JP2011530620A - Method and system for integrated gasifier and syngas cooler - Google Patents
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Abstract
一体化されたガス化装置と合成ガス冷却器のための方法とシステムが提供される。このシステムは、反応室を含むガス化装置、このガス化装置と一体に形成され、少なくとも１つの熱交換器要素を含む合成ガス冷却器、並びに反応室及び合成ガス冷却器と一体に形成され、それらの間に延在する移行部分を含んでおり、この移行部分がさらに反応室と合成ガス冷却器との間に延在するロートを含み、この移行部分はさらにスロートを囲む熱交換器を含んでいる。
【選択図】 図１Methods and systems for an integrated gasifier and syngas cooler are provided. The system includes a gasifier including a reaction chamber, a syngas cooler formed integrally with the gasifier, including at least one heat exchanger element, and formed integrally with the reaction chamber and the syngas cooler; Including a transition portion extending therebetween, the transition portion further including a funnel extending between the reaction chamber and the syngas cooler, the transition portion further including a heat exchanger surrounding the throat. It is out.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、一般に部分酸化ガス化装置及びガス冷却器に関し、より詳細には一体型のガス化装置及びガス冷却器の組合せの内部構成部品の摩耗の低減に関する。 The present invention relates generally to partial oxidation gasifiers and gas coolers, and more particularly to reducing wear on internal components of an integrated gasifier and gas cooler combination.
少なくとも幾つかの公知のガス化容器は大量の摩耗を受け易い領域を含んでいるが、その摩耗の原因はこれらの領域を通過する未処理の流出ガスの流動特性及びこれらの領域が曝露される過酷な温度、圧力、及び化学条件である。例えば、限定されることはないがガス化装置底部の移行部、ガス化装置スロート、及び合成ガス冷却器スロートは耐熱性ライニングの高摩耗ゾーンであり、その理由はその狭い流路がライニング壁に沿った溶融スラグの質量流量を増大させるからである。耐熱性に影響を及ぼす過酷な条件の影響を緩和するために幾つかの試みが行われて来ているが、これらの試みは別の問題を生じる傾向がある。例えば、影響を受ける領域を積極的に冷却する１つの公知の試みでは積極的に冷却される部分と受動的に冷却される部分との間のスロートライニングに垂直方向の膨張間隙が生じた。この間隙により、垂直のチューブケージ（tube cage）の後ろの環状の空間に入る合成ガス（シンガス）の潜在的な漏洩通路が形成される。別の試みでは、ガスが停滞（stagnant）環状ゾーン内に逃れるのを防ぐためにスロート耐熱性部の後ろにフランジ付き底部を有する垂直のスチール製円筒形ガスバリヤーを用いた。しかし、スチール製シリンダーは冷却されないので、金属が過熱されたり耐熱部の寿命が短くなったりする。さらに、公知のガス化容器では、スロート内の流路の内径はガス化装置及び合成ガス冷却器の両方のフランジの内径により制約されている。この流路の直径はスチール容器を大きく変えることなく変化させることができない。
At least some known gasification vessels contain areas that are subject to large amounts of wear, which is caused by the flow characteristics of the raw effluent gas passing through these areas and the exposure of these areas. Severe temperature, pressure, and chemical conditions. For example, but not limited to, the transition at the bottom of the gasifier, the gasifier throat, and the syngas cooler throat are high wear zones of a heat resistant lining because the narrow flow path is in the lining wall. This is because the mass flow rate of the molten slag along is increased. Several attempts have been made to mitigate the effects of harsh conditions that affect heat resistance, but these attempts tend to create other problems. For example, one known attempt to actively cool the affected area resulted in a vertical expansion gap in the slow lining between the actively cooled and passively cooled portions. This gap creates a potential leakage path for synthesis gas (syngas) that enters the annular space behind the vertical tube cage. In another attempt, a vertical steel cylindrical gas barrier with a flanged bottom behind the throat refractory was used to prevent gas from escaping into the stagnant annular zone. However, since the steel cylinder is not cooled, the metal is overheated or the life of the heat-resistant part is shortened. Furthermore, in known gasification vessels, the inner diameter of the flow path in the throat is constrained by the inner diameter of both the gasifier and the syngas cooler flange. The diameter of this channel cannot be changed without significantly changing the steel container.
ガス化装置と一体に形成された一体型冷却器を有するガス化装置を提供することにより、ガス化装置容器の鍛造フランジと冷却器容器の鍛造フランジが撤廃される。一体化されたガス化装置／冷却器においてこれら２つの大きいフランジを排除することで、別々のガス化装置と冷却器の構成と比べてガス化装置／冷却器のコストが大幅に低減する。ガス化装置と合成ガス冷却器との間のフランジとフランジによる接合を排除すると、これら２つの容器の軸方向の合計の長さを大幅に低減することが可能である。この低減した長さのため、一体とした容器の熱膨張が低減するので、最小の熱膨張で周囲温度の支持構造体に固定された相互連結用配管（注入器、蒸気ドラム、蒸気配管、計器（instrumentation））との不一致が低減する。また、フランジとフランジによる接合の排除により、容器の健全性（integrity）も改善されると共に構成部品（フランジ、支持体など）の削減及び組み立て（erection）作業の低減も促進される。 By providing a gasifier having an integrated cooler integrally formed with the gasifier, the forged flange of the gasifier vessel and the forged flange of the cooler vessel are eliminated. By eliminating these two large flanges in an integrated gasifier / cooler, the cost of the gasifier / cooler is greatly reduced compared to separate gasifier / cooler configurations. By eliminating the flange-to-flange connection between the gasifier and the syngas cooler, the total axial length of these two containers can be significantly reduced. This reduced length reduces the thermal expansion of the unitized container, so interconnecting piping (injector, steam drum, steam piping, instrumentation) fixed to the ambient temperature support structure with minimal thermal expansion (Instrumentation)) is reduced. Also, the elimination of flange-to-flange bonding improves the integrity of the container and promotes the reduction of components (flange, support, etc.) and the reduction of assembly operations.
