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CN101921628A - 用于保护辐射式合成气冷却器中的冷却管的方法和设备 - Google Patents

用于保护辐射式合成气冷却器中的冷却管的方法和设备 Download PDF

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CN101921628A CN201010167824XA CN201010167824A CN101921628A CN 101921628 A CN101921628 A CN 101921628A CN 201010167824X A CN201010167824X A CN 201010167824XA CN 201010167824 A CN201010167824 A CN 201010167824A CN 101921628 A CN101921628 A CN 101921628A
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Abstract

本发明涉及一种用于保护辐射式合成气冷却器中的冷却管的方法和设备。一种用于保护辐射式合成气冷却器(146)中的冷却管(150)的方法和系统。隔热屏(166)可防止加热了的合成气和冷却管(150)之间的直接接触。隔热屏(166)可安装到集管(162)上，集管(162)也附连到冷却管(150)上。隔热屏(166)还可与冷却管(150)分开，或者备选地隔热屏(166)可涂覆到冷却管(150)上。另外，长时期暴露于加热了的合成气可腐蚀隔热屏(166)。

Description

用于保护辐射式合成气冷却器中的冷却管的方法和设备
技术领域
本文公开的主题涉及用于与辐射式合成气冷却器一起使用的隔热屏。
背景技术
一般而言，整体气化联合循环(IGCC)动力装置能够相对清洁和高效地从各种碳氢化合物给料(例如煤)中产生能量。IGCC技术可通过与气化器中的蒸汽反应将碳氢化合物给料转化成一氧化碳(CO)和氢气(H2)的气体混合物，即合成气。在传统的联合循环动力装置中，可对这些气体进行清洁、处理，且将其用作燃料。例如，合成气可供给到IGCC动力装置的燃气涡轮的燃烧器中，且被点燃以对用于发电的燃气涡轮供以动力。煤气化过程可使用压缩空气或氧气来与煤反应，以形成CO和H2。这些过程可在相对高的压力和温度处发生，且在设计点状态下可能更加高效。冷却热合成气对于(例如)在将合成气从气化器传输到IGCC的燃气涡轮期间协助保持该合成气的稳定性可能是有益的。但是，暴露于热合成气的热交换器可能会受损，且甚至会因为暴露于热合成气而被毁坏。
发明内容
下面对在范围方面与初始要求保护的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意图限制要求保护的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图提供本发明的可行形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所论述的实施例的各种形式。
在第一个实施例中，一种系统包括气化冷却系统，该气化冷却系统包括：热交换器，热交换器包括冷却剂回路和气体通道，其中，气体通道包括入口、出口和在入口与出口之间的扩张部分，且冷却剂回路包括在入口和出口之间沿着气体通道设置的冷却剂管；以及隔热屏，隔热屏设置气体通道中、中心气流区域和容纳冷却剂回路的冷却剂管的内壁之间。
在第二个实施例中，一种系统包括隔热屏，该隔热屏构造成以便隔离合成气冷却器中的一个或多个冷却管，使之免于直接暴露于来自气化器的加热了的合成气流。
在第三个实施例中，一种方法包括使给料气化以产生加热了的流体，将该加热了的流体传输到合成气冷却器，使该加热了的流体暴露于具有冷却回路的热交换器，以及在热方面隔离冷却回路，使之免于直接暴露于加热了的流体。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中相同字符在所有的图中表示相同部件，其中：
图1是整体气化联合循环(IGCC)动力装置的一个实施例的示意性简图；
图2是图1的辐射式合成气冷却器的一个实施例的截面侧视图；
图3是如图2的线3-3内所显示的图2的辐射式合成气冷却器的最上部部分的剖面透视图；
图4是图2的辐射式合成气冷却器的最上部部分的另一个剖面透视图；
图5是用于与图2的辐射式合成气冷却器一起使用的J型集管的一个实施例的剖面透视图；以及
图6是包括多个隔热屏的图2的辐射式合成气冷却器的一个实施例的截面侧视图。
部件列表
