專利名稱：氣化器系統(tǒng)內用于冷卻合成氣的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及氣化器系統(tǒng)內的合成氣冷卻器，且更具體地，涉及用于與合成 氣冷卻器一起使用的激冷環(huán)(quench ring)。
背景技術：
當合成氣在管陣列中通過輻射及對流熱交換冷卻時，一些已知的合成氣冷卻器冷 卻合成氣、飛灰顆粒和合成氣中的夾渣。通過快速地降低合成氣、夾渣和/或顆粒的整體溫 度，一些懸浮的夾渣和/或顆?？蓮暮铣蓺獬练e到管表面上。其它夾渣滴或顆粒被冷卻，并 且與冷卻的合成氣一起從合成氣冷卻器管區(qū)域的下段排出。在這種鍋爐中，固化的夾渣、冷 卻的顆粒和冷卻的合成氣體在下流合成氣冷卻器管區(qū)域的下端處被移除。其它已知的合成氣冷卻器使用激冷系統(tǒng)利用冷卻流體來激冷合成氣、夾渣和包含 在其中的顆粒。一些此類激冷系統(tǒng)包括激冷環(huán)，以提供水流來在熱合成氣、顆粒和/或夾渣 流過冷卻器時冷卻與熱合成氣、顆粒和/或夾渣接觸的金屬表面。水冷卻與熱合成氣、顆粒 和夾渣形成接觸的金屬表面。一些已知的激冷環(huán)定位在激冷氣化器下，并包括多個水通道， 水通道包括由彎曲的熱表面和擋板形成的熱面通道。大量的水被提供給此類激冷環(huán)的各通 道，以保證該環(huán)連續(xù)地被水填充，使得該環(huán)向金屬表面提供大致恒定的水流。如果提供給激 冷環(huán)的水量不夠，則來自此類激冷環(huán)的水流對需要冷卻的表面可能是不均勻的。另外，此類 激冷環(huán)的使用可受限于可利用的水和/或定位激冷環(huán)可利用的空間。

發(fā)明內容
一方面，提供了用于操作合成氣冷卻器的方法。該方法包括將合成氣的流引入具有縱向軸線的環(huán)狀冷卻室中，將冷卻流體噴入歧管，使得冷卻流體大致沿周向繞著環(huán)狀冷 卻室被引導，以及從歧管排出冷卻流體，使得冷卻流體以相對于冷卻室的軸線預定的角度 接觸冷卻室的表面。另一方面，提供了用于與氣化器系統(tǒng)一起使用的激冷環(huán)。激冷環(huán)包括具有半徑的環(huán)狀歧管，與歧管成流連通地聯(lián)接的環(huán)狀通道，以及與歧管成流連通地聯(lián)接的至少一個進 口。該至少一個進口具有與環(huán)狀歧管大致沿切向對齊的中心線。又一方面，提供了合成氣冷卻器。該合成氣冷卻器包括殼體和聯(lián)接在殼體內的激冷段。激冷段包括具有第一端和第二端的第一管，以及限定在兩端之間的激冷室。激冷段 還包括聯(lián)接在殼體與第一管之間的激冷環(huán)。激冷環(huán)構造成將冷卻流體引導至激冷室。激冷 環(huán)包括具有半徑的環(huán)狀歧管，與歧管成流連通地聯(lián)接的環(huán)狀通道，以及與歧管成流連通地 聯(lián)接的至少一個進口。該至少一個進口具有與環(huán)狀歧管大致沿切向對齊的中心線。


圖1是示范性整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。圖2是可與在圖1中所示的系統(tǒng)一起使用的示范性合成氣冷卻器的示意截面圖。
圖3是可與在圖2中所示的合成氣冷卻器一起使用的示范性激冷環(huán)的俯視圖。圖4是在圖3中所示的激冷環(huán)的截面圖。圖5是可與在圖3中所示的激冷環(huán)一起使用的示范性間隔物的側視圖。
具體實施例方式圖1是示范性整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電系統(tǒng)10的示意圖。IGCC系統(tǒng)10 通常包括主空氣壓縮機12、成流連通地聯(lián)接至壓縮機12的空氣分離單元(ASU) 14、成流連 通地聯(lián)接至ASU 14的氣化器16、成流連通地聯(lián)接至氣化器16的合成氣冷卻器18、成流連 通地聯(lián)接至合成氣冷卻器18的燃氣渦輪發(fā)動機20、以及成流連通地聯(lián)接至合成氣冷卻器 18的蒸汽渦輪機22。在運行中，壓縮機12壓縮環(huán)境空氣，該環(huán)境空氣然后被引導至ASU 14。在該示范 性的實施例中，除了來自壓縮機12的壓縮空氣之外，來自燃氣渦輪發(fā)動機壓縮機24的壓縮 空氣也被供給ASU 14。備選地，來自燃氣渦輪發(fā)動機壓縮機24的壓縮空氣被供給ASU 14， 而不是來自壓縮機12的壓縮空氣被供給ASU 14。在該示范性的實施例中，ASU 14使用壓 縮空氣來產生供氣化器16使用的氧氣。更具體而言，ASU 14將壓縮空氣分離成單獨的氧 氣(O2)流和氣體副產物(有時稱作“過程氣體”)。O2流被引導至氣化器16，用于產生部分 燃燒的氣體(本文中稱作“合成氣”)，用于由燃氣渦輪發(fā)動機20作為燃料使用，如以下更 詳細地所述。由ASU 14產生的過程氣體包括氮氣，并且在本文中將稱作“氮氣過程氣 體”(NPG)。NPG還可以包括其它氣體，諸如但不限于氧氣和/或氬氣。例如，在該示范性的 實施例中，NPG包括大約95%至大約100%之間的氮氣。在該示范性的實施例中，至少其中 一些NPG流從ASU 14排出至大氣，并且至少其中一些NPG流被噴入燃氣渦輪發(fā)動機燃燒器 26內的燃燒區(qū)(未示出)，以便于控制發(fā)動機20的排放物，并且更具體而言，以便于降低燃 燒溫度，以及減少來自發(fā)動機20的一氧化氮排放物。