CN1950486B - 气化器 - Google Patents
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Abstract
一种构成加套气化器的内部热衬里或夹套的方法，该加套气化器包括具有开口的外壳，该开口能够接近气化器的内部，该方法包括通过开口将夹套壁弓形体(40)插入气化器内部，各夹套壁弓形体(40)包括：细长的夹套板(42)，该夹套板有环形表面(44)；以及多个横向延伸纵向间开的增强件结构(46)，这些增强件结构竖立在该环形表面(44)上。使夹套壁弓形体(40)并排布置，从而在相邻夹套板之间留下孔或空间。通过在所述相邻间开的夹套壁弓形体之间的孔或空间来将相邻间开的夹套壁弓形体的增强件结构(46)焊接在一起，并用窗口板(58)关闭孔或空间。
Description
技术领域
本发明涉及气化器。特别是，本发明涉及一种加套气化器以及一种构成加套气化器的内部热衬里的方法。
背景技术
固定床气化器(例如固定床干底气化器)已为公知，如移动床气化器或移动床干灰气化器。
固定床加套气化器(例如Sasol-Lurgi固定床干底气化器)在商业上用于气化含碳材料例如煤，以便产生粗合成气。这样的加套气化器包括外壳或压力容器以及内部热衬里或夹套，在它们之间形成了环形或夹套空间。在使用时，锅炉供水通过热虹吸作用而流过在加套和外壳之间的环形通路或空间或空腔，从而产生饱和蒸汽，因为通过在气化器内部产生的气化处理而产生的热量将通过夹套进行传热。内部热衬里或夹套受到由于外部压力(在使用时，在环形通路或夹套空间中的压力通常高于气化器工作压力)而引起的负载和应力、残余安装应力、热疲劳、热膨胀、缸料(clinker)变形和局部热点。因此，外壳通常比夹套更耐久，且需要经常更换夹套，或者至少更换在顶端部件和底端部件之间的柱形壁。通常，环形通路或夹套空间不能从气化器外部进入，即只能从气化器内部焊接夹套部件。本发明提供了一种构成加套气化器的内部热衬里的方法，该方法能够用于更换加套气化器的夹套或者夹套的一部分。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种构成加套气化器的内部热衬里或夹套的方法，该加套气化器包括具有开口的外壳或压力容器，该开口使加套能够进入气化器的内部，该方法包括：
通过开口将夹套壁弓形体插入气化器内部，各夹套壁弓形体包括：细长的夹套板，该夹套板有环形表面；以及多个横向延伸纵向间开的增强件结构，这些增强件结构竖立在该环形表面上；
将夹套壁弓形体并排布置，从而在相邻夹套板之间留下孔或空间；
通过在所述相邻间开的夹套壁弓形体之间的孔或空间来将相邻间开的夹套壁弓形体的增强件结构焊接在一起；
用窗口板关闭孔或空间，并将相邻间开的夹套板的纵向延伸边缘焊接在插入的窗口板上，以便形成柱形夹套壁的一部分；以及
将夹套壁焊接在顶端和底端夹套部件上。
优选是，夹套板的厚度小于25mm，更优选是小于18mm，最优选是小于15mm，例如大约12mm。优选是，夹套板越薄，夹套板在使用时受到的热应力越小，但是夹套板必须足够厚，以便使形成的夹套壁能够承受加到该壁的压力差。当使用横向延伸纵向间开的增强件结构时，本发明人惊讶地发现能够使用13mm或12mm薄的夹套板，相反，普通夹套板为32mm或25mm厚。
所述环形表面通常为凸形弯曲，且增强件结构通常为部分环形，包括在夹套板的环形表面上的径向凸缘和与该径向凸缘垂直布置的端部凸缘，即与夹套板的弯曲环形表面同心并对着该弯曲环形表面。
径向凸缘可以形成孔，以便使流过环形通路或夹套空间的冷却剂能够通过径向凸缘。
优选是，各径向凸缘的至少25％为空的，更优选是至少35％，最优选是至少40％，例如50％。
增强件结构可以通过完全熔透焊接而焊接在一起，并可以在没有支承条的情况下焊接在一起。
将相邻间开夹套板的纵向延伸边缘焊接在插入的窗口板上可以在没有支承条的情况下进行。换句话说，所有的垂直焊接可以在没有支承条的情况下进行，因此与本发明人知道的普通方法相比将有利地减少纵向缝焊。
各夹套壁弓形体可以包括顶部和底部过渡板或部分，以便于将夹套壁焊接在顶端和底端夹套部件上。这些过渡板或部分通常比夹套板厚，顶端和底端夹套部件也是这样，例如为32mm或40mm。过渡板或部分可以比夹套板宽一些。
本发明扩展至具有内部热衬里或夹套的加套气化器，该内部热衬里或夹套根据前述方法构成，并包括夹套壁弓形体，该夹套壁弓形体焊接在插入的窗口板上，且该内部热衬里或夹套包括相邻增强件结构弓形体，它们连接在一起以便形成在夹套空间内部的增强件结构。
根据本发明另一方面，提供了一种加套气化器，该加套气化器包括：
外壳或压力容器和内部热衬里或夹套，该内部热衬里或夹套确定了气化区域，用于冷却剂的环形通路或夹套空间确定于外壳和夹套之间；以及
周向延伸垂直间开的增强件结构，该增强件结构安装在夹套上，并在环形通路或夹套空间中。
气化器可以是固定床气化器，因此可以包括与气化区域连通的含碳材料进口、灰烬出口、粗合成气出口和气化剂进口。气化器还可以包括在灰烬出口上面的可旋转炉篦。
通常，冷却剂是锅炉供水，同时气化器在使用时在环形通路或夹套空间中产生饱和蒸汽。因此，气化器通常包括与环形通路或夹套空间连通的锅炉供水进口和蒸气出口。
内部热衬里或夹套可以包括柱形夹套壁，该柱形夹套壁包括夹套壁弓形体和端部夹套部件，如前所述。夹套的最小厚度可以小于25mm，更优选是小于18mm，最优选是小于15mm，例如大约12mm或13mm。
增强件结构可以如前所述。
附图说明
下面将通过实例参考附图介绍本发明，附图中：
图1表示了加套固定床气化器的示意垂直剖视图，其中为了清楚而局部省略；
图2表示了加套固定床气化器的典型温度覆盖区；
图3表示了用于本发明方法中的夹套壁管形体和窗口板的三维视图，以便构成加套气化器的内部热衬里；
图4表示了图3的夹套壁弓形体的俯视图，其中为了清楚而省略了顶部过渡板，该夹套壁弓形体装配在下一个类似的夹套壁弓形体上；以及
图5表示了沿图4中的线V-V穿过图3的夹套壁弓形体的纵剖图。
具体实施方式
参考图1，参考标号10总体表示增压固定床干底加套气化器，其中为了清楚而省略了多个部件。气化器10包括外壳或压力容器12以及位于该外壳12内部的内部热衬里或夹套14。在外壳12和夹套14之间形成环形通路或夹套空间16。夹套14确定了气化区域18，煤能够在该气化区域18中气化。煤进口20和灰烬出口22用于将煤供给气化区域18中和用于从气化区域18中除去灰烬。通常，煤通过煤闸门(未示出)来供给，灰烬通过可旋转炉篦(在图1中未示出，但是在图2中表示为19，图2也表示了煤分配器21)和灰烬闸门(未示出)来除去。
夹套14包括顶端夹套部件24、底端夹套部件26以及在顶端夹套部件24和底端夹套部件26之间垂直延伸的圆柱形夹套壁28。为了清楚，在图1中，柱形夹套壁28以粗实线表示。底端夹套部件26确定了底部肘节30，而顶端夹套部件24确定了顶部肘节32。
在使用中，粗煤通过煤闸门或闸门料斗(未示出)供给至气化区域18中，且蒸汽和氧(气化剂)沿蒸汽和氧供给管线(未示出)供给，且通常通过可旋转炉篦来分配。需要氧来燃烧一些煤，以便供给用于吸热气化反应的能量。在煤的气化过程中，由于通过夹套壁28传递的热量，在夹套空间16中产生蒸汽。该蒸汽通过在顶部肘节32上面位置处的蒸汽出口(未示出)而从夹套空间16中除去。并没有转变成蒸汽的水转送至位于顶部肘节32上面的堰区域中。这样转送的水再通过三个3英寸下导管(未示出)而送回气化器的底部，并重新进入在底部肘节30和外壳12之间的夹套空间16中。转变成蒸汽(并从系统除去)的水由在各下导管顶部处添加的锅炉供水来代替。锅炉供水处于大约105℃温度。重新循环水和锅炉供水的混合物进入气化器的温度为215℃。该混合物通过热虹吸作用而向上流过夹套空间16，并加热至大约235℃，从而产生大约2970kPa压力的饱和蒸汽。通常，产生的一部分蒸汽返回气化器10作为气化剂。
在气化区域18中，从顶部至底部可以分成不同反应区域，即释放水汽的干燥区域、发生热解反应的脱挥发分区域、主要发生吸热反应的还原区域、放热氧化或燃烧区域、以及在气化区域18底部的灰烬床。由于逆流工作模式，热灰烬与冷的引入反应剂(例如蒸汽和氧或空气)进行换热，同时热的粗合成气与冷的引入煤进行换热。这使得灰烬和煤成气分别以比其它类型气化器相对更低的温度而留在气化区域中，这提高了热效率，并降低了气化器的蒸汽和氧消耗。
当煤经过气化区域18中的不同反应区域时(首先作为煤床，然后作为灰烬床)，气化器10的温度分布变化。参考图2，图中表示了典型的气化器温度覆盖区。在区域64中(煤分配器21内部)，温度小于200℃。在区域66和68中，温度分别在大约200℃和400℃之间以及400℃和600℃之间变化。在区域70中，温度在大约600℃和800℃之间。在区域72中，温度在大约800℃和1000℃之间，而在区域74中，温度大于1000℃。参考标号76表示灰烬床。
区域74表示火床。如图2清楚所示，火床具有变化的厚度或深度，并有大致W形外形。气化区域18的周围区域通常不稳定，且对于炉篦速度、气化剂流量和气化剂比率的变化非常敏感。相反，气化区域18的中心区域通常认为是相对稳定区域，从而在气化器10达到平衡后保持它的位置(如图所示)。该区域对于炉篦速度、气化剂流量和气化剂比率的变化并不敏感。
由在气化区域18的底侧右手边部分中的区域70表示的600℃至800℃热点在灰烬床76中随机出现。人们认为该热点是由于煤在火床区域74中没有完全反应，然后它通过与氧接触在灰烬床76中的随机位置处反应。
火床74的温度为大约1400℃至1450℃，这取决于灰烬熔融温度和在气化剂供给时的蒸汽比例。火床高度估计为最大0.5m的厚度或深度，且在典型局部沟道条件下进行波动。粗合成气在大约450℃和550℃之间脱离煤床，而灰烬在大约300℃和380℃之间的温度下留在气化器10中。
气化器10通常在大约2900kPa的工作压力下工作。因此，横过夹套14的压力差为大约70kPa。夹套14的材料暴露在如图2所示的区域温度中。不过，夹套14的实际金属温度不仅由气化区域18内部的温度来确定，而且由在夹套空间16中的沸水的冷却效果来确定。尽管发明人了解金属温度受高热流密度和冷却系统限制，且实际热电偶测量值显示峰值金属温度有时超过750℃，但通常实际金属温度在大约200℃和400℃之间变化。
应当知道，由于气化区域18内部的变化温度覆盖区、外部压力、残余安装应力、热疲劳等，夹套14受到负载和应力。因此，夹套14(特别是柱形夹套壁28)经过一段时间后将弯曲和褶皱，且需要不时更换夹套14，至少更换柱形夹套壁28。进入气化器10内部(即气化区域18)能够通过煤进口20来实现。因此，能够从气化区域18内部对夹套14进行焊接和其它工作。不过，当夹套14受到外壳12保护时，实际上不能从气化器10外部对夹套14进行处理。
夹套壁28通常包括多个细长的垂直延伸壁弓形体，且能够通过更换该夹套壁弓形体来更换柱形夹套壁28，从而延长气化器10的使用寿命。根据本发明，夹套壁弓形体由夹套壁弓形体40代替，如图3中所示。各夹套壁弓形体40包括细长弯曲夹套板42，该细长弯曲夹套板42有凸形弯曲环形表面44，8个横向延伸且纵向间开的T形增强件结构46焊接在该凸形弯曲环形表面44上。增强件结构46竖立在环形表面44上。各夹套壁弓形体40还包括焊接在夹套板42端部上的顶部过渡板48和底部过渡板50。
夹套板42的厚度为大约12mm。顶部过渡板48的厚度从它焊接在夹套板42上的位置逐渐增加，直至达到大约32mm厚度。底部过渡板50的厚度从它焊接在夹套板42上的位置逐渐增加，直至达到大约40mm厚度。因此，顶部过渡板48的材料厚度与顶端夹套部件24相同，底部过渡板50的材料厚度与底端夹套部件26相同。顶部和底部过渡板48、50比夹套板42更宽，因此当在正视图或后视图中看时，夹套板42以及顶部和底部过渡板48、50确定为I形。
各增强件结构46包括：部分环形径向凸缘52，该部分环形径向凸缘52焊接在夹套板42的环形表面44上；以及端部凸缘54，该端部凸缘54布置为与径向凸缘52成直角，并焊接在径向凸缘52上。多个孔或狭槽53布置在径向凸缘52中，这样，径向凸缘52的大约50％为空的。增强件结构46的端部与顶部和底部过渡板48、50的侧面对齐。因此，当两个夹套壁弓形体40布置成彼此相邻时，相邻夹套壁弓形体40的顶部过渡板48、底部过渡板50和增强件结构46进行接触，但是在相邻夹套板42之间形成有孔或窗口。在图4中，该孔或窗口由参考标号56表示。应当知道，这样可以通过孔56来接近增强件结构46，且在气化区域18内部工作的人能够通过孔56来将相邻夹套壁弓形体40的增强件结构46焊接在一起。通常，完全熔透焊接用于将相邻夹套壁弓形体40的增强件结构46焊接在一起，而不使用任何支承条。
一旦将相邻夹套壁弓形体40的所有增强件结构46焊接在一起，孔56就通过如图3中所示的窗口板58来关闭。通常，窗口板58的宽度为大约135mm。相邻间开夹套板42的纵向延伸边缘焊接在窗口板58的纵向延伸边缘上，且相邻夹套壁弓形体40的顶部和底部过渡板48、50焊接在一起，从而形成柱形夹套壁28。通常，将相邻间开夹套板42的纵向延伸边缘焊接在插入的窗口板58上在没有支承条的情况下进行。所有夹套壁弓形体40的顶部和底部过渡板48、50分别焊接在顶端夹套部件24和底端夹套部件26上，以便完成夹套14。通常，该焊接包括支承条。然后磨光所有焊缝，再对磨光后的气化器10进行压力测试。
如图所示，本发明的构成方法能够有效使用更薄的夹套板42，同时还生成具有足够强度的夹套14，以便防止在夹套14的设计工作压力差作用下弯曲。锅炉供水循环并不会由于径向凸缘52中的孔53而受到不利影响。通过夹套14的热流增加。本发明的方法显著减少了现场焊接要求，相应降低了残余应力，且没有现场的圆变形。增强件结构46不会在夹套空间16内引入任何死区，且不会在径向凸缘52的孔53周围静态积累蒸汽。与本发明人知道的普通夹套构成方法相比，纵向缝焊减少了55％，从而改善了磨光时间。
Claims (17)
1.一种构成加套气化器的内部热衬里或夹套的方法，该加套气化器包括具有开口的外壳或压力容器，该开口使得夹套能够进入气化器的内部，该方法包括：
通过开口将夹套壁弓形体插入气化器内部，各夹套壁弓形体包括：细长的夹套板，该夹套板有环形表面；以及多个横向延伸纵向间开的增强件结构，这些增强件结构竖立在该环形表面上；
将夹套壁弓形体并排布置，从而在相邻夹套板之间留下孔或空间；
通过在所述相邻间开的夹套壁弓形体之间的孔或空间来将相邻间开的夹套壁弓形体的增强件结构焊接在一起；
用窗口板关闭孔或空间，并将相邻间开的夹套板的纵向延伸边缘焊接在插入的窗口板上，以便形成柱形夹套壁的一部分；以及
将夹套壁焊接在顶端和底端夹套部件上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：夹套板的厚度小于25mm。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：夹套板的厚度小于18mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：所述环形表面为凸形弯曲，且增强件结构为部分环形，其包括在夹套板的环形表面上的径向凸缘和与该径向凸缘垂直布置的端部凸缘，即与夹套板的弯曲环形表面同心并对着该弯曲环形表面。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：径向凸缘形成孔，以便使流过环形通路或夹套空间的冷却剂能够通过该径向凸缘。
6.根据权利要求5所述的方法，其中：各径向凸缘的至少25％为空的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中：增强件结构在没有支承条的情况下通过完全熔透焊接而焊接在一起。
8.根据权利要求1所述的方法，其中：将相邻间开夹套板的纵向延伸边缘焊接在插入的窗口板上将在没有支承条的情况下进行。
9.根据权利要求1所述的方法，其中：气化器是固定床气化器。
10.一种具有内部热衬里或夹套的加套气化器，该内部热衬里或夹套根据权利要求1至9中任意一个所述的方法构成，并包括夹套壁弓形体，该夹套壁弓形体焊接在插入的窗口板上，且该内部热衬里或夹套包括相邻增强件结构弓形体，它们连接在一起以便形成在夹套空间内部的增强件结构。
11.一种加套气化器，包括：
外壳或压力容器和内部热衬里或夹套，该内部热衬里或夹套形成了气化区域，用于冷却剂的环形通路或夹套空间在外壳和夹套之间；夹套包括柱形夹套壁，该柱形夹套壁包括夹套壁弓形体，该夹套壁弓形体焊接在插入的窗口板上；以及
周向延伸垂直间开的增强件结构，该增强件结构安装在夹套上，并在环形通路或夹套空间中。
12.根据权利要求11所述的气化器，其中：该柱形夹套壁包括端部夹套部件，且夹套壁的最小厚度小于25mm。
13.根据权利要求11所述的气化器，其中：增强件结构为环形，包括在夹套的柱形表面上的径向凸缘和与该径向凸缘垂直布置的端部凸缘，即与夹套板的柱形表面同心并对着该柱形表面。
14.根据权利要求13所述的气化器，其中：径向凸缘形成孔，以便使流过夹套空间的冷却剂能够通过该径向凸缘。
15.根据权利要求14所述的气化器，其中：各径向凸缘的至少25％为空的。
16.根据权利要求15所述的气化器，其中：各径向凸缘的至少35％为空的。
17.根据权利要求11所述的气化器，是固定床气化器。
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