100 整体气化联合循环(IGCC)
102 燃料源
104 给料制备单元
106 气化器
108 渣
110 气体清洁单元
111 硫
112 硫处理器
113 盐
114 水处理单元
116 气体处理器
117 残余气体成分
118 燃气涡轮发动机
120 燃烧器
122 空气分离单元(ASU)
123 补充空气压缩机
124 稀释氮气压缩机
125 轴向轴
126 径向轴
127 周向轴
128 冷却塔
130 排气出口
131 驱动轴
132 压缩机
134 负载
136 蒸汽涡轮发动机
138 热回收蒸汽发生(HRSG)系统
140 负载
142 冷凝器
146 辐射式合成气冷却器(RSC)
147 RSC的上部区域
148 容器
149 RSC的下部区域
150 管道
151 向下箭头
152 导管
153 向下方向
154 急冷锥
155 向上方向
156 传送管线
158 喉部
160 出口
162 J型集管
164 冷却剂进口
165 中心线
166 隔热屏
167 直径D1
168 通路
169 直径D2
170 内部部分
172 径向部分
174 轴向部分
176 径向端部
178 径向端部
180 轴向端部
182 距离
184 冷却管
186 间隔件
188 长度L
具体实施方式
以下将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供这些实施例的简要描述，可能不会在说明书中对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，在例如在任何工程或设计项目中的任何这种实际实现的开发中，必须作出许多对于实现而言专有的决定来实现开发者的具体目标，例如符合与系统有关及与商业有关的约束，开发人员的具体目标可根据不同的实现而彼此有所改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但尽管如此，对具有本公开的益处的普通技术人员来说，这种开发工作将是设计、生产和制造的例行任务。
当介绍本发明的各实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。
所公开的实施例涉及隔离辐射式合成气冷却器中的冷却管。冷却管可遇到加热了的合成气，加热了的合成气可损坏该冷却管。随着时间的过去，沉积物可积聚在管道上以使该管道与合成气的有害温度隔离，但是在这些沉积物积聚期间，管道可能会受损。因此，可使用一个或多个隔热屏来保护管道不受与加热了的合成气相关联的高热通量的影响。例如，隔热屏可包括设置在冷却管和热合成气的主流径之间的环形护罩。隔热屏可保护管道直到沉积物可形成于管道上为止，此时，隔热屏可能完全被腐蚀。作为另一个实例。隔热屏可包括直接应用到冷却管上的隔热屏涂层。
图1是可由合成气体(即合成气)供以动力的整体气化联合循环(IGCC)系统100的一个实施例的简图。该IGCC系统100的元件可包括可用作IGCC的能量源的燃料源102，例如固体供给料。燃料源102可包括煤、石油焦、生物量、基于木头的材料、农业废物、焦油、焦炉气和沥青，或其它含碳物品。
可将燃料源102的固体燃料传送到给料制备单元104。给料制备单元104可通过砍、磨、切、粉碎、压块或码垛堆积燃料源102以产生给料来(例如)重新确定燃料源102的大小或重新确定燃料源102的形状。另外，可将水或其它适当的液体添加到给料制备单元104中的燃料源102中，以产生浆料给料。在其它实施例中，没有将液体添加到燃料源中，从而产生干的给料。
可将给料从给料制备单元104传送到气化器106。气化器106可将给料转化成合成气，例如一氧化碳和氢气的组合物。取决于所使用的气化器106的类型，可通过以升高的压力(例如从约20巴至85巴)和温度(例如约700摄氏度至1600摄氏度)使给料经受受控制的量的蒸汽和氧气来实现此转化。气化过程可包括使给料经受热解过程，给料借此被加热。在热解过程期间，取决于用来产生给料的燃料源102，气化器106内部的温度的范围可为从约150摄氏度至700摄氏度。在热解过程期间加热给料可产生固体(例如炭)和残余气体(例如一氧化碳、氢气和氮气)。经由热解过程从给料剩余的炭可以仅重达原给料的重量的约30％。
然后气化器106中可发生燃烧过程。燃烧可包括将氧气引到炭和残余气体中。炭和残余气体可与氧气起反应，形成二氧化碳和一氧化碳，这对随后的气化反应提供热。在燃烧过程期间的温度的范围可为从约700摄氏度至1600摄氏度。接下来，蒸汽可在气化步骤期间被引导到气化器106中。炭可与二氧化碳和蒸汽起反应，以便以从约800摄氏度至1100摄氏度的范围中的温度产生一氧化碳和氢气。实质上，气化器使用蒸汽和氧气来允许一些给料“燃烧”，以产生驱动第二反应的一氧化碳和能量，该第二反应将另外的给料转化成氢气和另外的二氧化碳。
这样，所产生的气体就由气化器106制造出来。该所产生的气体可包括约85％的一氧化碳和氢气，以及CH4、HCl、HF、COS、NH3、HCN和H2S(基于给料的硫含量)。该所产生的气体可称为脏合成气。气化器106也可产生废物，例如渣108，渣108可为湿的灰烬物质。可从气化器106中去除这个渣108，且可将渣108处理成例如路基或另外的建筑材料。为了清洁脏合成气，可使用气体清洁单元110。气体清洁单元110可洗涤脏合成气，以从脏合成气中去除HCl、HF、COS、HCN和H2S，这可包括在硫处理器112中例如通过该硫处理器112中的酸性气体去除过程来分离硫111。另外，气体清洁单元110可通过水处理单元114从脏合成气中分离出盐113，水处理单元114可使用水净化技术来从脏合成气中产生可使用的盐113。此后，来自气体清洁单元110的气体可包括洁净的合成气，例如NH3(氨)和CH4(甲烷)。
可使用气体处理器116来从洁净的合成气中去除残余气体成分117，例如氨和甲烷，以及甲醇或任何残余化学物质。但是，从洁净的合成气中去除残余气体成分117是可选的，因为即便是在包括残余气体成分117(例如尾气)时，也可将洁净的合成气用作燃料。就此而言，洁净的合成气可包括约3％的CO、约55％的H2，以及约40％的CO2，且基本没有H2S。可将此洁净的合成气作为可燃的燃料传输到燃气涡轮发动机118的燃烧器120，例如燃烧室。
IGCC系统100还可包括空气分离单元(ASU)122。ASU122可起作用，以通过例如蒸馏技术将空气分离成组分气体。ASU122可从自补充空气压缩机123供应到其中的空气中分离出氧气，且ASU122可将分离出的氧气传送到气化器106。另外，ASU122可将分离出的氮气传输到稀释氮气(DGAN)压缩机124。
DGAN压缩机124可将从ASU122接收到的氮气至少压缩到等于燃烧器120中的压力水平的压力水平，以便不干涉合成气的适当燃烧。因此，一旦DGAN压缩机124已将氮气充分压缩到适当水平，DGAN压缩机124就可将该压缩氮气传输到燃气涡轮发动机118的燃烧器120。
如之前所描述，可将压缩氮气从DGAN压缩机124传输到燃气涡轮发动机118的燃烧器120。燃气涡轮发动机118可包括涡轮130、驱动轴131和压缩机132，以及燃烧器120。燃烧器120可接收燃料，例如合成气，该燃料可从燃料喷嘴中在压力下喷出。此燃料可与压缩空气以及来自DGAN压缩机124的压缩氮气混合，且在燃烧器120内燃烧。此燃烧可产生热的加压排气。
燃烧器120可朝涡轮130的排气出口引导排气。当来自燃烧器120的排气穿过涡轮130时，该排气可强制涡轮130中的涡轮叶片使驱动轴131沿着燃气涡轮发动机118的轴线旋转。如图所示，驱动轴131连接到燃气涡轮发动机118的各种构件上，包括压缩机132。
驱动轴131可将涡轮130连接到压缩机132上，以形成转子。压缩机132可包括联接到驱动轴131上的叶片。因此，涡轮130中的涡轮叶片的旋转可导致将涡轮130连接到压缩机132上的驱动轴131使压缩机132内的叶片旋转。压缩机132中的叶片的这个旋转会使压缩机132压缩通过压缩机132中的进气口接收到的空气。然后可将压缩空气供给到燃烧器120，且该压缩空气与燃料和压缩氮气混合，以允许进行较高效率的燃烧。驱动轴131还可连接到负载134上，负载134可为固定负载，例如用于在例如动力装置中产生电功率的发电机。实际上，负载134可为由燃气涡轮发动机118的旋转输出供以动力的任何适当的装置。
IGCC系统100还可包括蒸汽涡轮发动机136和热回收蒸汽发生(HRSG)系统138。蒸汽涡轮发动机136可驱动第二负载140。第二负载140也可为用于产生电功率的发电机。但是，第一负载134和第二负载140两者均可为能够由燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136驱动的其它类型的负载。另外，虽然燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136可驱动单独的负载134和140，如所示实施例中显示，但也可一前一后地使用燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136，以通过单个轴来驱动单个负载。蒸汽涡轮发动机136以及燃气涡轮发动机118的具体构造可为对于实现专有的，且可包括段的任何组合。
系统100还可包括HRSG138。来自燃气涡轮发动机118的加热了的排气可被输送到HRSG138中，且可用于加热水以及产生用于对蒸汽涡轮发动机136供以动力的蒸汽。可将来自例如蒸汽涡轮发动机136的低压段的排气引导到冷凝器142中。冷凝器142可使用冷却塔128来将加热了的水交换成冷却水。冷却塔128起对冷凝器142提供冷却水的作用，以协助冷凝从蒸汽涡轮发动机136传输到冷凝器142的蒸汽。继而，可将来自冷凝器142的冷凝物引导到HRSG138中。再次，也可将来自燃气涡轮发动机118的排气引导到HRSG138中，以加热来自冷凝器142的水，且产生蒸汽。
在诸如IGCC系统100的联合循环系统中，热排气可从燃气涡轮发动机118中流出，且通到HRSG138，其中，可使用热排气来产生高压高温蒸汽。然后由HRSG138产生的蒸汽可穿过蒸汽涡轮发动机136，以产生动力。另外，所产生的蒸汽也可供应到其中可使用蒸汽的任何其它过程，例如气化器106。燃气涡轮发动机118发生循环通常称为“顶层循环”，而蒸汽涡轮发动机136发生循环则通常称为“底层循环”。通过如图1所示结合这两个循环，IGCC系统100可在两个循环中产生较高的效率。特别地，可捕捉来自顶层循环的废热，且可使用该废热来产生蒸汽，以便在底层循环中使用。
图2是可受益于使用以下关于图3-5描述的隔热技术的、用于与图1的IGCC系统100一起使用的辐射式合成气冷却器(RSC)146的一个实施例的截面侧视图。可参照轴向方向或轴向轴125、径向方向或径向轴126以及周向方向或周向轴127来对RSC146的各方面进行描述。例如，轴125对应于纵向中心线或纵长方向，轴126对应于相对于纵向中心线的横向或径向方向，而轴127对应于围绕纵向中心线的周向方向。在气化器106中产生的合成气可能混有渣，可在将合成气传输到燃气涡轮发动机118之前去除该渣。RSC146对于从合成气中分离出渣可能是有用的。而且，可能有益的是在通过RSC146传输合成气之前冷却合成气。
RSC146还可包括容器148。容器148可充当用于RSC146的封罩，从而将RSC146的上部区域147以及RSC146的下部区域149两者封闭起来。容器148还可容纳冷却管道150，冷却管道150可在RSC146的上部区域147中。冷却管道150可沿着RSC146的径向轴126包括多个导管，而且还可沿相对于轴向轴125与容器148平行的方向延伸。诸如水的液体可流过管道150。因此，管道150可充当RSC146内的热交换器，且可使冷却剂流通到外部热交换器，以去除热。在气化器106中产生的合成气可以大体以平行于管道150的向下方式流动，如由箭头151表明。这样，合成气就可与RSC146的管道150发生接触，且流过管道150的流体可在合成气行进穿过RSC146时起冷却该合成气的作用。此冷却过程的一个结果是可在管道150中产生蒸汽，然后可将该蒸汽传输到热回收蒸汽发生器138。
RSC146还可包括RSC146的下部区域149中的导管152，导管152可协助将经冷却的合成气和渣引导出RSC146。例如，当渣108离开导管152时，渣108可沿大体向下的方向153流动，以通过急冷锥154离开RSC146。相反，当合成气离开导管152时，经冷却的合成气可朝向传送管线156沿大体向上的方向155流动。可使用传送管线156来将合成气传输到燃气涡轮发动机118。将在下面描述关于冷却RSC146中的合成气的进一步描述。
图3是如图2的线3-3内所显示的RSC146的最上部部分147的一个实施例的剖面透视图，其可包括冷却管150的隔热部。如之前所显示的，RSC146可包括容器148以及冷却管150。另外，RSC146可结合对喉部158的使用。可使用喉部158来接收热合成气以及渣。热合成气和渣可通过喉部158沿轴向125向下151从RSC146的上部区域147流到RSC146的下部区域149。RSC146还可包括出口160，出口160各自可联接到集管上，例如J型集管162，其可定义为若干冷却管通到其中的导管。如可在图3中看到的，集管162可附连到冷却管150上。另外，RSC146可包括冷却剂进口164以及一个或多个隔热屏166，以及用于通过RSC146传送合成气和渣的通路或烟道168。
如之前所描述，热合成气和渣可从喉部158流动通过RSC146的通路168。当热合成气和渣向下移动通过RSC146时，渣可以以相当均匀的方式(例如通过烟道168沿轴向125向下151)下落。相反，因为合成气处于气态，该合成气可开始沿轴向125流动通过通路168，但是，该合成气可沿径向126分散在容器148各处，以及沿轴向125向下151流动通过RSC146。这样，当合成气流动通过RSC146时，该合成气就可与冷却管150相互作用。
如上所述，冷却管150可包括可与容器148平行而沿轴向125延伸的多个导管。诸如水的液体可流过冷却管150。例如可由冷却剂进口164供应此水。流体可向下151穿过冷却剂进口164，进入邻近容器的管道(未示出)，到达RSC146的底部，且然后沿轴向125向上155穿过RSC146的冷却管150。流体可从冷却管150流入J型集管162中，如上所述，J型集管162可操作为流体收集装置。然后可通过出口160将J型集管162中的流体传输出RSC146。
穿过冷却管150的流体可为例如水。该流体可为例如约630°华氏度(F)。在另一个实施例中，如加工工业需要规定的，水的范围可为从约450°至670°F、400°至750°F、500°至650°F，或者更高。与此对比，穿过烟道168的合成气的范围可为从约800°至2800°华氏度。例如，当启动了RSC146时，穿过喉部158到达烟道168的合成气可处于约800°华氏度的温度。但是，当RSC继续起作用时，例如，在初始启动时间之后，合成气可被加热到直至约2000至2800°华氏度。当加热了的合成气与冷却管150相互作用时，加热了的合成气可将热传递到冷却管150内部的流体以及冷却管150本身两者，从而冷却合成气，同时产生可由例如蒸汽涡轮发动机136使用的蒸汽源。
另外，当合成气穿过RSC146的容器148时，该合成气可能携带来自气化过程的残余物，例如灰烬。此残余物可随着时间的过去沉积在冷却管150上。冷却管150上的这些沉积物可随着时间的过去使冷却管150“积垢”。也就是说，沉积在冷却管150上的物质可导致在该冷却管150的外表面上产生膜。此膜可起作用，以使冷却管150与合成气的一些温度隔离。此隔离可为有益的，因为直接暴露于合成气的温度可使冷却流体(例如)沸腾或者以别的方式分解，从而使冷却管150不能有效地传输流体来冷却合成气。因此，冷却管150的这个积垢可起作用，以保护冷却管150，且延长其使用寿命。
但是，当一开始操作时，RSC146的冷却管150可能不具有对暴露于合成气的高温的隔离，因为冷却管150还没有与合成气接触足够长的时间段来在冷却管的外部上产生沉积物层。因此，为了允许冷却管150经由沉积物产生适当的膜，气化过程可能会直到已经过适量的时间(到此时，可能已经在冷却管150上充分聚积了沉积物层)才斜坡上升到全容量。但是，这种延迟可使合成气的整体生成减慢。因此，可在RSC146中使用隔热屏166，使得启动过程可通过在没有沉积物层的情况下暴露于合成气来加速而不损害冷却管150。
隔热屏166可例如从J型集管162的一个边缘悬垂下来。各个隔热屏166可由陶瓷基复合物(CMC)构成，陶瓷基复合物可为包括陶瓷材料和非陶瓷材料两者的合成物。CMC可包括任何适当类型的纤维增强的陶瓷材料。例如，CMC材料可包括纤维增强的非氧化物陶瓷，例如碳化硅、氮化硅、碳化硼和氮化铝。CMC材料还可包括纤维增强的氧化物基质陶瓷，例如氧化铝、硅石、富铝红柱石、钡铝硅酸盐、锂铝硅酸盐或钙铝硅酸盐。另外，CMC材料可包括氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷的组合，以及其它适当的CMC材料。例如，氧化物陶瓷可用于某些构件，而非氧化物陶瓷则用于其它构件。CMC材料可包括任何适当类型的氧化物或非氧化物增强纤维，例如碳化硅、碳、玻璃、富铝红柱石和氧化铝。或者，可使用诸如碳化硅的陶瓷或者诸如铁基或镍基材料的金属或金属合金来代替CMC。也可使用金属陶瓷(例如由陶瓷和金属材料构成的复合材料，其中诸如镍、钼和钴的金属用作氧化物、硼化物、碳化物或氧化铝的粘合剂)来代替CMC。
不管所使用的材料如何，隔热屏166都可起作用，以在可能出现积垢以协助保护冷却管150之前，提供使冷却管150在启动之后不直接暴露于热合成气的保护。也就是说，一个或多个隔热屏166可充当屏障，以便在合成气直接刚一经过RSC146的喉部158时阻止合成气直接接触冷却管150。
隔热屏166可附连到J型集管162的一端上。可通过粘附、通过焊接、通过紧固件，或通过任何其它适当的安装件，以及通过钩子、通过铰链或任何其它适当的悬挂安装件来完成附连。另外，可将J型集管162对准为使得该J型集管162的一端邻近容器148，同时J型集管162的另一端可向内指向RSC146的轴向125中心线165。另外，可使用不止一个J型集管162，且可在RSC146的周围沿周向127使用各个J型集管162。这样，J型集管162就形成直径D1167，该直径D1167约为烟道168的直径的大小，且大小小于RSC146的直径D2169。隔热屏166可沿着各个J型集管162的内部部分170附连到各个J型集管162上，以便通过阻止合成气直接流到冷却管150来保护RSC146中的沿径向126最靠近直径D1167的一个或多个冷却管150。另外，多个隔热屏166可附连到各个J型集管162上，以保护附连到各个J型集管162上的多个冷却管150或多组冷却管150。
隔热屏166的形状可为例如部分圆柱形的。隔热屏166可围绕最靠近中心线165的各个J型集管162的冷却管150沿周向127弯曲。因此，隔热屏166可大小设置成使得隔热屏166覆盖各个J型集管162的最靠近中心线165的冷却管150。隔热屏166也可大小设置成使其可以可操作地附连到J型集管162的边缘上。隔热屏166的形状也可为环形的，且可包括可沿着所有J型集管162的内部部分170沿周向127附连的单个隔热屏166。
在一个实施例中，隔热屏166可构造成以便在气化的初始阶段期间由RSC146“用完”。也就是说，可选择用来制造隔热屏166的一种或多种材料，使得隔热屏被合成气持续地腐蚀，特别是(例如)被合成气的热和/或被存在于合成气中的硫和氯化物成分持续地腐蚀。因此，基于用来形成隔热屏166的材料和用于生产隔热屏166的材料的量，隔热屏166可设计成以便经过一段设定的时间段来腐蚀，例如一个小时、一天、一周、一个月、一年、五年、十年或其之间的任何时间。在腐蚀隔热屏166期间，冷却管150可积垢，如之前在上文中所论述的，使得在隔热屏166被完全腐蚀时，可通过积垢充分地保护冷却管150不受合成气的热的影响，以便防止通过在合成气进入烟道168时与该合成气直接接触而造成的对冷却管150的损害。
在被完全腐蚀之前，隔热屏166可阻挡(例如使加热了的合成气与最里面的冷却管150隔开)处于直至约2800°华氏度的温度的合成气直接接触冷却管150一段短的时间段，例如，直至约1至30分钟。或者，隔热屏166可阻挡合成气的其它温度，例如直至约1000°华氏度、1200°华氏度、1400°华氏度、1600°华氏温度、1800°华氏度、2000°华氏度、2200°华氏度、2400°华氏度或2600°华氏度。例如，隔热屏166可阻挡直至约2000°华氏度的温度直接接触冷却管150持续一段较长的时间段，例如直至约1至24小时。隔热屏166可阻止合成气的温度的至少约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％直接接触冷却管150。在另一个实例中，隔热屏可提供从隔热屏166的一侧到该隔热屏166的另一侧的大约100°、200°、300°、400°或500°华氏度的温度降。
隔热屏166可设计成以便在例如装置停歇期或在冷却管150已经适当地积垢之后从RSC146中移除。或者，隔热屏166可由这样的材料构成：该材料允许隔热屏166保持在RSC146中，直到诸如RSC146的剩余构件已经准备好更换的时间。应当注意，虽然上面描述的隔热屏是结合RSC146来进行描述的，但构想了隔热屏166可应用于包括高的进入气体温度和/或其它热交换器的其它实施例。
图4是RSC146的第二个实施例的剖面透视图。如上所述，RSC146可包括喉部158、出口160、冷却剂进口164、容器148、J型集管162和隔热屏166。如可在图4中看到的，多个J型集管162可与RSC146结合起来使用。另外，如图4所示，各个J型集管162的内部部分170可形成直径为D1167的环。如可在图4中看到的，单个隔热屏166可固定到J型集管162的内部部分170上，以隔离最靠近RSC146的轴向125中心线165的各个J型集管的冷却管150。此外，J型集管162可以以相对于容器148的外周边介于约0°和180°之间的角度沿周向127设置在RSC146周围。在一个实施例中，J型集管162可以相对于容器148的外周边以直角沿周向127设置在RSC146周围。或者，J型集管162可以以相对于容器148的外周边约10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°或80°沿周向127设置在RSC146周围。不管J型集管162的布置如何，隔热屏166都可固定到各个J型集管162的内部部分170上。构想了这些隔热屏166可按以上关于图3描述的那样操作。
图5示出了包括冷却管150、隔热屏166和间隔件186的单个J型集管162。如可在图5中看到的，J型集管162可包括沿轴向125和沿径向126两者延伸的管道。J型集管162的径向126部分172可例如为J型集管162的轴向125部分174的长度的约四倍。另外，J型集管162的径向126部分172可为弯曲的。在一个实施例中，J型集管162可弯曲约15°的角度。但是，构想了对于J型集管162的径向126部分172具有更多或更少的弯曲部(包括没有弯曲部)的其它实施例。J型集管162可在各个径向126端部176和178处闭合，且在轴向125端部180处打开。另外，J型集管162可为空心的。此构造可允许液体和蒸汽的流体混合物从冷却管150穿过J型集管162，同时在竖直端部处离开J型集管162。
如可在图5中看到的，隔热屏166可固定到J型集管162的一个径向126端部178上。另外，如可在图5中看到的，隔热屏166可为半圆柱形的，(例如从圆柱的1°至10°)，且可悬挂在距最接近J型集管162的径向126端部178的单个冷却管184距离182处。距离182可大约等于单个冷却管184的直径。但是，在其它实施例中，隔热屏166可位于离冷却管150大于或小于单个冷却管184的直径的距离处，如上所述。或者，隔热屏166可悬挂在RSC146的烟道168中，以便在RSC146的初始和/或后续启动期间防止热合成气和冷却管150之间的直接接触。因此，仅最靠近RSC146的轴向125中心线165的J型集管162的径向126端部178可附连到隔热屏166上。
如上所述，隔热屏166可悬挂在距单个冷却管184距离182处，该单个冷却管184可为最靠近RSC146的轴向125中心线165的冷却管150。图5还示出了间隔件186。此间隔件186可起作用，以阻止隔热屏166相对于冷却管150进行过度的振动和/或移动。另外，虽然示出了一个间隔件186，但是可结合冷却管150和隔热屏166使用不止一个间隔件186。间隔件186可固定到单个冷却管184、隔热屏166中的任何一个上，以及/或者固定到两者上。例如，间隔件186可焊接、栓接、粘附或用任何其它方法固定到单个冷却管184和/或隔热屏166中的任何一个或两者上。间隔件186可由陶瓷基复合物、金属或任何其它耐热物质构成。在一个实施例中，间隔件186可由与冷却管150中使用的材料类似的材料构成。在另一个实施例中，间隔件186可由用于隔热屏166使用的材料构成。间隔件186可与隔热屏166同轴或同心。应当注意，可基于隔热屏166的整体长度来确定一个或多个间隔件186的布置，如下面所描述。
图6是RSC146的一个实施例的截面侧视图。如可在图6中看到的，RSC146的隔热屏166可大小设置成使得隔热屏166不可延伸通过RSC146的长度L188。也就是说，隔热屏166的长度可延伸为介于部分覆盖(例如小于整个长度)沿着气体通道设置的长度为L188的冷却剂管150至完全覆盖(例如整个长度)该冷却剂管150之间。
实际上，隔热屏166可仅延伸RSC146中使用的冷却管150的长度L188的约1/4。在其它实施例中，隔热屏166可延伸介于从J型集管162悬垂下来的冷却管150的长度L188的约1％和100％之间。在另一个实施例中，隔热屏166可延伸介于冷却管150的长度L188的约10％和70％之间，或备选地延伸介于冷却管150的长度L188的约20％和50％之间或30％和40％之间。在又一个实施例中，隔热屏166可延伸冷却管150的长度L188的约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％，以便在热方面隔离在加热了的合成气流体流的上游区域中的冷却管150。
如上所述，隔热屏166的长度可能不需要完全延伸到冷却管150的长度L188，因为处于其最高温度的合成气可在RSC146的上部区域147中遇到冷却管150。这可能是因为当合成气在容器148各处扩散时该合成气会接触携带冷却流体的冷却管150。当合成气散开时，合成气会被冷却，从而导致热合成气通过过度的温度损害冷却管150的风险降低。因此，当气体继续其向下路径151时，该气体通过冷却管150被冷却，而且因此，减小了对隔热屏166的需要。因此，可在合成气的温度的最高强度点(即冷却管150开始从RSC146的上部区域147的J型集管162悬垂下来的点)处使用隔热屏166。另外，隔热屏166的所示构造可起作用，使辐射式合成气的温度散布在冷却管150各处，而非集中在最靠近RSC146的最靠近J型集管162的轴向125中心线165的冷却管150上。
在第二个实施例中，如图6所示，隔热屏166可以不固定到各个J型集管162上。相反，用于隔热屏166的构造的之前论述的材料可作为涂层直接应用于冷却管150。例如，可通过喷涂、浸渍、刷拭等来应用隔热屏166。在一个实施例中，隔热材料可应用于例如各个J型集管162的沿径向126最靠近RSC146的轴向125中心线165的冷却管150。或者，所应用的涂层可应用于RSC146的所有冷却管150，其中沿径向126最靠近RSC146的轴向125中心线165的冷却管150可接收比沿径向126离RSC146的轴向125中心线165更远的冷却管150更厚的涂层。也就是说，涂层的长度可以以例如变化的厚度延伸为介于部分覆盖(例如小于整个长度)沿着气体通道设置的长度为L188的冷却剂管150至完全覆盖(例如整个长度)该冷却剂管150之间。
