JP2006509995A - ガス化装置内の熱電対のための保護キャップ - Google Patents

Abstract

本保護キャップは、ガス化装置反応室の高温対面ライニング内の熱電対空洞の開口に取付けられる。このキャップは、ほぼ円板状の構造体であって、１つの実施形態では、後退面を迂回させるために該後退面の上方に上方スラグ反らせ面を含む。耐火ライニング内に座ぐりを形成して、保護キャップを収容しかつ保護キャップを耐火ライニング内にリセス嵌合することを可能にする。下向きに移動するスラグが孔を通して熱電対空洞（５０）内に流入する可能性を最少にするように上向きに傾斜させて、キャップ内に孔を形成することができる。孔は、過度の放射熱がガス化装置の容器又はシェル（１２）に到達する危険性を最少にするのに十分なほど小さくすることができる。キャップの周縁部は、キャップが座ぐり内でその位置を維持するのを助けるように下向きに傾斜した上方及び下方部分を有する。

Description

本発明は、ガス化装置に関し、より具体的には、熱電対と該熱電対の近傍のガス化装置容器シェルとを保護するための新規なキャップ装置及び方法に関する。

特許文献１及び特許文献２に示されたタイプのガス化装置は、石炭、石油コークス、ガス及びオイルを含む炭質燃料類を処理して、合成用ガス、石炭ガス、還元ガス及び燃料ガスなど様々な呼称で知られた水素と一酸化炭素とのガス状混合物を生成する。

通常、ガス化装置のハウジングは、鋼で形成され、耐火ライニング又は耐火レンガとも呼ばれる耐火粘土及びファイヤブリックのような断熱及び耐火材料の１つ又はそれ以上の層で内張りされた外側反応器シェル又は容器を含む。ガス化装置の内部空間は、炭質燃料のガスへの変換を行う反応室を含む。ガス化装置の典型的な作動温度は、約２２００°Ｆ〜３０００°Ｆの範囲とすることができる。ガス化装置の典型的な作動圧力は、１０〜２００気圧の範囲とすることができる。

ガス化装置内の温度が所定の限界値よりも上昇した場合、内部耐火ライニングが溶融し、それによって鋼製のガス化装置シェルは、致命的損傷を与える加熱状態に対して無防備な状態になる。ガス化装置内の作動温度が、所定の限界値よりも低下した場合には、炭質燃料からガスへのガス化変換率は低い作動効率になり、ガス生成が不十分になるおそれがある。従って、ガス化装置内部の温度に関する情報は、最適ガス化条件が存在しているか否かの重要な指標である。ガス化装置内部の温度測定を行う場合、ガス化装置の耐火ライニング内の１つ又はそれ以上のレベルに1つ又はそれ以上の熱電対を取付けることがよく知られている。

多くの場合、熱電対は、ガス化装置の中央及び／又は下方レベルの側壁部分に設けられる。これらのレベルにおける温度測定結果は、ガス化装置のその他のレベルにおける作動状態に関する情報を補外するためにも使用できる。通常、使用する熱電対の数は、ガス化装置内に供給される石炭又は軽油のような原料のタイプ、及び発生するスラグの量に応じて決まる。大量のスラグが発生するガス化装置では、例えば８つの熱電対を用いることができ、他方、少量のスラグしか発生しない装置又は何らのスラグも発生しない装置では、例えば２つの熱電対のみを使用することができる。

或る公知のガス化装置では、細長い熱電対空洞により、ガス化装置シェルと内側耐火ライニングとを貫通して反応室まで延びる細長い熱電対を収納する。熱電対の一端は、ガス化装置シェル上に支持され、熱電対の他端は、高温対面表面として知られる耐火ライニングの熱露出表面から後退して配置される。熱電対空洞の断面積は、通常、過度の熱が熱電対空洞を通してガス化装置シェルに到達するのを防止するように、可能な限り小さく保たれる。

一部の公知のガス化装置では、耐火ライニングは、耐火レンガのような耐火材料の１つ又はそれ以上の隣接し合う層を含む。耐火レンガは、それが周囲温度からガス化装置の作動温度まで加熱されるにつれて膨張することが知られている。従って、耐火レンガは、耐火ライニングとガス化装置シェルとの間の温度及び熱膨張係数の差により、熱膨張時にガス化装置シェルに対して「動く」。耐火ライニングが熱膨張する結果、耐火ライニング内の熱電対空洞もガス化装置シェルに対して動くことになる。

熱電対はガス化装置シェルに固定されているので、耐火レンガライニングの熱膨張により、通常、熱電対と熱電対空洞との間で相対的な位置変化が生じることになる。従って、熱電対空洞は、ガス化装置の周囲温度状態に対応した熱電対に対する周囲温度時位置を有する。熱電対空洞はまた、熱電対に対する作動温度時位置を有し、この作動温度時位置は、周囲温度時位置とは異なっており、ガス化装置の作動温度状態に対応する。

多様な炭質燃料のガスへの変換時に、ガス化装置内の耐火ライニングの高温対面表面上に溶融スラグが形成されることはよく知られている。溶融スラグは、通常、高温対面表面のほぼ垂直部分に沿って下向きに流れる。下向きに移動するスラグは、耐火ライニングの高温対面表面内の空洞開口を通して、ほぼ水平な熱電対空洞内に侵入するおそれがある。熱電対空洞に流入したスラグは、熱電対と熱電対空洞の壁との間の熱電対空洞内の間隙空間を部分的に充填するか又は完全に閉塞することになる。

