專利名稱:熔融物排出口的制作方法
本發明是關于細微固體物質的氣化、尤其是煤的氣化裝置。在這種裝置中，煤或其他碳質燃料被引入氣化容器(Vessel)，在高溫及氧存在下轉化成合成氣及副產灰分。
副產灰分以熔融礦渣形式聚集在氣化室下部，并必須從中連續排除。例如，美國專利(U.S.Patent 4312637)披露了一種從氣體發生器中排除礦渣的結構，該結構具有三個滴瀝點，且位于不同平面上。
排除礦渣通常是借助于裝在氣化器上的可使熔融物通過的礦渣分離器。氣化行業公認，排渣口結構的構造形式和材質對排渣口之壽命是決定性因素。選擇排放結構的材質必須根據排渣口所處的高溫工作環境和熔渣的磨蝕性及侵蝕特性。排渣口的結構形式是重要的。它必須使熔渣在通過排渣口時保持流動狀態，而不在排渣口周圍或內部產生固化以引起架橋和堵塞。如果制成的排渣口有很深的熔渣必須通過的孔，則由于熔渣在孔內的行程很遠，并且(或者)不能保持高于礦渣熔點的氣化器內部的溫度，因而，很可能發生礦渣的固化。已經提出了減少固化的各種排渣口結構形式。例如，上述提到的美國專利4316637。
本發明提供了一種熔渣排放口，它可防止由于熔渣在排放孔內或排出嘴周圍的固化而引起的堵塞現象，而且這種排渣口的結構可由常規耐火材質簡便制成。
本發明提供了一種位于氣化器內的底板上的熔渣排放口，器內的液態物料可由此排出。該排渣口包括
(a)一個孔口;
(b)圍繞于該孔口的第一滴瀝線，此線與上述孔口借第一延伸面相聯;
(c)圍繞于第一滴瀝線的第二滴瀝線，(ⅰ)該線與第一滴瀝線基本上處于同一平面上;
(ⅱ)該線與第一滴瀝線借第一延伸中空連接面相聯。
排渣口的這種構造形式，可減少液體流經該口的時間。當液體為熔融態時這種特點尤為重要，因它可使熔渣在排放口內或排出嘴外的固化機會大大減少。為減少液體的通過時間，將排放口的孔口深度減小到最低限度。對于從溫度約為2400°F(1300℃)至3000°F(1650℃)的煤氣化室排放熔渣來說，孔口之深度最好小于4吋(10cm)，以保證其內部不發生固化。孔口的內部最好應不含有呈角度的交界點，因這些部位容易引起液體集結。最好應避免這種集結，因為其集結程度能逐漸加大，以至其底部的熔液很易固化。因此，推薦采用曲線狀孔口，而圓形孔口則是最理想的。
不管孔口的結構形式如何，其橫向最小距離應該足夠大，以允許液體快速通過。鑒于孔口結構、礦渣流速、粘度及表面張力都是必須考慮的影響因素，最好借助經驗來決定此項最小距離。業已發現，對用于從2400-3000°F(1300-1650℃)的工業煤氣化反應器的排渣圓形孔口而言，孔口直徑至少應為6吋(15cm)，最好約在12-48吋(30.5-122cm)之范圍內。
圍繞孔口的第一滴瀝線向下安裝，并從孔口向外在徑向有一定的間距。滴瀝線最好從孔口向外在徑向有一定的間距，因此使滴瀝線上的任何一點至孔口上的各自對應的最近點之距離大體相等。這種關系導致了滴瀝線結構與孔口底部結構的一致性，即前者尺寸大于后者，以滿足所需要的范圍。根據這些優先考慮的準則，一個圓形孔口應對應有一個直徑比它大的圓形第一滴瀝線。
該孔口經一連續延伸面與第一滴瀝線相聯。例如，當孔口為圓形時，延伸面應為環形面，最好為截頭圓錐面。
排渣口還設有圍繞于第一滴瀝線的第二滴瀝線。除了尺寸較大外，第二滴瀝線與第一滴瀝線之結構最好相仿，以保證第二滴瀝線上的各點能與第一滴瀝線上的各對應最近點之距離相等。
因此，若第一滴瀝線是圓的，第二滴瀝線也應是圓的，只是它的直徑稍大。
如果第一和第二滴瀝線大體上共處于同一平面的話，則發現它們通常十分有用。能實現共面關系的程度取決于結構材質和結構工藝。例如，如果排渣口為圓形，直徑為24吋(61cm)，且由耐火磚制成，則兩條滴瀝線的關系與實際的共面關系的偏離程度通常約為1到3吋(2.5至8cm)。
