DE102010035927A1 - Guide tube for transfer of raw gas and molten slag from gasification reactor into quenching chamber, has tubular metal sheath connected to mounting ring for attachment at upper end - Google Patents

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Norbert Fischer
Horst Hoppe
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Abstract

The guide tube has a tubular metal sheath (11) connected to a mounting ring (9) for attachment at an upper end. A cooling water guiding element (12) is arranged in the metal sheath in the form of a winding. The cooling water guiding element is designed as a pipe which is welded directly to the metal sheath.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitrohr zur Überführung von Rohgas und schmelzflüssiger Schlacke aus einem Vergasungsreaktor in den Quenchraum mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The invention relates to a guide tube for transferring raw gas and molten slag from a gasification reactor into the quenching chamber with the features of claim 1.

Das derzeit in Anwendung befindliche Leitrohr ist als Wasserkasten ausgeführt, in dem mittels einer einseitig eingeschweißten Wendel eine definierte Strömung des zugeführten Kühlwassers erreicht werden soll. Die Konstruktion/Herstellung ist sehr aufwendig. Aufgrund der Ausführung als Wasserkasten kann die Vorrichtung mit ausreichend guter Kühlung nur bis zu einem Differenzdruck 0,8 MPa betrieben werden.The guide tube currently in use is designed as a water tank in which a defined flow of the supplied cooling water is to be achieved by means of a single-sided welded coil. The construction / production is very expensive. Due to the design as a water tank, the device can be operated with sufficiently good cooling only up to a differential pressure 0.8 MPa.

Mit der Erfindung soll ein Leitrohr geschaffen werden, das zum einen bei den bei Vergasungsprozessen vorherrschenden hohen Drücken und Temperaturen eine zuverlässige Überführung des im Vergasungsprozess generierten Rohgases und der schmelzflüssigen Schlacke vom Reaktionsraum in den Quenchraum gewährleistet und zum anderen eine Nutzung der vom Kühlwasser aufgenommenen Wärme zur Dampferzeugung gestattet.With the invention, a guide tube is to be created, which ensures a reliable transfer of the raw gas generated in the gasification process and the molten slag from the reaction chamber into the quenching chamber on the one hand at the prevailing at gasification processes high pressures and temperatures and on the other hand, a use of the heat absorbed by the cooling water Steam generation permitted.

Das Problem wird bei einem durch die Merkmale des Oberbegriffs umrissenen Gegenstand durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.The problem is solved in an outlined by the features of the preamble object by the features of the characterizing part of claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Leitrohr wird die Kühlflüssigkeit in einem Kühlmittelkanal geführt, wobei eine definierte Strömung des Kühlmediums zur sicheren Kühlung des Bauteiles erzielt wird. Örtliche Überhitzungen mit der Folge der thermischen Überbeanspruchung und einer daraus resultierenden mechanischen Zerstörung können ausgeschlossen werden. Die Verfügbarkeit der Vorrichtung und damit der Gesamtanlage werden erhöht, der Instandhaltungsaufwand wird reduziert.In the guide tube according to the invention, the cooling liquid is guided in a coolant channel, wherein a defined flow of the cooling medium for reliable cooling of the component is achieved. Local overheating resulting in thermal overstress and resulting mechanical damage can be ruled out. The availability of the device and thus the overall system are increased, the maintenance costs are reduced.

Durch die Führung der Kühlflüssigkeit in einem druckfesten Kanal gibt es keine durch das Leitrohr bedingte Begrenzung hinsichtlich des Druckes des im Kühlmediums. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Vorrichtung in den Druckwasserkreislauf des Vergasungsreaktors zu integrieren. Die abgeführte Wärme kann somit zur Dampferzeugung genutzt werden, während bei der bisherigen Lösung die Abwärme auf einem Temperaturniveau anfällt, bei dem eine Nutzung nicht möglich ist.By guiding the coolant in a pressure-resistant channel, there is no limitation due to the guide tube with regard to the pressure in the cooling medium. This opens the possibility to integrate the device in the pressurized water circuit of the gasification reactor. The dissipated heat can thus be used to generate steam, while in the previous solution, the waste heat is obtained at a temperature level at which use is not possible.

Die durch den Blechmantel gebildete ebene Innenkontour des Leitrohres lässt die Schlacke leicht ablaufen.The flat inner contour of the guide tube formed by the metal jacket allows the slag to drain easily.

Bei den Ausführungsformen mit Halbprofilen bildet die überdeckte Fläche des Blechmantels einen Teil des Kühlkanals, womit ein guter Wärmeübergang von dem Blechmantel in das Kühlmedium gegeben ist.In the embodiments with half-profiles, the covered surface of the sheet metal jacket forms part of the cooling channel, whereby a good heat transfer is given by the metal jacket in the cooling medium.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is explained in more detail below as an exemplary embodiment in a scope necessary for understanding with reference to figures. Showing:

1 eine prinzipielle Darstellung eines Flugstromvergasers mit Schlackeablaufkörper und Leitrohr und 1 a schematic representation of an entrained flow gasifier with slag exhaust body and guide tube and

2 Einzelheiten des erfindungsgemäßen Leitrohres. 2 Details of the guide tube according to the invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.In the figures, like names denote like elements.

Dem Flugstromvergasungsreaktor 1 in 1 werden von oben kohlenstoffhaltige, schlackebildende Einsatzstoffe und Vergasungsmittel zugeführt, wobei sie in dem Reaktionsraum 2 bei hohen Temperaturen von 1300 bis 1800°C und Drücken bis 8 MPa (80 bar) zu Rohgas, welches im wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht, umgesetzt werden. Das Rohgas verlässt zusammen mit der Schlacke den Reaktionsraum und tritt über einen Schlackeablaufkörper mit Leitrohr 3 in den darunter angeordneten Quenchraum 4 ein, wo durch Einspritzen von Quenchwasser eine schlagartige Abkühlung des Rohgases erfolgt. Die Schlacke fällt in ein Schlackebad 5 und wird aus dem Prozess entfernt. Das gekühlte Rohgas verlässt über den Abgang 6 den Quenchraum.The entrained flow gasification reactor 1 in 1 are fed from above carbonaceous, slag-forming feedstocks and gasification agent, wherein they are in the reaction space 2 at high temperatures of 1300 to 1800 ° C and pressures up to 8 MPa (80 bar) to crude gas, which consists essentially of hydrogen and carbon monoxide, are reacted. The raw gas leaves the reaction space together with the slag and passes through a slag drain body with guide tube 3 into the quenching room below 4 where a sudden cooling of the raw gas takes place by injecting quench water. The slag falls into a slag bath 5 and will be removed from the process. The cooled raw gas leaves the finish 6 the quenching room.

Das erfindungsgemäße Leitrohr in 2 ist mit einem Blechmantel in Form eines Rohrstücks 11 gebildet, das am oberen Ende mit einem Befestigungsring 9 zur Montage gasdicht verschweißt ist. Auf die Außenfläche des Blechmantels ist ein Kühlwasser führendes Element 12 aufgebracht. Das Kühlwasser führende Element kann durch ein um den Blechmantel 11 gewickeltes Rohr gegeben sein. Das gewickelte Rohr kann punktuell aber auch durchgehend im Kontaktbereich des Blechmantels zur Fixierung und zum verbesserten Wärmeübergang mit dem Blechmantel verschweißt sein. Das Kühlwasser führende Element kann durch Blechstege mit dem Blechmantel verschweißt sein.The guide tube according to the invention in 2 is with a metal jacket in the form of a piece of pipe 11 formed at the top with a mounting ring 9 welded gas-tight for mounting. On the outer surface of the sheet metal jacket is a cooling water leading element 12 applied. The cooling water leading element can by a to the metal jacket 11 be given wound pipe. The wound tube can be selectively but also continuously welded in the contact region of the metal jacket for fixing and improved heat transfer to the metal jacket. The cooling water leading element can be welded by sheet metal webs with the metal jacket.

In der in 2 dargestellten Ausgestaltung ist als Kühlwasser führendes Element ein Halbrohr um den Blechmantel 11 gewickelt, wobei die Ränder des Halbrohres mit dem Blechmantel druckdicht verschweißt sind.In the in 2 illustrated embodiment is as a cooling water leading element a half pipe to the metal jacket 11 wound, wherein the edges of the half tube are pressure-tight welded to the metal jacket.

Anstelle des Halbrohres kann ein beliebiges halboffenes Profil zum Einsatz kommen.Instead of the half pipe, any semi-open profile can be used.

Benachbarte Windungen sind annähernd um eine halbe Profilbreite beabstandet.Adjacent turns are spaced approximately half a profile width.

Das halboffene Profil bildet zusammen mit dem Stück Blechmantel, auf das es aufgeschweißt ist, einen Kanal für das Kühlmittel. Durch den direkten Kontakt des Kühlmittels mit dem Blechmantel ist ein guter Wärmeübergang in das Kühlmittel geschaffen.The semi-open profile forms, together with the piece of metal jacket to which it is welded, a channel for the coolant. The direct contact of the coolant with the metal jacket, a good heat transfer is created in the coolant.

Das Kühlmittel strömt also in einem zu einer Wicklung geformten Kühlmittelkanal um den Blechmantel.The coolant thus flows around the metal jacket in a coolant channel formed into a winding.

Am unteren Ende des Kühlmittelkanals ist ein Zuführungsstutzen P1 und am oberen Ende des Kühlmittelkanals ist ein Abführungsstutzen 22 angeordnet.At the lower end of the coolant channel is a feed port P1 and at the upper end of the coolant channel is an exhaust port 22 arranged.

Das Leitrohr ist von Rohgas von oben nach unten durchströmbar. Die Wasserführung wird derart ausgeführt, dass das Wasser entgegen der Gasströmung von unten nach oben strömt. Der Querschnitt des Kanals für das Kühlmittel und die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit im Kanal werden so gewählt, dass Filmsieden an der Kanalinnenfläche bei maximaler Wärmestromdichte vermieden wird.The guide tube can be flowed through by raw gas from top to bottom. The water supply is carried out such that the water flows against the gas flow from bottom to top. The cross-section of the channel for the coolant and the flow velocity of the cooling liquid in the channel are chosen so that film boiling at the channel inner surface is avoided at maximum heat flux density.

Das benötigte Kühlwasser wird am Stutzen P1 mit einem Druck von 6 MPa (60 bar) und einer Temperatur von 170°C der Vorrichtung zugeführt. Der Wasserstrom von 20 t/h wird vom Druckwasserkühlkreislauf bereitgestellt. Das Kühlwasser durchströmt den Kühlkanal und verlässt diesen am Stutzen P2. Aufgrund des Wärmeeintrages vom im Inneren der Vorrichtung im Gegenstrom geführten Rohgas mit einer Temperatur von 1500°C wird das Kühlwasser auf 220°C erwärmt. Das abströmende Kühlwasser wird wieder dem Druckkreislauf zugeführt, wo es anschließend zum Dampferzeuger gelangt. Im Dampferzeuger wird unter Erzeugung von Dampf das Kühlwasser auf 170°C gekühlt.The required cooling water is fed to the nozzle P1 at a pressure of 6 MPa (60 bar) and a temperature of 170 ° C of the device. The water flow of 20 t / h is provided by the pressurized water cooling circuit. The cooling water flows through the cooling channel and leaves it at the port P2. Due to the heat input from the inside of the device in countercurrent raw gas at a temperature of 1500 ° C, the cooling water is heated to 220 ° C. The outflowing cooling water is fed back to the pressure circuit, where it then passes to the steam generator. In the steam generator, the cooling water is cooled to 170 ° C while generating steam.

Die Vorrichtung wird aus warmfesten korrosionsbeständigen Werkstoffen gefertigt.The device is made of heat-resistant corrosion-resistant materials.

Die Vorrichtung mag derart ausgeführt sein, dass sie bezüglich Durchmesser und Höhe die Kontur des bisherigen Wasserkastens nachbildet.The device may be designed in such a way that it reproduces the contour of the previous water box in terms of diameter and height.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
FlugstromvergasungsreaktorEntrained flow gasification reactor
22
Reaktionsraumreaction chamber
33
Schlackeablaufkörper mit LeitrohrSlag drain body with guide tube
44
Quenchraumquench
55
Schlackebadslag
66
Abgang für gekühltes SynthesegasDeparture for cooled synthesis gas
77
88th
99
Befestigungsringfixing ring
1010
1111
Blechmantelsheet metal jacket
1212
Kühlwasser führendes ElementCooling water leading element

Claims (11)

Leitrohr zur Überführung von Rohgas und schmelzflüssiger Schlacke aus dem Vergasungsreaktor in den Quenchraum eines Flugstromvergasers, bei dem – ein rohrförmiger Blechmantel (11) an seinem oberen Ende mit einem Montagering (9) zur Befestigung verbunden ist, – auf den Blechmantel ein Kühlwasser führendes Element (12) in Form einer Wicklung aufgebracht ist, – das unten gelegene Ende des Kühlwasser führenden Elementes (12) einen Zuführungsstutzen (P1) zur Zuführung des Kühlwassers aufweist und das oben gelegene Ende des Kühlwassers führenden Elementes (12) einen Abführungsstutzen (P2) zur Abführung des Kühlwassers aufweist, – das Leitrohr von oben nach unten von dem Rohgas durchströmbar ist.Conduit for transferring raw gas and molten slag from the gasification reactor into the quench space of an entrained flow gasifier, in which - a tubular metal jacket ( 11 ) at its upper end with a mounting ring ( 9 ) is connected for attachment, - on the metal jacket a cooling water leading element ( 12 ) is applied in the form of a winding, - the lower end of the cooling water leading element ( 12 ) has a supply port (P1) for supplying the cooling water and the top end of the cooling water leading element ( 12 ) has a discharge pipe (P2) for discharging the cooling water, - the guide tube can be flowed through from top to bottom of the raw gas. Leitrohr nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlwasser führende Element ein Rohr ist.Guide tube according to claim 1, characterized in that the cooling water leading element is a tube. Leitrohr nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr auf den Blechmantel direkt aufgeschweißt ist.Guide tube according to claim 2, characterized in that the tube is welded directly to the metal jacket. Leitrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr mittels Blechstege auf den Blechmantel aufgeschweißt ist.Guide tube according to one of the preceding claims 2 to 3, characterized in that the tube is welded by means of sheet metal webs on the metal jacket. Leitrohr nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlwasser führendes Element ein Halbprofil mit seinen Rändern auf den Blechmantel druckdicht aufgeschweißt ist.Guide tube according to claim 1, characterized in that as the cooling water leading element a half-profile with its edges on the metal jacket pressure-tight welded. Leitrohr nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Halbprofil ein Halbrohr ist.Guide tube according to claim 5, characterized in that the half-profile is a half-pipe. Leitrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Windungen des Halbprofils annähernd um eine halbe Profilbreite beabstandet sind.Guide tube according to one of the preceding claims 5 to 6, characterized in that adjacent turns of the half-profile are spaced approximately half a profile width. Leitrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung genau einlagig ausgeführt ist.Guide tube according to one of the preceding claims, characterized in that the winding is designed exactly single layer. Leitrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es aus warmfesten korrosionsbeständigen Werkstoffen gefertigt ist. Guide tube according to one of the preceding claims, characterized in that it is made of heat-resistant corrosion-resistant materials. Leitrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch Dimensionierung des Querschnitts des Kühlflüssigkeit führenden Elementes derart, dass unter Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit Filmsieden an der Innenfläche des Kühlflüssigkeit führenden Elementes vermieden ist.Guide tube according to one of the preceding claims, characterized by dimensioning the cross-section of the cooling liquid-conducting element such that, taking into account the flow rate of the cooling liquid, film boiling on the inner surface of the cooling liquid-conducting element is avoided. Leitrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es in den Druckwasserkreislauf des Flugstromvergasers integrierbar ist.Guide tube according to one of the preceding claims, characterized in that it can be integrated into the pressurized water circuit of the entrained flow gasifier.
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