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CN102762698B - 管状壁组件和气化反应器 - Google Patents

管状壁组件和气化反应器 Download PDF

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CN102762698B CN201180009895.XA CN201180009895A CN102762698B CN 102762698 B CN102762698 B CN 102762698B CN 201180009895 A CN201180009895 A CN 201180009895A CN 102762698 B CN102762698 B CN 102762698B
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Abstract

本发明公开了一种管状壁组件（8），所述管状壁组件包括平行布置的多根管状导管（10），所述多根管状导管相互连接以便形成气密性结构，每根管状导管（10）均在一个端部连接到共用分配器（12）并且在另一个端部连接到共用集管（11），其中，流动路径通过每根管状导管在分配器和集管之间延伸，其中每条流动路径均横过座部（21、28、43）中的用于可插入的限流器（22、44）的通道开口，其中，对于每根导管而言，壁组件包括由套环（15、42）限定边界的开口（17、51），所述套环具有与座部对齐的开口端部，其中，套环的开口端部由盖（26、35、49）封闭。

Description

管状壁组件和气化反应器
技术领域
本发明涉及一种管状壁组件，所述管状壁组件包括平行布置的多根管状导管，所述多根管状导管相互连接以便形成气密性结构，每根管状导管均在一个端部连接到共用分配器并且在另一个端部连接到共用集管，其中，流动路径通过每根导管在分配器和集管之间延伸。本发明还涉及：用于这种壁组件的一种可插入的限流器；和一种包括这种壁组件的气化反应器，所述气化反应器用于部分燃烧含碳进料；一种组装这种反应器的方法；以及一种操作这种反应器的方法。
背景技术
这样的壁组件具体用作用于气化器中的燃烧器单元的壁，所述气化器用于通过部分燃烧诸如煤粉的含碳进料来生产合成气或合成气体。在GB 1 501 284和WO 2008/110592中公开了这种壁组件的示例。在气化工艺期间，水从分配器流入平行管中并且作为水和蒸汽的混合物离开平行管，然后该混合物流入集管中。以这种方式，在气化工艺中散发的热量在气化区域自身中被部分地回收。为了安全冷却，需要使冷却水均匀分配在平行管上。
诸如在US 1,988,659和JP 60-152803中公开的某些类型的蒸汽生成热交换器中，通过使用在一个端部设有孔口的过滤管来改善水的分配。具有孔口的端部被插入到分配器管路的面向对应管状管路的进口的开口中。在插入过滤管之后，通过具有螺钉头的匹配销将所述过滤管保持在合适位置中，所述螺钉头与分配器壁中开口的螺纹部分形成螺纹连接。因为螺钉头比管状管路宽并且分配器管路中的开口将严重削弱分配器管路的壁，所以这个方案仅用在管状线路彼此相距足够远距离的情况。分配器壁中的开口的直径应当足够大，以便接纳螺纹部件，所述开口的直径比过滤管的直径宽。这种较大的直径进一步削弱了分配器壁。
发明内容
本发明的目的是提供一种气密性管状壁组件，其中，在壁组件的整个寿命期间，冷却水能够从分配器有效且均匀地分配在多根相互连接的管状管路上。
利用一种管状壁组件来实现本发明的目的，所述管状壁组件包括平行布置的多根管状导管，所述多根管状导管相互连接以便形成气密性结构，
每根管状导管均在一个端部连接到共用分配器并且在另一个端部连接到共用集管，
其中，流动路径通过每根导管在分配器和集管之间延伸，
其中，每条流动路径均经过座部中的用于可插入的限流器的通道开口，
其中，对于每根导管而言，壁组件包括由套环限定边界的开口，所述套环具有与座部对齐的开口端，
其中，套环的开口端部由盖封闭。