１つの実施形態において、一体化されたガス化装置及び合成ガス冷却器は、反応室を含むガス化装置、このガス化装置と一体に形成され、少なくとも１つの熱交換器要素を含む合成ガス冷却器、並びに反応室及び合成ガス冷却器と一体に形成され、これらの間に延在する移行部分を含み、この移行部分はさらに反応室と合成ガス冷却器との間に延在するスロートを含んでおり、移行部分はさらにスロートを囲む熱交換器を含んでいる。 In one embodiment, the integrated gasifier and syngas cooler comprise a reaction chamber, a gasifier, and a syngas cooling formed integrally with the gasifier and including at least one heat exchanger element. And a transition portion formed integrally with and extending between the reaction chamber and the syngas cooler, the transition portion further including a throat extending between the reaction chamber and the syngas cooler. And the transition portion further includes a heat exchanger surrounding the throat.
別の実施形態において、一体化されたガス化装置及び合成ガス冷却器システムはガス化装置反応室を取り囲む第１の圧力容器部分を含んでおり、この第１の部分は容器頭部から下端まで延在している。システムはガス化装置反応室からの高温の未処理流出ガス流を冷却するように構成されたガス冷却器を取り囲む第２の圧力容器部分も含んでいる。この第２の部分は上端から固体除去端に向かって垂直下方に延在している。システムはさらに下端と上端との間に延在する移行部分を含んでおり、前記第１の部分、第２の部分、及び移行部分の各々は各部分の中央の縦軸に沿って実質的に垂直で同軸に配置されている。このシステムは、高温の未処理流出ガス流のガス化装置反応室からガス冷却器への自由な通過のために各部分と同軸に配置され、これらの間に延在するスロートを含んでおり、このスロートは半径方向内面に耐熱性材料のライニングが施されている。システムはさらに、スロートの長さの少なくとも一部分に沿ってスロートを取り囲む同心で同軸の垂直チューブケージ、並びに前記第１の部分及びチューブケージの少なくとも１つに連結された複数の環状アンカーリングを含んでおり、これらのアンカーリングは半径方向内方に延在し、スロートの耐熱性材料を支持するように構成されている。 In another embodiment, the integrated gasifier and syngas cooler system includes a first pressure vessel portion that surrounds the gasifier reaction chamber, the first portion from the vessel head to the lower end. It is extended. The system also includes a second pressure vessel portion surrounding a gas cooler configured to cool the hot raw effluent gas stream from the gasifier reaction chamber. The second portion extends vertically downward from the upper end toward the solid removal end. The system further includes a transition portion extending between the lower end and the upper end, wherein each of the first portion, the second portion, and the transition portion is substantially along a central longitudinal axis of each portion. It is arranged vertically and coaxially. The system includes a throat disposed coaxially with and extending between portions for free passage of a hot untreated effluent gas stream from a gasifier reaction chamber to a gas cooler; The throat has a heat-resistant material lining on the radially inner surface. The system further includes a concentric and coaxial vertical tube cage surrounding the throat along at least a portion of the length of the throat, and a plurality of annular anchor rings connected to at least one of the first portion and the tube cage. These anchor rings extend radially inward and are configured to support the throat heat resistant material.
さらに別の実施形態において、一体化されたガス化装置及び合成ガス冷却器を組み立てる方法はガス化容器と一体に形成された合成ガス冷却器容器を用意することを含んでおり、ここでガス化容器は反応室を含んでおり、合成ガス冷却器容器は熱交換器を含んでいる。また、この方法は、耐熱性材料でライニングを施したスロートを用いて、反応室と合成ガス冷却器容器を流動連通状態で連結することも含んでおり、ここで前記耐熱性材料は１以上の環状アンカーリングを用いてスロートに支持される。この方法はさらに、スロートを取り囲む冷却用チューブケージを配置して、作動中耐熱性材料が冷却用チューブケージにより冷却されるようにすることを含んでいる。 In yet another embodiment, a method of assembling an integrated gasifier and a syngas cooler includes providing a syngas cooler vessel that is integrally formed with the gasification vessel, where the gasification is performed. The vessel contains a reaction chamber and the synthesis gas cooler vessel contains a heat exchanger. The method also includes connecting the reaction chamber and the syngas cooler vessel in fluid communication using a throat lined with a heat resistant material, wherein the heat resistant material is one or more. It is supported on the throat using an annular anchor ring. The method further includes disposing a cooling tube cage surrounding the throat so that the refractory material is cooled by the cooling tube cage during operation.
図１−５は、本明細書に記載する方法とシステムの代表的な実施形態を示している。 1-5 illustrate an exemplary embodiment of the method and system described herein.
一体型のガス化装置と合成ガス冷却器の組合せに関連して本発明の実施形態を説明するが、当業者には理解されるように本発明の実施形態は一体型のガス化装置と合成ガス冷却器の組合せに使用されるもののみに限定されないことに留意されたい。それどころか、本発明の実施形態はあらゆる一体化された容器で使用することができる。 While embodiments of the present invention will be described in the context of a combination of an integrated gasifier and a syngas cooler, as will be appreciated by those skilled in the art, embodiments of the present invention are considered to be integrated gasifiers It should be noted that the invention is not limited to those used in gas cooler combinations. On the contrary, embodiments of the present invention can be used in any integrated container.