スラグの堆積により熱電対の周りの間隙が減少又は排除されると、耐火ライニングの膨張又は収縮による熱電対空洞の熱電対に対するあらゆる動きによって、熱電対空洞内の固化したスラグが、垂直方向上向き又は下向きの力を熱電対に加えるおそれがある。そのような力は、ガス化装置シェル上に支持されているので比較的不動な熱電対を剪断させるおそれがある。

ガス化装置は、時々は整備又は修理を要する。一部の修理は、ガス化装置を作動温度から周囲温度まで冷却運転（クールダウン）した後に行うのが最も良い。耐火ライニングは、クールダウン中に収縮する。そのような収縮により、熱電対に対する熱電対空洞の位置の変化が生じる。従って、特に熱電対空洞が固化したスラグで閉塞されている場合には、ガス化装置のクールダウン中に熱電対の破損が起こるおそれがある。

前に述べたように、耐火ライニングのクールダウン中の動きによって、スラグで閉塞した熱電対空洞内のスラグは、比較的固定された熱電対を押して、熱電対に力を加えることになる。さらに、熱電対に関係しない修理のためにガス化装置をクールダウンする時、このような収縮によって誘発した力が熱電対空洞内のスラグにより熱電対に加えられ、この力によって、１つ又はそれ以上の熱電対の損傷又は剪断が生じ、損傷した熱電対の除去及び交換が必要になることもある。

熱電対を修理又は交換するためには、熱電対空洞内に堆積した硬化したスラグを除去することも必要になる。熱電対空洞からの固化したスラグを除去すること及び交換用熱電対を再取付けすることは、時間がかかりかつ費用がかかる作業である。
米国特許第２８０９１０４号 特開平０８−０８０４３４号

従って、熱電対空洞開口内へのスラグの侵入及びスラグによる熱電対空洞の閉塞という問題を未然に防ぐことが望ましい。また、ガス化装置がスラグを発生するか否かに拘らず、熱電対空洞を通しての反応室からガス化装置シェルへの熱伝達を最少にすることが望ましい。さらに、熱電対空洞近傍のガス化装置容器又はシェルを保護することが望ましい。

本発明の幾つかの目的の中で注目されるのは、熱電対、熱電対空洞及び該熱電対空洞近傍のガス化装置容器又はシェルが保護された新規なガス化装置を提供すること、熱電対、ガス化装置内の熱電対空洞及び該熱電対空洞近傍のガス化装置容器又はシェルを保護するための新規なキャップ装置を提供すること、ガス化装置内の熱電対空洞開口の保護カバーを形成するための新規な皿キャップを提供すること、キャップを通しての熱の伝達を制限する孔を有する、ガス化装置内の熱電対空洞を保護するための新規なキャップ装置を提供すること、傾斜した前面部分を有しスラグをキャップの他の表面部分から反らすようにした、ガス化装置内の熱電対のための新規な保護キャップを提供すること、スラグ反らせ部分とその上からスラグが反らされる後退部分とを備えた外面を有する、ガス化装置内の熱電対のための新規な保護キャップを提供すること、スラグ反らせ部分とその上からスラグが反らされる後退部分とを有しかつ後退部分が孔を有する、ガス化装置内の熱電対のための新規な保護キャップを提供すること、スラグ反らせ部分とその上からスラグが反らされる後退部分とを有しかつ下向きに流れるスラグが孔を通して流れる可能性を最少にするように後退部分が上向きに傾斜した孔を有する、ガス化装置内の熱電対のための新規な保護キャップを提供すること、並びにガス化装置内の熱電対及び熱電対空洞近傍のガス化装置容器又はシェルを保護するための新規な方法を提供することである。

本発明のその他の目的及び特徴は、以下の説明から明らかになるものもあるし、また以下の説明において指摘するものもあろう。

本発明によると、ガス化装置内の熱電対及び熱電対空洞のための保護キャップは、ガス化装置反応室の高温対面ライニング内の熱電対空洞開口に取付けられる。

本発明の好ましい実施形態では、保護キャップは、上方スラグ反らせ面と下方後退面とを含むほぼ円板状の構造体である。従って、スラグは、後退面を迂回するように反らせ面により後退面上から反らされる。後退面には、熱電対空洞と連通した1つ又はそれ以上の孔を設けることができる。１つ以上の孔により、キャップの操作が容易になるが、この点を度外視すれば、１つの孔でもよい。スラグ及び過度の熱が１つ又は複数の孔を通して熱電対空洞内に流入する可能性を最少にするように、１つ又は複数の孔は上向き方向に傾斜させるのが好ましい。スラグを発生しないガス化装置では、スラグ反らせ面と下方後退面とは、単一の平坦面で置き換えることができる。

保護キャップの周縁部は、キャップの前面からキャップの後面まで下向きに傾斜した上方及び下方部分を有する。耐火ライニング内に座ぐりを形成して保護キャップを収容しかつ保護キャップを耐火ライニング内にリセス嵌合することを可能にするのが好ましい。座ぐり及び保護キャップは、相補的形状になっている。この構成の下では、キャップの重量が該キャップを座ぐり内のその所定の位置に維持するのに役立つように、保護キャップを座ぐり内に下方に下がるように嵌合することができる。

本発明の別の実施形態では、キャップを通しての熱電対への熱伝達は、それが比例的に減少するとはいえ、熱電対に対して必要不可欠な熱情報を与えることになるので、保護キャップ内の１つ又は複数の孔は省くことができる。また、孔のない保護キャップは、何らのスラグも熱電対空洞に流入しなくなることを保証する。

本発明はさらに、ガス化装置内で熱電対を保護する方法を含む。本方法は、ガス化装置のシェルと、該ガス化装置シェル上の耐火ライニングと、該耐火ライニングの高温対面表面とを貫通して延びて、高温対面表面において熱電対開口を形成した熱電対空洞を形成する段階を含む。本方法はさらに、熱電対開口を覆い、それによって高温対面表面上を下向きに移動する溶融スラグが熱電対開口を通して該熱電対空洞に流入するのを防止するように、キャップを熱電対開口において被覆位置に設ける段階を含む。本方法はさらに、保護キャップを熱電対開口内に所定の量だけリセス嵌合することを可能にするように、座ぐりを熱電対開口に形成する段階を含む。

本方法の更なる態様は、スラグ反らせ面と後退面とをキャップに設ける段階を含む。本方法の他の態様は、キャップ内に１つ又は複数の貫通孔を形成して、該１つ又は複数の孔をキャップの前面からキャップの後面に向かって上向き傾斜させてキャップの後退面内に配置する段階を含む。本方法はさらに、キャップの前面からキャップの後面まで下向きに傾斜した上方及び下方部分をキャップの周縁部に設ける段階を含む。

本発明はまた、熱電対開口にキャップを設けて、そうでなければ熱電対空洞を通してガス化装置の容器又はシェルまで流れることになるガス化装置内からの放射熱に該ガス化装置の容器又はシェルが曝されるのを最少にすることによって、熱電対空洞の近傍においてガス化装置の容器又はシェルを保護する方法を含む。

従って、本発明は以下に述べる構造及び方法を含み、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に示している。

図面の幾つかの図を通して、対応する参照符号は対応する部品を示している。

図面を参照すると、図１においてガス化装置は、全体を参照符号１０で示している。

ガス化装置１０は、好ましくは鋼で形成され、内側耐火ライニング１４と、供給インゼクタ２０を支持する頂部ネック部１８とを備えた外側反応容器又はシェル１２を含む。耐火ライニング１４（図１及び図２）は、例えば高温対面表面２６を有する耐火レンガの高温対面層２４と、耐火レンガの支持層３０と、耐火レンガの最外層３４とを含む。最外層３４とガス化装置シェル１２との間には、圧縮性の耐火断熱材３８の層が設けられる。

耐火ライニング１４は、供給インゼクタ２０から合成用ガスつまり「シンガス（ｓｙｎｇａｓ）」に変換するための炭質燃料を受けるガス化装置１０内の反応室４０（図１）を形成する。図１に示しているよりも下方のガス化装置の部分は、任意の適当な公知の構造とすることができまた本発明の理解に関係ないので、図１には示していない。

ガス化装置１０には、複数の任意の適当な公知の商業的に入手可能な熱電対４４（図２）が設けられる。熱電対４４は、入口において任意の適当な公知の方式で公知の熱電対ノズル４８に支持された端部分４６を含み、ガス化装置シェル１２内の熱電対開口４９を貫通して延びる。熱電対ノズル４８は、任意の適当な公知の方法でガス化装置シェル１２に溶接される。耐火ライニング１４内の熱電対空洞５０を貫通して延びる熱電対４４は、耐火ライニング１４の高温対面表面２６から後退して配置された自由端５４を有する。

熱電対空洞５０（図２）は、高温対面レンガ層２４内の空洞部分５８、支持レンガ層３０内の空洞部分６０及び最外レンガ層３４内の空洞部分６２を含む。空洞部分６２は、ガス化装置シェル１２内の熱電対開口４９とほぼ整列する。熱電対空洞５０の周壁は、全体を参照符号６４で示しており、空洞部分５８、６０、６２の各々の壁又は周縁（図３〜図５）を含むことが理解されるであろう。

熱電対空洞５０は、高温対面表面２６に開口６８（図２）を有し、この開口６８は、一般的には覆われていない。従って、数多くの異なる原料のガス化中に形成される溶融スラグ（図示せず）が、高温対面表面２６に沿って下向きに移動して、熱電対空洞５０の開口６８に流入するおそれがある。熱電対空洞５０内におけるスラグの堆積は、やがては熱電対４４と熱電対空洞壁６４との間の間隙空間を減少又は排除することになる。

一般的に、熱電対４４と熱電対空洞壁６４との間に設けられた間隙（図２〜図５）の量は、幾つかの競合する考慮事項により決まる。１つの考慮事項は、ガス化装置１０を加熱運転（ヒートアップ）又はクールダウンする時のような耐火層２４、３０、３４の通常の熱膨張及び収縮時に、熱電対４４と熱電対空洞部分５８、６０、６２の壁６４との間の干渉を回避するのに十分でなくてはならないということである。

熱電対４４と空洞壁６４との間の適当な間隙の選択に関する別の考慮事項は、熱電対空洞部分５８、６０、６２（熱電対空洞５０とも呼ばれる）の断面開口が増大するにつれて、スラグが空洞開口６８から熱電対空洞５０に一層深くまで流入して、所望の間隙を減少又は排除する傾向が大きくなるということである。