第一、第二滴瀝線經由第一中空延伸面彼此相聯。此中空面由兩個截頭圓錐面組成，兩圓錐面在位于第一、第二滴瀝線上方的一個平面上相交。相交處位于一個圓錐面的底和另一圓錐面的頂之間。交角以鈍角為宜，尤以90°(直角)為最佳。
實際上，由于孔口深度極短，熔液可快速通過孔口。如果從孔口滴出任何熔液的話，它將沿第一表面流向第一滴瀝線。第一滴瀝線的邊刃結構有助于滴到其上的熔液快速聚集，以使其迅速獲得足夠的重量來克服由于熔液的表面張力，所引起的熔液粘結在滴瀝線上。熔液向滴瀝線迅速聚集并迅速離開滴瀝線，可使熔液由于冷卻作用而在滴瀝線上或其周圍的固化機會減到最小程度。如果從孔口滴瀝下來的熔液量淹沒了第一滴瀝線，如同第一滴瀝線之作用那樣，第二滴瀝線同樣起到使熔液迅速聚集及脫開的作用。本發明中的排渣口還可采用圍繞于上述兩條滴瀝線之外的輔助滴瀝線。引入輔助的滴瀝線的必要性取決于熔液在孔口處的滴瀝程度及通過排渣口熔液的流體性質。另外，從提供就地的后備滴瀝線的角度看，在里圈的滴瀝線損壞情況下，輔助的滴瀝線是有用的。這種就地的預備措施是有益的，使在氣化器中正在進行的反應不必停下來去更換滴瀝線。
若令第一滴瀝線充分靠近孔口以使滴瀝液體從孔口流向該滴瀝線的行程距離很小，則很容易實現熔液的迅速排除。例如，如果這種排渣口用于煤氣化器、且其圓形孔口的直徑約為24吋(61cm)時，則行程距離可在大約2-5吋(5-13cm)之間選擇。第二滴瀝線不應距第一滴瀝線太近以免干擾第一滴瀝線上的滴瀝情況，但也不能離得太遠以防延遲滴瀝液體的二次滴瀝。與前述相同，需要憑借經驗來決定第二滴瀝線的位置。對于剛才所述的煤氣化反應器排渣口來說，業已發現，第二滴瀝線的直徑比第一滴瀝線的直徑大出約6-12吋(15-30.5cm)是有利的。
由于本發明的排渣口采用了新穎結構，有可能用預燒磚制成，詳見下述。采用預燒磚可得到優于其他結構形式的重要優點。這是因為，由于幾何形狀的需要，那些結構形式要求必須采用非預燒的耐火材料，例如舂砂混料(ram mix)、可鑄耐火材料或塑性耐火材料。采用預燒磚是合乎需要的，因其密度高，孔隙率低，用于要碰到諸如熔渣這樣的熔融液體的場合時仍有相當長的壽命。另外，使用預燒磚能方便地提供一具有很小深度的圓形孔口。其深度之小可認為孔口具有“刀刃狀”開口。減小排渣口深度的優點已如前述。
上述種種特點決定了本發明在應用上的滿意可靠性和制造上的經濟合理性。這一點會從以下結合附圖所述的本發明的一種令人滿意的具體裝置中得到更充分的理解。在附圖中同一編號對應于同一部件。
圖1為帶有本發明的排渣口的一個氣化器的下部位剖面圖;
圖2為圖1所示的排渣口俯視圖。
現參照圖1和圖2，圖中有一氣化器，一般用數字10標明，其內部裝有一個本發明的排渣口，一般用數字18標明。氣化器10有一外壁11。在多數場合及圖中所示的具體裝置中，氣體器是圓柱型的，至少在按裝排渣口的部位是圓筒形的。這種圓筒形型式并非是必須的，但最好采用。氣化器口有一底板12，其中心有一開口。此開口外圍裝有法蘭14及16，前者位于底板12之下表面，后者則位于底板之上表面。常規表明，此二法蘭有益于提高底板12在其中心開口部位的剛性，并有助于支承排渣口18。
排渣口18由四層預燒耐火磚組成，例如可采用法國Lafarge Refractairies公司制造的Zirchrome-60，其表面均呈截圓錐形。底層耐火磚20覆蓋在起絕熱及支承作用的粒狀物28的上面。底磚層20的頂部之尺寸做成可使其位于法蘭16之上。其它覆蓋磚層與其豎直軸所成的角將與底磚層20的截圓錐面與其豎直軸所成的角一致。為使氣化器中所持液體快速并完全地經排渣口18排出，對多數熔液來說，該表面與豎軸所成的角最好位于30°至60°的范圍內。但對某些特殊粘性熔液，該角度可能以高于或低于上述范圍為最宜。
第二磚層22覆蓋于底磚層之上。第二磚層22的頂圓直徑小于底磚層20的頂圓直徑。請注意，如圖所示，組成第二磚層的磚是(與底磚層的磚)錯開的，因而底磚層20的接縫與第二磚層的接縫彼此不互相覆蓋。這種錯開灰漿接縫的方法是眾所周知的技術，常用于磚砌的燃燃爐板層結構，并已證明當燃燒爐運轉時，它有助于保持板層的安好。灰漿接縫錯開法亦用于第三磚層24及第四磚層26。第三磚層24覆蓋于第二磚層22之上，且其頂圓直徑小于第二磚層22的頂圓直徑。第四磚層26覆蓋于第三磚層24之上，且其頂圓直徑是最小的。
由圖1可見，第四磚層26在其頂部的最里邊刃處構成一圓形孔口，此孔口被磚的上端邊刃所限定，該邊刃同時又限定了第四磚層26的頂圓。這些磚，尤其是預燒過的磚，具有銳利的邊刃，因而圓形孔口30是刀刃狀的。形成第四磚層26的磚在其低端邊刃處還提供了圓形滴瀝線32。由于磚的銳利邊刃狀結構，圓形滴瀝線32亦為刀刃狀的。這種刀刃狀結構是很有利的，因它使熔液在滴瀝線上粘著的表面非常小，故只要有非常少的液體積累即可產生使液體從該處脫開的作用。
位于第四磚層頂部周圍的末端磚面亦提供了將圓形孔口30和第一圓形滴瀝線32相聯的截圓錐面36。圓形孔口和圓形滴瀝線之間的距離即為磚的厚度。對多數耐火磚而言，此距離應為大約2至4吋(5至10厘米)。可以理解，這個距離是很小的，有助于確保任何滴瀝下的液體都能快速移向第一圓形滴瀝線32，以使液體迅速從排渣口排出。也可采用其他距離，只要從圓形孔口30滴瀝的液體流過的這個距離不至產生太長的流動時間即可。流動時間太長會使熔液在從任何圓形滴瀝線上脫開之前即已冷卻到固化溫度點。
通過由第二磚層的耐火磚形成的頂部，第二磚層24，提供了第二圓形滴瀝線34。應注意，圓形滴瀝線34是與第一圓形滴瀝線32基本共面的。第二圓形滴瀝線34的結構與第一圓形滴瀝線32相似。第一和第二圓形滴瀝線經由第一中空環形面而彼此相聯。對于附圖所示的具體裝置，這個中空環形面是由截頭圓錐面38和另一截頭圓錐面40組成的。截頭圓錐面38在其底部與截頭圓錐面40的頂部約成90°直角相交。交界點39位于圓形滴瀝線32和34所在的平面之上方。這種位于滴瀝平面上方的交界點位置可產生兩種作用。即，第一，液體向外進行的徑向運動首先被抑制，因為這種運動，首先需要經過一種向上的流動;第二，如果這種向外的徑向運動不能被完全控制的話，那么對那些未控制住的液體而言，由于上述結構所提供的向下流動的通路，向外的徑向運動得到了加強。因此，未控制住的液體又迅速移到第二圓形滴瀝線34。
圖中所示的具體裝置中還設有一個第二中空環形面。此第二中空面的作用及其運行方式與剛才所述的第一中空面完全相同。第二環形中空面由截頭圓錐42和44所組成。錐面42的底與錐面44的頂相交，形成交界線43。交線43位于第一和第二圓形滴瀝線所在的平面之上。任何與截圓錐面44接觸的液體都將導流到法蘭14和16的內表面上。如果該液體本來是熔融的，很可能非常充分地在這些內表面上固化，原因是這些表面不具有滴瀝強化結構。如果固化量多得難以承受，即，對于所涉及的工藝過程的給定經濟效率而言，排渣口堵塞過于頻繁，則需增設與第一及第二滴瀝線32、34相似的另一滴瀝線或一系列滴瀝線，以助于液體從排渣口18迅速滴瀝排出。
構成環形中空面的各種截頭圓錐面的底到頂的尺寸(寬度)應保證液體能迅速移到圓形滴瀝線，而不促成液體在滴瀝線間架橋。對于任何特定的應用場合，最佳寬度的選擇均取決于諸多因素，即，液體的固化溫度及其流動性質、液體的冷卻速率、滴瀝線的結構及其他眾所周知的類似因素。因此，這一寬度最好借助經驗而定。當采用耐火磚制成排渣口時，對于那些由磚的末端面形成的截圓錐面(即36、40和44)而言，最方便的是使其寬度與磚的末端面之寬度尺寸相當。那些由磚的一部分下表面形成的截圓錐面(即38和42)，其寬度則取決于該圓錐面與豎軸的夾角。例如，若該面與豎軸的夾角為45°，且交界點39及43處的夾角均為90°，則組成每個中空環狀面的兩個截圓錐面的寬度是相等的，因而均可由磚的端面36、40及44的寬度尺寸而決定。
