(57)【要約】  相互に連結して気密構造を形成する、平行に配置された複数の管状導管（１０）を備える管状壁組立体（８）であって、各管状導管（１０）は一方の端部で共通の分配器（１２）に連結され、他方の端部で共通のヘッダー（１１）に連結されており、各導管を通って流路が分配器とヘッダーとの間に延在し、各流路が、挿入可能な流量制限器（２２，４４）用の座（２１，２８，４３）の通路開口を横切り、各導管に対して壁組立体が、座と一直線上にある開口端を有するカラー（１５，４２）に隣接する開口（１７，５１）を備え、カラーの開口端が蓋（２６，３５，４９）によって閉じられている、管状壁組立体（８）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に連結して気密構造を形成する、平行に配置された複数の管状導管（１０）を備える管状壁組立体（８）であって、
各管状導管（１０）は一方の端部で共通の分配器（１２）に連結され、他方の端部で共通のヘッダー（１１）に連結されており、
各導管を通って流路が前記分配器と前記ヘッダーとの間に延在し、
各流路が、挿入可能な流量制限器（２２，４４）用の座（２１，２８，４３）における通路開口を横切り、
各導管に対して前記壁組立体が、前記座と一直線上にある開口端を有するカラー（１５，４２）に隣接する開口（１７，５１）を備え、
前記カラーの開口端が蓋（２６，３５，４９）によって閉じられている、管状壁組立体（８）。
【請求項２】
少なくとも１つの流量制限器（２２，４４）が、前記座（２１，２８，４３）に適合するオリフィス（２５，３３，４８）を備えた一端部を有する管状ろ過器（２３，４５）を備え、前記管状ろ過器が、前記オリフィスよりも総計で大きな累積貫流容量を有する複数の開口（２４，４６）を備える、請求項１に記載の管状壁組立体。
【請求項３】
前記流量制限器が円錐台形差し込み部分（３０）を備え、前記座が、前記差し込み部分に適合する円錐台形受け入れ部分（２８）を備える、請求項２に記載の管状壁組立体。
【請求項４】
張力のかかった圧縮ばね（２７，５０）が前記流量制限器と前記蓋との間に配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の管状壁組立体。
【請求項５】
前記オリフィスがねじ結合によって前記座に連結される、請求項１、２または３に記載の管状壁組立体。
【請求項６】
前記流量制限器（２２，４４）が、前記分配器と前記ヘッダーとの間の管状壁組立体内の圧力低下を０．１５〜０．７５ＭＰａに維持するように構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の管状壁組立体。
【請求項７】
前記壁組立体の前記開口の少なくとも一部（１７）が、対応する前記導管の基端に対して反対側の前記分配器に配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の管状壁組立体。
【請求項８】
前記開口の少なくとも一部（５１）が対応する前記導管（１０）の壁に配置され、前記カラー（４２）が、前記流路の方向の前記導管の長手軸と鋭角を成す長手軸を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の管状壁組立体。
【請求項９】
前記流量制限器（２２，４４）が管状ろ過器（２３，４５）を備え、前記管状ろ過器は、複数の開口（２４，４６）を有する管状壁と、オリフィスを有する少なくとも１つの開口端を備え、前記オリフィスが、前記管状壁の前記開口の前記累積貫流容量よりも少ない貫流容量を有する、請求項２に記載の管状壁組立体。
【請求項１０】
圧力容器（１）を備える炭素質供給材料ガス化反応装置であって、少なくともガス化装置ユニット（６）が前記圧力容器内の管状バーナ壁（８）によって閉じ込められ、少なくとも１つのバーナ（２）が前記ガス化装置ユニット（６）の内部を加熱するように配置され、前記管状バーナ壁が、請求項１〜８のいずれか一項に記載の管状壁組立体を備える、炭素質供給材料ガス化反応装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の炭素質供給材料ガス化反応装置を組み立てる方法であって、前記管状壁組立体（８）が前記流量制限器（１２，４４）の無い前記圧力容器（１）内に配置され、次に、前記開口端を有するカラー（１５，４２）が塞がれ、次に、前記分配器、前記導管および前記ヘッダーからの流出および／または噴出が行われ、次に、前記蓋が前記開口端を有するカラーから除去され、前記流量制限器が配置され、前記蓋が戻されて前記開口端を有するカラーを塞ぐ方法。
【請求項１２】
次に、前記蓋（２６，３５，４９）が前記開口端を有するカラーに溶接される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の炭素質供給材料ガス化反応装置を作動する方法であって、水が前記分配器（１２）を介して前記導管（１０）に供給され、
前記水が前記管状導管内で加熱されて蒸気を形成し、
前記蒸気が前記ヘッダー（１１）を介して前記管状導管から排出され、
前記分配器と前記ヘッダーとの間の前記水の圧力低下が０．１５〜０．７５ＭＰａの間に維持される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互に連結して気密構造を形成する、平行に配置された複数の管状導管を備える管状壁組立体に関し、各管状導管は一方の端部で共通の分配器に連結され、他方の端部で共通のヘッダーに連結されており、各導管を通って流路が分配器とヘッダーとの間に延在する。本発明はまた、そのような壁組立体用の挿入可能な流量制限器、炭素質供給材料を部分燃焼するためのそのような壁組立体を備えるガス化反応装置、そのような反応装置を組み立てる方法、およびそのような反応装置を作動する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような壁組立体は、特に、粉状石炭などの炭素質供給材料を部分燃焼することによって合成ガスを生成するためのガス化装置内のバーナユニット用の壁として使用される。そのような壁組立体の例が、ＧＢ１５０１２８４およびＷＯ２００８／１１０５９２に開示されている。ガス化工程の間に水が分配器から平行管の中に流れ込み、ヘッダーに流れ込むとき、水と蒸気の混合物として管を出る。このように、ガス化工程で放出された熱がガス化区域自体の中に部分的に回収される。安全な冷却のために、平行管全体に冷却水が均等に分配されることが必要である。
【０００３】
ＵＳ１，９８８，６５９およびＪＰ６０−１５２８０３に開示されるようないくつかのタイプの蒸気生成熱交換器では、水分配が、オリフィスを備えた一端部を有する管状ろ過器を使用することによって改善される。オリフィスを有する端部は、対応する管状ラインの入口開口に面する、分配器ラインの中の開口内に挿入される。管状ろ過器を挿入した後、その管状ろ過器は整合ピンによって定位置に保持され、その整合ピンは分配器壁の開口のねじ部とねじ結合を形成するねじ付き頭部を有する。この解決策は、管状ラインが互いから十分な距離にある場合にのみ使用可能であり、その理由は、ねじ付き頭部が管状ラインよりも幅が広く、分配器ラインの開口が分配器ラインの壁をひどく弱めることになるからである。分配器壁の開口の直径は、管状ろ過器の直径よりも幅広いねじ部を受けるために十分に大きくあるべきである。この大きな直径が分配器壁をさらに弱める。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、冷却水が、分配器から複数の相互に連結する管状ライン全体に、壁組立体の全寿命にわたって、効果的かつ均等に分配され得る気密管状壁組立体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、相互に連結して気密構造を形成する、平行に配置された複数の管状導管を備える管状壁組立体によって達成され、
各管状導管は一方の端部で共通の分配器に連結され、他方の端部で共通のヘッダーに連結されており、
各導管を通って流路が分配器とヘッダーとの間に延在し、
各流路が、挿入可能な流量制限器用の座の通路開口を通過し、
各導管に対して壁組立体が、座と一直線上にある開口端を有するカラーに隣接する（換言すれば、座と一直線上にある開口端を有するカラーによって境界を定められる）開口を備え、
カラーの開口端が蓋によって閉じられている。
【０００６】
そのようなカラーが、開口による弱化を補正するために分配器壁を強化することができることがわかった。開口の直径は、挿入可能な流量制限器の外側直径と同じくらい小さく保つことができる。その結果、カラーは互いから短い距離にあるが、カラーの両側において、分配器ラインの両半体を架橋する分配器カバーの材料がやはり存在する。このようにして、気密壁組立体の管状導管は工程の状態によって要求されるような短い間隔で、費用効果の高い方法で配置することができる。
【０００７】
平行な管状導管は、例えば垂直にすることができ、またはそれらは螺旋状に巻くことができる。導管は、相互に連結して、例えば控え管（tube-stay-tube）構造またはフィン付き管構造などのような気密壁を形成する。壁組立体は、例えば円筒形であってもよく、または例えば平面図が正方形、多角形または楕円形など、任意の他の型の管状幾何形状であってもよい。
【０００８】
流量制限器は、例えば座に整合する外側面および開口またはオリフィスを有するノズルを備えた一端部を有する管状ろ過器を備えることができ、管状ろ過器が、オリフィスよりも総計で大きな累積貫流容量を有する複数の開口を備える。オリフィスは、例えばノズルの内側につば成形した端部面によって形成することができる。管状ろ過器は異物による詰まりからオリフィスを保護する。
【０００９】
流量制限器と座との間に緊密な嵌合を得るために、オリフィスは円錐台形差し込み部分を備えることができ、一方、座は整合する円錐台形受け入れ部分を備える。
あるいは、オリフィスはねじ結合によって座に連結することもできる。
【００１０】
任意選択で、張力のかかった圧縮ばねが流量制限器と蓋との間に配置されて、流量制限器をその座に対して押しつける。
流量制限器は、分配器とヘッダーとの間の管状壁組立体内の所望の圧力低下を維持するように構成することができる。実際に、０．１５〜０．７５ＭＰａの圧力低下が蒸気生成の工程に特に有利であると見出された。
【００１１】
流量制限器を挿入するための壁組立体内の開口は、例えば、対応する導管の基端に対して反対側の分配器内に配置することができる。あるいは、開口は対応する導管の壁内に配置することもできる。そのような場合、カラーが、流れ方向の導管の長手軸と鋭角を成す長手軸を有することがある。
【００１２】
気密管状壁組立体は、特に、炭素質供給材料のガス化用反応装置内のバーナ壁として使用するのに適する。そのようなガス化反応装置は圧力容器を備え、少なくとも１つのガス化装置ユニットが圧力容器内の管状バーナ壁組立体によって閉じ込められ、少なくとも１つのバーナがガス化装置ユニットの内部を加熱するように配置される。
【００１３】
そのような炭素質供給材料ガス化反応装置は、例えば、最初に管状壁組立体を流量制限器のない圧力容器内に配置することによって構築することができる。その後、開口端を有するカラーが塞がれる。その後、分配器、導管およびヘッダーからの流出および／または噴出が行われる。次に蓋が開口端を有するカラーから除去され、流量制限器が配置され、蓋が戻されて開口端を有するカラーを塞ぐ。任意選択で蓋は開口端を有するカラーに溶接される。
【００１４】
炭素質供給材料ガス化反応装置は、例えば、分配器を介して管状導管に水を供給することによって作動することができ、その場合、水が加熱されて蒸気を形成する。次いで、蒸気はヘッダーを介して管状導管から排出される。上記のような流量制限器を使用すると、分配器とヘッダーとの間の水の圧力低下が、その貫流容量を調節することによって０．１５〜０．７５ＭＰａの間に維持することができる。
【００１５】
本発明の例示的な実施形態が添付の図面を参照してここで説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるバーナ壁組立体を有するガス化反応装置の図である。
【図２】図１の壁組立体内の流量制限器および分配器と管状導管との間の連結を詳細に示す図である。
【図３】図２の連結の別の配置図である。
【図４】本発明による壁組立体の別の実施形態の流量制限器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、炭素質供給材料のガス化により、合成ガスを生成するための反応装置を示す。反応装置は、上方半分に燃焼室６を格納する容器１を備える。容器１は燃焼室６の底部端に合成ガス出口７、および２対の正反対に配置されたバーナ２を備える。この出口７を通って、生成された合成ガスおよび副産物として形成されたスラグが燃焼室６から排出される。各バーナ２は、酸化ガス３および炭素質供給材料４のための供給導管を備える。
【００１８】
燃焼室６は、例えば、フィンによって相互連結した平行で垂直な管状導管１０で作成された実質的に気密の壁組立体８によって囲まれる。そのような壁組立体は膜壁とも称される。管状導管１０は、共通の分配器１２から共通のヘッダー１１まで延びる。分配器１２は、管状導管１０に対して反対側に一連の蓋付きカラー（collar；換言すれば、環管）１５を備える。これらのカラーは、例えば図２または図３に示すように、挿入可能な流量絞り器のための入口を形成する。
【００１９】
分配器１２は冷却水供給導管１４に連結される。ヘッダー１１は蒸気排出導管１３に連結される。蒸気排出導管１３および水供給導管１４は蒸気ドラム２９に流体連結される。蒸気ドラム２９は、淡水（fresh water）用供給導管および生成済み蒸気用出口導管に連結される。水ポンプ３１は蒸気ドラム２９から分配器１２までの水の流量を高める働きをする。あるいは、水流は自然対流によって発生させることもできる。この場合、水ポンプ３１はパイプに取り換えられる。
【００２０】
バーナ２は、壁組立体８内のバーナ開口５を通って燃焼室６内に着火するように配置されている。壁組立体８と容器１の壁との間に環状空間９が存在する。
図２は、分配器１２上のカラー１５を詳細に示し、カラー１５の１つが横断面で示される。カラー１５は、分配器１２の断面の最も低い位置で開口１７を通って延在する一端部を有するパイプ区域１６によって形成される。パイプ１６は、この開口の反対側に分配器１２の断面の最も高い位置で開口１８を通って延在する第２端部を有する。パイプ１６は、開口１７および１８で分配器１２の壁に溶接される。パイプ１６は、開口１７と１８との間に２つの長手方向のスロット１９および２０を両側に備える。パイプ１６は、開口１８近傍の端部で管状導管１０の１つの下方端部に溶接される。
【００２１】
パイプ１６の内側は、上方開口１８近傍に環形状のリムまたは肩部２１を備え、その肩部２１は挿入可能な流量制限器２２のための座を形成し、水流の流路のための通路開口を制限する。挿入可能な流量制限器２２は複数の開口２４を有する管状ろ過器（strainer）２３、およびその端部で座２１に当接するオリフィス２５を備える。複数の開口２４の総貫流容量は、実質的にオリフィス２５の貫流容量よりも大きい。
【００２２】
パイプ１６は、下方開口１７近傍に内側にねじを備えた頭部３２を備える。蓋２６は対応するねじ部でパイプ頭部３２内に取り付けられる。流量制限器２２と蓋２６との間の圧縮ばね２７が、流量制限器２２を座２１に対して押しつける。
【００２３】
水がスロット１９、２０および開口２４を介して分配器１２から管状ろ過器２３内に流れ込み、次いで、オリフィス２５を介して座２１を通って管状導管１０内に流れ込む。
別の実施形態では、パイプ１６は２つの別々の部品を備え、一方は開口１７内で、もう一方は開口１８内で分配器１２に溶接される。さらに別の実施形態では、下方開口１７は上方開口１８と一直線上にない。その場合、屈曲または湾曲した環状移行部(transition piece)が座２１から開口１８および管状導管１０に延びる必要がある。
【００２４】
図３は、本発明のさらに別の実施形態を示す。カラー１５は分配器１２の外側面で開口１７の縁部に溶接される。分配器１２と管状導管１０との間に、内側に円錐形座２８を有する管状移行部３６が存在する。挿入可能な流量制限器２２がカラー１５から座２８まで延在する。流量制限器２２は複数の開口２４を有する管状ろ過器２３を備え、円錐形ノズル３０は座２８に当接する。ノズル３０はオリフィス３３を備え、オリフィス３３はノズル３０の頂部端で内側に延在するフランジによって制限される。図２の実施形態のように、複数の開口２４の総貫流容量は、実質的にオリフィス３３の貫流容量よりも大きい。
【００２５】
カラー１５は内側ねじを備える頭部３４を備える。対応するねじ部を有する蓋３５はカラー頭部３４の中に取り付けられる。流量制限器２２と蓋２６との間の圧縮ばね２７が、流量制限器２２を円錐形座２８に対して押しつける。
【００２６】
図４はさらに別の可能な実施形態を示す。この実施形態では、分配器１２は、管状導管１０内に開く上方側に開口１８だけを備える。管状導管１０は、管状導管１０の他の区域と一直線上にある第１の管状脚４１と第１の管状脚４１と鋭角を成すカラーを形成する第２の管状脚４２を有する、Ｙ字形移行部４０を備える。第１の脚４１は側面の開口５１を備える。カラー４２は側面の開口５１を介して第１の脚４１に連結される。移行部４０はその頂部端で管状導管１０のさらなる区域に作動可能に連結される。この位置で移行部４０は、第２の脚４２の長手方向に対して垂直な平面に延在する環状の肩部４３を備える。肩部４３は水の流路用の通路開口を取り囲む座を形成する。
【００２７】
挿入可能な流量制限器４４が第２の管状脚４２の中に挿入されて、座４３に当接する。流量制限器４４は、複数の開口４６および円錐形ノズル４７を有する管状ろ過器４５を備える。ノズル４７は座４３に当接するオリフィス４８を備える。図２の実施形態のように、複数の開口２４の総貫流容量は、実質的にオリフィス４８の貫流容量よりも大きい。
【００２８】
外側端部で第２の管状脚４２は、脚４２にねじ結合で連結される、ねじ形蓋４９によって蓋をされる。蓋４９と流量制限器４４との間の圧縮ばね５０が、流量制限器４４をその座４３に対して押しつける。
【００２９】
使用中、水が分配器１２から開口１８を介して管状導管１０の中に流れる。水がＹ字形移行部４０を通るとき、水は、渦巻きながら、開口４６を介して管状ろ過器およびノズル４７に入り、オリフィス４８からその後に続く管状導管１０の区域に流れ込む。
【００３０】
この実施形態では、分配器１２は、流量制限器の挿入のための一連の開口によって貫通されまたは弱化されることはないが、流量制限器は管状導管１０の中に挿入される。任意選択で、様々なカラーが互いに対して互い違いに配置されることができ、その配置は管状導管１０が互いに直接相互連結される場合は特に有益である。
【００３１】
すべての実施形態では、オリフィスが貫流容量を制限する。その結果、様々な管状導管全体の水の分配が平均化され、最適化される。流量制限器のオリフィスによって、管状導管の圧力低下は引き起こされる。オリフィスは蒸気生成工程のために圧力低下を最適化するように設計することができ、例えば、分配器とヘッダーとの間の圧力低下が０．１５〜０．７５ＭＰａになるように設計され得る。管状ろ過器は、水流中の異物によって目詰まりが生じないようにオリフィスを保護する篩としての機能を果たす。流量制限器は、補修管理、修理または交換のために簡単に取り外すことができる。任意選択で、流量制限器は永久に壁組立体８の中に配置することが可能である。その場合、蓋はそれぞれのカラーに溶接することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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