適当な間隙の選択に関するさらに別の考慮事項は、熱電対４４と熱電対空洞壁６４との間の間隙空間が大きくなればなるほど、ガス化装置シェル１２が熱電対空洞５０を通して反応室４０からの熱に曝される危険性が増すということである。熱電対開口４９（図２）においてガス化装置シェル１２が耐火ライニング１４によって処理熱から保護されない場合には、シェルの損傷が起こるおそれがある。

熱電対空洞部分５８、６０（図２〜図４）は、通常、熱電対４４に対する耐火層２４、３０の通常範囲の垂直方向の動きを補償するために、耐火層２４、３０の垂直膨張方向に長くなっている。

高温対面レンガ層２４は、支持レンガ層３０又は最外レンガ層３４よりも熱に曝される度合、また熱膨張及び収縮の度合も高いので、高温対面レンガ層２４の空洞部分６０内には、支持レンガ層３０及び最外レンガ層３４の空洞部分６０、６２内におけるよりも大きな量の垂直方向の延長部又は熱電対間隙が設けられる。

図２〜図５を参照すると、実線で示す熱電対空洞部分５８、６０に対する熱電対４４の位置は、ガス化装置１０が作動温度までヒートアップされる以前のガス化装置１０の周囲温度状態に対応する。ガス化装置１０の始動運転時に、ガス化装置の下方部分（図示せず）上に支持された耐火層２４、３０、３４は、ガス化装置が周囲温度状態から作動温度状態までヒートアップされるにつれて、全体的に上向き方向に膨張することになる。

高温対面層２４（図１）は層３０又は層３４よりも反応室４０に近いので、ガス化装置が周囲温度状態から作動温度状態までヒートアップされるにつれて、一般的に層２４は層３０又は層３４よりも大きく膨張することになる。同様に、層３０は層３４よりも反応室４０に近いので、一般的に層３０は層３４よりも大きく膨張することになる。

従って、図２及び図３に示すように、層２４内の空洞部分５８に対する熱電対４４の周囲温度時位置は、層２４のより大きな量の垂直方向の動きを許すように、層３０の空洞部分６０内（図２及び図４）及び層３４の空洞部分６２内（図２及び図５）に形成しているよりも大きな量の熱膨張間隙を熱電対４４の下方に形成している。

熱電対空洞部分５８、６０に対する熱電対４４の作動温度時位置は、図３及び図４に破線で示している。空洞部分６２を含む耐火レンガの最外層３４は、熱電対ノズル４８を、従って熱電対４４を支持するガス化装置シェル１２と実質的に同一の率で膨張するので、空洞部分６２（図５）に対する熱電対４４の作動温度時位置は、作動温度状態及び周囲温度状態時において実質的に同一である。

溶融スラグ（図示せず）が高温対面表面２６に沿って下向きに流れる時、溶融スラグは空洞開口６８（図２）を通して熱電対空洞５０に流入するおそれがある。熱電対空洞５０内におけるスラグの堆積は、熱電対４４と熱電対空洞５０の壁６４との間の間隙を減少又は排除することになる。整備又は修理のためにガス化装置１０を周囲温度状態までクールダウンする時、耐火ライニング２４、３０の収縮運動が下向き方向に起こることになる。従って、熱電対空洞５０内で認められるあらゆる量のスラグにより、熱電対４４に対して下向きの力が作用し、それによって熱電対４４を損傷又は剪断させるおそれがある。

熱電対空洞５０におけるスラグ堆積の問題及び熱が熱電対空洞５０を通してガス化装置シェル１２へ流れる問題に対処するために、本発明は新規な保護キャップ８０（図６〜図８及び図１１Ａ〜図１１Ｄ）を提供する。

図６及び図７を参照すると、保護キャップ８０は、熱電対空洞５８の開口１２０（図７）を覆う。保護キャップ８０は、熱電対４４を保護し、熱電対空洞５８内へのスラグ侵入を実質的に排除し、また熱電対空洞５８を通してのガス化装置シェル１２への熱の流れを制限する。保護キャップ８０は、高温対面表面２６（図６）において高温対面層２４内にリセス嵌合されるのが好ましい。

図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ及び１１Ｄを参照すると、保護キャップ８０は、高密度アルミナで形成できるほぼ円板状の構造体である。キャップ８０は、前面８２と、ほぼ平坦な垂直後面８４と、前面及び後面間の周縁部８６とを有する。前面８２は、キャップが図８に示すような選択した向きにある時、下向き垂直方向において後面８４から離れるように傾斜した上方スラグ反らせ部分９０を含む。前面８２はまた、スラグ反らせ部分９０の下方に後退部分９２を含む。この後退部分９２は、キャップ８０が図８に示すような選択した向きにある時、下方向において後面８４に向けて傾斜する。スラグ反らせ部分９０は、後退部分９２よりも面積が小さいことが好ましい。

図１１Ｄに最も明瞭に示すように、キャップ８０の周縁部８６は、キャップ８０が図６〜図８に示すような選択した向きにある時、前面８２から後面８４まで下向きに傾斜した上方部分９６と下方部分９８とを有する。この構成の下では、キャップ８０は、スラグ反らせ部分９０と後退部分９２とが交差線１００（図１１Ｄ）にて交わる位置において最大厚さを有する。

