CN105925315A - 用于冷却和洗涤合成气流的装置及装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于冷却和洗涤合成气流的装置及装配方法。该方法包括将出口管(114)的第一端联接到激冷室(102)上，使得出口管的末端与激冷室成流动连通，将至少一个喷头(116)联接到出口管的相对的第二端上，使得从喷头喷出的水填充出口管，并跨越出口管的内表面形成水膜，将水源(106)联接到激冷室上，用于沿着激冷室的内表面提供基本连续的水膜，并将至少一个排出装置联接到激冷室上，用于将喷水提供到激冷室中，其中水膜和喷水的水排入到水池(104)中。

Description

用于冷却和洗涤合成气流的装置及装配方法
技术领域
本发明一般地涉及气化发电系统，例如那些用于发电设备的气化发电系统，且更具体地说，涉及用于整体气化联合循环(IGCC)发电系统的气化器。
背景技术
至少一些已知的联合循环发电系统包括一种气化系统，其与至少一个发电涡轮机系统一体结合。例如，已知的气化器将燃料、空气或氧气、蒸汽和/或石灰石的混合物转换成有时称为“合成气”的部分燃烧的气体输出。热的合成气经过冷却和净化，以除去污染物，然后供给燃气涡轮发动机的燃烧器，其驱动发电机，发电机将电功率供给电网。来自至少一些已知的燃气涡轮发动机的排气被供给余热蒸汽发生器，其加热锅炉给水并产生用于驱动蒸汽涡轮的蒸汽。蒸汽涡轮机所产生的功率还驱动发电机，其将电功率提供给电网。
在至少一些用在气化系统中的气化器中，反应室中所产生的合成气是非常热的(>2200ºF)，并且必须在其可在下游处理设备中轻易地处理之前进行冷却。合成气还包含夹带的颗粒，这些颗粒必须被除去以防止在下游设备中的堵塞。对于发电应用，至少一些已知的气化器利用两步工艺完成这种冷却和颗粒去除。在第一步骤中，气体通过与锅炉给水的间接热交换而在两个合成气冷却器中进行冷却。称为辐射式合成气冷却器的第一合成气冷却器联接在反应室的底部上，并且其将气体冷却到大约950ºF至大约1350ºF之间。称为对流式合成气冷却器的第二合成气冷却器将气体进一步冷却到大约700ºF至大约750ºF之间。在这种温度下，可在传统的钢制设备中处理合成气。在利用合成气冷却器冷却合成气之后，第二步骤除去夹带在合成气中的细微的颗粒，该步骤在称为合成气洗涤器的另一容器中完成。合成气洗涤器提供了三级水-合成气接触，这实质上除去了所有颗粒。
在至少一些联合循环发电应用中，从系统中除去对流式合成气冷却器，只留下辐射式合成气冷却器来冷却合成气。这种所谓的仅辐射式构造出于两种原因而用在至少一些联合循环应用中。首先，对流式合成气冷却器的去除降低了设备的成本。其次，在商业实践中，已经发现对流式合成气冷却器倾向于堵塞，这显著地减少了设备生产时间。但是，对流式合成气冷却器的去除存在两个问题。首先，在辐射式合成气冷却器的出口处的大约950-1350ºF的温度仍然太高而不容许在传统的钢管和设备中处理合成气。其次，在该温度下，一些夹带的固体仍然是粘性的，并且它们会堵塞将辐射式合成气冷却器连接到合成气洗涤器上的管道。因此，除去对流式合成气冷却器以产生仅辐射式合成气冷却构造不是除去对流式合成气冷却器并将洗涤器直接连接到辐射式合成气冷却器的出口上的简单问题。要这样做将至少需要洗涤器容器由特种高温钢合金制成，并将在洗涤器容器本身内引起固体堵塞的可能性。因此需要一种装置，其通过用喷水激冷来冷却合成气，并除去夹带颗粒，同时避免关于堵塞的担忧。此外，需要一种装置，其通过消除对于单独的合成气洗涤器容器的需求而简化了对于合成气冷却和颗粒去除所需要的设备。
发明内容
在一个方面，提供了一种装配喷洒激冷装置的方法。该方法包括将至少一个出口管的第一端联接到激冷室上，使得出口管端与激冷室成流动连通，将至少一个喷头联接到至少一个出口管的相对的第二端上，使得从所述至少一个喷头喷出的水填充该至少一个出口管，并形成跨越该至少一个出口管的内表面的水膜，将水源联接到激冷室上，用于提供沿激冷室的内表面基本连续的水膜，并将至少一个排出装置联接到激冷室上，用于将喷水提供到激冷室中，其中水膜和喷水的水排入到水池中。
在另一方面，提供了一种喷洒激冷装置。该喷洒激冷装置包括腔室；联接到腔室上的至少一个喷洒装置；联接到腔室上用于跨越腔室的内表面提供一层液体的至少一个布水装置；包括第一端和相对的第二端的至少一个空心圆筒，其中第一端联接到腔室上，使得第一端中的开口使合成气能够通过空心圆筒而离开腔室；以及联接到空心圆筒的第二端上的至少一个喷头，其用于提供填充空心圆筒的喷水和跨越空心圆筒内表面的水膜，并且其中喷水和水膜的水排入到定位在腔室的底部处的水池中。
在又一方面，气化器包括燃烧室和联接在燃烧室上的喷洒激冷室。喷洒激冷室包括用于跨越喷洒激冷室的内表面分布基本连续的薄膜的至少一个布水装置、至少一个喷头和至少一个出口管，该出口管具有第一端和相对的第二端，其中第一端联接在喷洒激冷室的侧壁上。
附图说明
图1是示例性的已知的联合循环发电系统的方框图；
图2是可与图1中所示的发电系统一起使用的示例性喷洒激冷装置的示意图；
图3是图2中所示的喷洒激冷装置的透视图；
图4是图2中所示的喷洒激冷装置的平面图；
图5是可与图1中所示的发电系统一起使用的备选喷洒激冷装置的示意图；
图6是可与图1中所示的发电系统一起使用的第二备选喷洒激冷装置的示意图；
图7是可与图1中所示的发电系统一起使用的第三备选喷洒激冷装置的示意图；
图8是图7中所示的喷洒激冷装置的横截面图；
图9是可与图1中所示的发电系统一起使用的第四备选喷洒激冷装置的示意图；
图10是可与图1中所示的发电系统一起使用的第五备选喷洒激冷装置的示意图；
图11是可与图1中所示的发电系统一起使用的第六备选喷洒激冷装置的示意图；
图12是可与图1中所示的发电系统一起使用的第七备选喷洒激冷装置的示意图。
具体实施方式
图1是例如用于发电设备中的示例性的已知的整体气化联合循环发电系统50的简图。系统50通常包括主空气压缩机52、以流动连通联接到压缩机52上的空气分离单元54、成流动连通联接到空气分离单元54上的气化器56、成流动连通联接到气化器56上的燃气涡轮发动机10以及蒸汽涡轮机58。
在运行中，压缩机52压缩被导向空气分离单元54的周围空气。在一些实施例中，除了压缩机52之外或备选地，从燃气涡轮发动机压缩机12将压缩空气供给空气分离单元54。空气分离单元54使用压缩空气来产生供气化器56使用的氧气。更具体地说，空气分离单元54将压缩空气分离成单独的氧气流(O2)和气体副产物(其有时被称为“过程气体”)。由空气分离单元54产生的过程气体包括氮气，并且在后文中称为“氮过程气体”(NPG)。NPG还可包括其它气体，例如但不限于氧气和/或氩气。例如，在一些实施例中，NPG包括大约95%至大约100%之间的氮气。O2流被引向气化器56，用于产生部分燃烧的气体，本文称为“合成气”，用于由燃气涡轮发动机10用作燃料。在一些已知的系统50中，至少其中一些NPG流从空气分离单元54排放至大气。此外，在一些已知的系统50中，其中一些NPG流被注入燃气涡轮发动机燃烧器14内的燃烧区域(未显示)中，以利于控制发动机10的排放，且更具体地说以利于降低燃烧温度并减少来自发动机10的氮氧化物的排放。在示例性实施例中，系统50包括用于在注入到燃烧区域中之前压缩NPG流的压缩机60。
气化器56将燃料、由空气分离单元54供给的O2、蒸汽和/或石灰石的混合物转换成合成气的输出，供燃气涡轮发动机10用作燃料。虽然气化器56可使用任何燃料，但是在一些已知的系统50中，气化器56使用煤、石油焦、残油、油品乳化液、沥青砂、精炼渣油、生物质和/或其它相似的燃料。在一些已知的系统50中，由气化器56产生的合成气包括二氧化碳(CO2)。在示例性实施例中，由气化器56产生的合成气在净化装置62中进行净化，之后引导至燃气涡轮发动机燃烧器14用于其的燃烧。在净化期间可使二氧化碳(CO2)与合成气分离，并且在一些已知的系统50中可将其排放至大气。燃气涡轮发动机10驱动发电机64，发电机将电功率供给电网(未显示)。来自燃气涡轮发动机10的排气被引导至余热蒸汽发生器66，该发生器加热锅炉给水，并产生用于驱动蒸汽涡轮机58的蒸汽。蒸汽涡轮机58所产生的功率驱动发电机68，发电机将额外的电功率提供给电网。在一些已知的系统50中，来自余热蒸汽发生器66的蒸汽被供给气化器56用于产生合成气。
此外，在示例性实施例中，系统50包括泵70，该泵将热的锅炉给水72从余热蒸汽发生器66供给至气化器56内的辐射式合成气冷却器(未显示)，以利于冷却在气化器56内流动的合成气。热的锅炉给水72被引导穿过辐射式合成气冷却器，在其中将水72转换成蒸汽74。然后使蒸汽74返回余热蒸汽发生器66，用来在气化器56或蒸汽涡轮机58内使用。
图2是可与(图1中所示的)气化器56一起使用的示例性喷洒激冷装置100的示意图。更具体地说，图2显示了可与气化器56一起使用的辐射式合成气冷却器122的下面部分。辐射式合成气冷却器122包括喷洒激冷室102和定位在辐射式合成气冷却器122内的一大池水或“水池”104。多个锅炉管120形成圆锥体，其将合成气从上面的腔室(未显示)向下引导到喷洒激冷室102中。在一个备选实施例中，锅炉管120不形成圆锥体，而是在辐射式合成气冷却器122和喷洒激冷室102之间定位有单独的圆锥体。此外，圆锥体可以是例如具有耐火内衬的金属搁架或适合于将高温载有熔渣的合成气引导至喷洒激冷室102中的任何其它装置。在示例性实施例中，激冷环106在与锅炉管120底部大约相同的水平处联接到喷洒激冷室102上。激冷环106围绕喷洒激冷室102的内表面108分配连续的水膜。排入到水池104中的水膜确保内表面108保持湿润，以防止熔渣沉淀在内表面108上。喷水环110联接在激冷环106上，在喷水环110和锅炉管120的底部之间留下了环形间隙130。环形间隙130提供了用于使锅炉管120由于热膨胀而自由移动的手段。喷水环110包括多个喷头112。从喷头112排出的水提供了额外的合成气冷却，并利于从合成气中除去颗粒。喷水还通过保持颗粒远离喷洒激冷室102的顶部而防止沉淀在内表面108上。喷洒激冷装置100还包括围绕喷洒激冷室102的外周而基本等距地间隔开的多个出口管114。喷洒激冷装置100可包括一至八个之间的出口管114。在示例性实施例中，喷洒激冷装置100包括四个出口管114。出口管114联接在喷洒激冷室102的侧壁124上，并且以正的仰角定向，以利于通过敞开的第一端126而将出口管114内部的任何水排入水池104中，以进一步处理。在各个出口管114的第二端128处联接有喷头116，并且出口管114的第二端128围绕喷头116而被基本密封。备选地，多个喷头116可联接到各个出口管114的上端上。高压水源(未显示)成流动连通地与各个喷头116联接，从而提供连续的水流。各个喷头116定向成通过出口管114而向下并逆着合成气的流动喷水。在示例性实施例中，各个出口管114联接在环形歧管118上，如图3和图4中所示。在一个备选实施例中，歧管118不是环形的。例如，两个出口管114可联接在一起以形成第一导管，并且两个剩余的出口管114可联接在一起以形成第二导管，且这两个导管连接以形成最终的合成气导管。
在运行期间，流过由锅炉管120所形成的导管的热的合成气包含部分固化的熔渣的细颗粒和更大的颗粒或小滴两者。由于熔渣小滴更大的动量，熔渣小滴落入水池104，在此处它们被迅速激冷、固化并捕获。合成气和细颗粒形成膨胀的射流，该射流在合成气从激冷室102的中心向外流动时与从喷水环喷头112排出的喷水相混合。喷水环喷头112通过将水蒸发到合成气中而利于气体的冷却。喷水还利于从合成气中除去颗粒，迫使颗粒进入到水池104中。在示例性实施例中，被部分冷却且部分洗涤的合成气然后流入出口管114。来自各个出口管114内的喷头116的高密度、高强度喷水完成了合成气的冷却和洗涤两者。冷却和洗涤后的合成气然后被收集在歧管118中，并向下游引导以进一步处理。此外，可利用惰性气体连续或间歇地净化环形间隙130，惰性气体例如但不局限于来自气源(未显示)的氮气。向下流入喷洒激冷室102中的净化气体的流率确保合成气、颗粒物质和湿气不会向上传送到位于锅炉管120和辐射式合成气冷却器122的壁之间的环形间隙130中。因此，净化防止了环形间隙130的结垢和/或堵塞，并且最小化环形间隙130中的腐蚀。
在上述示例性实施例中，大量的水通过喷水并通过激冷环而排出，该水被用于在喷洒激冷室的内表面上保持连续的水膜。图5图示了喷洒激冷室200的一个备选实施例的示意图，其减少了确保腔室的所有表面在所有时间都保持湿润所需要的水量。更具体地说，图5显示了可与气化器56(图1中所示)一起使用的辐射式合成气冷却器122的下面部分。辐射式合成气冷却器122包括喷洒激冷室202和水池204。多个锅炉管210形成了圆锥体，其将合成气从上面的腔室(未显示)向下引导至喷洒激冷室202中。在一个备选实施例中，锅炉管210不形成圆锥体，而是在辐射式合成气冷却器122和喷洒激冷室202之间定位有单独的圆锥体。此外，圆锥体可由例如具有耐火内衬的金属搁架或适合于将高温载有熔渣的合成气引导至喷洒激冷室202中的任何其它材料或多种材料构成。在示例性实施例中，喷洒激冷室102的内表面108(如图1中所示)通过利用浸渍管220而有效地径向向内移动，浸渍管220具有与位于锅炉管210的底部的开口的直径224大致相等的直径222。套管234联接在辐射式合成气冷却器228的侧壁226上，并且进一步联接在浸渍管220上。在示例性实施例中，上面的激冷环206和下面的激冷环236联接在套管234上。激冷环206和236协同工作，以便在浸渍管220的内表面208上保持连续的水膜。排入到水池204中的水膜确保内表面208保持湿润，以防止熔渣沉淀在内表面208上。
在示例性实施例中，喷洒激冷装置200还包括围绕喷洒激冷室202的外周而基本等距地间隔开的多个出口管214。喷洒激冷装置200可包括一至八个之间的出口管214。在示例性实施例中，喷洒激冷装置200包括四个出口管214。出口管214的长度确保出口管214伸过套管234。出口管214联接在侧壁226上，并进一步联接到套管234上。结果，锅炉管210可通过例如热膨胀而相对于浸渍管220移动。在锅炉管210和浸渍管220之间限定的膨胀间隙212使锅炉管210能够热膨胀和热收缩，而不会干涉浸渍管220。此外，出口管214以正的仰角定向，以利于通过敞开的第一端230将出口管214内部的任何水排入到水池204中以进一步处理。在各个出口管214的第二端232处联接有喷头216，并且出口管214的第二端232围绕喷头216而被基本密封。备选地，多个喷头216可联接到各个出口管214的上端。高压水源(未显示)成流动连通与各个喷头216联接，以提供连续的水流。各个喷头216定向成通过出口管214而向下并逆着合成气的流动喷水。在示例性实施例中，各个出口管214联接在环形歧管218上，如图3和图4中所示。在一个备选实施例中，歧管218不是环形的。例如，两个出口管214可联接在一起以形成第一导管，并且两个剩余的出口管214可联接在一起以形成第二导管，且两个导管连接以形成最终的合成气导管。
在运行期间，流过锅炉管210所形成的导管的热的合成气包含部分固化的熔渣的细颗粒和更大的颗粒或小滴两者。由于熔渣小滴更大的动量，熔渣小滴落入水池204中，在此处它们被迅速激冷、固化并捕获。在示例性实施例中，合成气然后流入到出口管214中。来自各个出口管214内的喷头216的高密度、高强度喷水完成了合成气的冷却和洗涤两者。冷却和洗涤后的合成气然后被收集在歧管218中，并引导至下游以进一步处理。此外，可利用惰性气体例如来自气源(未显示)的氮气而连续或间歇地净化膨胀间隙212。向下流入到喷洒激冷室202中的净化气体的流量确保合成气、颗粒材料和湿气不会向上传送到膨胀间隙212中。因此，净化防止了间隙212的结垢和堵塞，并最小化由锅炉管210和侧壁226所产生的环形间隙中的腐蚀。
图6是喷洒激冷装置300的第二备选实施例的示意图。具体地说，图6显示了可与气化器56(图1中所示)一起使用的辐射式合成气冷却器122的下面部分。辐射式合成气冷却器122包括喷洒激冷室302和水池304。多个锅炉管310形成了圆锥体，其将合成气从上面的腔室(未显示)向下引导至喷洒激冷室302中。备选地，圆锥体可由不同于锅炉管的构件构造而成。例如，圆锥体可以是具有耐火内衬的金属搁架或适合于将高温载有熔渣的合成气引导至喷洒激冷室302中的任何其它结构。在一个备选实施例中，锅炉管310不形成圆锥体，而是在辐射式合成气冷却器122和喷洒激冷室202之间定位有单独的圆锥体。在示例性实施例中，喷洒激冷室102的内表面108(如图1中所示)通过利用浸渍管318而有效地径向向内移动，浸渍管318具有与位于锅炉管310底部的开口的直径322大致相等的直径320。套管340联接在辐射式合成气冷却器326的侧壁324上，并且进一步联接在浸渍管318上。在示例性实施例中，激冷环306联接在浸渍管318上。激冷环306在浸渍管318的内表面308上保持连续的水膜。排入到水池304中的水膜确保内表面308保持湿润，以防止熔渣沉淀在内表面308上。
在示例性实施例中，喷洒激冷装置300还包括至少一个出口管314。出口管314的长度确保出口管314伸过套管340。出口管314联接在侧壁324上，并进一步联接到套管340上。结果，锅炉管310可通过例如热膨胀而相对于浸渍管318移动。在锅炉管310和浸渍管318之间限定的膨胀间隙312使锅炉管310能够热膨胀和热收缩，而不会干涉浸渍管318。此外，出口管314以正的仰角定向，以利于通过敞开的第一端336而将出口管314内部的任何水排入到水池304中以进一步处理。在出口管314的第二端338处联接有喷头316，并且出口管314的第二端338围绕喷头316而被基本密封。备选地，多个喷头316可联接在出口管314的第二端338上。高压水源(未显示)与各个喷头316成流动连通而联接，从而提供连续的水流。各个喷头316定向成通过出口管314而向下并逆着合成气的流动喷水。此外，连接管328从出口管314延伸并联接在小的洗涤器容器332上。连接管328包括至少一个喷头330，其在连接管328的内表面上保持连续的水膜，并利于对合成气进行额外的冷却和洗涤。高压水源(未显示)与各个喷头330成流动连通而联接，从而提供连续的水流。洗涤器容器332包括多个气水接触塔盘334，其利于除去合成气中非常细微的剩余颗粒。顶部塔盘连接在连续的新鲜清洁的冲洗水源(未显示)上，该冲洗水以在各个塔盘上提供至少一个薄的水层的方式向下流过各个连续的塔盘。各个塔盘包含大量的孔，通过这些孔可向上传送合成气，并且其利于清洁的水和合成气以及任何非常细的颗粒之间的紧密接触，这些非常细的颗粒可在该点处保留在合成气中。塔盘中的孔可装配穿孔盖或混合装置，以增强在水和合成气之间的紧密接触。塔盘、孔和与孔相关联的配件的设计可按照设计塔盘类型的气体-液体接触装置领域中的技术人员众所周知的方式进行配置。
在运行期间，流过由锅炉管310或由一些备选结构所形成的导管热的合成气包含部分固化的熔渣的细颗粒和更大的颗粒或小滴两者。由于熔渣小滴更大的动量，熔渣小滴落入水池304中，在此处它们被迅速激冷、固化并捕获。在示例性实施例中，合成气然后流入出口管314。来自出口管314内的喷头316的高密度、高强度喷水促进了合成气的冷却和洗涤。部分冷却和洗涤后的合成气然后流过连接管328。来自喷头330的额外的高密度、高强度的喷水促进了合成气额外的冷却和洗涤。洗涤器容器332利用抛光步骤完成合成气的冷却和洗涤，抛光步骤利用清洁的冷凝冲洗水以及除沫器(未显示)以利于最小化夹带水的携带。另外，可利用惰性气体例如来自气源(未显示)的氮气而连续或间歇地净化环形间隙312。向下流入喷洒激冷室302中的净化气体的流确保了合成气、颗粒和湿气不会向上传送到由锅炉管310和壁326产生的环形间隙中。此净化防止了间隙312的结垢和堵塞，并最小化由锅炉管310和壁326所产生的环形间隙中的腐蚀。
图7是第三备选喷洒激冷装置400的示意图。具体地说，图7显示了可与气化器56(图1中所示)一起使用的辐射式合成气冷却器122的下面部分。辐射式合成气冷却器122包括喷洒激冷室402和水池404。多个锅炉管406形成了圆锥体，其将合成气从上面的腔室(未显示)向下引导至喷洒激冷室402中。备选地，圆锥体可由锅炉管之外的构件构造而成。例如，圆锥体可以是具有耐火内衬的金属搁架或适合于将高温载有熔渣的合成气引导至喷洒激冷室402中的任何其它结构。在示例性实施例中，喷洒激冷室102的内表面108(如图1中所示)通过利用浸渍管408而有效地径向向内移动，浸渍管408具有与位于锅炉管406底部的开口的直径412大致相等的直径410。浸渍管408在顶部部分联接于锅炉管406的底部部分上，并向下延伸，使得浸渍管408的底部边缘保持浸入在水池404的水中。在示例性实施例中，浸渍管408包括在浸渍管408的顶端416中形成的激冷环414。激冷环414在浸渍管408的内表面418上保持连续的水膜。水通过联接在外部水源(未显示)上的第一导管420而供给激冷环414。在示例性实施例中，第一导管420是柔性管路。排入到水池404中的水膜确保内表面418保持湿润，以利于防止熔渣沉淀在内表面418上。
在示例性实施例中，喷洒激冷装置400还包括至少一个出口管422。出口管422包括第一段424、第二段426和第三段428。第一段424固定地联接在浸渍管408上，从而当锅炉管406由于热效应膨胀和收缩时使第一段424能够随着浸渍管408和锅炉管406而向上和/或向下移动。第二段426固定地联接在辐射式合成气冷却器122的壁430上。在示例性实施例中，第二段426利用凸缘连接(未显示)而联接在壁430上。第三段428联接在第二段426上，并定位成以便完全定位在辐射式合成气冷却器400的外面。在示例性实施例中，第二段426的下面部分432尺寸设置成以在第一段424和第二段426之间形成环形间隙436的方式装配在第一段424的上面部分434的内部。环形间隙436使第一段424和第二段426能够在轴向方向上彼此相对移动。另外，如图8中所示，第一段424包括位于上面部分434的扩口端438，并且第二段426包括位于下面部分432的扩口端440。扩口端438和440使第一段424和第二段426能够在辐射式合成气冷却器122中由于热膨胀引起的锅炉管120的扭转而在成角度的方向上相对彼此移动。此外，激冷环442联接在第二段426的下面部分432上。激冷环442通过第二导管444而从辐射式合成气冷却器122的外部供应水。在示例性实施例中，第二导管444是联接在外部水源(未显示)上的固定管道。