JPH0233561A - 熱交換装置および同装置内の圧力条件をモニタする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は全体として熱交換器構造に関するものであシ、
更に詳しくいえば、偶発的な運転上の損傷を避けるため
に熱保護装置が設けられた合成ガス冷却装置または廃熱
ボイラに関するものである。

高温ガス発生方法は、微細に粉砕された石炭、コークス
または液体燃料で構成され、制御され九雰囲気中で燃焼
させられる燃料を利用する。

〔従来の技術〕

種々の環境内で、各種の用途のために採用される廃熱ボ
イラ構造のような数多くの熱交換設計がある。ガス化装
置からの高温の合成ガスと、粉末状フライアッシュまた
はスラグのような微細に粉砕された固体との冷却は、従
来は水冷壁管内にスチームを生じさせる放射ボイラを利
用していた。

そのようなボイラまたは熱交換器では、固化したスラグ
または冷却されたガスが下降流放射ボイラの底において
除去される。しかし、商用規模のプラントにおいては、
放射ボイラの寸法が、高温の合成ガスの１つの浮遊して
運ばれるスーループット流が用いられる場合に制限する
要因となシうる。

放射廃熱ボイラのような熱交換器用の各種の構造が、冷
却すべき高温ガスの流れから熱を移動させるために用い
られる。それらの構造の多くは合成ガスの多量の流れに
容易には適合させられない。

また、構造が比較的複雑である廃熱ボイラも知られてい
る。そのような廃熱ボイラの一例が米国特許第４，３７
７，１３２号明＃ｌｆ！Ｊに記載されている。

そのような構造は、運転中に過大な熱条件にさらされる
ために、装置にある小さい異常が生じた場合に損傷を受
けやすい。更に、高温の生成ガスの固体部分の存在の結
果として、その方法は考慮されない過程をとることがあ
る。

〔発明が解決すべき課題〕

したがって、本発明の目的は、粒子を含む高温の気体流
を安全に導くようにされた合成ガス冷却装置の構造を得
ることである。本発明の別の目的は、高温の気体流中を
大量の固体が運ばれる高温の環境を含む運転条件の下で
損傷を受けることなしに機能できるよう々装置を得るこ
とである。

本発明の更に別の目的は、部品の内部交換を行うために
比較的短い停止時間ですむ熱交換器を得ることである。

［：！ＪＮを解決するための手段〕 要約すれば、本発明は、固体を浮遊して運ぶ合成ガスの
流れを受ける九めの入口を一端部に有する外殼で構成さ
れた、廃熱ボイラのような合成ガス冷却器に関するもの
である。本発明は、高温の合成ガスからの熱を、水壁内
を運ばれ、または循環させられる液体へ放熱によυ熱交
換するために１殼の内方へ隔てられる水壁を有する。そ
の水壁は外壁とともに環すなわち細長い環状室を形成す
る。

本発明は、本発明が関連する種類の熱交換器内部で水壁
の入口と出口の間の差圧をモニタする手段も有する。そ
のモニタ手段の機能は、潜在的な損傷状況を生じさせる
ことがあるスラグ粒子の有害な成長の開始を検出すると
とである。

いいかえると、本発明は合成ガス冷却装置および廃熱ボ
イラに関するものでちる。この装置は、高温の合成ガス
をそれが運ぶ固体とともに入れるために頂部に軸線方向
の入口を有する垂直外殼を有する。内側の水壁が前記殻
と同軸状に延長して中央の熱交換器通路を構成する。

水壁の一実施例は、高温の合成ガスからの放射熱交換の
ために、円形に配置され九一連の平行な管を有する。水
壁は外殼とともに環すなわち細長い環状室を形成する。

マニホルド手段がそれぞれの平行管の頂部と底部を連結
する。それらの平行管は水を水壁の中に循環させるため
に給水源へ通じさせられる。その水壁はスチームドラム
に通じさせられる。

