用于保護氣化器驟冷環(huán)的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于保護氣化器驟冷環(huán)的系統(tǒng)及方法。一種系統(tǒng)包括氣化器。氣化器包括構(gòu)造成將給料轉(zhuǎn)化成合成氣體的反應室、構(gòu)造成冷卻合成氣體的驟冷室，以及在反應室與驟冷室之間的過渡區(qū)段。氣化器還包括構(gòu)造成向驟冷室提供第一冷卻劑流的驟冷環(huán)，以及構(gòu)造成提供第二防護氣體流以保護驟冷環(huán)或過渡區(qū)段中的至少一個的防護氣體系統(tǒng)。
【專利說明】用于保護氣化器驟冷環(huán)的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中公開的主題涉及氣化器，并且更特別地，涉及用以改進用于氣化器的驟冷環(huán)的壽命的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】[0002]氣化器將含碳材料轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫的混合物，該混合物被稱為人造氣、合成氣體或合成氣。例如，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電廠包括一個或更多個氣化器，其使給料在高溫下與氧和/或蒸汽反應以產(chǎn)生合成氣。在氣化之后，產(chǎn)生的合成氣可包括不合乎需要的成分，諸如灰。合成氣可引導穿過驟冷室以將合成氣冷卻至飽和溫度，并且除去作為熔渣的不合乎需要的成分。遺憾的是，驟冷室的某些構(gòu)件經(jīng)受來自合成氣和熔渣的熱應力或腐蝕，這可降低氣化器的效率和可操作性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在下面概括在范圍上與最初要求權(quán)利的本發(fā)明相稱的某些實施例。這些實施例不意圖限制要求權(quán)利的本發(fā)明的范圍，而是相反地，這些實施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概括。實際上，本發(fā)明可包含可與在下面提出的實施例相似或不同的各種形式。
[0004]在第一實施例中，一種系統(tǒng)包括氣化器。氣化器具有構(gòu)造成將給料轉(zhuǎn)化成合成氣體的反應室、構(gòu)造成冷卻合成氣體的驟冷室，以及在反應室與驟冷室之間的過渡區(qū)段。氣化器還具有驟冷環(huán)和防護氣體系統(tǒng)。驟冷環(huán)構(gòu)造成將第一冷卻劑流提供給驟冷室，并且防護氣體系統(tǒng)構(gòu)造成提供第二防護氣體流以保護驟冷環(huán)或過渡區(qū)段中的至少一個。
[0005]在第二實施例中，一種系統(tǒng)包括防護氣體系統(tǒng)，其具有防護氣體噴射器，該防護氣體噴射器構(gòu)造成提供防護氣體流以保護驟冷室中的驟冷環(huán)或氣化器的反應室與驟冷室之間的過渡區(qū)段中的至少一個。
[0006]在第三實施例中，一種方法包括提供防護氣體流以保護驟冷環(huán)或氣化器的過渡區(qū)段中的至少一個。驟冷環(huán)配置在氣化器的驟冷室中，并且過渡區(qū)段配置在氣化器的驟冷室與反應室之間。
[0007]一種系統(tǒng)，其包括:氣化器，其包括:反應室，其構(gòu)造成將給料轉(zhuǎn)化成合成氣體；驟冷室，其構(gòu)造成冷卻合成氣體；驟冷環(huán)，其構(gòu)造成將第一冷卻劑流提供給驟冷室；在反應室與驟冷室之間的過渡區(qū)段；防護氣體系統(tǒng)，其構(gòu)造成提供第二防護氣體流以保護驟冷環(huán)或過渡區(qū)段中的至少一個。
[0008]優(yōu)選地,防護氣體系統(tǒng)包括配置在氣化器內(nèi)的防護氣體噴射器。
[0009]優(yōu)選地，防護氣體噴射器構(gòu)造成提供沿暴露于合成氣體的驟冷環(huán)的表面的第二防護氣體流。
[0010]優(yōu)選地，防護氣體噴射器構(gòu)造成提供沿暴露于合成氣體的過渡區(qū)段的表面的第二防護氣體流。