已经发现的是，这种套环能够增强分配器壁，以弥补由开口所造成的弱化。开口的直径能够保持与可插入的限流器的外径一样小。结果，尽管套环彼此相距较短距离，仍然存在在套环的任一侧桥接分配线路的两个半部的分配器罩的材料。以这种方式，能够以根据工艺条件所需的短节距并且以有成本效益的方式来布置气密性壁组件的管状导管。
平行管状导管例如能够是竖直的，或者它们能够螺旋缠绕。导管相互连接以形成气密性壁，例如，如管中管（tube-stay-tube）构造或翅片管构造。壁组件例如能够是圆筒形的，或者所述壁组件能够具有任何其它类型的管状几何形状，例如，在平面图中呈正方形或多边形或椭圆形。
限流器例如能够设置有过滤管，所述过滤管的一个端部设有喷嘴，所述喷嘴具有匹配座部的外表面并且具有开口或孔口，其中，过滤管设置有多个口，所述多个口与孔口相比总体具有较大的累积通流能力。孔口例如能够由喷嘴的向内翻边的端部表面所形成。过滤管保护孔口免于被异物堵塞。
为了获得限流器和座部之间的紧密配合，孔口例如能够包括截头圆锥形塞部分而座部包括匹配的截头圆锥形接收部分。
可替代地，孔口能够通过螺纹连接而连接到座部。
可选地，张紧的压缩弹簧布置在限流器和盖之间，以便将限流器推压抵靠在其座部上。
限流器能够构造成在管状壁组件中、在分配器和集管之间保持期望的压降。在实践中，已经发现介于0.15MPa至0.75MPa之间的压降特别有利于蒸汽生成工艺。
壁组件中的用于插入限流器的开口例如能够与对应导管的近端相对地布置在分配器中。可替代地，开口能够布置在对应导管的壁中。在所述情况中，套环可以具有纵向轴线，所述纵向轴线与导管的沿着流动方向的纵向轴线成锐角。
气密性管状壁组件特别适于用作用于气化含碳进料的反应器中的燃烧器壁。这种气化反应器包括：压力容器；至少一个气化器单元，所述气化器单元由压力容器内的管状燃烧器壁组件限定而成，其中，至少一个燃烧器布置成加热气化器单元的内部。
这种含碳进料气化反应器例如能够通过下述方式进行构造：首先在没有限流器的情况下将管状壁组件布置在压力容器内。随后，封闭具有开口端部的套环。在此之后，冲刷和/或煮沸分配器、导管和集管。然后从具有开口端部的套环移走盖，使限流器定位，并且将盖放回原处，以封闭具有开口端部的套环。可选地，盖焊接到具有开口端部的套环。
例如能够通过下述方式来操作含碳进料气化反应器：经由分配器将水供应到管状导管，在所述管状导管处加热水以形成蒸汽。然后经由集管从管状导管排放蒸汽。利用上述限流器，可能通过调节其通流能力而将分配器和集管之间的水的压降保持在0.15MPa至0.75MPa之间。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的示例性实施例，在所述附图中：
图1示出了具有根据本发明的燃烧器壁组件的气化反应器；
图2详细示出了限流器以及分配器与图1的壁组件中的管状导管之间的连接；
图3示出了图2的连接的可替代布置；
图4示出了根据本发明的壁组件的可替代实施例中的限流器。
具体实施方式
图1示出了用于通过气化含碳进料来生产合成气的反应器。反应器包括容器1，容器1在容器1的上半部中包封燃烧室6。容器1设置有位于燃烧室6的底端部处的合成气出口7以及设置有两对沿直径定位的燃烧器2。通过这个出口7，从燃烧室6排放所生产出的合成气和形成为副产品的炉渣。每个燃烧器2均设置有用于氧化剂气体3和含碳进料4的供应导管。
燃烧室6被基本气密性壁组件8所包围，所述壁组件8由相互连接的平行的竖直管状导管10（例如，通过翅片相互连接）构成。这种壁组件也称作膜式壁。管状导管10从共用分配器12行进到共用集管11。分配器12设置有与管状导管10相对的一系列带盖的套环15。这些套环形成用于可插入的限流器的入口，例如如图2或图3所示。
分配器12连接到冷却水供应导管14。集管11连接到蒸汽排放导管13。蒸汽排放导管13和水供应导管14均流体连接到蒸汽筒29。蒸汽筒29连接到用于新鲜水的供应导管和用于所生产出的蒸汽的排出导管。水泵31用于增强水从蒸汽筒29到分配器12的流动。可替代地，能够通过自然对流驱动水流动。在这种情况中，水泵31被管道替代。
燃烧器2定位成通过壁组件8中的燃烧器开口5使火焰进入到燃烧室6中。在壁组件8和容器1的壁之间的是环形空间9。
图2详细示出了分配器12上的套环15，其中以横截面示出了其中一个套环15。套环15由管道段16形成，所述管道段16的一个端部延伸穿过位于分配器12横截面的最低点处的开口17。与这个开口相对地，管道16的第二端部延伸穿过位于分配器12横截面的最高点处的开口18。在开口17、18处，管道16焊接到分配器12的壁。在开口17、18之间，管道16在相对的侧部处设置有两个纵向槽19、20。在管道16的位于开口18附近的端部处，管道16焊接到其中一个管状导管10的下端部。
在上开口18附近，管道16的内部设置有环状边缘或肩部21，所述环状边缘或肩部21形成用于可插入的限流器22的座部并且限定出用于水流的流动路径的通道开口。可插入的限流器22包括过滤管23，所述过滤管23具有多个口24并且在其抵接座部21的端部处具有孔口25。多个口24的总通流能力基本大于孔口25的通流能力。
在下开口17附近，管道16包括设置有内螺纹的头部32。具有对应螺纹部分的盖26旋拧到管道头部32中。位于限流器22和盖26之间的压缩弹簧27迫使限流器22抵靠在座部21上。
水从分配器12经由槽19、20和口24流入到过滤管23中，并且然后经由孔口25通过座部21流入到管状导管10中。
在一个可替代的实施例中，管道16可以包括两个单独件：在开口17中的焊接到分配器12的一个单独件和在开口18中的一个单独件。在另一个可替代的实施例中，下开口17没有与上开口18对齐。在所述情况中，弯曲或曲形的管状过渡件应当从座部21通向开口18和管状导管10。
图3示出了本发明的另一个可替代的实施例。在分配器12的外表面处，套环15焊接到开口17的边缘部上。管状过渡件36位于分配器12和管状导管10之间，所述管状过渡件36在其内部具有圆锥形座部28。可插入的限流器22从套环15延伸到座部28。限流器22包括过滤管23，所述过滤管23具有多个口24和抵接座部28的圆锥形喷嘴30。喷嘴30设置有孔口33，所述孔口33由在喷嘴30的顶端部处向内延伸的凸缘所限定。如在图2中，多个口24的总通流能力基本大于孔口33的通流能力。
套环15包括设置有内螺纹的头部34。具有对应螺纹部分的盖35旋拧到套环头部34中。位于限流器22和盖26之间的压缩弹簧27迫使限流器22抵靠在圆锥形座部28上。
图4示出了另一个可能的实施例。在所述实施例中，分配器12仅在其上侧部处设置有开口18，在所述上侧部处，所述分配器12开口到管状导管10中。管状导管10包括Y状过渡件40，所述Y状过渡件40具有与管状导管10的其它段对齐的第一管状腿部41和形成套环的第二管状腿部42，所述第二管状腿部42与第一管状腿部41成锐角。第一腿部41包括侧向开口51。套环42经由侧向开口51连接到第一腿部41。过渡件40在其顶端部处操作地连接到管状导管10的其它段。在这个位置处，过渡件40包括环状肩部43，所述环状肩部43在垂直于第二腿部42的纵向方向的平面中延伸。肩部43形成座部，该座部包围用于水的流动路径的通道开口。
可插入的限流器44插入第二管状腿部42中，以抵接座部43。限流器44包括过滤管45，所述过滤管45具有多个口46和圆锥形喷嘴47。喷嘴47设置有抵接座部43的孔口48。如在图2中，多个口24的总通流能力基本大于孔口48的通流能力。
第二管状腿部42在其外端部处被螺帽49盖住，所述螺帽49通过螺纹连接而连接到腿部42。位于螺帽49和限流器44之间的压缩弹簧50迫使限流器44抵靠在其座部43上。
在使用中，水从分配器12经由开口18流入到管状导管10中。当水经过Y状过渡件40时，水经由开口46成漩涡地进入到过滤管和喷嘴47中，通过孔口48成漩涡地进入到管状导管10的后续段中。
在所述实施例中，分配器12没有被穿孔并且没有被用于插入限流器的一系列开口所削弱，而是将限流器插入到管状导管10中。可选地，能够以相对于彼此交错的方式布置各个套环，这在管状导管10相互直接连接的情况中特别有用。
在所有实施例中，孔口均限制通流能力。结果，使得水在各个管状导管中的分布得以平衡和优化。限流器的孔口在管状导管中引起压降。孔口能够设计成使压降最优，以用于蒸汽生成工艺，例如，使得分配器和集管之间的压降介于0.15MPa至0.75MPa之间。过滤管发挥筛子的作用，从而保护孔口免于被水流中的异物堵塞。限流器能够轻易地被取下，以用于保养、维修或更换。可选地，限流器能够永久放置在壁组件8中。在所述情况中，盖能够焊接到相应的套环。

Claims (13)

1.一种管状壁组件(8)，所述管状壁组件包括平行布置的多根管状导管(10)，所述多根管状导管相互连接以便形成气密性结构， 
每根所述管状导管(10)均在一个端部连接到共用的分配器(12),并且在另一个端部连接到共用的集管(11)， 
其中，流动路径通过每根所述管状导管在所述分配器和所述集管之间延伸， 
其中，每条流动路径均横过用于能够插入的限流器(22、44)的座部(21、28、43)中的通道开口， 
其中，对于每根所述管状导管而言，所述管状壁组件包括由套环限定边界的开口，所述套环具有与所述座部对齐的开口端， 
其中，所述套环的所述开口端由盖(26、35、49)封闭。 
2.根据权利要求1所述的管状壁组件，其中，至少一个限流器(22、44)设置有过滤管(23、45)，所述过滤管的一个端部设置有与所述座部(21、28、43)匹配的孔口(25、33、48)，其中所述过滤管设置有多个口(24、46)，所述多个口与所述孔口相比总体具有较大的累积通流能力。 
3.根据权利要求2所述的管状壁组件，其中，所述限流器包括截头圆锥形塞部分(30)，而所述座部包括匹配的截头圆锥形接收部分。 
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的管状壁组件，其中张紧的压缩弹簧(27、50)布置在所述限流器和所述盖之间。 
5.根据权利要求2或3所述的管状壁组件，其中所述孔口通过螺纹连接而连接到所述座部。 
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的管状壁组件，其中，所述限流器(22、44)构造成将在所述管状壁组件中、所述分配器和所述集管之间的压降维持在0.15MPa至0.75MPa之间。 
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的管状壁组件，其中，所述壁组件中的所述开口中的至少一部分与对应导管的近端部相对地布置 在所述分配器中。 
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的管状壁组件，其中，所述开口中的至少一部分布置在对应管状导管(10)的壁中，其中，所述套环具有纵向轴线，所述纵向轴线与所述导管的沿着所述流动路径方向的纵向轴线成锐角。 
9.根据权利要求1所述的管状壁组件，其中，所述限流器(22、44)包括过滤管(23、45)，所述过滤管具有设有多个口(24、46)的管状壁，并且具有设有孔口的至少一个开口端，所述孔口的通流能力小于所述管状壁中的所述多个口的累积通流能力。 
10.一种含碳进料气化反应器，所述含碳进料气化反应器包括压力容器(1)、由所述压力容器内的管状燃烧器壁所限定的至少气化器单元(6)，其中，至少一个燃烧器(2)布置成加热所述气化器单元(6)的内部，其中，所述管状燃烧器壁包括根据权利要求1-8中任意一项所述的管状壁组件。 
11.一种组装根据权利要求10所述的含碳进料气化反应器的方法，其中，在没有限流器(22、44)的情况下，将所述管状壁组件(8)布置在所述压力容器(1)内，随后封闭具有开口端部的套环，继而冲刷和/或煮沸所述分配器、所述管状导管和所述集管，之后从所述具有开口端部的套环移走盖，使所述限流器定位，并且将所述盖放回原处，以便封闭所述具有开口端部的套环。 
12.根据权利要求11所述的方法，其中，随后将所述盖(26、35、49)焊接到所述具有开口端部的套环。 
13.一种操作根据权利要求10所述的含碳进料气化反应器的方法，其中，经由所述分配器(12)将水供应到所述管状导管(10)， 
其中，在所述管状导管中加热水以形成蒸汽，以及 
其中，经由所述集管(11)从所述管状导管排放所述蒸汽， 
其中，将所述分配器和所述集管之间的水的压降保持在0.15MPa至0.75MPa之间。 
CN201180009895.XA 2010-02-18 2011-02-17 管状壁组件和气化反应器 Active CN102762698B (zh)

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