线(56)将套筒连接到压力传感器。
6.根据权利要求5的气化反应器，其中，一第二压力传感器测量压力容器(9)和气化器的管状气密壁(3)之间的压力以确定压差。
7.根据权利要求1的气化反应器，其中，气化器的管状气密壁(3)至少局部由平行的、管状冷却剂管线(11)构造而成，所述管线(11)通过肋片以气密方式相互连接，其中，一个或更多个开口中的至少一个由一个或更多个肋片上的一个或更多个局部中断部位形成。
8.根据权利要求7的气化反应器，其中，耐火衬部环绕所述开口周围的套筒的冷却部分。
9.根据权利要求8的气化反应器，其中，所述管线(11)中的、旁通过所述开口之一的一个或更多个部分嵌置在环绕套筒部分的耐火衬部中。
10.根据权利要求1的气化反应器，其中，所述套筒包括净化气体入口(65)。
11.一种压敏装置，其包括适用于气化反应器中的均压器(20)，该压敏装置包括套筒(22)，套筒具有冷却部分(24)和柱塞(42)；所述柱塞在套筒内可在第一位置和第二位置之间滑动，在第一位置所述柱塞使所述套筒关闭，在第二位置，所述套筒至少局部打开以形成从气化反应器的气化器的气密壁(3)的一侧通向另一侧的通道，其中，套筒的冷却部分设置有双层壁，该双层壁围出环形冷却剂通道。
12.一种压敏装置，其包括适用于气化反应器中的测压装置(21)，该压敏装置包括套筒(48)，该套筒具有冷却部分(50)、压力传感器(61)和压力管线(56)，该压力管线从套筒内部空间通向所述压力传感器，其中，套筒的冷却部分设置有双层壁，该双层壁围出环形冷却剂通道；
柱塞可在套筒内在第一位置和第二位置之间滑动；在第一位置，所述柱塞使所述套筒关闭，在第二位置，所述套筒至少局部打开以形成从气化反应器的气化器的气密壁的一侧通向另一侧的通道。
13.一种在气化器(2)上使用压敏装置的使用方法，该气化器(2)具有气密壁(3)，其中，使用排热构件，排热构件由带有冷却部分(24，50)的套筒(22，48)形成，该套筒从气密壁上的开口(23，49)向外延伸，其中，套筒的冷却部分(24，50)设置有双层壁，该双层壁围出环形冷却剂通道；
柱塞可在所述套筒内在第一位置和第二位置之间滑动；在第一位置，所述柱塞使所述套筒关闭，在第二位置，所述套筒至少局部打开以形成从气化器的气密壁的一侧通向另一侧的通道。
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