此外，所应用的材料可(例如)在沿轴向125较接近J型集管162处具有较大的厚度，且该材料可应用于冷却管150上而使得随着离J型集管162的轴向125距离的增大，厚度减小。在一个实施例中，涂层可以冷却管150的整个长度L188的约1/4的长度应用于冷却管150。但是，构想了涂层材料可以冷却管150的长度L188的约1％至100％应用于冷却管150。在另一个实施例中，涂层可延伸介于冷却管150的长度L188的约10％和70％之间，或者备选地延伸介于冷却管150的长度L188的约20％和50％之间或30％和40％之间。在又一个实施例中，涂层可延伸冷却管150的长度L188的约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。另外，涂层可包括单种材料，例如CMC、陶瓷或金属。或者，涂层可包括两种或更多种耐热材料的复合物。涂层材料可与以上关于用于隔热屏166中的材料所描述的相同。
如上所述，耐热涂层或耐热层可直接应用于冷却管150。通过在冷却管150上使用这种涂层，可最大程度地减小可能影响未经处理的冷却管150的关键热通量。另外，冷却管150的这种涂层可由于与合成气接触而随着时间的过去以与以上关于隔热屏166所描述的方式类似的方式被腐蚀。另外，当涂层被腐蚀时，可在涂层层的位置上出现积垢，以保护冷却管150不受可由于直接暴露于合成气而引起的关键热通量的影响。这样，通过使用隔热屏166和/或通过冷却管150的涂层，气化系统可在启动之后更加迅速地斜坡上升到全负载，因为由于如上所述使冷却管150与可对冷却管150造成损害的高的热通量隔离，可能不必在启动之后发生冷却管150的积垢。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例意图处于权利要求书的范围之内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
气化冷却系统(146)，包括：
包括冷却剂回路和气体通道(168)的热交换器(147)，其中，所述气体通道(168)包括入口(158)、出口(156)和在所述入口(158)与所述出口(156)之间的扩张部分(169)，且所述冷却剂回路包括在所述入口(158)与所述出口(156)之间沿着所述气体通道(168)设置的冷却剂管(150)；以及
设置在所述气体通道(168)中、中心气流区域(165)与容纳所述冷却剂回路的冷却剂管(150)的内壁(170)之间的隔热屏(166)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述隔热屏(166)包括直接在所述冷却剂管(150)上的保护性涂层。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述保护性涂层包含陶瓷材料或陶瓷基复合材料。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述保护性涂层具有沿从所述入口(158)朝向所述出口(156)的下游方向(153)减小的厚度。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述隔热屏(166)包括与所述管(150)分开的环形套筒。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述环形套筒从所述入口(158)与所述扩张部分(169)之间的集管(162)悬垂下来。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述环形套筒包含陶瓷、陶瓷基复合物、金属、金属陶瓷或它们的组合。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述环形套筒具有介于部分覆盖至完全覆盖沿着所述气化冷却系统(146)的所述气体通道(168)设置的冷却剂管(150)之间的套筒长度。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统包括在所述环形套筒和所述冷却管(184)之间的间隔件(186)。
10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，当暴露于所述热交换器(147)中的加热了的流时，所述隔热屏(166)至少部分地基于腐蚀率具有有限的寿命，且所述隔热屏(166)构造成以便由由于所述气化冷却系统(146)的运行而被沉积到所述冷却管(150)上的沉积物代替或补充。
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