氣化反應器的可拆式驟冷環和配水槽的製作方法

2023-07-29 21:00:26

專利名稱：氣化反應器的可拆式驟冷環和配水槽的製作方法
碳質燃料燃燒可產生合成氣。在氣化器或反應器中，在高溫和高壓條件下，進行該過程最有效。例如，用粉煤或焦碳生產煤氣，最好維持在約2400°-2600°F的操作溫度範圍，壓力在約5-250大氣壓之間。
上述方法普遍採用的苛刻操作條件，特別是要經受大的溫度變化，使得氣化器或反應器的許多部件產生劇烈應變。
本發明對氣化器結構，特別對氣化器驟冷環和配水集流槽作了改進。後者由於其固有的功能，容易受高溫和危害性氣體的影響，這是由於來自燃燒室的熱流出物流入冷卻區或驟冷區時，熱合成氣與驟冷環直接接觸。
美國專利4，444，726描述可拆式，兩段設計的驟冷環裝置，壓緊在相應段之間的密封填料，可使相應段保持相對緊密的密封關係。然而，該密封填料容易受熱氣流影響，並經受大的溫度變化，這些因素影響該填料作為有效密封元件的使用壽命。
在普通的反應器結構中，反應器殼體內的燃燒室可用耐火材料襯裡，以避免殼體受熱損壞。該耐火材料可用特殊磚，或澆注成型的耐火材料。在任何一種情況下，耐火部件或元件可組合起來和構成一定形狀，用來限定氣化器收縮喉管。
耐火喉管元件通常是以這樣的方式支撐的，即，如果需要修理或更換，可將它們拆除。一種位於驟冷環內的支撐可支承喉管，這樣，靠殼壁定位的驟冷環可用來固定被支承的喉管。然而，在停止運行期間，在通常的冷卻過程中，氣化器的金屬部分，例如，驟冷環及其附屬部件更有可能快速冷卻，這樣可迅速接近反應器內部進行必要的維修工作。
為了修理或更換，要求拆除反應器驟冷環時，必需首先卸下組成收縮喉管的耐火部件，但這些非金屬部件比金屬驟冷環要化費更長時間才能冷卻下來，因此，若干天后，人們才能安全檢修反應器內部拆除驟冷環。此外，由於所用耐火磚一度被攪亂，使得備件不能正確地重新裝配(由於運行時產生的變形和爐渣堆積物)，拆除喉管耐火材料得化費較多的替換物費用。
為了克服停工不需氣化器和喉管耐火備件替換的問題，本發明氣化器結構中，位於燃燒室和驟冷室之間的收縮喉管是由一個或數個耐火部件組成，後者是由分段式驟冷環(有可拆式集流槽)支撐。這樣，當驟冷環露出部分(集流槽)由於熱作用或其他原因損壞時，損壞的部件很容易拆卸，而不影響仍留在應有位置支承喉管的驟冷環。
可拆式輸水集流槽(可使冷卻液流射向反應器浸入管)固定在導水驟冷環上。優選結構是相應的集流槽和驟冷環配合面之間有壓緊的耐熱填料，這使它們之間的熱流變得最小。這樣，拆卸集流槽時，定義為收縮喉管的耐熱元件或組合部件可不受影響。此外，配合或嚙合部件之間的耐熱填料可使它們之間的熱傳遞變得最小。
從經濟觀點來看，使用公開的可拆式驟冷環結構可使反應器檢修周期減少若干天。為了進行比較，業已測定，當方便驟冷環是典型氣化反應器的一部分時，在兩天內就能進入該裝置內部檢修驟冷環。如果耐火縮口必須得拆除，才能檢修驟冷環，這樣，冷卻耐火材料和將耐火備件裝在新驟冷環上，總共要化費5天或更多天。
因此，本發明目的是為氣化反應器提供一種便於拆除和檢修反應器內部部件的新型驟冷環部件。
另一個目的是提供一種便於檢修反應器受損內部件的多段式驟冷環。
另外一個目的是為氣化反應器提供一種能拆開，並可從耐火材料內部卸下部件的多段式驟冷環。
本發明提供一種適於碳質燃燒混合物燃燒，產生熱流出物(主要含有用煤氣)的氣化反應器，所述反應器包括反應器殼體，在所述殼體內，用耐火材料襯裡的燃燒室，在所述殼體上，與高壓供料(碳質燃燒混合物)裝置連通，可用於將燃燒混合物排入燃燒室的燃燒器，所述殼體內，包括所述燃燒室底下液體浴槽的驟冷室裝置，可使燃燒室與所述驟冷室互相連通，適於所述熱流出物導向的收縮喉管裝置，所述殼體內，靠近所述收縮喉管有一個進口定義為流出物導向通道的浸入管(適於接受熱流出物和將該流出物導向流體浴槽)，其中與所述收縮喉管對準的多段式驟冷環包括。
第一環形段(有一個與所述高壓冷卻液源連通的環形冷卻液通道，並有一個定義為凹形插座的內墊環)，
第二環形段(有一個與所述環形冷卻液通道連通的內集流槽，和至少有一個與所述集流槽連通、並朝向所述浸入管流出物導向通道的排出噴口裝置)，與所述第一環狀凹形插座配準的可拆式第二環形段，和可使所述第二環形段與所述第一環形段嚙合的可拆式固定裝置。


圖1是設想的典型反應器截面的正視2是圖1 2-2剖面的剖視圖，關於圖1，設想的典型氣化器或反應器10有一個伸長的金屬鋼壁殼體11，該反應器通常處於立式狀態進行運行，這使熱產物有可能向下流動，殼體11上部包括反應或燃燒室12。為了能經受在2000-3000°F之間的操作溫度，燃燒室12應用內壁13襯裡，內壁13最好由適合的耐火材料構成。
位於殼體11上部的可拆式燃燒器可將碳質燃燒混合物(諸如，粉煤或焦炭)由供料源16噴入反應室12內。來自高壓供料源17的適量可燃氣體並流進入燃燒器14，形成要求的燃燒混合物。
本發明氣化器同樣也可燃燒各種碳質固體，液體或氣體燃料，然而，為了說明即時的實施方案，假設燃燒器14是與焦炭源16連通，焦炭最好預粉碎，並加入足量水製成要求濃度的煤漿。供料源17的高壓可燃氣體通常是氧，空氣，或其混合物。
反應室12的下端可定義為向下傾斜的耐火底部18。這種構型便於從反應燃燒室12排出熱煤氣和液態熔渣。
殼體11低端包括氣體產物流入的驟冷室19。固態和氣態產物這兩者在這裡接觸冷卻液浴槽21(通常由水組成)。冷卻氣體由驟冷浴槽21流入釋放區26，然後通過管線22，離開驟冷室。被冷卻的，基本上無顆粒的氣體在下一步設備中進行處理，並加工成可用產物。流出物中的固體或熔渣沉積在浴槽21中，通過排出孔23，排入聯鎖貯箱24中。
反應室12和驟冷室12是通過反應室底部18的收縮喉管27互相連通的。為了使離開反應室12的熱流出物與浴槽21中的液體進行有效接觸，驟冷室19配備浸入管29(靠近收縮喉管27有一個上部邊緣)，浸入管29還包括端接於冷卻液浴槽21的下部邊緣，因此，浸入管29定義為流出物通路。
關於圖2，收縮喉管27可定義為高溫壓流出物流過的初始導向通道。由於熱流出物由喉管27流入水浴21，因此，浸入管29的內壁28就其功能定義為熱流出(包括氣態和固態組分)的圓柱形導向通徑。
園柱形浸入管29的內壁或導向面28很容易被驟冷環部件36射來的多股高壓水流弄溼。
固定在殼體11內壁上的託架44可用來支承驟冷環部件36。該部件36主要包括兩個互相配合的環形段34和41，可拆式環形段41依靠壓緊在段34和41之間的填料56與液封聯繫。
更為特別的是，多段驟冷環部件36包含第一環形或主要段34，或有側壁(定義為外周邊)的物體。第二或內壁39可形成固定驟冷環第二段41(也稱為配水集流槽)的密封或配合面。
第一段34包括液體環流室或通道42(在其低側與高壓冷卻液(最好是水)源連通)，水通過多根升液43壓送到液體循環室42內。
如上所述，驟冷環段34連同周圍許多間隔的固定螺栓61是由一個或多個加強環或託架44支撐。加強環44牢固地固定環狀驟冷環部件36，這樣，形成適於支承耐火材料(組成收縮喉管27和底18)的環形架或下部支撐裝置。
驟冷環第一段34還包括內墊環33(定義為環形內凹口或凹形插座)，所述凹形插座最好基本是園柱形結構，或能朝外，向下擴張，以便與第二環形段41相應的接合面配準。
段34低面有輸送來自室42水的複雜通道45，所述低面形成一個與環形段34相應面相符的平面液封。所述環形段41的外延凸緣或凸端47壓在段34下側的相應面上，以達到要求的液封。
段41包括呈環狀槽48形狀的環形體，所述槽與橫通道49連通，依次，橫通道49通過連接通道45與水室42連通。
驟冷環第二段41還包括與浸入管上端31配合的環形壁。環形壁與收縮喉管27同心，被固定在周邊焊縫52上，支承浸入管。
第二環形表段41的外緣直徑小於凹形插座的直徑，這樣，通過將段41在所述插座內，可使該兩個輔助面裝配合成基本緊密的密封聯繫。
操作上，環形槽48接受來自室42的高壓水流，所述第二段41裝有排出口53，高壓水流通過排出噴口53噴到浸入管59的露出面或內壁28上。這樣，來自喉管27的向下流動的熱流出物與第二段41的外面54接觸，並初始被導向，然後，該流出物接觸浸入管內壁28，以便該流出物可向下有效地導入水浴21(圖1)內。
可壓縮的填料56起著在由收縮喉管27下行的熱流出物和釋放區26的冷卻氣體之間液封的作用。由於固定螺栓57緊固在第二段41的壁上，高壓冷卻液流可通過驟冷環36的連接段，直至該水噴到浸入管29的內壁28上。
在元件36和41配合面之間的壓縮填料56可由耐用的、惰性的、以及耐溫的材料(例如，石棉或石棉代用品)構成。填料56最好呈與相應驟冷環部件34和41的裡面和沿底部配合面這兩者相符的形狀。事實上，填料56的垂直組分可由軟的，或流態耐火材料(例如聚四氟乙烯)組成，填料56的低部或水平部分可用石棉。
通過用螺栓57可將第二段或集流部件41與第一段36液封配合。這樣，驟冷環作為一個裝置可嚴密不透水。為了最有效固定裝置，可用周圍許多間隔的螺栓57，沿共同界面，固定可拆式驟冷環部件。
上述公開的多段驟冷環對反應器結構及其操作方法這兩者具有雙重好處。驟冷環的可拆性使得第二段41很容易從反應器上拆卸下來，而不影響驟冷環主要段34。此外，拆除最易受熱損壞的段41可不影響由驟冷環剩餘部分支承的耐火材料。
很明顯，雖然可對本發明作各種變更和改變，但沒脫離其精神和範圍，不過，這樣的限制應充作附屬權利要求。
權利要求
1.適於碳質燃料混合物燃燒產生熱流物(主要含可用氣體)的氣化反應器(10)，所述反應器包括反應器殼體(11)，位於所述殼體內，用耐火材料襯裡的燃燒室(12)，通過殼體延伸到燃燒室內，並與高壓供料(碳質燃料混合物)裝置連通的燃燒器(14)(用於將燃料混合物流排入燃燒室燃燒混合物，產生所述熱流出物流)，位於所述殼體內，包括燃燒室(12)底下液體浴槽(21)的構成驟冷室(26)的裝置，位於所述殼體內，可使燃燒室(12)與所述驟冷室(26)互相連通構成收縮喉管(27)的裝置(用於將所述熱流出物由燃燒室導向驟冷室)，位於所述殼體(11)內，定義為流出物導向通道的浸入管(29)，靠近所述收縮喉管，有一個進口的所述浸入管(用於將所述熱流出物由所述燃燒室導向在驟冷室內的液體浴槽(21)，其特徵是固定在所述殼體上，並與所述收縮喉管中心對準，用於接受熱流出物流的多段聚冷環部件(36)包括第一環形段(34)(有一個與高壓供液裝置連通的環形冷卻液通道(42)，並有一個定義為凹形插座(41)的內墊環(33))，位於所述凹形插座(41)內的可拆式第二環形段(有一個與所述環形冷卻液通道(42)連通的內集槽(48)，和至少有一個與所述內集流槽(48)連通並朝向所述浸入管的液體排出噴口(53)，和可將所述第二環形段套準在所述第一環形段的凹形插座(41)內的可拆式固定裝置(57)，
2.根據權利要求1所述的設備，包括壓緊在所述插座內，位於第一和第二環形段(34，41)之間的耐熱襯墊(56)。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其中所述的第二環形段(41)位於所述的凹形插座內。
4.根據權利要求1或2所述的設備，其中所述的浸入管(29)垂掛在能支承的第二環形段(41)上。
5.根據權利要求1或2所述的設備，其中所述第二環形段(41)的至少一部分定義為熱流出物通道，該熱流出物先由所述浸入管流出物導向通道(28)進行導向。
6.根據權利要求1或2所述的設備，其中可定義為所述凹形插座的所述內墊環(33)基本上是園柱形的。
7.根據權利要求1或2所述的設備，其中定義為所述第二凹形插座的所述內墊環(33)朝外，向下擴展。
8.根據權利要求2所述的設備，其中所述的耐熱填料是由石棉組合物構成。
全文摘要
包括殼體的氣化反應器有燃燒室，在燃燒室內，碳質燃料混合物燃燒，產生熱氣態流出物。位於殼體內的驟冷室包括適於冷卻熱流出物的水浴。耐火材料襯裡的收縮喉管可將熱流出物導入浸入管，浸入管可將該流出物導向水浴。多段驟冷環可支承耐火喉管，並與冷卻液配水的集流槽連通。裝在驟冷環內的裝置可使冷卻液噴在浸入管導向面上。可拆式多段配水環形段獨立於驟冷環主要部分以便不拆除耐火喉管就可從驟冷環上卸下集流槽。
文檔編號C10J3/56GK1053082SQ8910983
公開日1991年7月17日 申請日期1989年12月21日 優先權日1989年12月21日
發明者奧弗裡特·萊那德恩·比萊科 申請人:德士古發展公司