本申请是中国发明专利申请(申请号：201010137013.5，申请日：2010年3月29日，发明名称：耐火墙及气化装置和方法)的分案申请。技术领域本发明涉及一种耐火墙(或称耐高温墙，RefractoryWall)及设置有该耐火墙的气化装置和方法，其尤其涉及一种耐火墙及设置有该耐火墙的可液态排渣的气化装置(SlaggingGasificationDevice)和方法。
背景技术：
气化装置，如气化炉，常用于含碳燃料比如煤的气化来生产含有氢气和一氧化碳的混合气体，如煤气或合成气。与传统的以燃烧为基础的流程相比，煤及其他含碳原料的气化流程不仅对环境影响较小而且能量生产的效率也比较高。含碳燃料气化的基本原理在于在大致1到200个大气压的压力及800℃到2000℃的温度下，含碳燃料在氧气或其他合适的气体环境下进行可控的不完全燃烧或部分燃烧。对于煤的气化来说，在如此严苛的操作环境中，气化装置的可靠性常依赖于用于维持气化运行的耐火墙的使用寿命和性能。在一些气化装置中，气化过程会形成熔融的或液态的炉渣。炉渣是一种腐蚀剂，其能够渗入耐火墙中从而会缩短耐火墙的使用寿命。这样，气化装置就不得不常常关闭来更换受腐蚀的耐火墙，从而降低了含碳燃料气化的生产率并且增加了成本。所以，需要提供一种新的耐火墙及设置有该耐火墙的气化装置和方法。
技术实现要素：
本发明的一个实施例提供了一种气化装置。所述气化装置包括气化设备，所述气化设备用于对含碳燃料进行气化来生产合成气，所述气化设备的至少一部分设置有用来形成进行所述气化的气化腔室的耐火墙。所述耐火墙包括向火层、支撑层及冷却层。所述向火层包括向火面，所述向火面用来形成所述气化腔室。所述支撑层围绕着所述向火层设置以对所述向火层进行支撑。所述冷却层围绕着所述支撑层设置且通过所述支撑层来冷却所述向火层。本发明的另一个实施例提供了一种气化方法。所述气化方法包括输入含碳燃料和氧化流体到气化设备中。所述气化设备的至少一部分设置有用于形成进行气化的气化腔室的耐火墙，所述耐火墙包括具有用来形成所述气化腔室的向火面的向火层、围绕着所述向火层设置以对所述向火层进行支撑的支撑层以及围绕着所述支撑层设置且通过所述支撑层来冷却所述向火层的冷却层。所述气化方法进一步包括于所述气化设备中对所述含碳燃料进行气化且至少产生合成气和液态炉渣；及所述冷却层通过所述支撑层来冷却所述向火层，从而一部分所述液态炉渣沉积在至少一部分所述向火层上。附图说明通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：图1为本发明气化装置一个实施例的示意图；图2为图1所示的本发明气化装置的耐火墙的一个实施例的剖面示意图。具体实施方式图1所示为本发明用来进行含碳燃料，如煤气化的气化装置10的一个实施例的示意图。在本发明实施例中，该气化装置10并不局限于任何特定的气化装置。在一些实施例中，气化装置10可包括可在运行中产生液态炉渣的气化炉(SlaggingGasifier)。在另一些实施例中，该产生液态炉渣的气化炉可包括气流床气化炉。在操作中，该气流床气化炉中一部分煤灰可以炉渣的形式被除去，比如当该气流床气化炉的运行温度高于煤灰熔化的温度时。此外，还有一部分煤灰以干的细粉及/或黑色的细粉浆的形式生产出来。如图1所示，气化装置10包括一个气化设备11。在一些实施例中，该气化设备11用来使含碳燃料，比如煤进行气化。在一些应用中，气化设备11可包括可液态排渣气化炉，其可具有呈圆锥形或凸起形的上端和下端的圆柱形形状。另外，在另一些实施例中，气化装置10可进一步包括设置在气化设备11下游的冷却设备12。如图1所示，冷却设备12与气化设备11的下部相通从而接受并冷却来自气化设备11的物质，如炉渣及/或合成气。在一些示例中，该冷却设备12可具有圆柱形形状且可包括，但不限于辐射废热冷却器(RadiationSyngasCooler)或设置有激冷室(QuenchChamber)的冷却器。在图1所示的实施例中，在操作时，含碳燃料13和氧化流体14从气化设备11的上端进入其内以进行气化，从而来生产合成气(未标出)并产生副产品炉渣15(如图2所示)。随后，合成气被输送到冷却设备12进行冷却以便于进行后续工序，比如在洗涤塔中提纯(未标出)。同时，炉渣15沿着气化设备11的耐火墙17的向火面16向下流动(如图2所示)从而也进入冷却设备12中进行冷却。在一些实施例中，含碳燃料13可包括固体和/或液体含碳燃料。固体含碳燃料可包括但不限于煤，如粉煤或者其他固体的含碳原料。另外，在一个实施例中，氧化流体14可包括氧气。在本发明实施例中，图1气化装置10仅是示意性的。在一些实施例中，如图1所示，气化设备11和冷却设备12可以是分别单独设置。在另一些实施例中，气化设备11和冷却设备12可集成在一起设置。在一些应用中，含碳燃料13和/或者氧化流体14也可从气化设备11的下端进入其内。此外，冷却设备12也可不设置，从而合成气从气化设备11输出后可进入另一个反应器，如固定床反应器，以进行进一步的处理。图2为图1所示的本发明气化装置的耐火墙17的一个实施例的剖面示意图。在本发明实施例中，图2所示的架构仅是示意性的，耐火墙17并不局限于设置在气化装置10的任何部位。在一些实施例中，气化设备11的至少一部分设置有耐火墙17，比如包括但不限于气化设备11主体部的至少一部分，其上端喉部及/或其下端的至少一部分来设置耐火墙17。此外，冷却设备12的至少一部分也可设置有耐火墙17。在图2所示的实施例中，耐火墙17包括向火层19、支撑或背衬层20、冷却层21、可压缩层22和壳体23。在本实施例中，向火层19的至少一部分可用来形成进行气化操作的气化腔室18且可包括有向火面16。该向火面16可朝向，即暴露于或靠近进行气化操作的燃烧室18。在一定应用中，向火层19可包括向火砖，其也可称为耐火砖。在一些示例中，所谓“向火”可指该层或面可耐受一定的较高温度。支撑层20围绕或朝向向火层19设置以对该向火层进行支持，从而提高耐火墙17的机械强度。在本发明实施例中，所谓的“围绕”或“朝向”可指相邻的两层直接靠接，但也不排除在相邻的两层间设置有额外的中间层。当然，额外的中间层也可不设置。在一些示例中，向火层19和/或支撑层20可包含有耐火材料。在一定的应用中，耐火材料可包括陶瓷(Ceramics)材料，如碳化硅(SiliconCarbide)、氮化硅(SiliconNitride)、氧化铝(Alumina)、氧化锆(Zirconia)、二氧化硅(Silica)、氧化镁(Magnesia)、包括但不限于氧化铬(Chromia)的含铬材料(Chromium-containingMaterials)以及上述任意的组合。在一定的应用中，向火层19可包括含铬材料，比如型号为ZIRCHROM90TM和ZIRCHROM60TM陶瓷材料。此外，支撑层20也可包括含铬材料，比如型号为CHROMCOR12TM陶瓷材料。另外，在一些示例中，向火层19可包括以一种形式具有向外延伸部的耐火砖。支撑层20也可包括以另外一种形式向外延伸的耐火砖，从而当组装时，支撑砖20可插入向火层19中以对该向火层19进行机械支撑。在本发明实施例中，冷却层21设置在支撑层20上，从而位于支撑层20和可压缩层22之间来对向火层19和支撑层20进行冷却。这样，在气化过程中，由于冷却层21的制冷作用，向火层19和支撑层20的温度便会降低，从而可减轻气化过程中的高温对其产生的影响，进而来提升耐火墙17的性能并延长其使用寿命。在一些应用中，冷却层21可设置有一种或多种冷却物质，比如冷却水或冷却油来降低向火层19和支撑层20的温度。在一个实施例中，冷却层21可设置有管道，冷却物质可在该管道内流通从而来降低向火层19和支撑层20的温度。在一定的实施例中，可压缩层22设置在冷却层21和保护层23之间以形成热绝缘并且对向火层19、支撑层20及/或冷却层21由于受热而膨胀进行一定缓冲作用来保护耐火墙17。在一些应用中，可压缩层22可耐高温且可包括可耐高温的有机材料。在一些示例中，耐高温有机材料可包括陶瓷纤维材料(CeramicFiberMaterials)或其他合适的材料。壳体23设置于可压缩层22的外围来增强气化装置10的机械完整性，同时还可来维持气化装置10的内外压差。在一定的应用中，壳体23可包括金属材料，比如钢材料。此外，在一些实施例中，可压缩层22和/或壳体23也可不设置，这样，如图2所示，在操作中，含碳燃料进入气化设备11中(如图1所示)并在高温和高压下进行气化，从而产生合成气、炉渣15和/或者他物质。炉渣15沿着向火层19的向火面16向下朝向冷却设备12流动(如图1所示)。在一些示例中，炉渣15可包括但不限于可由进入气化设备11中的原料所产生的二氧化硅(Silica，SiO2)、氧化亚铁(FerrousOxide，FeO)、氧化铁(IronOxide，Fe2O3)、氧化钙(CalciumOxide，CaO)、氧化铝(Alumina，Al2O3)及/或其他物质。同时，冷却层21通过冷却支撑层20来冷却向火层19从而降低向火层19和支撑层20的温度。其间，由于冷却层21的降温作用，一部分炉渣15会凝固或者变得有粘稠，从而沉积在向火层19的向火面16上。从而在向火层19上沉积的炉渣层24便可阻止其他液态炉渣进一步腐蚀耐火墙17。在一定的实施例中，冷却向火层19和燃料气化的步骤可同时发生。这样，由于沉积的炉渣层24的存在，耐火墙17便得到了一定程度的保护。在一些应用中，沉积的炉渣层24可作为耐火墙17的一部分且可类似向火层19以在后续的气化过程中作为向火层使用。另外，由于冷却层21的存在，在气化过程中，向火层19和支撑层20的温度会降低，从而也减少了气化过程中高温对耐火墙17的侵蚀。在本发明的实施例中，冷却层21可降低耐火墙17的温度且可促使炉渣层24的形成，从而气化装置10的性能和使用寿命都得到提升，同时也提高了生产率。此外，本发明实施例中的耐火墙17的架构也可用来对现有的气化装置进行改进来提高其性能。虽然结合特定的实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。