专利名称：从气流中去除粒状物的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及从含有粒状物的气流中去除这些粒状物，更具体地说，本发明涉及去除由含碳物质气化或部分气化所产生的合成气流中所含的灰粒和未转变的含碳粒子。
业已发展了含碳物质例如煤的气化的三种基本方法，即(1)固定床气化法，(2)流态床气化法，(3)悬浮或者说夹带气化法。本发明涉及第三种方法，即悬浮或者说夹带气化法。
美国专利No.4872886(Henly)公开过实施夹带气化方法以生产合成气体的一种方法。在该方法中，有两级气化反应，在一种非催化的卧式烧结成渣反应区或者说第一级反应器中，含氧的气流在2400°F(1316℃)-3000°F(1649℃)的高温下与首次加入的液态载体中的粒状含碳固体浆料相反应。氧、含碳固体和液态载体转变为气流、液态载体的蒸气、炭粉、渣子和气态燃烧产物。在反应器中形成的渣子靠其重力流到反应器的底部，并通过出渣口流出外面。在第二级反应中，来自上述卧式烧结反应器的气流、液态载体蒸气、炭粉和气态产物在一个非烧结的立式第二级反应器中与二次加入的液体载体中的粒状含碳固体浆料的相接触而产生气流、液态载体蒸气、合成气体和夹在气流中的炭粉。另外，还夹带有小的粘性渣滴，这些渣滴容易粘附并污染与它们接触的表面，渣滴固化的温度范围较宽，通常高达1700°F(927℃)左右。在上述粘性阶段，这些熔融渣粒或者说渣滴具有足以造成很难处理的粘度，因为这些渣粒或者说渣滴可粘附到气化器下游处的工艺设备的壁、阀、出口等并形成沉积物。上述的下游设备的一部分通常是一种高温热回收装置，或者说锅炉，在上述的Henly的美国专利No.4872886中，高温热回收装置是一种火管锅炉。污染的合成气体产品流过火管锅炉的管道，而热交换流体(通常是水)则在壳体侧面流动。虽然从资本开支方面来看使用火管锅炉经济得多，但是，管道的堵塞却造成维修费用提高的缺点。因为供入的煤浆被分得很细，所以任何炭粒和渣滴通常都会通过火管锅炉的管道。但是，这些粒子在反应器气体出口管的通道内的聚积，原先堆积在反应器通道壁上和其他断流点处的沉积物的碎落，以及沉积物在锅炉入口处的覆盖和堆积，全都会使锅炉管口变窄而增加沿锅炉系统的压力降，最终堵住锅炉管道。因此，希望提供一种系统或者说装置，这种装置要能防止锅炉堵塞，或者至少能延迟这种堵塞，或者说，在关闭气化器和清理锅炉管道之前可经历尽可能长的时间才使压力降增高。
业已试用过各种过滤器，但未得到满意的结果，因为过滤器本身很快被堵住，或者，在部分堵塞时，不能在本身不破裂的情况下承受足够大的压力降。现已发现，各种过滤筛的组合可使小的炭粒和渣粒通过火管锅炉的管道而不堵塞，同时又可防止被挡住的较大的炭-渣聚积物或破落的沉积物进入火管锅炉的管道中，并且仍然允许污染的合成气体在适宜的压力降下通过组合筛。
已发现这种有利的组合筛可以满意地应用于在工业条件下实施的煤气化工艺过程，并可连续地作业一段相当的周期。上述的和其他的优点和目的将按照下面说明的本发明来达到。
本发明提供一种用于在气流进入热交换器之前去除其中所含的粒状物以防被这些粒状物淤塞和堵塞的装置(上述的热交换器具有穿过其前端部和管板的纵向轴线)，所述装置由下列几种过筛装置组合而成(a)一个位于上述管板附近且沿气流方向看处于管板上游的终端过筛装置，该装置含有位于垂直于上述热交换器的纵轴线的一个平面内的被支承的丝网材料和一个中央支承部分；(b)一个支承在上述的终端过筛装置的中央支承部分上并具有至少一个其纵向轴线平行于上述热交换器的纵轴线的圆筒形构件的中间过筛装置，该装置含有多个纵向设置的带孔的内支承件和多个横向设置的内支承件，这两种内支承件一起组成多个外周被丝网材料覆盖的部分；和(c)一个具有固定丝网材料用的支架构件并设置在中间过筛装置之上游侧的起始过筛装置。上述组合的过筛装置可以承受高达10磅/英寸2(68.9Kpa)左右的压力降，上述的丝网构件最好用含有镍和铬的合金制成。
参看附图可以更容易说明本发明的装置，在每个附图(未按比例)中，相同标号代表相同的零件。
图1以局部剖切的透视图示出本发明，其中虚线示出组成中间过筛装置的几个圆筒形构件的轮廓。图中示出了各种支架和支撑，它们与容器壁上的点(未示出)相连接，但它们本身不是本发明的一部分。
图2也是局部剖切的透视图，示出了图1所示装置的背面。可以比图1更清楚地看出中间过筛装置的三个圆筒形构件。
图3示出本发明的一部分，为了清楚看到中间过筛构件，图中未画出起始过筛装置，该图也是一个局部剖切的透视图。
含碳物质的气化过程(例如夹带法或者说悬浮法)由在工艺过程管道和设备中流动的具有腐蚀性和侵蚀性的气流形成一种高温高压环境。渣子、灰尘和炭粉的沉积物覆盖在装置的内表面上，当这些沉淀物碎落而悬浮、或者夹带其他的夹杂固体物质时，便会产生严重的堵塞问题。高温热回收系统便是一个可能快速产生堵塞并需要使工艺过程停止的领域。在本发明的一个实施例中，用作高温热回收的装置的火管锅炉，通过一种可去除夹带流式气化器的气态流出物中所含的各种粒状物的装置来防止灰尘、炭粉和渣子的聚结以及沉积物的碎落和堆积。一般说来，火管锅炉是一个可以垂直安置或水平安置并具有一根纵向轴线的圆筒形容器，其两端附加的管板与输送工业废气的管道对准。壳体侧面运送传热流体(最好是水)，用来将工业废气中的热量传送出去，并回收蒸汽。为了防止火管锅炉的管道堵塞，在气体进入火管锅炉或任何类似的热交换装置之前，使用了一组过筛装置。该过筛装置组最好设置在管板的附近，并含有一个沿气流方向看位于热交换器前头的终端过筛装置，该装置具有设置在支架上的丝网材料，这样，其丝网便可阻止足以引起堵塞的粗大颗粒进入热交换器。虽然这种终端过筛装置可防止热交换器或者说火管锅炉等的堵塞，但是，如果只使用终端过筛装置本身，也会很快被堵塞，因为它的平面结构只能承受大约3.5-4.0磅/英寸2(24.1-27.6KPa)的压降。因此，终端过筛装置本身不能有效地防止具有任何连续加工能力的热交换器的堵塞。上述的终端过筛装置具有一个支承组合的中间过筛装置的中央部分。
中间过筛装置位于终端过筛装置的上游，并支承在终端过筛装置的中央部分上。它可以是任何长形的构件，而终端过筛装置则是平面构件。这就是说，中间过筛装置的总平面轴线垂直于终端过筛装置的轴线且通常与热交换器的纵轴线相符。较好的是，中间过筛装置是至少一个具有由丝网材料包在其周围的内支撑结构的弯曲构件。更好的是，终端过筛装置的中央支承部分支承三个弯曲构件，这些构件的纵轴线垂直于终端过筛装置的平面并平行于热交换器的纵轴线。最好的是，中间过筛装置是圆筒形的、且其纵轴线垂直于终端过筛装置平面且与热交换器的纵轴线相平行，其中，中间过筛装置的圆筒形结构具有多个纵向支承件和多个构成由丝网材料包围的支承区段的横向支承件。由于中间过筛装置的纵轴线(或者一个以上构件的轴线)垂直于终端过筛装置的平面，流过中间过筛装置的气体不易被封住、塞住或堵住，除非经过预定的、比只用终端过筛装置更长的时间之后。同样地，由于气体沿中间过筛装置的轴线方向流动，并且不易堵塞，故通过中间过筛装置的压力降较低，中间过筛装置能承受高达大约10磅/英寸2(68.9KPa)或更高(例如大约50磅/英寸2即344.74Kpa)的压力降。
起始过筛装置在中间过筛装置的前头或者说上游起到保护其他两个过筛装置不被较大的聚结物或者碎落的沉积物堵塞的作用。该起始过筛装置要求结构的强度更高，因为它首先遭遇热气和最大块的粒状物。起始过筛装置的一个实施例含有固定丝网材料的支架构件，该起始过筛装置最好在从气化反应器到高温热回收系统的通道中盖住整个中间过筛装置。流出的气流没有旁路可绕过起始过筛装置，除了从起始过筛装置的上方流过并进入中间过筛装置的顶部，但是，这种情况很少在起始过筛装置严重堵塞之前发生。
在一个更好的实施例中，起始过筛装置是一种L形的结构，其上部处于垂直于终端过筛装置平面的一个平面内，其下部处于平行于终端过筛装置平面的一个平面内。
正如图1所示的一个最佳实施例的结构，本发明的装置10位于一个垂直设置的高温热回收系统例如火管锅炉(未示出)的顶部。通过一根进口管将来自气化反应器的气态产物流导引至火管锅炉炉身的上部，并使之在进入火管锅炉前向下转90°通过本发明的设备10。
当气态产物流通过热回收器的上部时，首先碰到具有垂直部分12和水平部分14的起始过筛装置28，垂直部分12通常具有支承丝网材料30的矩形支架件32，上述的丝网材料起到去除气态产物流中的粒状物质的过筛器的作用。支承结构(例如支架件32)的类型总地说来是一个选择和方便的问题，关于支架件32的形状一般认为不是重要问题。支架件32也可以是其他几何形状的例如三角形、圆形、方形等。只是要求可借助支架件32使起始筛28具有足以承受大约0.5磅/英寸2(3.45KPa)的压力降和耐受以流速约为80英尺/秒流动的气态产物流中的粒状物质的冲击力的强度。本最佳实施例中的起始过筛装置28的水平部分14的下边缘与垂直部分12相连接，并与它构成一个L形的构件。水平部分14也由支架件32构成，并且通常与支承高温热回收系统的容器的形状(在本最佳实施是圆筒形)相符合。因此，水平部分14的外周边做成圆周形。
垂直部分12和水平部分14都覆盖有丝网材料30。丝网材料30按任何公知的方法例如焊接法或机械固紧件连接法与垂直部分12和水平部分14相连接。丝网材料30的结构材料可以是任何能承受气体产物流的温度和腐蚀性及侵蚀性环境的金属，例如各类合金最适合于此用途。通常，含有镍和铬的合金例如InconelTM617(美国西弗吉尼亚州，亨廷顿，因科国际合金公司的商用牌号)很适宜在腐蚀环境中应用。另外，IncoloyTM系列的合金例如IncoloyTM800HT具有可用于此类气氛的理想特性。“Incoloy”也是因科国际合金公司的商业牌号。同理，上述起始过筛装置28用的丝网材料30也可用于本发明的其他部分。
中间过筛装置16设置在上述起始过筛装置28的附近。正如图1、2和3的最佳实施例所示，中间过筛装置16由三个圆筒形构件或者说竖管组成，每个构件基本相同，但是，如果需要的话也可以不相同。垂直的内支承件26和水平的内支承件34用于支承中间过筛装置16中的丝网材料30。使用多个垂直的内支承件26可在圆筒形构件周围给予均匀的支承，在通过圆筒形的横截面上看，它像一个轮子的辐条。每个垂直的内支承件26是有孔的，以便让气态产物流通过，所述的孔要足够大到使装置10不会堵塞，但是还要小到足以使垂直的内支承件保持足够的强度以承受上述的压力降。在本实施例的圆筒形中间过筛装置16中，水平内支承件34的形状最好是平的圆环形。该圆环的中央开口作为气态产物流的通道，而圆环的边缘为垂直的内支承件26提供水平方向的稳定性。水平内支承件34与垂直内支承件26之间合适的连接分别使中间过筛装置16的整个结构具有强度和刚度。图3示出没有起始过筛装置28的本发明的装置10，故可更容易看清中间过筛装置16。图中还示出由丝网材料30覆盖的圆筒形构件或者说竖管的顶部。
中间过筛装置16由终端过筛装置18的中央部分支承，在本最佳实施例中，终端过筛装置18是一种覆盖有丝网材料30的圆形平板状构件，但其中央部分通常是金属板。终端过筛装置18由多根支承梁36支承，这些支承梁36不是本发明的部分，只是用于从整体上支承装置10，它们又与固定到热交换器或火管锅炉的容器壁和/或管板(未示出)上的垂直支件24相连接。水平支撑或者说支架22通过焊接或机械连接件固定在中间过筛装置16和容器壁上。一个或多个固定在起始过筛装置28和容器壁上的水平稳定支架20保证起始过筛装置保持在其预定的位置上。另外，用多个与垂直支件24相同或不同的起始筛网垂直支件38使水平部分14定位。
丝网材料30的丝线之间一般呈方形孔，孔的尺寸大于约0.625英寸(1.588cm)，最好是，丝网材料30中方形网孔的尺寸大约为0.625英寸(1.588cm)-0.75英寸(1.9cm)。
虽然本发明的装置10设计用来去除合成气流中的粒状物质，但是粒状物质(最主要的是炭粒)的尺寸和丝网材料中网孔的尺寸以及热交换器管道尺寸都不能使较小的粒子不流过工作系统，还必须通过其他装置将它们去除并回收起来再循环进入气化器。采用本发明的装置足以使合成气体的生产有序地进行几周和几个月或更长的时间。
一般说来，本发明的装置10必须用能够承受气态产物流的温度(通常约为1700°F或927℃以上)的材料制成。上述系统内的压力可高达约350磅/英寸2(2413.2KPa)-450磅/英寸2(3102.6KPa)，故装置10应当能承受约10磅/英寸2(68.95KPa)的压力差。
虽然上面已说明了至少一个本发明的最佳的非限制性的实施例，但是，熟悉本技术的人可以设想出许多的改型和替代方案，因此，请将本发明仅限于下述权利要求中规定的合法范围。
权利要求
1.一种用于在气流进入热交换器之前去除其中所含的粒状物以防止被这种粒状物质淤塞和堵塞的装置，上述的热交换器具有穿过前端部和管板的纵向轴线，所述装置由下列几种过筛装置组合而成a)一个位于上述管板附近且沿气流方向看处于管板上游的终端过筛装置，该装置含有位于垂直于上述热交换器的纵向轴线的一个平面内的被支承的丝网材料和一个中央支承部分；b)一个支承在上述中央支承部分上并具有至少一个其纵向轴线平行于上述热交换器纵轴线的圆筒形结构件的中间过筛装置，该装置含有多个纵向设置的带孔的内支承件和多个横向设置的内支承件，上述中间过筛装置的上述的内支承件一起组成多个周围被丝网材料覆盖的部分；和c)一个具有固定丝网材料的支架构件并设置在中间过筛装置之上游侧的起始过筛装置。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，上述的中间过筛装置至少含有3个圆筒形构件。
3.根据权利要求1的装置，其特征在于，上述的终端过筛装置、上述的中间过筛装置和上述的起始过筛装置的丝网具有尺寸大于约0.625英寸(1.588cm)的方形孔眼。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于，上述的方形孔眼是正方形的，其边长尺寸范围是约0.625英寸(1.588cm)-约0.74英寸(1.9cm)。
5.根据权利要求1的装置，其特征在于，上述的丝网由铬-镍合金制成。
6.根据权利要求1的装置，其特征在于，该装置能够承受沿本装置的从下游一侧至上游一侧的大约10磅/英寸2(68.95Kpa)的压力降。
7.根据权利要求1的装置，其特征在于，上述的起始过筛装置位于邻近上述中间过筛装置的位置上。
8.根据权利要求1的装置，其特征在于，上述的起始过筛装置具有一个处于垂直于上述终端过筛装置平面 的一个平面内的上部分和一个处于平行于上述终端过筛装置平面的一个平面内的下部分。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于，上述的起始过筛装置做成L形，上述的上部分是L形的垂直部分，上述的下部分是L形的水平部分。
10.根据权利要求1的装置，其特征在于，上述的终端过筛装置、上述的中间过筛装置和上述的起始过筛装置是连结在一起的。
全文摘要
一种用于从夹带流式的煤的气化器的气态产物流中去除粒状物质的装置,该装置含有一个起始过筛装置、一个与气态产物流的流动方向一致的中间过筛装置和一个垂直于气态产物流动方向设置的终端过筛装置。本发明的装置能够在气态产物流的温度下承受至少大约10磅/英寸
文档编号C10K1/02GK1199768SQ98105908
公开日1998年11月25日 申请日期1998年3月30日 优先权日1997年3月31日
发明者佩顿·L·史密斯, 约翰·C·莫尔斯 申请人:德斯特克能源公司