专利名称：换热器以及操作换热器的方法
技术领域：
本发明涉及一种操作换热设备的方法，该换热设备位于气化反应器下游，该气化反应器用于部分燃烧含碳进料以便生产合成气体。本发明同样还涉及换热器。
背景技术：
在用于生产合成气体或合成气的气化过程中，含碳进料在气化反应器中被部分氧化。最初，所生产的合成气典型地具有1300-1600°C的温度。当合成气离开反应器时，热的合成气骤冷到1000-700°C之间的温度，然后被输送到包括一个或多个换热设备的冷却部分。
US 5，482，110公开了一种用于冷却来自部分燃烧反应器的合成气的换热器，该换热器包括由通道中的支撑件所携带的嵌套的换热表面。这些换热表面由互连以形成气密性壁的蜿蜒螺旋盘绕的管或者竖直的管形成。为了尽可能多地沿着换热表面引导热气体，穿过中心换热表面的中心通道被一块或多块板封闭。热气体沿着换热表面典型地以大约4-12m/s的速度流过。当热的合成气离开气化器单元时，热的合成气典型地包括在气化过程期间作为副产品而产生的飞灰。这种类型的飞灰的结垢行为及其对换热器材料的侵蚀作用随着所使用的含碳进料的种类和组成而改变。当气化反应器典型地设计用于特定生产率和工艺流程速度时，它们可仅仅用于有限范围的进料类型以防止换热器不期望的结垢。
发明内容
本发明的目的是提供一种换热器，该换热器可用于冷却由宽范围的含碳进料类型所制成的合成气，与此同时，一方面将结垢另一方面将侵蚀作用保持在可接受的水平。本发明的目的是通过一种操作换热设备的方法来实现，该换热设备位于气化反应器的下游，该气化反应器用于部分燃烧含碳进料以便生产合成气体，其中，所生产的合成气体以一流速流动通过换热设备，该速度可根据合成气体所携带的结垢成分的组成和/或颗粒尺寸进行调节。虽然低流速典型地导致结垢增加，但另一方面高流速导致换热器的材料侵蚀增大。通过根据本发明的方法，可能通过将流速调节到最优值来平衡侵蚀和结垢作用，该最优值可随着含碳进料的类型而改变。当通过在气化器单元中部分燃烧含碳进料而生产合成气体时，流速可例如根据含碳进料的组成和/或由合成气体所带有的飞灰的组成进行调节。可替代地或者另外地，流速可根据平均飞灰颗粒尺寸进行调节。已经发现的是，这些参数对合成气的结垢行为和侵蚀作用有重大影响。流速可例如随着飞灰平均颗粒尺寸的减小而成比例地加速。可替代地，如果使用某种类型的含碳进料(例如来自某批次或来源的煤)，则对于相同的特定类型或来源的煤可基于先前的经验来选择流速。根据本发明的方法可通过任何适当类型的换热器来实现，该换热器诸如是例如具有内部旁路的火管锅炉(fire tube boilers)。该方法可特别地通过一种换热设备来实现，该换热设备包括环绕一个或多个换热表面的通道，该通道具有可调节的流通能力。通过调节流通能力，可有效地控制和调节合成气体的流速以平衡侵蚀和结垢作用。
换热设备的通道可例如环绕具有闭合几何结构的同轴嵌套的多个换热表面，内部的换热表面限定出具有一个或多个闭合构件的内部通道，其中，一个或多个闭合构件可在第一位置与第二位置之间运动，在第一位置中，闭合构件堵塞内部通道，在第二位置中，内部通道至少部分打开。闭合几何结构或者管状几何结构例如可以是圆筒形的，但是可替代地，还可以具有任何其他类型的管状几何结构，例如，该几何结构显示为正方形、多边形或椭圆形的平面视图。这些换热表面可由平行的管状管路制成，例如互连(例如焊接)以形成气密性壁(例如成为管中管构型或者翅管型构造)的竖直的或者螺旋盘绕的管状管路。该管状管路可连接到冷却剂供给装置或者冷却剂排放装置。可选地，环绕嵌套的换热表面的通道壁还可由气密连接的螺旋盘绕的管状管路或者竖直平行的管状管路所形成，所述管状管路还可连接到冷却剂供给装置和冷却剂排放装置。这样的通道壁可例如由压力容器壁环绕。通过打开由这些嵌套的换热表面中的内部一个换热表面所限制的内部通道，流路的横截面通道面积显著增加，热气体产品的流速降低。如果闭合构件封闭该通道，则流路的横截面通道面积减小，从而增大热气体产品的流速。 如果这些闭合构件运动到第一位置与第二位置之间的至少一个中间位置以便部分地堵塞该内部通道，则进一步增强流速的可调节性。优选地，可逐渐打开或者闭合所述闭合构件。在一个特定实施例中，一个或多个闭合构件可绕着垂直于这些嵌套的换热表面的纵轴线的轴线而枢转。对于控制机构，该闭合构件可例如联接到延伸穿过外部通道壁的轴。如果期望的话，该轴可例如响应于流速和/或气体温度的测量值而被人工地控制或者自动控制。如果期望的话，柔性驱动传动装置可用来克服控制机构所横穿的各部件的热膨胀差
巳为了降低由热所导致的损坏的风险，闭合构件可例如包括一个或多个冷却通道，该一个或多个冷却通道分别操作地连接到冷却剂供给装置和冷却剂排放装置。在德国专利申请DE 39 13 422中公开了水冷控制构件的一个合适实例，其中，该水冷控制构件用于旁通管路中，用来对最终产品进行温度控制。换热设备作为气化反应器的一部分是特别有用的，该气化反应器用于通过部分燃烧含碳进料而生产合成气体。
将参照附图来说明本发明，其中图I示意性示出了根据本发明的换热设备；图2示出了根据本发明的换热设备的可替代实施例；图3A示出了用于根据本发明的换热设备的可替代的换热表面；图3B示出了用于根据本发明的换热设备的另一可替代的换热表面；图4示出了用于图I或图2设备中的控制构件。
具体实施例方式图I示意性示出了气化反应器(未示出)的冷却器部分的换热设备I的纵向横截面，该气化反应器用于通过部分燃烧含碳进料(诸如粉煤)来生产合成气体。换热设备I包括圆筒形的外部通道壁2，该外部通道壁环绕多个嵌套的、同轴布置的圆筒形换热表面3。外部通道壁2与嵌套的换热表面3同轴布置，并且被同轴的压力容器壁4环绕。外部通道壁2和换热表面3由平行的管状管路5 (例如螺旋盘绕的管路或者竖直的管路)形成，这些管路互连以形成气密性结构，因此两个换热表面3之间的气体流动不会逃逸到两个另外的换热表面3之间的空间。内部的换热表面6限定了内部通道7。闭合构件8包括可转动的圆形挡板9，该圆形挡板连接到径向延伸的轴10，该轴垂直于嵌套的换热表面3的纵轴线。该轴10延伸穿过嵌套的换热表面3、外部通道壁2以及压力容器壁4，在压力容器壁处可使用控制机构22人工地致动该轴。气体在图I中由箭头A所表示的方向上流动通过换热表面3。通过使轴10转动，该圆形体9可在用于堵塞内部通道7的第一水平位置与内部通道7打开且未被堵塞的第二位置之间逐渐地运动。当内部通道7被堵塞时，气体可仅仅在换热表面3之间流动。通过打开内部通道7，流动的横截面区域增加并且流速成比例地降低。
图2示出了根据本发明的换热设备的一个可替代实施例。在部件与图I的实施例中的部件相同的情况下，采用相同的附图标记。在此，轴10并不延伸穿过压力容器壁4，而是轮23将轴10连接到对转轴(counter shaft>24,该对转轴延伸通过压力容器壁4而到达控制机构22。这种传动装置可用于防止由该构造的各部分中的热膨胀所导致的机械应力。图I和2的实施例中的同轴嵌套的换热表面3是圆筒形的。但是，如果期望的话，可使用任何其他类型的闭合几何结构。在图3A中，这些嵌套换热表面3A具有正方形横截面，并且由互连以形成气密性壁的竖直的平行管5A所形成。在它们的下侧，换热表面3A延伸超过相邻的外部换热表面3A的下部边缘一段距离。这使得能够通过敲击装置或类似物来清洁每个换热表面。图3B示出了另一种可替代方案，其中换热表面3B是多边形的。换热表面3B由互连以形成气密性结构的蜿蜒的管状管路5B所构建。图4详细地示出了具有冷却系统的闭合构件8。需要注意的是，在其他可能的实施例中，如果期望的话，可使用未被冷却的闭合构件。轴10包括内部管状管路11以及同轴布置的外部管状管路12。该圆形体9包括三个同心的圆筒壁13、14、15，它们绕着垂直于轴10的纵轴线的轴线排列。同心壁13、14、15之间的空间16、17、18通过两个横向的圆形平端壁(未示出)闭合。轴10的内部管11延伸到由该内部同心壁15所包围的空间中。同心壁13、14、15中的开口 19、20、21布置为限定出用于冷却剂(尤其是水)的蜿蜒流动路径，该冷却剂经由外部管状管路12供给。水经由轴10的内部管状管路11中的横向开口 25而离开由内部同心壁15所包围的空间。管状管路11排放用过的冷却剂。
权利要求
1.一种操作换热设备(I)的方法，所述换热设备位于气化反应器的下游，所述气化反应器用于部分燃烧含碳进料以便生产合成气体，其中，所生产的合成气体以一流速流动通过所述换热设备(I )，所述流速根据合成气体所携带的结垢成分的组成和/或颗粒尺寸进行调节。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述结垢成分包括飞灰，并且根据飞灰的组成和/或颗粒尺寸来调节所述流速。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，热气体沿着一个或多个同轴嵌套的换热表面(3)流动，通过调节由所述换热表面中的一个或多个所包围的通道开口(7)来调节所述流速。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过调节由中心换热表面(6)所包围的通道开口(7)来调节所述流速。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，通过使挡板(9)在第一位置与第二位置之间转动来调节所述通道开口(7)，在所述第一位置中，所述挡板平行于气体流动方向，在所述第二位置中，所述挡板封闭所述通道开口。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过冷却剂来冷却所述挡板(9)。
7.一种换热设备，所述换热设备包括通道的壁(2)，所述通道的壁环绕一个或多个换热表面(3)，所述通道具有可调节的流通能力。
8.根据权利要求7所述的换热设备，其中，所述通道的壁(2)包围具有闭合几何结构的多个同轴嵌套的换热表面(3)，内部的换热表面限定出带有一个或多个闭合构件(8)的内部通道，所述一个或多个闭合构件能够在第一位置与第二位置之间运动，在所述第一位置中，所述闭合构件堵塞所述内部通道，在所述第二位置中，所述内部通道至少部分打开。
9.根据权利要求8所述的换热设备，其中，所述闭合构件(8)能够运动到在第一位置与第二位置之间的至少一个位置，用于部分地堵塞所述内部通道(7)。
10.根据权利要求8或9所述的换热设备，其中，所述一个或多个闭合构件(8)能够绕着垂直于嵌套的换热表面的纵轴线的轴线枢转。
11.如前述权利要求8-10中任一项所述的换热设备，其中，所述一个或多个闭合构件(8 )联接到轴(10 )，所述轴延伸穿过所述通道的壁(2 )。
12.根据前述权利要求8-11中任一项所述的换热设备，其中，所述一个或多个闭合构件包括一个或多个冷却通道，所述一个或多个冷却通道分别操作地连接到冷却剂供给装置和冷却剂排放装置。
13.根据前述权利要求8-12中任一项所述的换热设备，其中，所述闭合几何结构是圆筒形的。
14.根据前述权利要求8-13中任一项所述的换热器，其中，嵌套的换热表面由蜿蜒螺旋盘绕的管或者竖直的管形成，所述管互连以形成气密性壁结构。
15.一种用于通过部分燃烧含碳进料来生产合成气体的气化反应器，所述气化反应器包括冷却部分，所述冷却部分具有一个或多个根据权利要求8-13中任一项所述的换热设备。
全文摘要
一种操作换热设备的方法，该换热设备位于气化反应器的下游，该气化反应器用于部分燃烧用来生产合成气体的含碳进料。所生产的合成气体以一流速流动通过该换热设备，该流速根据合成气体所携带的结垢成分(特别是飞灰)的组成和/或颗粒尺寸进行调节。换热设备包括通道，该通道环绕一个或多个换热表面，并且具有可调节的流通能力。换热表面例如可以是圆筒形的并且同轴地嵌套，内部的换热表面限定出具有一个或多个闭合构件的内部通道，该闭合构件可在闭合位置与打开位置之间运动。
文档编号F28F7/02GK102713485SQ201180006604
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月19日 优先权日2010年1月21日
发明者T·P·冯科萨克格洛切维斯基 申请人:国际壳牌研究有限公司