CN103339236B - 气化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气化反应器（1），所述气化反应器包括具有管状气密壁（3）的气化器（2），所述管状气密壁带有排放通道或浸管（15、40、60），所述排放通道在其下端通入下部的渣收集浴槽（17）中。气密壁和渣收集浴槽设置在压力容器（18、41、61）内。压力容器与带排放通道的气化器之间的环形空间（20、42、62）通过包括阻尼器（25、50、70）的密封装置（23、43、63）分成高压上部部分（21、44、64）和低压下部部分（22、45、65）。阻尼器可例如为液压锁（50、70），或在上部密封件（24、71）下方一段距离处的下部密封件（25、66?70）。

Description

气化反应器

技术领域

本发明涉及一种气化反应器，包括在管状气密壁中的气化器，其下端通入含水渣收集浴槽中，其中气密壁设置在压力容器内。

背景技术

气化反应器例如能用于通过部分燃烧含碳原料而产生合成气，所述含碳原料例如为粉煤、石油、生物质、气体或任意其它类型的含碳原料。某些类型的气化反应器仅具有在其下端的排放口，用于经由通常称为浸管的排放管通过含水渣收集浴槽排放合成气。由于气化器中的压力增长，新产生的合成气被迫通过围绕浸管下边缘的渣收集浴槽流下，以便被再收集在气化器壁与压力容器壁之间的环形空间中。这样，渣收集浴槽中的水清洁并冷却合成气。

为了减小热应力，气化器壁通常被冷却并且可例如由限制用于冷却介质例如水的通道的平行的管状管路形成。这些管状管路互相连接以便形成气密壁结构，例如按照管-翼-管结构形成。这些气化器壁经受由气化器内的高工作压力产生的负载。气化器内的压力可高达例如20-80巴。为了减小压力在气化器壁中产生的机械负载，期望利用在气化器与压力容器之间的周围环形空间中的压力来平衡内部气化器压力。这要求环形空间内的压力保持大致与气化器内的压力一样高。另一方面，从气化器吹入渣收集浴槽中的合成气将能在浸管与压力容器之间的环形空间内冒起。这要求渣收集浴槽上方的环形空间中的压力应当大体上小于气化器内的压力。这通常通过借助于环形密封件将环形空间分开成包围气化器的上部部分和位于渣收集浴槽上方的下部部分来实现。这样的单个密封件同时地暴露于来自上部部分的永久性高压且暴露于来自下部部分的较低压力，下部部分的较低压力在合成气从渣收集浴槽冒起时以高频率波动。累积加载模式可导致密封件过早损坏。

发明内容

本发明的一个目的在于对在气化器壁与周围的压力容器之间的环形空间的上部部分和下部部分提供结实可靠的分隔。

本发明的目的利用一种气化反应器实现，所述气化反应器包括具有管状气密壁的气化器，所述管状气密壁具有排放通道，所述排放通道在其下端通入下部的渣收集浴槽中，其中气密壁和渣收集浴槽设置在压力容器内，并且其中压力容器与带排放通道的气化器之间的环形空间通过包括阻尼器的密封装置分成高压上部部分和低压下部部分。这样，密封装置至少部分地免受由下部部分中的波动压力负载产生的机械应力。

密封装置可例如包括上部密封件，其中阻尼器由在上部密封件下方一段轴向距离处的下部密封件形成。这样，上部压力密封件仅受到气化器周围的上部部分中的高静态压力，而下部密封件阻抑由下部部分中的波动合成气流动产生的波动下部压力，而不受到上部部分中的高静态压力。由压力波动产生的下部密封件的变形不会引起两个密封件之间的空间的体积产生显著变化，因此中间空间内的压力波动通常将可以忽略，或者至少显著地小于下部密封件下方的部分中。

用于排放合成气的一个或多个排放通道通常将在下部密封件下方的位置处连接至压力容器壁中的开口，以便将合成气引导至下游设备，例如用于冷却气体的换热器或用于气体处理的设备。

上部密封件可设计成承受高静态压力并且可例如为环形板，例如金属板如钢板，其外周焊接至压力容器壁的内表面而其内周焊接至气化器的壁，尤其是气化器的合成气排放管，或者浸管。

压力容器与带有浸管的气化器之间的膨胀的差异导致在上、下密封件内产生另外的机械应力。为了减小这些应力，上部和/或下部密封件的环形板可例如具有横截面中带台阶的构造。横截面的内半部可例如相对于外半部沿向下或向上方向偏移，或者横截面可具有相对于边缘向下或向上偏移的中间部分。

下部密封件可设计成用于应对以高频率波动的压力差。如上部密封件一样，下部密封件可例如为环形板，例如金属板如钢板，其外周焊接至压力容器壁的内表面而其内周焊接至气化器的壁，尤其是气化器的合成气排放管。由于不同的负载模式，下部密封件可比上部密封件具有更大柔性，例如，通过具有更薄壁厚来实现。

可选地，密封件之间的中间空间可操作地连接至吹扫气体供应装置。这样，可以控制中间空间内的压力来在压力容器上部部分中的高压环境与压力容器下部部分中的波动压力环境之间形成有效缓冲。吹扫气体可例如为氮气。

另外地，或替代地，两个密封件之间的空间设置有一个或多个压力控制单元，例如一个或多个过压阀。

在另一个实施例中，密封装置可包括至少两个环形构件，所述环形构件从环形空间的相对两侧延伸，具有互锁的自由端，所述自由端间隔开以便限制形成阻尼器的液压锁。例如，压力容器壁承载着环形构件之一，所述环形构件具有承载着竖直地延伸的第一缸壁的自由的内周，而另一环形构件承载在气化器壁的侧部处，具有承载着竖直地延伸的第二缸壁的自由的外周，所述第二缸壁同轴地设置在所述第一缸壁内，其中两缸壁之间的空间与环形空间的上部和下部部分液压连通并且至少部分地充有液体以便形成液压锁，所述液体通常为水。

这样，密封和阻抑功能可集成于单个密封件中。替代地，液压锁可为在上部密封件下方一段距离处的下部密封件的一部分。

液压锁可例如包括用于供应水或任何其它适当类型的液压液体的一个或多个供应装置。水供应可例如是连续的。这样，锁可被有规律地或连续地冲刷。水中的腐蚀性溶液被稀释并且防止散布颗粒的密集所引起的可能的粘度变化。

可选地，液压锁可包括沿着气化器壁的至少一部分例如沿着排放通道或浸管引导溢流的水的溢流管。溢流的水冷却气化器壁以便减小热负载并且有助于反应器的结实和可靠性。另外地，或替代地，一个或多个用于供应水至液压锁的水供应装置可设置成沿着气化器壁的至少一部分例如沿着排放通道或浸管引导水。

排泄口可设置在液压锁的底部以避免例如飞灰颗粒的沉积。

如果排放通道或浸管在两个密封件之间的空间内在压力容器壁的内表面处悬于支承件上，则支承件被有效地遮蔽以防热的合成气的热负载和飞灰。

密封装置可例如设置在排放通道或浸管的高度处。这样，排放通道上方的气化器壁被压力容器上部部分的高压环境包围。

可选地，气化反应器可设置有一个或多个连接部，所述连接部用于将吹扫气体供应至阻尼器上方例如液压锁上方的空间，以便控制水位，或者供应至上、下密封件之间，以便控制中间空间中的压力。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的一个示例性的实施例，附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的气化反应器的一个实施例；

图2示意性地示出了根据本发明的气化反应器的第二实施例；

图3示意性地示出了根据本发明的气化反应器的第三实施例。

具体实施方式

图1示出了气化反应器1，其包括具有圆筒形气化器壁3的气化器2、具有用于传送燃烧器6的中心传送开口5的封闭顶端4和缩窄至气体排放开口8的锥形下端7。替代地，或另外地，气化反应器可具有从侧向位置进入气化器的一个或多个燃烧器。气化器壁3由互相连接以便形成气密结构的平行的竖直冷却剂管路10构成。在冷却剂管路10的下端处，经由循环分配管路11供应冷却介质。冷却介质经由冷却剂管路10之上的循环集管管路12排放。在该特定实施例中，气化器壁3的内表面设置有耐火衬套13。

圆筒形排放通道或浸管15与排放口8对齐设置。浸管15具有延伸至冷却剂储存器17例如水浴槽中的下端16。气化器2、浸管15和冷却剂储存器17同轴地设置在圆筒形压力容器18内，压力容器18的底部19在离浸管15的下端16一段距离处。

在气化器2中，通过使被经由燃烧器6送入气化器2的含碳原料部分燃烧而生产合成气。图1中通过箭头A表示气体流路。加压的合成气在浸管15的下端16周围流入冷却剂储存器17的水中并且在浸管15的外侧部处向上回流。

具有排放通道15的气化器2基本上与压力容器18同轴。这在压力容器18的内表面与具有浸管15的气化器2之间留下环形空间20。环形空间20被密封装置23分成上部部分21和下部部分22。密封装置23包括上部密封件24和在上部密封件24下方一段距离处的下部密封件25。

上部密封件24为环形钢板，其外周26焊接至压力容器壁的内表面而其内周27焊接至浸管15的壁。外周26相对于环形板的其余部分向上偏移一段距离。

类似地，下部密封件25为环形钢板，其外周28焊接至压力容器壁的内表面而其内周29在上部密封件24下方一段距离处焊接至浸管15的壁。环形中间部分30从内周28和外周29向下偏移。这使下部密封件25具有用于吸收压力波动所需的柔性。

上部部分21封装着气化器2。通过利用气化器2内的高压平衡上部部分21中的压力来减少气化器壁3中的机械应力负载。下部部分22中的压力应当足够低，例如低于上部部分21中的压力0-1巴。因此，被迫使从气化器穿过浸管15流动的合成气冒起至低压下部部分22中。排放管路31将生产的合成气排放至下游设备例如冷却器（未示出）。

上部密封件24受到上部部分21中的高压。下部密封件25不受上部部分21中的压力影响，而是在正常操作期间仅仅受到基本上较低的下部部分22内的压力。通过储存器17流动的合成气向上冒起到下部部分22中，这导致下部部分22内产生波动压力。下部密封件25阻抑压力波动并且有效地防止上部密封件24受到这些波动影响。

在上部密封件24和下部密封件25之间，存在具有内部压力的中间空间32，通过供应吹扫气体（未示出）而将所述内部压力保持在期望水平。该压力通常介于高的上部部分压力与平均的下部部分压力之间。

图2以剖面图示意性地示出了根据本发明的气化反应器的一个替代实施例的详情。在图中，浸管40在竖直地设置的压力容器41内同轴地延伸。在压力容器41与浸管40之间的环形空间42被密封装置43分成上部部分44和下部部分45。

密封装置43包括从环形空间42的相对两侧延伸的两个环形构件46、47。压力容器壁承载着第一环形构件46，所述第一环形构件具有承载着向下延伸的第一缸壁48的自由的内周。第二环形构件47在气化器壁侧部处由浸管40承载。第二环形构件47具有承载着向上延伸的第二缸壁49的自由的外周，所述第二缸壁同轴地设置在第一缸壁48内。这样，缸壁48、49形成环形构件46、47的互锁自由端，其间隔开以便限制液压锁50。液压锁50形成阻尼器，阻抑由从浸管40下端冒起的合成气产生的下部部分45中的压力波动。上部部分44相对于下部部分45有效地密封，而不需要吸收由浸管40与压力容器壁之间的热膨胀的差别产生的机械应力。而且，飞灰将被截留在液压锁的水中，这保持上部部分44基本上没有飞灰。

上部部分44设置有用于供应吹扫气体的连接部51，其用来控制液压锁50中的水位。吹扫气体的流动可被保持在恒定水平，以便不需要复杂的控制系统。

水从一个或多个水供应装置52、53流到液压锁50。沿着浸管40的外表面引导水以便将其冷却。

图3示意性地示出了在气化反应器的一个实施例的压力容器61内同轴地设置的浸管60。如同图2中的实施例，压力容器61与浸管60之间的环形空间62被密封装置63分成上部部分64和下部部分65。密封装置63包括从环形空间62的相对两侧延伸的两个环形构件66、67。压力容器壁承载着第一环形构件66，所述第一环形构件在其自由的内周承载着向下延伸的第一缸壁68。第二环形构件67在气化器壁侧部处由浸管60支承。第二环形构件67承载着向上延伸的第二缸壁69，所述第二缸壁同轴地设置在第一缸壁68内。平行的缸壁68、69限制了液压锁70。因此，密封装置63的下部密封部分包括构件66、67、向下延伸的第一缸壁68、向上延伸的第二缸壁69和液压锁70。

在该实施例中，密封装置63还包括上部密封件71，所述上部密封件遮蔽液压锁70免于受到上部部分64内的高压。上部密封件71为环形钢环，所述环形钢环完全地桥接环形空间62且以气密方式焊接至压力容器61的内表面和浸管60的外表面。

液压锁70形成阻尼器，阻抑由从浸管60下端冒起的合成气产生的下部部分65中的压力波动。液压锁70的尺寸使得流体静力学高度等于设计压力差加上压力差的波动分量。液压锁70将用作超压安全阀，因此密封装置63上的压力差被限制至液压锁70内的水柱的流体静力学高度。

水从一个或多个水供应装置72流到液压锁70。沿着浸管60的外表面引导水以便将其冷却。

一个或多个吹扫气体进给管路73将吹扫气体例如氮气进给至第一缸与浸管60之间的空间。吹扫气体用于将液压锁中的水保持在期望水平。

Claims (10)

1.一种气化反应器，所述气化反应器包括具有管状气密壁的气化器，所述管状气密壁带有排放通道，所述排放通道在其下端通入下部的渣收集浴槽中，其中所述气密壁和所述渣收集浴槽设置在压力容器内，并且其中所述压力容器与带排放通道的所述气化器之间的环形空间通过密封装置分成高压上部部分和低压下部部分，其中，所述密封装置包括从所述环形空间(42)的相对两侧延伸的两个环形构件，即第一环形构件(46)和第二环形构件(47)，其中，压力容器壁承载着所述第一环形构件(46)，所述第一环形构件具有承载着向下延伸的第一缸壁(48)的自由的内周，所述第二环形构件(47)在气化器壁侧部处由所述排放通道承载，该第二环形构件(47)具有承载着向上延伸的第二缸壁(49)的自由的外周，所述第二缸壁同轴地设置在所述第一缸壁(48)内，其中所述第一缸壁(48)和第二缸壁(49)形成所述第一环形构件(46)与所述第二环形构件(47)的互锁自由端，所述互锁自由端间隔开以便限定液压锁(50)，该液压锁(50)形成阻尼器，其中，所述第一缸壁(48)与所述第二缸壁(49)之间的空间中至少部分地充有液体以便形成所述液压锁。

2.根据权利要求1所述的气化反应器，其中，在所述密封装置之上布置有由金属环形板制成的上部密封件(71)，所述金属环形板沿着其内周以气密方式焊接至具有排放通道的气化器壁并且其外周焊接至压力容器壁，所述上部密封件与所述密封装置之间的中间空间设置有一个或多个压力控制单元。

3.根据权利要求2所述的气化反应器，其中，所述压力控制单元包括一个或多个过压阀。

4.根据权利要求2所述的气化反应器，其中，所述排放通道在所述上部密封件与所述密封装置之间的空间内在压力容器壁的内表面处悬于支承件上。

5.根据权利要求1所述的气化反应器，其中，所述液压锁包括一个或多个水供应装置。

6.根据权利要求5所述的气化反应器，其中，所述水供应装置中的至少一个设置成沿着具有排放通道的气化器壁的至少一部分引导水。

7.根据权利要求1所述的气化反应器，其中，所述液压锁包括溢流管，所述溢流管沿着具有排放通道的气化器壁的一部分引导溢流的水。

8.根据权利要求1所述的气化反应器，其中，所述液压锁包括一个或多个排泄口。

9.根据权利要求1所述的气化反应器，其中，所述密封装置设置在排放通道的高度处。

10.根据权利要求1所述的气化反应器，其中，该气化反应器设置有用于将吹扫气体供应至阻尼器上方的空间的一个或多个连接部。