以下の詳細な説明は、限定ではなく例示として本発明の実施形態を例証する。本発明は、工業用途、商業用途、及び居住用途における容器の内部構成部品の寿命を延ばすためにそれらの部品を冷却するのに広く応用されるものと考えられる。 The following detailed description illustrates embodiments of the invention by way of example and not limitation. The present invention is believed to be widely applied to cool the internal components of containers in industrial, commercial and residential applications to extend the life of the components.
本明細書で単数形態で記載される要素又は工程は、明確に除外されない限り複数の要素又は工程を除外するものではないことと了解されたい。また、本発明の「１つの実施形態」に関する言及は、同様に当該特徴を含む別の実施形態の存在を排除するものと解すべきではない。 It should be understood that an element or step described in the singular form herein does not exclude a plurality of elements or steps, unless expressly excluded. Furthermore, references to “one embodiment” of the present invention should not be construed as excluding the existence of other embodiments that also include the feature.
図１は、本発明の１つの代表的な実施形態に従う垂直の細長い高温スチール圧力容器１００の概略図である。この代表的な実施形態において、容器１００は単一の単位として形成されたシェル１０２を含んでいる。シェル１０２は、合成ガス、還元性ガス、又は燃料ガスの生産に使用される部分酸化ガス化装置のガス化反応ゾーン１０６を取り囲む上部シェル１０４、ガス冷却器部分１１０を取り囲む下部シェル１０８、及び反応ゾーン１０６とガス冷却器部分１１０の間に延在するスロート１１４を取り囲む移行部分１１２を含んでいる。上部シェル１０４は、容器１００の中央の縦軸１１８に沿った底部出口通路１１６、及び下方に送り出すガス化バーナー（図には示してない）の挿入のための同軸の入口開口１２２を含む上頭部１２０を含んでいる。スロート１１４は収束する入り口を含んでいる。上部シェル１０４は、ガス化反応ゾーン１０６を取り囲み、上部シェル１０４と反応ゾーン１０６の間で半径方向に延在する耐熱性ライニング１２４を含んでいる。スロート１１４は、耐火性煉瓦ライニング１２６で裏打ちされた垂直の円筒形で環状形状の細長い導管である。スロート１１４は、一般に上部シェル１０４及び下部シェル１０８と同軸であり、反応ゾーン１０６から下部シェル１０８内のガス冷却器１１０まで下方に流れる高温の未処理流出ガス流の自由な通過のために前記上部シェルと下部シェルとの間に延在している。本明細書で言及する場合、「軸方向の」方向は軸１１８と実質的に平行な方向であり、「上部」及び「上方の」方向は一般に入口開口１２２に向かう方向であり、「下部」及び「下方の」方向は一般に入口開口１２２から遠ざかる方向である。 FIG. 1 is a schematic view of a vertical elongated hot steel pressure vessel 100 according to one exemplary embodiment of the present invention. In this exemplary embodiment, the container 100 includes a shell 102 formed as a single unit. The shell 102 includes an upper shell 104 that surrounds a gasification reaction zone 106 of a partial oxidation gasifier used to produce synthesis gas, reducing gas, or fuel gas, a lower shell 108 that surrounds a gas cooler portion 110, and a reaction. A transition portion 112 is included that surrounds a throat 114 that extends between the zone 106 and the gas cooler portion 110. The upper shell 104 includes a bottom outlet passage 116 along the central longitudinal axis 118 of the container 100 and a top inlet that includes a coaxial inlet opening 122 for insertion of a gasification burner (not shown) that feeds downward. Part 120 is included. The throat 114 includes a converging entrance. The upper shell 104 includes a refractory lining 124 that surrounds the gasification reaction zone 106 and extends radially between the upper shell 104 and the reaction zone 106. The throat 114 is a vertical, cylindrical, annular, elongated conduit lined with a refractory brick lining 126. The throat 114 is generally coaxial with the upper shell 104 and the lower shell 108 and allows the upper raw effluent gas stream flowing downward from the reaction zone 106 to the gas cooler 110 in the lower shell 108 for free passage of the upper throat 114. It extends between the shell and the lower shell. As referred to herein, the “axial” direction is a direction substantially parallel to axis 118, the “upper” and “upper” directions are generally toward the inlet opening 122, and “lower” And the “downward” direction is generally the direction away from the inlet opening 122.
図２は、本発明の１つの実施形態に従う容器２００のスロート部分の概略図である。この代表的な実施形態において、上部シェル１０４は、反応ゾーン１０６の外周の回りの周囲に積み重ねられた耐火性煉瓦の第１の層２０２、及び第１の層２０２から半径方向外側に積み重ねられた耐火性煉瓦の第２の層２０４を含んでいる。第１の層２０２は下端２０６で、上部シェル１０４から半径方向内方に延在する第１の環状アンカーリング２０８により支持されている。第２の環状アンカーリング２１０は、第２の層２０４に対する支持体を提供し、第１の環状アンカーリング２０８から軸方向に離れた位置で同様に上部シェル１０４から半径方向内方に延在している。第１の層２０２と第２の層２０４は、第１の層２０２内の隣接する煉瓦間の継ぎ目が第２の層２０４内の隣接する煉瓦間の継ぎ目と並ばないように積み重ねられる。かかるずれにより、反応ゾーン１０６と上部シェル１０４との間に迷路のような通路が生じ、そのため、反応ゾーン１０６からの高温の未処理流出ガスが反応ゾーン１０６から漏れ、上部シェル１０４に隣接する空間２１２（ここでは、高温の未処理流出ガスの腐食性の構成成分が上部シェル１０４を攻撃し得る）に入るのが容易に防止される。 FIG. 2 is a schematic view of a throat portion of a container 200 according to one embodiment of the present invention. In this exemplary embodiment, the top shell 104 was stacked radially outward from the first layer 202 of fire-resistant bricks stacked around the periphery of the reaction zone 106 and the first layer 202. A second layer 204 of refractory brick is included. The first layer 202 is supported at a lower end 206 by a first annular anchor ring 208 that extends radially inward from the upper shell 104. The second annular anchoring ring 210 provides support for the second layer 204 and also extends radially inward from the upper shell 104 at a location axially away from the first annular anchoring ring 208. ing. The first layer 202 and the second layer 204 are stacked such that the seam between adjacent bricks in the first layer 202 is not aligned with the seam between adjacent bricks in the second layer 204. This misalignment creates a labyrinth path between the reaction zone 106 and the upper shell 104, so that hot untreated effluent gas from the reaction zone 106 leaks from the reaction zone 106 and is adjacent to the upper shell 104. 212 (where the corrosive components of the hot untreated effluent gas can attack the upper shell 104) are easily prevented.
移行部分１１２はスロート１１４の回りで周囲に延在する冷却管２１４の膜壁（membrane wall）からなるチューブケージを含んでいる。冷却管２１４から半径方向外側に移行部分１１２まで延在する停滞環状空間２１６が、水を供給し冷却器１１０から水と蒸気を取り出す上昇管（riser）と降下管（downcomer）（両方とも図には示してない）のための領域を提供する。スロート１１４は、冷却管２１４に連結された第３の環状アンカーリング２２０から底部出口通路１１６まで上方に延在する耐火性煉瓦のスロート層２１８でライニングが施されている。アンカーリング２２０は冷却管２１４から半径方向内方に延在し、スロート層２１８を支持している。スロート層２１８と第１の層２０２の間の耐火性煉瓦の傾斜層２２２は、 冷却管２１４に連結され、そこから半径方向内方に延在する第４の環状アンカーリング２２４により支持されている。第１の層２０２は上部シェル１０４に連結された第１の環状アンカーリング２０８により支持され、傾斜層２２２は冷却管２１４に連結された第３のアンカーリング２２０により支持されているので、容器２００の一定の作動中、第１の層２０２と傾斜層２２２は上部シェル１０４と冷却管２１４の差動膨張に起因して互いに軸方向に移動し得る。従って、第１の層２０２と傾斜層２２２との間の当接する接合部は、第１の層２０２と傾斜層２２２が差動膨張及び収縮の期間中互いに比較的自由に滑り得るように垂直に配置される。かかる滑り自在の係合により、第１の層２０２及び／又は傾斜層２２２の亀裂を生じ得る第１の層２０２と傾斜層２２２の圧縮を回避し、第１の層２０２と傾斜層２２２との間の間隙の形成を回避するのが容易になる。 The transition portion 112 includes a tube cage consisting of a membrane wall of a cooling tube 214 that extends around the throat 114. A stagnant annular space 216 extending radially outward from the cooling pipe 214 to the transition portion 112 provides a riser and downcomer (both shown in the figure) for supplying water and drawing water and steam from the cooler 110. Provides an area for (not shown). The throat 114 is lined with a refractory brick throat layer 218 that extends upwardly from the third annular anchor ring 220 connected to the cooling tube 214 to the bottom outlet passage 116. Anchor ring 220 extends radially inward from cooling tube 214 and supports throat layer 218. A refractory brick graded layer 222 between the throat layer 218 and the first layer 202 is connected to the cooling tube 214 and supported by a fourth annular anchoring ring 224 extending radially inward therefrom. . Since the first layer 202 is supported by a first annular anchor ring 208 connected to the upper shell 104 and the inclined layer 222 is supported by a third anchor ring 220 connected to the cooling pipe 214, the container 200 During certain operations, the first layer 202 and the gradient layer 222 may move axially relative to each other due to differential expansion of the upper shell 104 and the cooling tube 214. Thus, the abutting joint between the first layer 202 and the graded layer 222 is vertical so that the first layer 202 and the graded layer 222 can slide relatively freely relative to each other during differential expansion and contraction. Be placed. Such slidable engagement avoids compression of the first layer 202 and the gradient layer 222 that may cause cracking of the first layer 202 and / or the gradient layer 222, and prevents the first layer 202 and the gradient layer 222 from being compressed. It is easy to avoid the formation of a gap between them.
停滞環状空間２１６は、耐熱性ライニングを施した移行部スロートシリンダー１１４の外側で移行部分１１２の内側に配置され、フランジ付き接合の構成と比較して増大した容積をもっている。この増大した容積により、本発明の１つの実施形態では、環状の空間２１６の内側にボイラー給水配管を支持構造体を設けることが可能である。この実施形態では、より融通が利くパイプの配列構成（routing）を可能にすることによって、熱膨張の不一致に起因するパイプ部品及び容器との接合部の熱応力が低減する。また、この実施形態では、頂部ヘッダー（図には示してない）を水平の管壁（図には示してない）より上の環状の空間２１６中に導くのに充分な空間が得られる。この実施形態では水平の管壁の下の高温ガス通路内部のチューブパネル表面積が追加され、これにより熱回収性能が増大するか又は合成ガス冷却器アセンブリの軸方向の全体の長さが低減する。さらに、この実施形態では、容器の壁への直接の接続を可能にすることによって垂直のチューブパネルのための支持構造体が簡単になり、より良好なアクセス及び設計の自由度のためのより大きな環状空間が自由になる。 The stagnant annular space 216 is located outside the transition throat cylinder 114 with heat resistant lining and inside the transition portion 112 and has an increased volume compared to the flanged joint configuration. Due to this increased volume, in one embodiment of the present invention, it is possible to provide a boiler feedwater support structure inside the annular space 216. In this embodiment, the thermal stress at the joint between the pipe part and the container due to thermal expansion mismatch is reduced by allowing more flexible pipe routing. This embodiment also provides sufficient space to guide the top header (not shown) into the annular space 216 above the horizontal tube wall (not shown). This embodiment adds tube panel surface area inside the hot gas passage below the horizontal tube wall, thereby increasing heat recovery performance or reducing the overall axial length of the syngas cooler assembly. In addition, this embodiment simplifies the support structure for the vertical tube panel by allowing direct connection to the wall of the container, and provides greater access for better access and design freedom. Annular space becomes free.
