生在急冷室314中的熱合成氣與冷水之間的直接接觸熱交換來回收成蒸汽(飽和水)。
[0034]然而，在一些實施方式中，可能期望通過在合成氣冷卻器中間接地冷卻合成氣來回收包含在合成氣中的熱能。由于需要冷卻的合成氣產物不包含高水平的水，或由于可在合成氣冷卻器中生成的高壓蒸汽對于工廠別處的另一應用是所需的，故這可被完成。實例可包括使用蒸汽用于汽輪機發電機中的發電或用于帶有汽輪機驅動的壓縮機中的機械功生成。在一些實施方式中，當期望回收合成氣中的熱能而不將熱合成氣在水中直接急冷時，急冷室314由向下流動的合成氣冷卻器(未顯示)替代。用于此服務的合成氣冷卻器必須不但將熱合成氣從大約2300 °?到2600 0F的溫度冷卻至大約900 °?到1400 0F的溫度，而且它們還必須對付合成氣中熱的且通常相對粘性的顆粒的存在。
[0035]在一個實施方式中，合成氣冷卻器構造有沿冷卻器的中心線的較大開口通道，其與反應器308、底錐/流出喉部310和其上方的充氣室312的公共中心線對準。由鍋爐給水可穿過多個管循環，由這些多個管構成的熱交換表面圍繞該較大中心通道的外周設置，以通過輻射和對流熱傳遞的組合機制來冷卻熱合成氣。由于輻射熱傳遞為此冷卻器中的熱傳遞的顯著手段，故它們通常稱為輻射合成氣冷卻器。沿合成氣冷卻器的中心線下的較大的開口通道通過提供用于熱顆粒的流動路徑而減小了可導致合成氣冷卻器堵塞的顆粒沉積到熱交換表面上的機會，對于絕大部分，避免了顆粒在熱交換表面上的直接沖擊。應當認識到的是，在此合成氣冷卻器的中心線中提供較大開口通道顯著地增加了冷卻器的直徑，且由多個鍋爐管制成的較大的外周熱交換表面的配置需要比合成氣能夠使用備選手段(例如，焚燒管合成氣冷卻器)冷卻的情況下所需的更大空間。此外，由于輻射合成氣冷卻器必須冷卻氣體和顆粒兩者，故其必須比如果剛好冷卻無顆粒合成氣所需的合成氣冷卻器更長(即，更大的熱交換表面面積)。所有這些因素合在一起，應當認識到，處理與合成氣一起的熱顆粒的要求導致了合成氣冷卻器相比于用于無顆粒合成氣的合成氣冷卻器在半徑和全長兩者上顯著更大。
[0036]然而，如圖4中所示，有可能構造在合成氣經過合成氣冷卻器之前使熱顆粒與原合成氣分離的系統。顆粒的預先移除較大地簡化了合成氣冷卻器的設計，且允許較小的廉價的焚燒管合成氣冷卻器用于替換較大的且更昂貴的輻射合成氣冷卻器。焚燒管合成氣冷卻器替代輻射合成氣冷卻器的影響遠大于節省空間和與較小焚燒管合成氣冷卻器相關聯的成本。附加的節省也由使用較短較輕的工作氣化器支承結構和較短的管路和器具導管路線的能力引起。此外，依靠大致無顆粒的合成氣運轉的焚燒管合成氣冷卻器的可靠性預計相比于以含有粘性顆粒的合成氣服務運轉的輻射合成氣冷卻器的可靠性是顯著改善的。
[0037]如圖4中所示，焚燒管合成氣冷卻器306通過將虛擬沖擊器304插入氣化器反應室320的出口 348與焚燒管合成氣冷卻器306的入口 356之間來冷卻來自卷吸流氣化器302的合成氣。在示例性實施方式中，第一虛擬沖擊器358包括氣化器302的底錐/流出喉部310、充氣室312、滴管336和熱側吸出通道367。來自反應室320的合成氣產物等同于圖2中所示的總流122，直線向下進入滴管336的合成氣等同于副流132，且進入熱側吸出通道367的合成氣等同于主流142。如同圖2，控制副流到滴管336和主流到熱側吸出通道367中的流速的閥和器具未顯示。在圖4的情況中，用于副流的控制裝備位于急冷的合成氣出口 328下游，且用于主流的控制裝備位于焚燒管合成氣冷卻器306的出口 368的下游。底錐/流出喉部310作為圖2和3中的流速加速噴嘴124而起作用。在一個實施方式中，底錐/流出喉部310朝滴管336連同所有卷吸顆粒加速反應室320中產生的入口或總的氣流。滴管336作用為圖2和3中的接收噴嘴134和出口通道130兩者，且將產物合成氣的副流連同卷吸的粗和細顆粒引導到第一急冷室314中。
[0038]在一個實施方式中，與由耐火材料支承底板332限定的水平面成角β定向的熱側吸出通道367作用為流動引導件236和如圖3中所示的出口通道140兩者。熱側吸出通道367的向上的角β構造成將進入熱側吸出通道367的合成氣的主流的流線從氣化器302的垂直軸線彎曲90+ β度。如圖2和3中所示，粗顆粒不能通過虛擬沖擊器的幾何形狀來克服施加到主氣流上的方向的急劇變化，迫使粗顆粒遵循其原來的軌跡進入副流的接收噴嘴中。同樣，在圖4中，經由軌跡352和354與總氣流一起進入的較粗的顆粒不能遵循主氣流的流線進入熱側吸出通道367。結果，較粗的顆粒繼續沿其原來的軌跡352和354連同副氣流進入滴管336和急冷室314。由于分成了大部分粗的和一些細的顆粒的主流，故進入熱側吸出通道367的主流包含減小濃度的細顆粒和很少(如果有)粗顆粒。卷吸在主流中的一些剩余細顆粒可影響熱側吸出通道367的傾斜表面，且形成熔渣層，其返回進入滴管中，因此影響了顆粒從氣體的進一步移除。保留在經過熱側吸出通道367的主氣流中的細顆粒繼續進入傳遞管360，且從該處進入第二虛擬沖擊器362。
[0039]在示例性實施方式中，第二虛擬沖擊器362連同第二急冷室364 —起包括熔渣分離容器370，其構造類似于帶有反應室308和急冷室314的氣化器302的構造。第二虛擬沖擊器362為耐火材料內襯的鋼容器，其中耐火材料襯層限定用于將總流引導至第二沖擊器的入口通道372、用于將副流引導出第二沖擊器且進入第二急冷室364的第一出口通道374，以及用于將主流引導出第二沖擊器且進入限定到焚燒管合成氣冷卻器306的入口 356的連接器366中的第二出口通道376。由于第一虛擬沖擊器358和第二虛擬沖擊器362串聯運轉，故經由熱側吸出通道367流出第一虛擬沖擊器358的主流變為經由入口通道372進入第二虛擬沖擊器362的總流。如同第一虛擬沖擊器358，控制第二副流進入第二急冷室364的滴管378和第二主流進入第二出口通道376的流速的閥和器具未顯示。同樣，對于第二虛擬沖擊器362，用于副流的控制裝備位于急冷的合成氣出口 380下游，且用于主流的控制裝備位于焚燒管合成氣冷卻器306的出口 368的下游。第二虛擬沖擊器362中的耐火材料襯層還限定本體382，其形成出口通道376的延伸部，且限定圍繞第二虛擬沖擊器362的內部元件的包圍空間。
[0040]在一些實施方式中，第二虛擬沖擊器362的內部元件包括帶有面向下的流動加速噴嘴386的入口插入件384、接收噴嘴388和接收噴嘴流動引導件390。在一個實施方式中，帶有流速加速噴嘴386的入口插入件384由耐高溫熔渣的陶瓷材料制成，然而，入口插入件384可由有助于抵抗熔渣的任何材料制成，包括但不限于耐火金屬或陶瓷基質復合材料。在一個實施方式中，插入件384由帶有內部冷卻通道(未顯示)的適合的金屬制成。接收噴嘴388和接收噴嘴流動引導件390形成到本體382的底部處的耐火襯層的表面中。第二虛擬沖擊器362的所有構件在一起包括圖2和3分別所示的虛擬沖擊器100和200的功能等同的裝置。
[0041]在示例性實施例中，第二虛擬沖擊器362的內部幾何形狀使得到來的總流穿過噴嘴加速，該噴嘴帶有遠小于第一虛擬沖擊器的流動加速噴嘴的直徑的直徑，且對流出第二沖擊器362作為主流的氣體施加基本上180度的轉彎。穿過流動加速噴嘴386的很高的氣體速度加上主氣流的流線的顯著彎曲確保了總氣體中進入第二沖擊器中的大部分細顆粒與副流保留在一起，且經由第一出口通道374流出第二虛擬沖擊器362。第一出口通道374將副流和移除的顆粒引導到第二急冷室364中，在該處，它們由水池392捕集，將它們與副氣流分離，其然后流出第二急冷室364來作為第二急冷合成氣流380。如同第一急冷室314，水池392的水位通過調節新鮮的第二急冷水394至第二急冷環396的入流和第二臟急冷水398的倒出流來控制。在一個實施方式中，捕集的細顆粒的一部分經由第二臟急冷水流398流出第二急冷室364，同時其余的細顆粒經由底部連接399流出至熔渣處理系統(未顯示)。因此，第二虛擬沖擊器362構造成從第一虛擬沖擊器358接收包含殘余的細顆粒的合成氣流，且引起殘余細顆粒與合成氣進一步分離，由此將實際上無顆粒的合成氣提供至焚燒管合成氣冷卻器306的入口 356。
[0042]在示例性實施方式中，接收噴嘴388的內徑與流動加速噴嘴386的內徑之比為1.2到1.5的范圍。噴嘴分離距離與流動加速噴嘴386的內徑之比為1.2到1.8的范圍。應當注意的是，接收噴嘴388的內徑與流動加速噴嘴386的內徑和噴嘴分離距離與流動加速噴嘴386的內徑之比可為有助于產生如本文所述的無顆粒合成氣的任何值。流動加速噴嘴會聚角在從40°到50°的范圍內。在一些實施方式中，在加速噴嘴386的直徑減小時，切口直徑也減小。因此，加速噴嘴386的直徑可減小，以便驅使越來越多的細顆粒連同副氣流直線向下進入第一出口中。由于流動加速噴嘴直徑減小而切口直徑的該減小發生，增大穿過流動加速噴嘴386的主氣流的速度，這繼而將較高向下動量給予氣體和所有卷吸的顆粒。這迫使氣流流線在主氣流反向流出入口至接收噴嘴388，進入本體382且然后進入虛擬沖擊器304的第二出口 376中時甚至更極端地彎曲。因此，虛擬沖擊器304構造成通過減小流動加速噴嘴386的直徑來盡可能多地從主氣流消除所有尺寸的顆粒，使得穿過流動加速噴嘴386的增大速度將高的初始向下動量給予盡可能多的所有尺寸的顆粒，且將迫使主氣流的流線盡可能極端地彎曲。
[0043]在一些實施方式中，氣化引導單元的結果已提出了 5:1到20:1的主流與副流之比能夠將合成氣中載有的顆粒減少約略地百分之80到90，指出了串聯的兩個虛擬沖擊器可能能夠將合成氣載有的顆粒減少百分之96到99。應當認識到，盡管預計應用以上總體設計方針，但實際的虛擬沖擊器大小可通過特定設計計算來優化，包括但不限于使用諸如計算流體動力學(CFD)模擬的計算機模擬。
[0044]圖5為可在圖1中所示的IGCC發電系統中使用的備選示例性氣化系統400的示例性側視圖。氣化系統400包括高壓高溫卷吸流動氣化器402、兩級顆粒分離器404、以及焚燒管合成氣冷卻器406。氣化器402生成熱的包含固體的原合成氣，且兩級固體分離器404從合成器移除固體，使得焚燒管合成氣冷卻器406可冷卻氣體，而不會變得由固體堵塞。氣化器402包括反應器408、底錐/流出喉部410、帶有側吸出通道467的充氣室412，以及急冷室414。急冷室414包括急冷環434、滴管436、清潔急冷水入口 424、臟急冷水倒出出口426、急冷合成氣出口 428，以及急冷的分離的固體出口 430。兩級固體分離器404包括第一虛擬沖擊器458、第一急冷室414、傳遞管460，以及帶有入口插入件484的第二虛擬沖擊器46