CN1039836A - 急冷环隔热圈 - Google Patents

Abstract

反应炉用于气化含碳燃料以发生可用煤气，它有一隔热外壳，壳中的反应室接受由喷嘴喷出的燃料混合物。气化的产物或流出物包括炽热的发生煤气，煤气通过收敛形喉部在水槽中被冷却。将炽热流出物导入水槽中的浸入管得到来自急冷环的冷却液流。急冷环装在反应室下面，配有一个耐热圈形成的隔热层，而耐热圈靠自身支撑在急冷环的向下向中心倾斜的截锥内表面上并暴露在炽热的发生煤气中。隔热层可减小急冷环热应力和通过煤气发生炉喉部的热损失，从而避免残渣过早冷凝。

Description

用燃烧含碳燃料混合物方法生产可用合成煤气的过程，在高温压条件下进行最有效。例如，由含碳燃料如粉煤、焦煤甚至石油生产煤气时，优先选用的工作温度范围约为2000～3000F，压力范围约为5～250大气压。

由于这类生产过程的工作条件苛刻，特别是在温度范围很大的条件下，煤气发生炉或反应炉的许多部分受力状态严峻。

本发明涉及煤气发生炉特别是它的急冷环和浸入管装置的结构改进，急冷环和浸入管系用来暴露在煤气发生炉的最高温度条件下，此温度条件是由于积热发生煤气由反应室出来时与这两个构件接触而引起的。

1980年8月19日以罗滨（Robin）等名义发布的美国专利USP4218423说明了一种型式的急冷环和浸入管，它们可利用本发明的结构型式得到改进。1984年4月24日以克罗蒂（Crotty）等名义发布的美国专利USP4444726也说明了一种用于高压反应室的急冷环和浸入管。

在本发明之前，申请号为иO164750的美国专利是一种急冷保护环。这种保护装置采取高温材料阻挡层或带的形式，它由急冷环支承並与急冷环外表面邻接。支承件被包容在上面装有耐火材料的外伸架之内。

煤气发生炉因高温条件引起的问题之一，是热应力，由于急冷环最靠近炽热流出物，热应力往往会导致急冷环破坏。破坏的形式一般表现为破裂或裂纹，这种裂纹在急冷环个别部位扩展。在通常发生裂纹的部位特别是存在尖锐边角的部位，任何机械应力和热应力都会增大，以至最后引起冷却液向反应室渗漏。

所设想的这种煤气发生炉在使用上遇到的另一个困难，是由于熔渣在煤气发生炉收敛形喉部趋向凝固、硬化的结果引起的。当熔渣从反应室流出而喉部变冷到足以降低熔渣温度时就会出现这种现象。

在个别情况下这种不希望出现的冷凝作用会严重堵塞收敛形喉部通道，以至妨碍煤气发生炉继续工作。

为了克服所设想的这种煤气发生炉的上述缺点，本专利说明书披露了一种煤气发生炉急冷环，此急冷环在其暴露表面带有靠自身支撑的耐火贴面或衬里。这样就形成了隔热层，这一隔热层可最大限度地减小在煤气发生过程中通常可能产生的热应力。耐火层装在适宜位置，它靠本身形状支撑並且由于这种形状可依靠自身重量固定在这一位置。

换言之，这里提供的是一种反应炉，它可使含碳燃料混合物气化，以产生含有残渣和可用合成煤气的炽热流出物。反应炉包括一个使燃料混合物气化的反应室，该反应室的底做或可使液化熔渣从其中流出的形状。

里面有水槽的急冷室装在反应炉内，是用来接受和冷却产生的炽热流出物。连通反应室和急冷室的收敛形喉部使流出物经过浸入管，浸入管作为导向通道再把这些流出物引入水槽内。

按照煤气发生炉底和壁设计的圆环面形急冷环支撑着浸入管，以便使水流对着浸入管的导引表面喷射。整体的或由多个扇形块镶嵌而成的耐火圈与急冷环邻接。耐火圈最好嵌入收敛形喉部内，以引导炽热流出物进入水槽。

因此，本发明的目的是提供一种生产可用煤气的改进型煤气发生炉，其中的浸入管可借助于急冷环喷水不断湿润。同时，急冷环包含一个耐热的、自支撑的隔热层，它把急冷环与炽热流出物以及煤气发生炉的耐火圈镶块分开。

另一个目的是提供一种对煤气发生炉急冷环起支撑作用的液体，此急冷环通过装在急冷环暴露表面上的自支撑耐火圈与煤气发生炉燃烧室产生的炽热流出物隔离开。

还有一个目的是提供一种带有耐火衬里或耐火层的煤气发生炉急冷环，比耐火层可形成煤气发生炉收敛形喉部与水槽之间炽热流出煤气导引通道的一部分。

附图说明：

图1-根据本发明的煤气发生炉或反应炉垂直剖面图。

图2-沿图1线2-2剖面的局部放大图。

图3-改进的耐火圈在导引通道区的局部剖面图。

图4-另一种改进型耐火圈的局部横剖面图。

简言之，为了达到上述目的，本发明提供一种从固态、液态或气态含碳燃料混合物中制取煤气的煤气发生炉或反应室，如图1所示。制取过程产生的炽热流出物包含可用合成煤气和残渣，当燃料为液体如残油或固体如煤或焦煤时残渣一般为灰份形成。煤气发生炉置于钢制厚壁壳体内，壳体的位置可便于促使流出物包括发生的炽热合成煤气向下流动。

壳体反应室通过燃料喷咀接受加压供入的燃料混合物流。喷咀与含碳燃料源和气化助燃气体源连通，助燃气体为氧或空气，用以形成可燃混合物。

反应室发生的气化产物或炽热流出物通过反应室底部向下排放，以便在盛有液体的急冷室中冷却。

为了使炽热发生煤气离开反应室时能畅通地排出，装有一个浸入管用来将流出物导引至水槽内。浸入管是直立安装的，它由急冷环支撑，急冷环导引冷却液流例如水流沿浸入管外露导引面即内壁通过。急冷环沿其暴露面装设有与炽热流出物接触的耐火内衬。

更具体地说，如图1所示，本发明设想的煤气发生炉或反应炉10系置于加长的钢制厚壁壳体11内。壳体一般是直立安装的，以便于反应产物向下流动。壳体11内的上部设有反应室12。为了能接受2000～3000°F的工作高温，反应室12镶有内壁贴面13，内壁贴面13最好用适宜的耐火材料制成。

喷咀14装在壳体11上壁内，可以拆卸，它的作用是将来自燃料源16的含碳原料混合物例如粉煤或焦煤喷射到反应室12内。与此同时，来自压缩气源17的一定量的气化助燃气体作为燃料混合物的一部分也供入喷咀14内。

如前所述，本发明可同样用于多种煤气发生炉，包括燃烧各种固态、液态或气态含碳燃料的煤气发生炉。为举例说明本发明的结构型式，可以认为喷咀14是与粉碎焦煤源16接通的。焦煤最好事先碾碎，並加入足够量的水以形成要求稠度的泥浆状。气源17的压缩气体通常为氧、空气或氧与空气的混合气。

反应室12下段，以缓慢向下倾斜的耐火材料底部33为界。这种构造型式便于炽热煤气和液化残渣从反应室12中加快排出。

壳体11下段设有气化产物被导入其中的急冷室19。固态和气态产物均与冷却液槽21接触，最方便的冷却液是水。已冷却的煤气由急冷槽21排出进入空区26，然后离开急冷室经由导管22放出。已冷却的煤气再经过下游设备和工序处理成为可使用状态。流出物中的固体物质或残渣在水槽21中沉淀，然后通过排泄口23排放至料斗24中。

反应室12与急冷室19，系通过反应室底部33形成的收敛形喉部27连通。为了使离开反应室12的炽热流出物与水槽21中的水有效接触，上述急冷室19带有浸入管29，此浸入管的上缘31正好位于收敛形喉部27的下面。浸入管29的下缘32浸没在冷却液池21之内。

如图2所示，收敛形喉部27形成高温高压流出物通过的第一段导引通道。虽然要求在急冷室19内冷却残渣，但在喉部27内部和刚通过喉部27时提前冷却残渣会加快形成阻碍气体流通的固定物质聚积。因此，要尽可能减少由喉部27至承载急冷环36的相邻冷却液中的热损失。

浸入管29内壁的作用是限定炽热流出物从喉部27流出、进入水槽21时的圆柱形导向通道，炽热流出物包括气体和固体两种组份。

圆柱形浸入管29的内壁即导向表面不断受到向它喷射的增压水流湿润。

在一种结构型式中，急冷环36是彼此间隔开的内壁37和外壁38形成的。底板39和顶板41形成的水的圆环形螺旋总管或分配腔42，分配腔42用环形板或壁47封闭並通过一个或多个竖管43与增压水源连通。水通过一系例径向通道46进入环形急冷腔48。由急冷腔48，冷却水流经由一个或多个分配通道49沿浸入管29的内壁通过。

急冷环36用多个夹紧螺栓44穿过外壁38固定在燃烧室12底部下方。急冷环36是可拆卸的。

为了安装隔热圈51，内壁37构成直到下部狭窄通道底的截锥形内腔。隔热圈51也是同样的截锥形，以便能牢固地支撑在内腔56内。内壁37的内圆周面贴靠在隔热圈51上，因而能使隔热圈51在预期的工作高温下进行膨胀，但无论金属急冷环36怎样由于热膨胀或收缩而调整，均能保持隔热圈51的相对位置。

隔热圈51最好用能经受炽热流出物温度的耐火材料制造。如图所示，隔热圈51可以是整体的，也可以是由多个扇形块组成的，它滑动镶装而成，不用螺栓或其他刚性紧固件固定，並且形成收敛形内腔56。根据图示结构，隔热圈的暴露面位置可使炽热流出物在离开喉部27之后进一步收敛。

根据如图3所示的另一种结构，耐火圈58的内表面64为圆柱形，並且是喉部53形状的延伸。如图4所示，隔热圈58也可由多个相互接合的扇形块61和62组成，它们的侧缘相互搭接並通过滑动接合63彼此配合。因此，无论是急冷环或隔热圈的热自调都不会影响隔热圈的隔热效率。

隔热圈58无论是整体的还是由多个扇形块组成的，在万一磨损或磨蚀的情况下都容易更换。由于是这样的结构型式，使反应炉变冷以便内部能继续工作的周期可以大大缩短。

为了增强急冷环隔热圈的作用，可在急冷环暴露面与隔热圈之间装一纤维板或其他类似零件。因此隔热圈在装入时可得更严密而有效的接合。

当然，本发明在不违背基本原理和构造的条件下还可以改进或更改，但下述权利要求中提出的限制是必须遵守的。

Claims (5)

1、从气化碳燃料混合物中产生炽热流出物包括残渣和可用合成煤气的反应炉(10)；

上述反应炉(10)的特征为：

带有反应室(12)的壳体(11)，在该反应室中燃料混合物进行气化；

上述壳体(11)中的一个急冷室(19，该急冷室中有水槽(21)，在该水槽中上述炽热流出物得到冷却；

连通反应室与上述急冷室的收敛形喉部(27)；

具有从上述收敛形喉部(27)向下延伸导向壁的浸入管(29)，其作用为限定炽热流出物由上述收敛形喉部进入水槽(21)的导引通道；

与上述浸入管(29)邻接並与增压水源连通以便湿润上述导引通道壁的急冷环(36)；

上述急冷环(36包括内壁(37)，该内壁限定着上述收敛形喉部下方並与它对齐的截锥形内腔；

耐热圈(51)，它是上述截锥形内腔的边界並且限定上述流出物导引通道的一部分。

2、按权利要求1的反应炉，其特征为上述耐热圈（51）是由多个沿圆周分布的扇形段（61，62）构成的。

3、按权利要求1的反应炉，其特征为上述耐热圈（51）是由铸造用耐火材料构成的。

4、按权利要求1～3任何一项的反应炉，其特征为上述耐热圈（51）靠自身支撑在上述内腔而不用刚性紧固，因而它的热膨胀不受限制。

5、按权利要求1～4任何一项的反应炉，其特征为上述耐火圈（51）包括基本上是圆柱形的内表面，此内表面限定上述流出物导引通道的上述部分。

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