図３は、本発明の別の実施形態に従う容器３００のスロート部分の概略図である。容器３００は（図２に示した）容器２００と実質的に類似しており、容器３００の構成部品のうち容器２００の構成部品と同一のものは図２で用いたのと図３でも同じ参照番号で示す。この代表的な実施形態において、冷却管２１４は底部出口通路１１６の部分まで延在していない。従って、停滞環状空間２１６は図２に示したものより小さい。支持スカート３０１は上部シェル１０４から斜め内方に延在している。 FIG. 3 is a schematic view of the throat portion of a container 300 according to another embodiment of the present invention. The container 300 is substantially similar to the container 200 (shown in FIG. 2), and the same components of the container 300 as those of the container 200 are the same as those used in FIG. Shown by number. In this exemplary embodiment, the cooling tube 214 does not extend to the portion of the bottom outlet passage 116. Accordingly, the stagnant annular space 216 is smaller than that shown in FIG. The support skirt 301 extends obliquely inward from the upper shell 104.
耐火性煉瓦の第１の層３０２は反応ゾーン１０６の外周の回りの周囲に積み重ねられており、耐火性煉瓦の第２の層３０４は第１の層３０２の半径方向外側に積み重ねられている。第１の層３０２は下端３０６において、支持スカート３０１から半径方向内方に延在する第１の環状アンカーリング３０８により支持されている。第２の環状アンカーリング３１０は、第２の層３０４に対する支持体となっており、第１の環状アンカーリング３０８から軸方向に離れた位置で同様に支持スカート３０１から半径方向内方に延在している。第１の層３０２と第２の層３０４は、第１の層３０２内の隣接する煉瓦間の継ぎ目が第２の層３０４内の隣接する煉瓦間の継ぎ目と揃わないように積み重ねられている。かかるずれにより、反応ゾーン１０６と上部シェル１０４の間に迷路のような通路が生じ、反応ゾーン１０６からの高温の未処理流出ガスが反応ゾーン１０６から漏れて、高温の未処理流出ガスの腐食性の構成成分が上部シェル１０４を攻撃する可能性がある空間２１２に入るのを容易に防止する。 A first layer of refractory bricks 302 is stacked around the periphery of the reaction zone 106 and a second layer of refractory bricks 304 is stacked radially outward of the first layer 302. The first layer 302 is supported at a lower end 306 by a first annular anchor ring 308 that extends radially inward from the support skirt 301. The second annular anchoring ring 310 provides support for the second layer 304 and also extends radially inward from the support skirt 301 at a location axially away from the first annular anchoring ring 308. is doing. The first layer 302 and the second layer 304 are stacked such that the seam between adjacent bricks in the first layer 302 is not aligned with the seam between adjacent bricks in the second layer 304. This misalignment creates a labyrinth path between the reaction zone 106 and the upper shell 104, and hot untreated effluent gas from the reaction zone 106 leaks out of the reaction zone 106, causing the hot untreated effluent gas to corrode. Are easily prevented from entering the space 212 that can attack the upper shell 104.
移行部分１１２は、スロート１１４の回りで周囲に延在する冷却管２１４の膜壁からなるチューブケージを含んでいる。停滞環状空間２１６が冷却管２１４から移行部分１１２まで半径方向外側に延在していて、水を供給しガス冷却器１１０から水と蒸気を取り出す上昇管と降下管（両方とも図には示してない）のための領域を提供している。スロート１１４は、冷却管２１４に連結された第３の環状アンカーリング２２０から底部出口通路１１６まで上方に延在する耐火性煉瓦のスロート層２１８でライニングが施こされている。アンカーリング２２０は冷却管２１４から半径方向内方に延在し、スロート層２１８を支持している。 The transition portion 112 includes a tube cage consisting of a membrane wall of a cooling tube 214 that extends around the throat 114. A stagnant annular space 216 extends radially outward from the cooling pipe 214 to the transition portion 112 and is supplied with water and ascending and descending pipes (both shown in the figure for extracting water and steam from the gas cooler 110). Not providing areas for). The throat 114 is lined with a refractory brick throat layer 218 that extends upwardly from the third annular anchor ring 220 connected to the cooling tube 214 to the bottom outlet passage 116. Anchor ring 220 extends radially inward from cooling tube 214 and supports throat layer 218.
第４のアンカーリング３１２が支持スカート３０１からスロート層２１８の半径方向外周まで半径方向内方に延在している。アンカーリング３１２は耐火性煉瓦及び／又は鋳造可能な耐熱性材料の移行部層３１４を支持している。移行部層３１４は第１の層３０２と移行部層３１４との間及びスロート層２１８と移行部層３１４との間の滑り係合を提供して、冷却管２１４と上部シェル１０４との間の差動膨張及び収縮を受け入れる。 A fourth anchor ring 312 extends radially inward from the support skirt 301 to the radially outer periphery of the throat layer 218. Anchor ring 312 supports a transition layer 314 of refractory brick and / or castable refractory material. Transition layer 314 provides sliding engagement between first layer 302 and transition layer 314 and between throat layer 218 and transition layer 314, between cooling tube 214 and upper shell 104. Accept differential expansion and contraction.
図４は、本発明のもう１つ別の実施形態に従う容器４００のスロート部分の概略図である。容器４００は（図３に示した）容器３００と実質的に類似しており、容器４００の構成部品のうち容器３００の構成部品と同一のものは図４でも図３で使用したものと同じ参照番号を用いて示す。この代表的な実施形態において、スロート層２１８は、反応ゾーン１０６からの混入した粒子及びスラグの除去を容易にする収束−発散する断面を含んでいる。スロート入り口１２３の収束する断面は、反応ゾーン１０６を出る高温の未処理流出ガス蒸気の速度を増大させる傾向があり、また反応ゾーン１０６の内部の背圧を増大させる傾向があり、これはまた反応ゾーン１０６内へのガスの逆流も低減する。発散する断面は、スラグがスロート層２１８の下側部分の耐火性煉瓦を流れ落ちるのではなくスロート１１４を通って滴り落ちるようにするための張り出し部を提供する。 FIG. 4 is a schematic view of the throat portion of a container 400 according to another embodiment of the present invention. The container 400 is substantially similar to the container 300 (shown in FIG. 3), and the same components of the container 400 as the components of the container 300 are the same as those used in FIG. 4 in FIG. Shown with numbers. In this exemplary embodiment, throat layer 218 includes a converging-diverging cross section that facilitates removal of entrained particles and slag from reaction zone 106. The converging cross section of the throat inlet 123 tends to increase the rate of the hot raw effluent gas vapor exiting the reaction zone 106 and also tends to increase the back pressure inside the reaction zone 106, which also reacts. Gas backflow into the zone 106 is also reduced. The diverging cross section provides an overhang to allow the slag to drip through the throat 114 rather than flowing down the refractory brick in the lower portion of the throat layer 218.
図５は、本発明のもう１つ別の実施形態に従う容器５００のスロート部分の概略図である。容器５００は（図３に示した）容器３００と実質的に類似しており、容器５００の構成部品のうち容器３００の構成部品と同一のものは図５でも図３で使用したものと同じ参照番号で示す。この代表的な実施形態において、スロート層５０２は第１の層５０４と第２の層５０６を含み、第１の層５０４と第２の層５０６との間の接合部５１０に段差５０８を含んでいる。冷却管２１４と上部シェル１０４の差動膨張及び収縮中の第１の層５０４と第２の層５０６との軸方向の移動を許容する間隙５１２が設けられている。間隙５１２は、層５０６の下の突き出し部（underhang）５１４が、層５０４の張り出し部５１６を圧迫し、第１の層５０４及び第２の層５０６を構成する耐火性煉瓦の亀裂及び／又は位置ずれを起こすのを防ぐ。段差５０８はまた、高温の未処理流出ガス蒸気が容器５００の上部シェル１０４、冷却管２１４、その他の金属部分に到達するのに通過しなければならない追加の曲がりくねった通路も提供する。 FIG. 5 is a schematic view of the throat portion of a container 500 according to another embodiment of the present invention. The container 500 is substantially similar to the container 300 (shown in FIG. 3), and the same components of the container 500 as those of the container 300 are the same as those used in FIG. 5 in FIG. Shown by number. In this exemplary embodiment, the throat layer 502 includes a first layer 504 and a second layer 506, and includes a step 508 at a junction 510 between the first layer 504 and the second layer 506. Yes. A gap 512 is provided that allows axial movement of the first layer 504 and the second layer 506 during differential expansion and contraction of the cooling tube 214 and the upper shell 104. The gap 512 is such that the underhang 514 under the layer 506 presses against the overhang 516 of the layer 504 and cracks and / or locations of the refractory bricks that make up the first layer 504 and the second layer 506. Prevent misalignment. Step 508 also provides an additional tortuous path that hot untreated effluent vapor must pass through to reach the upper shell 104, cooling tube 214, and other metal parts of the vessel 500.
以上、一体型のガス化装置と合成ガス冷却器の組合せに対するシステムと方法の代表的な実施形態について詳細に記載した。例証したシステムと方法は本明細書に記載した特定の実施形態に限定されることはなく、むしろ、システムの構成部品は本明細書に記載した他の構成部品とは独立して別々に利用することができる。さらに、方法について記載した工程は本明細書に記載した他の工程とは独立して別々に利用することができる。例えば、図５に示した段差５０８は図４に示した収束−発散断面を有するスロート層２１８と組み合わせてもよい。本発明の様々な実施形態の他の組合せも考えられる。 Thus, exemplary embodiments of systems and methods for the combination of an integrated gasifier and a syngas cooler have been described in detail. The illustrated systems and methods are not limited to the specific embodiments described herein; rather, the components of the system are utilized separately and independently of the other components described herein. be able to. Further, the steps described for the method can be utilized separately and independently of the other steps described herein. For example, the step 508 shown in FIG. 5 may be combined with the throat layer 218 having the convergence-divergence cross section shown in FIG. Other combinations of various embodiments of the invention are also contemplated.
反応器、合成ガス冷却器、及びその間の移行部を含む一体型容器の実施形態では、反応器、合成ガス冷却器、及び移行部の間のフランジ付き接合部が撤廃され、従ってガス通路移行部（スロート）１１４が外側の容器移行部１１２から分離される。かかる構成により、それぞれの間にフランジ付き移行部を有する別々の容器を含む容器構成より短いスロート長さが可能となる一方で同じか又はより大きい環状の空間２１６が維持される。また、この一体型の構成では、スロート耐熱性ライニング２１８をその全長に沿って冷却すること、及び／又は耐熱性移行部３１４を冷却することも可能である。 In an integrated vessel embodiment that includes a reactor, a syngas cooler, and a transition therebetween, the flanged joint between the reactor, the syngas cooler, and the transition is eliminated, and thus the gas passage transition. The (throat) 114 is separated from the outer container transition 112. Such a configuration maintains the same or larger annular space 216 while allowing for a shorter throat length than a container configuration including separate containers with flanged transitions between each. Also, with this integrated configuration, the throat heat resistant lining 218 can be cooled along its entire length and / or the heat resistant transition 314 can be cooled.
本発明の実施形態により、全体の容器の長さを低減でき、配管の長さ及びパイプ応力を低減でき、材料と製作のコストを低減でき、かつ次の改良概念及び利益が得られる。すなわち、蒸気−冷却されるスロート耐熱性ライニング、蒸気−冷却される移行部分及びスロート耐熱性ライニング、スロート流路内の「滴下点（drip point）」であり、これは本発明の実施形態で可能となる低下した長さのスロートを使用して初めて有効となる。また、本発明の実施形態により、ガス流の適正化及びより長寿命の移行点、高摩耗点においてより長い寿命のためにより厚い煉瓦の使用を可能とするガス化部分とスロート移行部煉瓦の膨張特性、相互はぎ（ship lap）伸縮継手、蒸気冷却される耐火性煉瓦ライニング、ガス化装置側壁、ガス化装置移行部、ガス化装置スロート及び合成ガス冷却器スロートライニングの改変された支持特性、一体型のガス化装置及び合成ガス冷却器容器、並びに耐熱性ライニングを施したスロートにおける融通が利く流路の直径及び形状（この場合、その可変の直径はライニング厚さを段階的に増大することで実現できる）も可能となる。 Embodiments of the present invention can reduce the overall container length, reduce piping length and pipe stress, reduce material and fabrication costs, and provide the following improved concepts and benefits. That is, steam-cooled throat heat-resistant lining, steam-cooled transition and throat heat-resistant lining, “drip point” in the throat flow path, which is possible with embodiments of the present invention It becomes effective only when using a throat with a reduced length. Also, according to embodiments of the present invention, the expansion of the gasification part and the throat transition part brick which allows the use of thicker bricks for optimization of gas flow and longer life transition points, longer life at high wear points. Characteristics, ship lap expansion joints, steam cooled refractory brick lining, gasifier sidewall, gasifier transition, gasifier throat and syngas cooler slow lining modified support characteristics, Versatile channel diameters and shapes in body-type gasifiers and syngas cooler vessels and heat-resistant lining throats, where the variable diameter increases the lining thickness step by step. Can also be realized).
移行部及び／又はスロートにおける蒸気冷却耐熱性ライニングはより長い運転寿命及び耐熱性ライニングの交換のためのより短い停止時間を可能とし、そのためガス化プロセスの有用性が増大すると共に作業コストが低下する。また、蒸気冷却耐熱性ライニングにより、耐熱性ライニングを施したスロートの可変の直径によってスロートを出る合成ガス速度及び／又は質量並びに運動量流束（momentum flux）を調節する際の自由度が加わる。耐熱性ライニングの積極的な冷却は合成ガス冷却器からガス化装置及び／又はチューブケージへ入る蒸気冷却管を伸ばすことによって達成される。一体化された容器及び耐熱性ライニングでは、スチール容器フランジを変えることなく、耐熱性ライニングを施したスロート流路の直径及び形状を変えることが可能になる。スロートの形状は円筒形、円錐形、又は流れがスロートの下流出口に近付くにつれて直径が増大するフレアであり得る。 Steam cooled refractory linings in transitions and / or throats allow for longer operating life and shorter downtime for replacement of refractory linings, thus increasing the usefulness of the gasification process and lowering operating costs . Steam-cooled heat-resistant lining also adds flexibility in adjusting the synthesis gas velocity and / or mass and momentum flux exiting the throat by the variable diameter of the heat-resistant lining. Aggressive cooling of the refractory lining is accomplished by extending a steam cooling tube that enters from the syngas cooler into the gasifier and / or tube cage. With an integrated container and heat resistant lining, it is possible to change the diameter and shape of the throat channel with the heat resistant lining without changing the steel container flange. The shape of the throat can be cylindrical, conical, or a flare that increases in diameter as the flow approaches the downstream outlet of the throat.
一体化されたガス化装置及び合成ガス冷却器システムのための方法とシステムの上記実施形態により、ガス化装置と合成ガス冷却器との間の水平のフランジとフランジの接合を排除し、代わりに耐熱性ライニングを施したガス化反応室と合成ガス冷却器熱交換器の内部部品を共に単一の容器内に含む非連続で一体型の容器のための費用効果的で信頼性のある手段が得られる。また、本発明の実施形態により、ガス化装置から合成ガス冷却器への移行部領域において、ガス化装置のスロートチューブケージを底部移行部まで伸ばすのに充分な内部の容積が得られ、これによりスロートの全長の耐熱性ライニング、及び／又はガス化装置内のスロート全体プラス４５度の底部移行部の蒸気冷却が可能になる。蒸気冷却耐熱性ライニングは、スロートにおける積極的な蒸気冷却がない場合より寿命が長い。さらに、ガス化装置側壁、移行部、及びスロート部分におけるガス化装置側壁、移行部、及びスロート部分における耐熱性ライニングの支持体は、温度が変化する期間中ガス化装置側壁、移行部、及びスロート部分の膨張及び収縮を受け入れる。従って、合成ガスのための耐熱性ライニング内の直接漏洩通路が耐熱性ライニングにおける実質的に排除する。その結果、本明細書に記載した方法とシステムは、費用効果的で信頼性のあるやり方でガス化及び冷却を促進する。 The above embodiments of the method and system for an integrated gasifier and syngas cooler system eliminate the horizontal flange-to-flange joint between the gasifier and the syngas cooler and instead A cost-effective and reliable means for a discontinuous, monolithic vessel that includes both the gasification reaction chamber with heat-resistant lining and the internal components of the syngas cooler heat exchanger in a single vessel can get. Also, embodiments of the present invention provide an internal volume sufficient to extend the throat tube cage of the gasifier to the bottom transition in the transition region from the gasifier to the syngas cooler, thereby A heat-resistant lining over the entire length of the throat and / or steam cooling of the entire throat in the gasifier plus a 45 ° bottom transition is possible. Steam cooled heat resistant linings have a longer life than without active steam cooling at the throat. Further, the gasifier sidewalls at the gasifier sidewall, transition section, and throat portion, the support for the heat resistant lining at the transition section, and throat portion are the gasifier sidewall, transition section, and throat during the temperature change period. Accept expansion and contraction of parts. Thus, a direct leakage path in the heat resistant lining for the syngas is substantially eliminated in the heat resistant lining. As a result, the methods and systems described herein facilitate gasification and cooling in a cost-effective and reliable manner.