一対の孔１０４及び１０６（図１１Ａ及び図１１Ｄ）が、前面８２を貫通して後面８４まで延び、キャップ８０が図６〜図８の選択した向きにある時、前面８２から後面８４まで上向きに傾斜している。孔１０４及び１０６は、前面８２の後退部分９２（図１１Ｂ）内に設置されるのが好ましい。２つの孔１０４及び１０６は、必要に応じて着脱時のキャップ８０の取扱いを容易にすることができることに注目されたい。キャップ８０内に単一の孔を設けることも可能である。また、キャップ８０の後退部分９２に単一の孔を設けることは、図示するような２つの孔１０４及び１０６を使用した場合に可能であるよりも大きな傾斜角をその孔に使用することを可能にする。孔のないキャップも可能であろう。

図７及び図８を参照すると、熱電対空洞５８は、高密度のアルミナで形成できる上方及び下方耐火ブロック１１０及び１１２内に形成され、各々のブロックが空洞５８の一部分を含むのが好ましい。２つの別個のブロック１１０及び１１２は、空洞５８を含む１個のブロック（図示せず）よりも取扱い及び高温対面層２４内への取付けが一層容易であることが判明した。

熱電対空洞５８（図７）は、空洞開口１２０に座ぐり１１８を含む。この座ぐり１１８は、キャップ８０の後面８４及び周縁部８６と相補的形状になっている。従って、保護キャップ８０は、周縁部８６の下向きに傾斜した部分９６、９８によって、キャップ８０の重量が該キャップ８０を座ぐり１１８内での位置に維持するのに役立つように、座ぐり１１８内に下方に下がるように嵌合することができる。必要に応じて、座ぐり１１８の表面及びキャップ８０の周縁部８６に耐火セメント（図示せず）を施してキャップ８０を座ぐり１１８内にさらに固定することができる。

保護キャップ８０のサイズは、熱電対４４及び熱電対ブロック１１０、１１２（図９Ａ及び図１０Ａ）のサイズに応じてある程度決まるが、保護キャップ８０の幾つかの寸法例としては、後面８４の高さ約１１５ｍｍ、交差線１００から下方周縁部９８までの距離約１００ｍｍ、及び交差線１００から上方周縁部９６までの距離約１７ｍｍが含まれる。前面８２の後退部分９２の円形部分は、約１１３ｍｍの幅を有する。スラグ反らせ部分９０と後退部分９２との間の角度は、約１４５°である。スラグ反らせ部分９０と上方周縁部９６との間の角度は、約１１０°である。後退部分９２と下方周縁部９８との間の角度は、約１０５°である。上方周縁部９６と後面８４との間の角度は、約１００°である。下方周縁部９８と後面８４との間の角度は、約８０°である。上方及び下方周縁部９６、９８は、厚さが約２２ｍｍであり、孔１０４、１０６は、直径が約２５ｍｍであり、かつ後面８４との間で約８０°の角度を成す。前面８２上での孔１０４と孔１０６との間の距離は、約２４ｍｍとすることができる。

図９Ａ〜図９Ｄを参照すると、下方耐火ブロック１１２は、高温対面表面部分１２６と、保護キャップ８０の下方周縁部９８と相補的な座ぐり半部分１１８ａとを含む。下方耐火ブロック１１２はまた、空洞部分５８の下方部分５８ａと、高温対面表面部分１２６から後面部分１３２まで僅かなテーパを有する対向する側壁１２８、１３０を有する。高温対面表面部分１２６（図９Ｃ）は、側壁１２８から側壁１３０まで僅かに凹状であり、後面部分１３２は、耐火ライニング１４が円筒形状を有する位置における該耐火ライニングに熱電対ブロック１１２が取付けられるので、側壁１２８から側壁１３０まで僅かに凸状である。テーパ付き側壁１２８、１３０は、そこでは耐火ライニング１４が円筒形状である高温対面層２４内に下方耐火ブロック１１２を固定するのを助ける。下方耐火ブロック１１２はさらに、底面１３４と、上方耐火ブロック１１０と対面する上面１３６とを含む。

図１０Ａ〜図１０Ｄを参照すると、上方耐火ブロック１１０は、熱電対ブロック１１２のそれと同様な凹状の高温対面表面部分１２６と、保護キャップ８０の上方周縁部９６と相補的な座ぐり半部分１１８ｂとを含む。上方耐火ブロック１１０はまた、空洞１１６の上方部分５８ｂと、熱電対ブロック１１２の側壁１２８、１３０のそれと同様な高温対面表面部分１２６から後面部分１４６まで僅かなテーパを有する対向する側壁１４２、１４４とを含む。後面部分１４６は、熱電対ブロック１１２の後面部分１３２の凸状と同様に凸状である。テーパ付き側壁１４２、１４４は、そこでは耐火ライニング１４が円筒形状である高温対面層２４内に上方耐火ブロック１１０を固定するのを助ける。上方耐火ブロック１１０はさらに、上面１４８と、下方耐火ブロック１１２の上面１３６と対面する底面１５０とを含む。

上方熱電対ブロック１１０のサイズは、例えば、高温対面表面１２６における側壁１４２と側壁１４４との間の幅が約１５５ｍｍ、後面１４６における側壁１４２と側壁１４４との間の幅が約１８０ｍｍとすることができる。側壁１４２、１４４は、高温対面表面１２６から後面１４６まで約４°傾斜している。高温対面表面１２６と後面１４６との間の距離は、約１７５ｍｍであり、底面１５０と上面１４８との間の距離は、約１９０ｍｍである。空洞部分５８ｂは、約２５．６ｍｍの半径を持った湾曲部分を有し、この湾曲部分は、底面１５０と空洞部分５８ｂの底との間の距離が約３８ｍｍとなるように、底面１５０から約１３ｍｍ陥凹している。座ぐり１１８ｂ（図１０Ｄ）は、約５７ｍｍの半径を有し、この座ぐりの壁は、約８０°の角度で傾斜している。

下方熱電対ブロック１１２におけるサイズと角度との関係は、約１００°の角度で傾斜した座ぐり（図９Ｄ）の壁を除外すれば、上方熱電対ブロック１１０におけるものと実質的に同一である。

支持レンガ層３０内の空洞６０は、各々が空洞６０の一部分を含む２つの熱電対ブロック１６０、１６２（図６）として形成することができる。熱電対ブロック１６０、１６２は、熱電対ブロック１１０、１１２に関して述べたのと同様に作られる。しかしながら、熱電対ブロック１６０、１６２内には座ぐりが無く、また熱電対空洞６０の延長部又は間隙が熱電対空洞１１６の延長部又は間隙ほど大きい必要はないので、熱電対ブロック１６０、１６２は、熱電対ブロック１１０、１１２よりも小さくすることができる。

最外レンガ３４層内の熱電対空洞６２は、該熱電対空洞６２を円形断面とすることができ、また該熱電対空洞６２が熱電対４４に対して実質的に動かないので、１つの熱電対ブロック１７０（図６）として形成することができる。最外レンガ層３４は、高温対面層２４又は支持レンガ層３０よりも一般的に薄く、また高温対面熱電対ブロック１１０、１１２よりも一般的に密度が低いので、熱電対ブロック１７０は、熱電対ブロック１６０、１６２よりも丈長にすることができる。

図６〜図８に示すように、保護キャップ８０が座ぐり１１８内に取付けられた時、キャップ８０内の孔１０４、１０６を除外すれば空洞開口１２０は、実質的に閉鎖される。高温対面表面２６（図６）に沿って保護キャップ８０の方向に下向きに移動するあらゆる溶融スラグ（図示せず）は、スラグ反らせ部分９０上を流れて下方に位置する後退部分９２から離れるように反らされる。

溶融スラグが後退部分９２上に達した場合には、溶融スラグは上向きではなく下向きに流れ、従って後退部分９２内の上向きに傾斜した孔１０４、１０６を迂回する傾向になる。従って、保護キャップ８０は、熱電対空洞５８内へのスラグの流入を減少又は排除し、また反応室４０から熱電対空洞５８を通してガス化装置シェル１２に熱が伝達するのを実質的に減少させる。

この構成の下では、熱電対空洞５８及び熱電対４４は、スラグの空洞５８内への侵入から実質的に保護される。このように、熱電対４４と熱電対空洞５８及び空洞部分６０、６２との間の間隙空間は、炭質燃料のシンガスへの変換時に反応室４０内で形成されるスラグが侵入しない状態に保たれるべきである。

保護キャップ８０は、熱電対空洞５８を介した熱伝達率を実質的に減少させ、かつ熱電対空洞５８内へのスラグの流入を実質的に減少又は排除するので、図２の保護していない熱電対空洞５０内に確保されることになるよりも大きな熱電対４４のための間隙空間を熱電対空洞に確保することが可能になる。熱電対空洞内の大きな間隙は、耐火レンガの付加的な熱膨張を引き起こす予期せぬ異常温度上昇下において、熱電対４４の安全性を保証することになる。

従って、本発明は、ガス化装置の熱電対を保護する新規な方法を含む。本方法は、耐火ライニングとガス化装置シェルとを貫通して延びて、耐火ライニングの高温対面表面において熱電対開口を形成するようになった熱電対空洞を形成することを含む。本方法はさらに、熱電対空洞開口を覆い、それによってガス化装置内で形成されるスラグが熱電対空洞開口を通して該熱電対空洞に流入するのを防止するように、保護キャップを熱電対空洞開口において被覆位置に設けることを含む。本方法はさらに、保護キャップを熱電対開口内に所定の量だけリセス嵌合することを可能にするように、座ぐりを熱電対開口に形成することを含む。

本方法の更なる態様は、保護キャップにスラグ反らせ面と後退面とを設けることを含む。他の態様では、本方法はまた、保護キャップの前面から保護キャップの後面に向かって上向き傾斜させて保護キャップの後退面内に１つ又はそれ以上の貫通孔を形成することを含む。本方法はさらに、キャップの前面からキャップの後面まで下向きに傾斜した上方及び下方部分を保護キャップの周縁部に設けることを含む。

以上の説明から明らかな本発明の幾つかの利点は、熱電対空洞内へのスラグの流入を減少又は防止することによって熱電対空洞内におけるスラグ堆積の問題を克服する熱電対及び熱電対空洞のための保護キャップを含む。別の利点は、保護キャップが、ガス化装置の反応室から熱電対空洞を通してガス化装置シェルに熱が伝達するのを減少させることである。さらに別の利点は、保護キャップがスラグ反らせ面と後退面とを有し、スラグ反らせ面がスラグをキャップの後退面から反らすことである。さらに別の利点は、キャップが熱電対空洞と連通した１つ又はそれ以上の孔を含み、熱電対がキャップの断熱効果の結果得られた補正温度ではなくて実際のガス化装置温度をモニタすることを可能にすることができることである。キャップ内の比較的小さな孔は、キャップが無い場合に起きるおそれのある熱電対に対する熱衝撃損傷の可能性を最少にする。