交界點43和39處的最佳角度基本應是直角(90°)。一般認為這個角度可產生最大量的液體流動而不伴隨產生在形成環狀中空面的兩圓錐面間的液體架橋現象。
對本文披露的具體裝置可做下述修正和變更而不偏離本發明的宗旨。例如，如果排渣出口具有圖1和圖2所示的具體裝置的幾何結構，但排渣口不采用耐火磚而用其他材質(例如，可鑄性耐火材料)制成，那么仍屬本發明范圍內。這里，還包括對圖中所示排渣口的組件結構的進一步修改。例如，在垂直剖面圖上，中空環形面可以制成半圓形或拋物線形剖面結構，而不是如前所述的由截圓錐面形成的帶角度的剖面。
權利要求
1.在容器的底層板上設有一排渣口，以供該容器內的液體成分經其排出，該排渣口包括(a)、一個孔口；(b)、圍繞于該孔口的一條第一滴瀝線，該滴瀝線經第一延伸面與該孔口相聯；(c)、圍繞于該第一滴瀝線的一條第二滴瀝線；該第二滴瀝線(ⅰ)與該第一滴瀝線基本共面，(ⅱ)經第一延伸中空連接面與該第一滴瀝線相聯。
2.按照權利要求
1的排渣口，其中所述的第一和第二滴瀝線基本為圓形，該第一延伸中空連接面包括第二及第三截頭圓錐面，該第二截頭圓錐面在其頂部與該第一滴瀝線相聯，并在其底部與該第三截頭圓錐面的頂部相聯，該第二及第三截頭圓錐面的連接點位于該第一及第二滴瀝線之上方，且第三截頭圓錐面在其底部與該第二滴瀝線相聯。
3.按照權利要求
2的排渣口，其中所述的第二滴瀝線以該第一中空連接面和第二中空連接面為界。
4.按照權利要求
3的排渣口，其中所述的第二中空連接面包括第四及第五截頭圓錐面，該第四截頭圓錐面在其頂部與該第二滴瀝線相聯，并在其底部與該第五截頭圓錐面的頂部相聯，該第四及第五截頭圓錐面的連接點位于該第二滴瀝線之上方。
5.按照權利要求
2或4的排渣口，其中所述的各截頭圓錐面的聯接處基本應為直角。
6.按照權利要求
1或5的排渣口，其中所述的孔口是曲線型的。
7.按照權利要求
6的排渣口，其中所述的曲線形孔口基本是圓形孔口。
8.按照權利要求
7的排渣口，其中所述的第一滴瀝線基本是圓形的。
9.按照權利要求
8的排渣口，其中所述的延伸面為第一截頭圓錐面，該面在其頂部與基本為圓形的該孔口相聯，并在底部與基本為圓形的第一滴瀝線相聯。
10.按照權利要求
5或9的排渣口，其中所述的孔口基本上為圓形，且其深度不大于4吋(10厘米)。
11.按照權利要求
1的排渣口，其中所述的第二滴瀝線以該第一中空連接面和第二中空連接面為界。
12.按照權利要求
1的排渣口，其中所述的排渣口是由包括耐火磚及灰漿的材質制成的。
13.按照權利要求
9的排渣口，其中所述的排渣口是由包括耐火磚及灰漿的材質制成的，且該孔口的深度與形成該孔口的該耐火磚的上端邊刃的尺寸相等。
14.按照權利要求
13的排渣口，其中所述的第一截頭圓錐面的寬度與形成該第一截頭圓錐面的該耐火磚的末端表面寬度相等。
專利摘要
公開了一種以圍在兩條滴瀝線內的淺孔口為特征的排渣口。第二滴瀝線圍繞在第一滴瀝之外且與第一滴瀝線基本共面。兩條滴瀝線借一環形中空面彼此相聯。
文檔編號C10J3/08GK86102609SQ86102609
公開日1986年12月17日 申請日期1986年4月16日
發明者布魯斯·C·彼得斯, 理查德·M·格羅斯, 斯塔利·R·彼爾森, M·達爾·梅伊斯 申請人:陶氏化學公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan