CN1044675A - 一种改进的燃气发生器冷却环 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃气发生器，其燃烧室与一个冷却区域相通连。一个浸入管通过一个直立的引导通道将排出的气流以及炉渣送至冷却槽。一个分段式的冷却环与诸如水之类的加压冷却液源相连，用于将冷却液引向浸入管的引导表面，以便使后者处于潮湿的状态。冷却环的各个歧管式环段的组装方式使得它们之间保持有侧向间隙。在间隙处装有屏蔽板，使间隙的大小能够响应于各个歧管环段的热胀冷缩。

Description

在通过的碳质燃料进行燃烧或部分氧化来生产有用气体的过程中，最为有效的反应过程是在高温和高压条件下进行的。例如，当采用粉末状煤或焦碳来生产有用气体时，其反应过程最好在2400-2600°F的温度范围以及5-250个大气压的压力范围之内进行。

上述生产过程中的苛刻条件，尤其是生产过程中所出现的大范围温度变化迫使燃气发生器或反应器的许多部分产生急剧的应变。其中最为显著的是生产过程对金属件的影响。

本发明所涉及的是对燃气发生器结构的一种改进，更具体地说是对冷却环和浸入管结构的改进。从功能上看，上述部件需要工作在最高的温度条件下，因为来自燃烧室的热产品气体将直接和这些部件相接触。

1980年8月19日授予Robin等人U.S.P.4218423号美国专利提供了一种冷却环和浸入管。通过采用本发明的技术方案，可以对它们做出改进。然而，工业界已经认识到冷却环一方面要接近热的气体，另一方面又要输送冷却液，由此而产生在冷却环上的机械应力给燃气发生器结构造成了长期以来一直存在的缺陷。

由于高温条件而来来的困难一般体现为在冷却环上出现小的破损和裂缝。这些破裂最容易出现在尖角处，因为在这样的部位机械应力或热应力都会增强。

另外，由于冷却环的热胀冷缩，通常采用的圆环形的冷却环常常会产生应变。

为了克服这种类型的燃气发生器即普通存在的上述缺点，本发明提出了一种组合式的浸入管和冷却环，它们的安装位置和相互连接能够大大减小通常在气化过程中所产生的热应力。另外，通有冷却水的冷却环被分成多个环段，它们组装在一起形成一种环形结构。在相应的环段之间具有被屏蔽的和用水进行冷却的膨胀交接处。

本发明的一个目的是提供一种经改进的用于生产有用气体的燃气发生器，其中通过一个盛有冷却液的冷却环来打湿浸入管。

本发明的另一个目的是为燃气发生器提供一种液体冷却系统，该系统能够大大减小由于冷却环和来自燃气发生器燃烧室的热气体相接触而引起的高温膨胀所造成的冷却环中热应力。

本发明的再一个目的是提供一种燃气发生器冷却系统，其中安装了一种新型的盛有水的分段式冷却环，它在减小内部热应力的同时，还能冷却浸入管。

附图1是如本发明所述的燃气发生器的纵向剖视图;

附图2是附图1的局部放大视图;

附图3是沿附图1中3-3线的剖视图。

概略地说，为了达到本发明的目的，附图1提供了一种用于对固体或液体碳质燃料进行部分燃烧的燃气发生器或反应器。反应的结果将产生一种有用的气体和一些热的流出物，所述的流出物通常呈细灰和气体状态。燃气发生器或反应器安装在用耐火材料衬里予以绝热的壳体中，它处于直立位置，以便使所产生的热气体形成向下流动的气流。

壳体之中的燃烧室接收由燃料喷射燃烧器送来的加压燃料混合流体，燃烧器与碳质燃料源以及提供诸如氧气或空气的助燃气体源相连。该混合流体最好以一种液浆的形式喷出。

由燃烧室里进行的燃烧所产生的热产品通过一个位于燃气发生器壳体内的狭窄喉部，以便在一个冷却室中的液体槽中进行冷却。

为了便于来自反应器喉部的流出气体的流通，采用一个浸入管将热产品导入液体槽中。该浸入管处于一个大致直立的位置上，並且与一个分段式的冷却环相配合。该冷却环接收诸如水之类的液体冷却液，使之沿浸入管的暴露的导向面流动。同时借助于热的气体产品的冲击，使之附在该表面上。

参见附图1，如本发明所述的燃气发生器或反应器10包括一个长形的金属壳体11，后者通常处于直立或垂直的位置上。该壳体在其上端有一个燃烧室12。为了能够承受在气化过程中所产生的工作温度（2400-2600°F），为燃烧室12提供了一层由高温耐火材料制成的绝热内壁13。

一个燃料喷射燃烧器14位于壳体12的顶部或上部，用于将碳质燃料混合物由燃料源16喷入燃烧室12。如前所述，燃料和来自加压气源17的诸如氧气或空气之类的助燃气体以一定的比例相混合后，一起喷入燃烧室。

本发明能够适用于可燃烧各种碳质燃料的燃气发生器。为了便于对这种装置以及本发明所提供的新式冷却环进行说明，下面假定燃烧器14与焦碳燃料源16相连。将这种固体燃料磨成所需的粉末，然后加入足够的水份，使之成为液浆。假定助燃气体源17所提供的加压气体为氧气。

燃烧室12的底部由向内倾斜的绝热底板18形成。这种向内倾斜的形状有助于由燃烧室12所产生的固体和气体产品以及液状炉渣的排出。

壳体11的下端具有一个冷却室或冷却区域19，燃烧所产生的热产品直接通入该腔室。在冷却室中，热产品与通常由水组成的冷却液21相接触。冷却液能够被循环和冷却，但这一点图中没有显示。

燃烧产品中的气体成份在冷却槽21中被冷却之后，流过位于壳体11上的一个排出开口22。流出的气体可以在后序的设备和工序中得到进一步的处理。

燃烧室12和冷却区域或者冷却室19通过在燃烧室底板18上形成的狭窄喉部23相连通。为了提高对流出物的冷却效率，冷却室具有大致为圆筒状的浸入管24，其上缘26位于靠近狭窄喉部23的位置上，下缘27伸入到冷却液21的表面之下。

浸入管24安装在冷却室19之内，其圆筒形的内壁为热的气体以及其他从喉部23流出的热产品形成了一个引导通道28。当高压气体被引入冷却液21，然后以气泡方式穿出水面并流过排出开口22时，其温度就显著地降低了。

根据已有技术可以知道，通过在浸入管24的与气体相接触的表面上提供一层稳定的水膜，将有利于气体流过由浸入管24所形成的气体引导通道28，並且大大减轻气体对浸入管的热损坏。为此，在浸入管24的上端引入一股加压水流，让它沿浸入管的内壁向下流动，最后流入冷却槽21中。

已有术水已经公开了流出物引导浸入管的技术，而且也公开了用于连续地将浸入管的接触或引导表面打湿的装置。然而，如本说明书所述，从狭窄喉部23流出的高温气体会损坏这样的结构。在这方面，最突出地受到影响的是与浸入管24相邻接的冷却环29。

在本发明所提供的方案中，浸入管24安装在大致垂直的位置上，其上缘26最接近狭窄喉部23并且最好与喉部23同轴。可以通过一个环形托架或者若干个托架或支持件33来支持浸入管24，该托架或支持件装在壳体11的壁上，或者朝下地装在燃烧室12的底板18上。

冷却环29最好如附图2所示那样大致为圆环形状。因此，冷却环可以做成具有较薄壳壁的钢制歧管，它能够输送冷却水流，同时又能够支持浸入管24。

参见附图2，分段的冷却环29具有大致为圆环形状，它由多个彼此分离的环段或歧管段组成，例如31和32。通过紧固件30，将各个环段彼此独立地固定到一个或多个支持托架33上。所说的托架朝外延伸，其周边被固定到燃气发生器的壳体11上。当处于冷的状态时，在每一对相邻的环段31和32之间有一公共的沿径向方向延伸的膨胀间隙或空间。

每一冷却环段，例如31，都具有焊接而成的金属壳体，它具有上壁36和下壁37。对置的端板38和38′确定了一个配水腔或者内腔41以及一个第二或者排出腔42。上述两个腔室通过至少一个横向通道52彼此相通。

就其功能而言，内腔41通过若干沿冷却环外周分布的导管39与加压冷却水源相连通。横向通道52将冷却水引到排出腔42，然后通过狭窄的环形输出口49将冷却水由排出腔42排向浸入管24。

当燃气发生器10没有工作，冷却室19的温度足够低时，膨胀间隙34具有一个很小的宽度。然而，随着气化过程的进行，燃烧室12就会被加热到2400-2500°F的工作温度。热的排出物随之也将加热冷却室19，使冷却环29的温度升高。这一温度变化将使冷却环向外膨胀。其结果不但会增加分段式冷却环的直径，而且还会逐渐减小相邻环段之间的间隙34，直至相应的环段彼此相接触。理想的情况是不论冷却室19内的温度如何上升，都保持一定的间隙或开口34。

每一个环段壳体的两端具有封闭端板38和38′，它们形成了一个用于盛水的第一腔室或者内腔41以及与之相邻的第二腔室或者排出腔42。为了减小相应环段的热膨胀，在至少一个端板38，最好在两个端板上都提供了一个或多个排水孔43。该排水孔用来使冷却水冲击到相邻环段的相邻端板表面上。在第一和第二腔室41、42上都提供了这样的排水孔，因而能够通过冷却水的冲击使每个环段的整个侧面都得到冷却。

如前所述，在加热期间和燃烧室12里的温度达到其最大值的实际工作期间，分段式的冷却环29将会膨胀。为此，在相邻环段之间的间隙34处提供了屏蔽板44以便形成一个可移动的或可调节的屏障，用于防止气体或炉渣进入间隙34。

为两个相邻环段31和32之间的间隙提供了一个盖板或屏蔽板44，从而形成了一个屏障，用于防止气体或炉渣进入间隙34。

如果炉渣颗粒进入上述间隙，就会影响在相应的环段31和32之间形成所需的相对运动。在一种实施方案中，屏蔽板44还要包括一个长条形的金属条，其形状和冷却环29上部表面的轮廓相一致。这样，当屏蔽板44的水平部分46固定到一个环段31时，就能够以可滑动的方式盖住相邻环段32的相应上表面。类似地，屏蔽板44的垂直部分47的形状使之能够保护冷却环段的暴露在外的侧表面及其下缘部分。

如前所述，屏蔽板44沿环段31的上表面向后延伸，因此屏蔽板对于注入了冷却液的具有可变宽度的间隙34来说就起到了可动式上屏障的作用。这将控制或减小相邻环段的膨胀，防止它们形成热交换接触。

在本发明的另一种实施方案中，仅管冷却环29热膨胀的结果不会构成一种持续的操作问题，浸入管24可以类似地予以分割。当这样的浸入管部分组装在一起时，就形成了热的流出物向下流动的引导通道28。在这样的情况下，间隙屏蔽板可以向下延伸，盖住相应浸入管部分的边缘之间的间隙。

从结构上讲并且如附图3所示，浸入管可以由冷却环段支持並且和冷却环段壳体做成一个整体。如图所示，冷却液能够不断地通过狭窄的环形开口49流向浸入管的内表面或暴露在外的表面上。

不难想象，在本发明的实质内容和范围之内，还可以对上述实施方案作出一些改进和变化。本发明的保护范围仅仅只受所附权利要求的限制。

Claims (7)

1、一种通过对碳质燃料进行部分燃烧而产生有用气体的燃气发生器(10)，它包括一个燃气发生器壳体(11)，壳体内有一个燃烧室(12)；一个将碳质燃料喷射到燃烧室之中的燃烧器(14)；在上述壳体中和上述燃烧室的下面有一个冷却区域(19)，其中有一个水槽(21)；一个连通上述燃烧室(12)和冷却区域(19)的喉部(23)；一个确定流动路径的浸入管(24)，用于将由产生的气体和颗粒状排出物所组成的热排出物流体从上述喉部引入上述水槽；一个安装在上述浸入管上方的冷却环(29)；其特征在于，上述冷却环(29)由若干分离的歧管环段(31、32)组成，它们组合在一起，形成一个环形的流出物通道；每一个分离的歧管环段(31)的边缘和相邻的歧管环段(32)在侧向上隔开一段距离，从而在它们之间形成一个间隙，每一个歧管环段具有一个与冷却液源相连的内腔室(41、42)和一个与上述浸入管(24)对齐并用于向浸入管提供冷却液的排出口(49)。

2、如权利要求1所述的燃气发生器，它包括安装在每一个分离的歧管环段（31）上面的屏蔽板（44），用于跨过上述歧管环段（31）的边缘，与相邻歧管环段32相结合，形成能够防止排出物进入上述间隙的屏障。

3、如权利要求1或2所述的燃气发生器，它包括至少一个安装在上述壳体上的托架（33），该托架支持至少一个歧管环段（31）。

4、如权利要求3所述的燃气发生器，其中每个歧管环段包括一个由上述托架（33）支持的壳体（31、32）和一个第一腔室（41），所述第一腔室位于上述壳体之内並与加压冷却液源相连，並且在与相邻歧管环段靠近的两端具有相对设置的侧端板（38）。

5、如权利要求4所述的燃气发生器，其中在上述两个相应的相对设置的侧端板中形成排液通道（43），用于将冷却液流体引向相邻歧管环段的侧端板上。

6、如权利要求1-5中任意一个权利要求所述的燃气发生器，其中所述浸入管（24）安装在所述冷却环（29）的下方，用于形成热的排出物的流动通道。

7、如权利要求1-6中任意一个权利要求所述的燃气发生器，其中每一个歧管环段（31、32）包括一个与冷却液源相连的主腔室（41）以及与上述主腔室相连通的第二腔室（42），第二腔室中的装置（49）形成了所述的排出口。

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