さらに別の利点は、保護キャップ内の孔が上向き方向に傾斜していて、後退面上を流れるかもしれないあらゆるスラグが開口を通して熱電対空洞内に侵入するのを防止することである。さらに別の利点は、保護キャップで熱電対空洞を保護してスラグが熱電対空洞に流入するのを減少又は防止することによって、拡大した熱電対空洞が保護キャップを有することになるので、スラグ侵入の危険性なしに熱電対空洞を拡大できるということである。このような保護キャップの使用により、保護キャップが無い場合に可能になるよりも大きな量の熱電対と熱電対空洞との間の間隙を確保することを可能にする。

以上の説明から、本発明の幾つかの目的が達成され、またその他の有利な結果が得られることが分かるであろう。本発明の技術的範囲から逸脱することなく、上記の構成及び方法に様々な変更を加えることができるので、上記の説明に含まれ又は添付図面に示された全ての内容は、例示的なものであって本発明を限定するものではないと解釈されることを意図している。

耐火ライニングにおいて開口した熱電対空洞内に熱電対を備えたガス化装置の上方部分の簡略破断断面図。 ガス化装置の上方部分の拡大破断断面図。 図２の線３−３に沿って取った破断断面図。 図２の線４−４に沿って取った破断断面図。 図２の線５−５に沿って取った破断断面図。 本発明の１つの実施形態を組み込んだ保護キャップを備えた熱電対空洞内の熱電対の拡大破断断面図。 熱電対及び耐火ブロック内の熱電対空洞の範囲を破線で示した状態での、ガス化装置の耐火ライニングの耐火ブロック内に取付けられる以前の保護キャップの斜視図。 明瞭化する目的で熱電対の範囲及び熱電対空洞の範囲の破線輪郭を省略した状態での、保護キャップを耐火ブロック内に取付けた、図７と同様の図。 図７の下方耐火ブロックの斜視図。 図９Ａの下方耐火ブロックの上面図。 図９Ａの下方耐火ブロックの前面図。 図９Ｃの線９Ｄ−９Ｄに沿って取った断面図。 図７の上方耐火ブロックの斜視図。 図１０Ａの上方耐火ブロックの上面図。 図１０Ａの上方耐火ブロックの前面図。 図１０Ｃの線１０Ｄ−１０Ｄに沿って取った断面図。 本発明の１つの実施形態を組み込んだ保護キャップの斜視図。 図１１Ａの保護キャップの前面図。 図１１Ａの保護キャップ上面図。 図１１Ｂの線１１Ｄ−１１Ｄに沿って取った断面図。

符号の説明

１０ ガス化装置
１２ ガス化装置シェル
１４ 耐火ライニング１４
２４ 高温対面レンガ層
２６、１２６ 高温対面表面
３０ 支持レンガ層
３４ 最外レンガ層
３８ 耐火断熱材
４０ 反応室
４４ 熱電対
４８ 熱電対ノズル
５０ 熱電対空洞
５８、６０、６２ 熱電対空洞部分
６４ 熱電対空洞壁
８０ 保護キャップ
８２ 保護キャップ前面
８４ 保護キャップ後面
９０ 保護キャップのスラグ反らせ部分
９２ 保護キャップの後退部分
１０４、１０６ 保護キャップの孔
１１０、１１２、１６０、１６２、１７０ 熱電対ブロック
１１８ 座ぐり
１２０ 熱電対空洞開口

Claims (21)

1. ａ）反応器シェルと、
   ｂ）前記反応器シェル上に設けられて該反応器シェル内に反応室を形成する、高温対面表面を含む耐火ライニングと、
   ｃ）前記反応器シェルと耐火ライニングと高温対面表面とを貫通して延びて、該高温対面表面において熱電対開口を形成する熱電対空洞と、
   ｄ）前記熱電対開口を覆って過度な処理熱と前記反応室内で高温対面表面上に形成されるあらゆるスラグとが該熱電対開口を通して前記熱電対空洞に流入するのを防止する、前記熱電対開口におけるキャップと、
   を含むガス化装置。
2. 前記キャップが前記熱電対開口において該熱電対開口を覆う被覆位置にある時、前記キャップが前記高温対面表面に対応する前面と前記熱電対空洞と対面する後面とを有し、前記キャップが被覆位置にある時、前記前面が下向き垂直方向において前記後面から離れるように傾斜したスラグ反らせ部分を有する、請求項１記載のガス化装置。
3. 前記キャップが被覆位置にある時、前記前面が前記スラグ反らせ部分の下方に位置した後退部分を有し、前記キャップが被覆位置にある時、前記後退部分が下向き垂直方向において前記後面に向かって傾斜している、請求項２記載のガス化装置。
4. 前記キャップの後退部分内に孔が形成されており、前記孔が、前記前面及び後面を貫通して延び、かつ前記キャップが被覆位置にある時に前記前面から後面に向かって上向きに傾斜している、請求項３記載のガス化装置。
5. 前記後退部分が前記スラグ反らせ部分よりも大きい面積である、請求項３記載のガス化装置。
6. 前記キャップが前記熱電対開口を覆うように該熱電対開口に配置された時、前記キャップが前記高温対面表面に対応する前面と前記熱電対空洞と対面する後面とを有し、前記キャップが前記前面と後面との間に周縁部を有し、前記キャップが被覆位置にある時、前記周縁部が上方部分と下方部分とを有し、前記周縁部の上方及び下方部分が前記前面から後面に向かって下向きに傾斜している、請求項１記載のガス化装置。
7. 前記熱電対開口が座ぐりを含み、前記キャップ及び座ぐりが、該キャップを該座ぐり内に所定の量だけリセス嵌合することを可能にする相補的形状になっている、請求項１記載のガス化装置。
8. 前記キャップがほぼ円板状である、請求項１記載のガス化装置。
9. ガス化装置内で熱電対を保護するためのキャップであって、
   ａ）ほぼ円板状の部材を含み、前記部材が、
   ｉ）ガス化装置反応室の熱に曝される前面と、
   ｉｉ）熱電対空洞と対面する後面と、
   ｉｉｉ）前記前面と後面との間の周縁部と、を有し、
   ｂ）該キャップが選択した向きを有し、該キャップが選択した向きにある時、前記後面が垂直平面を形成し、前記前面が下向き方向において前記後面から離れるように傾斜したスラグ反らせ部分を有する、
   キャップ。
10. 該キャップが選択した向きにある時、前記前面が前記スラグ反らせ部分の下方に位置した後退部分を有し、該キャップが選択した向きにある時、前記後退部分が下向き垂直方向において前記後面に向かって傾斜している、請求項９記載のキャップ。
11. 該キャップの後退部分内に孔が形成されており、前記孔が、前記前面及び後面を貫通して延び、かつ該キャップが選択した向きにある時に前記前面から後面に向かって上向きに傾斜している、請求項９記載のキャップ。
12. 前記スラグ反らせ部分が前記後退部分よりも小さい面積である、請求項１０記載のキャップ。
13. 該キャップが選択した向きにある時、前記周縁部が上方部分と下方部分とを有し、前記周縁部の上方及び下方部分が前記前面から後面に向かって下向きに傾斜している、請求項９記載のキャップ。
14. ガス化装置内で熱電対を保護する方法であって、
    ａ）前記ガス化装置の反応器シェルと、前記反応器シェル上の耐火ライニングと、前記耐火ライニングの高温対面表面とを貫通して延びて、前記高温対面表面において熱電対開口を形成した熱電対空洞を形成する段階と、
    ｂ）前記熱電対開口を覆い、それによって前記ガス化装置内で高温対面表面上に形成されるあらゆるスラグが該熱電対開口を通して前記熱電対空洞に流入するのを防止するように、キャップを前記熱電対開口において被覆位置に設ける段階と、
    を含む方法。
15. 前記キャップを熱電対開口内に所定の量だけリセス嵌合することを可能にするように、該キャップと相補的形状の座ぐりを前記熱電対開口に形成する段階を含む、請求項１４記載の方法。
16. 前記キャップが前記熱電対開口を覆うように該熱電対開口に配置された時に前記熱電対空洞に対面する平坦な後面を該キャップに設ける段階と、前記キャップが選択した向きで前記熱電対開口上に配置された時に、前記高温対面表面に対応しかつ下向き方向において前記後面から離れるように傾斜したスラグ反らせ部分をその上方部分に形成した前面を該キャップに設ける段階とを含む、請求項１４記載の方法。
17. 前記キャップが選択した向きにある時に前記後面に向かって上向き傾斜させて前記前面及び後面を貫通して延びる貫通孔を該キャップ内に設ける段階を含む、請求項１６記載の方法。
18. 前記キャップが選択した向きにある時に、前記スラグ反らせ部分の下方において前記前面上に後退部分を形成する段階と、下向き垂直方向において前記前面から後面に向かって傾斜した斜面を前記後退部分に設ける段階とを含む、請求項１６記載の方法。
19. 前記後退部分よりも小さい面積で前記スラグ反らせ部分を形成する段階を含む、請求項１８記載の方法。
20. 前記キャップが前記熱電対開口において被覆位置にある時に、該キャップの前面が高温対面表面に対応しかつ該キャップの後面が熱電対空洞と対面するように該キャップを配置する段階と、前記キャップが被覆位置にある時に、前記前面と後面との間の前記キャップの周縁部に上方部分と下方部分とを設ける段階と、前記周縁部の上方及び下方部分に前記前面から後面への下向き斜面を形成する段階とを含む、請求項１４記載の方法。
21. ガス化装置の反応器シェルと、前記反応器シェル上の耐火ライニングと、前記耐火ライニングの高温対面表面とを貫通して延びて、前記高温対面表面において熱電対開口を形成する熱電対空洞の近傍において、ガス化装置の容器又はシェルを保護する方法であって、
    前記熱電対開口を覆い、それによって、そうでなければ前記熱電対空洞を通して前記ガス化装置の容器又はシェルまで流れることになる前記ガス化装置内からの熱に該ガス化装置の容器又はシェルが曝されるのを最少にするように、キャップを前記熱電対開口において被覆位置に設ける段階を含む、
    方法。

Images