DD299893A7

DD299893A7 - Vorrichtung zum austrag von heissgas und schlacke

Info

Publication number: DD299893A7
Application number: DD33366189A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Dipl Ing Brausse; Peter Dr Ing Goehler; Helmut Dipl Ing Peise; Wolfgang Dipl Ing Heinrich; Rainer Dr Ing Wernecke; Manfred Dr Ing Schingnitz; Wolfgang Dipl Ing Seidel; Anton Dr Ing Althapp; Peter Dipl Ing Franke
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1989-10-18
Filing date: 1989-10-18
Publication date: 1992-05-14
Also published as: DE4025955A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austrag von Heiszgas und Schlacke aus einem Reaktionsraum in einen Kuehlraum, insbesondere bei der Partialoxidation von staubfoermigen Brennstoffen im Flugstrom. Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhoehung der Standzeiten, der Vorrichtung zur UEberfuehrung und in der Reduzierung von Stoerungen durch Verschlackung der Kuehleinrichtung. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Vorrichtung zur Abfuehrung fluessiger Schlacke und Heiszgas aus dem Reaktionsraum, aus einem spiralfoermig gewickelten Rohr so zu konstruieren, dasz die benachbarten Windungen gasdicht miteinander verbunden sind, dasz ein einwandfreier Schlackeablauf gesichert ist und als selbstaendiger Baukoerper mit einem Tauchrohr koppelbar ist. Erfindungsgemaesz besteht das spiralfoermig gewickelte Rohr aus dem ringfoermigen Oberteil und einem sich an dieses zentral nach unten anschlieszenden zylindrischen Abschnitt. Der zylindrische Abschnitt ist an seiner Unterkante von dem spiralfoermig gewickelten Rohr durch mindestens eine horizontale Windung umhuellt. Der untere Abschlusz der Schlackeauslaufoeffnung ist durch einen horizontalen Kranz von Segmenten gebildet. Fig. 1{Reaktor; Partialoxydation; Austrag; Heiszgas; Schlacke; Reaktionsraum; Kuehlraum; Tauchrohr; Wasserbad; Stampfmasse, feuerfest; Schlackenbad; Kuehlwasser; Wasserfilm}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungs nhlet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austrag von Heißgas und Schlacke aus einem Reaktionsraum und zur Überführung in einen darunter befindlichen Kühlraum. Sie ist insbesondere bestimmt für den Einsatz in Reaktoren zur Erzeugung von CO- und H₂-haltigen Gasen durch Partialöxydation von ciaubförrrvgen Brennstoffen im Flugstrom.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Für die Vergasung von festen Brennstoffen und von hochsiedenden, aschehaltigen flüssigen Brennstoffen, wie Teeren und Rückstandsölen, hat sich die Partialöxydation mit technischem Sauerstoff nach dem Flugstromprinzip bewährt. Die Vergasung erfolgt in der Regel unter höherem Druck. Bekannte Reaktoren zur Durchführung eines solchen Vergasungsprozesses bestehen aus einem Reaktionsraum, in dem der zu vergasende Brennstoff, beispielsweise Kohlenstaub, mit technischem Sauerstoff im Flugstrom, in der Form einer Flammenreaktion zu einem CO- und H₂-reichen Rohgas umgesetzt wird, und aus einem Kühlraum, in dem das 1300 bis 1BOO⁰C heiße Rohgas und schmelzflüssig!) Schlacke abgekühlt bzw. granuliert werden. Der Kühlraum ist unmittelbar unter dem Reaktionsraum angeordnet und mit diesem zusammen in einem äußeren Druckgehäuse untergebracht, wie beispielsweise DD-WP 150313 zeigt. Vielfach erfolgt die Kühlung des Gases und die Granulierung der Schlacke, wie in DD-WP 150313, DE-OS 2940933 und US-PS 2896927 beschrieben, durch direkten Kontakt mit Wasser.

Der Kühlraum kann jedoch auch als Abhitzekessel, insbesondere mit Strahlungsheizflächen, gestaltet sein, wie beispielsweise DE-OS 2650512 belegt.

Für die Funktionstüchtigkeit solcher Reaktoren ist die Gestaltung der Vorrichtung zum gemeinsamen Austrag von heißem Rohgas und schmelzflüssiger Schlacke aus dem ReakJonsraum und zur Überführung in don Kühlraum von entscheidender Bedeutung.

Mit DD-WP 150313 ist eine solche Vorrichtung in Form eines ringförmigen Schlackenablaufkörpers aus Gußeisen bekannt, in dem axial die Verbindungsöffnung zwischen Reaktionsraum und Kühlraum, also die Schlacken- und Heißgasablauföffnung aus dem Reaktionsraum, angeordnet ist.

In dem Gußeisenkörper ist öir.s Kühlrchrschlange mit entsprechendem Anschluß für Zufühi ung und Abführung von Kühlwasser eingegossen. Der Gußeisenkörper ist zentral im Boden des Reaktionsraumes angeordnet. Seine Oberkante ragt dammartig über den mgebenden Boden hervor und soll zu einem gewissen Anstauen der flüssigen Schlacke vor dem Überlauf in den Kühlraum führen. Die Haltbarkeit eines solchen Körpers ist jedoch begrenzt, weil im Laufe des Betriebes Risse zwischen Stahlrohr und Gußeisen entstehen, die verhältnismäßig schnell zur Zerstörung und zum Ausbröckeln der gußeisernen Umhüllung führen. Wie DE-OS 3120238 zeigt, kann die Kontur der Schlackenablauföffnung durch Kühlrohre gebildet werden, die durch zwischengeschweißte Stege zu einer gasdichten gekühlten Rohrwand verbunden sind und einen Teil des den Reaktionsraum umgebenden Kühlschirms bilden. In DU-WP 224045 ist gezeigt, eine Vorrichtung zur Abführung von flüssiger Schlacke als separaten Körper aus spiralig gewickelten Kühlrohran zu gestalten, die ebenfalls zu einer gasdichten Rohrwand verbunden sowie bestiftet und mit einer feuerfesten Stampfmasse versehen sind. Diese Vorrichtung ist trichterförmig ausgeführt, so daß die aus dem Reaktionsraum zulaufende Schlacke sofort ablaufen kann, was bei Schlacken bestimmter Zusammensetzung Vorteile bringen kann.

Die Betriebserfahrungen belegen, daß solche mit Stampfmasse versehenen Rohrwandkonstruktionen den thermischen Belastungen in der Schiackenausiaufuffnung gut widerstehen und lange Reisezeiten erreichen können. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Störungshäufigkeit durch Schlackenansätze im nachgeschalteten Kühlraum bei Einsatz eines Schlackenauslaufes in Rohrwandkonstruktion größer ist als bei Einsatz eines Schlackenablaufkörpers nach beispielsweise DD-WP 150313. Offensichtlich ist das dadurch bedingt, daß in größerem Umfange aus der Schlackenablauföffnung abfließende Schlacke nach der Seite abspritzt, an kalten WänJen und Bauteilen anhaftet und damit den Keim für eine progressive Schlackenansatzbildung liefert.

Es ist aus dieser Sicht bezeichnend, daß diese Schwierigkelten dann besondors groß sind, wenn der Schlackenauslauf-Vorrichtung ein Tauchrohr, wie z. B. nach DD 145025, nachgoschaltet ist, nit dem Heißgas und Schlacke in ein im Unterteil des Kühlraumes befindliches Wasserbad eingeleitet werden. Nicht zuletzt zur Vermeidung dieser dargestellton Schwiorigkuiton ist deshalb noch dor Lehre von DD-WP 224045 unterhalb des eigentlichen Schlackenauslaufos eine Zyklonkammer angeordnet, mit der durch zusätzliche Beheizung und durch die Strömungsführung Sch'eckenansätze in der folgenden Kühleinrichtung verhindert werden sollen, Die Zusatzbeheizung Ist jedoch mit beachtlicht m Mehraufwand verbunden.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine Vorrichtung zum Austrag von Heißgas und Schlacke aus dem Reaktionsraum und zur Überführung in einen darunter befindlichen Kühlschirm zu schaffen, die hohe Standzeiten, ein Minimum an Störungen durch Verschlackung der nachgeschalteten Kühleinrichtung, insbesondere auch für den Fall der Verwendung eines Tauchrohres und den Verzicht auf Zusatzbeheizung ermöglicht,

Darstellung des Wesens der Erfindung Did Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Abführung von flüssiger Schlacke und Heißgas aus dem Reaktionsraum eines Reaktors zu entwickeln, die aus einem spiralförmig gewickeltem Rohr gestaltet ist, dessen benachbarte Windungen gasdicht miteinander verbunden sind und das mit Zu- und Ableitungen für ein Kühlmittel versehen ist, einen

einwandfreien Ablauf der Schlacke gewährleistet, auch in Verbindung mit einem Tauchrohr einsotzbar ist und als selbständiger

Baukörper montiert und demontiert werden kann. Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung, bestehend aus einem spiralförmig gewickelten Rohr, dessen benachbarte Windungen zu einer gasdichten Wand verbunden sind, das mit Zuführungs- und Abführungsanschlüssen für ein Kühlmittel

versehen ist und das zu einem Körper aus einem ringförmigem Oberteil und einem sich an dieses zentral nach untenanschließendem zylindrischem Abschnitt geformt ist.

Erfindungsgemäß wird die Unterkante des zylindrischen Abschnittes durch mindestens eine horizontale Windung des

spiralförmig gewickelten Rohres umhüllt und durch einen Kranz von Segmenten gebildet, die an den unteren Windungenwärmeleitend befestigt sind. Der zylindrische Abschnitt ist in an sich bekannter Weise mit einer feuerfesten Schutzschicht belegt,welche bis an den Kranz von Segmenten heranreicht. Die wärmeleitende Befestigung kann in bekannter Weise durch

Schweißnähte sowie zur Überbrückung einer Distanz durch zwischengeschweißte Bolzen bzw. Stege erreicht werden. Die erfindungsgemäße Lösung sichert, daß die an der Wand dos zylindrische). Abschnittes herabfließende Schlacke weitgehend

an der Kante senkrecht abtropft und nicht seitwärts ηaoh außen abgelenkt wird. Es wurde weiter gefunden, daß dieser positive

Effekt der erfindungsgemäßen Ausführung auch nach längerem Einsatz und nach gewissem Abbrand der Segmente an der die Abtropfkante bildenden Innenkante erhalten bleibt. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ze^:<]t sich besonders in Verbindung mit einem Tauchrohr zur Einführung dos Heißgas- und Flüssigschlackestromes in ein Wasserbad im unteren Teil des Kühlraumes. Ausführungsbeispiel

Mit den Figuren 1 bis 3 sei die erfindungsgemäße Vorrich "ung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch die in einem Vergasungsreaktor in Verbindung mit einem Tauchrohr installierte Vorrichtung, Fig. 2 eine Detaildarstellung der Unterkante des die Schlackenablauföffnung bildenden inneren zylindrischen Abschnitts und Fig. 3 die Ansicht auf diese Unterkante von unten her.

Ein Reaktor zur Vorgasung von staubförmigen Brennstoffen durch Partialoxydation mit technischem Sauerstoff mit dem äußeren Druckgefäß 1 ist durch eine ringförmige Trennwand 2 in einen Reaktionsraum 3 und einen darunter angeordneten Kühlraum 4 geteilt. Die Verbindung zwischen Reaktionsraum 3 und Kühlraum 4 wird durch eine Schlackenablauföffnung 5 in der Achse eines aus einem spiralförmig gewickelten Rohr 6 geformten Körpers gebildet. Ein Tauchrohr 7, an dessen Innenseite ein abv/ärts fließender Wasserfilm aufrechterhalten wird, ragt in ein am Boden des Kühlraumes 4 aufrechterhaltenes Wasserbad 8. Der aus dem spiralförmig gewickelten Rohr 6 geformte Körper der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus einem inneren zylindrischen Abschnitt 9, der die Schlackenablauföffnung 5 begrenzt, einem ringförmigen Oberteil 10 und einem äußeren zylindrischen Abschnitt 11, der sich auf die ringförmige Trennwand 2 abstützt. Die Windungen des Rohrfis 6 sind durch zwischengesetzte Stege 12 zu einer gasdichten Rohrwand verbunden. Das Rohr ist weiter nach der Schlackenablauföffnung 5 und nach dem Reaktionsraum 3 hin bestiftet und mit einer Schutzschichv 13 aus feuerfester Stampfmasse belegt. Der Zuführung und Abführung von Kühlwasser für den Schlackenablaufkörper dienen oie Anschlüsse 1-1 und 15. Der zylindrische Abschnitt 9 ragt in das Tauchrohr 7 hinein. Seine Unterkante wird durch mindestens eine horizontale Windung Ί6 des spiralförmig gewickelten Rohres 6 umhüllt und durch einen Kranz von Segmenten 17 gebildet, die an dyn untere'i Windungen wärmeleitend durch Schweißnähte befestigt sind. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, zusätzlich die Segmente über Stege 18 mit dem spiralförmig gewickelten Rohr 6 wärmeleitend zu verbinden.

Dabei reicht die Schutzschicht 13 aus feuerfester Stampfmasse bis an die Innenkante der Segmente 17 heran. Durch Umsatz von Kohlenstaub mit technischem Sauerstoff wird im Reaktionsraum 3 unter einem Druck von ca. 3 MPa ein ca. 1500⁰C heißes CO- und H₂-reiches Rohgas erzeugt, das mit dieser Temperatur über die Schlackenablauföffnunf) 5 und das Tauchrohr 7 in das Wasserbad 8 geleitet und beim Durchgang durch das Wasserbad auf ca. 200⁰C gekühlt unri mit Dampf gesättigt wird. Das heiße Rohgas ist mit schmelzflüssiger Schlacke beladen, die zu einem wesentlichen Teil an die Gehutzschicht 13 gelangt, an dieser als Schlackenfilm herabläuft und von der Unterkante des zylindrischen Abschnitts 9 in das Wasserbad 8 tropft.

Unter den durch das Ausführungsbeispiel gegebenen Bedingungen werden befriedigende Reisezeiten erreicht und Störungen durch Schlackenansätze ander Wand des Tauchrohres praktisch voll vermiodon. Dagegen waren mit einer vergleichbaren früheren, als Rohrkonstruktion, aber ohne die erfindungsgemäßon Merkmale ausgeführten Vorrichtung In unregelmäßigen, aber unbefriedigend kurzen Abschnitten Roinigungsarbeiten am Tauchrohr zur Beseitigung von Schlackenansätzen nötig, die durch seitliches Abspritzen von Schlacke an der unteren Kante der Schlackenablauföffnung und durch Zerstörung des Wasserfilms an der Aufprallstell j der Schlacke auf die Wand des Tauchrohres verursacht waren.

Claims

1. Vorrichtung zum Austrag von Heißgas und Schlacke aus einem Reaktionsraum in einen Kühlraum, bestehend aus einem spiralförmig gewickelten Rohr, dessen benachbarte Windungen gasdicht miteinander verbunden sind, das mit Zuführungs- und Abführungsanschlüssen für ein Kühlmittel versehen ist und das zu einem Körper aus einem ringförmigem Oberteil und einem sich an dieses zentral nach unten anschließendem zylindrischem Abschnitt geformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Abschnitt (9) an seiner Unterkante durch mindestens eine horizontale Windung (16) umhüllt ist und der untere Abschluß der Schlackeauslauföffnung (5) durch einen horizontalen Kranz von Sogmenten (17) gebildet wird, die an dem spiralförmig gewickelten Rohr (6) wärmeleitend befestigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Abschnitt (9) in bekannter Weise mit einer feuerfesten Schutzschicht (13) belegt ist, welche bis zu dem Kranz von Segmenten (17) heranreicht.