様々な特定の実施形態に関連して本発明を説明して来たが、請求の範囲の思想と範囲内の修正を加えて本開示を実施することができることは当業者には理解されよう。 While the invention has been described in connection with various specific embodiments, those skilled in the art will recognize that the disclosure can be practiced with modification within the spirit and scope of the claims.
Claims (20)
前記ガス化装置と一体に形成され、少なくとも１つの熱交換器要素を含む合成ガス冷却器と、
前記反応室及び前記合成ガス冷却器と一体に形成され、その間に延在する移行部分と
を含んでなり、
前記移行部分がさらに前記反応室と前記合成ガス冷却器との間に延在するスロートを含み、前記移行部分がさらに前記スロートを囲む熱交換器を含む、一体化されたガス化装置及び合成ガス冷却器。 A gasifier including a reaction chamber;
A syngas cooler integrally formed with the gasifier and including at least one heat exchanger element;
A transition portion formed integrally with and extending between the reaction chamber and the synthesis gas cooler;
Integrated gasifier and synthesis gas wherein the transition portion further includes a throat extending between the reaction chamber and the synthesis gas cooler, and the transition portion further includes a heat exchanger surrounding the throat Cooler.
前記ガス化装置及び前記移行部分の少なくとも１つから半径方向で内方に延在する支持スカートと、
前記支持スカートに連結された少なくとも１つのアンカーリングと
を含んでおり、前記少なくとも１つのアンカーリングが前記支持スカートから半径方向で内方に延在しており、前記少なくとも１つのアンカーリングが前記支持スカートの周囲で少なくとも部分的に延在する、請求項１記載の一体化されたガス化装置及び合成ガス冷却器。 further,
A support skirt extending radially inward from at least one of the gasifier and the transition portion;
At least one anchor ring coupled to the support skirt, the at least one anchor ring extending radially inward from the support skirt, wherein the at least one anchor ring is the support skirt. The integrated gasifier and syngas cooler of claim 1, wherein the gasifier and the syngas cooler extend at least partially around the skirt.
前記反応室からの高温の未処理流出ガス流を冷却するように構成されたガス冷却器を取り囲み、上端から垂直下方に固体除去端部まで延在する第２の圧力容器部分と、
前記下端と前記上端との間に延在する移行部分（ここで、前記第１の部分、前記第２の部分、及び前記移行部分の各々は、各々の部分の中央の縦軸に沿って実質的に垂直で同軸の配列になっている）と、
各々前記部分と同軸に配置され、それらの間に延在している、高温の未処理流出ガス流の前記ガス化装置反応室から前記ガス冷却器への自由な通過のための、半径方向内面の回りが耐熱性材料でライニングを施されている、スロートと、
前記スロートの長さの少なくとも一部分に沿って前記スロートを取り囲む同心同軸の垂直チューブケージと、
前記第１の部分及び前記チューブケージの少なくとも１つに連結された複数の環状アンカーリング（これらのアンカーリングは、半径方向内方に延在しており、前記スロート耐熱性材料を支持するように構成されている）と
を含んでなる、一体化されたガス化装置及び合成ガス冷却器システム。 A first pressure vessel portion surrounding the gasifier reaction chamber and extending from the vessel head to the lower end;
A second pressure vessel portion surrounding a gas cooler configured to cool a hot untreated effluent gas stream from the reaction chamber and extending vertically downward from the top to a solid removal end;
A transition portion extending between the lower end and the upper end (wherein each of the first portion, the second portion, and the transition portion is substantially along a central longitudinal axis of each portion; Vertical and coaxial arrangement)
Radial inner surface for free passage of a hot untreated effluent gas stream from the gasifier reaction chamber to the gas cooler, each disposed coaxially with and extending therebetween Around the throat, which is lined with heat-resistant material,
A concentric, vertical tube cage surrounding the throat along at least a portion of the length of the throat;
A plurality of annular anchor rings coupled to at least one of the first portion and the tube cage (the anchor rings extending radially inward to support the throat refractory material; An integrated gasifier and a syngas cooler system.
反応室を含むガス化容器と一体に形成された、熱交換器を含む合成ガス冷却器容器を用意し、
１以上の環状アンカーリングを用いてスロート内に支持された耐熱性材料で裏打ちされたスロートを使用して反応室と合成ガス冷却器容器を流動連通して連結し、
作動中耐熱性材料が冷却用チューブケージを用いて冷却されるように、スロートを取り囲む冷却用チューブケージを配置する
ことを含む、前記方法。 A method of assembling an integrated gasifier and a syngas cooler comprising:
Prepare a synthesis gas cooler container including a heat exchanger, which is formed integrally with a gasification container including a reaction chamber,
Connecting the reaction chamber and the syngas cooler vessel in fluid communication using a throat lined with a heat resistant material supported within the throat using one or more annular anchoring rings;
Placing the cooling tube cage surrounding the throat such that the refractory material is cooled using the cooling tube cage during operation.
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