[0011]優(yōu)選地，過渡區(qū)段包括錐形耐火區(qū)段和底層區(qū)段，驟冷環(huán)配置在驟冷室中，并且防護氣體噴射器配置在驟冷環(huán)與底層區(qū)段之間。
[0012]優(yōu)選地，防護氣體噴射器繞著過渡區(qū)段或驟冷環(huán)的第一中心軸線沿周向延伸。
[0013]優(yōu)選地，防護氣體噴射器包括具有至少一個防護氣體入口和至少一個防護氣體出口的中空環(huán)形封殼。
[0014]優(yōu)選地，至少一個防護氣體出口包括繞著防護氣體噴射器的第二中心軸線沿周向延伸的環(huán)形槽口。
[0015]優(yōu)選地，中空環(huán)形封殼包括由流動調(diào)節(jié)隔層分隔的第一室和第二室。
[0016]優(yōu)選地，第一室和第二室為同軸環(huán)形室，并且流動調(diào)節(jié)隔層包括構(gòu)造成將第二防護氣體流從第一室分配至第二室的一個或更多個開口。
[0017]優(yōu)選地，防護氣體系統(tǒng)構(gòu)造成提供沿驟冷環(huán)或過渡區(qū)段中的至少一個的第二防護氣體流以抑制熱應力或腐蝕。
[0018]優(yōu)選地，防護氣體系統(tǒng)構(gòu)造成提供區(qū)域中的第二防護氣體流以抑制合成氣體在區(qū)域中的再循環(huán)。
[0019]優(yōu)選地，防護氣體系統(tǒng)構(gòu)造成提供包括二氧化碳或惰性氣體的第二防護氣體流。
[0020]優(yōu)選地，系統(tǒng)包括構(gòu)造成將空氣分成氧和氮的空氣分離單元，其中，空氣分離單元構(gòu)造成將氮的至少一部分提供給防護氣體系統(tǒng)。
[0021]優(yōu)選地，系統(tǒng)包括構(gòu)造成從合成氣體捕集二氧化碳的碳捕集系統(tǒng)，并且碳捕集系統(tǒng)構(gòu)造成將二氧化碳提供給防護氣體系統(tǒng)。
[0022]—種系統(tǒng)，其包括:防護氣體系統(tǒng)，其包括防護氣體噴射器，防護氣體噴射器構(gòu)造成提供防護氣體流以保護驟冷室中的驟冷環(huán)或氣化器的反應室與驟冷室之間的過渡區(qū)段中的至少一個。
[0023]優(yōu)選地，系統(tǒng)包括驟冷環(huán)、過渡區(qū)段或兩者。
[0024]優(yōu)選地，防護氣體噴射器包括繞著中心軸線沿周向延伸的中空封殼，中空封殼包括至少一個防護氣體入口和至少一個防護氣體出口，至少一個防護氣體出口繞著中心軸線沿周向延伸，中空封殼包括由流動調(diào)節(jié)隔層分隔的第一室和第二室，并且流動調(diào)節(jié)隔層包括多個開口。
[0025]一種方法，其包括:提供防護氣體流以保護驟冷環(huán)或氣化器的過渡區(qū)段中的至少一個，其中，驟冷環(huán)配置在氣化器的驟冷室中，并且過渡區(qū)段配置在氣化器的驟冷室與反應室之間。
[0026]優(yōu)選地，提供防護氣體流包括接收來自空氣分離單元的氮流、來自碳捕集系統(tǒng)的二氧化碳流或它們的組合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]當參考附圖閱讀下列詳細描述時，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它的特征、方面和優(yōu)點，其中，同樣的標記在所有附圖中表示同樣的部件，其中:
圖1為示出包括氣化器的氣化器系統(tǒng)的各種構(gòu)件的氣化器系統(tǒng)的實施例的示意圖；
圖2為示出氣化器內(nèi)的各種地帶的圖1的氣化器的實施例的示意圖；
圖3為圖1的氣化器的實施例的截面?zhèn)纫晥D，示出了氣化器的驟冷環(huán)和防護氣體系
統(tǒng)；圖4為在線4-4內(nèi)截取的圖3的驟冷環(huán)和防護氣體系統(tǒng)的實施例的截面?zhèn)纫晥D，示出了冷卻劑和防護氣體的近似流動剖面；
圖5為在線5-5內(nèi)截取的圖3的防護氣體系統(tǒng)的實施例的截面俯視圖，示出了防護氣體噴射器的入口和出口；
圖6為圖5的防護氣體噴射器的實施例的局部透視圖，示出了配置在防護氣體噴射器的入口與出口之間的流動調(diào)節(jié)隔層；
圖7為圖6的流動調(diào)節(jié)隔層的局部視圖，示出了用以轉(zhuǎn)移防護氣體同時調(diào)節(jié)流動以更均勻地從防護氣體噴射器的入口至出口的多個鱗斑(fish-scale)開口 ；以及
圖8為圖6的流動調(diào)節(jié)隔層的局部視圖，示出了用以轉(zhuǎn)移防護氣體同時調(diào)節(jié)流動以更均勻地從防護氣體噴射器的入口至出口的多個孔眼。
【具體實施方式】
[0028]將在下面描述本申請的一個或更多個特定實施例。為了提供這些實施例的簡明描述，可不在說明書中描述實際實施的所有特征。應當理解，在任何這種實際實施的開發(fā)中，如在任何工程或設計項目中，必須作出許多特定實施決定以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目的，諸如符合系統(tǒng)相關(guān)且商業(yè)相關(guān)的約束，這可從一個實施變化到另一個實施。此外，應當理解，這種開發(fā)努力可為復雜且耗時的，但是對于受益于本公開的技術(shù)人員而言，仍將是設計、制作和制造的日常工作。
[0029]當介紹本申請的各種實施例的元件時，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述”意圖表示存在元件中的一個或更多個。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。
[0030]本公開涉及用以改進氣化器的驟冷環(huán)的壽命的系統(tǒng)及方法。特別地，防護氣體噴射器提供沿驟冷環(huán)和 氣化器的過渡區(qū)段的表面的防護氣體流。防護氣體流產(chǎn)生隔離隔層，其通過抑制熱應力和/或腐蝕而保護驟冷環(huán)和過渡區(qū)段。例如，隔離隔層可減小由高溫合成氣引起的驟冷環(huán)的熱應力。另外，防護氣體可減小或抑制驟冷環(huán)和過渡區(qū)域附近的停滯地帶中的合成氣的再循環(huán)，由此減小停滯地帶中的腐蝕和/或熱應力。在某些實施例中，防護氣體可為惰性氣體，諸如氮或二氧化碳。另外，防護氣體可由氣化系統(tǒng)內(nèi)的設備(諸如空氣分離單元或合成氣處理系統(tǒng))提供。
[0031]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖1示出了具有用于生成和處理合成氣的各種構(gòu)件的氣化系統(tǒng)10的實施例，其中，系統(tǒng)10包括構(gòu)造成保護氣化器12的一個或更多個構(gòu)件免受熱退化和/或化學退化的防護氣體系統(tǒng)11。在某些實施例中，氣化系統(tǒng)10可為整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電廠，其可包括具有驅(qū)動地聯(lián)接于發(fā)電機3的燃氣渦輪2的燃氣渦輪發(fā)電機I (例如，第一發(fā)電系統(tǒng))、具有驅(qū)動地聯(lián)接于發(fā)電機6的蒸汽渦輪5的蒸汽渦輪發(fā)電機4 (例如，第二發(fā)電系統(tǒng))、余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)7，以及具有防護氣體系統(tǒng)11的氣化器12。HRSG7構(gòu)造成回收熱(諸如來自燃氣渦輪發(fā)電機I的排出熱8)，以便生成用于在其它工廠構(gòu)件(諸如蒸汽渦輪發(fā)電機4)中使用的蒸汽36。燃氣渦輪發(fā)電機I和蒸汽渦輪發(fā)電機4作為聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)9 一起工作以生成電。然而，公開的實施例不受限于IGCC發(fā)電廠，并且可應用于聯(lián)接于防護氣體供應源14的任何反應器，諸如氣化器12。
[0032]如先前提到的，氣化系統(tǒng)10包括防護氣體系統(tǒng)11，其聯(lián)接于氣化器12以向氣化器12構(gòu)件提供熱保護和化學保護(例如，防護)兩者。防護氣體系統(tǒng)11包括氣體防護供應源14，其向氣化器12(例如，向防護氣體噴射器17)提供防護氣體16，由此通過減小由合成氣30引起的熱應力和腐蝕而改進氣化器12的可操作性。在某些實施例中，防護氣體16可為在氣化系統(tǒng)10內(nèi)生成的惰性氣體和/或準惰性氣體。例如，配置在氣化器12上游的空氣分離單元(ASU) 18接收空氣流20，并且將空氣20分成氮22、氧24和其它成分(例如，氬)。氮22和/或氬可用作防護氣體噴射器17內(nèi)的防護氣體16。如將在下面進一步討論的，氣化系統(tǒng)10可使用各種處理系統(tǒng)46 (諸如酸性氣體脫除(AGR)系統(tǒng)和/或碳捕集系統(tǒng))處理合成氣30。在合成氣處理期間產(chǎn)生的二氧化碳(CO2) 26還可用作防護氣體噴射器17內(nèi)的防護氣體。
[0033]如示出的，氣化器12接收給料或燃料28、蒸汽36和氧24 (例如，來自空氣分離單元18的氧)。氣化器12使燃料28、蒸汽36和氧24在氣化室或反應室31中反應，由此生成合成氣30。此后，合成氣30流動到氣化器12的驟冷室32中，其中，合成氣30使用冷卻劑(例如，水34)冷卻。水34吸收來自合成氣30的熱，以便于冷卻合成氣30，并且水34還可生成蒸汽用于在HRSG7中使用。例如，由HRSG7生成并且/或者供應至HRSG7的蒸汽36可在蒸汽渦輪發(fā)電機13中使用。水34的一部分可保持處于液相，其中，其收集來自合成氣30的顆粒和雜質(zhì)。水34和含碳顆粒的混合物作為黑水40離開驟冷室32。黑水40引導至黑水處理系統(tǒng)42，其中，顆粒和水被處理和分離。
[0034]在于驟冷室32中被冷卻之后，合成氣30離開氣化器12并且流動至合成氣處理系統(tǒng)46，其可包括酸性氣體脫除(AGR)系統(tǒng)、碳捕集系統(tǒng)和各種處理單元。合成氣處理系統(tǒng)46從合成氣30除去雜質(zhì)，諸如硫化氫(H2S)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、二氧化碳(CO2)等。如示出的，處理的合成氣48離開合成氣處理系統(tǒng)46，并且流動至一個或更多個下游合成氣應用或系統(tǒng)49，諸如燃氣渦輪發(fā)電機I (例如，第一發(fā)電系統(tǒng))、化學制品生產(chǎn)系統(tǒng)50和/或其它基于合成氣的系統(tǒng)51 (例如，反應器、燃燒器、鍋爐、爐等)。如以上提到的，合成氣處理系統(tǒng)46可包括酸性氣體脫除(AGR)系統(tǒng)和碳捕集系統(tǒng)，該碳捕集系統(tǒng)可包括碳捕集和封存(C&S)系統(tǒng)。因此，二氧化碳26可從合成氣30除去，并且二氧化碳26可供應至一個或更多個基于CO2的系統(tǒng)或應用52 (例如，防護氣體系統(tǒng)11)。例如，防護氣體供應源14可接收來自合成氣處理系統(tǒng)46或工廠內(nèi)的另一個源的二氧化碳26，由此通過使用工廠內(nèi)可用的資源(例如，C0226)保護氣化器12而提高工廠效率。如將在圖2中進一步討論的，防護氣體16可通過保護驟冷環(huán)(和/或氣化器12的其它構(gòu)件)免受熱應力和腐蝕而改進氣化器12的可操作性。
[0035]圖2不出了聯(lián)接于防護氣體系統(tǒng)11的氣化器12的實施例。氣化器12可大體分成反應室31、驟冷室32以及配置在其間的過渡區(qū)段60。過渡區(qū)段60可包括通向喉部部分61(例如，最小直徑)的會聚部分59 (例如，減小直徑)。在反應室31內(nèi)，燃料28、蒸汽36和氧24反應以形成合成氣 30。此后，如由箭頭62示出的，合成氣30流經(jīng)過渡區(qū)段60并且進入驟冷室32。在某些實施例中，反應室31和過渡區(qū)段60可包括耐火材料63 (諸如耐火磚(例如，陶瓷、磚)的耐火襯里)，其大體抵抗合成氣30的高溫。過渡區(qū)段60的底板64(例如，底層區(qū)段)大體分隔過渡區(qū)段60和驟冷室32。在驟冷室32內(nèi)，水34冷卻合成氣30，并且水34還可蒸發(fā)以產(chǎn)生蒸汽36。如示出的，水34使用驟冷環(huán)66輸送。驟冷環(huán)66配置在氣化器12的驟冷室32內(nèi)。在某些實施例中，驟冷環(huán)66可在形狀上為環(huán)形的，并且與氣化器12大體同心。驟冷環(huán)66沿汲取管(dip tube) 68 (例如，鄰近驟冷環(huán)66并在驟冷環(huán)66下方延伸的環(huán)形管)輸送水34。水34(例如，黑水40)收集在配置在氣化器12的底部處的驟冷室貯槽70內(nèi)。
[0036]如示出的，防護氣體系統(tǒng)11包括防護氣體供應源14和防護氣體噴射器17。防護氣體供應源14接收來自空氣分離單元18的氮22、來自合成氣處理系統(tǒng)46的二氧化碳26，或來自另一個源的另一種惰性氣體72 (例如，氬、氦、氮等)。例如，惰性氣體72可為來自高壓儲存罐的氮。如示出的，氮22、二氧化碳26和惰性氣體72經(jīng)由流體導管74流動至防護氣體噴射器17?？刂崎y76配置在流體導管74內(nèi)，使得能夠鄰近過渡區(qū)段60 (例如，底板64和/或驟冷環(huán)66)選擇性地控制防護氣體16流動到氣化器12中。例如，來自空氣分離單元18的氮22大體在高壓下，并且可在沒有壓縮機的情況下用作防護氣體16。然而，二氧化碳26至少部分地由于其較高分子量而可在保護驟冷環(huán)66和底板64方面為特別有效的。遺憾的是，二氧化碳26可在氣化器12的操作期間(例如，啟動期間)的某些時間為不可用的。因此，氮22可用作防護氣體，直到二氧化碳26變成可用的。換言之，取決于在保護氣化器12構(gòu)件(例如,底板64和驟冷環(huán)66)方面的可用性和有效性,防護氣體系統(tǒng)11可選擇性地使用一種或更多種防護氣體，諸如氮22、二氧化碳26和其它惰性氣體72。
[0037]防護氣體系統(tǒng)11還包括控制器78，其通信性地聯(lián)接于閥76?？刂破?8可選擇性地開啟或閉合閥76，以使得能夠使用單種防護氣體或防護氣體16的混合物。在某些實施例中，氮22、二氧化碳26和惰性氣體72的混合物可提供較大體積或壓力的防護氣體16，由此增加驟冷環(huán)66和底板64對熱應力和腐蝕的抵抗。此外，在某些實施例中，在啟動操作模式中，控制器78可選擇性地使來自ASU18和/或儲存罐的氮22、來自儲存罐的二氧化碳26和/或來自儲存罐或工廠中的其它可用的源的其它惰性氣體72能夠流動。換言之，當氣化器12啟動時，氣體處理系統(tǒng)46可不接收任何合成氣，并且因此可不產(chǎn)生用于由防護氣體系統(tǒng)11使用的任何二氧化碳26。一旦氣化器12 (和整體地，氣化系統(tǒng)10)達到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，則控制器78可過渡至另一個防護氣體16源，諸如由氣體處理系統(tǒng)46產(chǎn)生的二氧化碳26。
[0038]防護氣體系統(tǒng)11還可包括傳感器79，其向控制器78提供反饋，以使得能夠?qū)Ψ雷o氣體16進入氣化器12的流動進行反饋控制。例如，傳感器79可包括溫度傳感器、壓力傳感器、氣體成分傳感器、流率 傳感器或它們的任何組合。溫度傳感器79可監(jiān)測耐火材料63的溫度來作為合成氣溫度的指示。流率傳感器79可監(jiān)測供應至氣化器12的氧24、燃料28和/或蒸汽36的流率，由此提供在氣化器12中生成的合成氣30的產(chǎn)量的間接測量。由這些傳感器79提供的反饋可使控制器78能夠更智能地增大或減小防護氣體16的流率和/或壓力，以保護氣化器12構(gòu)件(例如，底板64和驟冷環(huán)66)免受熱應力和/或化學侵蝕。例如，如果傳感器79指示合成氣30的溫度或腐蝕成分百分比升高，則控制器78可增大防護氣體16的流率，而如果傳感器79指示合成氣30的溫度或腐蝕成分百分比下降，則控制器78可減小防護氣體16的流率。在其它實施例中，控制器78可基于氧24和/或燃料28的流率或燃料/氧比率來調(diào)整防護氣體16的流率。在其它實施例中，控制器78可在氣化器12的啟動期間提供防護氣體16的第一流率和/或成分(例如，氮)，而控制器78可在氣化器12和氣體處理系統(tǒng)46的穩(wěn)態(tài)期間提供防護氣體16的第二流率和/或成分(例如，二氧化碳)。
[0039]圖3為具有防護氣體系統(tǒng)11的氣化器12的局部示意圖。如示出的，氣化器12具有外殼71，并且過渡區(qū)段60的底板64聯(lián)接于外殼71。因此，外殼71向過渡區(qū)段60提供支承。在某些實施例中，驟冷環(huán)66和防護氣體噴射器17可以以接頭聯(lián)接在一起以形成可為改型套件的氣體防護驟冷環(huán)單元75。例如，接頭可包括焊接接頭、托架、諸如螺栓的緊固件，或驟冷環(huán)66與氣體噴射器17之間的任何其它適合的聯(lián)接件。在某些實施例中，驟冷環(huán)66和氣體噴射器17可集成地形成為一件式單元，而其它實施例可為具有可分離的構(gòu)件(例如，環(huán)66和噴射器17)的多件式組件。單元或改裝套件75可使防護氣體噴射器17能夠更容易地改型到現(xiàn)有氣化器12中。驟冷環(huán)66和防護氣體噴射器17的組合可以以接頭77聯(lián)接(例如，焊接或緊固)于外殼71或過渡區(qū)段60的底板64。此外，接頭77可包括焊接接頭、托架、諸如螺栓的緊固件，或單元75 (例如，驟冷環(huán)66和/或氣體噴射器17)與殼71和/或底板64之間的任何其它適合的聯(lián)接件。[0040]如示出的，合成氣30從反應室31流經(jīng)會聚部分59 (例如，錐形耐火區(qū)段)和過渡區(qū)段60的喉部部分61，并且進入驟冷室32。如早先提到的，過渡區(qū)段60可包括耐火材料63，其可大體耐受合成氣30的高溫。耐火材料63可給外殼71和過渡區(qū)段60兩者的內(nèi)部作襯里以提供耐熱性。此外，防護氣體噴射器17可向底板64和驟冷環(huán)66提供附加的耐熱性。附加的耐熱性可被防護氣體噴射器17的幾何形狀影響。如示出的，防護氣體噴射器17包括中空的環(huán)形封殼80。中空環(huán)形封殼80具有用以接收防護氣體16的入口 82和用以將防護氣體16噴射到氣化器12中的出口 84。氣化器12內(nèi)的防護氣體噴射器17的位置還可影響由防護氣體16提供的附加的耐熱性。如示出的，防護氣體噴射器17可繞著氣化器12 (例如，過渡區(qū)段60和/或驟冷環(huán)66)的中心軸線86沿周向延伸。這種布置可提供繞著底板64和驟冷環(huán)66的近似對稱的防護氣體16流，由此改進氣化器12的可操作性。雖然圖2和圖3的防護氣體系統(tǒng)11具有配置在過渡區(qū)段60的底板64附近(例如，之間)的防護氣體噴射器17，但是一個或更多個噴射器17可在各種位置配置在氣化器12中，以保護過渡區(qū)段60、驟冷環(huán)66和其它氣化器12構(gòu)件。
[0041]圖4為驟冷環(huán)66和防護氣體噴射器17的局部示意側(cè)視圖，示出了水34和防護氣體16的近似流動路徑。如示出的，水34通過開口 88離開驟冷環(huán)66，并且如由箭頭90示出地沿汲取管68向下流動。防護氣體16的流動路徑為更復雜的。防護氣體16經(jīng)由通向入口 82的入口氣體導管92進入防護氣體噴射器17。在防護氣體噴射器17內(nèi)，防護氣體16進入第一室94并且遇到流動調(diào)節(jié)隔層96。流動調(diào)節(jié)隔層96使第一室94與防護氣體噴射器17的第二室98分離。流動調(diào)節(jié)隔層96構(gòu)造成通過減小繞著軸線86沿周向87的壓力、流率和分配的變化而調(diào)節(jié)流動。換言之，流動調(diào)節(jié)隔層96構(gòu)造成提供繞著軸線86沿周向87的更一致的流動分配和/或壓力。在示出的實施例中，流動調(diào)節(jié)隔層96包括用以計量、分配和擴散防護氣體16的孔100。如將關(guān)于圖7和圖8進一步討論的，孔100的形狀(例如，圓形、矩形、C形、X形、V形等)可設計用于橫跨流動調(diào)節(jié)隔層96的期望的流量、擴散和壓降。如由箭頭102示出的，防護氣體16從第一室94通過孔100流動至第二室98，并且接著通過出口 84離開防護氣體噴射器17。
[0042]在離開防護氣體噴射器17之后，防護氣體16進入底板64與驟冷環(huán)66之間的區(qū)域104 (例如，環(huán)形空間)。如示出的，防護氣體16的一部分(例如，防護氣體膜或表層)可如由箭頭108示出地沿底板64的暴露表面106流動。沿底板64流動的防護氣體16將合成氣30從區(qū)域104推開并從暴露表面106推開，由此減少與底板64接觸的合成氣。歸因于防護氣體16的膜或表層的與底板64接觸的合成氣30的減少便于沿底板64的熱控制(例如，冷卻)和耐腐蝕性。例如，防護氣體16的膜或表層減小底板64上的合成氣冷凝或腐蝕的可能性，并且該抵抗在具有腐蝕性給料(例如，高釩給料)的應用中是特別合乎需要的。另外，防護氣體16的部分可在區(qū)域104內(nèi)再循環(huán)，從而向底板64和驟冷環(huán)66提供另外的耐熱性和耐腐蝕性。
[0043]防護氣體16的第二部分(例如，防護氣體膜或表層)可如由箭頭112示出地沿驟冷環(huán)66的暴露表面110流動。圍繞驟冷環(huán)66流動的防護氣體16 (例如，膜或表層)提供針對熱應力和化學侵蝕(例如，腐蝕)的抵抗。例如，防護氣體16的膜或表層形成沿暴露表面110的局部冷卻效果，同時還減小化學侵蝕(例如，腐蝕)的可能性。局部冷卻減小沿驟冷環(huán)66的厚度的熱梯度。防護氣體16的第三部分可在表面106和110的中間流動，例如，沿箭頭108與箭頭112之間的箭頭114。防護氣體16沿箭頭114的主動流動可減小區(qū)域104內(nèi)的合成氣再循環(huán)的效果，由此減小由底板64和驟冷環(huán)66經(jīng)歷的冷凝、腐蝕和熱應力的可能性和大小。換言之，區(qū)域104中的防護氣體16的主動流動減小低速地帶或停滯地帶的可能性，其將另外呈現(xiàn)易于高溫腐蝕性合成氣30的進入的再循環(huán)地帶。此外，防護氣體16大體在底板64與驟冷環(huán)66之間并沿底板64和驟冷環(huán)66流動，由此提供熱保護(例如，對流冷卻的表層或膜)和腐蝕保護(例如，惰性氣體的表層或膜)。
[0044]圖5為防護氣體噴射器17的局部示意俯視圖，示出了防護氣體16的流動。如示出的，防護氣體16通過四個入口氣體導管92進入防護氣體噴射器17。入口氣體導管92繞著防護氣體噴射器17的外圓周116相等地間隔。在某些實施例中，入口氣體導管92的數(shù)量和布置可變化。例如，防護氣體噴射器17可包括I個、2個、3個、4個、5個、6個或更多個入口氣體導管92。另外，入口氣體導管92可如示出地在直徑上相對，或者布置有繞著外圓周116的不同式樣。入口氣體導管92的數(shù)量和布置可設計用于最佳的氣體分配，并且可為特定實施。
[0045]防護氣體16進入第一室94，并且流動至防護氣體噴射器17的第二室98。如示出的，第一室94和第二室98 (例如，環(huán)形室)與防護氣體噴射器17的中心軸線118同軸(或同心)。這種布置可實現(xiàn)在第一室94與第二室96之間的對稱流動，由此改進防護氣體噴射器17的效率。在流動至第二室98之后，防護氣體16通過出口 84離開防護氣體噴射器17。如示出的，出口 84可為配置在防護氣體噴射器17的內(nèi)徑122上的環(huán)形槽口 120。環(huán)形槽口 120繞著中心軸線118沿周向延伸。在某些實施例中，環(huán)形槽口 120為單個環(huán)形槽口120，其大致或完全地(例如，近似360度)繞著中心軸線118延伸。單個槽口 120可改進防護氣體16的分配，并且因此改進氣化器12的可操作性。在某些實施例中，出口 84的數(shù)量和布置可變化。例如，防護氣體噴射器17可包括繞著內(nèi)徑122沿周向119(例如，相等地間隔)的I個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、50個、100個或更多個出口84。另外，出口 84可設計成優(yōu)先沿過渡區(qū)段60的底板64或沿驟冷環(huán)66的暴露表面110引導空氣。
[0046]圖6為驟冷環(huán)64和防護氣體噴射器17的局部透視圖，示出了流動調(diào)節(jié)隔層96的孔100。如示出的，流動調(diào)節(jié)隔層96包括多個孔100。在某些實施例中，孔100的數(shù)量可變化。例如，流動調(diào)節(jié)隔層96可包括I個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、50個、100個或更多個孔100。實際上，流動調(diào)節(jié)隔層96的實施例可包括與環(huán)形槽口 120相似的單個環(huán)形槽口。如圖7和圖8所示，孔100的形狀還可變化。
[0047]圖7示出了用以在第一室94與第二室98之間轉(zhuǎn)移防護氣體16的鱗斑(例如，U形或C形)孔100，124。鱗斑孔100，124可引起防護氣體16的合乎需要的流動剖面。另外或可選地，如圖8所示，流動調(diào)節(jié)隔層96可包括圓形孔或孔眼100，126?？籽刍蚩?00，126可使防護氣體能夠?qū)ΨQ分配到第二室98中。孔100的數(shù)量和形狀可為特定實施，并且可在實施例之間變化。
[0048]該書面的描述使用實例以公開本發(fā)明(包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果這些其它實例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實例包括與權(quán)利要求的字面語言無顯著 差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，其包括: 氣化器，其包括: 反應室，其構(gòu)造成將給料轉(zhuǎn)化成合成氣體； 驟冷室，其構(gòu)造成冷卻所述合成氣體； 驟冷環(huán)，其構(gòu)造成將第一冷卻劑流提供給所述驟冷室； 在所述反應室與所述驟冷室之間的過渡區(qū)段； 防護氣體系統(tǒng)，其構(gòu)造成提供第二防護氣體流以保護所述驟冷環(huán)或所述過渡區(qū)段中的至少一個。
2.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述防護氣體系統(tǒng)包括配置在所述氣化器內(nèi)的防護氣體噴射器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述防護氣體噴射器構(gòu)造成提供沿暴露于所述合成氣體的所述驟冷環(huán)的表面的所述第二防護氣體流。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述防護氣體噴射器構(gòu)造成提供沿暴露于所述合成氣體的所述過渡區(qū)段的表面的所述第二防護氣體流。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述過渡區(qū)段包括錐形耐火區(qū)段和底層區(qū)段，所述驟冷環(huán)配置在所述驟冷室中，并且所述防護氣體噴射器配置在所述驟冷環(huán)與所述底層區(qū)段之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述防護氣體噴射器繞著所述過渡區(qū)段或所述驟冷環(huán)的第一中心軸線沿周向延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述防護氣體噴射器包括具有至少一個防護氣體入口和至少一個防護氣體出口的中空環(huán)形封殼。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個防護氣體出口包括繞著所述防護氣體噴射器的第二中心軸線沿周向延伸的環(huán)形槽口。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中空環(huán)形封殼包括由流動調(diào)節(jié)隔層分隔的第一室和第二室。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一室和所述第二室為同軸環(huán)形室，并且所述流動調(diào)節(jié)隔層包括構(gòu)造成將所述第二防護氣體流從所述第一室分配至所述第二室的一個或更多個開口。
【文檔編號】C10J3/84GK103540364SQ201310295203
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月13日
【發(fā)明者】P.巴塔查亞, A.K.維, R.斯里帕達 申請人:通用電氣公司