專利名稱：氣化器的制作方法
技術領域：
本發明涉及氣化器。特別是，本發明涉及一種加套氣化器以及一種構成加套氣化器的內部熱襯里的方法。
背景技術：
固定床氣化器(例如固定床干底氣化器)已為公知，如移動床氣化器或移動床干灰氣化器。
固定床加套氣化器(例如Sasol-Lurgi固定床干底氣化器)在商業上用于氣化含碳材料例如煤，以便產生粗合成氣。這樣的加套氣化器包括外殼或壓力容器以及內部熱襯里或夾套，在它們之間形成了環形或夾套空間。在使用時，鍋爐供水通過熱虹吸作用而流過在加套和外殼之間的環形通路或空間或空腔，從而產生飽和蒸汽，因為通過在氣化器內部產生的氣化處理而產生的熱量將通過夾套進行傳熱。內部熱襯里或夾套受到由于外部壓力(在使用時，在環形通路或夾套空間中的壓力通常高于氣化器工作壓力)而引起的負載和應力、殘余安裝應力、熱疲勞、熱膨脹、缸料(clinker)變形和局部熱點。因此，外殼通常比夾套更耐久，且需要經常更換夾套，或者至少更換在頂端部件和底端部件之間的柱形壁。通常，環形通路或夾套空間不能從氣化器外部進入，即只能從氣化器內部焊接夾套部件。本發明提供了一種構成加套氣化器的內部熱襯里的方法，該方法能夠用于更換加套氣化器的夾套或者夾套的一部分。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供了一種構成加套氣化器的內部熱襯里或夾套的方法，該加套氣化器包括具有開口的外殼或壓力容器，該開口使加套能夠進入氣化器的內部，該方法包括通過開口將夾套壁弓形體插入氣化器內部，各夾套壁弓形體包括細長的夾套板，該夾套板有環形表面；以及多個橫向延伸縱向間開的增強件結構，這些增強件結構豎立在該環形表面上；將夾套壁弓形體并排布置，從而在相鄰夾套板之間留下孔或空間；通過在所述相鄰間開的夾套壁弓形體之間的孔或空間來將相鄰間開的夾套壁弓形體的增強件結構焊接在一起；用窗口板關閉孔或空間，并將相鄰間開的夾套板的縱向延伸邊緣焊接在插入的窗口板上，以便形成柱形夾套壁的一部分；以及將夾套壁焊接在頂端和底端夾套部件上。
優選是，夾套板的厚度小于25mm，更優選是小于18mm，最優選是小于15mm，例如大約12mm。優選是，夾套板越薄，夾套板在使用時受到的熱應力越小，但是夾套板必須足夠厚，以便使形成的夾套壁能夠承受加到該壁的壓力差。當使用橫向延伸縱向間開的增強件結構時，本發明人驚訝地發現能夠使用13mm或12mm薄的夾套板，相反，普通夾套板為32mm或25mm厚。
所述環形表面通常為凸形彎曲，且增強件結構通常為部分環形，包括在夾套板的環形表面上的徑向凸緣和與該徑向凸緣垂直布置的端部凸緣，即與夾套板的彎曲環形表面同心并對著該彎曲環形表面。
徑向凸緣可以形成孔，以便使流過環形通路或夾套空間的冷卻劑能夠通過徑向凸緣。
優選是，各徑向凸緣的至少25％為空的，更優選是至少35％，最優選是至少40％，例如50％。
增強件結構可以通過完全熔透焊接而焊接在一起，并可以在沒有支承條的情況下焊接在一起。
將相鄰間開夾套板的縱向延伸邊緣焊接在插入的窗口板上可以在沒有支承條的情況下進行。換句話說，所有的垂直焊接可以在沒有支承條的情況下進行，因此與本發明人知道的普通方法相比將有利地減少縱向縫焊。
各夾套壁弓形體可以包括頂部和底部過渡板或部分，以便于將夾套壁焊接在頂端和底端夾套部件上。這些過渡板或部分通常比夾套板厚，頂端和底端夾套部件也是這樣，例如為32mm或40mm。過渡板或部分可以比夾套板寬一些。
本發明擴展至具有內部熱襯里或夾套的加套氣化器，該內部熱襯里或夾套根據前述方法構成，并包括夾套壁弓形體，該夾套壁弓形體焊接在插入的窗口板上，且該內部熱襯里或夾套包括相鄰增強件結構弓形體，它們連接在一起以便形成在夾套空間內部的增強件結構。
根據本發明另一方面，提供了一種加套氣化器，該加套氣化器包括外殼或壓力容器和內部熱襯里或夾套，該內部熱襯里或夾套確定了氣化區域，用于冷卻劑的環形通路或夾套空間確定于外殼和夾套之間；以及周向延伸垂直間開的增強件結構，該增強件結構安裝在夾套上，并在環形通路或夾套空間中。
氣化器可以是固定床氣化器，因此可以包括與氣化區域連通的含碳材料進口、灰燼出口、粗合成氣出口和氣化劑進口。氣化器還可以包括在灰燼出口上面的可旋轉爐篦。
通常，冷卻劑是鍋爐供水，同時氣化器在使用時在環形通路或夾套空間中產生飽和蒸汽。因此，氣化器通常包括與環形通路或夾套空間連通的鍋爐供水進口和蒸氣出口。
內部熱襯里或夾套可以包括柱形夾套壁，該柱形夾套壁包括夾套壁弓形體和端部夾套部件，如前所述。夾套的最小厚度可以小于25mm，更優選是小于18mm，最優選是小于15mm，例如大約12mm或13mm。
增強件結構可以如前所述。
下面將通過實例參考附圖介紹本發明，附圖中圖1表示了加套固定床氣化器的示意垂直剖視圖，其中為了清楚而局部省略；圖2表示了加套固定床氣化器的典型溫度覆蓋區；圖3表示了用于本發明方法中的夾套壁管形體和窗口板的三維視圖，以便構成加套氣化器的內部熱襯里；圖4表示了圖3的夾套壁弓形體的俯視圖，其中為了清楚而省略了頂部過渡板，該夾套壁弓形體裝配在下一個類似的夾套壁弓形體上；以及圖5表示了沿圖4中的線V-V穿過圖3的夾套壁弓形體的縱剖圖。
具體實施例方式
參考圖1，參考標號10總體表示增壓固定床干底加套氣化器，其中為了清楚而省略了多個部件。氣化器10包括外殼或壓力容器12以及位于該外殼12內部的內部熱襯里或夾套14。在外殼12和夾套14之間形成環形通路或夾套空間16。夾套14確定了氣化區域18，煤能夠在該氣化區域18中氣化。煤進口20和灰燼出口22用于將煤供給氣化區域18中和用于從氣化區域18中除去灰燼。通常，煤通過煤閘門(未示出)來供給，灰燼通過可旋轉爐篦(在圖1中未示出，但是在圖2中表示為19，圖2也表示了煤分配器21)和灰燼閘門(未示出)來除去。
夾套14包括頂端夾套部件24、底端夾套部件26以及在頂端夾套部件24和底端夾套部件26之間垂直延伸的圓柱形夾套壁28。為了清楚，在圖1中，柱形夾套壁28以粗實線表示。底端夾套部件26確定了底部肘節30，而頂端夾套部件24確定了頂部肘節32。
在使用中，粗煤通過煤閘門或閘門料斗(未示出)供給至氣化區域18中，且蒸汽和氧(氣化劑)沿蒸汽和氧供給管線(未示出)供給，且通常通過可旋轉爐篦來分配。需要氧來燃燒一些煤，以便供給用于吸熱氣化反應的能量。在煤的氣化過程中，由于通過夾套壁28傳遞的熱量，在夾套空間16中產生蒸汽。該蒸汽通過在頂部肘節32上面位置處的蒸汽出口(未示出)而從夾套空間16中除去。并沒有轉變成蒸汽的水轉送至位于頂部肘節32上面的堰區域中。這樣轉送的水再通過三個3英寸下導管(未示出)而送回氣化器的底部，并重新進入在底部肘節30和外殼12之間的夾套空間16中。轉變成蒸汽(并從系統除去)的水由在各下導管頂部處添加的鍋爐供水來代替。鍋爐供水處于大約105℃溫度。重新循環水和鍋爐供水的混合物進入氣化器的溫度為215℃。該混合物通過熱虹吸作用而向上流過夾套空間16，并加熱至大約235℃，從而產生大約2970kPa壓力的飽和蒸汽。通常，產生的一部分蒸汽返回氣化器10作為氣化劑。
在氣化區域18中，從頂部至底部可以分成不同反應區域，即釋放水汽的干燥區域、發生熱解反應的脫揮發分區域、主要發生吸熱反應的還原區域、放熱氧化或燃燒區域、以及在氣化區域18底部的灰燼床。由于逆流工作模式，熱灰燼與冷的引入反應劑(例如蒸汽和氧或空氣)進行換熱，同時熱的粗合成氣與冷的引入煤進行換熱。這使得灰燼和煤成氣分別以比其它類型氣化器相對更低的溫度而留在氣化區域中，這提高了熱效率，并降低了氣化器的蒸汽和氧消耗。
當煤經過氣化區域18中的不同反應區域時(首先作為煤床，然后作為灰燼床)，氣化器10的溫度分布變化。參考圖2，圖中表示了典型的氣化器溫度覆蓋區。在區域64中(煤分配器21內部)，溫度小于200℃。在區域66和68中，溫度分別在大約200℃和400℃之間以及400℃和600℃之間變化。在區域70中，溫度在大約600℃和800℃之間。在區域72中，溫度在大約800℃和1000℃之間，而在區域74中，溫度大于1000℃。參考標號76表示灰燼床。
區域74表示火床。如圖2清楚所示，火床具有變化的厚度或深度，并有大致W形外形。氣化區域18的周圍區域通常不穩定，且對于爐篦速度、氣化劑流量和氣化劑比率的變化非常敏感。相反，氣化區域18的中心區域通常認為是相對穩定區域，從而在氣化器10達到平衡后保持它的位置(如圖所示)。該區域對于爐篦速度、氣化劑流量和氣化劑比率的變化并不敏感。
由在氣化區域18的底側右手邊部分中的區域70表示的600℃至800℃熱點在灰燼床76中隨機出現。人們認為該熱點是由于煤在火床區域74中沒有完全反應，然后它通過與氧接觸在灰燼床76中的隨機位置處反應。
火床74的溫度為大約1400℃至1450℃，這取決于灰燼熔融溫度和在氣化劑供給時的蒸汽比例。火床高度估計為最大0.5m的厚度或深度，且在典型局部溝道條件下進行波動。粗合成氣在大約450℃和550℃之間脫離煤床，而灰燼在大約300℃和380℃之間的溫度下留在氣化器10中。
氣化器10通常在大約2900kPa的工作壓力下工作。因此，橫過夾套14的壓力差為大約70kPa。夾套14的材料暴露在如圖2所示的區域溫度中。不過，夾套14的實際金屬溫度不僅由氣化區域18內部的溫度來確定，而且由在夾套空間16中的沸水的冷卻效果來確定。盡管發明人了解金屬溫度受高熱流密度和冷卻系統限制，且實際熱電偶測量值顯示峰值金屬溫度有時超過750℃，但通常實際金屬溫度在大約200℃和400℃之間變化。
應當知道，由于氣化區域18內部的變化溫度覆蓋區、外部壓力、殘余安裝應力、熱疲勞等，夾套14受到負載和應力。因此，夾套14(特別是柱形夾套壁28)經過一段時間后將彎曲和褶皺，且需要不時更換夾套14，至少更換柱形夾套壁28。進入氣化器10內部(即氣化區域18)能夠通過煤進口20來實現。因此，能夠從氣化區域18內部對夾套14進行焊接和其它工作。不過，當夾套14受到外殼12保護時，實際上不能從氣化器10外部對夾套14進行處理。
夾套壁28通常包括多個細長的垂直延伸壁弓形體，且能夠通過更換該夾套壁弓形體來更換柱形夾套壁28，從而延長氣化器10的使用壽命。根據本發明，夾套壁弓形體由夾套壁弓形體40代替，如圖3中所示。各夾套壁弓形體40包括細長彎曲夾套板42，該細長彎曲夾套板42有凸形彎曲環形表面44，8個橫向延伸且縱向間開的T形增強件結構46焊接在該凸形彎曲環形表面44上。增強件結構46豎立在環形表面44上。各夾套壁弓形體40還包括焊接在夾套板42端部上的頂部過渡板48和底部過渡板50。
夾套板42的厚度為大約12mm。頂部過渡板48的厚度從它焊接在夾套板42上的位置逐漸增加，直至達到大約32mm厚度。底部過渡板50的厚度從它焊接在夾套板42上的位置逐漸增加，直至達到大約40mm厚度。因此，頂部過渡板48的材料厚度與頂端夾套部件24相同，底部過渡板50的材料厚度與底端夾套部件26相同。頂部和底部過渡板48、50比夾套板42更寬，因此當在正視圖或后視圖中看時，夾套板42以及頂部和底部過渡板48、50確定為I形。
各增強件結構46包括部分環形徑向凸緣52，該部分環形徑向凸緣52焊接在夾套板42的環形表面44上；以及端部凸緣54，該端部凸緣54布置為與徑向凸緣52成直角，并焊接在徑向凸緣52上。多個孔或狹槽53布置在徑向凸緣52中，這樣，徑向凸緣52的大約50％為空的。增強件結構46的端部與頂部和底部過渡板48、50的側面對齊。因此，當兩個夾套壁弓形體40布置成彼此相鄰時，相鄰夾套壁弓形體40的頂部過渡板48、底部過渡板50和增強件結構46進行接觸，但是在相鄰夾套板42之間形成有孔或窗口。在圖4中，該孔或窗口由參考標號56表示。應當知道，這樣可以通過孔56來接近增強件結構46，且在氣化區域18內部工作的人能夠通過孔56來將相鄰夾套壁弓形體40的增強件結構46焊接在一起。通常，完全熔透焊接用于將相鄰夾套壁弓形體40的增強件結構46焊接在一起，而不使用任何支承條。
一旦將相鄰夾套壁弓形體40的所有增強件結構46焊接在一起，孔56就通過如圖3中所示的窗口板58來關閉。通常，窗口板58的寬度為大約135mm。相鄰間開夾套板42的縱向延伸邊緣焊接在窗口板58的縱向延伸邊緣上，且相鄰夾套壁弓形體40的頂部和底部過渡板48、50焊接在一起，從而形成柱形夾套壁28。通常，將相鄰間開夾套板42的縱向延伸邊緣焊接在插入的窗口板58上在沒有支承條的情況下進行。所有夾套壁弓形體40的頂部和底部過渡板48、50分別焊接在頂端夾套部件24和底端夾套部件26上，以便完成夾套14。通常，該焊接包括支承條。然后磨光所有焊縫，再對磨光后的氣化器10進行壓力測試。
如圖所示，本發明的構成方法能夠有效使用更薄的夾套板42，同時還生成具有足夠強度的夾套14，以便防止在夾套14的設計工作壓力差作用下彎曲。鍋爐供水循環并不會由于徑向凸緣52中的孔53而受到不利影響。通過夾套14的熱流增加。本發明的方法顯著減少了現場焊接要求，相應降低了殘余應力，且沒有現場的圓變形。增強件結構46不會在夾套空間16內引入任何死區，且不會在徑向凸緣52的孔53周圍靜態積累蒸汽。與本發明人知道的普通夾套構成方法相比，縱向縫焊減少了55％，從而改善了磨光時間。
權利要求
1.一種構成加套氣化器的內部熱襯里或夾套的方法，該加套氣化器包括具有開口的外殼或壓力容器，該開口使得能夠進入氣化器的內部，該方法包括通過開口將夾套壁弓形體插入氣化器內部，各夾套壁弓形體包括細長的夾套板，該夾套板有環形表面；以及多個橫向延伸縱向間開的增強件結構，這些增強件結構豎立在該環形表面上；將夾套壁弓形體并排布置，從而在相鄰夾套板之間留下孔或空間；通過在所述相鄰間開的夾套壁弓形體之間的孔或空間來將相鄰間開的夾套壁弓形體的增強件結構焊接在一起；用窗口板關閉孔或空間，并將相鄰間開的夾套板的縱向延伸邊緣焊接在插入的窗口板上，以便形成柱形夾套壁的一部分；以及將夾套壁焊接在頂端和底端夾套部件上。
2.根據權利要求1所述的方法，其中夾套板的厚度小于25mm。
3.根據權利要求2所述的方法，其中夾套板的厚度小于18mm。
4.根據前述任意一個權利要求所述的方法，其中所述環形表面為凸形彎曲，且增強件結構為部分環形，其包括在夾套板的環形表面上的徑向凸緣和與該徑向凸緣垂直布置的端部凸緣，即與夾套板的彎曲環形表面同心并對著該彎曲環形表面。
5.根據權利要求4所述的方法，其中徑向凸緣形成孔，以便使流過環形通路或夾套空間的冷卻劑能夠通過該徑向凸緣。
6.根據權利要求5所述的方法，其中各徑向凸緣的至少25％為空的。
7.根據前述任意一個權利要求所述的方法，其中增強件結構在沒有支承條的情況下通過完全熔透焊接而焊接在一起。
8.根據前述任意一個權利要求所述的方法，其中將相鄰間開夾套板的縱向延伸邊緣焊接在插入的窗口板上將在沒有支承條的情況下進行。
9.根據前述任意一個權利要求所述的方法，其中氣化器是固定床氣化器。
10.一種具有內部熱襯里或夾套的加套氣化器，該內部熱襯里或夾套根據權利要求1至9中任意一個所述的方法構成，并包括夾套壁弓形體，該夾套壁弓形體焊接在插入的窗口板上，且該內部熱襯里或夾套包括相鄰增強件結構弓形體，它們連接在一起以便形成在夾套空間內部的增強件結構。
11.一種加套氣化器包括外殼或壓力容器和內部熱襯里或夾套，該內部熱襯里或夾套形成了氣化區域，用于冷卻劑的環形通路或夾套空間在外殼和夾套之間；以及周向延伸垂直間開的增強件結構，該增強件結構安裝在夾套上，并在環形通路或夾套空間中。
12.根據權利要求10或11所述的氣化器，其中內部熱襯里或夾套包括柱形夾套壁，該柱形夾套壁包括夾套壁弓形體和端部夾套部件，且夾套壁的最小厚度可以小于25mm。
13.根據權利要求10至12中任意一個所述的氣化器，其中增強件結構為環形，包括在夾套的柱形表面上的徑向凸緣和與該徑向凸緣垂直布置的端部凸緣，即與夾套板的柱形表面同心并對著該柱形表面。
14.根據權利要求13所述的氣化器，其中徑向凸緣形成孔，以便使流過夾套空間的冷卻劑能夠通過該徑向凸緣。
15.根據權利要求14所述的氣化器，其中各徑向凸緣的至少25％為空的。
16.根據權利要求15所述的氣化器，其中各徑向凸緣的至少35％為空的。
17.根據權利要求11所述的氣化器是固定床氣化器。
全文摘要
一種構成加套氣化器的內部熱襯里或夾套的方法，該加套氣化器包括具有開口的外殼，該開口能夠接近氣化器的內部，該方法包括通過開口將夾套壁弓形體(40)插入氣化器內部，各夾套壁弓形體(40)包括細長的夾套板(42)，該夾套板有環形表面(44)；以及多個橫向延伸縱向間開的增強件結構(46)，這些增強件結構豎立在該環形表面(44)上。使夾套壁弓形體(40)并排布置，從而在相鄰夾套板之間留下孔或空間。通過在所述相鄰間開的夾套壁弓形體之間的孔或空間來將相鄰間開的夾套壁弓形體的增強件結構(46)焊接在一起，并用窗口板(58)關閉孔或空間。
文檔編號C10J3/76GK1950486SQ200580014756
公開日2007年4月18日 申請日期2005年11月15日 優先權日2004年11月17日
發明者亞克勃斯·安德里亞斯·斯泰德勒, 茲比哥尼修·弗朗西斯澤克·邁帝亞 申請人:塞索魯奇科技(特許)有限公司