喷射环和设有这样一种喷射环的反应器容器及一种在水槽中湿润炭和/或渣的方法

摘要

一种用来在水槽(25)中用湿润流体湿润炭和/或渣的喷射环(26)，该喷射环(26)包括以环线布置的环路导管(39)，该环路导管在进口点处设有用来在进口流动方向上把湿润流体进给到环路导管中的进口，并且设有用来把湿润流体喷射出环路导管(36)的多个出口开口，其中进口流动方向在进口点处具有与穿过环路导管的湿润流体的环线流动方向相切的分量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用来在水槽中湿润炭和/或渣的喷射环，该喷射环包括以环线布置的环路导管。

本发明还涉及一种设有这样一种喷射环的反应器容器。

本发明还涉及一种在水槽中湿润炭和/或渣的方法。

这样一种喷射环和湿润方法可以用在煤炭气化厂的气化反应器中，或者用在其中在水渣槽中淬冷炭和/或渣的任何其它反应器中。为了本说明书的目的，炭指固体灰，并且渣指液体灰。

背景技术

在煤炭气化厂中，诸如煤炭之类的磨碎含碳燃料被转变成主要包括合成气体的成品气体。气化厂典型地包括气化反应器，或气化器，其中磨碎的含碳燃料在高压和高温条件下被气化。在这样一种气化器中，设置一个壁表面，在该壁表面上可由灰形成渣。这样一种壁表面能以隔膜壁的形式提供。

允许渣沿壁表面滴下，它被收集在渣水槽中，在渣水槽中它可被冷却和固化。在现有技术中，喷射环用来对在渣水槽的水面上或其附近的渣粒进行喷射，以便方便渣的下沉，从而从渣水槽下面除去渣。

用作在煤炭气化反应器下面的渣水槽中湿润炭和渣的湿润装置的喷射环在欧洲专利申请EP-A 0 318 071中有描述。这种喷射环基于在水平平面中延伸的圆形导管。喷射环包含来自渣槽的再循环水、和可能的湿润剂，并且设有用来保持可更换喷嘴的螺纹端口。圆形导管连接到用来供给水的供给管上，该供给管从圆形导管垂直地延伸到圆形导管在其中延伸的平面外。喷嘴必须具有位于预定范围内的直径，以便产生喷射水的足够速度，同时防止喷嘴由在再循环到圆形导管的水中包含的固体堵塞。

在EP-A 0 318 071中描述的喷射环存在来自再循环水的固体颗粒沉积的缺点。

发明内容

在本发明的第一方面，提供一种用来在水槽中用湿润流体湿润炭和/或渣的喷射环，该喷射环包括以环线布置的环路导管，该环路导管在进口点处设有用来在进口流动方向上把湿润流体进给到环路导管中的进口，并且设有用来把湿润流体喷射出环路导管的多个出口开口，其中进口流动方向在进口点处具有与穿过环路导管的湿润流体的环线流动方向相切的分量。

由于喷射环的环线布置，湿润流体可穿过喷射环环行运动。通过把进口流动方向布置成具有与穿过喷射环的湿润流体的环行流动方向相切的分量，引起或至少加强通过喷射环的湿润流体的环行运动。通过引起或至少加强环行运动而防止或减少在湿润流体中可能携带的固体颗粒的沉积。

在本发明的方法中，提供在重力场中比水槽高的包括以环线布置的喷射环的环路导管，并且通过在具有与穿过环路导管的湿润流体的环线流动方向相切的分量的进口流动方向上把湿润流体进给到环路导管中，使湿润流体穿过喷射环沿环线流动方向环行运动，同时，湿润流体从环路导管喷射到在水槽中的炭和/或渣上。

喷射环可布置在包括反应区域的反应器容器中，并且在重力场中布置得比反应区域低，渣水槽用来保持水并且从反应区域接收炭和/或渣，由此喷射环优选地在重力场中设置得比反应区域低。

美国专利4,828,578描述了一种环绕在反应室地板中形成的节流喉部的淬冷环。淬冷环正好位于圆柱形浸渍管的上边沿的附近。淬冷环具有内部水环行通道，并且具有位于浸渍管内部的出口开口，以向着浸渍管的内表面向外引导水流。节流喉部的直径小于淬冷环和浸渍管的直径，因此渣粒穿过淬冷环自由下落。

显然，美国专利4,828,578的淬冷环不是一种布置成在水槽中湿润炭和/或渣的喷射环，而是一种分配水而冷却浸渍管的分配环。结果，水不喷射到水槽中，而是代之以它沿浸渍管内壁滴下。另外，美国专利4,828,578的淬冷环具有始终充满水的内部孔道形式的内部较小通道。内部较小通道与在淬冷环内部的凸出隆起部分相联。

当携带水的颗粒被循环时这就带来问题，因为穿过淬冷通道的内部流动开口受到不必要的限制。

在本发明的一个实施例中，环路导管形成绕包围区域的周缘界线，并借此出口开口被导向成使湿润流体的出口流动方向具有向内导向包围区域的分量。这个实施例的优点在于，它不要求浸渍管。

在本发明的实施例中，形成环路导管的导管在与环线流动方向相垂直的平面中具有没有凸出截面的内部横截面轮廓。由此，避免在环路导管内部的不必要的流动限制。

在本发明的实施例中，喷射环的出口开口的一个或多个设有用来保持法兰可连接喷嘴的连接法兰。不像螺纹可连接喷嘴，法兰可连接喷嘴当受到侵蚀时容易更换。当法兰例如用螺栓固定在一起时，当侵蚀阻碍螺栓正常旋下时连接螺栓可被切断和更换。

显然，这样的法兰可连接喷嘴也可便利地设置在由现有技术已知的喷射环上，其不是不具有相对于环线流动方向在进口流动方向上的切线分量。

根据本发明的第二方面，提供有反应器容器，反应器容器包括反应区域，并且在重力场中布置得比反应区域低；渣水槽，用来保持水和从反应区域接收炭和/或渣；及根据本发明第一方面的喷射环。

优选地，反应器容器设有用来连接到湿润流体供给管上的进口端口，借此进口端口在重力场中布置得比喷射环高，并且，喷射环的进口开口经内部供给导管连接到进口端口上。由此提供自排出喷射系统，该自排出喷射系统由于在进口端口与在喷射环中的出口开口之间的重力差而排出。

在实施例中进一步改进自排出能力，其中内部供给导管专门非水平地延伸，以便避免在内部供给导管中某处的湿润流体的堆积。

本发明进一步涉及用来把一个或多个供给导管连接到进口端口上的分配箱，分配箱包括用来连接到进口端口上的第一连接装置、和用来把分配箱连接到一个或多个供给导管上的第二连接装置，其中分配箱在与供给导管之一相对的壁部分中设有基本与供给导管之一对准的接近端口。

由于相互对准，接近端口因而提供了为了检查和清洗目的而接近供给导管的方式。清洗软管，例如喷水软管，可例如经接近端口插入到供给导管中，而不必把供给导管与分配箱脱开或把分配箱与进口端口脱开。

附图说明

下文参照附图将更详细地并通过例子描述本发明，在附图中：

图1以横截面图示意地表示气化反应器的部分；

图2示意地示出喷射环的俯视图；

图3示意地示出图2沿线A-A的喷射环的横截面图；

图4(部分a和b)以横截面图示意地表示喷嘴的布置。

具体实施方式

在附图中相同的附图标记涉及相同的元件。

参照图1，示意地表示以产生合成气体的气化器3形式的气化反应器的底端。在煤炭气化厂中，这一般通过在煤炭气化反应器中在氧气或含氧气体存在的条件下，在1000℃至3000℃范围的较高温度下和在约1至70bar的压力范围(优选为7至70bar)内部分燃烧诸如煤炭之类的含碳燃料而发生。气化器3可以是竖直的长形容器，具有带有外壳1的压力容器，在燃烧器区域中优选地是圆柱形的，带有大体圆锥形或凸出的上和下端。反应器区域由用于冷却流体的循环的环绕隔膜壁结构13限定。典型地，气化器具有处于径向相对位置中的燃烧器2，但这不是本发明的要求。

在隔膜壁结构13中的冷却剂有助于气化器和出口温度的调节。隔膜壁结构13有助于在燃料的燃烧期间从燃料中分离开不可燃灰。渣形成在隔膜壁结构13上，并且允许滴下到渣排出孔12，从渣排出孔12渣11向下排出到渣水槽15中。

渣流被送到渣水槽的排出开口16，在排出开口16它与水25一起排出。悬浮渣残余物可从水面28经导管30滗去。

水25也被抽吸到在渣水槽15的排出开口16上方的高度处的管40中。水25经管40以足够低的速度退出，从而在再循环水25中不携带渣。在把水引导到进口端口29之前，水25优选地经过泵31和热交换器32再循环回水槽，该进口端口29流体连接到位于水面28上方的喷射环26上。喷射环26布置成形成导向水面28的再循环水的喷射流10，以便湿润在水表面28上可能存在的炭和/或渣，而便于从水槽15中除去炭和/或渣。喷射环26限定围绕被包围区域的周缘界线，并且布置成从反应器区域(例如经渣排出孔12)落下的炭和/或渣11穿过被包围区域。喷射环借助于内部供给导管27连接到分配箱34上，该分配箱在反应器的外壳1内部连接到进口端口29上。下面参照图2更详细地描述喷射环26和其到内部供给导管27的连接。

参照图2，喷射环26包括以环线布置的环路导管36。环线优选地具有圆形形状，优选地形成圆环或环形导管。可使用其它环线形状。喷射环26设有可更换喷嘴以产生喷射流10。下面将参照图4描述这些喷嘴。

仍然参照图2，环路导管36在三个进口点处设有用来在进口流动方向37上把湿润流体进给到环路导管36中的进口35。进口流动方向37在进口点处具有与穿过环路导管36的湿润流体的环线流动方向38相切的分量。在每个进口点35中在进口流动方向37与环线流动方向38之间的夹角α小于90°，优选地小于80°，及更优选地小于50°。在图2的实施例中，夹角α是45°。

而且，在图2的实施例中，喷射环的中心线和内部供给导管的中心线位于相同水平平面中，从而进口开口35提供在环路导管36的外周缘壁中。

可提供与以上描述的三个不同数量的进口点35，如单个进口点或两个进口点或四个进口点。优选地，进口点沿环路导管36以等间隔分布。多个进口点具有湿润流体以大体相等的量穿过出口开口中的每一个的效果。

现在参照图1至3，内部供给导管27导向单个分配箱34。这使要求在外壳1的外侧上的、经受腐蚀的分配管的量最小。分配箱34连接到进口端口29上，进口端口29在重力场中布置得比喷射环26高。这允许内部供给导管27的自排出能力。自排出能力由从分配箱34到进口开口35的内部供给导管27的专门非水平轨迹得到进一步促进。

图3具体地表示形成环路导管的导管横截面视图。在与环线流动方向相垂直的平面中形成截面。一般地，存在没有任何凸出截面(如内部孔道或分离平面)的内部横截面轮廓。优选地，内部横截面轮廓是完全凹的，如圆形或椭圆。

环路导管36设有出口开口，借此出口开口取向成使湿润流体的出口流动方向具有向内导向被包围区域的分量。出口开口优选地向下和向内导向排出开口16，以便促进向排出开口16输送炭和/或渣。适当地，出口开口设有喷射喷嘴。图4表示两种可能的喷嘴布置。

图4a示意地示出经在螺纹孔口17中的螺纹连接件18可连接到环路导管36上的喷嘴的横截面图。

图4b示意地示出用来保持法兰可连接喷嘴21的连接法兰22。法兰可连接喷嘴21能是设有适当喷嘴开口的盲法兰。

要认识到，可使用以上构造的各种组合，如不同的直径和撞击力、角度β等的喷嘴。

螺纹孔口17和法兰开口22都具有用另一个喷嘴替换喷嘴20、21的能力，该另一个喷嘴具有不同的直径和/或相对于水平的不同撞击角度，如在通过参考包括在此的EP-A 0 318 071的图3和4中表示的那样。由此可优化用来把炭和/或渣下沉到排出开口16的力。

图4b的法兰可连接喷嘴具有可拆性的优点。当连接法兰21和22的螺栓的螺纹受到侵蚀时，螺栓如示意指示的那样可被切断。由接触段23提供用来允许切断(工具)接近的在法兰21和22之间的空隙。

在操作中，喷射环按如下工作。湿润流体经进口端口29供给到分配箱34，其中湿润流体分布在可用的内部供给导管27上。然后在进口点35中引导湿润流体到环路导管36中，借此进口流动方向在进口点处具有与穿过环路导管的湿润流体的环线流动方向相切的分量。结果，在环路导管36中存在的湿润流体开始如由箭头39指示的那样环行。由此，防止在环路导管内固体颗粒的沉积。

同时，喷嘴产生指向水面28的多个湿润流体喷射流10。已经落到水槽15中的炭和渣颗粒11(图1)被搅拌以把颗粒置于彼此相撞的运动中。为了促进凝结，可将凝结剂添加到供给到内部供给导管27的水中。炭和渣颗粒聚结，并且下沉到水槽15的底部，随后被除去。

在环路导管中的湿润流体的最小循环速度有利地是1.0m/s，已经发现该速度作为用于避免在湿润流体中携带的渣粒的沉积的目的的下限。循环速度最好保持在约2.0m/s以下，以便限制由携带的渣粒引起的腐蚀。喷嘴开口的通常直径典型地在6mm与30mm之间，以便产生足够高的喷射速度，而同时防止喷嘴开口由包含在湿润流体中的固体堵塞。优选地，范围的下限是10mm，以保证避免在较长时间后堵塞。优选地，范围的上限是20mm，以在允许某些腐蚀的同时保持足够高的喷射速度。

喷射流10与水面28的理想碰撞角度取决于包括环路导管的直径和在水面28上方的高度的因素。典型地可使用与水平面的角β在40°与65°之间的角度。

在一个例子中，环路导管36的内径是193.7mm(8″)，并且内部供给导管27的内径是97.2mm(4″)。喷嘴开口直径是18mm，并且喷射角度与水平面以50°取向。

参照图1和2，分配箱34连接到进口端口29上。提供以带有肓法兰的法兰连接件19的形式的接近端口。这些法兰连接件19布置在与内部供给导管27相对的分配箱34的壁部分中，并且基本上与内部供给导管27对准。这允许内部供给导管27的插入，并且便于为清洗内部供给导管27而接近。在图1的实施例中，在接近开口与内部供给导管27之间的对准轴线是竖直的，而在图2中接近开口与内部供给导管27水平地对准。可使用任意角度。