用于合成氣冷卻器的設(shè)備以及用于維護所述設(shè)備的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于合成氣冷卻器的設(shè)備以及用于維護所述設(shè)備的方法。具體地，公開了一種用于高溫容器的淬火環(huán)組件，所述淬火環(huán)組件包括聯(lián)接到至少一個下壁管的主結(jié)構(gòu)子組件。所述淬火環(huán)組件還包括流量控制子組件，所述流動控制子組件聯(lián)接到主結(jié)構(gòu)子組件并且周向延伸穿過其中。所述淬火環(huán)組件進一步包括以可拆卸方式聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件的磨損子組件。所述磨損子組件包括在所述流量控制子組件上方延伸的熱屏蔽頂蓋。
【專利說明】用于合成氣冷卻器的設(shè)備以及用于維護所述設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及用于氣化器系統(tǒng)中的合成氣體(或者合成氣)冷卻器，確切地說，涉及用于合成氣冷卻器的淬火環(huán)組件。
【背景技術(shù)】
[0002]許多已知的氣化器系統(tǒng)包括反應(yīng)器，所述反應(yīng)器中包含反應(yīng)室，燃料混合物在所述反應(yīng)室內(nèi)氣化，以形成熱產(chǎn)物氣體，以及由此向下游流動的液化爐渣流。反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有容納水浴的淬火室，用于接納和冷卻熱產(chǎn)生流出物。聯(lián)接反應(yīng)室與淬火室的狹窄喉管引導(dǎo)流出物流穿過浸管，所述浸管構(gòu)成引導(dǎo)流出物進入水浴內(nèi)的導(dǎo)路。呈環(huán)狀的淬火環(huán)位于浸管的徑向內(nèi)部，用于將水流導(dǎo)入浸管的導(dǎo)路表面上。 [0003]多數(shù)已知的淬火環(huán)包括高耐磨的高溫表面部分，該部分借助于高溫產(chǎn)物氣體直接暴露于氣化器的高溫和腐蝕條換下，所述高溫產(chǎn)物氣體在氣體從反應(yīng)室沿通道流向水浴時與高溫表面部分接觸。盡管穿過淬火環(huán)流到浸管引導(dǎo)表面上的溫度相對較低的液體能夠至少部分緩和局部化的高溫，但是淬火環(huán)的高溫表面部分仍然出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力和應(yīng)變。此類熱誘導(dǎo)應(yīng)力和應(yīng)力將導(dǎo)致高溫表面部分的更換頻率提高，因為將沿露出表面形成裂縫和裂紋。高溫表面部分通常是較大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分，例如，有助于提供犧牲磨損表面的可拆卸/可更換淬火環(huán)金屬裙板。此外，所述裙板通常通過焊接聯(lián)接到多個冷卻流體入口法蘭，此類法蘭穿過諸如Grayloc?配件等配件與流體供應(yīng)管線對齊并聯(lián)接。因此，高溫表面部分的更換和/或整修需要停止氣化器的運行、調(diào)動大小相當(dāng)?shù)木S修隊、拆開相連的法蘭，并且分幾部分完整地拆除將淬火環(huán)。在氣化器外部發(fā)生的更換和/或整修操作期間，對高溫表面部件進行維修和/或更換。但是，在將各淬火環(huán)部分更換到氣化器內(nèi)后，淬火環(huán)金屬裙板和法蘭可能并非位于其初始位置和取向，并且可能并非適當(dāng)?shù)貙R。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一方面，本發(fā)明提供一種用于高溫容器的淬火環(huán)組件。所述淬火環(huán)組件包括:聯(lián)接到至少一個下壁管的主結(jié)構(gòu)子組件；流量控制子組件，所述流量控制子組件聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件并且穿過其中周向延伸；以及可拆除地聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件的磨損子組件，所述磨損子組件包括在所述流量控制子組件上方延伸的熱屏蔽頂蓋。
[0005]其中所述磨損子組件包括將所述磨損子組件聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件的周向非粘合接頭和周向縫焊中的至少一個，所述周向非粘合接頭和周向縫焊中的至少一個位于與所述熱屏蔽頂蓋相距預(yù)定距離處。
[0006]進一步地、該淬火環(huán)組件包括至少一個隔離裝置，所述隔離裝置聯(lián)接并延伸在所述流量控制子組件與所述熱屏蔽頂蓋之間。
[0007]其中:所述主結(jié)構(gòu)子組件限定流動連通地聯(lián)接到至少一個冷卻流體進入通道的周向歧管；以及
[0008]所述流量控制子組件和所述熱屏蔽頂蓋限定兩者之間的受控冷卻流體流動通道，所述受控冷卻流體流動通道流動連通地聯(lián)接到所述周向歧管。其中所述至少一個流量控制子組件包括與所述主結(jié)構(gòu)構(gòu)件對齊的兩個半圓形環(huán)段。
[0009]其中所述磨損子組件包括多個磨損段，其中所述磨損段中的每個磨損段配置成至少部分延伸在所述流量控制子組件上方。
[0010]另一方面，本發(fā)明提供一種用于維護氣化器系統(tǒng)內(nèi)所用的合成氣體(合成氣)冷卻器的方法。所述方法包括斷開淬火環(huán)組件上在周向聯(lián)接點處將磨損子組件聯(lián)接到主結(jié)構(gòu)構(gòu)件周向非粘合接頭和周向縫焊中的至少一個的至少一部分；拆除所述磨損子組件的至少一部分以及從所述主結(jié)構(gòu)構(gòu)件聯(lián)接到所述磨損子組件的流量控制子組件；提供所述磨損子組件的至少一個更換部分；設(shè)置所述磨損子組件的所述至少一個更換部分以在所述流量控制子組件的至少一部分上方延伸，并且在所述周向聯(lián)接點附近與所述主結(jié)構(gòu)構(gòu)件鄰接；將所述磨損子組件的所述至少一個更換部分聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
[0011]優(yōu)選地，其中斷開周向縫焊的至少一部分包括磨掉所述周向縫焊的所述至少一部分。其中提供所述磨損子組件的所述至少一個更換部分包括以下其中至少一項:翻新從所述淬火環(huán)組件拆除的所述磨損子組件的所述至少一部分；以及提供新的未使用磨損子組件的至少一部分。
[0012]優(yōu)選地，該方法進一步包括將所述磨損子組件與所述流量控制子組件隔開，其中包括將至少一個流量板與所述磨損子組件和所述流量控制子組件中的一個隔開。
[0013]其中將至少一個流量板與所述磨損子組件和所述流量控制子組件中的一個隔開包括以下其中至少一項:斷開所述至少一個流量板與所述磨損子組件之間的焊接；斷開所述至少一個流量板與所述流量控制子組件之間的焊接；從設(shè)在所述磨損子組件中的槽口分離所述至少一個流量板；以及從設(shè)在所述流量控制子組件中的槽口分離所述至少一個流量板。
[0014]其中將所述磨損子·組件與所述流量控制子組件隔開進一步包括拆除聯(lián)接并延伸在所述流量控制段與所述磨損子組件之間的至少一個隔離裝置。
[0015]其中中設(shè)置所述磨損子組件的所述至少一個更換部分以延伸在所述流量控制子組件的至少一部分上方包括在所述磨損子組件的所述至少一個更換部分與所述流量控制子組件的所述至少一部分之間限定冷卻流體流動通道。
[0016]優(yōu)選地，該方法進一步包括維持所述主結(jié)構(gòu)構(gòu)件、至少一個冷卻流體入口夾具、浸管與高溫容器之間的對準(zhǔn)。另一方面，本發(fā)明提供一種氣化器系統(tǒng)。所述氣化器系統(tǒng)配置用于產(chǎn)生合成氣體(合成氣)的至少一個氣化器；以及流動連通地聯(lián)接到所述氣化器的至少一個合成氣冷卻器，所述至少一個合成氣冷卻器包括:高溫容器；以及淬火環(huán)組件，所述淬火環(huán)組件包括:聯(lián)接到至少一個下壁管的主結(jié)構(gòu)子組件；流量控制子組件，所述流量控制子組件聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件并且穿過其中周向延伸；以及可拆除地聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件的磨損子組件，所述磨損子組件包括在所述流量控制子組件上方延伸的熱屏蔽頂蓋。優(yōu)選地，其中所述磨損子組件包括將所述磨損子組件聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件的周向非粘合接頭和周向縫焊中的至少一個，所述周向非粘合接頭和周向縫焊中的至少一個置于與所述熱屏蔽頂蓋相距預(yù)定距離處。
[0017]進一步地，該氣化器系統(tǒng)包括至少一個隔離裝置，所述隔離裝置聯(lián)接并延伸在所述流量控制子組件與所述熱屏蔽頂蓋之間。[0018]所述主結(jié)構(gòu)子組件限定流動連通地聯(lián)接到至少一個冷卻流體進入通道的周向歧管；以及所述流量控制子組件和所述熱屏蔽頂蓋限定兩者之間的受控冷卻流體流動通道，所述受控冷卻流體流動通道流動連通地聯(lián)接到所述周向歧管。
[0019]其中所述至少一個流量控制子組件包括與所述主結(jié)構(gòu)構(gòu)件對齊的兩個半圓形環(huán)段。
[0020]其中所述磨損子組件包括多個磨損段，其中所述磨損段中的每個磨損段配置用于至少部分在所述流量控制子組件上方延伸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是示例性整體氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；
[0022]圖2是可用于圖1所示系統(tǒng)中的示例性合成氣冷卻器的截面示意圖；
[0023]圖3是可用于圖2所示合成氣冷卻器中的示例性淬火環(huán)組件的截面示意圖；以及
[0024]圖4是用于維護圖2所示合成氣冷卻器系統(tǒng)的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]圖1是示例性氣化設(shè)施的示意圖，具體來說，圖1是示例性整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電系統(tǒng)10的示意圖。IGCC系統(tǒng)10大體上包括主空氣壓縮機12，與壓縮機12流動連通地聯(lián)接的空氣分離單元(ASU) 14，與ASU14流動連通地聯(lián)接的氣化器16，與氣化器16流動連通地聯(lián)接的合 成氣冷卻器18，與合成氣冷卻器18流動連通地聯(lián)接的燃?xì)鉁u輪機發(fā)動機20，以及與合成氣冷卻器18流動連通地聯(lián)接的蒸汽渦輪發(fā)動機22?；蛘?，此類氣化設(shè)施是能夠使氣化器16運行的任何合適配置的任何設(shè)施中的一部分，包括，但不限于化工廠。
