專利名稱：急冷環(huán)隔熱圈的制作方法
用燃燒含碳燃料混合物方法生產(chǎn)可用合成煤氣的過程，在高溫壓條件下進(jìn)行最有效。例如，由含碳燃料如粉煤、焦煤甚至石油生產(chǎn)煤氣時(shí)，優(yōu)先選用的工作溫度范圍約為2000～3000F，壓力范圍約為5～250大氣壓。
由于這類生產(chǎn)過程的工作條件苛刻，特別是在溫度范圍很大的條件下，煤氣發(fā)生爐或反應(yīng)爐的許多部分受力狀態(tài)嚴(yán)峻。
本發(fā)明涉及煤氣發(fā)生爐特別是它的急冷環(huán)和浸入管裝置的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，急冷環(huán)和浸入管系用來暴露在煤氣發(fā)生爐的最高溫度條件下，此溫度條件是由于積熱發(fā)生煤氣由反應(yīng)室出來時(shí)與這兩個(gè)構(gòu)件接觸而引起的。
1980年8月19日以羅濱(Robin)等名義發(fā)布的美國專利USP4218423說明了一種型式的急冷環(huán)和浸入管，它們可利用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)型式得到改進(jìn)。1984年4月24日以克羅蒂(Crotty)等名義發(fā)布的美國專利USP4444726也說明了一種用于高壓反應(yīng)室的急冷環(huán)和浸入管。
在本發(fā)明之前，申請(qǐng)?zhí)枮椐贠164750的美國專利是一種急冷保護(hù)環(huán)。這種保護(hù)裝置采取高溫材料阻擋層或帶的形式，它由急冷環(huán)支承並與急冷環(huán)外表面鄰接。支承件被包容在上面裝有耐火材料的外伸架之內(nèi)。
煤氣發(fā)生爐因高溫條件引起的問題之一，是熱應(yīng)力，由于急冷環(huán)最靠近熾熱流出物，熱應(yīng)力往往會(huì)導(dǎo)致急冷環(huán)破壞。破壞的形式一般表現(xiàn)為破裂或裂紋，這種裂紋在急冷環(huán)個(gè)別部位擴(kuò)展。在通常發(fā)生裂紋的部位特別是存在尖銳邊角的部位，任何機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力都會(huì)增大，以至最后引起冷卻液向反應(yīng)室滲漏。
所設(shè)想的這種煤氣發(fā)生爐在使用上遇到的另一個(gè)困難，是由于熔渣在煤氣發(fā)生爐收斂形喉部趨向凝固、硬化的結(jié)果引起的。當(dāng)熔渣從反應(yīng)室流出而喉部變冷到足以降低熔渣溫度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
在個(gè)別情況下這種不希望出現(xiàn)的冷凝作用會(huì)嚴(yán)重堵塞收斂形喉部通道，以至妨礙煤氣發(fā)生爐繼續(xù)工作。
為了克服所設(shè)想的這種煤氣發(fā)生爐的上述缺點(diǎn)，本專利說明書披露了一種煤氣發(fā)生爐急冷環(huán)，此急冷環(huán)在其暴露表面帶有靠自身支撐的耐火貼面或襯里。這樣就形成了隔熱層，這一隔熱層可最大限度地減小在煤氣發(fā)生過程中通?？赡墚a(chǎn)生的熱應(yīng)力。耐火層裝在適宜位置，它靠本身形狀支撐並且由于這種形狀可依靠自身重量固定在這一位置。
換言之，這里提供的是一種反應(yīng)爐，它可使含碳燃料混合物氣化，以產(chǎn)生含有殘?jiān)涂捎煤铣擅簹獾臒霟崃鞒鑫铩７磻?yīng)爐包括一個(gè)使燃料混合物氣化的反應(yīng)室，該反應(yīng)室的底做或可使液化熔渣從其中流出的形狀。
里面有水槽的急冷室裝在反應(yīng)爐內(nèi)，是用來接受和冷卻產(chǎn)生的熾熱流出物。連通反應(yīng)室和急冷室的收斂形喉部使流出物經(jīng)過浸入管，浸入管作為導(dǎo)向通道再把這些流出物引入水槽內(nèi)。
按照煤氣發(fā)生爐底和壁設(shè)計(jì)的圓環(huán)面形急冷環(huán)支撐著浸入管，以便使水流對(duì)著浸入管的導(dǎo)引表面噴射。整體的或由多個(gè)扇形塊鑲嵌而成的耐火圈與急冷環(huán)鄰接。耐火圈最好嵌入收斂形喉部?jī)?nèi)，以引導(dǎo)熾熱流出物進(jìn)入水槽。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)可用煤氣的改進(jìn)型煤氣發(fā)生爐，其中的浸入管可借助于急冷環(huán)噴水不斷濕潤(rùn)。同時(shí)，急冷環(huán)包含一個(gè)耐熱的、自支撐的隔熱層，它把急冷環(huán)與熾熱流出物以及煤氣發(fā)生爐的耐火圈鑲塊分開。
另一個(gè)目的是提供一種對(duì)煤氣發(fā)生爐急冷環(huán)起支撐作用的液體，此急冷環(huán)通過裝在急冷環(huán)暴露表面上的自支撐耐火圈與煤氣發(fā)生爐燃燒室產(chǎn)生的熾熱流出物隔離開。
還有一個(gè)目的是提供一種帶有耐火襯里或耐火層的煤氣發(fā)生爐急冷環(huán)，比耐火層可形成煤氣發(fā)生爐收斂形喉部與水槽之間熾熱流出煤氣導(dǎo)引通道的一部分。


圖1-根據(jù)本發(fā)明的煤氣發(fā)生爐或反應(yīng)爐垂直剖面圖。
圖2-沿圖1線2-2剖面的局部放大圖。
圖3-改進(jìn)的耐火圈在導(dǎo)引通道區(qū)的局部剖面圖。
圖4-另一種改進(jìn)型耐火圈的局部橫剖面圖。
簡(jiǎn)言之，為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種從固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)含碳燃料混合物中制取煤氣的煤氣發(fā)生爐或反應(yīng)室，如圖1所示。制取過程產(chǎn)生的熾熱流出物包含可用合成煤氣和殘?jiān)?dāng)燃料為液體如殘油或固體如煤或焦煤時(shí)殘?jiān)话銥榛曳菪纬?。煤氣發(fā)生爐置于鋼制厚壁殼體內(nèi)，殼體的位置可便于促使流出物包括發(fā)生的熾熱合成煤氣向下流動(dòng)。
殼體反應(yīng)室通過燃料噴咀接受加壓供入的燃料混合物流。噴咀與含碳燃料源和氣化助燃?xì)怏w源連通，助燃?xì)怏w為氧或空氣，用以形成可燃混合物。
反應(yīng)室發(fā)生的氣化產(chǎn)物或熾熱流出物通過反應(yīng)室底部向下排放，以便在盛有液體的急冷室中冷卻。
為了使熾熱發(fā)生煤氣離開反應(yīng)室時(shí)能暢通地排出，裝有一個(gè)浸入管用來將流出物導(dǎo)引至水槽內(nèi)。浸入管是直立安裝的，它由急冷環(huán)支撐，急冷環(huán)導(dǎo)引冷卻液流例如水流沿浸入管外露導(dǎo)引面即內(nèi)壁通過。急冷環(huán)沿其暴露面裝設(shè)有與熾熱流出物接觸的耐火內(nèi)襯。
更具體地說，如圖1所示，本發(fā)明設(shè)想的煤氣發(fā)生爐或反應(yīng)爐10系置于加長(zhǎng)的鋼制厚壁殼體11內(nèi)。殼體一般是直立安裝的，以便于反應(yīng)產(chǎn)物向下流動(dòng)。殼體11內(nèi)的上部設(shè)有反應(yīng)室12。為了能接受2000～3000°F的工作高溫，反應(yīng)室12鑲有內(nèi)壁貼面13，內(nèi)壁貼面13最好用適宜的耐火材料制成。
噴咀14裝在殼體11上壁內(nèi)，可以拆卸，它的作用是將來自燃料源16的含碳原料混合物例如粉煤或焦煤噴射到反應(yīng)室12內(nèi)。與此同時(shí)，來自壓縮氣源17的一定量的氣化助燃?xì)怏w作為燃料混合物的一部分也供入噴咀14內(nèi)。