在該示范性的實施例中，IGCC系統(tǒng)10 包括壓縮機28，用于在氮氣過程氣體流被噴入燃氣渦輪發(fā)動機燃燒器26的燃燒區(qū)之前壓 縮氮氣過程氣體流。在該示范性的實施例中，氣化器16將從燃料源30提供的燃料、由ASU 14提供的 O2、蒸汽和/或石灰石的混合物轉換成合成氣的輸出，以由燃氣渦輪發(fā)動機20用作燃料。盡 管氣化器16可使用任何燃料，但在該示范性的實施例中，氣化器16使用煤、石油焦炭、殘 油、油乳劑、焦油砂和/或其它類似的燃料。另外，在該示范性的實施例中，由氣化器16產 生的合成氣包括二氧化碳。氣化器16可以是固定床氣化器、流化床氣化器和/或全夾帶的 氣化器(fully entrained gasifier) 0在該示范性的實施例中，由氣化器16產生的合成氣被引導至合成氣冷卻器18，以便于冷卻合成氣，如以下更詳細地所述。被冷卻的合成氣從冷卻器18被引導至凈化裝置 32，用于在將合成氣弓I導至燃氣渦輪發(fā)動機燃燒器26用于其燃燒之前清潔合成氣。二氧化 碳(CO2)可在凈化的過程中從合成氣中分離，并且在該示范性的實施例中可排放到大氣中。 燃氣渦輪發(fā)動機20驅動發(fā)電機34，該發(fā)電機34給電網(未示出)提供電能。來自燃氣渦 輪發(fā)動機20的廢氣被引導至熱量回收蒸汽發(fā)生器36，該熱量回收蒸汽發(fā)生器36產生蒸汽， 用于驅動蒸汽渦輪機22。由蒸汽渦輪機22產生的動力驅動發(fā)電機38，該發(fā)電機38給電網提供電能。在該示范性的實施例中，來自熱量回收蒸汽發(fā)生器36的蒸汽被供給氣化器16 用于產生合成氣。另外，在該示范性的實施例中，系統(tǒng)10包括泵40，該泵40將來自蒸汽發(fā)生器36的 沸騰的水供給合成氣冷卻器18，以便于冷卻從氣化器16引導的合成氣。沸騰的水通過合成 氣冷卻器18引導，其中水轉化成蒸汽。來自冷卻器18的蒸汽然后返回至蒸汽發(fā)生器36，用 于在氣化器16、合成氣冷卻器18和/或蒸汽渦輪機22內使用。
圖2是可與系統(tǒng)10 —起使用的示范性的合成氣冷卻器100的示意截面圖。在該示 范性的實施例中，合成氣冷卻器100為輻射式合成氣冷卻器。合成氣冷卻器100包括多個熱 交換裝置(未示出)，諸如定位于冷卻器殼體102中的熱交換壁104和/或壓板(platen) (未示出)。在該示范性的實施例中，熱交換壁104將殼體102從在冷卻器100內流動的合 成氣110大致隔離開。在該示范性的實施例中，殼體102具有大致圓形的截面形狀，該截面 形狀具有縱向軸線106和半徑禮。備選地，殼體102可具有使冷卻器100能夠如本文所述 起作用的任何截面形狀。如本文所述，除非另外限定，半徑從縱向軸線106向外測量。主合 成氣流徑108被限定在冷卻器100中，合成氣110和/或顆粒112通常沿著該主合成氣流 徑108流動。在該示范性的實施例中，流徑108通常與軸線106對齊。盡管合成氣110和 顆粒112顯示為單獨的流，但是，將可以認識到，顆粒112可懸浮在合成氣110內，使得顆粒 112和合成氣110具有組合流。另外，如本文所用，術語“上游”和“下游”相對于主合成氣 流徑108定義，使得冷卻器100的頂部(未示出)被視為位于冷卻器100的底部114的上 游。冷卻器100還包括位于熱交換裝置下游的激冷室116，以便于快速地冷卻合成氣 100和/或懸浮在合成氣100中的顆粒112。更具體而言，下壁118將激冷室116與在其中 包含熱交換裝置的冷卻器100的段120分開。在一個實施例中，下壁118由多個熱交換管 (未示出)形成。在另一個實施例中，下壁118由耐火襯里材料制成。在該示范性的實施例 中，下壁118為大致錐形，并向內漸縮，或者從上游端122向下游端124會聚。另外，上游端 122可聯(lián)接至熱交換壁104的下游端124和/或鄰近熱交換壁104的下游端124定位。備 選地，下壁108可聯(lián)接至合成氣冷卻器100內使冷卻器100能夠如本文所述起作用的任何 其它適當?shù)牟考?。在該示范性的實施例中，激冷?16包括汲取管(dip tube) 128、吸出管(draft tube) 130、防濺板132、水浴槽134、貯槽136、排污管路138、合成氣出口 140和激冷環(huán)300。 盡管水142在本文中描述為用來激冷合成氣110和/或顆粒112的流體，但是，任何適當?shù)?非反應性流體均可用于激冷。在該示范性的實施例中，汲取管128和吸出管130各自具有 大致圓形的截面形狀。在其它實施例中，管128和/或130可具有使冷卻器100能夠如本 文所述起作用的任何截面形狀。在該示范性的實施例中，汲取管128和吸出管130與軸線 106同軸地對齊。更具體而言，汲取管128具有半徑R2，而吸出管130具有半徑R3,其中半 徑&短于半徑R3。另外，半徑R3短于半徑禮。這樣，主激冷區(qū)144限定在汲取管128內，第 一間隙146限定在汲取管128和吸出管130之間，并且第二間隙148限定在吸出管130和 殼體102之間。另外，在該示范性的實施例中，汲取管128的上游端150在吸出管的上游端 152的上游，并且汲取管128的下游端154在吸出管130的下游端156的上游。各上游端 150和152靠近下壁118定位，而各下游端154和156延伸到水浴槽134中。在該示范性的實施例中，第三間隙158限定在汲取管上游端150與下壁下游端124之間。在該示范性的實施例中，防濺板132通常為環(huán)狀，并繞著吸出管130延伸通過間隙 148。盡管防濺板132在該示范性的實施例中具有大致圓形的截面形狀，但備選地，防濺板 132可具有使冷卻器100能夠如本文所述起作用的任何截面形狀。第四間隙160限定于防 濺板132與殼體102之間。更具體而言，防濺板132從上游端162向下游端154會聚，使得 板132至少部分地為錐形。在備選的實施例中，防濺板132可為大致圓筒形，和/或可從端 部162向端部164發(fā)散。防濺板132由便于冷凝懸浮在合成氣流110中的水142的任何材 料制成。板132收集冷凝的水142，使得大致干燥的合成氣110從冷卻器110中排出。防濺 板132還便于顆粒112從合成氣110中析出，使得顆粒112在接觸防濺板132之后落入水 浴槽134。在該示范性的實施例中，防濺板上游端162聯(lián)接至熱交換壁下游端126和/或下 壁上游端122。在一個備選的實施例中，防濺板132定位成鄰近但并不聯(lián)接至熱交換壁端部 126和/或下壁端部122。相應地，室166被下壁118、防濺板132和汲取管128限定。防濺 板下游端164向下游延伸到第二間隙148中，并延伸經過吸出管上游端152，使得吸出管上 游端152延伸到室166中。在該示范性的實施例中，激冷環(huán)300聯(lián)接在室166內，使得激冷環(huán)300的出口通道 302至少部分地延伸通過第三間隙158，如以下更詳細地所述。更具體而言，通道302的外 壁304靠近下壁118定位，通道302的內壁306靠近汲取管128，并且激冷環(huán)300在吸出管 端部152的上游。在一個實施例中，通道壁304和/或306分別聯(lián)接至下壁下游端124和/ 或汲取管上游端150。另外，激冷環(huán)300的進口管308從激冷環(huán)300延伸穿過殼體102，如 以下更詳細地所述。進口管308可聯(lián)接至貯槽(未示出)、激冷水源(未示出)和/或使 冷卻器100能夠如本文所述起作用的任何其它適當?shù)牟考?。在該示范性的實施例中，進口 308從殼體102圍繞著防濺板132延伸至激冷環(huán)300，使得進口 308與防濺板132間隔開。 更具體而言，進口 308鄰近防濺板下游端164。在另一個實施例中，進口管308從殼體102 通過防濺板132延伸至激冷環(huán)300。另外，在該示范性的實施例中，激冷環(huán)300的排泄管路 310從激冷環(huán)300通過殼體102延伸至排污管(blowdown)(未示出)、貯槽(未示出)、噴嘴 312 (顯示在圖3中)和/或使冷卻器100能夠如本文所述的起作用的任何其它適當?shù)牟考?/位置，如以下更詳細地所述。在一個實施例中，排泄管路310也延伸通過防濺板132。盡 管僅一個閥門314圖示為聯(lián)接至排泄管路310，但是，應當理解，排泄管路310可包括聯(lián)接至 其上的任何其它適當?shù)牟考?。在該示范性的實施例中，水浴?34包括水142、貯槽136和排污管路138。盡管水 浴槽134顯示并描述為在其中具有水142，然而，水浴槽134可不包括水142，但仍然被視為 “水浴槽”。更確切地，水浴槽134是激冷室116的一部分，該部分構造成在其中保留水142。 在該示范性的實施例中，汲取管128和吸出管130各自至少部分地浸沒在水浴槽134內的 水142中。這樣，水142至少部分地填充第一和第二間隙146和148以及主激冷區(qū)144。在該示范性的實施例中，因為激冷室116內的壓力差，第一間隙146內的水142的 高度高于第二間隙148和/或主激冷區(qū)144內的水142的高度。此外，第二間隙148內的 水142的高度高于主激冷區(qū)144內的水142的高度。在汲取管和吸出管端部154和156下 游，貯槽136分別限定在水浴槽134內。更具體而言，貯槽包括聯(lián)接在殼體102內的收集錐(collection cone) 168和延伸穿過殼體底部114的圓筒形的貯槽出口 170。在該示范性的 實施例中，圓筒形的貯槽出口 170具有半徑R4,該半徑R4短于冷卻器殼體的半徑R115貯槽出 口 170可聯(lián)接至閉鎖式料斗(lockhopper)(未示出)、泵(未示出)和/或使系統(tǒng)10能夠 如本文所述起作用的任何其它濕顆粒移除裝置。在該示范性的實施例中，排污管路138從 水浴槽134內通過殼體102延伸，并構造成調節(jié)水浴槽134內的水142的高度。在一個實 施例中，排污管路138聯(lián)接至貯槽(未示出)、水容納裝置(未示出)和/或使系統(tǒng)10能夠 如本文所述起作用的任何其它適當?shù)牟考?或部位。 另外，在該示范性的實施例中，激冷室116包括至少一個合成氣出口 140，該合成 氣出口 140延伸通過殼體102的側壁172。合成氣出口 140可聯(lián)接至燃氣渦輪發(fā)動機20 (顯 示在圖1中)、凈化裝置32(顯示在圖1中)和/或使系統(tǒng)10能夠如本文所述起作用的任 何其它適當?shù)牟考?。在該示范性的實施例中，出?140定位于第四間隙160內，并在防濺板 下游端164的上游。在系統(tǒng)10的運行中，水142通過進口 308被引導，并進入激冷環(huán)300，用于通過通 道302排出，如以下更詳細地所述。通過通道302排出的水142沿著汲取管128的內壁174 流動，并進入水浴槽134。水142還可以從激冷環(huán)300通過排泄管路310排放，以便調節(jié)激 冷環(huán)300內的水142的量，如以下所述。水浴槽134中水142的高度可通過控制通過排污 管路138和/或貯槽出口 170排出的水進行調節(jié)。在系統(tǒng)運行期間，帶有顆粒112的合成氣110從氣化器16引向冷卻器100。帶有 顆粒112的合成氣110流動通過冷卻器100內的熱交換裝置，并進入激冷室116。更具體而 言，冷卻器100的下壁118將帶有顆粒112的合成氣110導入主激冷區(qū)144，其中，帶有顆粒 112的合成氣110流過下壁118的下游端124，并沿著汲取管128的濕潤的內壁174流動。 這樣，當熔化的顆粒112接觸內壁174上的水142時，顆粒112從熔化狀態(tài)冷卻到固體狀態(tài)， 并因此防止變得具有高粘性，并沉積在內壁174和/或冷卻器100內的其它部件上。固化 的顆粒112在本文中稱作夾渣176。形成于主激冷區(qū)144中的夾渣176落入水浴槽134，并 從冷卻器100通過貯槽136排出。合成氣110和剩余的顆粒112進入水浴槽134，其中一 些剩余的顆粒112轉變成夾渣176，該夾渣176然后從冷卻器100排出。帶有懸浮顆粒112 的合成氣110的流在汲取管下游端154處倒轉，并被導入間隙146和/或148中的至少一 個。在該示范性的實施例中，離開水浴槽134的懸浮顆粒112處于比進入水浴槽134的顆 粒112更低的溫度下。合成氣110、顆粒112和/或通過第一間隙146引導的水142進入室166，在吸出 管上游端150處倒轉流動方向，并排入第二間隙148。在該示范性的實施例中，當流倒轉方 向時，至少其中一些顆粒112轉變成夾渣176，然后落入水浴槽134中，用于通過貯槽136排 出。另外，至少其中一些水142在汲取管128的外壁178和/或吸出管130的內壁180上 冷凝，以潤濕壁178和/或180，以便于防止夾渣176在壁178和/或180上沉積。當流進 入第二間隙148時，通過第一間隙146引導的水142的另一部分在防濺板132上冷凝。在 壁178和/或180上和/或防濺板132上冷凝的水142返回到水浴槽134。另外，基本上沒 有顆粒112和/或水142的至少其中一些合成氣110從第二間隙148通過合成氣出口 140 被引導，用于在系統(tǒng)10內使用。另外，在該示范性的實施例中，通過第二間隙148引導的至少其中一些顆粒112轉變成夾渣176，該夾渣176落入水浴槽134中，以通過貯槽136排出。至少一些其它顆粒112 接觸防濺板132，并從合成氣110沉淀到水浴槽134中，用于從冷卻器100作為夾渣176排 出。另外，至少一些被引導至第二間隙148的水142在吸出管130的外壁182上冷凝，以潤 濕壁182，以便于防止夾渣176在壁182上堆積。這種冷凝水142流下壁182，并返回到水 浴槽134。另一部分水142在防濺板132上冷凝，并返回到水浴槽134。剩余的合成氣110 基本上沒有顆粒112和/或水142，并從冷卻器100通過合成氣出口 140排出，用于在系統(tǒng) 10內使用。圖3是可與合成氣冷卻器100 —起使用的示范性的激冷環(huán)300的俯視圖。圖4是 激冷環(huán)300的截面圖。在該示范性的實施例中，激冷環(huán)300具有半徑Rltl，該半徑Rltl自激冷 環(huán)300的中心點316至歧管320的中心點318測量，如以下更詳細地所述。半徑Rltl基于汲 取管半徑R2進行選擇。在備選的實施例中，半徑Rltl選擇成使激冷環(huán)300能夠如本文所述起 作用。激冷環(huán)中心點3 16對齊成使得激冷環(huán)的中心軸線322 (顯示在圖4中)通常同軸地 與冷卻器軸線106對齊。這樣，半徑Rltl大致垂直于冷卻器軸線106，并大致平行于半徑隊。 備選地，激冷環(huán)軸線322可為相對于冷卻器軸線106的任何其它取向。在該示范性的實施例中，激冷環(huán)300包括連續(xù)的環(huán)狀歧管320，該歧管320具有貫 穿其中限定的流徑324。盡管在該示范性的實施例中，歧管320具有由內直徑Dltl限定的大 致圓形的截面形狀，但歧管320可具有使激冷環(huán)300能夠如本文所述起作用的任何截面形 狀。在一個實施例中，歧管直徑Dltl大約等于四英寸。在另一個實施例中，歧管直徑Dltl大 約等于八英寸，盡管歧管直徑Dltl可以是用于激冷系統(tǒng)的設計及適用的比例法則(scaling rule)的任何適當?shù)某叽?。在該示范性的實施例中，歧?20由Schedule (SCH) 40管制成， 諸如但不限于SCH40鋼管，使得歧管具有基于直徑Dltl和美國國家標準化組織(ANSI)關于 Schedule 40管尺寸的公稱厚度T1(1。備選地，歧管320由使激冷環(huán)300能夠如本文所述起 作用的任何其它適當?shù)牟牧虾?或任何其它適當?shù)腟chedule管制成。在其它實施例中，歧 管尺寸(諸如直徑Dltl和/或厚度Tltl)選擇成使激冷環(huán)300能夠如本文所述起作用。例如， 厚度Tltl基于對激冷環(huán)300優(yōu)選的重量進行選擇，而直徑Dltl使用比例法則進行選擇，諸如舉 例來說以下法則歧管320的截面面積Am為每進口通道302的出口面積Ae的大約三倍。值 得注意的是，截面出口面積Ae通過通道出口寬度Wltl乘以通道出口周長Cltl計算。歧管320包括頂點326、內點328、底點330和外點332。歧管320的第一部分334 沿著歧管320的表面336按從頂點326至內點328的B方向限定。歧管320的第二部分 338沿著表面336按從內點328至底點330的B方向限定。歧管320的第三部分340沿著 表面336按從底點330至外點332的B方向限定，以及歧管320的第四部分342沿著表面 336按從外點332至頂點326的B方向限定。在該示范性的實施例中，各部分334，338，340 和342包括相應的點326，328，330和/或332。另外，在該示范性的實施例中，激冷環(huán)300包括聯(lián)接至歧管320的至少一個進口 308，使得進口 308自激冷環(huán)300大致沿切向延伸。更具體而言，進口 308的中心線344與激 冷環(huán)300的切線346大致對齊，其中，切線346從圓(未示出)上的點(諸如點318)沿切 向延伸，該圓具有大致等于激冷環(huán)的半徑Rltl的半徑。這樣，切線346大致垂直于半徑R1和 R1Q，并垂直于軸線106和322。盡管本文描述了僅一個進口 308，但是應當理解，圖示在圖3 中的各進口具有與進口 308大致類似的構造。在該示范性的實施例中，激冷環(huán)300包括六個進口 308，它們以半徑Rltl繞著激冷環(huán)300大致等距離地間隔開。在備選的實施例中，激冷環(huán)300可包括兩個或四個進口 308。在另一個實施例中，激冷環(huán)300可包括使激冷環(huán)300 能夠如本文所述起作用的在任何相對位置處的任意數(shù)目的切向進口 308。在該示范性的實施例中，進口 308由SCH 80鋼管制成，該SCH 80鋼管具有四英寸 的內直徑D11和基于對直徑D11的ANSI標準的厚度T11。在一個實施例中，歧管D11小于進口 直徑Dltl，漸縮的附件(未示出)聯(lián)接在歧管320和進口 308之間。此類附件便于減小進口 308的直徑，以對應于歧管直徑Dltl，并且還便于增大流過進口 308的減小的截面面積(未示 出)的水142的速度。在另一個實施例中，進口直徑D11為與歧管直徑Dltl大約相同的尺寸， 使得進口 308可直接聯(lián)接至歧管320。備選地，進口 308的材料和/或進口 308的尺寸(諸 如但不限于直徑D11和/或厚度T11)可以是使激冷環(huán)300能夠如本文所述起作用的任何尺 寸。在該示范性的實施例中，激冷環(huán)300包括自歧管320延伸的連續(xù)的通道302。更具 體而言，通道302在限定于歧管320內的狹縫348處聯(lián)接至歧管320。在該示范性的實施例 中，狹縫348限定在歧管320的第一部分334中。在另一個實施例中，狹縫348限定于歧管 320中，使得狹縫348的中點350與歧管320的頂點326大致對齊。備選地，狹縫348可限 定于使激冷環(huán)300能夠如本文所述起作用的任何歧管部分338，340和/或342中。在該示 范性的實施例中，狹縫348具有寬度W11,該寬度W11大致等于0.25英寸。備選地，狹縫寬度 W11選擇成使激冷環(huán)300能夠如本文所述起作用。例如，在一個實施例中，狹縫寬度W11選擇 成便于降低激冷環(huán)300與水142之間的摩擦力。如本文所述，通道302包括外壁304和內壁306。外壁304的第一端352聯(lián)接至 狹縫348的外邊緣354，并且內壁306的第一端356聯(lián)接至狹縫348的內邊緣358，使得間 隙360限定于內壁304和外壁306之間。在該示范性的實施例中，壁304和306各自具有 相應的厚度T12和T13。在該示范性的實施例中，厚度T12和T13為與歧管厚度Tltl大致相同的 尺寸。備選地，厚度T12和/或T13可尺寸設置成不同于歧管厚度Τ1(1。壁304和306在它們 之間限定了通道流徑362。在該示范性的實施例中，通道流徑362相對于通道302的下游 邊緣364偏斜地對齊，而邊緣364與通道圓周Cltl大致對齊。在該示范性的實施例中，流徑 362以相對于大致平行于軸線106和322的線363的角度α取向。這樣，流徑362以相對 于軸線106和322的角度α取向。角度α可以是使激冷環(huán)300能夠如本文所述起作用的 任何適當?shù)慕嵌?例如預定的銳角)。在該示范性的實施例中，通道流徑362至少部分地取 決于進口 308的構造和流動特性，諸如舉例來說進口 308和/或歧管320內水142的質量 流率、湍流、速度和/或純度。各壁304和306分別包括弧形部分366和368，它們使水142能夠從狹縫348向下 朝向汲取管內壁174(顯示在圖2中)被引導。在該示范性的實施例中，各弧形部分366和 368具有各自的頂點370和372，頂點370和372各自分別相對于冷卻器流徑108 (顯示在 圖2中)位于狹縫348的內邊緣354和外邊緣358的上游。在該示范性的實施例中，弧形 部分366和368便于防止在激冷環(huán)300內形成再循環(huán)區(qū)(未示出)。備選地，弧形部分366 和/或368可以是基于冷卻器100的構造(且更具體而言，下壁118、汲取管128和/或吸 出管130的位置(顯示在圖2中))的任何適當?shù)臉嬙?。外?04的第二端374和內壁306的第二端376限定了具有寬度Wltl的通道出口378。更具體而言，在該示范性的實施例中，寬度Wltl大約等于0.25英寸。在其它實施例中， 寬度Wltl基于水142的品質、汲取管上游端150和下壁端124之間的間隙158的尺寸(顯示 在圖2中)、預定的通道流徑362和/或使激冷環(huán)300能夠如本文所述起作用的任何適當?shù)?基礎進行選擇。在該示范性的實施例中，寬度Wltl比狹縫寬度W11窄，使得壁304和306從端 部352和356向端部374和376沿著通道302朝向彼此會聚。這樣，間隙360沿著通道流 徑362的下游方向變窄。另外，在該示范性的實施例中，通道圓周Cltl由外壁端部374限定。在該示范性的實施例中，激冷環(huán)300還包括多個間隔物380。在一個備選的實施例中，激冷環(huán)300不包括間隔物380。在另一個實施例中，激冷環(huán)300包括使激冷環(huán)300能夠 如本文所述起作用的任何數(shù)目的間隔物380。在該示范性的實施例中，間隔物380使用例如 焊接、栓接和/或使激冷環(huán)300能夠如本文所述起作用的任何其它適當?shù)木o固機構聯(lián)接在 通道302內。在一個實施例中，間隔物380聯(lián)接到冷卻器100內的激冷環(huán)安裝支架(未示 出)或擋板(未示出)上，并從支架延伸到通道302中。間隔物380聯(lián)接在通道302內，使 得防止通道間隙360的寬度W12在冷卻器運行期間波動。在該示范性的實施例中，間隔物380具有繞著縱向軸線382為中心的通常伸長的 形狀。例如，間隔物380可以是多邊形形狀的間隔物580(如圖5中所示)、卵形和/或橢 圓形的間隔物、三角形的間隔物、平行四邊形的間隔物和/或使激冷環(huán)300能夠如本文所述 起作用的任何其它形狀。間隔物380在通道302內對齊，使得縱向軸線382通常與通過通 道302排出的水142的流徑362對齊。間隔物380的各端部384和386通常與水流徑362 和/或水漩渦圖形(未示出)對齊，使得對流過通道302的水142產生預定的流型。間隔 物380的第一端384構造成將水142的流分成圍繞間隔物380的通常層狀的流型。間隔物 380的第二端386構造成使流能夠在間隔物380的下游會聚，而不對流引起湍流。在一個備 選的實施例中，間隔物380對齊，使得縱向軸線382大致垂直于通道下游邊緣364。在另一 個實施例中，間隔物380相對于通道302的取向選擇成對通過通道302排出的水142產生 預定的流型。在該示范性的實施例中，激冷環(huán)300還包括排泄部分388。在備選的實施例中，激 冷環(huán)300可具有多于或少于一個排泄部分388。排泄部分388包括在排泄部分388的第一 端392與第二端394之間延伸的歧管段390，從第一端392延伸至第二端394的通道段396， 以及從排泄部分388的歧管段380的底部表面400延伸的排泄出口。歧管段390設計成聯(lián) 接在激冷環(huán)300內，而并不顯著地影響通過激冷環(huán)歧管320的流徑324。排泄部分通道段 396大致類似于通道302 (如本文所述)，使得排泄部分388可聯(lián)接在激冷環(huán)300內，而并不 顯著影響通道流徑362。排泄出口 398具有直徑D14和厚度T14。在該示范性的實施例中，直徑D14大約等于 兩英寸，然而，排泄出口 398可具有使激冷環(huán)300能夠如本文所述起作用的任何適當?shù)闹睆?D140在該示范性的實施例中，排泄出口 398具有與歧管流徑342大致對齊的縱向軸線402。 備選地，縱向軸線398可具有使激冷環(huán)300能夠如本文所述起作用的相對于歧管段390和/ 或激冷環(huán)300的任何適當?shù)娜∠?。排泄出?398構造成從激冷環(huán)300中移除水142和/或 固體404。另外，排泄出口 398可將水142和/或固體404引導至例如排泄管路310、噴嘴 312、排污管(未示出)、貯槽(未示出)和/或使系統(tǒng)10能夠如本文所述起作用的任何其 它適當?shù)牟考?或位置。在該示范性的實施例中，水142和/或固體404從排泄出口 398通過管路310引導至噴嘴312，以從冷卻器100通過殼體102 (顯示在圖2中)排放。在一個實施例中，排泄部分388聯(lián)接至控制系統(tǒng)406，該控制系統(tǒng)406可包括例如閥門(諸如閥 門314)、致動器(未示出)、計算機系統(tǒng)(未示出)和/或任何其它適當?shù)牟考??？刂葡到y(tǒng) 406調節(jié)激冷環(huán)300內的水142的量，調節(jié)固體404從激冷環(huán)300內的移除，和/或控制激 冷環(huán)300的運行。在該示范性的實施例中，激冷環(huán)300由多個節(jié)段408制成(如在圖3中所示)。 各激冷環(huán)節(jié)段408包括歧管節(jié)段410、通道節(jié)段412和一個切向進口 308。備選地，至少其 中一個節(jié)段408可包括多于或少于一個進口 308。各節(jié)段408還包括第一端414和第二端 416。在該示范性的實施例中，各節(jié)段408是弧形的，使得當組裝好時節(jié)段408形成激冷環(huán) 300。節(jié)段408使用例如焊接、機械緊固件(未示出)和/或任何其它適當?shù)木o固機構沿周 向聯(lián)接在一起，以形成激冷環(huán)300。更具體而言，一個節(jié)段408的第一端414聯(lián)接至相鄰節(jié) 段408的第二端416。在該示范性的實施例中，排泄部分388使用例如但不限于焊接、機械 緊固件(未示出)和/或任何其它適當?shù)木o固機構聯(lián)接在一個節(jié)段408內。更具體而言， 在該示范性的實施例中，排泄部分388通常聯(lián)接在節(jié)段408的中點418處。在另一個實施 例中，排泄部分388聯(lián)接在相鄰的節(jié)段408之間，使得排泄部分388的第一端392聯(lián)接至一 個節(jié)段408的第二端416，并使得排泄部分388的第二端394聯(lián)接至另一個節(jié)段408的第一 端 414。在運行期間，水142通過進口 308噴射到激冷環(huán)300中。在該示范性的實施例中， 進入進口 308和/或激冷環(huán)300的水142的質量流率基于當水142與合成氣110相互作用 時水142的蒸發(fā)率確定，和/或以便于使激冷環(huán)300內水142的體積最小化而不顯著地影 響水在汲取管內壁174(顯示在圖2中)上的覆蓋(顯示在圖2中)。另外，在該示范性的 實施例中，進口 308的切向取向迫使水142繞著歧管320大致沿周向流動。因為水142沿 著切向管路346進入歧管320，所以激冷環(huán)300內水142的流繼續(xù)繞著激冷環(huán)300具有湍 流，基本上沒有壓降。因此，便于防止在歧管320和激冷環(huán)300內形成再循環(huán)區(qū)。當水142在歧管320內達到預定的高度(例如穩(wěn)態(tài)滿狀態(tài))時，水142從歧管320 通過狹縫348排出，同時保持所引起的成角度流324和/或326和/或并不顯著地改變流 徑324。這樣，水142通常沿著通道流徑362進入通道320，該通道流徑362與歧管中心軸 線322和/或外邊緣364偏斜地對齊。通道302內水142的流可在從通道302以及因而從 激冷環(huán)300中排出之前在通道302內通過間隔物308引導。水142從激冷環(huán)300通過通道 出口 378排出，使得水142從大致所有出口區(qū)Ae排出，并排到汲取管內表面174上。排出 的水142繼續(xù)沿一取向流動，使得內表面174上的至少一部分水流徑(未示出)相對于冷 卻器中心線106大致偏斜地對齊。這種激冷水流特性便于用連續(xù)的水142的流覆蓋大致所 有內表面174，這便于防止夾渣176沉積到其上。另外，在冷卻器100運行期間，控制系統(tǒng)406可用來將水142從激冷環(huán)300通過 排泄部分388排出，以便調節(jié)激冷環(huán)運行期間水的流動特性，諸如水142的流率。另外，控 制系統(tǒng)406可用來將水142從激冷環(huán)300通過排泄部分388排出，以便調節(jié)維護操作期間 水的流動特性，諸如水142的高度和/或體積。更具體而言，在激冷裝備運行和/或維護操 作的過程中，水142從歧管390通過排泄出口 398排出至冷卻器殼體102外部的位置(未 示出)，或者通過外部噴嘴(未示出)排放至冷卻器殼體102的貯槽(未示出)。在冷卻器100的另一項操作期間，控制系統(tǒng)406可用來將固體404從激冷環(huán)300通過排泄出口398排 出，以便于防止固體404在激冷環(huán)300內積聚。更具體而言，固體從歧管390通過排泄出口 398排出至冷卻器殼體102外部的位置(未示出)。盡管本文僅描述了激冷環(huán)和維護操作， 但是，控制系統(tǒng)406和/或排泄部分388可在使系統(tǒng)10 (顯示在圖1中)能夠如本文所述 起作用的任何適當?shù)牟僮髌陂g使用。與至少一些已知的激冷環(huán)相比，上述激冷環(huán)及使用激冷環(huán)的方法為合成氣冷卻器 內的汲取管提供了更恒定及均勻的水流。這種水應用便于防止固體(諸如夾渣)在與合成 氣接觸的熱金屬部件上沉積。這樣，本文所描述的激冷環(huán)便于通過以下方式清潔流經熱回 收冷卻器的合成氣，即通過激冷合成氣以便于從合成氣中移除固體。另外，在限定在汲取管 與吸出管之間的間隙內，合成氣和水的雙相流便于連續(xù)地潤濕限定間隙的汲取管和吸出管 表面，以便于防止固體在其上的沉積。另外，由于與已知的激冷環(huán)相比簡化的設計，本文所 描述的激冷環(huán)便于減少制造時間和/或成本，并且還便于減少激冷環(huán)占用的合成氣冷卻器 內的空間體積。上述激冷環(huán)進口便于給歧管和/或通道提供恒定并且均勻的水流。進口使歧管內 的水能夠具有通常沿切向和/或周向的流動，該流動便于防止“死”區(qū)和/或激冷環(huán)內其它 非期望的流型。另外，歧管內的狹縫、通道和通道出口還便于防止形成這種非期望的流型。 另外，上述間隔物便于防止激冷水中的固體沉淀在通道內，這又便于防止激冷環(huán)被這種固 體阻塞和/或堵塞，和/或在固體從激冷環(huán)中排出時防止沉積在汲取管上。間隔物還便于 減少非期望的流型，諸如在至少一些已知的激冷環(huán)內可形成的再循環(huán)區(qū)。另外，本文所描述 的間隔物便于提供通道和/或通道出口內所需的流型，諸如通常旋動的流。上述底部排泄 便于調節(jié)激冷環(huán)內水的流動和/或從激冷環(huán)中排出，并且還便于對激冷環(huán)清除可能已經沉 積在激冷環(huán)內的激冷水中的固體。以上詳細地描述了與合成氣冷卻器一起使用的激冷環(huán)的示范性的實施例。激冷環(huán) 并不限于本文所描述的具體的實施例，而是各激冷環(huán)的部件可相對于本文所描述的其它部 件獨立且單獨地使用。各激冷環(huán)還可以與其它合成氣冷卻器和/或激冷系統(tǒng)組合使用，而 并不限于僅與本文所述的合成氣冷卻器一起實施。更確切地，本發(fā)明可與許多其它激冷應 用一起實施及利用。例如，各激冷環(huán)可不僅與輻射式的合成氣冷卻器一起使用，而是還可以 與激冷氣化反應器一起使用。盡管已經就不同的具體實施例對本發(fā)明進行了描述，但是，本領域的技術人員將 認識到，本發(fā)明可以以權利要求的精神和范圍內的變型來實踐。
權利要求
一種用于操作合成氣冷卻器的方法，所述方法包括將合成氣的流引入具有縱向軸線的環(huán)狀冷卻室；將冷卻流體噴入歧管，使得所述冷卻流體大致沿周向繞著所述環(huán)狀冷卻室被引導；以及從所述歧管排出所述冷卻流體，使得所述冷卻流體以相對于所述冷卻室的軸線預定的角度接觸所述冷卻室的表面。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括使用聯(lián)接至所述歧管的 排泄管調節(jié)所述歧管內冷卻流體的量。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將冷卻流體噴入歧管還包括在大致垂直 于所述冷卻室的所述軸線的方向上噴射所述冷卻流體。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將冷卻流體噴入歧管還包括將冷卻流體 噴入與所述歧管大致沿切向對齊的進口。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，從所述歧管排出所述冷卻流體還包括通 過與所述歧管成流連通地聯(lián)接的通道排出所述冷卻流體。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括使用聯(lián)接在所述通道內 的至少一個部件來對從所述歧管排出的所述冷卻流體引起預定的流型。
7.一種用于與氣化器系統(tǒng)一起使用的激冷環(huán)，所述激冷環(huán)包括具有半徑的環(huán)狀歧管；與所述歧管成流連通地聯(lián)接的環(huán)狀通道；以及與所述歧管成流連通地聯(lián)接的至少一個進口，所述至少一個進口具有與所述環(huán)狀歧管 大致沿切向對齊的中心線。
8.根據權利要求7所述的激冷環(huán)，其特征在于，所述激冷環(huán)還包括至少聯(lián)接到所述歧 管上的排泄段。
9.根據權利要求7所述的激冷環(huán)，其特征在于，所述激冷環(huán)還包括聯(lián)接在所述通道內 的至少一個間隔物。
10.根據權利要求9所述的激冷環(huán)，其特征在于，所述至少一個間隔物具有縱向軸線， 該縱向軸線與限定于所述通道內的流徑大致平行地對齊。
11.根據權利要求7所述的激冷環(huán)，其特征在于，所述激冷環(huán)還包括繞著所述歧管大致 等距離地間隔開的多個進口。
12.根據權利要求7所述的激冷環(huán)，其特征在于，所述至少一個進口構造成使所述激冷 環(huán)引起大致切向的流徑。
13.根據權利要求7所述的激冷環(huán)，其特征在于，所述通道的截面是至少部分弧形的。
14.一種合成氣冷卻器，包括殼體；以及聯(lián)接在所述殼體內的激冷段，所述激冷段包括第一管，該第一管包括第一端和第二端，以及限定在所述第一端和第二端之間的激冷 室；以及聯(lián)接在所述殼體與所述第一管之間的激冷環(huán)，所述激冷環(huán)構造成將冷卻流體引導至所 述激冷室，所述激冷環(huán)包括具有半徑的環(huán)狀歧管；與所述歧管成流連通地聯(lián)接的環(huán)狀通道；以及與所述歧管成流連通地聯(lián)接的至少一個進口，所述至少一個進口具有與所述歧管大致 沿切向對齊的中心線。
15.根據權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括與所述激冷室成流連 通地聯(lián)接的流體保留室，所述管的第二端至少部分地延伸到所述流體保留室中。
16.根據權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第二管，該第二管聯(lián)接 在所述激冷段內，使得在所述第一管與第二管之間限定間隙。
17.根據權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括聯(lián)接在所述激冷環(huán)與 所述殼體之間的冷凝板。
18.根據權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述合成氣冷卻器還包括限定在所述 殼體內的熱交換室，并且其中所述通道還包括第一壁和第二壁，所述第一壁靠近所述熱交 換室的下壁，而所述第二壁靠近所述第一管的所述第一端。
19.根據權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述通道至少部分地延伸到限定在所 述管的第一端與所述熱交換室下壁之間的間隙中。
20.根據權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激冷環(huán)還包括聯(lián)接到所述激冷環(huán) 上的排泄管路，所述排泄管路構造成至少從所述系統(tǒng)排出流體。
全文摘要
提供了用于操作合成氣冷卻器的方法。該方法包括將合成氣的流引入具有縱向軸線的環(huán)狀冷卻室，將冷卻流體噴入歧管，使得冷卻流體大致沿周向繞著環(huán)狀冷卻室被引導，以及從歧管中排出冷卻流體，使得冷卻流體以相對于冷卻室的軸線預定的角度接觸冷卻室的表面。
文檔編號C10J3/82GK101821365SQ200880112250
公開日2010年9月1日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權日2007年8月15日
發(fā)明者J·H·B·科里, Y·S·莫辛 申請人:通用電氣公司