专利名称：用于冷却从气化器产生的合成气的系统和方法
技术领域：
本公开大体涉及整体气化联合循环(IGCC)发电，并且更具体地涉及用于冷却来自气化器的合成气的方法和设备。
背景技术：
至少一些已知IGCC发电系统使用将含烃供料转化成部分氧化的气体的气化器。已知为“合成气”的部分氧化的气体用于为至少一些燃烧涡轮提供燃料。然而，在可使用合成气之前，诸如夹带固体、二氧化碳和/或硫化氢的杂质通常必须从合成气移除。已知IGCC发电系统产生处于高温的合成气。为了移除夹带固体，至少一些已知功率操作系统利用辐射和对流合成气冷却器冷却合成气。已知冷却器从合成气回收热，因此降低合成气温度以使夹带固体能够以渣(slag)和颗粒物质的形式从合成气流退出。在冷 却和移除渣和颗粒物质之后，合成气处于适合于二氧化碳和硫化氢的移除的温度。然而，已知冷却器是相对大且昂贵的并且要求泵、管道和钢鼓的阵列以有效地冷却合成气。然而，已知冷却器可要求频繁维护以避免污垢问题。因此，存在对不昂贵、更紧凑的合成气冷却器的需要，该合成气冷却器对污垢有抵抗力并且不要求大量的辅助装备。此外，预期的是能量将变得更加昂贵。因此，还存在对具有提高的效率和寿命的冷却装备的需要。
发明内容
在一方面，提供合成气冷却器。合成气冷却器包括限定腔室的外壁。第一膜式水冷壁定位在腔室内。热虹吸管(thermal siphon)定位在第一膜式水冷壁和外壁之间，并且构造成引导合成气流穿过其中以便于冷却弓I导的合成气。在另一方面，提供燃气涡轮发动机系统。燃气涡轮发动机系统包括压缩机和燃烧器，该燃烧器与压缩机流动连通以接收由压缩机排出的空气中的至少一些。合成气冷却器联接成与燃烧器流动连通以用于将合成气流引导到燃烧器。合成气冷却器包括限定腔室的外壁。第一膜式水冷壁定位在腔室内。热虹吸管定位在第一膜式水冷壁和外壁之间，并且构造成引导合成气流穿过其中以便于冷却弓I导的合成气。在又一方面，提供用于冷却在气化器中产生的合成气并使渣和颗粒物质从合成气分离的方法。方法包括在合成气冷却单兀内以三个同心、竖直地定向的膜式水冷壁包围合成气流。冷却流体引导穿过三个同心膜式水冷壁。合成气向下穿过三个膜式水冷壁中的第一膜式水冷壁以部分地冷却合成气和使渣和颗粒物质从合成气分离。热虹吸管用于使部分冷却的合成气在三个膜式水冷壁中的第一膜式水冷壁和三个膜式水冷壁中的第二膜式水冷壁之间向上经过，并且接着在三个膜式水冷壁中的第三膜式水冷壁和三个膜式水冷壁中的第二膜式水冷壁之间向下经过，以产生冷却输出合成气。
图I是示范IGCC发电系统的示意图。图2是用于使用在图I所示的IGCC发电系统中的示范合成气冷却器系统的示意图。图3是用于使用在图2所示的合成气冷却器系统中的示范合成气冷却器的等距视图。图4是图3中示出并且沿线3-3截取的合成气冷却器的剖视等距视图。图5是图3中示出并且沿线4-4截取的合成气冷却器的部分的剖视倾斜俯视图。图6是半管冷却系统的等距隐藏线视图，该半管冷却系统联接于外壁并且可与图3中示出的合成气冷却器一起使用。图7是图3中示出并且沿线3-3截取的可选合成气冷却器的剖视等距视图。 附图不一定按比例绘制。然而，对应的附图标记在所有附图中表示对应的部件。
具体实施例方式如在本文中使用的，单词“示范的”限定为“它的种类的特征或阐明一般规则”并且不一定限定为“合乎需要的”或“最佳的”。单独地引用的示范实施例和本文中示出的它们的附图均不一定阐明可在实施例中组合的所有发明特征。此外，一些示范实施例和/或它们的附图可示出特征，这些特征本身不是创造性的，但是对于理解发明特征的背景而言是有用的。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅旨在区分本公开中详述和/或附图中示出的相似类型的物体。它们不意味着暗示用于对应物体的数字排序或时间或性质的任何指示，除非明确说明。此外，“第一”物体、“第二”物体或“第三”物体在实施例中的出现不一定暗示任何其他的相似物体在该特别实施例中的存在。例如，具有“第一”壁的实施例不一定具有“第二”这种壁。相似地，具有“第二”壁的实施例不一定具有“第一”这种壁。如在本文中使用的，术语“合成气”指的是由部分氧化的含烃给料制成的合成气体。合成气基于使用的给料在其确切成分方面变化，但是主要包括一氧化碳、氢气、水、二氧化碳和诸如硫化氢的可能杂质。合成气用作至少一些IGCC设备的燃烧器中的燃料。图I示出了示范IGCC发电系统10，其包括整体合成气冷却器系统11、燃气涡轮发动机系统15和蒸汽润轮发动机系统23。燃气润轮发动机系统15包括压缩机18、燃烧器16、驱动地联接于压缩机18和第一发电机22的涡轮20。燃烧器16联接于压缩机18，使得燃烧器16与压缩机18流动连通。蒸汽涡轮发动机系统23包括热回收蒸汽发生器(HRSG) 24、蒸汽润轮26和第二发电机28。在不范实施例中，整体合成气冷却器系统11包括气化器12和合成气冷却器14。气化器12部分地氧化诸如煤、提炼残渣、石油焦、残油、油乳剂、浙青砂或其他的含烃给料的燃料以制成合成气。整体合成气冷却器系统11联接于燃烧器16，使得整体合成气冷却器系统11与燃烧器16流动连通以用于将合成气流引导到燃烧器16。燃烧器16燃烧作为燃料的合成气以产生热高压气体。压缩机18吸入并压缩空气。来自燃烧器16的热高压气体和来自压缩机18的压缩空气混合在一起并且引导向涡轮20。当燃烧气体膨胀时，涡轮20转动来为第一发电机22提供动力。HRSG24利用来自涡轮20的废热产生蒸汽。HRSG24将蒸汽供应到涡轮26，涡轮26为第二发电机28提供动力。在许多情况下，含烃给料包含诸如粉尘、金属和矿物的杂质。从包含这种杂质的给料生产的合成气经常包含呈夹带渣和颗粒物质的形式的固体杂质。因此，在一些实施例中，本发明在二氧化碳和硫化氢的移除之前使渣和颗粒物质从合成气分离，以避免堵塞和污垢。合成气在从气化器12排出时处于高温。为了便于渣和颗粒物质的移除，在离开气化器12之后和在合成气进入燃烧器16之前,合成气通过合成气冷却器14冷却。图2是用于使用在IGCC发电系统10中的合成气冷却器系统30的示意图。图3是用于使用在合成气冷却器系统30中的合成气冷却器31的等距视图。图4是合成气冷却器31的剖视等距视图。图3和图4中示出的同样的构件以在图2中使用的相同的附图标记标不。在不范实施例中，合成气冷却器系统30包括定位在合成气冷却器31内的气化器29、联接于合成气冷却器31的换热器32和联接于合成气冷却器31和换热器32的合成气洗漆器33。传递管线112联接在合成气冷却器31和换热器32之间。第一或洗漆合成气导管114联接于合成气洗漆器33、传递管线112和换热器32以用于引导从合成气洗漆器33到传递管线112和换热器32的洗涤合成气流。第二或加热洗涤合成气导管116联接在换热器32和燃烧器16之间以用于引导从换热器32到燃烧器16的加热洗涤合成气流。在一个实施例中，气体清洁系统118联接在换热器32和燃烧器16之间以用于清洁来自换热器 32的加热洗涤合成气流。在合成气冷却器系统30的操作期间，煤和氧气引导到气化器29中以便于合成气的产生。气化器29引导合成气穿过合成气冷却器31以用于降低合成气的温度。第一合成气流34从合成气冷却器31引导到传递管线112和换热器32以用于加热来自合成气洗涤器33的第二或洗漆合成气流35。换热器32通过便于从第一合成气流34到第二合成气流35的热传递而进一步冷却第一合成气流34。在可选实施例中，换热器32通过便于从第一合成气流34到锅炉供给水的热传递而便于锅炉供给水流的加热，以生产高压蒸汽。换热器32将合成气引导到合成气洗涤器33以利用水洗涤合成气，以便于移除颗粒和氯化物。更具体地，换热器32将第一合成气流34引导到合成气洗涤器33以用于便于从第一合成气流34移除颗粒和氯化物。合成气洗涤器33将洗涤第二合成气流35的第一部分36引导到传递管线112以便于降低传递管线112中的金属温度和便于防止传递管线112和换热器32的污垢和传递管线112和换热器32内的固体沉积物。合成气洗涤器33还将洗涤合成气流35的第二部分38引导到换热器32。接着，小量的干燥加热再循环合成气气体与洗涤合成气混合，以使合成气稀释(过热)和使任何携带固体干燥以便于消除换热器32中的固体沉积物。第二合成气流35包括具有基本上减少的颗粒和氯化物流的合成气。当第二合成气流35进入换热器32时，来自第一合成气流34的热传递到第二合成气流35。第一部分36从传递管线112进一步引导到换热器32以与第二部分38混合和被加热。换热器32将第三或加热洗涤合成气流40引导向燃烧器16以用于在燃烧时使用。在一个实施例中，换热器32将第三合成气流40引导到气体清洁系统118。在示范实施例中，合成气冷却器31包括限定腔室42的合成气冷却器外壁37、供给注射器39、冷却合成气出口 41和定位在腔室42内的多个膜式水冷壁43。气化器29包含在合成气冷却器31内并且定位在第一膜式水冷壁44的顶部区段46中。供给注射器39构造成将诸如煤或其他的含碳材料的燃料和氧气的流引导到气化器29。气化器29便于合成气的产生并且将合成气引导穿过合成气冷却器31。来自气化器29的热合成气被第一膜式水冷壁44围绕，并且进入穿过第一膜式水冷壁44。第一膜式水冷壁44是基本上柱形的，并且基本上围绕穿过气化器29和合成气冷却器31的竖直中心线110定心，使得包含在热合成气中的至少大多数渣向下掉落，并且收集在联接于合成气冷却器外壁37的锁定漏斗45处。在示范实施例中，第一膜式水冷壁44包含冷却流体通过其循环的多个管或通路(未示出)。虽然当合成气引导穿过第一膜式水冷壁44时，来自合成气的热通过辐射和对流传递到冷却流体，但是合成气和冷却流体不直接接触。在一些实施例中，第一膜式水冷壁44至少部分地由高合金材料(例如，Incology 800 LC)制造以便于防止高温硫化和腐蚀。第一膜式水冷壁44包括顶部区段46、第二或中间区段47和第三或下区段48。在一个实施例中，顶部区段46和/或气化器29涂覆有捣打(ramming)混合耐火层，诸如但不受限于铬或碳化硅(SiC)基材料。在示范实施例中，中间区段47包括在第一膜式水冷壁44内限定通路51的第一倾斜定向壁49。第一壁49限定在其下端部处比在其上端部处更窄的、在通路51中终止的通道，使得面积/直径比率和用于穿过其中的合成气和渣的更均匀的驻留时间分配均便于增大。因此，粗渣的量便于增大。在示范实施例中，第一壁49由耐火砖制造以便于经受高温 合成气。在其他的实施例中，减小的水冷壁半径可通过将管(未在附图中示出)从第一膜式水冷壁44移除而实现。在通路51下方的第二倾斜定向壁55限定在其上端部处比在其下端部处更窄的通道。在示范实施例中，第一壁49和第二壁55均由耐火砖制造以便于经受高温合成气。在示范实施例中，第二膜式水冷壁59在合成气冷却器31内围绕第一膜式水冷壁44。如此，第二膜式水冷壁59具有比第一膜式水冷壁44大的直径。第二膜式水冷壁59包括多个第一径向翼壁57,其径向向内延伸以支撑第二膜式水冷壁59,并且联接于第一膜式水冷壁44。在不背离本公开的范围的情况下，第一径向翼壁57可具有任何大小、形状、尺寸和数量。例如，在示范实施例中，使用多于15个第一径向翼壁57。在另一个实施例中，使用多于或少于15个第一径向翼壁57。在又一个实施例中，使用多于或少于15个第一径向翼壁57。此外，在示范实施例中，第三膜式水冷壁61在合成气冷却器31内围绕第二膜式水冷壁59。第三膜式水冷壁61与第二膜式水冷壁59基本上相似但是具有比水冷壁59大的直径。第三膜式水冷壁61在一些实施例中支撑抵靠合成气冷却器外壁37。此外,第三膜式水冷壁61包括第二径向翼壁69，其径向向内延伸以支撑第三膜式水冷壁61并且联接于第二膜式水冷壁59。第二径向翼壁69的数量、大小和尺寸可在实施例之间变化，但是在一些实施例中，使用相同数量的第一径向翼壁57和第二径向翼壁69,使得各个壁57和壁69以相同的径向模式对齐。在一些实施例中，第一膜式水冷壁44、第二膜式水冷壁59和第三膜式水冷壁61基本上同心地对齐。在示范实施例中，多个第一未冷却挡板63从第二膜式水冷壁59的底部62延伸。挡板63向内定向成限定第一下通路65。此外，在示范实施例中，多个第二未冷却挡板71从第三膜式水冷壁61的底部70延伸。挡板71向内定向成限定第二下通路73。锁定漏斗45定位在第二下通路73下方以收集从合成气流掉落的粗渣，而冷却合成气从合成气冷却器31引导穿过合成气出口 41。锁定漏斗45保持有一定水平的水，其使可流动渣骤冷成在从合成气冷却器31移除时可分裂成较小件的易碎固体材料。从合成气出口 41排出的冷却合成气可包含细渣颗粒，其可利用附加处理移除。基本上所有的粗渣经由锁定漏斗45移除。
通过气化器29进入合成气冷却器31的合成气基本上通过沿着第一膜式水冷壁44向下流动而冷却。位于第一膜式水冷壁44的中心处或基本上接近第一膜式水冷壁44的中心的通路51便于使渣流集中到第一膜式水冷壁44的中心以促进合成气的再循环。与在重力作用下掉落到锁定漏斗45中的粗渣相反，部分冷却的合成气在向上方向75上流动到由第一径向翼壁57隔开且限定在第一膜式水冷壁44和第二膜式水冷壁59之间的环形空间74中。该合成气被进一步冷却并且在向下方向76上流动到由第二径向翼壁69隔开且限定在第二膜式水冷壁59和第三膜式水冷壁61之间的环形空间77中。热虹吸管79产生期望的流动模式(即，热气体上升，冷气体下降)，热虹吸管79由以箭头75表示的上升合成气和以箭头78表示的下降合成气之间的密度差产生。热虹吸管79的存在允许热粗渣被从合成气移除，同时允许合成气被冷却到适合于二氧化碳和硫化氢的移除的温度。在示范实施例中，引导穿过第一膜式水冷壁44的下区段48的合成气包括在大约1800°F到大约1600°F之间的温度。当合成气向上流动穿过环形空间74并且进入热虹吸管79中，合成气被进一步冷却，使得进入环形空间77中的合成气包括在大约1300°F到大约1200°F之间的温度。弓丨导穿过环形空间77和穿过热虹吸管79的合成气被进一步冷却，使得进入下通路73的合成 气包括在大约1000°F到大约800°F之间的温度。图5是图3中示出并且沿线4-4截取的合成气冷却器31的部分的剖视倾斜俯视图。图5中示出的同样的构件以图4中使用的相同附图标记标示。在示范实施例中，至少一个冷却剂入口 80联接于至少一个膜式水冷壁43以用于将冷却流体流引导穿过膜式水冷壁43。在可选实施例中，例如水的冷却剂经由一个或多个第一冷却剂入口 81供应到第一膜式水冷壁44。相似地，冷却剂经由一个或多个第二冷却剂入口 83供应到第二膜式水冷壁59，并且冷却剂经由一个或多个第三冷却剂入口 85供应到第三膜式水冷壁61。虽然用于蒸汽和冷却剂的进入点和流出点未在图I、图2和图3中示出，但是在熟悉本文中描述的实施例之后，本领域技术人员将能够选择这种进入点和流出点作为设计选择。在一个实施例中，一个或多个蒸汽集管86延伸穿过第一膜式水冷壁44和第二膜式水冷壁59之间和/或第二膜式水冷壁59和第三膜式水冷壁61之间的通道(未示出)。在示范实施例中，并且参照图6，具有半圆形横截面的多个“半管”89定位在合成气冷却器外壁37上或可焊接于第三膜式水冷壁61的内表面90。在使用代替壁的实施例中，代替壁的外表面(未示出)焊接于合成气冷却器外壁37的内表面。在至少一个实施例中，半管89是涂覆有保护SiC覆层的、由低合金制造的冷却剂管。虽然未在附图中示出，但是在一些实施例中，第二径向翼壁69向内延伸以联接于第二膜式水冷壁59。第二未冷却挡板71向内成角度以形成第二下通路73。在具有多个半管89的实施例中，在半管89中循环的冷却剂便于冷却以箭头78 (在图4中示出)表示的合成气流。图7是用于使用在IGCC发电系统10中的可选合成气冷却器202的剖视等距视图。骤冷壁208从第三膜式水冷壁61向下游延伸以限定主要合成气流动路径78的部分。在示范实施例中，骤冷壁208是基本上锥形的，并且从上游端部210朝向下游端部212向内逐渐减小或会聚。下游端部212联接于在定位在第二下通路73下方的骤冷室216内的骤冷环214。在可选实施例中，骤冷室216便于流动穿过其中的合成气的快速冷却。此外，在可选实施例中，骤冷室216包括骤冷环214、汲取管218、引流管220、防溅板222、水槽224和合成气出口 226。虽然水在本文中描述为用于使合成气骤冷的流体，但是诸如液体和/或气体的任何合适的非反应性流体可用于骤冷。在可选实施例中，骤冷环214可联接于池(未示出)、骤冷水供应件(未示出)和/或使合成气冷却器202能够如在本文中描述地起作用的任何其他的合适构件。在可选实施例中，汲取管218和引流管220与中心线110基本上同心地对齐。汲取管218的上游端部230和引流管220的上游端部232定位成与骤冷壁208相邻。汲取管218的下游端部234和引流管220的下游端部236延伸到水槽224中。此外，在示范实施例中，防溅板222是大致环形的并且围绕引流管220延伸。在示范实施例中，水槽224包括水(未示出)、池(未示出)和/或排放(blowdown)管线(未示出)。虽然水槽224描述为在其中具有水，但是水槽224可包括除了水之外的流体，并且仍被认为是“水槽”。相反地，水槽224是构造成使水保持在其中的骤冷室216的部分。在示范实施例中，汲取管218和引流管220均至少部分地浸没在水槽224内的水中。另外，在示范实施例中，骤冷室216包括延伸穿过合成气冷却器外壁37的至少一个合成气 出口 226。在系统操作期间，由气化器29产生的合成气沿着第一膜式水冷壁44向下引导穿过通路51并且进入下区段48中。第二膜式水冷壁59将部分冷却的合成气向上引导到环形空间74和热虹吸管79中。当合成气被进一步冷却时，第三膜式水冷壁61将冷却合成气向下引导穿过环形空间77并且进入骤冷室216中。更具体地，第三膜式水冷壁61和骤冷壁208将合成气引导到骤冷室216中。水引导到骤冷环214中以用于沿着汲取管218排出到骤冷室216中和排出到水槽224中。形成为合成气冷却物的渣(未示出)掉落到水槽224中以用于从合成气冷却器202排出。当合成气通过和/或沿着汲取管218、引流管220和/或防溅板222流动时，合成气内的颗粒形成渣。剩余的合成气是基本上没有颗粒的并且通过合成气出口 226从合成气冷却器202排出。在一个实施例中，从合成气冷却器202引导穿过合成气出口 226的合成气包括在大约350°F到大约300°F之间的温度。以上描述的实施例的优点中的至少一些包括用于合成气的更大热传递表面，因为第一膜式水冷壁44和附加第二膜式水冷壁59的两个侧面以及具有半管89的附加第三膜式水冷壁61或其代替物的一个侧面用于冷却。因此，实现比在仅包括一个膜式水冷壁的实施例中的可能热传递表面密度更大的热传递表面密度。另外，高合金热传递材料更高效率地使用，因为使用高合金热传递表面的两个侧面。另外，渣在穿过合成气冷却器31 (即，穿过第一膜式水冷壁44)的首先经过之后脱离以便于使关于延伸穿过热虹吸管79的随后两次经过的污垢最小化。另外，通过具有较短视觉长度(sight length)的合成气冷却器31限定的长有效合成气路径长度促进热传递。长路径长度促进纯塞式流(pure plug flow),使合成气温度最大化并且改进辐射热传递。短视觉长度还有助于辐射冷却器中的热传递，因为包含渣的气体通常是不传导的。此外，短视觉长度有助于消除靠近膜式水冷壁的较冷区域。在气化器12与合成气冷却器31分离(即，不包含在合成气冷却器31内)的实施例中，以上描述的实施例的进一步优点包括仅利用合成气冷却器31的最小尺寸增大以实现冷却，而不在合成气冷却器31中使用附加冷却系统(即，泵、管道、汽鼓)，因此降低成本和改进可用性。此外，由于水冷却，故气化器耐火寿命甚至在较高操作温度处延长。因此，每次经过的碳转化效率提高，并且处理细渣的成本降低。
在气化器12包含在合成气冷却器31内的实施例中，进一步的优点包括对传递管线和对流合成气冷却器的需要的排除。虽然辐射合成气冷却器31高度增大，但是较低成本管可用于降低温度服务。来自占地面积(footprint)的减少和装备减少的节省可不仅仅抵消辐射合成气冷却器的增加的成本升高。另外，较低合金管可用于热传递表面面积的近似一半，由此降低成本和允许更多的制造选择，因为存在内高合金管束、外低合金管束和压力容器。此外，所有原合成气在水管构造中位于壳侧(shell side)上，并且所有热传递表面是竖直的，由此减少或消除关于冷却器堵塞和沉积物的问题。此外，存在在合成气冷却器的洗涤合成气区段中的管上的低差压，由此允许使用较薄的管以降低成本、重量和热传递表面要求。当介绍本发明或其优选实施例的元件时，冠词“ 一 ”、“ 一个”、“该”和“所述”旨在意味着存在元件中的一个或多个。术语“包括” “包含”和“具有”旨在是包括的，并且意味着可存在除了列举的元件之外的附加元件。因为在不背离本发明的范围的情况下，可对以上结构和方法作出各种变化，所以意图是包含在以上描述中和在附图中示出的所有物质应当解释为说明性的并且不以限制性意义解释。在上面详细地描述用于冷却从气化器产生的合成气的系统和方法的示范实施例。系统和方法不受限于本文中描述的特定实施例，而是相反地，设备的构件和/或方法的步骤可被独立地且与本文中描述的其他的构件和/或步骤分开地利用。例如，方法还可与其他的气化器和方法结合使用，并且不受限于仅利用如在本文中描述的合成气冷却器系统实践。相反地，示范实施例可连同许多其他的气化器冷却应用而实施和利用。虽然本发明的各个实施例的特定特征可在一些附图中而不在其他的附图中示出，但是这仅为了方便起见。根据本发明的原理，附图的任何特征可结合任何其他的附图的任何特征而参照和/或要求权利。虽然已经根据各个特定实施例描述本文中描述的方法和系统，但是本领域技术人员将认识到，本文中描述的方法和系统可在所附权利要求的精神和范围内在具有修改的情况下实践。
权利要求
1.ー种合成气冷却器，其包括 外壁，其限定腔室； 第一膜式水冷壁，其定位在所述腔室内；和 热虹吸管，其定位在所述第一膜式水冷壁和所述外壁之间，所述热虹吸管构造成引导合成气流穿过其中以便于冷却弓I导的合成气。
2.根据权利要求I所述的合成气冷却器，其特征在于，还包括 第二膜式水冷壁，其与所述第一膜式水冷壁基本上同心地对齐；和 第三膜式水冷壁，其与所述第二膜式水冷壁基本上同心地对齐，其中，所述第二膜式水冷壁位于所述第一膜式水冷壁和所述第三膜式水冷壁之间。
3.根据权利要求2所述的合成气冷却器，其特征在于，还包括锁定漏斗，其联接于所述外壁以用于收集包含在注入的合成气中的渣。
4.根据权利要求2所述的合成气冷却器，其特征在于，还包括第一成角度壁，其从所述第一膜式水冷壁向内延伸；和第二成角度壁，其联接于所述第一成角度壁，所述第一成角度壁和所述第二成角度壁构造成促进所述合成气的再循环。
5.根据权利要求2所述的合成气冷却器，其特征在于，还包括第一径向翼壁，其联接在所述第一膜式水冷壁和所述第二膜式水冷壁之间；和第二径向翼壁，其联接在所述第三膜式水冷壁和所述第二膜式水冷壁之间。
6.根据权利要求2所述的合成气冷却器，其特征在于，还包括捣打混合耐火覆层，其联接于所述第一膜式水冷壁的顶部区段。
7.根据权利要求2所述的合成气冷却器，其特征在于，还包括至少ー个半管，其联接于所述第三膜式水冷壁的内表面，其中，所述半管包括低合金半管和SiC覆层。
8.根据权利要求2所述的合成气冷却器，其特征在于，还包括至少ー个入ロ，其联接于所述第一膜式水冷壁、所述第二膜式水冷壁和所述第三膜式水冷壁中的至少ー个以用于引导冷却流体流穿过其中。
9.根据权利要求I所述的合成气冷却器，其特征在于，还包括气化器，其定位在所述第一膜式水冷壁的顶部部分内并且构造成在所述第一膜式水冷壁内向下引导热合成气。
10.根据权利要求2所述的合成气冷却器，其特征在干，还包括骤冷壁，其联接于所述第三膜式水冷壁以用于将所述合成气从所述热虹吸管引导到骤冷室，其中，所述骤冷室便于快速地冷却所述合成气。
11.ー种燃气润轮发动机系统，其包括 压缩机； 燃烧器，其与所述压缩机流动连通以接收由所述压缩机排出的空气中的至少一些；和 合成气冷却器，其联接成与所述燃烧器流动连通以用于将合成气流引导到所述燃烧器，所述合成气冷却器包括外壁，其限定腔室；第一膜式水冷壁，其定位在所述腔室内；和热虹吸管，其定位在所述第一膜式水冷壁和所述外壁之间，所述热虹吸管构造成弓I导所述合成气穿过其中以便于冷却弓I导的合成气。
12.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机系统，其特征在于，所述合成气冷却器还包括 第二膜式水冷壁，其与所述第一膜式水冷壁基本上同心地对齐；和 第三膜式水冷壁，其与所述第二膜式水冷壁基本上同心地对齐，其中，所述第二膜式水冷壁定位在所述第一膜式水冷壁和所述第三膜式水冷壁之间。
13.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机系统，其特征在于，所述合成气冷却器还包括气化器，其定位在所述第一膜式水冷壁的顶部部分内并且构造成在所述第一膜式水冷壁内向下引导热合成气。
14.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机系统，其特征在于，所述合成气冷却器还包括骤冷壁，其联接于所述第三膜式水冷壁以用于将所述合成气从所述热虹吸管引导到骤冷室，其中，所述骤冷室便于快速地冷却所述合成气。
15.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机系统，其特征在于，还包括联接在所述合成气冷却器和合成气洗漆器之间的换热器，其中，所述合成气冷却器将第一合成气流引导到所述换热器，所述合成气洗涤器将第二合成气流引导到所述换热器以用于将热从所述第一合成气流传递到所述第二合成气流。
16.一种用于冷却在气化器中产生的合成气并使渣和颗粒物质从所述合成气分离的方法，所述方法包括 在合成气冷却単元内以三个同心、竖直地定向的膜式水冷壁包围合成气流； 将冷却流体引导穿过所述三个同心膜式水冷壁； 使所述合成气向下穿过所述三个膜式水冷壁中的第一膜式水冷壁以部分地冷却所述合成气和使渣和颗粒物质从所述合成气分离；和 利用热虹吸管以使部分冷却的合成气在所述三个膜式水冷壁中的第一膜式水冷壁和所述三个膜式水冷壁中的第二膜式水冷壁之间向上经过，并且接着在所述三个膜式水冷壁中的第三膜式水冷壁和所述三个膜式水冷壁中的第二膜式水冷壁之间向下经过，以产生冷却输出合成气。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括使用所述冷却输出合成气以生产电カ。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，使用所述合成气以生产电カ包括燃烧所述冷却输出合成气以产生热高压气体。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，使用所述合成气以生产电カ还包括引导所述热高压气体和来自压缩机的压缩空气到涡轮上来为第一发电机提供动力。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括利用来自所述涡轮的废热操作第二发电机。
全文摘要
一种合成气冷却器，其包括限定腔室的外壁。第一膜式水冷壁定位在腔室内。热虹吸管定位在第一膜式水冷壁和外壁之间，并且构造成引导合成气流穿过其中以便于冷却引导的合成气。
文档编号F28D7/10GK102782096SQ201080065215
公开日2012年11月14日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年1月5日
发明者P.S.华莱士, P.S.萨克 申请人:通用电气公司