DD273555A3 - GENERATOR FOR FIXED BED GASIFICATION - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Generator zur Festbettdruckvergasung koerniger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenen Vergasungsmittel im Festbett unter erhoehtem Druck. Moegliche Anwendungsgebiete derartiger Generatoren sind die Entgasung bzw. Vergasung fester Brennstoffe. Die erfindungsgemaesse Loesung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel des Generators in doppelwandiger Ausfuehrung als eigenstaendiger Druckapparat ausgebildet ist und der zugehoerige Aussenmantel elastisch und druckdicht mit dem Innenmantel verbunden ist und auf der kuehlwasserberuehrten Seite des Innenmantels eine die Waermeaustauschflaeche vergroessernde Bestiftung angeordnet ist. Diese Bestiftung befindet sich in der Zone der groessten Vergasung. Die unmittelbaren technischen Wirkungen bestehen darin, dass keine zusaetzlichen thermischen Spannungen am Innenmantel auftreten und die hohe schwankende Waermebelastung nicht zu einer Ueberhitzung des Innenmantels fuehrt. Fig. 1The invention relates to a generator for Festbettdruckvergasung koerniger fuels with a free oxygen-containing gasification agent in a fixed bed under elevated pressure. Possible fields of application of such generators are the degassing or gasification of solid fuels. The solution according to the invention is characterized in that the inner jacket of the generator is designed as a stand-alone pressure apparatus in a double-walled embodiment and the associated outer jacket is connected elastically and pressure-tight to the inner jacket and a heat-expending foundation is arranged on the side of the inner jacket facing the cooling water. This foundation is located in the zone of the largest gasification. The immediate technical effects are that no additional thermal stresses on the inner shell occur and the high fluctuating heat load does not lead to overheating of the inner shell. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Generator zur Vergasung körniger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenen Vergasungsmittel im Festbett unter orhöhtem Druck.The invention relates to a generator for the gasification of granular fuels with a free-oxygen gasification agent in a fixed bed under orhöhtem pressure.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Generatoren zur Festbettdruckvergasung körniger Brennstoffe werden zur Beherrschung der Temperatur- und Druckbeanspruchung doppelwandig ausgeführt. Der dadurch gebildete Ringraum wird von siedendem Druckwasser durchströmt, das unter einem nur wenig höherem Druck als der Generatorinnenraum steht. Damit übernimmt dia innere Wand die Temperaturbeanspruchung, die äußere Wand hauptsächlich die Druckbeanspruchung.Generators for the fixed-bed pressure gasification of granular fuels are designed to control the temperature and pressure stress double-walled. The resulting annular space is flowed through by boiling pressure water, which is under a little higher pressure than the generator interior. Thus, the inner wall takes over the temperature stress, the outer wall mainly the compressive stress.

Der Innenmantel unterliegt, insbesondere beim Einsatz bestimmter Braunkohlen, einer stärkeren Korrosion, deren Ursache in einem wesentlichen Umfang in örtlich auftretenden zu hohen Werkstofftemperaturon liegt, zum anderen aber auch in einer Spannungsanhäufung durch behinderte Wärmedehnung des Innenmantels infolge der starren Verbindung gegenüber dem Außenmantel.The inner shell is subject, especially when using certain lignite, a stronger corrosion, the cause of which is to a significant extent locally occurring too high material temperature, but on the other hand in a voltage accumulation by impaired thermal expansion of the inner shell due to the rigid connection to the outer shell.

Eine Verringerung der Innenmantelkorrosion erreicht man durch Auskleidung des Innenmantels mit einer Schicht von Feuerfestmaterial, wobei für den Innenmantel zusätzlich edelstahlplattierte Bleche verwendet werden (gemäß DD-WP 141839 und DD-WP 227957).A reduction of the inner sheath corrosion is achieved by lining the inner sheath with a layer of refractory material, wherein additionally stainless steel clad sheets are used for the inner sheath (according to DD-WP 141839 and DD-WP 227957).

Nachteilig bei diesen Lösungen ist, daß örtlich höhere Wärmestromdichten infolge bevorzugter Wand- bzw.A disadvantage of these solutions is that locally higher heat flux densities due to preferred wall or

Kanaldurchströmung zum Filmverdampfen an der Außenseite des Innenmantels führen, und in deren Folge die Übertemperatur zwischen Innenmantel und Siedetemperatur des Wassers sprunghaft ansteigt und zur lokalen Zerstörung der Innenwand führt.Channel flow for film evaporation on the outside of the inner shell lead, and as a result, the excess temperature between the inner jacket and the boiling temperature of the water rises sharply and leads to local destruction of the inner wall.

Zur Verbesserung der Innenmantelkühlung werden deshalb Lösungen vorgeschlagen, bei denen man durch einen Leitblecheinbau oder durch Anschweißen von Leitblechkammern an den Innenrnantel die Möglichkeiten des Naturumlaufes im Ringraum erweitert und höhere Wärmestromdichten zulassen kann.To improve the inner jacket cooling solutions are therefore proposed in which one extends the possibilities of natural circulation in the annulus by a Leitblecheinbau or by welding Leitblechkammern to the Innenrnantel and can allow higher heat flux densities.

Die Ursachen der Korrosion sind jedoch nicht in vollem Umfang aufgeklärt., zweifellos werden sie aber durch hohe Werkstofftemperaturen infolge Dampffilmbildu.ng an der Außenfläche des Innenmantels und hoher Spannungen infolge' verhinderter Wärmeausdehnung begünstigt. Die hohen Spannungen treten bei den technisch bekannten Lösungen für Druckgasgeneratoren dadurch auf, daß der Außenmantel mit dem Innenmantel quasi starr miteinander verschweißt ist und die unterschiedlichen Temperaturen nur durch plastische Verformungen aufgenommen werden. Da die Wanddicke des Innenmantels gegenüber dem Außenmantel verhältnismäßig dünn ausgeführt ist, treten die Verformungen am Innenmantel auf, d. h. neben der hohen Temperaturbelastung und den Druckspannungen infolge Außendruckbelastung addieren sich die thermischen Spannungen auf Grund verhinderter Wärniedehnung.However, the causes of the corrosion are not fully understood, but they are undoubtedly favored by high material temperatures due to vapor film formation on the outer surface of the inner shell and high stresses due to 'prevented thermal expansion. The high voltages occur in the technically known solutions for compressed gas generators in that the outer jacket with the inner shell is virtually rigidly welded together and the different temperatures are absorbed only by plastic deformation. Since the wall thickness of the inner shell relative to the outer shell is made relatively thin, the deformations occur on the inner shell, d. H. In addition to the high temperature load and the compressive stresses due to external pressure load, the thermal stresses add due to the prevention of heat expansion.

Gemäß DD-WP 227974 ist ein weiterer Generator zur Festbettdruckvergasung körniger Brennstoffe bekannt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß auf der Druckgefäßwandung des Generators eine Schicht Wärmeleitkitt aus organischen Stoffen, in die die Steigrohre des Kühlschirmes eingebettet sind, aufgebracht ist. Die Steigrohre besitzen eine zum Generatorinnenraum ragende Bestiftung. Der Bereich zwischen den Steigrohren ist mit einer durch Torkretieren, oder Stampfen aufgebrachten Feuerfeststampfmasse ausgefüllt, die durch eine Verschleißschutzschicht aus Feuerfestmaterial geschützt ist.According to DD-WP 227974 another generator for fixed bed pressure gasification of granular fuels is known, which is characterized in that on the pressure vessel wall of the generator, a layer Wärmeleitkitt of organic substances, in which the risers of the cooling screen are embedded applied. The riser pipes have a donation projecting towards the generator interior. The area between the risers is filled with a fireproof ramming mass applied by torketing or pounding, which is protected by a refractory wear protection layer.

Die Steigrohre des Kühlschirmes sind an ein Wasserumlaufsystem angeschlossen.The risers of the cooling screen are connected to a water circulation system.

Diese Lösung hat den Nachteil, daß auf Grund des Abstandes der Steigrohre zueinander die Druckbehälterwand nur zum Teil bzw. gemäß Ausführungsbeispiel dieser Lösung nur bis zu 50% durch die Steigrohre, in denen das Kühlwasser strömt, geschützt ist. Der verbleibende Teil der Druckbehälterwand unterliegt folglich einer örtlich höheren Temperaturbelastung, wodurch die Druckbehälterwand für höhere Temperaturen ausgelegt werden muß.This solution has the disadvantage that due to the distance of the riser tubes to each other, the pressure vessel wall only partially or according to embodiment of this solution only up to 50% through the riser tubes, in which the cooling water flows protected. The remaining part of the pressure vessel wall is therefore subject to a locally higher temperature load, whereby the pressure vessel wall must be designed for higher temperatures.

Neben der damit verbundenen Kostenerhöhung i'ür das Druckgefäß wird es als Nachteil angesehen, daß die unterschiedlichen örtlichen Temperaturverhältnisse korro.sionsbegünstigend wirken und damit die Standzeit minimiert wird.In addition to the associated cost increase i'ür the pressure vessel, it is considered a disadvantage that the different local temperature conditions korro.sionsfaktünstigend act and thus the life is minimized.

Die Ausführung hat weiterhin den Nachteil, daß hoher Montageaufwand und ein nichtvermeidbares FertigunQsrisiko der Verbindungsstellen zwischen den Sektionssammlern und den Steigrohren bestehen.The design also has the disadvantage that there is a high installation cost and an unavoidable risk of completion of the joints between the section collectors and the riser pipes.

Notwendige Revisionen der Innenseite der Pruckbehälterwand sind ohne komplette Demontage des gesamten Wasserumlaufsystems nicht möglich.Necessary revisions of the inside of the pressure vessel wall are not possible without complete disassembly of the entire water circulation system.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, einen Generator zur Festbettdruckvergasung mit metallischem Innenmantel zu entwickeln, der ausreichende Standzeiten gewährleistet.The aim of the invention is to develop a generator for Festbettdruckvergasung with metallic inner jacket, which ensures sufficient service life.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Korrosion am metallischen Innenmantel des Generators in geringen Grenzen zu halten.The invention has for its object to keep the corrosion of the metallic inner jacket of the generator within narrow limits.

Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß der Innenmantel des Generators in doppelwindiger Ausführung als eigenständiger Druckapparat ausgebildet ist und der zugehörige Außenmantel elastisch und druckdicht mit dem Innenmantel verbunden ist und auf der kühlwasserborührten Seite des Innenmantels eine, die Wärmeaustauschfläche vergrößernde Bestiftung angeordnet ist. Diese Bestiftung ist im kritischen Bereich, d.h. in der Zone der größten Vergasung in einer solchen Anzahl und Größe vorhanden, daß die Wärmeaustauschfläche um mindestens 50% vergrößert ist.This is essentially achieved in that the inner jacket of the generator is formed in doppelwindiger version as an independent pressure apparatus and the associated outer sheath is elastically and pressure-tightly connected to the inner shell and on the Kühlwasserborernden side of the inner shell, the heat exchange surface magnifying foundation is arranged. This foundation is in the critical region, i. present in the zone of greatest gasification in such a number and size that the heat exchange surface is increased by at least 50%.

Die elastische und druckdichte Verbindung zwischen Innenmantel und Außonmantel besteht aus einem Halbrohrring, der zwischen dem oberen Flansch und dem Verstärkungsring des Außenmantels eingeschweißt ist.The elastic and pressure-tight connection between the inner jacket and the outer jacket consists of a half-pipe ring, which is welded between the upper flange and the reinforcing ring of the outer jacket.

Damit wird erreicht, daß keine zusätzlichen thermischen Spannungen am Innenmantel auftreten und auch die hohe, örtlich und zeitlich schwankende Wärmebelastung durch die vergrößerte Oberfläche der Außenseite des Innenmantels, die bei glatter Ausführung des Innenmantels eine Fiimverdampfung und damit überhöhte Wandtemperatur bewirkt, nicht zu einer Überhitzung des Innenmantels führt.This ensures that no additional thermal stresses on the inner shell occur and the high, locally and temporally fluctuating heat load by the enlarged surface of the outside of the inner shell, which causes a smooth evaporation of the inner shell Fiimverdampfung and thus excessive wall temperature, not to overheating of the Interior mantle leads.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The accompanying drawing shows in:

Fig. 1: einen auszugsweisen Längsschnitt des GeneratorsFig. 1: an excerpted longitudinal section of the generator

Fig.2: Einzelheit X aus Fig. 12: detail X from FIG. 1

Fig.3: Schnitt durch Innen- und Außonmantel im Bereich der Bestiftung.3: section through inner and outer jacket in the area of the foundation.

Nach Fig. 1 wird der aus edelstahlplattiertem Blech gefertigte Innenmantel 1 dutch Komplettierung mit dem oberen Buden 3, oberen Flansch 4, unteren Boden 5, unteren Flansch 6 und unteren Bodon 7 des Außenmantels 2 als geschlossenes Druckgefäß hergestellt und nach den Bedingungen des Druckapparatebaues geprüft. Auf die Außenseite des Innenmantels 1 ist eine Bestiftung 8 im Bereich besonders hoher thermischer Beanspruchung zwischen Unterkante Rohgasabzugshaube 17 und Oberkante Drehrost 18 aufgeschweißt. Zur Erhöhung des Korrosionsschutzes des plattierten Innenmantels 1 ist die Innenseite mit Feuerfestauskleidung 19 geschützt. Der Außenmantel 2 und der obere Boden 9 mit Verstärkungsring 10 wird bei der Montage mit dem unteren Boden 7 des Außenmantels 2 verschweißt.According to Fig. 1, made of stainless steel plated sheet metal inner shell 1 dutch completion with the upper stalls 3, upper flange 4, lower bottom 5, lower flange 6 and lower Bodon 7 of the outer shell 2 is made as a closed pressure vessel and tested according to the conditions of the pressure apparatus construction. On the outside of the inner shell 1, a foundation 8 is welded in the region of particularly high thermal stress between the lower edge Rohgasabzugshaube 17 and the upper edge of the rotating grate 18. To increase the corrosion protection of the plated inner shell 1, the inside is protected with refractory lining 19. The outer shell 2 and the upper bottom 9 with reinforcing ring 10 is welded during assembly with the lower bottom 7 of the outer shell 2.

In Fig. 2 ist die drfinderische Lösung der elastischen und druckdichten Verbindung zwischen dem Innenmantel 1 und dem Außenmantel 2 dargestellt. Der Verstärkungsring 10 ist konstruktiv so gestaltet, daß in einer Aussparung 11 ein aus Rohr gefertigter Halbrohrring 12 an Schweißlippen des oberen Flansches 4 und des Verstärkungsringes 10 druckdicht angeschweißt ist. Zur Vermeidung, daß durch den Montagespalt ständig erwärmtes Kühlwasser oder Dampf strömt, wird der Spalt vor .In Fig. 2, the drfinderische solution of the elastic and pressure-tight connection between the inner shell 1 and the outer shell 2 is shown. The reinforcing ring 10 is structurally designed so that in a recess 11 made of a tube half pipe ring 12 welded to weld lips of the upper flange 4 and the reinforcing ring 10 pressure-tight. To avoid that constantly heated cooling water or steam flows through the mounting gap, the gap before.

