專利名稱：一種改進的燃氣發(fā)生器冷卻環(huán)的制作方法
在通過的碳質(zhì)燃料進行燃燒或部分氧化來生產(chǎn)有用氣體的過程中，最為有效的反應(yīng)過程是在高溫和高壓條件下進行的。例如，當(dāng)采用粉末狀煤或焦碳來生產(chǎn)有用氣體時，其反應(yīng)過程最好在2400-2600°F的溫度范圍以及5-250個大氣壓的壓力范圍之內(nèi)進行。
上述生產(chǎn)過程中的苛刻條件，尤其是生產(chǎn)過程中所出現(xiàn)的大范圍溫度變化迫使燃氣發(fā)生器或反應(yīng)器的許多部分產(chǎn)生急劇的應(yīng)變。其中最為顯著的是生產(chǎn)過程對金屬件的影響。
本發(fā)明所涉及的是對燃氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)的一種改進，更具體地說是對冷卻環(huán)和浸入管結(jié)構(gòu)的改進。從功能上看，上述部件需要工作在最高的溫度條件下，因為來自燃燒室的熱產(chǎn)品氣體將直接和這些部件相接觸。
1980年8月19日授予Robin等人U.S.P.4218423號美國專利提供了一種冷卻環(huán)和浸入管。通過采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以對它們做出改進。然而，工業(yè)界已經(jīng)認識到冷卻環(huán)一方面要接近熱的氣體，另一方面又要輸送冷卻液，由此而產(chǎn)生在冷卻環(huán)上的機械應(yīng)力給燃氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)造成了長期以來一直存在的缺陷。
由于高溫條件而來來的困難一般體現(xiàn)為在冷卻環(huán)上出現(xiàn)小的破損和裂縫。這些破裂最容易出現(xiàn)在尖角處，因為在這樣的部位機械應(yīng)力或熱應(yīng)力都會增強。
另外，由于冷卻環(huán)的熱脹冷縮，通常采用的圓環(huán)形的冷卻環(huán)常常會產(chǎn)生應(yīng)變。
為了克服這種類型的燃氣發(fā)生器即普通存在的上述缺點，本發(fā)明提出了一種組合式的浸入管和冷卻環(huán)，它們的安裝位置和相互連接能夠大大減小通常在氣化過程中所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。另外，通有冷卻水的冷卻環(huán)被分成多個環(huán)段，它們組裝在一起形成一種環(huán)形結(jié)構(gòu)。在相應(yīng)的環(huán)段之間具有被屏蔽的和用水進行冷卻的膨脹交接處。
本發(fā)明的一個目的是提供一種經(jīng)改進的用于生產(chǎn)有用氣體的燃氣發(fā)生器，其中通過一個盛有冷卻液的冷卻環(huán)來打濕浸入管。
本發(fā)明的另一個目的是為燃氣發(fā)生器提供一種液體冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠大大減小由于冷卻環(huán)和來自燃氣發(fā)生器燃燒室的熱氣體相接觸而引起的高溫膨脹所造成的冷卻環(huán)中熱應(yīng)力。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種燃氣發(fā)生器冷卻系統(tǒng)，其中安裝了一種新型的盛有水的分段式冷卻環(huán)，它在減小內(nèi)部熱應(yīng)力的同時，還能冷卻浸入管。
附

圖1是如本發(fā)明所述的燃氣發(fā)生器的縱向剖視圖;
附圖2是附圖1的局部放大視圖;
附圖3是沿附圖1中3-3線的剖視圖。
概略地說，為了達到本發(fā)明的目的，附圖1提供了一種用于對固體或液體碳質(zhì)燃料進行部分燃燒的燃氣發(fā)生器或反應(yīng)器。反應(yīng)的結(jié)果將產(chǎn)生一種有用的氣體和一些熱的流出物，所述的流出物通常呈細灰和氣體狀態(tài)。燃氣發(fā)生器或反應(yīng)器安裝在用耐火材料襯里予以絕熱的殼體中，它處于直立位置，以便使所產(chǎn)生的熱氣體形成向下流動的氣流。
殼體之中的燃燒室接收由燃料噴射燃燒器送來的加壓燃料混合流體，燃燒器與碳質(zhì)燃料源以及提供諸如氧氣或空氣的助燃氣體源相連。該混合流體最好以一種液漿的形式噴出。
由燃燒室里進行的燃燒所產(chǎn)生的熱產(chǎn)品通過一個位于燃氣發(fā)生器殼體內(nèi)的狹窄喉部，以便在一個冷卻室中的液體槽中進行冷卻。
為了便于來自反應(yīng)器喉部的流出氣體的流通，采用一個浸入管將熱產(chǎn)品導(dǎo)入液體槽中。該浸入管處于一個大致直立的位置上，並且與一個分段式的冷卻環(huán)相配合。該冷卻環(huán)接收諸如水之類的液體冷卻液，使之沿浸入管的暴露的導(dǎo)向面流動。同時借助于熱的氣體產(chǎn)品的沖擊，使之附在該表面上。
參見附圖1，如本發(fā)明所述的燃氣發(fā)生器或反應(yīng)器10包括一個長形的金屬殼體11，后者通常處于直立或垂直的位置上。該殼體在其上端有一個燃燒室12。為了能夠承受在氣化過程中所產(chǎn)生的工作溫度(2400-2600°F)，為燃燒室12提供了一層由高溫耐火材料制成的絕熱內(nèi)壁13。
一個燃料噴射燃燒器14位于殼體12的頂部或上部，用于將碳質(zhì)燃料混合物由燃料源16噴入燃燒室12。如前所述，燃料和來自加壓氣源17的諸如氧氣或空氣之類的助燃氣體以一定的比例相混合后，一起噴入燃燒室。
本發(fā)明能夠適用于可燃燒各種碳質(zhì)燃料的燃氣發(fā)生器。為了便于對這種裝置以及本發(fā)明所提供的新式冷卻環(huán)進行說明，下面假定燃燒器14與焦碳燃料源16相連。將這種固體燃料磨成所需的粉末，然后加入足夠的水份，使之成為液漿。假定助燃氣體源17所提供的加壓氣體為氧氣。
燃燒室12的底部由向內(nèi)傾斜的絕熱底板18形成。這種向內(nèi)傾斜的形狀有助于由燃燒室12所產(chǎn)生的固體和氣體產(chǎn)品以及液狀爐渣的排出。
殼體11的下端具有一個冷卻室或冷卻區(qū)域19，燃燒所產(chǎn)生的熱產(chǎn)品直接通入該腔室。在冷卻室中，熱產(chǎn)品與通常由水組成的冷卻液21相接觸。冷卻液能夠被循環(huán)和冷卻，但這一點圖中沒有顯示。
燃燒產(chǎn)品中的氣體成份在冷卻槽21中被冷卻之后，流過位于殼體11上的一個排出開口22。流出的氣體可以在后序的設(shè)備和工序中得到進一步的處理。
燃燒室12和冷卻區(qū)域或者冷卻室19通過在燃燒室底板18上形成的狹窄喉部23相連通。為了提高對流出物的冷卻效率，冷卻室具有大致為圓筒狀的浸入管24，其上緣26位于靠近狹窄喉部23的位置上，下緣27伸入到冷卻液21的表面之下。
浸入管24安裝在冷卻室19之內(nèi)，其圓筒形的內(nèi)壁為熱的氣體以及其他從喉部23流出的熱產(chǎn)品形成了一個引導(dǎo)通道28。當(dāng)高壓氣體被引入冷卻液21，然后以氣泡方式穿出水面并流過排出開口22時，其溫度就顯著地降低了。
根據(jù)已有技術(shù)可以知道，通過在浸入管24的與氣體相接觸的表面上提供一層穩(wěn)定的水膜，將有利于氣體流過由浸入管24所形成的氣體引導(dǎo)通道28，並且大大減輕氣體對浸入管的熱損壞。為此，在浸入管24的上端引入一股加壓水流，讓它沿浸入管的內(nèi)壁向下流動，最后流入冷卻槽21中。
已有術(shù)水已經(jīng)公開了流出物引導(dǎo)浸入管的技術(shù)，而且也公開了用于連續(xù)地將浸入管的接觸或引導(dǎo)表面打濕的裝置。然而，如本說明書所述，從狹窄喉部23流出的高溫氣體會損壞這樣的結(jié)構(gòu)。在這方面，最突出地受到影響的是與浸入管24相鄰接的冷卻環(huán)29。
在本發(fā)明所提供的方案中，浸入管24安裝在大致垂直的位置上，其上緣26最接近狹窄喉部23并且最好與喉部23同軸?？梢酝ㄟ^一個環(huán)形托架或者若干個托架或支持件33來支持浸入管24，該托架或支持件裝在殼體11的壁上，或者朝下地裝在燃燒室12的底板18上。
冷卻環(huán)29最好如附圖2所示那樣大致為圓環(huán)形狀。因此，冷卻環(huán)可以做成具有較薄殼壁的鋼制歧管，它能夠輸送冷卻水流，同時又能夠支持浸入管24。
參見附圖2，分段的冷卻環(huán)29具有大致為圓環(huán)形狀，它由多個彼此分離的環(huán)段或歧管段組成，例如31和32。通過緊固件30，將各個環(huán)段彼此獨立地固定到一個或多個支持托架33上。所說的托架朝外延伸，其周邊被固定到燃氣發(fā)生器的殼體11上。當(dāng)處于冷的狀態(tài)時，在每一對相鄰的環(huán)段31和32之間有一公共的沿徑向方向延伸的膨脹間隙或空間。
每一冷卻環(huán)段，例如31，都具有焊接而成的金屬殼體，它具有上壁36和下壁37。對置的端板38和38′確定了一個配水腔或者內(nèi)腔41以及一個第二或者排出腔42。上述兩個腔室通過至少一個橫向通道52彼此相通。
就其功能而言，內(nèi)腔41通過若干沿冷卻環(huán)外周分布的導(dǎo)管39與加壓冷卻水源相連通。橫向通道52將冷卻水引到排出腔42，然后通過狹窄的環(huán)形輸出口49將冷卻水由排出腔42排向浸入管24。
當(dāng)燃氣發(fā)生器10沒有工作，冷卻室19的溫度足夠低時，膨脹間隙34具有一個很小的寬度。然而，隨著氣化過程的進行，燃燒室12就會被加熱到2400-2500°F的工作溫度。熱的排出物隨之也將加熱冷卻室19，使冷卻環(huán)29的溫度升高。這一溫度變化將使冷卻環(huán)向外膨脹。其結(jié)果不但會增加分段式冷卻環(huán)的直徑，而且還會逐漸減小相鄰環(huán)段之間的間隙34，直至相應(yīng)的環(huán)段彼此相接觸。理想的情況是不論冷卻室19內(nèi)的溫度如何上升，都保持一定的間隙或開口34。
每一個環(huán)段殼體的兩端具有封閉端板38和38′，它們形成了一個用于盛水的第一腔室或者內(nèi)腔41以及與之相鄰的第二腔室或者排出腔42。為了減小相應(yīng)環(huán)段的熱膨脹，在至少一個端板38，最好在兩個端板上都提供了一個或多個排水孔43。該排水孔用來使冷卻水沖擊到相鄰環(huán)段的相鄰端板表面上。在第一和第二腔室41、42上都提供了這樣的排水孔，因而能夠通過冷卻水的沖擊使每個環(huán)段的整個側(cè)面都得到冷卻。
如前所述，在加熱期間和燃燒室12里的溫度達到其最大值的實際工作期間，分段式的冷卻環(huán)29將會膨脹。為此，在相鄰環(huán)段之間的間隙34處提供了屏蔽板44以便形成一個可移動的或可調(diào)節(jié)的屏障，用于防止氣體或爐渣進入間隙34。
為兩個相鄰環(huán)段31和32之間的間隙提供了一個蓋板或屏蔽板44，從而形成了一個屏障，用于防止氣體或爐渣進入間隙34。
如果爐渣顆粒進入上述間隙，就會影響在相應(yīng)的環(huán)段31和32之間形成所需的相對運動。在一種實施方案中，屏蔽板44還要包括一個長條形的金屬條，其形狀和冷卻環(huán)29上部表面的輪廓相一致。這樣，當(dāng)屏蔽板44的水平部分46固定到一個環(huán)段31時，就能夠以可滑動的方式蓋住相鄰環(huán)段32的相應(yīng)上表面。類似地，屏蔽板44的垂直部分47的形狀使之能夠保護冷卻環(huán)段的暴露在外的側(cè)表面及其下緣部分。
如前所述，屏蔽板44沿環(huán)段31的上表面向后延伸，因此屏蔽板對于注入了冷卻液的具有可變寬度的間隙34來說就起到了可動式上屏障的作用。這將控制或減小相鄰環(huán)段的膨脹，防止它們形成熱交換接觸。
在本發(fā)明的另一種實施方案中，僅管冷卻環(huán)29熱膨脹的結(jié)果不會構(gòu)成一種持續(xù)的操作問題，浸入管24可以類似地予以分割。當(dāng)這樣的浸入管部分組裝在一起時，就形成了熱的流出物向下流動的引導(dǎo)通道28。在這樣的情況下，間隙屏蔽板可以向下延伸，蓋住相應(yīng)浸入管部分的邊緣之間的間隙。
從結(jié)構(gòu)上講并且如附圖3所示，浸入管可以由冷卻環(huán)段支持並且和冷卻環(huán)段殼體做成一個整體。如圖所示，冷卻液能夠不斷地通過狹窄的環(huán)形開口49流向浸入管的內(nèi)表面或暴露在外的表面上。
不難想象，在本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容和范圍之內(nèi)，還可以對上述實施方案作出一些改進和變化。本發(fā)明的保護范圍僅僅只受所附權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種通過對碳質(zhì)燃料進行部分燃燒而產(chǎn)生有用氣體的燃氣發(fā)生器(10)，它包括一個燃氣發(fā)生器殼體(11)，殼體內(nèi)有一個燃燒室(12)；一個將碳質(zhì)燃料噴射到燃燒室之中的燃燒器(14)；在上述殼體中和上述燃燒室的下面有一個冷卻區(qū)域(19)，其中有一個水槽(21)；一個連通上述燃燒室(12)和冷卻區(qū)域(19)的喉部(23)；一個確定流動路徑的浸入管(24)，用于將由產(chǎn)生的氣體和顆粒狀排出物所組成的熱排出物流體從上述喉部引入上述水槽；一個安裝在上述浸入管上方的冷卻環(huán)(29)；其特征在于，上述冷卻環(huán)(29)由若干分離的歧管環(huán)段(31、32)組成，它們組合在一起，形成一個環(huán)形的流出物通道；每一個分離的歧管環(huán)段(31)的邊緣和相鄰的歧管環(huán)段(32)在側(cè)向上隔開一段距離，從而在它們之間形成一個間隙，每一個歧管環(huán)段具有一個與冷卻液源相連的內(nèi)腔室(41、42)和一個與上述浸入管(24)對齊并用于向浸入管提供冷卻液的排出口(49)。
2.如權(quán)利要求1所述的燃氣發(fā)生器，它包括安裝在每一個分離的歧管環(huán)段(31)上面的屏蔽板(44)，用于跨過上述歧管環(huán)段(31)的邊緣，與相鄰歧管環(huán)段32相結(jié)合，形成能夠防止排出物進入上述間隙的屏障。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燃氣發(fā)生器，它包括至少一個安裝在上述殼體上的托架(33)，該托架支持至少一個歧管環(huán)段(31)。
4.如權(quán)利要求3所述的燃氣發(fā)生器，其中每個歧管環(huán)段包括一個由上述托架(33)支持的殼體(31、32)和一個第一腔室(41)，所述第一腔室位于上述殼體之內(nèi)並與加壓冷卻液源相連，並且在與相鄰歧管環(huán)段靠近的兩端具有相對設(shè)置的側(cè)端板(38)。
5.如權(quán)利要求4所述的燃氣發(fā)生器，其中在上述兩個相應(yīng)的相對設(shè)置的側(cè)端板中形成排液通道(43)，用于將冷卻液流體引向相鄰歧管環(huán)段的側(cè)端板上。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一個權(quán)利要求所述的燃氣發(fā)生器，其中所述浸入管(24)安裝在所述冷卻環(huán)(29)的下方，用于形成熱的排出物的流動通道。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一個權(quán)利要求所述的燃氣發(fā)生器，其中每一個歧管環(huán)段(31、32)包括一個與冷卻液源相連的主腔室(41)以及與上述主腔室相連通的第二腔室(42)，第二腔室中的裝置(49)形成了所述的排出口。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種燃氣發(fā)生器，其燃燒室與一個冷卻區(qū)域相通連。一個浸入管通過一個直立的引導(dǎo)通道將排出的氣流以及爐渣送至冷卻槽。一個分段式的冷卻環(huán)與諸如水之類的加壓冷卻液源相連，用于將冷卻液引向浸入管的引導(dǎo)表面，以便使后者處于潮濕的狀態(tài)。冷卻環(huán)的各個歧管式環(huán)段的組裝方式使得它們之間保持有側(cè)向間隙。在間隙處裝有屏蔽板，使間隙的大小能夠響應(yīng)于各個歧管環(huán)段的熱脹冷縮。
文檔編號C10J3/72GK1044675SQ8910053
公開日1990年8月15日 申請日期1989年1月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月30日
發(fā)明者哈瑞德·杰克·愛爾斯 申請人:泰克薩科開發(fā)公司