激冷环442将水膜分布在第二段426的外表面446周围。此外，第二段426包括唇缘448，该唇缘利于在第一段424和第二段426之间产生阻碍，以促使由激冷环442供给的水累积在唇缘448的上面。累积的水用作固定的第二段426和浮动的第一段424之间的水封450。唇缘448还通过环形间隙436而将水膜分布在第一段424的内表面452周围。在一个备选实施例中，唇缘448不存在，并且通过将第二段426的下面部分432沉浸在环形水池中而保持水封，水池包含在向上凸出的环形锯齿状的堰(未显示)中，堰联接在靠近水封450的第二段426上。由激冷环442连续地供给堰的水在第二段426的下面部分432的底部边缘以下流动，之后越过堰的锯齿向上且径向向内流动。溢出的水以在出口管422的内表面上保持水膜的方式流入到出口管422的底部部分中。堰的底部表面穿有多个孔，使得能够排出累积在堰中的任何固体。
在示例性实施例中，第一段424以正的仰角定向，以利于通过敞开的第一端454而将第一段424内的任何水排入到水池404中，以用于进一步处理。在出口管422的上面部分468处联接有喷头466，并且出口管422的上面部分468围绕喷头466而被基本密封。备选地，多个喷头466可联接在出口管422的上面部分468上。高压水源(未显示)与各个喷头466成流动连通而联接，从而提供连续的水流。各个喷头466定向成通过出口喷头422而向下并逆着合成气的流动喷水。此外，在第二段426的上面部分456处联接有喷头458，并且第二段426的上面部分456围绕喷头458而被基本密封。备选地，多个喷头458可联接在第二段426的上面部分456上。高压水源(未显示)与各个喷头458成流动连通而联接，从而提供连续的水流。各个喷头458定向成通过第二段426而向下并逆着合成气的流动喷水。此外，第三段428包括至少一个喷头470，其促进了合成气额外的冷却和洗涤。高压水源(未显示)与各个喷头470成流动连通而联接，从而提供连续的水流。第三段428还包括激冷环460，其将经由管路472供给的清洁水膜分布在第三段428的内表面462周围。此外，第三段428包括多个气水接触塔盘464，这些塔盘与上面图6中所述的气水接触塔盘相似地设计和操作。来自源(未显示)的高压清洁水经由管路474而供给气水接触塔盘。已经被激冷、冷却并完全洗涤颗粒的清洁的合成气通过出口喷头476而离开系统，以在气化器的下游进一步处理。
在运行期间，流过锅炉管406所形成的导管的热的合成气包含部分固化的熔渣的细颗粒和更大的颗粒或小滴两者。由于熔渣小滴更大的动量，熔渣小滴落入水池404中，在此处它们被迅速激冷、固化和捕获。在示例性实施例中，合成气然后流入到出口管422中。来自第一端424内的喷头466的高密度、高强度喷水促进了合成气的冷却和洗涤。部分冷却和洗涤后的合成气然后流过第二段426。来自喷头458的额外的高密度、高强度的喷水促进了合成气额外的冷却和洗涤。合成气然后流过第三段428。来自喷头470的额外的高密度、高强度的喷水促进了合成气进一步的冷却和洗涤。塔盘464利用抛光步骤使用清洁的冷凝的冲洗水完成合成气的冷却和洗涤。此外，如果辐射式合成气冷却器122内部的合成气的压力迅速地上升，则水封450中的水和水池404中包围浸渍管408的水将被暂时吹出水压产生的密封之外，并且将释放压力。因为来自激冷环414和出口管422水的恒定流量，所以水会被快速补充，恢复水压产生的密封。
图9是第四备选喷洒激冷装置500的示意图。在示例性实施例中，喷洒激冷装置500定位在辐射式合成气冷却器，例如辐射式合成气冷却器122(图1中所示)内，并且包括第一壁502和从第一壁502径向向内定位的第二壁504。第一壁502包括沿着第一壁502的内表面508并且从喷洒激冷装置500的顶端510至相对的底端512以预定的间隔而定位的多个喷头506。第二壁504包括沿着第二壁502的外表面514和内表面516并且从喷洒激冷装置500的顶端510至相对的底端512以预定的间隔而定位的多个喷头506。此外，在示例性实施例中，喷洒激冷装置500包括第一出口518和相对的第二出口520。在一个备选实施例中，喷洒激冷装置500只包括第一出口518。
图10是第五备选喷洒激冷装置600的示意图。在示例性实施例中，喷洒激冷装置600包括联接在圆锥体上的喷水环602，圆锥体将合成气向下引导至喷洒激冷室602中。备选地，圆锥体可由锅炉管之外的构件构造而成。例如，圆锥体可以是具有耐火内衬的金属搁架或适合于将高温载有熔渣的合成气引导至喷洒激冷室602中的任何其它结构。在示例性实施例中，多个喷头604联接在喷水环602上。热的合成气离开圆锥体，并流过来自喷头604的喷水，从而冷却和洗涤合成气。折流板606定位在喷头604和出口管608之间。折流板606利于迫使合成气流过联接在喷洒激冷装置600上的多个喷头612，进一步冷却和洗涤合成气。喷洒激冷装置600的备选实施例可包括更少或更多的折流板606。此外，喷洒激冷装置600的备选实施例可包括与典型实施例中所示不同地设置的折流板606。在示例性实施例中，喷洒激冷装置600还包括定位在出口管608内的多个喷咀610，以促进合成气的额外的冷却和洗涤。
在运行期间，流过锅炉管所形成的导管的热的合成气包含部分固化的熔渣的细颗粒和更大的颗粒或小滴。由于熔渣小滴更大的动量，熔渣小滴落入水池，例如(图1中所示的)水池104中，在此处它们被迅速激冷、固化和捕获。合成气离开圆锥体，并流过喷水环602，其中通过来自喷头604的喷水而冷却和洗涤合成气。然后当合成气流向出口管608时，通过折流板606引导离开喷水环602的合成气穿过额外的喷头612。合成气然后流过出口管608，其中合成气遭遇来自喷头610的额外喷水。
图11是第六备选喷洒激冷装置700的示意图。在示例性实施例中，喷洒激冷装置700包括收敛的圆锥体702和联接在收敛圆锥体702上的发散的圆锥体704。在收敛的圆锥体702和发散的圆锥体704相遇的点处限定了喉部716。喷洒激冷环706联接在收敛圆锥体702的顶端708上。喷洒激冷环706包括多个喷头710。在示例性实施例中，环绕着喷洒激冷环706定位了多个喷头710。更具体地说，喷头710在喷洒激冷环706周围定向成使得各个喷头710离各个相邻的喷头710等距离地定位。此外，在示例性实施例中，各个喷头710以预定的角度定向，以利于当合成气流过喷洒激冷环706时产生涡流。另外，通过与水源(未显示)成流动连通而联接的多个供水管路712给喷洒激冷环706供给水。在示例性实施例中，多个供水管路712围绕喷洒激冷环706周向地定位。更具体地说，各个供水管路712定位成离下一供水管路712大约90度。在示例性实施例中，喷洒激冷装置700还包括多个喷头714。
在运行期间，流过由锅炉管(未显示)所形成的导管的热的合成气，包含部分固化的熔渣的细颗粒和更大的颗粒或小滴。由于熔渣小滴更大的动量，熔渣小滴落入水池718中，在此处它们被迅速激冷、固化和捕获。合成气流过喷洒激冷环706，在此处通过来自喷头710的水对其进行冷却和洗涤。喷头710的位置和角度定向迫使合成气进入涡流，从而当合成气与水接触时增加了合成气的速度，这促进了额外的冷却和洗涤。当合成气接近喉部716时，其受到喷头714的额外的冷却和洗涤，产生了合成气和水的混合物。发散的圆锥体704用作扩散器，以降低合成气的流速，利于额外暴露于水。
图12是第七备选喷洒激冷装置900的示意图。在示例性实施例中，合成气流过由锅炉管906形成的圆锥体，并进入导流管920中，其引导合成气向下流向水填充的池918。定位在导管920顶部周边周围的多个喷水的喷头904在合成气穿过导管时促进了合成气的冷却和洗涤。定位在导管920底部边缘的周边周围的多个喷水的喷头914促进了导管的底部部分中以及导管底部边缘916和水池918之间的空间中的合成气的冷却和洗涤。导管920的底部边缘916具有锯齿状结构，该构造在合成气离开导管并传送到由导流管920的外表面和喷洒激冷室926的壁形成的环形间隙922中时促进了合成气的均匀分布。环形间隙922包含多个塔盘902和多个喷头924。喷头924连续地将水供给塔盘902，以保持水位和由塔盘902保持的水的纯净度。当各个塔盘902经过由塔盘壁910的顶部边缘908所限定的填充水平时，水泄漏出塔盘902，形成瀑布。当合成气在塔盘902间朝着出口管912流动时，合成气穿过瀑布，并进行进一步冷却和洗涤。在一个实施例中，各个塔盘902包括多个孔(未显示)。在此类实施例中，合成气穿过由塔盘902保持的水并穿过孔。在一个备选实施例中，塔盘902包括唇缘(未显示)，以利于在塔盘902中保持恒定的水位。
在运行期间，流过由锅炉管906所形成的导管的热的合成气包含部分固化的熔渣的细颗粒和更大的颗粒或小滴。由于熔渣小滴更大的动量，熔渣小滴落入水池918中，在此处它们被迅速激冷、固化和捕获。当合成气、颗粒和熔渣小滴向下流过合成气导流管920时，它们被来自喷头904和914的水冷却和激冷。离开合成气导流管920底部的合成气反向，并被在塔盘902之间引导且通过限定在塔盘902中的通孔。当在塔盘902之间流动时，合成气由来自喷头924的水以及由从塔盘902溢流的水所形成的瀑布进行冷却和洗涤。
如本文所用，以单数形式引用，且前缀“一”或“一个”的元件或步骤应该被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地陈述了这种除外情形。此外，对本发明的“一个实施例”的引用不应理解为排除也结合了所陈述的特征的其它实施例的存在。
上述方法和装置提供了一种以适合于在仅有辐射式合成气冷却器结构中使用的方式冷却合成气并除去夹带颗粒的简单且有力的方法。各种喷水的流率和空间密度可受到控制以确保在所有情况下达到激冷和颗粒洗涤的所需水平。该设计确保了喷洒激冷室内的所有表面在所有时间都至少保持有薄的水膜，从而防止熔渣沉淀物累积在任何表面上，并避免与此类沉淀相关联的维护费用和设备停机时间。此外，上述方法和装置通过将所有激冷和颗粒去除功能结合到喷洒激冷室本身中而简化了冷却合成气和除去颗粒所需要的设备，因而消除了对于大型的单独的合成气洗涤器容器的需求。
上面详细描述了将包括喷洒激冷装置的辐射式合成气冷却器结合到气化器中以冷却气化器中的合成气的气化系统和方法的典型实施例。举例说明的气化系统构件并不局限于本文所述的特定的实施例，相反各个系统的构件可与本文所述的其它构件独立且分开地进行使用。例如，上述气化系统构件还可结合不同的系统构件一起使用。此外本领域中的技术人员应该懂得，虽然已经参照从辐射式合成气冷却器的底部离开的热合成气的喷洒激冷而描述了前面的示例性实施例，但是各种实施例还可在没有这种中介辐射式合成气冷却器的条件下直接关联到气化器反应室上，以便提供热的合成气的直接激冷，而不使用首先间接的采用辐射式合成气冷却器形式的除热步骤。此外，本领域中的技术人员应该懂得，在上述所有实施例中，通过合适的装置例如闸斗仓或固体吹送泵而提供了用于周期性地从系统中除去任何累积在水池中的熔渣的方法，此外，累积在水池中的喷水和洗涤水连续地以受控制的方式从水池中排出，从而在水池中保持稳定的水位。
虽然已经就各种特定的实施例描述了本发明，但是本领域中的技术人员将会认识到可利用处于权利要求的精髓和范围内的变型来实践本发明。

Claims (31)

1.一种装配喷洒激冷装置的方法，所述方法包括：
将至少一个出口管的第一端联接到激冷室上，使得所述出口管末端与所述激冷室成流动流通；
将至少一个喷头联接到所述至少一个出口管的相对的第二端上，使得从所述至少一个喷头喷出的水填充所述至少一个出口管，并跨越所述至少一个出口管的内表面形成薄的水膜；
将水源联接到所述激冷室上，用于提供沿所述激冷室的内表面的基本连续的水膜；和
将至少一个排出装置联接到所述激冷室上，用于将喷水提供到所述激冷室中，其中所述水膜的水和喷水排入到水池中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水源通过激冷环联接在所述激冷室上，并且其中将至少一个排出装置联接到所述激冷室上还包括将至少一个喷水环联接到所述激冷环上，其中所述喷水环包括多个喷头。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将合成气收集歧管联接到所述至少一个出口管上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将浸渍管联接到所述至少一个出口管的所述第一端上，使得所述激冷室有效地径向向内移动，其中所述浸渍管具有与辐射式合成气冷却器底部的开口的直径大致相等的直径，所述辐射式合成气冷却器定位在所述浸渍管的上面，且其中附接在所述浸渍管上的一个或多个激冷环在所述浸渍管的内表面上保持连续的水膜。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将至少一个出口管的第一端联接到激冷室上包括：
将连接管的第一端联接到所述至少一个出口管的第二端上，使得所述连接管从所述至少一个出口管向上延伸；
将所述连接管的相对的第二端联接到洗涤器容器上，所述洗涤器容器具有多个合成气-水接触塔盘；以及
将至少一个喷头联接到所述连接管内，以利于跨越所述连接管的内表面保持水膜。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将浸渍管直接联接到容器的底部上，所述容器定位在所述浸渍管的上面，使得所述激冷室有效地径向向内移动，并且其中将至少一个出口管的第一端联接到激冷室上还包括：
将第一出口管段的第一端联接到所述激冷室上，其中所述第一段包括扩口的第二端和至少一个喷头；
将第二出口管段插入到所述第一出口管段中，其中所述第二段包括喷头、激冷环和唇缘中的至少一个，所述唇缘利于在所述第一段和所述第二段之间形成水封；和
将第三出口管段联接到所述第二出口管段上，其中所述第三段包括至少一个喷头、激冷环和多个洗涤塔盘，其中容器、所述浸渍管和所述第一出口管段轴向且切向地相对于所述第二出口管段能够移动。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激冷室包括内部的第一壁和外部的第二壁，所述方法还包括将多个喷头联接到所述第一壁和所述第二壁的每一个的至少一个表面的表面上，使得所述多个喷头的各个喷头彼此隔开距离。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将至少一个折流板联接到所述激冷室上，其中所述至少一个折流板构造成引导合成气穿过多个喷水。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将收敛的圆锥体联接到所述激冷室上；
将发散的圆锥体联接到所述收敛的圆锥体上；和
将多个喷头联接到所述收敛的圆锥体和所述发散的圆锥体上。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将导流管直接联接到定位于所述导流管上面的容器的底部，使得所述激冷室被有效地分成中心下流通道和环形上流通道，其中所述下流通道和所述上流通道设置在所述水池以上一定的距离处；
将多个穿孔的洗涤塔盘联接到所述导流管的外表面上，其中所述多个洗涤塔盘定向成引导合成气穿过多个瀑布；和
将多个喷头联接到所述导流管的内表面、所述导流管的外表面和所述激冷室的侧壁上，其中所述多个喷头的各个喷头定位成利于保持所述多个洗涤塔盘的各个塔盘中的水位。
11.一种喷洒激冷装置包括：
腔室；
联接在所述腔室上的至少一个喷洒装置；
联接在所述腔室上的至少一个布水装置，用于跨越所述腔室的内表面提供一层液体；
至少一个空心圆柱体，其包括第一端和相对的第二端，所述第一端联接在所述腔室上，使得所述第一端中的开口使合成气能够通过所述空心圆柱体离开所述腔室；和
至少一个喷头，其联接在所述空心圆柱体的所述第二端上，用于提供填充所述空心圆柱体的喷水以及跨越所述空心圆柱体的内表面的水膜，其中所述喷水和所述水膜的水排入定位于所述腔室底部的水池中。
12.根据权利要求11所述的喷洒激冷装置，其特征在于，所述喷洒激冷装置还包括联接在所述腔室上的喷水环，所述喷水环包括多个喷嘴。
13.根据权利要求11所述的喷洒激冷装置，其特征在于，所述喷洒激冷装置还包括联接在所述至少一个空心圆柱体上的合成气收集管。
14.根据权利要求11所述的喷洒激冷装置，其特征在于，所述喷洒激冷装置还包括浸渍管，所述浸渍管具有与联接在所述腔室的顶部的容器的底部处的开口所限定的直径大致相等的直径，其中所述至少一个空心圆柱体向内延伸，从而联接到所述浸渍管上，使得所述腔室的内表面有效地径向向内移动。
15.根据权利要求11所述的喷洒激冷装置，其特征在于，所述喷洒激冷装置还包括连接管，所述连接管在第一下端处联接到所述空心圆柱体的第二端上，并在第二上端处联接到洗涤器容器上，所述洗涤器容器包括多个合成气-水接触塔盘，其中所述连接管包括至少一个喷头，所述喷头保持跨越所述连接管的内表面的水膜。
16.根据权利要求11所述的喷洒激冷装置，其特征在于，所述喷洒激冷装置还包括浸渍管，所述浸渍管联接在定位于所述浸渍管上面的容器的底部上，使得所述腔室的内表面有效地径向向内移动，其中所述至少一个空心圆柱体还包括：
联接在所述腔室上的第一段，其中所述第一段包括至少一个喷头，所述喷头构造成向所述第一段提供喷水，并且提供跨越所述第一段的内表面的水膜；
插入到所述第一段中的第二段，使得所述腔室和所述第一段相对于所述第二段能够独立地移动，其中所述第二段包括喷头、激冷环和唇缘，所述唇缘构造成在所述第二段和所述第一段之间形成密封；和
第三段，其包括至少一个喷头、激冷环和多个洗涤塔盘，其中所述第三段联接在所述第二段上。
17.根据权利要求11所述的喷洒激冷装置，其特征在于，所述喷洒激冷装置还包括：
联接在所述腔室上的第一壁；
联接在所述腔室上的第二壁；和
多个喷头，其联接在所述第一壁和所述第二壁的每一个的至少一个表面上，使得各个所述喷头彼此隔开距离。
18.根据权利要求11所述的喷洒激冷装置，其特征在于，所述喷洒激冷装置还包括联接在所述腔室上的至少一个折流板，所述折流板构造成引导合成气穿过多个喷水和多个瀑布的至少其中一个。
19.根据权利要求11所述的喷洒激冷装置，其特征在于，所述喷洒激冷装置还包括：
联接在所述腔室的顶部上的收敛的圆锥体；
联接在所述收敛的圆锥体的底部上发散的圆锥体，从而限定了喉部区域；和
多个喷头，其联接在所述收敛的圆锥体和所述发散的圆锥体上。
20.根据权利要求11所述的喷洒激冷装置，其特征在于，所述喷洒激冷装置还包括：
导流管，其限定了中心下流通道和位于所述导流管和所述腔室之间的环形上流通道；
联接到所述导流管上的多个穿孔的洗涤塔盘，其中所述多个洗涤塔盘定向成引导合成气穿过多个瀑布；和
多个喷头，其联接在所述导流管和所述腔室的侧壁上，其中所述多个喷头的各个喷头定位成利于保持所述多个洗涤塔盘的各个塔盘中的水位，并且利于用喷水填充由所述导流管和所述侧壁限定的环形间隙。
21.一种气化器包括：
反应室；和
喷洒激冷室，其联接到所述反应室的底部上，其中所述喷洒激冷室包括：
至少一个布水装置，其用于跨越所述喷洒激冷室的内表面分布基本连续的薄膜；
至少一个喷水排出装置，其用于将水喷洒到所述喷洒激冷室中；
至少一个出口管，其包括第一端和相对的第二端，其中所述第一端联接在所述喷洒激冷室的侧壁上；和
至少一个喷头，其联接在所述至少一个出口管的所述第二端上，其中所述至少一个喷头将水喷洒到所述至少一个出口管中，并保持跨越所述至少一个出口管的内表面的水膜，并且其中所述喷水和所述水膜的水排入到位于所述喷洒激冷室底部的水池中。
22.根据权利要求21所述的气化器，其特征在于，所述气化器还包括联接在所述喷洒激冷室上的喷水环，其中所述喷水环包括多个喷头。
23.根据权利要求21所述的气化器，其特征在于，所述气化器还包括联接到所述至少一个出口管上的合成气收集管。
24.根据权利要求21所述的气化器，其特征在于，所述气化器还包括浸渍管，所述浸渍管具有与所述反应室底部的开口的直径大致相等的直径，其中所述至少一个出口管联接在所述浸渍管上，使得所述喷洒激冷室的所述内表面有效地径向向内移动。
25.根据权利要求21所述的气化器，其特征在于，所述气化器还包括连接管，所述连接管在第一下端处联接到所述出口管的第二端上，并在第二上端处联接到洗涤器容器上，所述洗涤器容器包括多个合成气-水接触塔盘，其中所述连接管包括至少一个喷头，所述喷头保持跨越所述连接管的内表面的水膜。
26.根据权利要求21所述的气化器，其特征在于，所述气化器还包括联接在所述反应室底部的浸渍管，使得所述喷洒激冷室的内表面有效地径向向内移动，其中所述至少一个出口管还包括：
联接在所述喷洒激冷室上的第一段，其中所述第一段包括至少一个喷头，所述喷头构造成向所述第一段提供喷水，并且提供跨越所述第一段的内表面的水膜；
插入到所述第一段中的第二段，其中所述第二段包括至少一个喷头、激冷环和唇缘，所述唇缘构造成在所述第二段和所述第一段之间形成水封；和
第三段，其包括至少一个喷头、激冷环和多个洗涤塔盘，其中所述第三段联接在所述第二段上。
27.根据权利要求21所述的气化器，其特征在于，所述气化器还包括：
联接在所述喷洒激冷室上的第一壁；
联接在所述喷洒激冷室上的第二壁；和
多个喷头，其联接在所述第一壁和所述第二壁的每一个的至少一个表面上，使得各个所述喷头彼此隔开距离。
28.根据权利要求21所述的气化器，其特征在于，所述气化器还包括联接在所述喷洒激冷室上的至少一个折流板，所述折流板构造成引导合成气穿过多个喷头和多个瀑布的至少其中一个。
29.根据权利要求21所述的气化器，其特征在于，所述气化器还包括：
联接在所述喷洒激冷室上的收敛的圆锥体；
联接在所述收敛的圆锥体的底部上的发散的圆锥体，其中所述收敛的圆锥体和所述发散的圆锥体限定了喉部区域；和
多个喷头，其联接在所述收敛的圆锥体和所述发散的圆锥体上。
30.根据权利要求21所述的气化器，其特征在于，所述气化器还包括：
导流管，其限定了中心下流通道和位于所述导流管和所述喷洒激冷室之间的环形上流通道；
联接到所述导流管上的多个穿孔的洗涤塔盘，其中所述多个洗涤塔盘定向成引导合成气穿过多个瀑布；和
多个喷头，其联接到所述导流管的内表面、所述导流管的外表面和所述喷洒激冷室的侧壁上，其中所述多个喷头的各个喷头定位成利于保持所述多个洗涤塔盘的各个塔盘中的水位。
31.根据权利要求21所述的气化器，其特征在于，所述气化器还包括定位在所述反应室和所述喷洒激冷室之间的辐射式合成气冷却器，其中所述辐射式合成气冷却器联接在所述反应室的底部和所述喷洒激冷室的顶部上。
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