氣化反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】用于含碳原料的方法和反應(yīng)器。所述反應(yīng)器包括：反應(yīng)室(2)；產(chǎn)生蒸汽的換熱單元(3,15,16)；至少一個(gè)蒸汽罐(20)；和在一個(gè)或多個(gè)換熱單元(3,15,16)與蒸汽罐(20)之間循環(huán)水和蒸汽的循環(huán)管線。所述蒸汽罐還包括用于輸送蒸汽通過換熱單元(15)的蒸汽進(jìn)料管線(28)和至過熱蒸汽總管(32)的過熱蒸汽管線(30)。所述過熱蒸汽管線分為通到經(jīng)過蒸汽罐的換熱管線(35)的返回管線(33)和總管進(jìn)料管線(34)。
【專利說明】氣化反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括產(chǎn)生蒸汽的換熱元件的氣化反應(yīng)器。本發(fā)明還涉及在這種氣化反應(yīng)器中控制蒸汽流的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣化反應(yīng)器例如可以用于通過含碳原料如粉碎的煤、油、生物質(zhì)、氣或任何其它類型的含碳原料的部分燃燒生產(chǎn)合成氣。合成氣通常在高溫下如1300°C或更高離開氣化反應(yīng)器。為了冷卻氣體，將氣體引導(dǎo)通過換熱元件。如果將水用作冷卻介質(zhì)，換熱器可以用來產(chǎn)生蒸汽。通過這種方式，可以經(jīng)濟(jì)地使用氣化方法產(chǎn)生的廢熱和大幅提高該方法的整體效率。
[0003]廢熱回收換熱器產(chǎn)生的蒸汽通常在蒸汽罐中作為水和蒸汽的混合物重新收集。蒸汽罐的水隨后循環(huán)至換熱器。蒸汽罐中的蒸汽可以排放至蒸汽總管。如果蒸汽是飽和蒸汽，它可以經(jīng)過在其中形成過熱蒸汽的過熱器輸送至蒸汽總管。
[0004]為了減小或避免由于熱負(fù)載造成的相關(guān)設(shè)備的腐蝕和損壞，所收集的過熱蒸汽的溫度不應(yīng)太高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的是作為整體提高所述方法的經(jīng)濟(jì)效率，和減小由于熱負(fù)載造成的損壞。`
[0006]本發(fā)明的這個(gè)目的通過氣化反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)，所述氣化反應(yīng)器包括:反應(yīng)室、一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生蒸汽的換熱單元、至少一個(gè)用于收集所產(chǎn)生蒸汽的蒸汽罐和用于在一個(gè)或多個(gè)換熱單元與蒸汽罐之間循環(huán)水和蒸汽的循環(huán)管線。所述蒸汽罐還包括用于將飽和蒸汽引導(dǎo)通過過熱器的蒸汽進(jìn)料管線和至過熱蒸汽總管的過熱蒸汽管線，其中所述過熱蒸汽管線分為通到經(jīng)過蒸汽罐的換熱管線的返回管線和總管進(jìn)料管線。配備一個(gè)或多個(gè)閥用來選擇性打開或關(guān)閉返回管線或總管進(jìn)料管線。
[0007]這使得有可能循環(huán)蒸汽，例如，如果它太熱，使其至經(jīng)過蒸汽罐的換熱管線，在其中可以將熱輸送至蒸汽罐中的水。通過這種方式，可以產(chǎn)生附加的蒸汽，并且過熱器下游設(shè)備的過熱危險(xiǎn)大大降低。
[0008]經(jīng)過蒸汽罐的換熱管線可以例如連接至通到過熱蒸汽總管的第二過熱蒸汽進(jìn)料管線。
[0009]第二過熱蒸汽進(jìn)料管線可以例如在通入過熱蒸汽進(jìn)料總管之前并入總管進(jìn)料管線，因此來自第二管線的較冷的過熱蒸汽可以在進(jìn)入總管之前與來自總管進(jìn)料管線的過熱蒸汽預(yù)先混合。
[0010]在返回管線上游，可以為過熱蒸汽進(jìn)料管線配備一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器，和其中構(gòu)建一個(gè)或多個(gè)閥控制單元，以作為測量溫度的函數(shù)控制通過返回管線和總管進(jìn)料管線的流量。[0011]任選地，通過蒸汽罐的換熱管線可以連接至通到錯(cuò)流換熱器的管線用于預(yù)熱氧，同時(shí)冷凝蒸汽?？梢詫㈠e(cuò)流換熱器連接至向反應(yīng)室進(jìn)料預(yù)熱氧的氧進(jìn)料管線。應(yīng)用預(yù)熱氧會(huì)提高反應(yīng)器的燃燒效率。由于應(yīng)用蒸汽預(yù)熱氧，因此不需要外部能量輸入。
[0012]在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，返回管線使蒸汽冷凝液從錯(cuò)流換熱器經(jīng)過加壓器返回蒸汽罐，例如在廢熱回收回路中再應(yīng)用。
[0013]在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，蒸汽罐和過熱蒸汽總管之間的換熱單元包括反應(yīng)室下游的廢熱回收單元。該廢熱回收單元例如可以是一系列下游廢熱回收單元(特別是將來自合成氣的熱傳遞給蒸汽)中的第一個(gè)。
[0014]換熱單元例如可以包括由相互連接以形成氣密壁的平行冷卻管建成的水冷膜壁。類似地，反應(yīng)室可以包括由相互連接以形成氣密壁的平行冷卻管建成的膜壁。這使得膜壁有效被保護(hù)以防止過熱，和也可以用于產(chǎn)生蒸汽。
[0015]本發(fā)明還涉及控制至過熱蒸汽總管的過熱蒸汽流量的方法，其中將來自蒸汽罐的飽和蒸汽進(jìn)料至過熱器，和隨后通過進(jìn)料管線至過熱蒸汽總管，其中將溫度超過上限的過熱蒸汽繞行至經(jīng)過蒸汽罐的換熱管線。
[0016]隨后，在通過經(jīng)過蒸汽罐的換熱管線后，可以將蒸汽進(jìn)料至過熱蒸汽總管和/或它可以通過與逆流的氧交錯(cuò)的錯(cuò)流加熱器，和其中氧隨后進(jìn)料至反應(yīng)室內(nèi)的燒嘴。在經(jīng)過錯(cuò)流換熱器后，蒸汽隨后可以通過加壓器后送回蒸汽罐。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面通過參考附圖描述本發(fā) 明的示例性實(shí)施方案，其中:
[0018]圖1、示意性給出了氣化反應(yīng)器的示例性實(shí)施方案；
[0019]圖2、示意性給出了氣化反應(yīng)器的第二個(gè)示例性實(shí)施方案。
[0020]圖1給出了用于部分燃燒含碳原料以產(chǎn)生合成氣的氣化反應(yīng)器I。反應(yīng)器I包括帶有由相互連接以形成氣密壁結(jié)構(gòu)的平行冷卻管線(圖中未示出)形成的膜壁3的反應(yīng)室
2。冷卻管線例如可以是垂直管線或螺旋纏繞的平行管線。在燃燒過程中水通過冷卻管線以減小膜壁3上的熱負(fù)載。水作為蒸汽或蒸汽和水的混合物離開冷卻管線。反應(yīng)室2的下端通向爐渣收集浴4。反應(yīng)室2的上端通向排放通道5。反應(yīng)室2、爐渣收集浴4和排放通道5包在壓力容器8中。
[0021]排放通道5的頂端通入圓柱體壓力容器11內(nèi)的冷卻通道10的頂端。壓力容器11包括封閉的頂端12和與合成氣排放管線14相連的底端13。冷卻通道10從封閉的壓力容器頂端12運(yùn)行至合成氣排放管線14，和包括過熱器15和一系列更低的換熱單元16。過熱器15和換熱單元16由相互連接以形成氣密壁結(jié)構(gòu)的平行冷卻管線(圖中未示出)建成。
[0022]一系列較低的換熱單元16中的每一個(gè)均具有至少一個(gè)入口 17和至少一個(gè)出口
18。入口 17通過管線21連接到蒸汽罐20。在蒸汽罐中，水與蒸汽分離。蒸汽罐20也通過管線19連接到每一個(gè)出口 18，和連接至鍋爐給水蒸汽供應(yīng)單元22。蒸汽罐20包括水23和蒸汽24的混合物。水從蒸汽罐20經(jīng)過管線21流至換熱單元16的入口 17。來自通過換熱單元16的合成氣的熱被傳遞給冷卻管線中的水，和產(chǎn)生蒸汽。蒸汽通過管線19返回蒸汽罐20。
[0023]類似地，水通過供水管線25從蒸汽罐20輸送至膜壁3的冷卻管線。在所示的實(shí)施方案中，管線25為管線21的分支。替代地，管線25可以為直接連接蒸汽罐20與膜壁3的冷卻管線的單獨(dú)管線。水冷卻膜壁3，和產(chǎn)生蒸汽并通過返回管線26返回蒸汽罐20。
[0024]蒸汽管線28從蒸汽罐20運(yùn)行至過熱器15的入口 29。過熱蒸汽管線30從過熱器15的出口 31運(yùn)行至過熱蒸汽總管32。
[0025]將過熱蒸汽進(jìn)料管線30分為返回管線33和總管進(jìn)料管線34。返回管線33通到經(jīng)過蒸汽罐20的換熱管線35。通過蒸汽罐20的換熱管線35與通至過熱蒸汽總管32的第二過熱蒸汽進(jìn)料管線36相連。第二過熱蒸汽進(jìn)料管線36在進(jìn)料管線34通入過熱蒸汽總管32之前并入總管進(jìn)料管線34。
[0026]構(gòu)建閥37、38用來選擇性打開或關(guān)閉返回管線33或總管進(jìn)料管線34。
[0027]在返回管線33的上游，為過熱蒸汽進(jìn)料管線30配備一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器(圖中未示出)。構(gòu)建閥控制單元(圖中未示出)，以作為所供應(yīng)過熱蒸汽的測量溫度的函數(shù)控制通過返回管線33和總管進(jìn)料管線34的流量。如果過熱蒸汽進(jìn)料管線30中的過熱蒸汽的測量溫度超過所定義的上限，則閥37打開而閥38關(guān)閉。過熱蒸汽繞行通過經(jīng)過蒸汽罐20的返回管線33和換熱管線35，其中過熱蒸汽冷卻至可接受的溫度水平。隨后，過熱蒸汽通過第二過熱蒸汽進(jìn)料管線34輸送至過熱蒸汽總管32。通過這種方式，過量的熱量用于在蒸汽罐中產(chǎn)生附加的蒸汽。該附加蒸汽為過熱器提供了更好的冷卻和因此降低了管線30中過熱器的蒸汽出口溫度。通過這種方式，過熱蒸汽的溫度可以有效地保持足夠低以避免設(shè)備過熱，使反應(yīng)器部件的壽命增加。
[0028]圖2給出了氣化反應(yīng)器40的替代實(shí)施方案。在圖2中，對于與圖1的實(shí)施方案中的相同部件應(yīng)用相同的參考標(biāo)記。正如圖1的實(shí)施方案那樣，圖2的氣化反應(yīng)器40包括帶有由相互連接以形成氣密壁結(jié)構(gòu)的平行冷卻管線(圖中未示出)形成的膜壁3的反應(yīng)室2。冷卻通道10包括過熱`器15和一系列較低的換熱單元16，所述換熱單元通過供水管線21和蒸汽返回管線19與蒸汽罐20相連。類似地，水從從蒸汽罐20流至膜壁3的冷卻管線，作為蒸汽通過蒸汽返回管線26返回蒸汽罐20。
[0029]蒸汽管線28從蒸汽罐20運(yùn)行至過熱器15。過熱蒸汽管線30由過熱器15運(yùn)行至過熱蒸汽總管32。
[0030]過熱蒸汽進(jìn)料管線30分為返回管線33和總管進(jìn)料管線34。返回管線33通至經(jīng)過蒸汽罐20的換熱管線35。經(jīng)過蒸汽罐20的換熱管線35與進(jìn)入錯(cuò)流換熱單元42的管線41相連。在錯(cuò)流換熱單元42中，熱從蒸汽傳遞至逆流的氧。蒸汽冷凝和隨后冷凝蒸汽經(jīng)過加壓器46通過返回管線43返回至蒸汽罐20，所述加壓器用來補(bǔ)償在通過錯(cuò)流換熱單元42的過程中的蒸汽壓力損失。氧流量由氧源44如空氣分離器提供。在通過錯(cuò)流換熱單元42之后，將加熱后的氧通過氧管線45輸送至反應(yīng)室2。
[0031]在另一個(gè)可能的替代實(shí)施方案中，來自錯(cuò)流換熱單元42的蒸汽沒有返回蒸汽罐20，而是輸送至冷凝液收集單元(圖中未示出)。在這種情況下，不需要加壓器46。
[0032]在低過熱蒸汽溫度的操作條件下，替代或附加于來自管線33和41的過熱蒸汽，管線30中的飽和蒸汽可以通過閥39提供用于氧預(yù)熱器。
【權(quán)利要求】
1.氣化反應(yīng)器(1)，其包括: -反應(yīng)室⑵； -產(chǎn)生蒸汽的換熱單元(3，15，16)； -至少一個(gè)蒸汽罐(20)； -在一個(gè)或多個(gè)換熱單元(3，15，16)與蒸汽罐(20)之間循環(huán)水和蒸汽的循環(huán)管線； 其中所述蒸汽罐還包括用于輸送蒸汽通過換熱單元(15)的蒸汽進(jìn)料管線(28)和至過熱蒸汽總管(32)的過熱蒸汽管線(30)，其中所述過熱蒸汽管線(30)分為通至經(jīng)過蒸汽罐(20)的換熱管線(35)的返回管線(33)和總管進(jìn)料管線(34)，其中所述反應(yīng)器包括一個(gè)或多個(gè)用于選擇性打開或關(guān)閉返回管線(33)或總管進(jìn)料管線(34)的閥(37，38，39)，其中經(jīng)過蒸汽罐(20)的換熱管線(35)與通至過熱蒸汽總管(32)的第二過熱蒸汽進(jìn)料管線(36)相連，和其中所述第二過熱蒸汽進(jìn)料管線(36)在通入過熱蒸汽總管之前并入總管進(jìn)料管線(34)。
2.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的氣化反應(yīng)器，其中返回管線(33)上游的過熱蒸汽進(jìn)料管線(30)配備有一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器，和其中構(gòu)建一個(gè)或多個(gè)閥控制單元以響應(yīng)所測量的溫度分別打開或關(guān)閉返回管線和總管進(jìn)料管線。
3.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的氣化反應(yīng)器，其中經(jīng)過蒸汽罐(20)的換熱管線(35)連接到通至用于預(yù)熱氧的錯(cuò)流換熱器(42)的管線，其中所述錯(cuò)流換熱器連接到用于將預(yù)熱后的氧進(jìn)料至反應(yīng)室(2)中的一個(gè)或多個(gè)燒嘴的氧進(jìn)料管線(45)。
4.權(quán)利要求3的氣化反應(yīng)器，其中返回管線(43)將冷凝蒸汽經(jīng)過加壓器(46)從錯(cuò)流換熱器(42)返回至蒸汽罐(20)。
5.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的氣化反應(yīng)器，其中蒸汽罐(20)和過熱蒸汽總管(32)之間的換熱單元(15)為反應(yīng)室(2)下游的廢熱回收單元(15)。
6.權(quán)利要求5的氣化反應(yīng)器，其中所述廢熱回收單元(15)是一系列下游廢熱回收單元(16)中的第一個(gè)。
7.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的氣化反應(yīng)器，其中至少一個(gè)換熱單元(15，16)為由相互連接以形成氣密壁的平行冷卻管線建成的水冷膜壁。
8.在權(quán)利要求1的氣化反應(yīng)器中降低進(jìn)入過熱蒸汽總管(32)的過熱蒸汽流的溫度的方法，其中將來自蒸汽罐(20)的飽和蒸汽進(jìn)料至過熱器(15)和隨后通過進(jìn)料管線(30)至過熱蒸汽總管，其中將溫度超過上限的過熱蒸汽繞行至經(jīng)過蒸汽罐的換熱管線(35)，以在蒸汽罐(20)中產(chǎn)生附加的蒸汽。
9.權(quán)利要求8的方法，其中在通過經(jīng)過蒸汽罐的換熱管線(35)后，蒸汽隨后進(jìn)料至過熱蒸汽總管(32)。
10.權(quán)利要求8或9的方法，其中在通過經(jīng)過蒸汽罐的換熱管線(35)后，蒸汽隨后通過與逆流的氧錯(cuò)流的錯(cuò)流加熱器(42)，和其中隨后所述氧進(jìn)料至反應(yīng)室中的一個(gè)或多個(gè)燒嘴中。
11.權(quán)利要求10的方法，其中在通過錯(cuò)流換熱器(42)后，蒸汽隨后經(jīng)過加壓器(46)進(jìn)料返回蒸汽罐。
【文檔編號(hào)】F01K13/02GK103842624SQ201280045688
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月20日
【發(fā)明者】I·卡爾, M·施密茲-戈伯 申請人:國際殼牌研究有限公司