CN88101247A - 用于在高压环境下工作的气化器燃烧器冷却系统 - Google Patents

Abstract

在高温高压气氛中，如在燃料燃烧气化器中工作的燃烧器需要高度冷却，如水通过燃烧器的循环。在正常冷却系统发生物理破裂或损坏时，提供有向系统引入高压冷却剂的装置。引入的高压冷却剂充满系统，冷却蛇管的上游和下游，以使燃烧器的操作逐渐中断，而不造成大的损坏。它还能进一步避免气体从高压气体器中回流。不然的话，气体会被排出，通过冷却系统回流，并放入大气，从而造成危险而有害的环境。

Description

以下所提及的燃烧器类型常用于其中的合成气体靠在较高压力使化石燃料部分氧化制成的气化器装置。在约350psi和1200psi之间的气化器工作压力一般维持在1700°F到3100°F之间的温度。所以，置于气化器燃烧室中的燃烧器要承受苛刻的工作条件。

这样的气化系统的一个实施方案包括一个具有一个煤或焦炭燃料混合物或稀浆被注入其中的燃烧室的气化器。注入部件包括一个接收并混合细粒燃料流和一氧化气体。混合物随后被加压注入燃烧室以克服后者中产生的高压。

燃烧器的一部分伸入气化器燃烧室，若不向它提供适当的冷却，它将很快被损坏，甚至不能工作。

所以习惯上向气化器燃烧器提供保护燃烧器外面露出的表面的冷却系统。满足这一要求的一个冷却系统应包括一系列环绕并接触燃烧器下部或排出部分的蛇管。冷却剂，最好是水，在足够压力下以足够速度在这个蛇管中环流，以使燃烧器末端维持在适当的工作温度。

实现了合适的冷却后，燃烧器的功能就不会受到有害影响，也不会遭到热损坏。

冷却蛇管通常由钢制成，并且与燃烧器处表面密合。这些冷却蛇管与一加压的冷却剂源相通。所以，可调节通过冷却系统的水流，以维持所需的燃烧器末端温度。

因为冷却系统必须置于气化器燃烧室内，蛇管的任何损坏如针孔，裂缝或破损，都会漏水到气化器燃烧室中。

在这种情况下，除非气化器立即停止工作，燃烧器，甚至气化器有可能被损坏以致不能使用。

冷却系统常见的损坏会包括冷却蛇管内的，或绕燃烧器的露于热燃烧气体的表面的一条微细裂纹。然而损坏也可包括蛇管或燃烧器上大的破损或断裂。一种情况下，冷却水会以较小速度渗入气化器中，影响不大。因而破损不易被探测到。但是在较大破损出现的地方，就会有大量水漏入气化器。

在任何情况下都希望水温及水位由冷却系统的流动被经常控制。如果要即时探测任何形式的破损或漏水，这样的功能是必须的。

如果在破损发生后立刻采取补充步骤，可有控制地停止气化器的操作，保护燃烧器不受严重损坏。然而在一定情况下，可能探测不到局部冷却剂流的中断。所以燃烧器操作将继续，气化器也将继续工作，直到冷却剂泄漏变得如此严重以致产生过度损坏。

本公开方案中，提供有一个独特的燃烧器冷却系统，它能在两种状态或模式下工作。在第一种状态下，一股高压水流径由冷却系统环流到燃烧器末端。同时，通过对冷却剂流与在气化器外的一常压点之间的压力差作连续探测来控制冷却剂流的条件。

当通过对系统的控制得知冷却系统中有破损出现时，可选择开动系统的第二状态或模式。它的功能是将第二高压水源的水注入冷却系统。这一步骤可预防高压气体从气化器燃烧器，通过冷却系统管道的回流。

所以本发明的一个目的就是提供一个实现故障自动保险操作的燃烧器冷却系统。

本发明的另一个目的是提供这样一个在高压气化器装置中的燃烧器冷却装置，它可被自动开动，以调节冷却水流，以在冷却系统出现裂纹而泄漏时，避免燃烧器损坏。

本发明的另一目的是提供一个用于在高压气体中工作的燃烧器的冷却系统，这样的系统包括一第一状态，它一般在足多高的压力及流速干起冷却燃烧器的作用，以及一个第二或应急状态，它可被自动开动以补充第一状态冷却液体流，从而避免气体从气化器漏到大气中。

如权利要求1中所述，本发明提供了一个多状态冷却系统。

在附图中：

图1是实现本发明的一个燃烧器冷却系统的示意图。

图2是所讨论的燃烧器的横截面的正视图。

图3是其中采用燃烧器的气化过程的示意图。

参照图3，这里显示了一种能通过一煤的气化过程产生适用的合成气体的装置的一个典型的实施方案。这一系统主要包括一竖直放置的气化器10。后者包括一个反应或燃烧室11，燃料混合物由水冷燃烧器加压引入燃烧室11并被部分氧化。这种可燃的燃料混合物一般包括气体，液体，或固体，如粉末状煤或焦炭，连同氧化剂流体如空气，氧气或其混合物，和减速剂如蒸汽，水，或再循环气体。

由于燃料混合物的燃烧一般在高温高压条件下，通常在1700°F到3100°F之间，沿燃烧室内壁有一耐火材料衬里。

燃烧室11的下端与气化器10的中间浸入管13相通，通过它，产生出来的携带灰粒的气体被打旋并与淬火水接触。位于室11之下的淬火室有一池冷却水。后者一般接纳火渣或灰粒形式的较重的部分燃烧的固体成分。

如图所示，淬火室14位于气化器的耐压壳内，并进一步包括至少一个使水经由其中进入的喷嘴或注入器。水用来冷却粗合成气并在所述室中维持冷却剂池液面在一定高度。

这里公开的气化装置的上游段包括一个气体氧化剂源16，气体氧化剂经线路18在燃烧器12与燃料流混合。燃料可以是若干碳氢类燃料中的任何一种，如气体燃料，液体燃料或固体燃料如稀浆状的煤或焦炭。

与淬火室14相通的导管15传输产生出来的混有气化过程带来的少量细灰的气流。这一气流被输送到洗涤器20，以使灰尘与气体分开，后者作为粗合成气产品通过管道9传送。

来自源17的燃料混合物被从燃烧器12的末端传输到燃烧室11。

在一个实施方案中，如图2所示，燃烧器12包括若干同心布置的管状构件，它们在相互之间形成一系列环形通路。在一较为简单的实施方案中，燃烧器主要包括一个中央管状构件21，它在下端收颈颈，并与加压氧气源16相通。氧气流沿所述构件21传输，并从燃烧器喷出端22，经由混合室23输送到燃烧室11。

一个第二或外管状构件24与内管状构件21同心固接，并沿其长度方向延伸。在下端的颈收段形成一内锥削的环状排出口19。

外构件24构成一环形通道26，为了现在的目标的燃料和燃料稀浆经由管道25被泵入通道26，燃料随后沿环状通道26纵向流动，在喷嘴19排出。在那里，它将与从22排出的助燃气流混合。

如图所示，燃烧器12以可拆卸方式布置布气化器10的一壁内。燃烧器一般包括一法兰31或类似的装配件，它与在气化器10的壳顶上相应的装配件咬合。燃烧器12的下端应在气化器燃烧室中至少悬出其长度的一部分。

燃烧器12的下端装有冷却组件27，它的一种形式可包括一系列蛇管，一根总管，或能导引冷却媒质流如水流的类似结构，冷却组件27，以下称作冷却蛇管，置于燃烧器排出端19的下端的外部，最好与后者的外部接触，并向保护燃烧器末端的冷却管道32供水。

各个蛇管截面都包括一连续部件，可以被紧固，或仅以附着燃烧器的一壁的方式放置。如此处所示，冷却蛇管27的输入端29与一般称为冷却系统28的加压水源相通。

加压水进入蛇管27时，其温度最好为100°F左右。所述蛇管的出口同样与冷却系统28相通;与牵者的连接最好先通过一热交换器（未标）。所以，水温在水经由燃烧器冷却系统循环之前就从约125°F被降低。

正如这里所示的，冷却蛇管27和燃烧器末端在燃烧室11内受到由外界温度和冷却水流内压带来的极苛刻的环境条件的影响。所以会出现这样的情况，蛇管27，或受冷却的燃烧器末端产生小裂纹。它甚至会破裂到这种程度，其上至少有一部分产生较大破损。出现这种情况时，水的大部分可能仍沿蛇管27循环，但少部分水会顺裂纹渗漏到燃烧室11中。

用许多方法，如放置热电偶测量冷却水回路下游某点的温度，能检测这种渗漏的情况。所以，当所述温度升高时，则表明正常水流受到冷却蛇管27和/或冷却管道32的渗漏或其它故障的阻碍。

这里的22态供水系统28是为了克服或排除因冷却蛇管27或冷却管道32上的缺陷可能引起的燃烧器12的损坏而提供的。这个系统能自动并有选择地将燃烧器冷却蛇管27与多个冷却水源相通。

如图1所示，冷却系统28包括一个储存加压冷却水的水箱或水池36。水箱36经由一适当的水位控制器与水源51相通，水位控制器包括用以连续探测水箱内水面高低，和操纵控制装置补充或调节来自水源51或一代换加压源的供水的装置。水箱36可进一步通过管道38和调节水箱内水压的控制阀39与加压气源37相通。

水箱36下端经由管道41与固定速率循环泵42的入口相通。泵的出口经由脉动缓冲器35和管道43与遥动水流块阀44相通，阀44在紧急情况下会中断来自泵42的水流。阀44又经由管道49与冷却蛇管27的入口29相通。

冷却蛇管27的出口33经管线46把加热水送入压力控制阀47。后者的作用受到自动遥控以调节循环冷却系统内的回压。阀47的下游侧通过管线48与热交换器34的入口相连通。该热交换器的出口与罐36相连通以完成初级冷却回路或第一冷却级。

在无渗漏或裂纹的情况下，系统将在第一冷却状式或模式下工作。来自水箱36的水将以一预定速率通过泵42。所以，通过蛇管27的冷却剂流将适于把燃烧器温度维持在一安全的工作状态。

在泵42出现故障时，可采用替代加压水源51，通过管道51供冷却水。当泵42或其部件不能正常供水时水流探测器59探测到低水流，阀44将关闭，阀53打开以启动代换水源51提供冷却水。这个代换水源也可由手动开关73启动。

变热的水流从冷却蛇管出口33排到压力控制阀47。后者能遥控，自动调节以根据气化器压力控制冷却系统内的压力。可注意到阀47的下游侧与热交换器34的入口相通，热交换器34的出口与水箱36相通，排出水以供循环。

压差探测器63被初始设定以在下游压力探测器72和气化器外面一点之间维持所希望的压力差。例如，在冷却剂流与接收来自气化器的高压合成气洗涤器9的头之间建立125psi左右的压差。

当冷却系统中，尤其是蛇管27上出现缺陷时，相应若干因素的任何一个，系统的第二状态会自动开动。这些因素包括下游冷却水的温升或压差的变化，可以看到，辅助的或第二状态冷却回路主要包括第二加压水源51，它的压力超过下游泵42的水压。

所述第二水源51可以起源于压力为1450psi，温度为250°F的锅炉回水，或其它类似源。增压后的水通过管道52输送到遥动块阀58。后者又与管道64和65相通，以实现一个由限流孔68和69的预设尺寸决定的分流。由限流孔69决定的水流通过止回阀66，67。进入位于块阀53下游的止回阀54。块阀53在第二状态冷却回路中处于关闭位置。块阀44在第二状态期间也关闭，以保证所有水流都流向冷却蛇管27。

所以，在紧急模式下，第二水流引入管道49并在源51的高压下直接输送到冷却蛇管27的入口。高压水通过止回阀57和54，以进入管道46并向冷却蛇管出口加同样高的压力。

操作上，冷却系统渗漏的检测是靠温度探测器62探测温度增加，或靠流差探测器71表示出流量探测器59和70之间的流量差的方法来实现。较代压力将使压差控制阀47启动关闭以尽量维持管道中的压力。如果渗漏足够大，该阀会完全关闭。

由于渗漏带来的经过燃烧器末端的低水流量，水将被加热，水温将高于正常值。这可以由温度探测量62探测。这样的探测会通过联锁61启动应急系统，联锁61会关闭阀47。所以，水被引向蛇管27的出口侧。

温度检测器62也关闭阀44和53，打开阀58以使来自51的应急水以根据限流孔68和69的规定流速流向蛇管27。限流孔68和69控制流量以免过量水进入热的气化器内，造成损坏。

若温度检测器62没检测到高温，流差探测器71能提供一检测渗漏的后备方法，这是因为渗漏会使在探测器59处流量低于探测器70处的输入流量。若探测到流差，则用手动关开72开动应急系统以提供上述的安全操作。

应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可对其进行各种修正和变形，但对本发明的限定只能按所附权利要求书来进行理解。

Claims (6)

1、用于具有燃烧室的高压反应堆的燃烧器的多状态冷却系统，其中所述燃烧器位于所述燃烧室中以向其中输送燃料流，所述燃烧器包括一个使来自一个加压源的液体冷却剂循环，与燃烧器热交换接触的冷却组件，

一个第一冷却回路，与所述冷却组件相通以在高压反应堆工作期间使来自所述高压源的高压液体冷却剂流循环，

一个第二冷却回路，与所述冷却组件相通，并可选择开动以将来自一个第二高压源，压力大于所述反应堆燃烧室内工作压力的第二液体冷却剂流引入所述冷却组件，

流量控制阀装置，将所述第一和第二冷却回路分别与所述冷却组件相通，所述流量控制阀装置可选择开动以中断从所述第一冷却回路到所述燃烧器冷却组件的冷却剂流，并在所述冷却组件有严重缺陷以致向所述燃烧室中渗漏冷却剂液体时，将所述第二冷却回路与所述冷却组件连通。

2、根据权利要求1的冷却系统，包括：位于所述燃烧器冷却组件下游，用以探测表明冷却剂流量变化的液体冷却剂情况的探测器装置，所述探测器装置处于所述流量控制阀装置的驱动控制下，以响应所述液体冷却剂条件的变化驱动第二冷却回路。

3、根据权利要求2的冷却系统，其中所述探测器与所述反应堆和一个气体洗涤器相通，以监控所述条点上的压权。

4、根据权利要求1-3中任一个的冷却系统，其中在所述第一冷却回路中，所述燃烧器冷却组件的下游的所述冷却剂压力大于所述高压反应堆中的工作压力。

5、根据权利要求4的冷却系统，其中所述高压反应堆中的压力在约350～12000psia范围内。

6、根据权利要求1-5的冷却系统，其中所述第二冷却回路在被所述阀装置选择与燃烧器冷却组件相通时，将向冷却组件的上游侧和下游侧加基本上相等的压力。

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