如前所述，本發(fā)明可同樣用于多種煤氣發(fā)生爐，包括燃燒各種固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)含碳燃料的煤氣發(fā)生爐。為舉例說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)型式，可以認(rèn)為噴咀14是與粉碎焦煤源16接通的。焦煤最好事先碾碎，並加入足夠量的水以形成要求稠度的泥漿狀。氣源17的壓縮氣體通常為氧、空氣或氧與空氣的混合氣。
反應(yīng)室12下段，以緩慢向下傾斜的耐火材料底部33為界。這種構(gòu)造型式便于熾熱煤氣和液化殘?jiān)鼜姆磻?yīng)室12中加快排出。
殼體11下段設(shè)有氣化產(chǎn)物被導(dǎo)入其中的急冷室19。固態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)物均與冷卻液槽21接觸，最方便的冷卻液是水。已冷卻的煤氣由急冷槽21排出進(jìn)入空區(qū)26，然后離開急冷室經(jīng)由導(dǎo)管22放出。已冷卻的煤氣再經(jīng)過下游設(shè)備和工序處理成為可使用狀態(tài)。流出物中的固體物質(zhì)或殘?jiān)谒?1中沉淀，然后通過排泄口23排放至料斗24中。
反應(yīng)室12與急冷室19，系通過反應(yīng)室底部33形成的收斂形喉部27連通。為了使離開反應(yīng)室12的熾熱流出物與水槽21中的水有效接觸，上述急冷室19帶有浸入管29，此浸入管的上緣31正好位于收斂形喉部27的下面。浸入管29的下緣32浸沒在冷卻液池21之內(nèi)。
如圖2所示，收斂形喉部27形成高溫高壓流出物通過的第一段導(dǎo)引通道。雖然要求在急冷室19內(nèi)冷卻殘?jiān)?，但在喉?7內(nèi)部和剛通過喉部27時(shí)提前冷卻殘?jiān)鼤?huì)加快形成阻礙氣體流通的固定物質(zhì)聚積。因此，要盡可能減少由喉部27至承載急冷環(huán)36的相鄰冷卻液中的熱損失。
浸入管29內(nèi)壁的作用是限定熾熱流出物從喉部27流出、進(jìn)入水槽21時(shí)的圓柱形導(dǎo)向通道，熾熱流出物包括氣體和固體兩種組份。
圓柱形浸入管29的內(nèi)壁即導(dǎo)向表面不斷受到向它噴射的增壓水流濕潤(rùn)。
在一種結(jié)構(gòu)型式中，急冷環(huán)36是彼此間隔開的內(nèi)壁37和外壁38形成的。底板39和頂板41形成的水的圓環(huán)形螺旋總管或分配腔42，分配腔42用環(huán)形板或壁47封閉並通過一個(gè)或多個(gè)豎管43與增壓水源連通。水通過一系例徑向通道46進(jìn)入環(huán)形急冷腔48。由急冷腔48，冷卻水流經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)分配通道49沿浸入管29的內(nèi)壁通過。
急冷環(huán)36用多個(gè)夾緊螺栓44穿過外壁38固定在燃燒室12底部下方。急冷環(huán)36是可拆卸的。
為了安裝隔熱圈51，內(nèi)壁37構(gòu)成直到下部狹窄通道底的截錐形內(nèi)腔。隔熱圈51也是同樣的截錐形，以便能牢固地支撐在內(nèi)腔56內(nèi)。內(nèi)壁37的內(nèi)圓周面貼靠在隔熱圈51上，因而能使隔熱圈51在預(yù)期的工作高溫下進(jìn)行膨脹，但無論金屬急冷環(huán)36怎樣由于熱膨脹或收縮而調(diào)整，均能保持隔熱圈51的相對(duì)位置。
隔熱圈51最好用能經(jīng)受熾熱流出物溫度的耐火材料制造。如圖所示，隔熱圈51可以是整體的，也可以是由多個(gè)扇形塊組成的，它滑動(dòng)鑲裝而成，不用螺栓或其他剛性緊固件固定，並且形成收斂形內(nèi)腔56。根據(jù)圖示結(jié)構(gòu)，隔熱圈的暴露面位置可使熾熱流出物在離開喉部27之后進(jìn)一步收斂。
根據(jù)如圖3所示的另一種結(jié)構(gòu)，耐火圈58的內(nèi)表面64為圓柱形，並且是喉部53形狀的延伸。如圖4所示，隔熱圈58也可由多個(gè)相互接合的扇形塊61和62組成，它們的側(cè)緣相互搭接並通過滑動(dòng)接合63彼此配合。因此，無論是急冷環(huán)或隔熱圈的熱自調(diào)都不會(huì)影響隔熱圈的隔熱效率。
隔熱圈58無論是整體的還是由多個(gè)扇形塊組成的，在萬一磨損或磨蝕的情況下都容易更換。由于是這樣的結(jié)構(gòu)型式，使反應(yīng)爐變冷以便內(nèi)部能繼續(xù)工作的周期可以大大縮短。
為了增強(qiáng)急冷環(huán)隔熱圈的作用，可在急冷環(huán)暴露面與隔熱圈之間裝一纖維板或其他類似零件。因此隔熱圈在裝入時(shí)可得更嚴(yán)密而有效的接合。
當(dāng)然，本發(fā)明在不違背基本原理和構(gòu)造的條件下還可以改進(jìn)或更改，但下述權(quán)利要求中提出的限制是必須遵守的。
權(quán)利要求
1.從氣化碳燃料混合物中產(chǎn)生熾熱流出物包括殘?jiān)涂捎煤铣擅簹獾姆磻?yīng)爐(10)；上述反應(yīng)爐(10)的特征為帶有反應(yīng)室(12)的殼體(11)，在該反應(yīng)室中燃料混合物進(jìn)行氣化；上述殼體(11)中的一個(gè)急冷室(19，該急冷室中有水槽(21)，在該水槽中上述熾熱流出物得到冷卻；連通反應(yīng)室與上述急冷室的收斂形喉部(27)；具有從上述收斂形喉部(27)向下延伸導(dǎo)向壁的浸入管(29)，其作用為限定熾熱流出物由上述收斂形喉部進(jìn)入水槽(21)的導(dǎo)引通道；與上述浸入管(29)鄰接並與增壓水源連通以便濕潤(rùn)上述導(dǎo)引通道壁的急冷環(huán)(36)；上述急冷環(huán)(36包括內(nèi)壁(37)，該內(nèi)壁限定著上述收斂形喉部下方並與它對(duì)齊的截錐形內(nèi)腔；耐熱圈(51)，它是上述截錐形內(nèi)腔的邊界並且限定上述流出物導(dǎo)引通道的一部分。
2.按權(quán)利要求1的反應(yīng)爐，其特征為上述耐熱圈(51)是由多個(gè)沿圓周分布的扇形段(61，62)構(gòu)成的。
3.按權(quán)利要求1的反應(yīng)爐，其特征為上述耐熱圈(51)是由鑄造用耐火材料構(gòu)成的。
4.按權(quán)利要求1～3任何一項(xiàng)的反應(yīng)爐，其特征為上述耐熱圈(51)靠自身支撐在上述內(nèi)腔而不用剛性緊固，因而它的熱膨脹不受限制。
5.按權(quán)利要求1～4任何一項(xiàng)的反應(yīng)爐，其特征為上述耐火圈(51)包括基本上是圓柱形的內(nèi)表面，此內(nèi)表面限定上述流出物導(dǎo)引通道的上述部分。
全文摘要
反應(yīng)爐用于氣化含碳燃料以發(fā)生可用煤氣，它有一隔熱外殼，殼中的反應(yīng)室接受由噴嘴噴出的燃料混合物。氣化的產(chǎn)物或流出物包括熾熱的發(fā)生煤氣，煤氣通過收斂形喉部在水槽中被冷卻。將熾熱流出物導(dǎo)入水槽中的浸入管得到來自急冷環(huán)的冷卻液流。急冷環(huán)裝在反應(yīng)室下面，配有一個(gè)耐熱圈形成的隔熱層，而耐熱圈靠自身支撐在急冷環(huán)的向下向中心傾斜的截錐內(nèi)表面上并暴露在熾熱的發(fā)生煤氣中。隔熱層可減小急冷環(huán)熱應(yīng)力和通過煤氣發(fā)生爐喉部的熱損失，從而避免殘?jiān)^早冷凝。
文檔編號(hào)C10J3/00GK1039836SQ8910618
公開日1990年2月21日 申請(qǐng)日期1989年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月1日
發(fā)明者米查爾·馬凱特·達(dá)契 申請(qǐng)人:泰克薩科開發(fā)公司