專利名稱：用于保護氣化器驟冷環(huán)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及氣化器，且更特別地，涉及用于氣化器的驟冷環(huán)設(shè)計的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
氣化器將含碳物料轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫氣的混合物，其稱為合成氣體或合成氣。 例如，整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)動力裝置包括一個或多個氣化器，其使進料在高溫下與氧氣和/或蒸汽反應(yīng)來產(chǎn)生合成氣。在氣化時，產(chǎn)生的合成氣可包括不太合乎需要的組分，比如灰分。因此，可引導(dǎo)合成氣通過驟冷裝置，以便冷卻合成氣至飽和溫度，以及將不太合乎需要的組分作為渣料除去。然而，由于暴露于合成氣和/或渣料中，驟冷裝置的某些部件的壽命可受到影響，這可減小氣化器的效率和/或運行范圍。

發(fā)明內(nèi)容
下面是對與初始要求保護的發(fā)明在范圍方面相當?shù)哪承嵤├母攀?。這些實施例并非意圖限制所要求保護的發(fā)明的范圍，而是相反，這些實施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概述。實際上，本發(fā)明可包括可與下面所述的實施例類似或不同的多種形式。在第一實施例中，一種系統(tǒng)包括氣化器，該氣化器包括構(gòu)造成用于將進料轉(zhuǎn)化成合成氣體的反應(yīng)室、構(gòu)造成用于冷卻合成氣體的驟冷室、構(gòu)造成用于提供水流給驟冷室的驟冷環(huán)和構(gòu)造成用于保護驟冷環(huán)免受合成氣體或熔渣影響的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)。驟冷環(huán)保護系統(tǒng)包括布置在驟冷環(huán)的內(nèi)周邊表面中的保護隔層。保護隔層在沿著驟冷環(huán)的軸線的軸向方向上與內(nèi)周邊表面基本交迭。在第二實施例中，一種系統(tǒng)包括構(gòu)造成用于保護驟冷環(huán)免受氣化的熱產(chǎn)物影響的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)。驟冷環(huán)保護系統(tǒng)包括構(gòu)造成安裝在驟冷環(huán)的內(nèi)周邊表面中的耐火隔層。 耐火隔層構(gòu)造成在相對于驟冷環(huán)的軸線的徑向方向上基本上阻擋了內(nèi)周邊表面。在第三實施例中，一種方法包括在反應(yīng)室中氣化進料以生成合成氣體，和在驟冷室中驟冷合成氣體以冷卻該合成氣體。驟冷包括從驟冷環(huán)提供水流。該方法進一步包括用與驟冷環(huán)的內(nèi)周邊表面完全交迭的耐火隔層來保護驟冷環(huán)。


當參照附圖研讀以下詳細描述時，將更好地理解本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點，在附圖中相同的標號在所有的圖中表示相同的部件，其中圖1是結(jié)合了驟冷環(huán)保護系統(tǒng)的氣化器的示例性實施例的示意圖；圖2是根據(jù)一個實施例的結(jié)合了驟冷環(huán)保護系統(tǒng)的氣化器的部分示意圖；圖3是在圖2的線3-3內(nèi)所得到的結(jié)合了驟冷環(huán)保護系統(tǒng)的氣化器的一個實施例的局部軸向截面圖；圖4是在圖2的線3-3內(nèi)所得到的結(jié)合了驟冷環(huán)保護系統(tǒng)的氣化器的一個實施例的局部軸向截面圖；圖5是在圖2的線3-3內(nèi)所得到的結(jié)合了驟冷環(huán)保護系統(tǒng)的氣化器的一個實施例的局部軸向截面圖；圖6是沿圖5的線6-6所得到的受驟冷環(huán)保護系統(tǒng)保護的驟冷環(huán)的一個實施例的徑向截面圖；圖7是可以與驟冷環(huán)保護系統(tǒng)一起使用的驟冷環(huán)的一個實施例的頂視圖；圖8是根據(jù)一個實施例可以與驟冷環(huán)保護系統(tǒng)一起使用的底面板的徑向截面圖；圖9是根據(jù)一個實施例的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)的部分截面圖。元件列表4 進料6 氧氣8緩和劑10氣化器11驟冷環(huán)保護系統(tǒng)12反應(yīng)室14驟冷室16保護隔層18 底端20 箭頭22驟冷環(huán)23驟冷水24驟冷水入口26浸入管28驟冷室槽30合成氣體出口32 箭頭33氣體洗滌裝置50外部容器52頂部頸口部分54氣化段56底面區(qū)段58 開口60圓錐形底面區(qū)段62水平部分64可移除的底面板66可更換插件68耐火襯套70加熱面表面72喉部耐火材料
73耐火磚
74交界面
76交迭的滴水槽檐
78外部環(huán)形段
80內(nèi)部環(huán)形段
82凸緣
81徑向內(nèi)部凸緣部分
83徑向外部凸緣部分
84驟冷環(huán)耐火材料
86內(nèi)周邊表面
88軸
87彎曲形狀
110支架伸長部