警報器またはモニタ装置がセンナ手段を含む。

そのセンナ手段は、中央ガス通路と環状室の内部の圧力
を差圧分析器へ伝える。差圧分析器は、水壁の入口と出
口の間の差圧が過大に上昇したことをオペレータへ警告
するための手段を構成する。

典型的には、水壁は、正常なプロセス条件お上び正常な
スチーム側条件において約０．７０３　ｋｅ／ｃｙｓ　
２（約１０ｐｓｉ）の設計値である差圧に耐えるように
設計される。その設計値をとえる差圧が生ずると、高温
ガスにさらされている容器殻が破壊される結果となるこ
とがある。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

粉末状石炭、コークス等からの合成ガスの製造に関連し
て、高温の製造ガスを冷却する必要が常に存在する。通
常は、製造ガスの冷却はある種のガス冷却器において行
われる。経済的にするために、ボイラ構造の水壁管内で
スチームが発生されるように、熱は放射ボイラ内で除去
される。高温の合成ガスで運ばれる固体からの固化した
スラグは、ボイラの底で通常除去される。

商用規模の設備の場合には、合成ガス流の景は、この種
の放射ボイラの寸法が制限する要因となシうるよう表も
のである。いずれにしても、合成ガス中の固体の粒子状
部分の寸法と重量が変化するために、固体の全てが冷却
装置において除去されるものではない。したがって、臨
界点において固体が装置内に＆まることを阻止する工程
をとらなければならない。そのような固体の累積が阻止
されないとすると、熱損傷その他の障害をひき起す程度
に達するまで固体がたまることになる。

この明細書で用いる「水壁」という用語は、当業者にと
って受けいれることができる意味を有することがわかる
であろう。具体的にいえば、水壁構造というのは、交換
熱を受けるための流体を保持または循環させるために複
数の管状通路が設けられる。本願発明の円筒形熱交換器
ユニットには通常の水壁構造が利用される。第２図に示
すように、水壁には平行な水管２２．２３が形成される
。

それらの水管２２，２３はひれ２４，２６または水管の
壁を１つの円筒形気密表面へ連結するその他の手段を有
する。

それらの水管は通常平行に配置され、それぞれの端部が
円形マニホルドにより連結されて、流体をそれぞれの管
の中に入れ、かつスチームをそれぞれの管から出すため
の共通の通路を構成する。

第１図および第２図を参照して、本発明の放射熱ガス冷
却器すなわち熱交換器１０は細長い竪型殻１１を含む。

この殻は上端部に入口１２を有する。その人口１２は軸
線方向に位置させられる。

殻１１の内方に隔てられた水壁１３が、固体を運んでい
る高温の合成ガスから放射熱交換を行う。

その合成ガス拡中央通路１４を通って流れ落ちる。

水壁１３の水管２２，２３の頂部と底部にマニホルド１
６．１７がそれぞれ設けられる。それらは壁を形成し、
中央冷却通路１４を形成する。循環する流体、この場合
には水、を循環させて、使用できるスチームとして回収
できるように、その従来の管構造が採用される。殻１１
と同軸状に配置されている水壁１３は、隣接する２つの
表面の間に、環状室または細長い環状室を形成する。

殻１１の下端部において浴１８または水ボデーが、高温
の合成ガスが中央通路１４の中を軸線方向に流れ落ちる
時に、その合成ガスによｐ運ばれる固体を受けて、それ
らの固体を冷却するように機能する。殻に連結されてい
るロックホッパーまたはそれと類似の構造により、水が
殼の下端部または浴の内部に保持されることがわかるで
あろう。

浴１８との間の水のある程度の循環を入口手段１９と出
口手段２１によシ維持できる。

水壁１３の下端部に少くとも１つの、および好ましくは
複数個の、しぼられた部分３１．３２が設けられる。そ
れらのしぼられた部分は高温の気体流をしだいに細くし
て、速く動く流れにするように機能する。