[0026]在運行中，壓縮機12對環(huán)境空氣進行壓縮，然后將其引導(dǎo)至ASU14。在示例性實施例中，除了來自壓縮機12的壓縮空氣之外，將來自燃?xì)鉁u輪發(fā)動機壓縮機24的壓縮空氣供應(yīng)至ASU14?；蛘?，將來自燃?xì)鉁u輪發(fā)動機壓縮機24的壓縮空氣供應(yīng)至ASU14，而不是將來自壓縮機12的壓縮空氣供應(yīng)至ASU14。在示例性實施例中，ASU14使用壓縮空氣來產(chǎn)生氣化器16使用的氧氣。具體來說，ASU14將壓縮分離成單獨的氧氣流(O2)和氣體副產(chǎn)物，有時稱為“工藝氣體”。O2流被引導(dǎo)至氣化器16，以用于產(chǎn)生合成氣體，本說明書中稱為“合成氣”，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機20將此合成氣用作燃料，如下文更詳細(xì)地描述。
[0027]ASU14產(chǎn)生的工藝氣體包括氮氣，并且將在本說明書中稱作“工藝氮氣”(NPG)。NPG還可以包括其他氣體,例如,但不限于,氧氣和/或氬氣。例如,在示例性實施例中,NPG包括約95%至約100%的氮氣。在示例性實施例中，至少一些NPG流從ASU14排向大氣，并且至少一些NPG流被注入燃?xì)鉁u輪發(fā)動機燃燒器26內(nèi)的燃燒區(qū)(未圖示)內(nèi)，以有助于控制發(fā)動機20的排放，更具體地說，有助于降低燃燒溫度并減少發(fā)動機20的一氧化二氮排放。在示例性實施例中，IGCC系統(tǒng)10包括NPG壓縮機28，用于工藝氮氣流注入燃?xì)鉁u輪發(fā)動機燃燒器26的燃燒區(qū)(未圖示)之前壓縮工藝氮氣流。
[0028]在示例性實施例中，氣化器16將來自燃料供應(yīng)源30的燃料混合物、ASU14供應(yīng)的
O2、蒸汽和/或液態(tài)水，以及/或爐渣添加物轉(zhuǎn)換成合成氣輸出，以供燃?xì)鉁u輪發(fā)動機20用作燃料。盡管氣化器16可以使用任何燃料,但在示例性實施例中，氣化器16使用煤、石油焦炭、殘油、油乳劑、焦油砂和/或其他類似燃料。此外，在示例性實施例中，氣化器16產(chǎn)生的合成氣包括一氧化碳、氫氣和二氧化碳。在示例性實施例中，氣化器16是夾帶流動氣化器，配置用于將合成氣、爐渣和飛灰垂直向下排放到合成氣冷卻器18中?；蛘?，氣化器16可以是有助于合成氣冷卻器18如本說明書中所述操作的任何類型和配置。
[0029]在示例性實施例中，氣化器16產(chǎn)生的合成氣被引入合成氣冷卻器18中以促進合成氣的冷卻，如下文更詳細(xì)地描述。將冷卻的合成氣從冷卻器18引導(dǎo)至清洗裝置32以有助于清洗合成氣，然后合成氣被引導(dǎo)至燃?xì)鉁u輪發(fā)動機燃燒器26以便在其中燃燒。二氧化碳(CO2)可以在清洗期間與合成氣分離，并且在示例性實施例中，可以排放到大氣中。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機20驅(qū)動向電力網(wǎng)(未圖示)供電的第一發(fā)電機34。將燃?xì)鉁u輪發(fā)動機20的廢氣引導(dǎo)到熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)36以產(chǎn)生用于驅(qū)動蒸汽渦輪及22的蒸汽。蒸汽渦輪及22產(chǎn)生的動力驅(qū)動同樣向電力網(wǎng)供電的第二發(fā)電機38。在示例性實施例中，可將熱回收蒸汽發(fā)生器36產(chǎn)生的蒸汽供應(yīng)到氣化器16以產(chǎn)生合成氣。
[0030]此外，在示例性實施例中，系統(tǒng)10包括泵40，所述泵將受熱水從HRSG36供應(yīng)到合成氣冷卻器18,以有助于從氣化器16引導(dǎo)冷卻合成氣。引導(dǎo)受熱的水穿過合成氣冷卻器18，在其中水轉(zhuǎn)換成蒸汽。隨后將來自冷卻器18的蒸汽返回至HRSG36，以用于氣化器16、合成氣冷卻器18和/或蒸汽渦輪機22內(nèi)。
[0031]圖2是可用于系統(tǒng)10(圖1所示)中的示例性合成氣冷卻器100的截面示意圖。合成氣冷卻器100是合成氣冷卻器18 (圖1所示)的示例性實施例，并且是輻射合成氣冷卻器(RSC)0合成氣冷卻器100包括多個熱交換裝置，例如，但不限于，熱交換壁104和/或壓板組件(未圖不)，設(shè)置于冷卻器殼體102內(nèi)。在不例性實施例中，熱交換壁104將殼體102與流過冷卻器100的合成氣110大體隔離。此外，在示例性實施例中，殼體102具有大體上呈圓形的截面形狀，所述截面形狀具有縱軸或中心軸106?；蛘?，殼體102可以具有促進冷卻器100如本說明書中所述操作的任何截面形狀。主合成氣流動通道108限定在冷卻器100內(nèi)，合成氣110和/或顆粒112大體上沿所述流動通道流動。在一些實施例中，殼體102和壁104可由有助于防止合成氣·110和顆粒材料112大體粘附到殼體102和壁104的任何材料制成。
[0032]在示例性實施例中，流動通道108與中心線106大體上平行對齊。盡管合成氣110和顆粒112被圖示為單獨的流，但應(yīng)了解，顆粒112可以夾帶和/或懸浮在合成氣110內(nèi)，致使顆粒112和合成氣110構(gòu)成混流。此外，本說明書中所述術(shù)語“上游”和“下游”相對于主合成氣流動通道108定義，使冷卻器100的頂部(未圖示)視作冷卻器100的底部114的“上游”。此外，本說明書中所述顆粒112被定義為包括熔融灰顆粒、木炭以及飛灰顆粒。
[0033]冷卻器100還包括在熱交換裝置下游的淬火室116。淬火室116有助于快速冷卻合成氣110和/或顆粒112。具體來說，下壁118將淬火室116與冷卻器100的熱交換部分120分開，所述熱交換部分中包括熱交換裝置(如上所述)。在示例性實施例中，下壁118由多個熱交換管(未圖示)構(gòu)成?；蛘?，在其他實施例中，下壁118由耐火襯里材料制成。此外，在一些實施例中，淬火室116和下壁118由有助于防止合成氣110和顆粒材料112大體粘附到淬火室116和下壁118的任何材料制成。在示例性實施例中，下壁118大體呈圓錐形并向內(nèi)變尖，或者從下壁118的上游端122向下壁118的下游端124會聚。此外，上游端122可以聯(lián)接到熱交換壁104的下游端126以及/或者置于其附近?；蛘?，下壁118可以聯(lián)接到合成氣冷卻器100內(nèi)的其他任何合適的部件，以便冷卻器100能夠如本說明書中所述操作。
[0034]在示例性實施例中，淬火室116包括浸管128、淬火環(huán)組件129、隔離管130、擋水板132、流體保留室或者水浴134、貯槽136、排放管線138、水浴流體補充供應(yīng)管線(未圖示)以及至少一個合成氣出口 140。在一些實施例中，浸管128和隔離管130由有助于防止合成氣110和顆粒材料112大體上粘附到浸管128和隔離管130的任何材料制成。
[0035]水浴134包括浴水142，其中盡管水142在本說明書中描述為用于淬火合成氣110和/或顆粒112的流體，但是可以使用任何合適的非反應(yīng)性流體來進行淬火。在示例性實施例中，淬火環(huán)組件129位于浸管128的上游端150，并且用于潤濕和冷卻浸管128的內(nèi)壁174,以及有助于合冷卻并洗滌合成氣110和顆粒112。上游端150通過周向焊接點(未圖示)聯(lián)接到淬火環(huán)組件129?；蛘?，上游端150通過能夠使淬火環(huán)組件129和冷卻器100如本說明書中所述操作的淬火環(huán)組件129。
[0036]為有助于緩和因 相對較熱顆粒112與浸管128直接接觸而導(dǎo)致熔融顆粒112沉積在浸管128上的現(xiàn)象，浸管128以及淬火環(huán)組件129優(yōu)選在一定程度上相對于下壁118的下游端124凹陷。
[0037]浸管128、淬火環(huán)組件129和隔離管130各自具有大體上呈圓形的截面。在示例性實施例中，浸管128、淬火環(huán)組件129和隔離管130大體與中心線106同心對齊。因此，主淬火區(qū)域144限定在浸管128內(nèi)，第一大體上呈環(huán)形的通道146限定在浸管128與隔離管130之間，并且第二大體上呈環(huán)形的通道148限定在隔離管130與殼體102之間。
[0038]此外，在示例性實施例中，浸管128的上游端150聯(lián)接到擋水板132的上游端151附近，隔離管130的上游端152聯(lián)接到擋水板132的下游端153附近，并且浸管128的下游端154置于隔離管130的下游端156的上游。每個上游端150和151均置于下壁118附近。具體來說，在示例性實施例中，每個上游端150和151均置于下壁118的下游端124附近。浸管128的下游端154延伸到水浴134內(nèi)，從而有助于淬火并洗滌通過水142排出下游端154的合成氣110和顆粒112。
[0039]隔離管130的下游端156還延伸到水浴134內(nèi)。在示例性實施例中，浸管128的下游端154成鋸齒狀，以在合成氣110進入浸管128下方的水浴134內(nèi)時幫助分散所述合成氣。類似地，在示例性實施例中，隔離管130的下游端156成鋸齒狀，以幫助合成氣110在水浴134內(nèi)的環(huán)狀通道146與環(huán)狀熱通道148之間流動。在替代性實施例中，管128和/或130的下游端154和/或156可以分別具有有助于冷卻器100如本說明書中所述操作的任何合適形狀。
[0040]第三通道160限定在擋水板132與殼體102之間。擋水板132有助于將合成氣110和水142保留在隔離管130內(nèi)。在示例性實施例中，擋水板132大體呈環(huán)形，并且延伸在上游端151與下游端153之間。在示例性實施例中，擋水板132的下游端153聯(lián)接到隔離管130的上游端152和/或熱交換壁下游端126附近。在示例性實施例中，擋水板132大體上呈截頭圓錐形。擋水板132由有助于防止合成氣110、水142和顆粒材料112大體粘附到擋水板132的任何材料制成。因此，擋水板132有助于防止合成氣110內(nèi)累積顆粒112，以及去除非蒸發(fā)的夾帶水滴，以便顆粒112和水滴(未圖示)在與擋水板132接觸后落到水浴134中。[0041]至少一個合成氣出口 140限定在擋水板132與殼體102之間，以便合成氣出口 140與第三通道160流動連通。出口 140引導(dǎo)合成氣110從隔離管130流向殼體102外部的部件。如圖2所示，冷卻器100包括兩個出口 140，這兩個出口從隔離管130內(nèi)部延伸穿過擋水板132和殼體102。盡管圖2中僅示出兩個出口 140，但是冷卻器100可以包括有助于冷卻器100如本說明書中操作的任意數(shù)量的出口 140。
[0042]在示例性實施例中，每個出口 140是具有大體呈弓形的截面輪廓的圓柱形管,延伸在第一端162與第二端164之間?；蛘?，出口 140可以具有有助于冷卻器100如本說明書中所述操作的任何形狀。具體來說，在示例性實施例中，出口 140從在上游端152附近處置于隔離管130內(nèi)的第一端162延伸穿過擋水板132和殼體102。在示例性實施例中，出口第二端164可以聯(lián)接到清洗裝置32 (圖1所示)、燃?xì)鉁u輪發(fā)動機20 (圖1所示)，以及/或者有助于系統(tǒng)10和冷卻器100如本說明書中所述操作的其他任何合適的部件。
[0043]在示例性實施例中，每個出口 140包括與之相連的至少一個射流式噴射器173，用于引導(dǎo)流體射流177進入出口 140內(nèi)。具體來說，每個射流式噴射器173聯(lián)接到出口 140的內(nèi)表面175?；蛘?，每個射流式噴射器173聯(lián)接到有助于冷卻器100如本說明書中所述操作的任何表面。此外，在示例性實施例中，射流式噴射器173聯(lián)接在出口 140內(nèi)，以便從其中排出的流沿著與縱向向上的合成氣流110大體相對的徑向方向縱向向下排放到出口 140內(nèi)?；蛘?，至少一個射流式噴射器173經(jīng)過定向，以便沿至少部分傾斜于出口 140內(nèi)的一部分合成氣流110的方向排放流體流177。此外，或者，至少一個射流式噴射器173經(jīng)過定向，以便沿著與出口 140內(nèi)的至少一部分合成氣流110大體平行和重合的方向排放流體流177。此外，或者，至少一個射流式噴射器173被定向在有助于合成氣冷卻器100如本說明書中所述操作的方向上。此外，或者，噴射器173是形成氣體淬火劉177的氣體噴射器。
[0044]此外，每個射流式噴射器173能夠選擇地如上所述操作。通常情況下，在示例性實施例中，射流式噴射器173以大體恒定的流動速率持續(xù)操作。在一些情況下，流體流動速率可以隨操作模式進行調(diào)整·?；蛘?，以有助于冷卻器100如本說明書中所述操作的任何流體流動速率使用任何射流操作周期。當(dāng)每個射流式噴射器173處于操作中時，射流式噴射器173如上所述注入流體射流177。射流式噴射器173和射流177有助于消除非蒸發(fā)的夾帶水滴，并且大體上降低和/或防止沿冷卻器100內(nèi)部件的壁和/或表面上累積顆粒112和/或水142，所述表面包括，但不限于，浸管128的外表面178、隔離管130的內(nèi)表面180，以及出口 140的表面175的至少一部分。
[0045]此外，射流式噴射器173和流177有助于進一步冷卻合成氣100。此外，射流式噴射器173和射流177可以調(diào)整，以緩和顆粒112在水浴134和貯槽136內(nèi)的累積和積聚。因此，通過減少在冷卻器100內(nèi)部件的壁和/或表面上的累積，以及減少水142的積聚，得以減少此類部件的堵塞和/或結(jié)垢。出口 140包括使冷卻器100如本說明書中所述操作的任何數(shù)量的射流式噴射器173。在替代實施例中，出口 140不包括任何射流式噴射器173。在進一步的替代實施例中，至少一個射流式噴射器173聯(lián)接到擋水板132、隔離管130和/或有助于冷卻器100如本說明書中所述操作的冷卻器100的任何合適的部件。
[0046]如上所述，從射流式噴射器173排出的流體177可以向下流動到水浴134內(nèi)。在示例性實施例中，水浴134包括水142、貯槽136和排放管線138。水浴134形成淬火室116的一部分，配置用于將水142保留在其中。盡管水浴134被圖示和描述為其中含有水142，但是水浴134可以包括除水142以外的合適流體，并且仍然被視為“水浴”。此外，射流式噴射器173與流體源(未圖示)流動連通地聯(lián)接，其中形成射流177的此類流體與水浴134內(nèi)的流體相容，并且177混合在水142內(nèi)，以便水142被視為包括來自流177的流體，如果有。
[0047]分別從浸管和隔離管的端部154和156順流而下，貯槽136限定在水浴134內(nèi)。具體來說，貯槽136可以包括聯(lián)接在殼體102內(nèi)的收集椎體(未圖示)，以及延伸穿過殼體底部114的圓柱形貯槽出口 170。貯槽出口 170可以聯(lián)接到碎渣機(未圖示)、活底料斗(未圖示)、泵(未圖示)，以及/或者有助于系統(tǒng)10如本說明書中所述操作的其他任何濕顆粒處理和/或去除裝置。
[0048]此外，在示例性實施例中，排放管線138從水浴134延伸穿過殼體102，并且配置用于調(diào)節(jié)水浴134內(nèi)的水142的體積。通常將向下流過排放管線138的水(未圖示)輸送至工藝用水處理系統(tǒng)(未圖示)，以實現(xiàn)至少一部分排放水的有利再利用。但是，可以將排放水輸送至有助于系統(tǒng)10如本說明書中所述操作的任何合適的部件、系統(tǒng)和/或位置。
[0049]在系統(tǒng)操作期間，將帶有顆粒112的合成氣110從氣化器16引入冷卻器100中。合成氣Iio流過冷卻器100內(nèi)的熱交換裝置并且進入淬火室116中。具體來說，冷卻器100的下壁118引導(dǎo)帶有顆粒112的合成氣110進入主淬火區(qū)域144內(nèi)，其中合成氣110流過下壁118的下端124，并且沿浸管128的內(nèi)壁174流入水浴134內(nèi)。浸管128的堵塞現(xiàn)象將通過與內(nèi)壁174相對于下壁118的下游端124的凹進位置相關(guān)，以及與壁174的溫度相對低于顆粒112相關(guān)，這一部分由浸管128外部的水142冷卻，以及與較大熔融顆粒的動量相對高于較小冷卻器顆粒的動量相關(guān)的聯(lián)合效應(yīng)來得到緩解。此外，在示例性實施例中，淬火環(huán)組件129潤濕并冷卻浸管128的內(nèi)壁174，以及有助于冷卻并洗滌合成氣110和顆粒112。
[0050]固化的顆粒112在本說明書中稱為固化爐渣176。固化爐渣176在從主淬火區(qū)域144落入水浴134后形成，并且經(jīng)由貯槽出口 170穿過貯槽136從冷卻器100排出。合成氣110和剩余的顆粒112從通 過一個或多個射流177進一步洗滌合成氣110的通道146揚起，致使更多的顆粒112下落并被捕獲在水浴134內(nèi)，而合成氣110和任何剩余的顆粒112從一個或多個噴嘴140排出合成氣冷卻器100。在示例性實施例中，排出水浴134的合成氣110和/或顆粒112的溫度低于進入水浴134的合成氣110和/或顆粒112的溫度。
[0051 ] 經(jīng)過洗滌的合成氣110大體不含顆粒112和/或夾帶的水142，其被引導(dǎo)從第一通道146流過出口 140，以便系統(tǒng)10內(nèi)的使用。在示例性實施例中，射流式噴射器173在合成氣110引導(dǎo)通過出口 140之妻那將合成氣110與射流177 —起噴射110。因此，射流式噴射器173的流體有助于防止顆粒112累積在出口 140的表面175上，同時有助于防止隔離管130和/或出口 140堵塞。此外，射流177有助于顆粒112與合成氣110的進一步分離，以及合成氣110的任何進一步冷卻。
[0052]圖3是可用于合成氣冷卻器100 (圖2所示)中的淬火環(huán)組件129的截面示意圖。在示例性實施例中，淬火環(huán)組件129具有與中心線106 (圖2所示)同心對齊的大體呈圓形的截面。淬火環(huán)組件129包括聯(lián)接到下壁118的下游端124的主結(jié)構(gòu)子組件202 (圖2所示)。如上所述,在示例性實施例中，下壁118,包括下游端124由多個熱交換管(未圖示)構(gòu)成。主結(jié)構(gòu)子組件202通過前述工藝制成。或者，主結(jié)構(gòu)子組件202通過使淬火環(huán)組件129能夠運作的任何工藝制成，包括，但不限于，主結(jié)構(gòu)子組件202的弓形部分(未圖示)的焊接和機加工。[0053]在示例性實施例中，主結(jié)構(gòu)子組件202通過多個周向緊固件(未圖示)固定到下游端124，其中所述周向緊固件從分別由下游端124與主結(jié)構(gòu)子組件202限定的對齊的緊固件孔204和206插入?；蛘撸褂糜糜趯⒅鹘Y(jié)構(gòu)子組件202聯(lián)接到冷卻器殼體102以使淬火環(huán)組件129如本說明書中所述操作的任何方法，包括，但不限于，密封焊接。
[0054]此外,在示例性實施例中，淬火環(huán)組件129還包括流量控制子組件210,所述流動控制子組件聯(lián)接到主結(jié)構(gòu)子組件202并且穿過其周向延伸。流量控制子組件210包括通過干涉聯(lián)接，或者摩擦裝配到主結(jié)構(gòu)構(gòu)件202的兩個半圓形環(huán)段(未圖示)。
[0055]此外，在示例性實施例中，淬火環(huán)組件129包括磨損子組件220，所述磨損子組件以可拆除方式聯(lián)接到主結(jié)構(gòu)子組件202。磨損子組件220是單一且大體呈圓形的零件，其通過周向非粘合接頭221和周向縫焊222中的一個聯(lián)接到主結(jié)構(gòu)子組件202，所述非粘合接頭221和周向縫焊222位于限定在磨損子組件220與主結(jié)構(gòu)子組件202的接觸點處的周向聯(lián)接點223處。磨損子組件220包括延伸在流量控制子組件210上方的熱屏蔽頂蓋224。周向聯(lián)接點223位于與熱屏蔽頂蓋224相距預(yù)定距離D處。距離D具有有助于針對合成氣110和顆粒112的有害作用保護非粘合接頭221和縫焊焊222中的任一個的任何值。熱屏蔽頂蓋224大體呈C形，并且配置用于沿流量控制子組件210的整個圓周(未圖示)延伸在流量控制子組件210上方。或者，磨損子組件220包括多個磨損段(未圖示)，這些磨損段配置用于至少部分延伸在流量控制子組件210的一部分上方。
[0056]此外，在示例性實施例中，淬火環(huán)組件129包括多個隔離裝置230，所述隔離裝置聯(lián)接到并且延伸在流量控制子組件210與熱屏蔽頂蓋224之間。預(yù)定數(shù)量的隔離裝置230位于預(yù)定間隔(未圖示)的周向位置處。隔離裝置230有助于在流量控制子組件210與熱屏蔽頂蓋224之間形成流體流動通道240。冷卻流體流動通道240限定延伸在流量控制子組件210與熱屏蔽頂蓋224之間的間距242。通道240限定有助于充分冷卻流體流量值以使淬火環(huán)組件129和合成氣冷 卻器100如本說明書中所述操作的任何距離值。隔離裝置230是高溫滾珠軸承?；蛘?，隔離裝置230可以是使淬火環(huán)組件129如本說明書中所述操作的任何裝置。此外，或者，隔離裝置230可以置于冷卻流體流動通道240內(nèi)的下游，以在主結(jié)構(gòu)子組件202與熱屏蔽頂蓋224之間延伸。
[0057]此外，在示例性實施例中，流量控制子組件210通過至少部分限定多個通道244的多個流量板243 (圖中僅示出一個)聯(lián)接到磨損子組件220。通道244與冷卻流體流動通道240流動連通。每個流量板243包括大體垂直的上游側(cè)245和彎曲的下游側(cè)246。此外，每個流量板243包括上側(cè)247,上側(cè)247通過使淬火環(huán)組件129如本說明書中所述操作的任何方法，包括，但不限于，焊接、干涉或者摩擦裝配設(shè)在磨損子組件220內(nèi)的槽口(未圖示)內(nèi)，以及與不帶槽口的磨損子組件220干涉配合而聯(lián)接到磨損子組件220。此外，每個流量板243包括下側(cè)248，下側(cè)248通過使淬火環(huán)組件129如本說明書中所述操作的任何方法，包括，但不限于，焊接、干涉或者摩擦裝配在設(shè)在流量控制子組件210內(nèi)的槽口(未圖示)內(nèi)，以及與不帶槽口的流量控制子組件210干涉配合而聯(lián)接到流量控制子組件210。將流量板243聯(lián)接到磨損子組件220以及將流量板243聯(lián)接到流量控制子組件210有助于一起拆除和更換磨損子組件220和流量控制子組件210，從而減少對主結(jié)構(gòu)子組件202的干擾和/或錯位。
[0058]此外，在示例性實施例中，合成氣冷卻器100包括多個冷卻流體進入管250，這些管各自限定冷卻流體進入通道252。預(yù)定數(shù)量的冷卻流體進入管250位于預(yù)定間隔(未圖示)的周向位置處。冷卻流體進入管250聯(lián)接到主結(jié)構(gòu)子組件202和冷卻器殼體102。主結(jié)構(gòu)子組件202和磨損子組件220限定與每個冷卻流體進入通道252流動連通地聯(lián)接的周向冷卻流體歧管260。周向冷卻流體歧管260通過通道244與冷卻流體流動通道240流動連通地聯(lián)接。
[0059]此外，如上所述，在示例性實施例中，浸管128在上游端150處聯(lián)接到主結(jié)構(gòu)子組件 202。
[0060]在系統(tǒng)操作期間，將帶有顆粒112的合成氣110從氣化器16 (圖2所示)引入冷卻器100中。帶有顆粒112的冷卻器110沿浸管128的內(nèi)壁174流入主淬火區(qū)域144，并流入水浴134內(nèi)(圖2所示)。浸管128的堵塞現(xiàn)象通過淬火環(huán)組件129潤濕并冷卻內(nèi)壁174而得以緩解。具體來說，將冷卻流體270從冷卻流體進入管250引入冷卻流體進入通道252內(nèi)。然后將冷卻流體270引入周向冷卻流體器官260，并經(jīng)由通道244進入冷卻流體流動通道240內(nèi)，然后流至冷卻內(nèi)壁174上。
[0061]圖4是用于維護合成氣冷卻器100 (圖2所示)的示例性方法300的流程圖。斷開302位于在周向聯(lián)接點223處將磨損子組件220聯(lián)接到主結(jié)構(gòu)構(gòu)件202的淬火環(huán)組件129上的周向非粘合接頭221和/或周向縫焊222的至少一部分。周向縫焊222的所述斷開302可以包括磨掉周向縫焊222的至少一部分。將磨損子組件220的至少一部分以及流量控制子組件230的一部分從主結(jié)構(gòu)構(gòu)件202拆除304。通過經(jīng)過整修的磨損子組件220或者新的磨損子組件220提供306磨損子組件220的至少一個更換部分。設(shè)置308磨損子組件220的更換部分，以延伸在流量控制子組件230的至少一部分的上方，并且在周向聯(lián)接點223附近處與主結(jié)構(gòu)構(gòu) 件202鄰接。通過周向非粘合接頭221和/或周向縫焊222將磨損子組件220的更換部分聯(lián)接310到主結(jié)構(gòu)構(gòu)件202。
[0062]相對于已知的淬火環(huán)和更換方法，本說明書中所述的淬火環(huán)和更換方法有助于提高更換維護活動的效率，而無需斷開整個淬火環(huán)與氣化器冷卻器浸管的聯(lián)接。具體來說，相對于已知的淬火環(huán)和更換方法，本說明書中所述的淬火環(huán)和更換方法包括僅拆除暴露于最高溫度和最具腐蝕性顆粒流的淬火環(huán)的徑向最內(nèi)部分。更具體來說，拆除包括熱屏蔽頂蓋的已磨損磨損子組件以及相連的流量控制子組件，并且在流量控制子組件上方安裝經(jīng)過整修或者新的磨損子組件，所有部件均在淬火環(huán)內(nèi)重新安裝成一個單元。將淬火環(huán)的剩余部分附接到浸管，從而降低出現(xiàn)當(dāng)前維修實踐可能引起的淬火部件錯位情況的可能性。因此，與淬火環(huán)相關(guān)的維護活動得以在范圍、時間和成本上減少。
[0063]本說明書中描述有助于相對于已知淬火環(huán)改進其商業(yè)操作的淬火環(huán)組件的示例性實施例。上述方法、設(shè)備和系統(tǒng)有助于減少與計劃的運轉(zhuǎn)中斷關(guān)聯(lián)的維護活動。所述方法、設(shè)備和系統(tǒng)還有助于相對于已知的淬火環(huán)減少對淬火環(huán)的不必要拆卸。具體來說，通過上述方法、設(shè)備和系統(tǒng)能夠通過經(jīng)過整修或者新的磨損子組件和熱屏蔽頂蓋來相對較快和有效地更換包括熱屏蔽頂蓋的已磨損磨損子組件。同時將相連的流量控制子組件與磨損子組件一起拆除。此外，具體而言，淬火環(huán)組件的剩余部分仍然維持在適當(dāng)位置，從而降低淬火環(huán)部件錯位的可能性。因此，與淬火環(huán)相關(guān)的維護活動得以在范圍、時間和成本上減少。
[0064]本說明書中所述方法、系統(tǒng)和設(shè)備的示例性技術(shù)效果包括以下項中的至少一項:Ca)減少對淬火環(huán)的不必要拆卸、拆除和重新組裝；以及(b)降低淬火環(huán)組件錯位的可能性。
[0065]本說明書中所述的方法、設(shè)備和系統(tǒng)并不限于本說明書中所述的具體實施例。例如，每個系統(tǒng)的部件和/或每種方法的步驟可以相對于本說明書中所述的其他部件和/或步驟獨立單獨使用和/或?qū)嵺`。此外，每個部件和/或步驟也可以與其他組件和方法一起使用和/或?qū)嵺`。
[0066]盡管已就各種具體實施例來描述本發(fā)明，但是所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以通過在權(quán)利要求書的精·神和范圍內(nèi)作出修改來實踐本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高溫容器的淬火環(huán)組件，所述淬火環(huán)組件包括: 聯(lián)接到至少一個下壁管的主結(jié)構(gòu)子組件； 流量控制子組件，所述流量控制子組件聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件并且穿過其中周向延伸；以及 可拆除地聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件的磨損子組件，所述磨損子組件包括在所述流量控制子組件上方延伸的熱屏蔽頂蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淬火環(huán)組件，其中所述磨損子組件包括將所述磨損子組件聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件的周向非粘合接頭和周向縫焊中的至少一個，所述周向非粘合接頭和周向縫焊中的至少一個位于與所述熱屏蔽頂蓋相距預(yù)定距離處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淬火環(huán)組件，進一步包括至少一個隔離裝置，所述隔離裝置聯(lián)接并延伸在所述流量控制子組件與所述熱屏蔽頂蓋之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淬火環(huán)組件，其中: 所述主結(jié)構(gòu)子組件限定流動連通地聯(lián)接到至少一個冷卻流體進入通道的周向歧管；以及 所述流量控制子組件和所述熱屏蔽頂蓋限定兩者之間的受控冷卻流體流動通道，所述受控冷卻流體流動通道流動連通地聯(lián)接到所述周向歧管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淬火環(huán)組件，其中所述至少一個流量控制子組件包括與所述主結(jié)構(gòu)構(gòu)件對齊的兩個半圓形環(huán)段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淬火環(huán)組件，其中所述磨損子組件包括多個磨損段，其中所述磨損段中的每個磨損段配置成至少部分延伸在所述流量控制子組件上方。
7.一種氣化器系統(tǒng)，包括: 配置用于產(chǎn)生合成氣體(合成氣)的至少一個氣化器；以及 流動連通地聯(lián)接到所述氣化器的至少一個合成氣冷卻器，所述至少一個合成氣冷卻器包括: 高溫容器；以及 淬火環(huán)組件，所述淬火環(huán)組件包括: 聯(lián)接到至少一個下壁管的主結(jié)構(gòu)子組件； 流量控制子組件，所述流量控制子組件聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件并且穿過其中周向延伸；以及 可拆除地聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件的磨損子組件，所述磨損子組件包括在所述流量控制子組件上方延伸的熱屏蔽頂蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氣化器系統(tǒng)，其中所述磨損子組件包括將所述磨損子組件聯(lián)接到所述主結(jié)構(gòu)子組件的周向非粘合接頭和周向縫焊中的至少一個，所述周向非粘合接頭和周向縫焊中的至少一個置于與所述熱屏蔽頂蓋相距預(yù)定距離處。
9.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氣化器系統(tǒng)，進一步包括至少一個隔離裝置，所述隔離裝置聯(lián)接并延伸在所述流量控制子組件與所述熱屏蔽頂蓋之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氣化器系統(tǒng)，其中: 所述主結(jié)構(gòu)子組件限定流動連通地聯(lián)接到至少一個冷卻流體進入通道的周向歧管；以及所述流量控制子組件和所述熱屏蔽頂蓋限定兩者之間的受控冷卻流體流動通道，所述受控冷卻流體流動通道流動連通地聯(lián)接到所述周向歧管。
【文檔編號】C10K1/04GK103710052SQ201310451417
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】D.C.塔爾科特 申請人:通用電氣公司