112間隙
118喉部耐火材料的部分
120保護涂層
122再循環(huán)區(qū)
140入口噴嘴
142箭頭
144環(huán)形內(nèi)部
145弓狀環(huán)形段
146連接件
160徑向槽
162圓
172直徑
173厚度
174弓狀底面段
176接縫
180中間部分
182冷卻通道
184可澆鑄耐火材料
具體實施例方式
以下將對本發(fā)明的一個或多個具體實施例進行描述。為了致力于提供這些實施例的簡要描述，本說明書可能并未描述實際實施方式的所有特征。應(yīng)當理解到的是，在任何此種實際實施方式的開發(fā)中，例如任何工程或設(shè)計項目中那樣，必須作出許多實施方式所專有的決定，以實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標，例如遵循系統(tǒng)相關(guān)及商業(yè)相關(guān)的約束，開發(fā)人員的具體目標可根據(jù)不同的實施方式而彼此有所不同。此外，應(yīng)當理解到的是，這種開發(fā)工作可能很復(fù)雜和耗時，但對于受益于本公開內(nèi)容的普通技術(shù)人員來說，其仍將為設(shè)計、生產(chǎn)和制造的常規(guī)任務(wù)。在介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述”意在表示存在一個或多個元件。用語“包括”、“包含”和“具有”旨在為包括性的，且意指可存在除所列元件之外的另外的元件。如以下所詳細論述的，公開的實施例包括氣化器系統(tǒng)，其包括構(gòu)造成用于將進料轉(zhuǎn)化成合成氣體的反應(yīng)室、構(gòu)造成用于冷卻合成氣體的驟冷室和構(gòu)造成用于提供水流給驟冷室的驟冷環(huán)。從反應(yīng)室傳輸?shù)襟E冷室的合成氣體可處于高溫，這可影響驟冷環(huán)的某些部件。因此，在某些實施例中，氣化器包括構(gòu)造成用于保護驟冷環(huán)免受可在反應(yīng)室中生成的合成氣體和/或熔渣影響的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)。合成氣體和熔渣可統(tǒng)稱為氣化的熱產(chǎn)物。在一些實施例中，驟冷環(huán)的內(nèi)周邊表面可暴露于合成氣體和/或熔渣。因此，驟冷環(huán)保護系統(tǒng)可以包括布置在驟冷環(huán)的內(nèi)周邊表面中的保護隔層(例如隔熱層、化學(xué)性隔層或耐火隔層)。 如以下所詳細論述的，驟冷環(huán)保護系統(tǒng)的保護隔層在各種實施例中可以不同的方式構(gòu)造或由不同的材料制成。例如，保護隔層可在沿驟冷環(huán)的軸線的軸向方向上與驟冷環(huán)的內(nèi)周邊表面基本上或完全交迭。通過與內(nèi)周邊表面基本交迭，保護隔層可保護驟冷環(huán)免受合成氣體和/或熔渣的影響。通過保護驟冷環(huán)，驟冷環(huán)保護系統(tǒng)可以降低氣化器的維護頻率，且因此擴大了氣化器的可操作性。在另外的實施例中，一種方法可以包括在反應(yīng)室中氣化進料以生成合成氣體，在驟冷室中驟冷合成氣體以冷卻該合成氣體，以及用保護隔層(例如隔熱層、化學(xué)性隔層或耐火隔層)保護驟冷環(huán)，該保護隔層與驟冷環(huán)的內(nèi)周邊表面基本上或完全交迭。圖1是可包括驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的氣化器10的示例性實施例的示意圖。氣化器 10可以分成反應(yīng)室12和驟冷室14。在其它實施例中，合成氣體冷卻器可以設(shè)置在反應(yīng)室 12和驟冷室14之間。保護隔層16可限定反應(yīng)室12。保護隔層16可充當物理隔層、隔熱層、化學(xué)性隔層或它們的任何組合?？捎糜诒Ｗo隔層16的材料的例子包括但不限于耐火材料，耐火金屬，非金屬材料，粘土，陶瓷，金屬陶瓷，以及鋁、硅、鎂和鈣的氧化物。另外，用于保護隔層16的材料可以是磚、可澆鑄材料、涂層或它們的任何組合。進料4 (與氧氣6和可選的緩和劑8 (例如蒸汽)一起)可通過一個或多個入口引入氣化器10的反應(yīng)室12中，以轉(zhuǎn)化成可能還包括渣料和其它污染物的原始的或未處理的合成氣體(例如一氧化碳和氫氣的組合物)。在某些實施例中，可代替氧氣6使用空氣或氧氣增強的空氣。未處理的合成氣體還可被描述為未處理氣。取決于使用的氣化器10的類型，可以在例如從約20bar至 lOObar，或30-85bar的高壓和例如約1100°C至1450°C的溫度下，通過使進料經(jīng)受蒸汽和氧氣完成在氣化器10中的轉(zhuǎn)化。在這些條件下，渣料處于熔融狀態(tài)，且被稱為熔渣。在其它實施例中，熔渣可不完全處于熔融狀態(tài)。例如，熔渣可包括懸浮在熔渣中的固體(非熔融) 顆粒。如箭頭20所示，來自反應(yīng)室12的高壓、高溫的未處理合成氣體可以通過保護隔層 16的底端18進入驟冷室14。在其它實施例中，未處理合成氣體在進入驟冷室14前穿過合成氣冷卻器。通常，驟冷室14可用于降低未處理合成氣體的溫度。在某些實施例中，驟冷環(huán) 22可以位于保護隔層16的底端18附近。驟冷環(huán)22構(gòu)造成用于提供驟冷水給驟冷室14。 