专利名称:熔融物排出口的制作方法
本发明是关于细微固体物质的气化、尤其是煤的气化装置。在这种装置中，煤或其他碳质燃料被引入气化容器(Vessel)，在高温及氧存在下转化成合成气及副产灰分。
副产灰分以熔融矿渣形式聚集在气化室下部，并必须从中连续排除。例如，美国专利(U.S.Patent 4312637)披露了一种从气体发生器中排除矿渣的结构，该结构具有三个滴沥点，且位于不同平面上。
排除矿渣通常是借助于装在气化器上的可使熔融物通过的矿渣分离器。气化行业公认，排渣口结构的构造形式和材质对排渣口之寿命是决定性因素。选择排放结构的材质必须根据排渣口所处的高温工作环境和熔渣的磨蚀性及侵蚀特性。排渣口的结构形式是重要的。它必须使熔渣在通过排渣口时保持流动状态，而不在排渣口周围或内部产生固化以引起架桥和堵塞。如果制成的排渣口有很深的熔渣必须通过的孔，则由于熔渣在孔内的行程很远，并且(或者)不能保持高于矿渣熔点的气化器内部的温度，因而，很可能发生矿渣的固化。已经提出了减少固化的各种排渣口结构形式。例如，上述提到的美国专利4316637。
本发明提供了一种熔渣排放口，它可防止由于熔渣在排放孔内或排出嘴周围的固化而引起的堵塞现象，而且这种排渣口的结构可由常规耐火材质简便制成。
本发明提供了一种位于气化器内的底板上的熔渣排放口，器内的液态物料可由此排出。该排渣口包括
(a)一个孔口;
(b)围绕于该孔口的第一滴沥线，此线与上述孔口借第一延伸面相联;
(c)围绕于第一滴沥线的第二滴沥线，(ⅰ)该线与第一滴沥线基本上处于同一平面上;
(ⅱ)该线与第一滴沥线借第一延伸中空连接面相联。
排渣口的这种构造形式，可减少液体流经该口的时间。当液体为熔融态时这种特点尤为重要，因它可使熔渣在排放口内或排出嘴外的固化机会大大减少。为减少液体的通过时间，将排放口的孔口深度减小到最低限度。对于从温度约为2400°F(1300℃)至3000°F(1650℃)的煤气化室排放熔渣来说，孔口之深度最好小于4吋(10cm)，以保证其内部不发生固化。孔口的内部最好应不含有呈角度的交界点，因这些部位容易引起液体集结。最好应避免这种集结，因为其集结程度能逐渐加大，以至其底部的熔液很易固化。因此，推荐采用曲线状孔口，而圆形孔口则是最理想的。
不管孔口的结构形式如何，其横向最小距离应该足够大，以允许液体快速通过。鉴于孔口结构、矿渣流速、粘度及表面张力都是必须考虑的影响因素，最好借助经验来决定此项最小距离。业已发现，对用于从2400-3000°F(1300-1650℃)的工业煤气化反应器的排渣圆形孔口而言，孔口直径至少应为6吋(15cm)，最好约在12-48吋(30.5-122cm)之范围内。
围绕孔口的第一滴沥线向下安装，并从孔口向外在径向有一定的间距。滴沥线最好从孔口向外在径向有一定的间距，因此使滴沥线上的任何一点至孔口上的各自对应的最近点之距离大体相等。这种关系导致了滴沥线结构与孔口底部结构的一致性，即前者尺寸大于后者，以满足所需要的范围。根据这些优先考虑的准则，一个圆形孔口应对应有一个直径比它大的圆形第一滴沥线。
该孔口经一连续延伸面与第一滴沥线相联。例如，当孔口为圆形时，延伸面应为环形面，最好为截头圆锥面。
排渣口还设有围绕于第一滴沥线的第二滴沥线。除了尺寸较大外，第二滴沥线与第一滴沥线之结构最好相仿，以保证第二滴沥线上的各点能与第一滴沥线上的各对应最近点之距离相等。
因此，若第一滴沥线是圆的，第二滴沥线也应是圆的，只是它的直径稍大。
如果第一和第二滴沥线大体上共处于同一平面的话，则发现它们通常十分有用。能实现共面关系的程度取决于结构材质和结构工艺。例如，如果排渣口为圆形，直径为24吋(61cm)，且由耐火砖制成，则两条滴沥线的关系与实际的共面关系的偏离程度通常约为1到3吋(2.5至8cm)。
第一、第二滴沥线经由第一中空延伸面彼此相联。此中空面由两个截头圆锥面组成，两圆锥面在位于第一、第二滴沥线上方的一个平面上相交。相交处位于一个圆锥面的底和另一圆锥面的顶之间。交角以钝角为宜，尤以90°(直角)为最佳。
实际上，由于孔口深度极短，熔液可快速通过孔口。如果从孔口滴出任何熔液的话，它将沿第一表面流向第一滴沥线。第一滴沥线的边刃结构有助于滴到其上的熔液快速聚集，以使其迅速获得足够的重量来克服由于熔液的表面张力，所引起的熔液粘结在滴沥线上。熔液向滴沥线迅速聚集并迅速离开滴沥线，可使熔液由于冷却作用而在滴沥线上或其周围的固化机会减到最小程度。如果从孔口滴沥下来的熔液量淹没了第一滴沥线，如同第一滴沥线之作用那样，第二滴沥线同样起到使熔液迅速聚集及脱开的作用。本发明中的排渣口还可采用围绕于上述两条滴沥线之外的辅助滴沥线。引入辅助的滴沥线的必要性取决于熔液在孔口处的滴沥程度及通过排渣口熔液的流体性质。另外，从提供就地的后备滴沥线的角度看，在里圈的滴沥线损坏情况下，辅助的滴沥线是有用的。这种就地的预备措施是有益的，使在气化器中正在进行的反应不必停下来去更换滴沥线。
若令第一滴沥线充分靠近孔口以使滴沥液体从孔口流向该滴沥线的行程距离很小，则很容易实现熔液的迅速排除。例如，如果这种排渣口用于煤气化器、且其圆形孔口的直径约为24吋(61cm)时，则行程距离可在大约2-5吋(5-13cm)之间选择。第二滴沥线不应距第一滴沥线太近以免干扰第一滴沥线上的滴沥情况，但也不能离得太远以防延迟滴沥液体的二次滴沥。与前述相同，需要凭借经验来决定第二滴沥线的位置。对于刚才所述的煤气化反应器排渣口来说，业已发现，第二滴沥线的直径比第一滴沥线的直径大出约6-12吋(15-30.5cm)是有利的。
由于本发明的排渣口采用了新颖结构，有可能用预烧砖制成，详见下述。采用预烧砖可得到优于其他结构形式的重要优点。这是因为，由于几何形状的需要，那些结构形式要求必须采用非预烧的耐火材料，例如舂砂混料(ram mix)、可铸耐火材料或塑性耐火材料。采用预烧砖是合乎需要的，因其密度高，孔隙率低，用于要碰到诸如熔渣这样的熔融液体的场合时仍有相当长的寿命。另外，使用预烧砖能方便地提供一具有很小深度的圆形孔口。其深度之小可认为孔口具有“刀刃状”开口。减小排渣口深度的优点已如前述。
上述种种特点决定了本发明在应用上的满意可靠性和制造上的经济合理性。这一点会从以下结合附图所述的本发明的一种令人满意的具体装置中得到更充分的理解。在附图中同一编号对应于同一部件。
图1为带有本发明的排渣口的一个气化器的下部位剖面图;
图2为图1所示的排渣口俯视图。
现参照图1和图2，图中有一气化器，一般用数字10标明，其内部装有一个本发明的排渣口，一般用数字18标明。气化器10有一外壁11。在多数场合及图中所示的具体装置中，气体器是圆柱型的，至少在按装排渣口的部位是圆筒形的。这种圆筒形型式并非是必须的，但最好采用。气化器口有一底板12，其中心有一开口。此开口外围装有法兰14及16，前者位于底板12之下表面，后者则位于底板之上表面。常规表明，此二法兰有益于提高底板12在其中心开口部位的刚性，并有助于支承排渣口18。
排渣口18由四层预烧耐火砖组成，例如可采用法国Lafarge Refractairies公司制造的Zirchrome-60，其表面均呈截圆锥形。底层耐火砖20覆盖在起绝热及支承作用的粒状物28的上面。底砖层20的顶部之尺寸做成可使其位于法兰16之上。其它覆盖砖层与其竖直轴所成的角将与底砖层20的截圆锥面与其竖直轴所成的角一致。为使气化器中所持液体快速并完全地经排渣口18排出，对多数熔液来说，该表面与竖轴所成的角最好位于30°至60°的范围内。但对某些特殊粘性熔液，该角度可能以高于或低于上述范围为最宜。
第二砖层22覆盖于底砖层之上。第二砖层22的顶圆直径小于底砖层20的顶圆直径。请注意，如图所示，组成第二砖层的砖是(与底砖层的砖)错开的，因而底砖层20的接缝与第二砖层的接缝彼此不互相覆盖。这种错开灰浆接缝的方法是众所周知的技术，常用于砖砌的燃燃炉板层结构，并已证明当燃烧炉运转时，它有助于保持板层的安好。灰浆接缝错开法亦用于第三砖层24及第四砖层26。第三砖层24覆盖于第二砖层22之上，且其顶圆直径小于第二砖层22的顶圆直径。第四砖层26覆盖于第三砖层24之上，且其顶圆直径是最小的。
由图1可见，第四砖层26在其顶部的最里边刃处构成一圆形孔口，此孔口被砖的上端边刃所限定，该边刃同时又限定了第四砖层26的顶圆。这些砖，尤其是预烧过的砖，具有锐利的边刃，因而圆形孔口30是刀刃状的。形成第四砖层26的砖在其低端边刃处还提供了圆形滴沥线32。由于砖的锐利边刃状结构，圆形滴沥线32亦为刀刃状的。这种刀刃状结构是很有利的，因它使熔液在滴沥线上粘着的表面非常小，故只要有非常少的液体积累即可产生使液体从该处脱开的作用。
位于第四砖层顶部周围的末端砖面亦提供了将圆形孔口30和第一圆形滴沥线32相联的截圆锥面36。圆形孔口和圆形滴沥线之间的距离即为砖的厚度。对多数耐火砖而言，此距离应为大约2至4吋(5至10厘米)。可以理解，这个距离是很小的，有助于确保任何滴沥下的液体都能快速移向第一圆形滴沥线32，以使液体迅速从排渣口排出。也可采用其他距离，只要从圆形孔口30滴沥的液体流过的这个距离不至产生太长的流动时间即可。流动时间太长会使熔液在从任何圆形滴沥线上脱开之前即已冷却到固化温度点。
通过由第二砖层的耐火砖形成的顶部，第二砖层24，提供了第二圆形滴沥线34。应注意，圆形滴沥线34是与第一圆形滴沥线32基本共面的。第二圆形滴沥线34的结构与第一圆形滴沥线32相似。第一和第二圆形滴沥线经由第一中空环形面而彼此相联。对于附图所示的具体装置，这个中空环形面是由截头圆锥面38和另一截头圆锥面40组成的。截头圆锥面38在其底部与截头圆锥面40的顶部约成90°直角相交。交界点39位于圆形滴沥线32和34所在的平面之上方。这种位于滴沥平面上方的交界点位置可产生两种作用。即，第一，液体向外进行的径向运动首先被抑制，因为这种运动，首先需要经过一种向上的流动;第二，如果这种向外的径向运动不能被完全控制的话，那么对那些未控制住的液体而言，由于上述结构所提供的向下流动的通路，向外的径向运动得到了加强。因此，未控制住的液体又迅速移到第二圆形滴沥线34。
图中所示的具体装置中还设有一个第二中空环形面。此第二中空面的作用及其运行方式与刚才所述的第一中空面完全相同。第二环形中空面由截头圆锥42和44所组成。锥面42的底与锥面44的顶相交，形成交界线43。交线43位于第一和第二圆形滴沥线所在的平面之上。任何与截圆锥面44接触的液体都将导流到法兰14和16的内表面上。如果该液体本来是熔融的，很可能非常充分地在这些内表面上固化，原因是这些表面不具有滴沥强化结构。如果固化量多得难以承受，即，对于所涉及的工艺过程的给定经济效率而言，排渣口堵塞过于频繁，则需增设与第一及第二滴沥线32、34相似的另一滴沥线或一系列滴沥线，以助于液体从排渣口18迅速滴沥排出。
构成环形中空面的各种截头圆锥面的底到顶的尺寸(宽度)应保证液体能迅速移到圆形滴沥线，而不促成液体在滴沥线间架桥。对于任何特定的应用场合，最佳宽度的选择均取决于诸多因素，即，液体的固化温度及其流动性质、液体的冷却速率、滴沥线的结构及其他众所周知的类似因素。因此，这一宽度最好借助经验而定。当采用耐火砖制成排渣口时，对于那些由砖的末端面形成的截圆锥面(即36、40和44)而言，最方便的是使其宽度与砖的末端面之宽度尺寸相当。那些由砖的一部分下表面形成的截圆锥面(即38和42)，其宽度则取决于该圆锥面与竖轴的夹角。例如，若该面与竖轴的夹角为45°，且交界点39及43处的夹角均为90°，则组成每个中空环状面的两个截圆锥面的宽度是相等的，因而均可由砖的端面36、40及44的宽度尺寸而决定。
交界点43和39处的最佳角度基本应是直角(90°)。一般认为这个角度可产生最大量的液体流动而不伴随产生在形成环状中空面的两圆锥面间的液体架桥现象。
对本文披露的具体装置可做下述修正和变更而不偏离本发明的宗旨。例如，如果排渣出口具有图1和图2所示的具体装置的几何结构，但排渣口不采用耐火砖而用其他材质(例如，可铸性耐火材料)制成，那么仍属本发明范围内。这里，还包括对图中所示排渣口的组件结构的进一步修改。例如，在垂直剖面图上，中空环形面可以制成半圆形或抛物线形剖面结构，而不是如前所述的由截圆锥面形成的带角度的剖面。
权利要求
1.在容器的底层板上设有一排渣口，以供该容器内的液体成分经其排出，该排渣口包括(a)、一个孔口；(b)、围绕于该孔口的一条第一滴沥线，该滴沥线经第一延伸面与该孔口相联；(c)、围绕于该第一滴沥线的一条第二滴沥线；该第二滴沥线(ⅰ)与该第一滴沥线基本共面，(ⅱ)经第一延伸中空连接面与该第一滴沥线相联。
2.按照权利要求
1的排渣口，其中所述的第一和第二滴沥线基本为圆形，该第一延伸中空连接面包括第二及第三截头圆锥面，该第二截头圆锥面在其顶部与该第一滴沥线相联，并在其底部与该第三截头圆锥面的顶部相联，该第二及第三截头圆锥面的连接点位于该第一及第二滴沥线之上方，且第三截头圆锥面在其底部与该第二滴沥线相联。
3.按照权利要求
2的排渣口，其中所述的第二滴沥线以该第一中空连接面和第二中空连接面为界。
4.按照权利要求
3的排渣口，其中所述的第二中空连接面包括第四及第五截头圆锥面，该第四截头圆锥面在其顶部与该第二滴沥线相联，并在其底部与该第五截头圆锥面的顶部相联，该第四及第五截头圆锥面的连接点位于该第二滴沥线之上方。
5.按照权利要求
2或4的排渣口，其中所述的各截头圆锥面的联接处基本应为直角。
6.按照权利要求
1或5的排渣口，其中所述的孔口是曲线型的。
7.按照权利要求
6的排渣口，其中所述的曲线形孔口基本是圆形孔口。
8.按照权利要求
7的排渣口，其中所述的第一滴沥线基本是圆形的。
9.按照权利要求
8的排渣口，其中所述的延伸面为第一截头圆锥面，该面在其顶部与基本为圆形的该孔口相联，并在底部与基本为圆形的第一滴沥线相联。
10.按照权利要求
5或9的排渣口，其中所述的孔口基本上为圆形，且其深度不大于4吋(10厘米)。
11.按照权利要求
1的排渣口，其中所述的第二滴沥线以该第一中空连接面和第二中空连接面为界。
12.按照权利要求
1的排渣口，其中所述的排渣口是由包括耐火砖及灰浆的材质制成的。
13.按照权利要求
9的排渣口，其中所述的排渣口是由包括耐火砖及灰浆的材质制成的，且该孔口的深度与形成该孔口的该耐火砖的上端边刃的尺寸相等。
14.按照权利要求
13的排渣口，其中所述的第一截头圆锥面的宽度与形成该第一截头圆锥面的该耐火砖的末端表面宽度相等。
专利摘要
公开了一种以围在两条滴沥线内的浅孔口为特征的排渣口。第二滴沥线围绕在第一滴沥之外且与第一滴沥线基本共面。两条滴沥线借一环形中空面彼此相联。
文档编号C10J3/08GK86102609SQ86102609
公开日1986年12月17日 申请日期1986年4月16日
发明者布鲁斯·C·彼得斯, 理查德·M·格罗斯, 斯塔利·R·彼尔森, M·达尔·梅伊斯 申请人:陶氏化学公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan