JP2011503514A - シンガス冷却器プラテンの製造方法及びシンガス冷却器プラテン - Google Patents

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Abstract

シンガス冷却器を製造する方法が提供される。この方法は、管ケージをシンガス冷却器内で連結し、複数のプラテン（１１２）を管ケージ（１２７）に連結してシンガス冷却器の蒸気の生成を促進することを含んでいる。少なくとも第１のプラテンは、第２のプラテンの長さより大きい長さ、非線形の幾何学形状、及びシンガス冷却器の壁に対して傾いた角度位置の少なくともいずれかを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般にガス化システムに関するものであり、具体的には、シンガス冷却器プラテンを製造するための方法及びシステムに関する。
少なくとも幾つかの公知のガス化システムは、燃料、空気又は酸素、蒸気、及び／又は石灰石の混合物を部分燃焼ガス（「シンガス」とも呼ばれる。）の出力に変換する。高温の燃焼ガスが、配電網に電力を供給するのに使われる発電機に動力を供給するガスタービンエンジンの燃焼器に供給される。少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンの排気ガスは、蒸気タービンを駆動するための蒸気を生成する熱回収蒸気発生機に供給される。この蒸気タービンによって生成した電力もまた、配電網に電力を提供する発電機を駆動するのに使用することができる。
さらに、幾つかの公知のガス化システムはシンガスから熱を回収して、蒸気タービンに動力を供給するための追加の蒸気を発生させる。通例、この蒸気は、シンガスを、シンガス冷却器のプラテンの上を通過させることによって生成する。プラテンは一連のボイラー管であり、これらのボイラー管は、このボイラー管内を流れるボイラー給水にシンガスからの熱が移されるときに蒸気を作り出す。しかし、ある公知のプラテン設計では、シンガス内の固体がプラテンの表面上に付着するようになるので、輻射及び対流熱抽出が限られたものになる可能性がある。従って、シンガスからボイラー給水への熱伝達が減少し得、そのため、蒸気の生成が限られることになり得る。シンガス内の固体の過度の付着を防ぐための公知の方法では、プラテンの管を垂直方向に配向させ、シンガス流の中心線から管までの間隔をあける。しかし、かかる設計は非常に費用がかかり、及び／又はシンガス冷却器の大きさ及び／又は重量を増大することが多い。
米国特許出願公開第２００８／０４１５７２号明細書
１つの態様では、シンガス冷却器の製造方法を提供する。この方法では、シンガス冷却器内で管ケージを連結し、複数のプラテンを管ケージに連結してシンガス冷却器内での蒸気の生成を促進する。少なくとも第１のプラテンは、第２のプラテンの長さより大きい長さ、非線形の幾何学形状、及びシンガス冷却器の壁に対して傾いた角度位置の少なくともいずれかを有する。
別の態様では、シンガス冷却器が提供される。このシンガス冷却器は、管ケージと、シンガス冷却器内での蒸気の生成を促進するために管ケージに連結された複数のプラテンとを含んでいる。少なくとも第１のプラテンは、第２のプラテンの長さより大きい長さ、非線形の幾何学形状、及びシンガス冷却器の壁に対して傾いた角度位置の少なくともいずれかを有する。
別の態様では、複数のプラテンが提供される。これらのプラテンは、シンガス冷却器の管ケージに連結されてシンガス冷却器内での蒸気の生成を促進するように設定されている。少なくとも第１のプラテンは、第２のプラテンの長さより大きい長さ、非線形の幾何学形状、及びシンガス冷却器の壁に対して傾いた角度位置の少なくともいずれかを有する。
図１は、代表的な統合ガス化複合サイクル（石炭ガス化複合発電・ＩＧＣＣ）システムの概略図である。 図２は、図１に示すシステムと共に使用し得る代表的なシンガス冷却器の概略断面図である。 図３は、図２に示すシンガス冷却器と共に使用し得る複数のプラテンの代表的な実施形態である。 図４は、図３に示す複数のプラテンの代替的な実施形態である。 図５は、図２に示すシンガス冷却器と共に使用し得る複数のプラテンの別の代替的な実施形態である。 図６は、図２に示すシンガス冷却器と共に使用し得る複数のプラテンの別の代替的な実施形態である。 図７は、図２に示すシンガス冷却器と共に使用し得る複数のプラテンの別の代替的な実施形態である。 図８は、図２に示すシンガス冷却器と共に使用し得る複数のプラテンの別の代替的な実施形態である。 図９は、図２に示すシンガス冷却器と共に使用し得る複数のプラテンの別の代替的な実施形態である。 図１０は、図２に示すシンガス冷却器と共に使用し得る複数のプラテンの別の代替的な実施形態である。 図１１は、図１５に示す複数のプラテンの平面図である。 図１２は、図２に示すシンガス冷却器と共に使用し得る複数のプラテンの別の代替的な実施形態である。 図１３は、図２に示すシンガス冷却器と共に使用し得る複数のプラテンの別の代替的な実施形態である。
本発明は、シンガス冷却器で使用するための複数のプラテンを提供する。ここで、１以上のプラテンは、第２のプラテンの長さより長い長さを有するか、非線形の幾何学形状を有するか、及び／又はシンガス冷却器の壁に対して傾斜した角度でシンガス冷却器の管ケージに連結される。具体的には、本発明は、プラテンの公知の幾何学的形状が、一様に直線状で放射状に配置された構成から、異なる数、角度、及び／又は長さのプラテンを使用する異なる幾何学的構成に改変された様々な構成を提供する。本明細書に記載された異なるプラテン設計は、プラテンの管内のボイラー給水とシンガスとの間の輻射及び対流熱抽出の増大を促進する。さらに、かかるプラテン構造は、よりコンパクトで、及び／又は費用効果的なシンガス冷却器の設計を容易にする。
シンガス冷却器で使用し得るプラテンに関して本発明を説明するが、当業者には本発明がシンガス冷却器での使用のみに限定されないことは自明であろう。本発明は、熱交換を利用するいかなるシステムにも使用できる。なお、簡単にするために、本明細書では、シンガス生成の副生成物としての蒸気の生成に関してのみ本発明を説明する。しかし、当業者には了解されるように、本発明は、蒸気の生成に限定されるものではなく、本発明は熱交換のあらゆる副生成物を製造するのに使用し得る。
図１は、代表的な統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電システム１０の概略図である。ＩＧＣＣシステム１０は一般に、主空気圧縮機１２、流動連通状態で圧縮機１２に連結された空気分離ユニット（ＡＳＵ）１４、流動連通状態でＡＳＵ１４に連結されたガス発生機１６、流動連通状態でガス発生機１６に連結されたシンガス冷却器１８、流動連通状態でシンガス冷却器１８に連結されたガスタービンエンジン２０、及び流動連通状態でシンガス冷却器１８に連結された蒸気タービン２２を含んでいる。
作動中、圧縮機１２で周囲の空気が圧縮され、次いでこれがＡＳＵ１４に導かれる。代表的な実施形態では、圧縮機１２からの圧縮空気に加えて、ガスタービンエンジン圧縮機２４からの圧縮空気がＡＳＵ１４に供給される。或いは、圧縮機１２からの圧縮空気がＡＳＵ１４に供給されるのではなく、ガスタービンエンジン圧縮機２４からの圧縮空気がＡＳＵ１４に供給される。代表的な実施形態では、ＡＳＵ１４はこの圧縮空気を利用して、ガス発生機１６で用いられる酸素を生成する。より具体的には、ＡＳＵ１４は、圧縮空気を酸素（Ｏ2）と「プロセスガス」とも呼ばれるガス副生成物の別々の流れに分ける。このＯ2流はガス発生機１６に導かれ、以下により詳細に記載するようにガスタービンエンジン２０で燃料として使用される部分燃焼ガス（本明細書で「シンガス」ともいう。）の発生に用いられる。
ＡＳＵ１４で生成したプロセスガスは窒素を含んでおり、本明細書では「窒素プロセスガス」（ＮＰＧ）という。このＮＰＧはまた、特に限定されないが、酸素及び／又はアルゴンのような他のガスも含み得る。例えば、代表的な実施形態では、ＮＰＧは約９５％〜約１００％の窒素を含んでいる。代表的な実施形態では、ＮＰＧ流の少なくとも幾らかはＡＳＵ１４から大気中に脱気され、ＮＰＧ流の少なくとも幾らかはガスタービンエンジン燃焼器２６内の燃焼域（図示せず）に注入されて、エンジン２０の放出を制御するのを助け、より具体的には燃焼温度を低下させると共にエンジン２０からの亜酸化窒素の放出を低減させるのを助ける。代表的な実施形態では、ＩＧＣＣシステム１０は、ガスタービンエンジン燃焼器２６の燃焼域に注入される前に窒素プロセスガス流を圧縮するための圧縮機２８を含んでいる。
代表的な実施形態では、ガス発生機１６が、燃料供給源３０から供給される燃料、ＡＳＵ１４により供給されるＯ2、蒸気、及び／又は石灰石の混合物を、ガスタービンエンジン２０により燃料として使用されるシンガスの出力に変換する。ガス発生機１６はあらゆる燃料を使用し得るが、代表的な実施形態ではガス発生機１６は石炭、石油コークス、残留油、油乳濁液、オイルサンド、及び／又はその他類似の燃料を使用する。さらにまた、代表的な実施形態では、ガス発生機１６により生成するシンガスは二酸化炭素を含む。
代表的な実施形態では、ガス発生機１６で生成したシンガスはシンガス冷却器１８に導かれて、以下により詳細に記載するようにシンガスの冷却を促進する。冷却されたシンガスは冷却器１８から、シンガスを清浄化するための清浄化装置３２へ導かれ、その後燃焼のためにガスタービンエンジン燃焼器２６に導かれる。二酸化炭素（ＣＯ2）は、清浄化中にシンガスから分離され得、代表的な実施形態では大気中に脱気され得る。ガスタービンエンジン２０は、電力を配電網（図示せず）に供給する発電機３４を駆動する。ガスタービンエンジン２０からの排気ガスは、蒸気タービン２２を駆動するための蒸気を発生させる熱回収蒸気発生機３６に導かれる。蒸気タービン２２で発生した電力は、配電網に電力を提供する発電機３８を駆動する。代表的な実施形態では、熱回収蒸気発生機３６からの蒸気はシンガスを生成するためのガス発生機１６に供給される。
さらにまた、代表的な実施形態では、システム１０は、ガス発生機１６から導かれたシンガスの冷却を促進するために蒸気発生機３６からの沸騰水をシンガス冷却器１８に供給するポンプ４０を含んでいる。沸騰水はシンガス冷却器１８を通って導かれ、ここで水が蒸気に変換される。冷却器１８からの蒸気はその後、ガス発生機１６、シンガス冷却器１８、及び／又は蒸気タービン２２内で使用するために蒸気発生機３６に戻される。
図２は、システム１０と共に使用し得る代表的なシンガス冷却器１００の概略断面図を示す。代表的な実施形態では、シンガス冷却器１００は輻射式シンガス冷却器である。シンガス冷却器１００は、冷却器中心線１０４に沿ってお互いに概ね同心円状に並べられた頂部開口（図示せず）と底部開口（図示せず）を有する圧力容器シェル１０２を含んでいる。本明細書で言及されるいる場合、「軸」方向とは中心線１０４に対して実質的に平行な方向であり、「上方」方向とは概ねシェルの頂部開口に向かう方向であり、「下方」方向とは概ね底部開口に向かう方向である。シンガス冷却器１００は中心線１０４からシェル１０２の外面１０６までで測定される半径Ｒを有している。さらにまた、代表的な実施形態では、冷却器１００の頂部（図示せず）は、前記頂部開口を囲む複数の下降管開口（図示せず）と複数の上昇管開口（図示せず）を含んでいる。代表的な実施形態では、シェル１０２は、特に限定されないが、クロムモリブデン鋼のような圧力容器品質の鋼から製造される。こうして、シェル１０２は、シンガス冷却器１００を通って流れるシンガスの作動圧力に耐えるのを助けられる。また、代表的な実施形態では、シェルの頂部開口はガス発生機１６から排出されるシンガスを受け入れるためにガス発生機１６と流動連通状態で連結されている。シェル１０２の底部開口は、代表的な実施形態では、スラグ収集ユニット（図示せず）と流動連通状態で連結されていて、ガス化及び／又は冷却中に形成される固体粒子の収集を可能にする。
シェル１０２内には、代表的な実施形態では、複数の熱伝達媒体供給ライン（本明細書では「下降管」ともいう）１０８、熱伝達壁（本明細書では「管壁」ともいう）１１０、及び複数の熱伝達パネル（本明細書では「プラテン」ともいう）１１２がある。より具体的には、代表的な実施形態では、下降管１０８はシェル１０２の半径方向内側に配置され、管壁１１０は下降管１０８の半径方向内側にあり、プラテン１１２は管壁１１０がプラテン１１２を実質的に囲むように管壁１１０内に配列されている。一般に、代表的な実施形態では、下降管１０８は中心線１０４から外側へ半径Ｒ1で配置され、管壁１１０は中心線１０４から半径Ｒ2で配置されており、半径Ｒ1は半径Ｒ2より長く、半径Ｒは半径Ｒ1及びＲ2より長い。或いは、シェル１０２、下降管１０８、管壁１１０、及び／又はプラテン１１２は他の配向で配列される。
代表的な実施形態では、下降管１０８は、本明細書に記載されているように、例えば蒸気発生機３６からの水のような熱伝達媒体１１４をシンガス冷却器１００に供給する。より具体的には、下降管１０８は、以下により詳細に記載するように、下方マニホルド２００を介して熱伝達媒体１１４を管壁１１０及びプラテン１１２に供給する。下方マニホルド２００は、代表的な実施形態では、冷却器底部開口に近接して連結されており、従って、シンガスが冷却器１００に入る際に通る冷却器頂部開口の下流にある。代表的な実施形態では、下降管１０８は、冷却器１００及び／又はシステム１０が本明細書に記載されているように機能できるようにする材料から製造された管１１６を含んでいる。さらにまた、代表的な実施形態では、シェル１０２と管壁１１０との間で画定される間隙１１８を加圧して、管壁１１０に誘導された応力の低減を促進するしてもよい。
代表的な実施形態では、管壁１１０は、膜（本明細書では「ウェブ」ともいう）（図示せず）と共に連結された複数の周囲方向に離隔して軸方向に並んだ管１２０を含んでいる。代表的な実施形態では管壁１１０は一列の管１２０のみを含んでいるが、他の実施形態では管壁１１０は一列より多くの管１２０を含んでいてもよい。より具体的には、代表的な実施形態では、膜と管１２０は管壁１１０がシンガスに対して実質的に不透過性であるように互いに連結される。従って、管壁１１０は、下降管１０８及び／又はシェル１０２から有効に隔離された冷却器１００の内側部分１２２にシンガスを実質的に保持する。従って、管壁１１０はシンガスが通って流れることができるエンクロージャを画定する。代表的な実施形態では、熱は管壁１１０内に保持されたシンガスから管１２０を通って流れる熱伝達媒体１１４に移される。管１２０及び／又は膜は冷却器１００が本明細書に記載されているように機能できるようにする熱伝達特性を有する材料から製造される。さらにまた、代表的な実施形態では、管壁１１０は、加熱された熱伝達媒体１１４を冷却器１００から、例えば熱回収蒸気発生機３６（図１に示す）に導くことができるように、シェル１０２の頂部を通って延在する上昇管（図示せず）に連結されている。
代表的な実施形態では、プラテン１１２は各々が、膜１２６と連結された複数の管１２４を含んでいる。各プラテン１１２は冷却器１００が本明細書に記載されているように機能できるようにする任意の数の管１２４を含むことができる。図２ではプラテン１１２が概ね軸方向に並んだ管１２４と共に概ね半径方向に配向されて示されているが、プラテン１１２及び／又は管１２４は、冷却器１００が本明細書に記載されているように機能できるようにする適切な配向及び／又は配置で配向され、及び／又は構成され得る。また、代表的な実施形態では、プラテン１１２は管ケージ１２７に連結されている。具体的には、代表的な実施形態では、管ケージ１２７は下部入口管１２８と上部出口管（図示せず）を含んでいる。プラテン１１２は下部入口管１２８及び上部出口管（図示せず）に連結されている。より具体的には、代表的な実施形態では、プラテン１１２は下部入口管１２８と上部出口管との間に実質的に垂直の配列として延在する。或いは、プラテン１１２は管１２８に対して任意の角度で配向され得、及び／又は下部入口管１２８から異なる配列で配列され得る。
図３は、シンガス冷却器１００と共に使用し得る複数のプラテン２００の代表的な実施形態である。図４は、プラテン２００の代替的な実施形態である。代表的な実施形態では、プラテン２００は、各々が第１の長さＬ1を有する第１の複数のプラテン２０２、及び各々が第１の長さＬ1より大きい第２の長さＬ2を有する第２の複数のプラテン２０４を含んでいる。プラテン２００はシンガス冷却器中心線１０４の回りで周囲方向に配置されている。具体的には、図３と図４では半円形の配置のプラテン２００のみが示されているが、当業者には自明であろうが、一実施形態では、プラテン２００は中心線１０４を実質的に囲む。代替的な実施形態では、プラテン２００は中心線１０４の回りで適切な弓形の距離に広がっている。
図３に示す実施形態では、単一のプラテン２０２が各対の隣接するプラテン２０４の間で周囲方向に配置されている。図４に示す実施形態では、一対のプラテン２０２が各対の隣接するプラテン２０４の間で周囲方向に配置されている。代替的な実施形態では、任意の数のプラテン２０２が各対の隣接するプラテン２０４の間で周囲方向に配置されていてもよい。別の実施形態では、任意の数のプラテン２０４が隣接する対のプラテン２０２の間に配置されていてもよい。さらに、代表的な実施形態では、各プラテン２００はシンガス冷却器１００の（図２に示す）壁又はシェルから中心線１０４に向かって実質的に半径方向内側に延在している。代替的な実施形態では、プラテン２００はシンガス冷却器１００の壁から適切な傾斜した角度で延在する。また、プラテン２００は、シンガス冷却器１００を通って実質的に垂直に延在するように（図２に示す）管ケージに連結されるように設定されている。さらに、交互の長さとＬ1とＬ2を有するプラテン２００の構成は、プラテン２００の全体の大きさを公知のプラテンの大きさより小さくするのを助け、また公知のシンガス冷却器プラテンと比較してシンガス冷却器１００の流路に対するプラテン２００の暴露を増大する。
作動中、ガス発生機（図１に示す）から排出されたシンガス流はシンガス冷却器１００の頂部に導かれる。シンガスはプラテン２００に沿って流れて、プラテン２００を通って流れるボイラー給水を加熱して蒸気を生成するのを促進する。その性質により、シンガス冷却器１００を通って流れるシンガスは、プラテン２００への輻射熱伝達を制限する粒状物質を含むため、限られた視覚経路に起因して光学的に濃い。さらに、シンガス流内の粒状物質はプラテン２００上に付着する傾向を有し得るので、熱伝達を低減する可能性がある。しかし、代表的な実施形態では、垂直配向及びシンガスの流路へのプラテン２００の増大した暴露により、シンガス流からの固体の付着の低減が促進される。結果として、シンガス流からボイラー給水への熱伝達及び蒸気の生成が促進されて増大する。さらに、プラテン２００の大きさの低下により、蒸気の生成に悪影響を及ぼしたり、及び／又はシンガス冷却器１００の大きさに依存する製造費を増大したりすることなく、シンガス冷却器１００の全体の長さ及び／又は直径の低下が促進される。
図５は、シンガス冷却器１００と共に使用し得る複数のプラテン２５０の別の実施形態を示す。代表的な実施形態では、プラテン２５０は、第１の複数のプラテン２５２及び第２の複数のプラテン２５４を含んでいる。代表的な実施形態では、プラテン２５２は実質的に線形である。しかし、当業者には自明であろうが、代替的な実施形態では、プラテン２５２は非線形である。さらに、代表的な実施形態では、プラテン２５４は実質的に弓形である。しかし、当業者には自明であろうが、代替的な実施形態では、プラテン２５４は実質的に線形であるか、及び／又は別の非線形形状を有する。
プラテン２５０は中心線１０４の回りで周囲方向に離隔して並んでいる。具体的には、図５は半円形のプラテン２５０のみを示しているが、当業者には自明であろうが、一実施形態では、プラテン２５０は中心線１０４の回り全体に離隔して並んでいる。代替的な実施形態では、プラテン２５０は中心線１０４の回りで弓形に離隔して並んでおり、これによりシンガス冷却器１００は本明細書に記載されているように機能することができる。さらに、代表的な実施形態では、プラテン２５２はシンガス冷却器１００の壁又はシェル（図２に示す）から中心線１０４に向かって実質的に半径方向内側に延在する。代替的な実施形態では、プラテン２５２はシンガス冷却器１００の壁から傾斜した角度で延在する。プラテン２５４は中心線１０４の回りでシンガス冷却器の壁の内側周辺に沿って実質的に周囲方向に延在する。また、プラテン２５４はプラテン２５２からある角度で外側へ延在する。具体的には、代表的な実施形態では、各プラテン２５４はプラテン２５２から距離Ｄ1延在しており、このため各プラテン２５４は隣接するプラテン２５２及び隣接するプラテン２５４と重なり合うことができる。代替的な実施形態では、プラテン２５４は隣接するプラテン２５２及び／又は２５４と重なり合わない。別の実施形態では、プラテン２５４は隣接するプラテン２５２と重なり合うが、隣接するプラテン２５４とは重なり合わない。別の実施形態では、プラテン２５４は任意の数の隣接するプラテン２５２及び／又は２５４と重なり合い、このためシンガス冷却器１００は本明細書に記載されているように機能することができる。
また、プラテン２５０は、管ケージ（図２に示す）に連結しシンガス冷却器１００を通って実質的に垂直に延在するように構成されている。さらに、プラテン２５０のＬ形配置は、プラテン２５０の全体の大きさを公知のプラテンの大きさと比較して低減するのを促進し、またプラテン２５０のシンガス冷却器１００の流路に対する暴露を公知のシンガス冷却器プラテンと比較して増大する。
作動中、ガス発生機（図１に示す）から排出されたシンガス流はシンガス冷却器１００の頂部に導かれる。シンガスはプラテン２５０に沿って流れて、プラテン２５０を通って流れるボイラー給水を加熱して蒸気を発生させるのを促進する。その性質により、シンガス冷却器１００を通って流れるシンガスは、プラテン２５０に対する輻射熱伝達を制限する粒状物質を含んでいるため、限られた視覚経路に起因して光学的に濃い。さらに、シンガス流内の粒状物質はプラテン２５０上に付着し、従って熱伝達を低減する傾向を有し得る。しかし、代表的な実施形態では、垂直配向及びシンガスの流路に対するプラテン２５０の増大した暴露は、シンガス流からの固体の付着の低減を促進する。結果として、シンガス流からボイラー給水への熱伝達及び蒸気の生成が促進されて増大する。また、プラテン２５０の低下した大きさは、蒸気の生成に悪影響を及ぼしたり、及び／又はシンガス冷却器１００の大きさに依存する製造費を増大したりすることなく、シンガス冷却器１００の全体の長さ及び／又は直径を低減するのを促進する。
図６は、シンガス冷却器１００と共に使用し得る複数のプラテン３００の別の実施形態である。代表的な実施形態では、プラテン３００は実質的に弓形である。さらに、プラテン３００は中心線１０４の回りで周囲方向に離隔して並んでいる。具体的には、図６では半円形のプラテン３００のみが示されているが、当業者には自明であろうが、一実施形態では、プラテン３００は中心線１０４の回り全体に離隔して並んでいる。代替的な実施形態では、プラテン３００は中心線１０４の回りで適切な距離で離隔して並んでおり、そのためシンガス冷却器１００は本明細書に記載されているように機能できるようになっている。さらに、代表的な実施形態では、プラテン３００はシンガス冷却器１００の壁又はシェル（図２に示す）から中心線１０４に向かって実質的に半径方向内側に延在している。代替的な実施形態では、プラテン３００はシンガス冷却器の壁から傾いた角度で延在している。一実施形態では、プラテン３００は異なる長さを有する。具体的には、プラテン３００は、第１の長さＬ3を有する第１の複数のプラテン３０２と、第１の長さＬ3より長い第２の長さＬ4を有する第２の複数のプラテン３０４とを含んでいる。別の実施形態では、プラテン３００は各々が同じ長さを有する。
また、プラテン３００は、管ケージ（図２に示す）と連結しシンガス冷却器１００を通って実質的に垂直に延在するように構成されている。さらに、プラテン３００の弓形の配置は、プラテン３００の全体の大きさを公知のプラテンの大きさより小さく低減し、またシンガス冷却器１００の流路に対するプラテン３００の暴露を公知のシンガス冷却器プラテンと比較して増大する。
作動中、ガス発生機（図１に示す）から排出されたシンガス流はシンガス冷却器１００の頂部に導かれる。シンガスはプラテン３００に沿って流れて、プラテン３００を通って流れるボイラー給水を加熱して蒸気を発生させるのを促進する。その性質により、シンガス冷却器１００を通って流れるシンガスは、プラテン３００への輻射熱伝達を制限する粒状物質を含むため、限られた視覚経路に起因して光学的に濃い。さらに、シンガス流内の粒状物質は、プラテン３００上に付着し、従って熱伝達を低減する傾向を有し得る。しかし、代表的な実施形態では、垂直配向及びシンガスの流路に対するプラテン３００の増大した暴露は、シンガス流からの固体の付着の低減を促進する。結果として、シンガス流からボイラー給水への熱伝達及び蒸気の生成が促進されて増大する。また、プラテン３００の低下した大きさは、蒸気の生成に悪影響を及ぼしたり、及び／又はシンガス冷却器１００の大きさに依存する製造費を増大することなく、シンガス冷却器１００の全体の長さ及び／又は直径の低減を促進する。
図７は、シンガス冷却器１００と共に使用し得る複数のプラテン３５０の別の実施形態である。代表的な実施形態では、プラテン３５０は実質的に線形であり、同じ長さＬ5を有する。代替的な実施形態では、プラテン３５０は実質的に非線形である。別の実施形態では、プラテン３５０は異なる長さを有する。プラテン３５０は中心線１０４の回りで周囲方向に離隔して並んでいる。具体的には、図７では半円形のプラテン３５０のみが示されているが、当業者には自明であろうが、一実施形態では、プラテン３５０は中心線１０４の回り全体に離隔して並んでいる。代替的な実施形態では、プラテン３５０は中心線１０４の回りで適切な離隔して並んでいて、そのためシンガス冷却器１００は本明細書に記載されているように機能することができる。さらに、代表的な実施形態では、プラテン３５０は壁又はシェル（図２に示す） ｏｆ シンガス冷却器１００の中心線１０４に向かって傾いた角度で延在している。
また、プラテン３５０は、管ケージ（図２に示す）に連結されシンガス冷却器１００を通って実質的に垂直に延在するように構成されている。さらに、シンガス冷却器の壁に対して傾いた角度で延在するプラテン３５０の配置は、プラテン３５０の全体の大きさを公知のプラテンの大きさより小さく低下させ、またシンガス冷却器１００の流路に対するプラテン３５０の暴露を公知のシンガス冷却器プラテンと比較して増大する。
作動中、ガス発生機（図１に示す）から排出されたシンガス流はシンガス冷却器１００の頂部に導かれる。このシンガスはプラテン３５０に沿って流れて、プラテン３５０を通って流れるボイラー給水を加熱して蒸気を発生させるのを促進する。その性質により、シンガス冷却器１００を通って流れるシンガスは、プラテン３５０への輻射熱伝達を制限する粒状物質を含むため、限られた視覚経路に起因して光学的に濃い。さらに、シンガス流内の粒状物質は、プラテン３５０上に付着し、従って熱伝達を低減する傾向を有し得る。しかし、代表的な実施形態では、垂直配向及びシンガスの流路に対するプラテン３５０の増大した暴露は、シンガス流からの固体の付着の低減を促進する。結果として、シンガス流からボイラー給水への熱伝達及び蒸気の生成が増大するように促進される。また、プラテン３５０の低下した大きさは、蒸気の生成に悪影響を及ぼしたり、及び／又はシンガス冷却器１００の大きさに依存する製造費を増大させることなく、シンガス冷却器１００の全体の長さ及び／又は直径の低減を促進する。
図８は、シンガス冷却器１００と共に使用し得る複数のプラテン４００の代替的な実施形態である。プラテン４００は第１の複数のプラテン４０２と第２の複数のプラテン４０４を含んでいる。プラテン４００は中心線１０４の回りで周囲方向に離隔して並んでいる。具体的には、図８では半円形のプラテン４００のみが示されているが、当業者には自明であろうが、一実施形態では、プラテン４００は中心線１０４の回り全体で離隔して並んでいる。代替的な実施形態では、プラテン４００は中心線１０４の回りで任意の距離で離隔して並んでいて、そのためプラテン４００は本明細書に記載されているように機能することができる。代表的な実施形態では、プラテン４０４はプラテン４０２の半径方向内側に配置されている。具体的には、プラテン４０２はシンガス冷却器１００の壁又はシェル（図２に示す）から中心線１０４に向かって半径方向内側に延在しており、プラテン４０４はプラテン４０２から中心線１０４に向かって内側に延在している。代替的な実施形態では、プラテン４０２はシンガス冷却器の壁から傾いた角度で延在している。さらに、代表的な実施形態では、プラテン４０４はプラテン４０２から傾いた角度で延在している。具体的には、第１のプラテン４０６は各プラテン４０２から第１の方向に傾いて延在しており、第２のプラテン４０８は各プラテン４０２から反対の方向に傾いて延在しており、その結果１つのプラテン４０２と一対のプラテン４０４が軸方向の中心線１０４に対して垂直な平面内でＹ字形を形成している。
代表的な実施形態では、プラテン４００は実質的に線形である。しかし、当業者には自明であろうが、代替的な実施形態では、プラテン４００で非線形である。さらに、代表的な実施形態では、プラテン４０２は長さＬ6を有し、プラテン４０４は長さＬ6より長い長さＬ7を有している。代替的な実施形態では、長さＬ6が長さＬ7より長い。別の実施形態では、長さＬ6は長さＬ7と実質的に同じである。別の実施形態では、プラテン４０２は様々な長さを有しており、及び／又はプラテン４０４は様々な長さを有する。
また、プラテン４００は管ケージ（図２に示す）に連結されシンガス冷却器１００を通って実質的に垂直に延在するように構成されている。さらに、プラテン４００のＹ字形の配置により、プラテン４００の全体の大きさが公知のプラテンの大きさより小さく低減され、またシンガス冷却器１００の流路に対するプラテン４００の暴露が公知のシンガス冷却器プラテンと比較して増大する。
作動中、ガス発生機（図１に示す）から排出されたシンガス流はシンガス冷却器１００の頂部に導かれる。シンガスはプラテン４００に沿って流れて、プラテン４００を通って流れるボイラー給水を加熱して蒸気を発生させるのを促進する。その性質により、シンガス冷却器１００を流れるシンガスは、プラテン４００への輻射熱伝達を制限する粒状物質を含むため、限られた視覚経路に起因して光学的に濃い。さらに、シンガス流内の粒状物質はプラテン４００上に付着し、従って熱伝達を低減する傾向を有し得る。しかし、代表的な実施形態では、垂直配向及びシンガスの流路に対するプラテン４００の増大した暴露により、シンガス流からの固体の付着の低減が促進される。結果として、シンガス流からのボイラー給水への熱伝達及び蒸気の生成が増大するように促進される。また、プラテン４００の低下した大きさのため、蒸気の生成に悪影響を及ぼしたり、及び／又はシンガス冷却器１００の大きさに依存する製造費を増大したりすることなく、シンガス冷却器１００の全体の長さ及び／又は直径の低減が促進される。
図９は、シンガス冷却器１００と共に使用し得る複数のプラテン４５０の別の実施形態である。プラテン４５０は第１の複数のプラテン４５２と第２の複数のプラテン４５４を含んでいる。プラテン４５０は中心線１０４の回りで周囲方向に離隔して並んでいる。具体的には、図９では半円形のプラテン４５０のみが示されているが、当業者には自明であろうが、一実施形態では、プラテン４５０は中心線１０４の回り全体に離隔して並んでいる。代替的な実施形態では、プラテン４５０は中心線１０４の回りで所定の距離で離隔して並んでおり、そのためシンガス冷却器１００は本明細書に記載されているように機能することができる。代表的な実施形態では、プラテン４５２はプラテン４５４の半径方向内側に配置されている。具体的には、プラテン４５２はシンガス冷却器１００の中心線１０４から壁又はシェル（図２に示す）に向かって半径方向外側へ延在しており、プラテン４５４はプラテン４５２からシンガス冷却器１００の壁に向かって外側へ延在している。代替的な実施形態では、プラテン４５２は中心線１０４からシンガス冷却器１００の壁に対して傾いた角度で延在している。さらに、代表的な実施形態では、プラテン４５４はプラテン４５２から傾いた角度で延在している。具体的には、第１のプラテン４５６は各プラテン４５２から第１の方向に傾いて延在しており、第２のプラテン４５８は各プラテン４５２から反対の方向に傾いて延在しており、その結果１つのプラテン４５２と一対のプラテン４５４がＹ字形を形成している。
代表的な実施形態では、プラテン４５０は実質的に線形である。しかし、当業者には自明であろうが、代替的な実施形態では、プラテン４５０は非線形である。さらに、代表的な実施形態では、プラテン４５２は長さＬ8を有し、プラテン４５４は長さＬ8より長い長さＬ9を有している。代替的な実施形態では、長さＬ8は長さＬ9より長い。別の実施形態では、長さＬ8は長さＬ9と実質的に同じである。別の実施形態では、プラテン４５２は様々な長さを有し、及び／又はプラテン４５４は様々な長さを有する。
また、プラテン４５０は管ケージ（図２に示す）に連結されシンガス冷却器１００を通って実質的に垂直に延在するように構成されている。さらに、プラテン４５０のＹ字形の配置により、プラテン４５０の全体の大きさが公知のプラテンの大きさより小さく低減され、またシンガス冷却器１００の流路に対するプラテン４５０の暴露が公知のシンガス冷却器プラテンと比較して増大する。
作動中、ガス発生機（図１に示す）から排出されたシンガス流はシンガス冷却器１００の頂部に導かれる。このシンガスはプラテン４５０に沿って流れて、プラテン４５０を通って流れるボイラー給水を加熱して蒸気の発生を促進する。その性質により、シンガス冷却器１００を通って流れるシンガスは、プラテン４５０への輻射熱伝達を制限する粒状物質を含むため、限られた視覚経路に起因して光学的に濃い。さらに、シンガス流内の粒状物質はプラテン４５０上に付着し、従って熱伝達を低減する傾向を有し得る。しかし、代表的な実施形態では、垂直配向及びシンガスの流路に対するプラテン４５０の増大した暴露により、シンガス流からの固体の付着の低減が促進される。結果として、シンガス流からボイラー給水への熱伝達及び蒸気の生成が増大するように促進される。また、プラテン４５０の低下した大きさにより、蒸気の生成に悪影響を及ぼしたり、及び／又はシンガス冷却器１００の大きさに依存する製造費を増大することなく、シンガス冷却器１００の全体の長さ及び／又は直径の低減が促進される。
図１０は、シンガス冷却器１００と共に使用し得る複数のプラテン５００の別の実施形態である。図１１は、プラテン５００の平面図である。プラテン５００は螺旋状である。具体的には、各プラテン５００は中心線１０４に沿って垂直に、かつ中心線１０４の回りで周囲方向に延在している。さらに、各プラテン５００は中心線１０４からシンガス冷却器１００の壁又はシェル（図２に示す）に向かって長さＬ10だけ外側へ延在している。また、各プラテン５００は隣接するプラテン５００と重なり合っており、その結果複数のプラテン５００が螺旋状のネジパターンを形成している。
プラテン５００は管ケージ（図２に示す）に連結されシンガス冷却器１００を通って実質的に垂直に延在するように構成されている。さらに、プラテン５００の螺旋状構造により、プラテン５００の全体の大きさが公知のプラテンの大きさより小さく低減し、またシンガス冷却器１００の流路に対するプラテン５００の暴露が公知のシンガス冷却器プラテンと比較して増大する。
作動中、ガス発生機（図１に示す）から排出されたシンガス流はシンガス冷却器１００の頂部に導かれる。このシンガスはプラテン５００に沿って流れて、プラテン５００を通って流れるボイラー給水を加熱して蒸気の発生を促進する。その性質により、シンガス冷却器１００を通って流れるシンガスは、プラテン５００への輻射熱伝達を制限する粒状物質を含むため、限られた視覚経路に起因して光学的に濃い。さらに、シンガス流内の粒状物質はプラテン５００上に付着し、従って熱伝達を低減する傾向を有し得る。しかし、代表的な実施形態では、垂直配向及びシンガスの流路に対するプラテン５００の増大した暴露により、シンガス流からの固体の付着の低減が促進される。結果として、シンガス流からボイラー給水への熱伝達及び蒸気の生成が増大するように促進される。また、プラテン５００の低下した大きさにより、蒸気の生成に悪影響を及ぼしたり、及び／又はシンガス冷却器１００の大きさに依存する製造費を増大することなく、シンガス冷却器１００の全体の長さ及び／又は直径の低減が促進される。
図１２は、シンガス冷却器１００と共に使用し得る複数のプラテン５５０の別の実施形態である。プラテン５５０は、第１の部分プラテン５５２と第２の部分のプラテン５５４を含んでいる。具体的には、プラテン５５２はプラテン３００（図６に示す）と本質的に類似に構成され、プラテン５５４はプラテン５００（図１０及び１１に示す）と本質的に類似に構成されている。
図１３は、シンガス冷却器１００と共に使用し得る複数のプラテン６００の代替的な実施形態である。プラテン６００は第１の部分のプラテン６０２と第２の部分のプラテン６０４とを含んでいる。具体的には、プラテン６０２は図８に示す実施形態のプラテン３００と本質的に類似に構成され、プラテン６０４は図７に示す実施形態のプラテン３００と本質的に類似に構成されている。
図１２及び図１３では、図６、図１０及び図１１に示すプラテンの組合せのみが示されているが、当業者には自明であろうが、図３〜図１１に示す任意のプラテンを組み合わせてシンガス冷却器１００と共に使用し得る複数のプラテンを形成することができる。
具体的には、本明細書に記載されたプラテンの任意の組合せで、シンガス流からの固体の付着の低減が促進され、それによりシンガス流からボイラー給水への熱伝達が増大し蒸気の生成が増大する。また、本明細書に記載されたプラテンの任意の組合せで、蒸気の生成を維持すると共にシンガス冷却器１００の大きさに依存するコストを低減しつつ、シンガス冷却器１００の全体の長さ及び／又は直径の低減が促進される。
一実施形態では、シンガス冷却器を製造する方法が提供される。この方法は、シンガス冷却器内に管ケージを連結し、複数のプラテンを管ケージに連結してシンガス冷却器内での蒸気の生成を促進することを含んでいる。少なくとも第１のプラテンは、第２のプラテンの長さより大きい長さ、非線形の幾何学形状、及びシンガス冷却器の壁に対して傾いた角度位置の少なくともいずれかを有している。代表的な実施形態では、この方法はシンガス冷却器の中心線の回りで周囲方向に複数のプラテンを連結することを含んでいる。
さらに、一実施形態では、この方法は第１のプラテンを第２のプラテンに対してある角度で連結することを含んでいる。別の実施形態では、この方法は１以上の弓形のプラテンを製造することを含んでいる。別の実施形態では、この方法は１以上の螺旋状プラテンを製造することを含んでいる。また、代表的な実施形態では、この方法は増大した表面積を有する１以上の複数のプラテンを製造してシンガス冷却器内での蒸気の生成の改善を促進することを含んでいる。代表的な実施形態では、この方法はまた、シンガス冷却器の全体の大きさの低減を促進する幾何学的形状を有する１以上の複数のプラテンを製造することを含んでいる。
上記システム及び方法は、シンガス冷却器の全体の長さ及び／又は直径の低減を促進する一方で、蒸気の生成を維持すると共に、シンガス冷却器の大きさに依存するコストを低減する。具体的には、作動中、シンガス流はガス発生機から垂直に配向したシンガス冷却器の頂部に排出される。その後、シンガスはプラテンに沿って流れて、プラテンを通って流れるボイラー給水を加熱し、それにより蒸気が促進される。その性質により、シンガス冷却器を通って流れるシンガスは、プラテンへの輻射熱伝達を制限する粒状物質を含むため、限られた視覚経路に起因して光学的に濃い。さらに、シンガス流内の粒状物質はまたプラテン上に付着し、熱伝達をさらに低減し得る。
このように、本明細書に開示されたプラテンは、シンガス流からの固体の付着防止を促進するように垂直に配向されシンガス冷却器の中心線から離隔して配置されている。また、本明細書に記載されたプラテンは、公知のシンガス冷却器プラテンと比較してシンガス冷却器の流路に対するプラテンの表面積の暴露がより大きくなるように構成されている。具体的には、本明細書に記載されたプラテンは、プラテンの数、角度、及び長さが公知のシンガス冷却器プラテンと異なる幾何学的構造で構成されている。より具体的には、プラテンは、異なる長さ及び／又は非線形幾何学で構成されているか、及び／又はシンガス冷却器の壁に対して傾いた角度で管ケージに連結するように構成されている。
固体の付着を低減すると共にプラテンの表面積を増大することによって、本明細書に開示されたプラテンは、シンガス流からボイラー給水への熱伝達の増大、従って蒸気の生成の増大を促進する。加えて、本明細書に記載されたプラテンは、シンガス冷却器内でより少ない空間が必要になるように構成されている。従って、プラテンは、蒸気の生成を維持し、かつシンガス冷却器の大きさに依存するコストを低減しつつ、シンガス冷却器の全体の長さ及び／又は直径の低減を促進する。
本明細書で使用する場合、単数形態で表現された要素又は段階は、特に明記されない限り、複数のその要素又は段階を排除するものではないと理解されたい。さらにまた、本発明の「一実施形態」への言及は同様に特定の特徴を含む追加の実施形態の存在を除外するものと解釈するべきではない。
以上、シンガス冷却器プラテンを製造するシステム及び方法の代表的な実施形態について詳細に説明した。説明したシステム及び方法は本明細書に記載された特定の実施形態に限定されることはなく、そのシステムの構成要素は本明細書に記載された他の構成要素と独立して、また別途利用することができる。さらに、本方法で記載された段階は本明細書に記載された他の段階と独立して、また別途利用することができる。
様々な具体的実施形態に関連して本発明を説明して来たが、本発明は特許請求の範囲の思想と範囲内で修正を施して実施することができることが認識されるであろう。

Claims (20)

  1. 管ケージをシンガス冷却器内で連結し、
    シンガス冷却器内の蒸気の生成を促進するために複数のプラテンを管ケージに連結する
    ことを含むシンガス冷却器の製造方法であって、
    少なくとも第１のプラテンが、第２のプラテンの長さより大きい長さ、非線形の幾何学形状、及びシンガス冷却器の壁に対して傾いた角度位置の少なくともいずれかを有する、方法。
  2. 複数のプラテンを管ケージに連結することが、さらに、シンガス冷却器のほぼ中心線の回りで周囲方向に複数のプラテンを連結することを含む、請求項１記載の方法。
  3. 複数のプラテンを管ケージに連結することが、さらに、第２のプラテンに対してある角度で第１のプラテンを連結することを含む、請求項１記載の方法。
  4. さらに、１以上の弓形のプラテンを製造することを含む、請求項１記載の方法。
  5. さらに、１以上の螺旋状のプラテンを製造することを含む、請求項１記載の方法。
  6. さらに、シンガス冷却器内の蒸気の生成の改善を促進するために増大した表面積を有する１以上の複数のプラテンを製造することを含む、請求項１記載の方法。
  7. さらに、シンガス冷却器の全体の大きさの低減を促進する幾何学形状を有する１以上の複数のプラテンを製造することを含む、請求項１記載の方法。
  8. 管ケージ、及び
    シンガス冷却器内の蒸気の生成を促進するために管ケージに連結された複数のプラテン
    を備えるシンガス冷却器であって、少なくとも第１のプラテンが、第２のプラテンの長さより大きい長さ、非線形の幾何学形状、及びシンガス冷却器の壁に対して傾いた角度位置の少なくともいずれかを有する、シンガス冷却器。
  9. 複数のプラテンがシンガス冷却器のほぼ中心線の回りで周囲方向に連結されている、請求項８記載のシンガス冷却器。
  10. 第１のプラテンが第２のプラテンに対してある角度で連結されている、請求項８記載のシンガス冷却器。
  11. 複数のプラテンの少なくとも１つが弓形である、請求項８記載のシンガス冷却器。
  12. 複数のプラテンの少なくとも１つが螺旋状である、請求項８記載のシンガス冷却器。
  13. 前記複数のプラテンの少なくとも１つがシンガス冷却器の蒸気の生成の改善を促進するために増大した表面積を有する、請求項８記載のシンガス冷却器。
  14. 前記複数のプラテンの少なくとも１つが前記シンガス冷却器の全体の大きさの低減を促進する、請求項８記載のシンガス冷却器。
  15. シンガス冷却器の管ケージに連結されてシンガス冷却器の蒸気の生成を促進するように構成されている複数のプラテンであって、少なくとも第１のプラテンが、第２のプラテンの長さより大きい長さ、非線形の幾何学形状、及びシンガス冷却器の壁に対して傾いた角度位置の少なくともいずれかを有する、プラテン。
  16. 前記プラテンが第２のプラテンに対してある角度で管ケージに連結されている、請求項１５記載のプラテン。
  17. 前記プラテンが弓形である、請求項１５記載のプラテン。
  18. 前記プラテンが螺旋状である、請求項１５記載のプラテン。
  19. 前記プラテンがシンガス冷却器の蒸気の生成の改善を促進するように増大した表面積を有する、請求項１５記載のプラテン。
  20. 前記プラテンがシンガス冷却器の全体の大きさの低減を促進する、請求項１５記載のプラテン。
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