在某些實施例中，保護隔層16的構(gòu)造可保護驟冷環(huán)22免受合成氣體和/或熔渣的影響，且因此保護隔層16可以構(gòu)成驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的一部分。如圖所示，來自氣體洗滌裝置33的驟冷水23可以通過驟冷水入口 M被接收進入驟冷室14中。通常，驟冷水23可以流過驟冷環(huán)22并沿著浸入管沈向下流入驟冷室槽28中。如此，驟冷水23可冷卻未處理合成氣體，合成氣體在被冷卻后可隨后通過合成氣體出口 30離開驟冷室14，如箭頭32所示。在其它實施例中，共軸通流管可以圍繞浸入管26而形成環(huán)形通路，未處理合成氣體可通過該通路上升。在另外的實施例中，噴霧驟冷系統(tǒng)可用來輔助冷卻未處理合成氣體。如框33所示，合成氣體出口 30通常可定位成與驟冷室槽觀分開并定位在其上方，且可以用于將未處理合成氣體和任何水輸送至氣體洗滌裝置以進行處理。例如，氣體洗滌裝置33可除去固體細顆粒和其它污染物。另外，氣體洗滌裝置33可從未處理合成氣體中除去夾帶的水，該水隨后可作為在氣化器10的驟冷室14內(nèi)的驟冷水來使用。來自氣體洗滌裝置33的處理過的合成氣體最終可以被導(dǎo)引至例如化學(xué)工藝或燃氣輪機發(fā)動機的燃燒器。圖2是結(jié)合了驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的一個實施例的氣化器10的局部示意圖。在圖 2中的與圖1中所示的那些元件相同的元件標以(與圖1中)相同的參考數(shù)字。氣化器10 包括具有頂部頸口部分52、氣化區(qū)段M和底面區(qū)段56的外部容器或殼體50。底面區(qū)段56 也可以稱為反應(yīng)室12和驟冷室14之間的過渡區(qū)段。底面區(qū)段56中的開口 58，也稱為喉部開口或氣化器喉部，通向氣化器10的驟冷室14。底面區(qū)段56的一部分可以是倒置圓錐形殼體的平截頭體形式。具體地，底面區(qū)段56可以包括圓錐形底面區(qū)段60或圓錐形底面或圓錐形耐火區(qū)段，其基本上由與用于形成氣化器殼體50的金屬相同的金屬(例如鋼)形成。圓錐形底面區(qū)段60可聯(lián)接到大體水平的部分62，部分62進而可聯(lián)接到可移除的底面板64上(例如可移除的環(huán)形底面板)，該可移除的底面板64在某些實施例中可省略。如以下所詳細描述的，可移除的底面板64可以用于支承驟冷環(huán)22和/或為驟冷環(huán)22提供接近性。換言之，驟冷環(huán)22可聯(lián)接至可移除的底面板64。水平部分62可以用作圓錐形底面區(qū)段60和可移除的底面板64之間的過渡。在某些實施例中，可更換插件66可聯(lián)接至可移除的底面板區(qū)段64。在開口 58附近的可更換插件66的位置可更容易受到合成氣體和/或熔渣的影響。因此，在某些實施例中包含可更換插件66使得能夠從底面區(qū)段56的其余部分單獨地替換可更換插件66。在某些實施例中，作為保護隔層16的一部分的耐火襯套68可由例如陶瓷材料形成，且覆蓋了圓錐形底面區(qū)段60、水平底面部分62、可移除的底面板64和/或可更換插件 66。耐火襯套68大體是環(huán)形形狀的，且可以包括圓錐形部分和圓筒形部分?？捎糜谀突鹨r套68的其它材料包括那些上述關(guān)于保護隔層16所列的材料。耐火襯套68還沿著氣化器殼體50的內(nèi)表面向上延伸。耐火襯套68保護鋼制殼體50和底面區(qū)段56在氣化期間免受極端溫度條件和可對鋼發(fā)生的熱化學(xué)劣化。在一些實施例中，耐火襯套68包括耐火磚或具有熱面表面(hotface surface) 70的熱面磚，該熱面表面直接暴露于在氣化器10的氣化區(qū)段M中的發(fā)生氣化的環(huán)境中。在另外的實施例中，也是保護隔層16的一部分的喉部耐火材料72可以設(shè)置在開口 58處。喉部耐火材料72大體是環(huán)形形狀，且可包括圓錐形部分和圓筒形部分。在某些實施例中，喉部耐火材料72可由與耐火襯套68不同的材料或相同的材料制成。喉部耐火材料72還可以比耐火襯套68磨損得更快。因此，喉部耐火材料72可能需要定期更換，而氣化器10中的其它處的耐火襯套68的主要區(qū)段可保持在原位以繼續(xù)使用。如圖2所示，喉部耐火材料72也可以包括耐火磚73。耐火襯套68和/或喉部耐火材料72的耐火磚73可以具有大體為矩形的截面、楔形截面或另外的截面形狀。這些磚沿周向布置在氣化器10的內(nèi)部周圍以限定磚的環(huán)形排列。另外，喉部耐火材料72可在交界面74處附著于耐火襯套68上。多種方法(例如但不限于錨定件、結(jié)合劑、粘合劑、緊固件、 聯(lián)鎖接頭等)可用在交界面74處以將喉部耐火材料72聯(lián)接至耐火襯套68。此外，喉部耐火材料72可以構(gòu)造成結(jié)合交迭的滴水槽檐(overlapping drip edge) 76，其可有助于使滴下的熔渣位于遠離驟冷環(huán)22處。交迭的滴水槽檐76可以是驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的至少一部分。在某些實施例中，驟冷環(huán)22連接至可移除的底面板64和可更換插件66的下面。 驟冷環(huán)22包括水冷卻系統(tǒng)，其可有助于降低疊置的底面板64和/或可更換插件68的溫度。 因此，驟冷環(huán)22可有助于延緩底面板64和/或可更換插件68的由在氣化器10內(nèi)部的熱條件和熱化學(xué)條件所造成的金屬損耗。如以下所詳細描述的，驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11可有助于避免對驟冷環(huán)22的熱和熱化學(xué)損害以及渣料損害。在所示的實施例中，驟冷環(huán)22包括外部環(huán)形段78和內(nèi)部環(huán)形段80。內(nèi)部環(huán)形段 80面向穿過開口 58的合成氣體，且與外部環(huán)形段78相比更可能受合成氣體影響。因此，具有內(nèi)部和外部環(huán)形段78和80的驟冷環(huán)22的構(gòu)造使得能夠相對于驟冷環(huán)22的其余部分單獨地替換內(nèi)部環(huán)形段80。在所示的實施例中，外部環(huán)形段78包括流過浸入管沈的驟冷水。 內(nèi)部環(huán)形段80可以包括凸緣82，其具有徑向內(nèi)部凸緣部分81和徑向外部凸緣部分83。在所示的實施例中，徑向內(nèi)部凸緣部分81構(gòu)造成用于幫助支承驟冷環(huán)耐火材料84(例如，環(huán)形保護隔層)，其可由類似于耐火襯套68和/或喉部耐火材料72的材料制成。例如，驟冷環(huán)耐火材料84可由耐火材料、耐火金屬、非金屬材料、粘土、陶瓷、金屬陶瓷、以及鋁、硅、鎂和鈣的氧化物制成。在某些實施例中，驟冷環(huán)耐火材料84可以是喉部耐火材料72的一部分并且可以被構(gòu)造成為耐火磚73。在所示的實施例中，驟冷環(huán)耐火材料84直接接觸內(nèi)部環(huán)形段80的內(nèi)周邊表面86。換言之，驟冷環(huán)耐火材料84設(shè)置在內(nèi)周邊表面86內(nèi)。在所示的實施例中，驟冷環(huán)耐火材料84在沿著驟冷環(huán)22的軸線88的軸向方向上與內(nèi)周邊表面86完全交迭，從而保護驟冷環(huán)22免受合成氣體和/或熔渣的影響。因此，驟冷環(huán)耐火材料84在相對于軸線88的徑向方向上限定用于驟冷環(huán)22的保護隔層。完全交迭可指約100%交迭。 具體地，驟冷環(huán)耐火材料84可以為內(nèi)周邊表面86提供熱絕緣和/或熱保護以防止熔渣的影響。另外，驟冷環(huán)耐火材料84可產(chǎn)生內(nèi)周邊表面86的均勻和較低溫度的分布，這可降低由在高溫處發(fā)生的蠕變或熱疲勞所造成的腐蝕和/或破裂的可能性。在其它實施例中，驟冷環(huán)耐火材料84可僅僅基本上與內(nèi)周邊表面86交迭。換言之，驟冷環(huán)耐火材料84可與內(nèi)周邊表面86的超過約50%、60%、70%、80%或90%交迭。因此，驟冷環(huán)耐火材料84構(gòu)成了圖2中所示的實施例的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的至少一部分，這可有助于減少驟冷環(huán)22和 /或底面板64的維護頻率。圖3是氣化器10的部分軸向截面圖，圖示了驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的一個實施例。 在圖3中的與圖2中所示的那些相同的元件標以(與圖2中)相同的參考數(shù)字。在所示的實施例中，省略了內(nèi)環(huán)66，這樣減少了底面區(qū)段56的移動并提高了耐火襯套68的穩(wěn)定性。 作為替代，驟冷環(huán)22完全由底面板64支承。此外，在某些實施例中，驟冷環(huán)22的內(nèi)部環(huán)形段80不包括徑向內(nèi)部凸緣部分81，這避免了凸緣部分81的可能的過熱和伴隨的支承功能損失。因此，構(gòu)成所示實施例的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的至少一部分的驟冷環(huán)耐火材料84 (例如環(huán)形保護隔層)直接聯(lián)接至內(nèi)周邊表面86。例如，內(nèi)周邊表面86可包括錨定件，以使驟冷環(huán)耐火材料84能夠聯(lián)接在內(nèi)部環(huán)形段80上。在其它實施例中，可采用合適的方法，例如結(jié)合劑、粘合劑、緊固件、聯(lián)鎖接頭等，使驟冷環(huán)耐火材料84附連在內(nèi)部環(huán)形段80上。在另外的實施例中，內(nèi)周邊表面86可以是漸縮形的或圓錐形的，由此形成了楔形以使驟冷環(huán)耐火材料84保持就位。另外，驟冷環(huán)耐火材料84的一部分可以聯(lián)接在底面板64上。圖3中的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的其它方面與上面詳細描述的那些相類似。例如，構(gòu)成了驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的一部分的驟冷環(huán)耐火材料84(例如環(huán)形保護隔層)在沿著軸線88的軸向方向上完全與內(nèi)周邊表面86交迭。因此，驟冷環(huán)耐火材料84在相對于軸線88的徑向方向上限定用于驟冷環(huán)22的保護隔層。在其它的實施例中，驟冷環(huán)耐火材料84可以僅僅基本上與內(nèi)周邊表面86交迭。換言之，驟冷環(huán)耐火材料84可與內(nèi)周邊表面86的超過約50 %、60%、 70%、80%或 90%交迭。圖4是氣化器10的局部軸向截面圖，圖示了驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的一個實施例。在圖4中的與圖2中所示的那些相同的元件標以(與圖2中)相同的參考數(shù)字。在所示的實施例中，省略了可移除的底面板64和內(nèi)環(huán)66兩者。作為替代，驟冷環(huán)22完全由水平底面部分62支承。另外，驟冷環(huán)22構(gòu)造成不同于上面所述的實施例。具體地，在所示的實施例中，內(nèi)周邊表面86具有彎曲形狀87，例如C形，而不是上面所述實施例中的大體平面。此外，水平底面部分62包括支架伸長部110，其可以是沿著驟冷環(huán)22的一部分軸向地延伸的環(huán)形伸長部。支架伸長部110也可以有助于喉部耐火材料72(例如環(huán)形保護隔層)的安裝， 該喉部耐火材料72構(gòu)成了所示實施例的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的至少一部分。具體地，在某些實施例中，支架伸長部110可以包括錨定件，以有助于使喉部耐火材料72聯(lián)接在水平底面部分62和耐火襯套68上。由于支架伸長部110，喉部耐火材料72沒有直接接觸內(nèi)周邊表面86。因此，在內(nèi)側(cè)環(huán)形段86和喉部耐火材料72之間存在間隙112。換言之，喉部耐火材料72被來自內(nèi)周邊表面86的間隙112徑向地偏移。然而，喉部耐火材料72仍構(gòu)造成沿相對于驟冷環(huán)22的軸線88的徑向方向來基本阻擋內(nèi)周邊表面86。換言之，喉部耐火材料 72在沿著軸線88的軸向方向上完全與驟冷環(huán)22交迭，從而保護了驟冷環(huán)22免受合成氣體和/或熔渣的影響。在其它實施例中，驟冷環(huán)耐火材料84可以僅僅基本上與內(nèi)周邊表面 86交迭。換言之，驟冷環(huán)耐火材料84可與內(nèi)周邊表面86的超過約50%、60%、70%、80% 或90%交迭。圖4中的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的其它方面與上面詳細描述的那些相類似。圖5是氣化器10的局部軸向截面圖，圖示了驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的一個實施例。 在圖5中的與圖2中所示的那些相同的元件標以(與圖2中)相同的參考數(shù)字。在所示的實施例中，水平底面部分62支承喉部耐火材料72的一部分。水平底面部分62朝著軸線沿徑向向內(nèi)延伸超過交界面74，由此限定沿著軸線88在軸向方向上的對喉部耐火材料72的支承。因此，可省略支架伸長部110。構(gòu)成了驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的一部分的喉部耐火材料 72 (例如環(huán)形保護隔層)的一部分118懸垂于水平底面部分62之上并在沿軸線88的軸向方向上完全與驟冷環(huán)22交迭。因此，喉部耐火材料72在相對于軸線88的徑向方向上限定用于驟冷環(huán)22的保護隔層。在其它實施例中，喉部耐火材料72可以僅僅基本上與內(nèi)周邊表面86交迭。換言之，喉部耐火材料72可與內(nèi)周邊表面86的超過約50^^60^^70^^80% 或90%交迭。在某些實施例中，可構(gòu)成驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的一部分的保護涂層120可進一步保護驟冷環(huán)22的內(nèi)周邊表面86。該涂層120可充當物理隔層、隔熱層、化學(xué)性隔層或它們的任何組合?？捎糜谕繉?20的材料的例子包括但不限于耐火材料、耐火金屬、非金屬材料、粘土、陶瓷、金屬陶瓷、以及鋁、硅、鎂和鈣的氧化物?？梢曰诰唧w應(yīng)用的條件來選擇涂層120的具體的材料、厚度和/或構(gòu)造。此外，驟冷環(huán)22的內(nèi)周邊表面86和喉部耐火材料 72的懸垂部分118之間的徑向偏移112可以形成再循環(huán)區(qū)122或再循環(huán)區(qū)域，其可構(gòu)成驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的另一部分。具體地，合成氣體可沿浸入管26朝著驟冷環(huán)22和喉部耐火材料72之間的區(qū)122向上循環(huán)，使得合成氣體在到達區(qū)122之前被沿著浸入管沈流動的水冷卻。在到達區(qū)122時，冷卻的合成氣體在區(qū)122內(nèi)再循環(huán)以有助于冷卻驟冷環(huán)22。因此，喉部耐火材料72、涂層120和再循環(huán)區(qū)122的組合可以構(gòu)成驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的至少一部分。圖6是沿圖5中的標記為6-6的線的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的一個實施例的徑向截面圖。相應(yīng)地，在圖6中沿標記為5-5的線標示了圖5的軸向截面圖。在圖6中的與圖2 中所示的那些相同的元件標以(與圖2中)相同的參考數(shù)字。在所示的實施例中，驟冷環(huán)系統(tǒng)22的內(nèi)側(cè)環(huán)形表面86面向再循環(huán)區(qū)122。此外，喉部耐火材料72與再循環(huán)區(qū)122鄰接，且開口 58在喉部耐火材料72的中心附近。在某些實施例中，兩個切向的入口噴嘴140 聯(lián)接在驟冷環(huán)22上并被分開大約180度。其它實施例可以包括任何數(shù)量(例如1-20或更多)的切向入口噴嘴140，它們彼此之間均勻地間隔開或不規(guī)則地間隔開。如箭頭142所指，切向的入口噴嘴140有助于進入的水去往驟冷環(huán)22，以繞著軸線88以渦流運動流過驟冷環(huán)22的環(huán)形內(nèi)部144。在驟冷環(huán)22的環(huán)形內(nèi)部144中的水的這種旋轉(zhuǎn)路線可有助于均勻地冷卻驟冷環(huán)22的表面。另外，渦流的水可有助于冷卻驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的其它部件。 此外，通過驟冷環(huán)22的環(huán)形內(nèi)部144的水的渦流運動142可在水離開驟冷環(huán)22后例如沿著浸入管沈的表面繼續(xù)。在其它實施例中，噴嘴140不按切向布置。例如，噴嘴140可徑向地布置，且流過環(huán)形內(nèi)部144的水可以沿著從驟冷環(huán)22的外部邊緣朝向內(nèi)側(cè)環(huán)形表面86 的徑向通道。噴嘴140的其它構(gòu)造是可能的。例如，噴嘴140可定位在驟冷環(huán)22下面，且以向上的方式導(dǎo)引水。由于噴嘴140可有助于保護驟冷環(huán)22，噴嘴140可構(gòu)成驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的一部分。此外，如圖6所示，驟冷環(huán)22可沿連接件146分為一個或多個弓狀環(huán)形段145，可通過焊縫、法蘭、螺栓、干涉配合或其它聯(lián)接件將它們聯(lián)接在一起。弓狀環(huán)形段145可以繞著驟冷環(huán)22的軸線88沿周向間隔開。此外，連接件146可以彼此均勻地間隔開或不規(guī)則地間隔開。此外，連接件146可有助于從氣化器10安裝或移除驟冷環(huán)22。例如，組裝的驟冷環(huán)22可能過大以致于不能穿過氣化器10的維護開口。通過使用連接件146，驟冷環(huán)22 的單獨的節(jié)段可穿過氣化器10的維護開口，以及在氣化器10內(nèi)部組裝或拆裝。另外，連接件146使得能夠選擇待移除的驟冷環(huán)22的部分來進行維護，而驟冷環(huán)22的其它部分可保持就位。最終，在驟冷環(huán)22內(nèi)提供的連接件146的數(shù)量可以部分地基于氣化器10的維護開口的大小。圖7是驟冷環(huán)22的一個實施例的頂視圖。在圖7中的與圖2中所示的那些相同的元件標以(與圖2中)相同的參考數(shù)字。在所示的實施例中，驟冷環(huán)22包括一個或多個沿內(nèi)周邊表面86設(shè)置的徑向槽160。徑向槽160可沿表面86繞著軸線88沿周向彼此均勻地間隔開或不規(guī)則地間隔開。另外，在各種實施例中，可在驟冷環(huán)22的軸向上表面、軸向下表面或者軸向上表面和下表面二者上提供徑向槽160。在另外的實施例中，徑向槽160可彼此交迭。因此，徑向槽160可在沿軸線88的軸向方向上部分地或完全地延伸穿過驟冷環(huán)22。徑向槽160可有助于驟冷環(huán)22響應(yīng)在氣化器10內(nèi)由溫度波動造成的熱應(yīng)力和/或應(yīng)變。換言之，徑向槽160可使得驟冷環(huán)22能夠響應(yīng)于溫度波動膨脹或收縮，而沒有形成過多的熱應(yīng)力和/或應(yīng)變。在沒有徑向槽160的情況下，驟冷環(huán)22的壽命可受未緩解的熱應(yīng)力和/或應(yīng)變影響，這可導(dǎo)致低循環(huán)疲勞裂縫的形成。由于徑向槽160可以有助于保護驟冷環(huán)22，因此徑向槽160可以構(gòu)成驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的一部分。在所示的實施例中，徑向槽160在相對于軸線88的徑向方向上沒有一直延伸穿過驟冷環(huán)22。作為替代，徑向槽160 可以僅僅延伸至圖7中虛線所指示的圓162為止。因此，在熱應(yīng)力和/或應(yīng)變可能最大的地方，即接近內(nèi)周邊表面86的地方，可以提供徑向槽160。圖8是沿著圖3中的標記為8-8的線的氣化器10的徑向截面圖。相應(yīng)地，在圖8 中沿標記為3-3的線指示了圖3的軸向截面圖。在圖8中的與圖2中所示的那些相同的元件標以(與圖2中)相同的參考數(shù)字。在所示的實施例中，徑向截面穿過了水平底面部分 62、底面板64、驟冷環(huán)耐火材料84和開口 58。開口 58可以由直徑172所限定。在某些實施例中，可通過改變驟冷環(huán)耐火材料84的厚度173調(diào)整直徑172。調(diào)整直徑172可有利于增加氣化器10的運行范圍。例如，可以增加直徑172，以使氣化器10能夠在較高的流率下運行。在某些實施例中，圖8所示的底面板64或可移除的底面區(qū)段可沿接縫176分為一個或多個弓狀底面段174，它們可彼此均勻地間隔開或不規(guī)則地間隔開。弓狀底面段174可以在接縫176處彼此聯(lián)接，或節(jié)段174可在沒有任何連接件的情況下彼此鄰接設(shè)置。此外， 接縫176可以有利于從氣化器10安裝或移除弓狀底面段174。例如，整個底面板64可能過大以致于不能穿過氣化器10的維護開口。通過使用接縫176，單獨的弓狀底面段174可穿過氣化器10的維護開口。另外，接縫176使得能夠僅選擇將要移除的弓狀底面段174來進行維護，而其它段174保持就位。在某些實施例中，弓狀底面段174的大小和間隔可設(shè)置成與驟冷環(huán)22的節(jié)段相匹配。因此，弓狀底面段174和驟冷環(huán)22節(jié)段可一起安裝或移除。 在其它的實施例中，弓狀底面段174的大小和/或間隔可被設(shè)置成不同于驟冷環(huán)22的節(jié)段或彼此之間不相同。最終，在底面板64內(nèi)提供的接縫176的數(shù)量可以部分地基于氣化器10 的維護開口的大小。圖9是驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的一個實施例的局部截面圖。在圖9中的與先前的圖中所示的那些相同的元件標以(與先前的圖)相同的參考數(shù)字。在所示的實施例中，浸入管沈的頂部從驟冷管22的中間部分180延伸。因此，如冷卻通道182所指示，來自驟冷環(huán) 22的水流過中間部分180，且然后沿著浸入管沈的表面向下流動。冷卻通道182也使得水與內(nèi)周邊表面86接觸，這樣有助于冷卻內(nèi)周邊表面86。換言之，驟冷環(huán)22包括離開驟冷環(huán)22并沿著內(nèi)周邊表面86延伸的水流的冷卻通道182。冷卻通道182也可以包括圖6所示實施例的渦流運動142?？蓾茶T耐火材料184可以設(shè)置在內(nèi)周邊表面86和喉部耐火材料72之間?？蓾茶T耐火材料184可以進一步有助于保護內(nèi)周邊表面86免受合成氣體和/ 或熔渣的影響。另外，喉部耐火材料72 (例如環(huán)形保護隔層)的懸垂部分118和可澆鑄耐火材料184在沿軸線88的軸向方向上完全與驟冷環(huán)22交迭。因此，喉部耐火材料72和可澆鑄耐火材料184在相對于軸線88的徑向方向上限定用于驟冷環(huán)22的保護隔層。在其它實施例中，喉部耐火材料72和/或可澆鑄耐火材料184可以僅僅基本上與內(nèi)周邊表面86 交迭。換言之，喉部耐火材料72和/或可澆鑄耐火材料184可與內(nèi)周邊表面86的超過約50%、60%、70%、80%或90%交迭。因此，內(nèi)周邊表面86、冷卻通道182、可澆鑄耐火材料 184和喉部耐火材料72的組合可以構(gòu)成驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11。圖9中所示的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)11的其它方面與上面詳細描述的實施例相類似。 本書面描述使用了實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的其它實例。如果這些其它實例具有與權(quán)利要求的書面語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實例包括與權(quán)利要求的書面語言無實質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實例意圖處于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括氣化器(10)，其包括構(gòu)造成用于將進料(4)轉(zhuǎn)化成合成氣體的反應(yīng)室(12)；構(gòu)造成用于冷卻所述合成氣體的驟冷室(14)；構(gòu)造成用于提供水流給所述驟冷室(14)的驟冷環(huán)02)；和構(gòu)造成用于保護所述驟冷環(huán)02)免受合成氣體或熔渣影響的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)(11)， 其中，所述驟冷環(huán)保護系統(tǒng)(11)包括設(shè)置在所述驟冷環(huán)02)的內(nèi)周邊表面(86)中的保護隔層(16)，且所述保護隔層(16)在沿著所述驟冷環(huán)02)的軸線(88)的軸向方向上與所述內(nèi)周邊表面(86)基本交迭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述保護隔層(16)在沿著所述驟冷環(huán) (22)的軸線(88)的軸向方向上與所述內(nèi)周邊表面(86)完全交迭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述保護隔層(16)包括耐火材料(68，72)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述保護隔層(16)直接與所述內(nèi)周邊表面(86)接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述保護隔層(16)從所述內(nèi)周邊表面 (86)徑向地偏移，以在所述保護隔層(16)和所述驟冷環(huán)02)之間限定再循環(huán)區(qū)(122)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述驟冷環(huán)02)包括在該驟冷環(huán)02)的環(huán)形內(nèi)部(144)中的水流的旋轉(zhuǎn)通道或徑向通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述驟冷環(huán)02)包括離開所述驟冷環(huán) (22)并沿著所述內(nèi)周邊表面(86)延伸的水流的表面冷卻通道(182)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述驟冷環(huán)02)包括多個沿所述內(nèi)周邊表面(86)設(shè)置的徑向槽(160)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述驟冷環(huán)0 包括外部環(huán)形段(78)和內(nèi)部環(huán)形段(80)，且所述內(nèi)部環(huán)形段(80)包括所述內(nèi)周邊表面(86)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述驟冷環(huán)0 包括多個在所述驟冷環(huán) (22)的軸線(88)周圍沿周向間隔開的弓狀環(huán)形段(145)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括所述反應(yīng)室(12)和所述驟冷室 (14)之間的過渡區(qū)段，其中，所述過渡區(qū)段包括圓錐形耐火區(qū)段(60)和可移除的底面區(qū)段 (64)，所述可移除的底面區(qū)段(64)包括多個弓狀底面段(174)，且所述驟冷環(huán)0 聯(lián)接在所述可移除的底面區(qū)段(64)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述驟冷環(huán)0 包括沿所述內(nèi)周邊表面 (86)設(shè)置的保護涂層(120)。
13.一種系統(tǒng)，包括構(gòu)造成用于保護驟冷環(huán)02)免受氣化的熱產(chǎn)物影響的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)(11)，其中所述驟冷環(huán)保護系統(tǒng)(11)包括構(gòu)造成安裝在所述驟冷環(huán)02)的內(nèi)周邊表面(86)內(nèi)的耐火隔層(16)，且所述耐火隔層(16)構(gòu)造成在相對于所述驟冷環(huán)02)的軸線(88)的徑向方向上基本上阻擋所述內(nèi)周邊表面(86)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述耐火隔層(16)構(gòu)造成在相對于所述驟冷環(huán)02)的軸線(88)的徑向方向上完全阻擋所述內(nèi)周邊表面(86)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括所述驟冷環(huán)(22)，其中所述驟冷環(huán) (22)包括在該驟冷環(huán)0 的環(huán)形內(nèi)部(144)中的水流的旋轉(zhuǎn)通道中的至少一個，或所述驟冷環(huán)02)包括離開所述驟冷環(huán)02)并沿著所述內(nèi)周邊表面(86)延伸的水流的表面冷卻通道(182)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于保護氣化器驟冷環(huán)的系統(tǒng)和方法。一種系統(tǒng)包括氣化器(10)，其包括構(gòu)造成用于將進料(4)轉(zhuǎn)化成合成氣體的反應(yīng)室(12)、構(gòu)造成用于冷卻合成氣體的驟冷室(14)、構(gòu)造成用于提供水流給驟冷室(14)的驟冷環(huán)(22)和構(gòu)造成用于保護驟冷環(huán)(22)免受合成氣體或熔渣影響的驟冷環(huán)保護系統(tǒng)(11)。驟冷環(huán)保護系統(tǒng)(11)包括布置在驟冷環(huán)(22)的內(nèi)周邊表面(86)中的保護隔層(16)。保護隔層(16)在沿著驟冷環(huán)(22)的軸線(88)的軸向方向上與內(nèi)周邊表面(86)基本交迭。
文檔編號C10J3/82GK102559279SQ20111043026
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月30日
發(fā)明者D·D·費爾, J·B·科里, J·M·斯托里, P·S·迪馬斯喬, W·A·泰伯, 陳偉 申請人:通用電氣公司