Montage des Halbrohrringes 12 durch eine Stopfbuchse verschlossen. Über eine Prüfbohrung werden die Anschlußschweißnähte des Halbrohrringes 12 auf Dichtheit separat geprüft. Zum Schutz vor äußeren Korrosionseinflüssen bzw. vor mechanischen Beschädigungen wird der Halbrohrring 1? mit einer Abdeckplatte 16 geschützt.Assembly of the half-pipe ring 12 closed by a stuffing box. About a test hole, the terminal welds of the half-pipe ring 12 are tested for leaks separately. For protection against external corrosion or mechanical damage, the half pipe ring 1? protected with a cover plate 16.

In Fig. 3 ist die Anordnung der Bestiftung 8 an der Außenseite des Innenmantels 1 im Bereich der thermisch hochbeanspruchten Zone dargestellt.In Fig. 3, the arrangement of the foundation 8 is shown on the outside of the inner shell 1 in the region of the thermally highly stressed zone.

Durch die Anwendung der erfinderischen Lösung werden zusätzlich folgende Vorteile erreicht:The application of the inventive solution additionally achieves the following advantages:

Durch die erfinderische Gestaltung des Innenmantels kann dieser allseitig vor und nach der Druckprobe geprüft und für einen Auslastungsgrad von 100% ausgelegt werden, wodurch die erforderliche Wanddicke verglichen mit bisherigen Lösungen um 15% geringer wird.Due to the inventive design of the inner shell this can be checked on all sides before and after the pressure test and designed for a load factor of 100%, whereby the required wall thickness is compared to previous solutions by 15% less.

Durch die geringere Wanddicke ist eine Senkung der Temperaturdifferenz im Werkstoff des Innenmantsls und damit der austretenden thermischen Spannungen gegeben.Due to the smaller wall thickness, a reduction in the temperature difference in the material of the Innenmantsls and thus the exiting thermal stresses is given.

Durch die erfinderische Lösung wird vermieden, daß Druckgasgeneratoren bis zu einem Durchmesser von 4 m und einem Auslegungsdruck von 3MPa komplett wärmenachbehandnlt (spannungsarm geglüht) werden müssen, da es durch die erfinderische Lösung möglich und nach den Bedingungen des Druckbehälterbaues ausreichend ist, daß nur die Bodenbaugruppen vom Innen- und Außenmantel einer Wärmenachbehandlung unterzogen werden. Damit können die Generatoren gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich kostengünstiger als die aus dem Stand der Technik bekannten Generatoren gefertigt werden.The inventive solution avoids that pressurized gas generators up to a diameter of 4 m and a design pressure of 3 MPa must be fully reheated (stress relieved), since it is possible by the inventive solution and sufficient under the conditions of pressure vessel construction that only the bottom assemblies be subjected to the heat treatment of the inner and outer shells. Thus, the generators according to the present invention can be made much cheaper than the generators known from the prior art.

Claims (1)

Generator zur Festbettdruckvergasung in doppelwandiger Ausführung mit einer die Wärmeaustauscherfläche vergrößernden Bestiftung auf der kühlwasserberührenden Seite des Innenmantels in der Zone der größten thermischen Belastung und einer keramischen Auskleidung des Innenmantels, gekennzeichnet dadurch, daß der Innenmantel als eigenständiger Druckapparat ausgebildet und die Verbindung zwischen Innen- und Außenmantel mit einem Halbrohrring (12), der zwischen dem oberen Flansch (4) und dem Verstärkungsring (10) des Auiienmantels (2) eingeschweißt ist, elastisch und druckdicht realisiert wird.Generator for Festbettdruckvergasung in double-walled design with a heat exchanger surface magnification on the cooling water-contacting side of the inner shell in the zone of greatest thermal stress and a ceramic lining of the inner shell, characterized in that the inner shell formed as a standalone pressure apparatus and the connection between the inner and outer sheath with a half-pipe ring (12) which is welded between the upper flange (4) and the reinforcing ring (10) of the Auiienmantels (2), is realized elastic and pressure-tight. Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings