EP0048326B2 - Heissgaskühler zu einer Kohlevergasungsanlage - Google Patents
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- C10J3/485—Entrained flow gasifiers
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
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- F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
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- F22B1/1846—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines the hot gas being under a high pressure, e.g. in chemical installations the hot gas being loaded with particles, e.g. waste heat boilers after a coal gasification plant
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- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
- C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water
Definitions
- the invention relates to a hot gas cooler according to the preamble of the claim.
- a hot gas cooler is known from FIG. 1 of the subsequently published EP application 0 024 281.
- the insert and the shirt are arranged concentrically in this cooler, so that there is an annular space between them.
- the size of the annulus width results from the thermodynamic conditions to which the cooling surfaces in the hot gas cooler are exposed.
- the annular space between the insert and the shirt is relatively narrow.
- the invention has for its object to improve the hot gas cooler of the type mentioned so that it is much easier to drive into the annular space between the insert and the shirt.
- this object is achieved by the features of the characterizing claim. If one assumes that the insert and the shirt are arranged with parallel n-corner sides for the thermodynamic calculations for the purpose of designing the hot gas cooler, there is a certain constant width for the annular space between the insert and the shirt. In the hot gas cooler according to the invention with the cooling surfaces calculated in this way, the shirt is rotated or displaced relative to the insert, so that one corner of the shirt lies opposite the center of the adjacent side of the insert, so that the distance between the corner and the adjacent side increases than the previously calculated distance for parallel n corner sides.
- the annular space can be used more easily than for the known hot gas cooler for maintenance and repair purposes, because more space is available in the area of the increased distance, so that the person performing the maintenance and repair work has more freedom of movement.
- Another advantage can be seen in the fact that the insert and the shirt form a tube sheet on each n corner side, and these tube sheets can easily be produced in the workshop, transported to the assembly site and welded together there.
- DE-A-1 596 323 discloses a synthesis gas generator with a gas cooler, both of which are arranged in a common pressure vessel.
- a combustion chamber In the lower part of the pressure vessel there is a combustion chamber, which is followed by an afterburner or reaction chamber, which is surrounded by cooling pipes.
- an afterburner or reaction chamber At the top of this reaction chamber is a central gas flue with a rectangular cross-section, this gas flue being followed on two sides by two parallel gas flues in which the gas coming from the central gas flue first flows downwards and then upwards.
- the walls that delimit the throttle cables consist of pipes with webs welded between them. Since the known synthesis gas generator differs from the invention in essential points with regard to the object of the invention and also with regard to the overall construction, it cannot provide a model for the invention.
- an insert 3 in the form of an elongated prism with a polygonal cross section is suspended on an inner beam ring 2 and a shirt 5 in the form of an elongated prism with a polygonal cross section is suspended on an outer beam ring 4.
- the tubes 6 of the insert 3 as well as the shirt 5 are bent inwards in an upper region, a part of the tubes 6 of the insert 3, again welded tightly together, one Neck 7 with a hexagonal cross section forms.
- the remaining tubes of the insert and the shirt, designated 6 ', run in the annular space 11' between the two necks 7 and 9, and finally the ends of all tubes 6 are welded into a hexagonal ring collector 12.
- the tubes 6 of the insert 3 as well as the shirt 5 are connected at their lower end to a common distributor 14, which also has a hexagonal outline.
- the tubes of the insert 3 are alternately bent out in the lower end region in such a way that an open tuft of tubes is formed, through which the gas to be cooled can pass from the central drop chamber 10 into the annular space 11.
- the neck 25 of this funnel penetrates the bottom 26 of the pressure vessel 1.
- the space between the two Walls of this funnel 23 is filled with water, which is supplied from below (arrow 27) and through holes 28 in the interior of the funnel reaches where it forms a level 24.
- the neck 7 is connected via a flexible element (not shown) to an inwardly projecting edge 30 of a tube 31 which is lined with insulating stones 32 and which represents the outlet channel of a reaction chamber (not shown) of the coal gasification plant.
- the tube 31 is surrounded by a connector 34 with a flange 35 attached to the pressure vessel 1. This flange 35 is connected to said reaction chamber in a pressure-tight manner.
- An opening 40 is provided on the shirt 5, in the area of which part of the tubes is bent out of the plane of the shirt surface and there are no sealing connecting ribs between the tubes.
- the edge of the opening 40 is connected by a bellows 42 to an outlet line 43, which leaves the pressure vessel 1 through a flexible sleeve 44.
- distributors 14 and collectors 12 are connected to the other system particles of the steam generator via pipes (not shown) which penetrate the pressure vessel 1.
- gases from approximately 1,400 ° C. which contain soot and slag particles, flow from the reaction chamber (not shown) of the coal gasification plant through the pipe 31 and the neck 7 into the insert 3, in which - mainly by gas radiation the cooled pipes of the insert - cooling to around 1,000 ° C takes place.
- the gas flow bends upward into the annular space 11, while the vast majority of the soot and slag particles fall into the funnel 23 and are discharged therefrom with the water flowing continuously through the holes 28.
- the gases flowing upward in the annular space 11 are further cooled to approximately 400 ° C., whereupon they leave the annular space via the outlet line 43.
- the further, more problematic cooling takes place in downstream heat exchangers, which preferably also form components of the steam generator system on the secondary side.
- Insert 3 and shirt 5 are suspended from tie bars 16 and 17 on beam rings 2 and 4, respectively.
- the drawstrings expediently start from the web plates between the tubes 6.
- the drawstrings 16 can be connected gas-tight in the region of the upper outer edge of the insert 3 up to the approximately horizontal, tightly interconnected tubes 6 of the shirt 5, so that the fall space 10 and the annular space 11 are completely separated from the space outside the shirt 5 .
- It can also be expedient, in particular in the upper region of the annular space 11, to have a connection opening. to the room outside the shirt 5 so that there is always a certain pressure equalization over the wall of the shirt and this can not be burdened by greater pressure forces.
- Similar extensions 53 result between the shirt 5 and the circular cylindrical wall of the pressure vessel 1.
- the extensions 52 and 53 can be reached via manholes (not shown) in the pressure vessel 1 and in the shirt 5 and / or via the existing pressure vessel openings at 34 and 43.
- n can be any integer greater than 2.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Heissgaskühler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein solcher Kühler ist aus Fig. 1 der nachveröffentlichten EP-Anmeldung 0 024 281 bekannt. In diesem Kühler sind der Einsatz und das Hemd konzentrisch angeordnet, so dass zwischen ihnen ein Ringraum vorhanden ist. Die Grösse der Ringraumbreite ergibt sich aus den thermodynamischen Bedingungen, denen die Kühlflächen im Heissgaskühler ausgesetzt sind. Der Ringraum zwischen Einsatz und Hemd ist verhältnismäßig eng.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Heissgaskühler der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass ein Befahren des Ringraumes zwischen dem Einsatz und dem Hemd wesentlich leichter möglich ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchskennzeichens gelöst. Geht man davon aus, dass für die thermodynamischen Rechnungen zwecks Auslegung des Heissgaskühlers der Einsatz und das Hemd mit zueinander parallelen n-Eckseiten angeordnet sind, so ergibt sich eine bestimmte gleichbleibende Breite für den Ringraum zwischen Einsatz und Hemd. Beim erfindungsgemässen Heissgaskühler mit den so berechneten Kühlflächen wird das Hemd relativ zum Einsatz verdreht oder versetzt, so dass jeweils eine Ecke des Hemdes gegenüber der Mitte der benachbarten Seite des Einsatzes zu liegen kommt, wobei also der Abstand zwischen der Ecke und der benachbarten Seite grösser wird als der zuvor berechnete Abstand bei parallelen n-Eckseiten. Dank der Vergrösserung des Abstandes, der sich dann zwar in Umfangsrichtung des Ringraumes bis zur nächsten Ecke des Einsatzes verkleinert, kann der Ringraum leichter als beim bekannten Heissgaskühler für Wartungs-und Reparaturzwecke befahren werden, denn im Bereich des vergrösserten Abstandes steht mehr Platz zur Verfügung, so dass die die Wartungs-und Reparaturarbeiten ausführende Person mehr Bewegungsfreiheit hat. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Einsatz und das Hemd je n-Eckseite eine Rohrtafel bilden und diese Rohrtafeln leicht in der Werkstatt hergestellt, an den Montageort transportiert und dort zusammengeschweisst werden können.
- Aus der DE-A-1 596 323 ist ein Synthesegaserzeuger mit Gaskühler bekannt, die beide in einem gemeinsamen Druckgefäss angeordnet sind. Im unteren Teil des Druckgefässes befindet sich eine Brennkammer, an die sich nach oben ein Nachbrenn- oder Reaktionsraum anschliesst, der von Kühlrohren umgeben ist. An diesen Reaktionsraum schliesst sich nach oben ein zentraler Gaszug mit rechteckigem Querschnitt an, wobei diesem Gaszug auf zwei Seiten je zwei parallele Gaszüge folgen, in denen das aus dem zentralen Gaszug kommende Gas zunächst abwärts und danach aufwärts strömt. Die die Gaszüge begrenzenden Wände bestehen aus Rohren mit zwischen ihnen eingeschweissten Stegen. Da der bekannte Synthesegaserzeuger sich hinsichtlich Erfindungsaufgabe als auch hinsichtlich der Gesamtkonstruktion in wesentlichen Punkten von der Erfindung unterscheidet, kann er kein Vorbild für die Erfindung abgeben.
- Die Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
- Es zeigen in schematischer Darstellung :
- Figur 1 einen Vertikalschnitt durch einen Gaskühler nach der Erfindung und
- Figur 2 einen Querschnitt durch den Gaskühler nach der Schnittlinie 11-11 in Fig. 1.
- In einem zylindrischen Druckgefäss 1 ist an einem inneren Balkenkranz 2 ein Einsatz 3 in Form eines langgestreckten Prismas mit Polygonquerschnitt und an einem äusseren Balkenkranz 4 ein Hemd 5 in Form eines langgestreckten Prismas mit Polygonquerschnitt aufgehängt. Der Einsatz 3 und das Hemd 5, die hier je ein reguläres, sechsseitiges primas bilden, bestehen je aus einer Reihe von vertikalen, über Stege miteinander dicht verschweissten Rohren 6, die auf Mantellinien des Prismas liegen. Zwischen dem Einsatz 3 und dem Hemd 5 besteht ein vertikaler Ringraum 11. Die Rohre 6 des Einsatzes 3 wie auch des Hemdes 5 sind in einem oberen Bereich nach innen abgekröpft, wobei ein Teil der Rohre 6 des Einsatzes 3, wiederum dicht miteinander verschweisst, einen Hals 7 mit Sechseckquerschnitt bildet. Dasselbe gilt für einen Teil der Rohre 6 des Hemdes 5, die einen Hals 9 bilden. Die restlichen, mit 6' bezeichneten Rohre des Einsatzes und des Hemdes verlaufen im Ringraum 11' zwischen den beiden Hälsen 7 und 9, und schliesslich sind die Enden aller Rohre 6 in einem sechseckigen Ringkollektor 12 eingeschweisst.
- Die Rohre 6 des Einsatzes 3 wie auch des Hemdes 5 sind an ihrem unteren Ende mit einem gemeinsamen Verteiler 14 verbunden, der ebenfalls Sechseckumriss aufweist. Dabei sind im unteren Endbereich die Rohre des Einsatzes 3 abwechslungsweise so ausgebogen, dass ein offenes Rohrbüschel entsteht, durch das das zu kühlende Gas aus dem zentralen Fallraum 10 in den Ringraum 11 übertreten kann.
- Die Rohre 6 des Hemdes 5 bilden zusammen mit den Stegen eine bis zum Verteiler 14 reichende dichte Wand. Etwa die Hälfte der Rohre ist jedoch im untersten Bereich aus dieser Wand ausgebogen. Sie münden - wie üblich gegenüber den wandbildenden Rohren versetzt - in den Verteiler 14, um dessen Wand nicht unzulässig zu schwächen. Am Verteiler 14 ist unten ein Ring 20 angebracht, an dem ein Balg 21 befestigt ist, der eine dichte Verbindung herstellt zu einem Flansch 22 eines doppelwandigen Trichters 23. Der Hals 25 dieses Trichters durchdringt den Boden 26 des Druckgefässes 1. Der Zwischenraum zwischen den zwei Wänden dieses Trichters 23 ist mit Wasser gefüllt, das von unten (Pfeil 27) zugeführt wird und über Löcher 28 in das Innere des Trichters gelangt, wo es ein Niveau 24 bildet.
- An seinem oberen Ende ist der Hals 7 über ein nicht gezeichnetes nachgiebiges Element mit einem nach innen vorspringenden Rand 30 eines Rohres 31 verbunden, das mit Isoliersteinen 32 ausgekleidet ist und den Austrittskanal einer nicht gezeichneten Reaktionskammer der Kohlevergasungsanlage darstellt. Das Rohr 31 ist von einem am Druckgefäss 1 befestigten Stutzen 34 mit Flansch 35 umgeben. Dieser Flansch 35 wird mit der genannten Reaktionskammer druckdicht verbunden.
- Am Hemd 5 ist eine Oeffnung 40 vorgesehen, in deren Bereich ein Teil der Rohre aus der Hemdflächenebene ausgebogen ist und dichtende Verbindungsrippen zwischen den Rohren fehlen. An der Aussenseite des Hemdes ist der Rand der Oeffnung 40 durch einen Balg 42 mit einer Austrittsleitung 43 verbunden, die den Druckbehälter 1 durch eine nachgiebige Hülse 44 verlässt.
- Die zwischen dem Verteiler 14 und dem Sammler 12 parallel geschalteten Rohre 6 und 6' bilden mit Verteiler 14 und Sammler 12 zusammen das wärmeaufnehmende Drucksystem eines Dampferzeugers. Verteiler 14 und Sammler 12 sind zu diesem Zweck über nicht gezeichnete, das Druckgefäss 1 durchdringende Rohre mit den übrigen Anlageteilchen des Dampferzeugers verbunden.
- Im Betrieb der Anlage strömen aus der erwähnten, nicht gezeichneten Reaktionskammer der Kohlevergasungsanlage Gase von etwa 1 400 °C, die Russ- und Schlacketeilchen enthalten, über das Rohr 31 und den Hals 7 in den Einsatz 3, in dem - vor allem durch Gasstrahlung an die gekühlten Rohre des Einsatzes - eine Abkühlung auf rund 1 000 °C stattfindet. Im Bereich des unteren Endes des Einsatzes 3 biegt die Gasströmung nach oben um in den Ringraum 11, während der weitaus grösste Teil der Russ- und Schlacketeilchen in den Trichter 23 fällt und aus diesem mit dem ständig über die Löcher 28 einströmenden Wasser abgeführt wird. Die im Ringraum 11 nach oben strömenden Gase werden weiter auf etwa 400 °C abgekühlt, woraufhin sie den Ringraum über die Austrittsleitung 43 verlassen. Die weitere, problemlosere Abkühlung geschieht in nachgeschalteten Wärmeübertragern, die sekundärseitig vorzugsweise ebenfalls Bestandteile der Dampferzeugeranlage bilden.
- Einsatz 3 und Hemd 5 sind über Zugbänder 16 bzw. 17 am Balkenkranz 2 bzw. 4 aufgehängt. Die Zugbänder gehen zweckmässig von den Stegblechen zwischen den Rohren 6 aus. Dabei können die Zugbänder 16 im Bereich der oberen Aussenkante des Einsatzes 3 bis zu den etwa horizontal verlaufenden, dicht miteinander verbundenen Rohren 6 des Hemdes 5 gasdicht miteinander verbunden sein, sodass der Fallraum 10 und der Ringraum 11 vollständig vom Raum ausserhalb des Hemdes 5 getrennt sind. Es kann auch zweckmässig sein, insbesondere im oberen Bereich des Ringraums 11, eine Verbindungsöffnung. zum Raum ausserhalb des Hemdes 5 vorzusehen, so dass stets ein gewisser Druckausgleich über die Wand des Hemdes besteht und dieses nicht durch grössere Druckkräfte belastet werden kann.
- Die Ecken 50 des Einsatzes 3 und die Ecken 51 des Hemdes 5 sind, wie Fig. 2 zeigt, um einen Winkel y = 360°/2 x 6 = 30° gegeneinander versetzt. Es entstehen dadurch im Ringraum 11 sechs über den Umfang verteilte Erweiterungen 52, die die Wartung der den Einsatz 3 und das Hemd 5 bildenden Rohrwände wesentlich erleichtern. Aehnliche Erweiterungen 53 ergeben sich zwischen dem Hemd 5 und der kreiszylindrischen Wand des Druckgefässes 1. Die Erweiterungen 52 und 53 sind über nicht dargestellte Mannlöcher im Druckgefäss 1 und im Hemd 5 und/oder über die vorhandenen Druckgefässöffnungen bei 34 und 43 erreichbar.
- Bei Heissgaskühlern für Kohlevergasungsanlagen ist es besonders wichtig, dass die Wärme- übertragerflächen gedrungen sind, weil die abzukühlenden Heissgase unter verhältnismässig hohem Ueberdruck von beispielsweise 4 MPa (rund 40 atü) stehen, was ein verhältnismässig dickwandiges Druckgefäss bedingt.
- Abweichend von der im Querschnitt sechseckigen Gestaltung des Einsatzes 3 und des Hemdes 5 ist es auch möglich, diesen jeweils eine n-eckige Polygonform zu geben, wobei n eine beliebige ganze Zahl grösser als 2 sein kann.
Claims (1)
- Heissgaskühler zu einer Kohlevergasungsanlage, bestehend aus einem vertikal angeordneten, im wesentlichen zylindrischen Druckgefäss (1) mit einem koaxial im Druckgefäss angeordneten, einen Fallraum (10) bildenden, über den Umfang geschlossenen Einsatz (3) aus dicht zusammengeschweissten Rohren (6), wobei diese Rohre Teil des beheizten Drucksystems eines Dampferzeugers sind und der vom Einsatz (3) umschlossene Raum (10) oben über einen das Druckgefäss (1) durchdringenden Gaszufuhrkanal mit einer Reaktionskammer der Kohlevergasungsanlage und unten über einen Austrittskanal mit einer Schlackenabführvorrichtung verbunden ist, wobei ferner der Einsatz (3) von einem ebenfalls aus dicht verschweissten Rohren (6) bestehenden Hemd (5) umgeben ist, so dass ein den Einsatz (3) umgebender, gegenüber dem Druckgefässmantel abgeschlossener Ringraum (11) gebildet ist, der in seinem unteren Bereich mit dem Innenraum (10) des Einsatzes (3) kommuniziert, und wobei im oberen Teil des Ringraumes (11) mindestens eine vorzugsweise kühlbare, am Hemd (5) angeschlossene Gasaustrittleitung (43) vorgesehen ist, die die Wand des Druckgefässes (1) durchdringt, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (3) ein langgestrecktes Prisma mit einem regulären n-Eck-Querschnitt bildet, dass auch das Hemd (5) im wesentlichen ein langgestrecktes Prisma mit einem regulären n-Eck-Querschnitt bildet und dass die beiden n-eckigen Prismen bezüglich ihrer Länsachse um den Winkel y = 360°/2n gegeneinander verdreht sind.
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