粒子を運ぶ合成ガスが水壁表面に接触することにより十
分に冷却された後で、ガスはせまくされているネック３
３の中に入シ、逆向きの流れにされる。それから、その
ガスの流れは、殻１１の側壁に形成されている放出口３
４１で上昇させられる。

中央通路１４の第１のしだいにせまくされている部分３
１が水壁１３の下端部に位置させられる。

その部分３１は基本的には円錐台形部材で構成され、せ
まくされているネックすなわち開口部３３に終端する。

速く流れるガスがそのせ壕くされているネック３３を通
る時に、その速度が大幅に上昇する。したがって、より
重い固体粒子が運動量によシ水浴１Ｂへ向って運ばれる
。一方、ガス流の気体成分がそれの逆流を続けて、環状
通路２９を通って放出口３４へ向って流れる。

第２のしだいにせまくされる部分３２においては、より
大きい固体粒子は水浴１８へ向けられる。

そしてそれらの固体粒子は排出口３６を通ってロックホ
ッパーへ落下スる。

冷却されて、粒子をほとんど含まないガスに関しては、
固体粒子の一部の寸法と重量はガスの逆流により影響を
受けないようなものであることがわかる。それらの粒子
の直径は全体として５ミクロン以下であることが見出さ
れている。したがって、粒子は放出口３４と連結交差管
３Ｔを通る。

ある時間が経過すると、いくらかが交差管３Ｔの壁に接
触しているそれらの粒子がその壁に付着することになる
。ある条件の下では、粒子は壁に堆積して、ついには主
通路３８をふさぐことになる。

交差管３７がふさがれてガス流が完全忙停止されるよう
なことが起る可能性を避ける九めに、交差管３７には側
路３９が設けられる。中心通路３８がつまってガス流が
流れることができなくなると、ガス流は側路３９を流れ
るようにされ、側路を通って下流側の装置へ進み、そこ
で更に処理される。

水壁１３の間の圧力平衡条件を維持するために１水壁１
３と殻１１の内面の間の環状室２７が中央通路１４の内
部の圧力に実際に通じさせられる。

このように構成することにより、水壁」３の間に目立つ
ほどの圧力差が生じないことが通常保証される。

環状室２７の内部の圧力が下降または上昇するように圧
力差が生ずると、水壁１３は破損するととがちり、その
ために洩れる点が生ずることＫなる。洩れる点が生ずる
原因は、水壁が膨談すなわち変形させられるためである
。または、連結ひれ２６、またはそれらのひれの間の連
結継目が大きな損傷を受けて高温のガスが環状室２７の
中に入シ、その後で装置のキャップ４２の下側の空間４
１まで上昇することがある。

次に第３図を参照する。本発明の熱交換器または放射冷
却器に組込まれる安全装置すなわちモニタ装置を複数の
点、好ましくは３個所またはそれ以上の点に設けること
が最善である。このようにすると、中央通路１４と環状
室２γの間に生じたどのような圧力差も迅速に測定でき
、それと同時にそれに対処できる。

第３図に示すように、そのような点の１つにおいて、ハ
ウジング４６が環状室２Ｔへ通じさせられる。ハウジン
グ４６の外端部に連結７ランジ４Ｔが形成される。水壁
１３に形成された圧力検出管はタップが円筒形の部材４
８で構成される。この円筒形部材４８の開端部が中央通
路１４に通じさせられる。円筒形部材４８の内端部には
ねじが切られ、そこに気密金具４９が着脱できるようＫ
ねじこまれる。熱交換用の中央通路１４内の高温のガス
にさらされて円筒部材４８が熱くよる損傷を受けるとと
を避けるようにして、その円筒形部材４Ｂは隣接する２
本の水管２２と２３の間に置かれる。

第１の圧力検出タップがある長さのパイプ、管、ま九は
好ましくはたわみ金属管５１を含む。殻１１と水壁１３
の間の熱によりひき起される動きの違いを吸収できるよ
うにするために、過大々長さの管が設けられる。

圧力モニタユニット組立体５２が取付け７ランジの態様
のベース部材５３で構成される。ベース部材５３には貫
通穴が設けられ、その貫通穴の中に管部材５４．５６が
通される。連結ボルト５７によって隣接する７ランジの
間に耐熱シールガスケット５８を圧縮するととＫより、
継目を気密状態に保って一体化できる。ベース部材５３
に設けられた第２の管５６がハウジング４６の内部通路
５９に直接通じる。第１の管５４が検出管５１の離れて
いる側の端部において気密連結器６１に連結される。そ
の気密連結器６１は熱交換用の中央通路１４に通じる。

第１の管５４は閉止弁４３を含む。その閉止弁は第２の
管５６は、第２の管５６とともに、管６３゜６４をそれ
ぞれ介して圧力差分析器６２へ通じさせられる。第２の
管５６は閉止弁Ｂ６を含む。

この明細書で説明する安全装置は、水ＩＨ３の受ける損
傷を避けるための要因として、熱交換装置１０内の水壁
１３の内部と外部の圧力差をモニタするように機能する
。熱交換装置内の指定された点における差圧をモニタす
ることによシ、検出されたどのような差圧も問題が切迫
していることの警報を開始する。圧力検出タップはただ
１つだけ示されているが、複数の圧力検出タップの各圧
力検出タップが共通の差圧分析器６２へ通じさせられる
。したがって、所定の許容範囲をとえる圧力差の増大の
必要な指示を行うために、差圧分析器６２は視覚的また
は聴覚的な警報を発する適当な警報器を構成する。

ここで説明している種類の差圧分析器は種々の用途にお
いて商業的に用いられる。機能的には、そのような差圧
分析器は、少くとも２種類の圧力源から圧力読取値を受
けることができる。ダイヤフラムまたは類似の動作機構
に加えられたそれらの圧力は、２つの圧力源の間に存在
する圧力差の希望の指示を供給する。

高温の合成ガスにはいくらかの粒子状物質が常に含まれ
るから、燃料の組成に応じて、粒子状物質は熱交換装置
の動作を困難にする可能性が常にある。合成ガスには、
熱交換装置および差圧モニタ装置の露出面に凝縮するこ
とがある腐食性物質も含まれる。

そのような腐食性物質が凝縮して付着すると、その事実
は検出されないとしても、それが付着している部分が腐
食して、最終的には読取指示値が誤る結果となる。し念
がって、高温のガス流にょシ運ばれる固体粒子を、１本
または複数のよシ細い管を詰らせるほど付着する前に除
去する必要がある。

したがって、第１の管部材５４は閉止弁４３と管６３と
弁つき管６Ｂを介して、窒素のような追出しガスの加圧
源６Ｔへ連結される。窒素は、タイマ装置４４を用いて
周期的な高圧追出し動作を行う。その追出し動作によシ
、各種の管および装置は、連続的に、および定期的に妨
害物を除去される。

管５１の外面が腐食されることを防止するために、追出
しガス源６７から追出しガスが管ＦＩ４と、弁６６と、
管５６とを通って通路５９の中に徐々に１連続して送り
こまれてその通路５９の内部を非腐食性の追出しガスで
充す。その追出しガスが差圧分析器６２における差圧の
値に大きな影響を及ぼすことがないように、追出しガス
による連続追出し速度は弁７２で調節される。複数の圧
力検出ハウジング４６の任意の１つにおける定期的な急
速追出しは、追出し状態にないハウジングが圧力指示モ
ードにあシ、急速な定期的追出し中は腐食性物質が追出
されないように、タイマ４４において動作時刻を定めら
れ、かつ弁７２の調節により急速動作を開始させられる
。

この動作を自動化するために、プログラム可能な論理制
御器またはそれに類似の装置を用いて、急速ガス追出し
の動作項序を調整する。それらの自動化装置は個々の任
意のハウジングからの信号を、急速追出し動作中は中断
させるようにも機能する。

追出しガスを通路５９の中に入れる前に、その追出しガ
スを外部の熱交換器で加熱することが好ましい。そうす
ると、検出管５１の表面は環状室２７の内部のガスの露
点以上の温度に常に維持される。その外面に穴があいた
シ、寸たは類似の作用が加えられると、モニタ装置から
の読取り値が誤る結果となることがある。

以上説明したように、第２の管５６の内部から腐食性物
質を追出すととＫより、固体が詰ることが阻止され、か
つ差圧測定装置が腐食されることが阻止される。追出し
ガスは、検出管５１を囲む領域に水蒸気および腐食性物
質が集中することを減少させるようにも機能する。それ
によシ、その動作は周囲のガスの露点を下げ、腐食の結
果として検出管５１が損傷を受けることを阻止する。

【図面の簡単な説明】

第１図は概略的に示されている差圧警報装置とともに示
す本発明の熱交換装置の縦断面図、第２図は第１図の２
−２線に沿う断面図、第３図は第１図の３−３線に沿う
拡大断面図、第４図は第３図の４−４線に沿う拡大断面
図である。 １０・・φ・熱交換器、１１・・・・殻、１２・−・・
入口、１３−・Φ・水壁、１４ｅ・・・中央通路、１６
．１７・・・・マニホルド、２２゜２３・・・・水管、
２７・・・ψ環状室、３４・・・・放出口、３７・・・
・交差管、３Ｂ・拳・・主通路、３９・拳・・側路、５
２・拳・・差圧モニタ組立体、４６・拳・・ハウジング
、６２ｍ・・・差圧分析器、６７・・・・追出しガス源
。 特許出願人　　テキサコ・デベロツブメ／ト・コーポレ
ーション 代 理 人 山　　川　　政 樹 ＦＩＧ、　７゜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温の粒子状担体ガスを受けるための入口ポート
   と、粒子をほぼ含まない冷却されたガスを放出するため
   の出口ポートとを有する細長い殼と、この細長い殼の内
   部に位置させられ、下流側端部を有する熱交換室を形成
   し、前記殼から隔てられて環状通路を形成する水壁と、 前記入口ポートを前記熱交換器へ通じさせて、高温の粒
   子状担体ガスを前記熱交換室の中に入れる通路手段と、 熱交換器室の下流側端部を前記出口ポートおよび前記環
   状通路へそれぞれ通じさせる横通路手段と、 を含む、高温の粒子状担体ガスの流れを処理する熱交換
   装置において、 ガス圧力差指示器を形成する手段を含み、前記熱交換装
   置に組合わされる圧力モニタ装置と、前記熱交換室を前
   記ガス圧力差指示器に通じさせる第１の導管手段と、 前記環状通路を前記ガス圧力差指示器に通じさせる第２
   の導管手段と、 を含むことを特徴とする高温の粒子状担体ガスの流れを
   処理する熱交換装置。
2. （２）外殼と、この殼から隔てられ、環状通路を構成し
   、内部に高圧の粒子状担体ガスを入れる熱交換室を形成
   する内側の水壁と、熱交換室を前記環状通路へ通じさせ
   る通路手段とを有する熱交換器内の圧力条件をモニタす
   る方法において、前記熱交換室内の第１の圧力読取値を
   モニタする過程と、 前記環状室内の第２の圧力読取値をモニタする過程と、 前記第１の圧力読取値と前記第２の圧力読取値の間に存
   在する圧力差を判定する過程と、 所定の圧力差レベルをとえる判定された圧力差に応答し
   て前記熱交換器の動作を調節する過程と、を含むことを
   特徴とする高圧熱交換器内の圧力条件をモニタする方法
   。