CH653360A5 - Heissgaskuehler an einer kohlevergasungsanlage. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Heissgaskiihler an 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 zur Dampferzeugung dienen und wobei der vom Einsatz (3) umschlossene Raum (10) oben über einen das Druckgefäss (1) durchdringenden Gaszufuhrkanal mit einer Reaktionskammer der Kohlevergasungsanlage und unten mit einem Austrittskanal (25) zur Schlackenabfuhr verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass 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 Rimgraum (11) gebildet ist, der in seinem unteren Bereich mit dem Innenraum (10) des Einsatzes (3) kommuniziert, und dass im oberen Teil des Ringraumes (11) mindestens ein am Hemd (15) angeschlossener Gasaustrittkanal (43) vorgesehen ist, der die Wand des Druckgefässes (1) durchdringt.

2. Heissgaskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (3) im wesentlichen ein langgestrecktes Prisma mit Polygonquerschnitt, vorzugsweise einem regulären n-Eck-Querschnitt, bildet.

3. Heissgaskühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Hemd (5) im wesentlichen ein langgestrecktes Prisma mit Polygonquerschnitt, vorzugsweise einem regulären n-Eck-Querschnitt, bildet.

4. Heissgaskühler nach Anspruch 3, wobei Einsatz (3) wie auch Hemd (5) je ein n-eckiges reguläres Prisma bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden n-eckigen Prismen bezüglich ihrer Längsachse um den Winkel y = 360°/2n gegeneinander verdreht sind.

Es ist ein Heissgaskühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen worden, in dem die heissen Gase der Reaktionskammer einer Kohlevergasungsanlage auf eine Temperatur von rund 400°C abgekühlt werden sollen. Die gasseitig hohe Temperaturspanne verlangt eine entsprechend grosse Wärmeübergangsfläche, das heisst einen entsprechend gross dimensionierten Einsatz.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Abmessungen dieses Einsatzes und damit auch die Abmessungen des Druckgefässes klein zu halten, ohne dass dadurch seine Zugänglichkeit für die Wartung verunmöglicht würde.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Anordnen eines Hemdes aus dicht verschweissten Rohren wird ein zweiter, ringförmiger Gaszug gebildet, der innen durch die Wand des Einsatzes begrenzt ist. Im Gegensatz zum Ausgangspunkt der Erfindung wird bei dieser auch die Aussenseite des Einsatzes zur Wärmeübertragung verwendet.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei gegebener Länge des Einsatzes dessen Durchmesser nicht zu stark vergrössert werden muss, um die nötige Wärmeübertragerfläche zu erreichen. Eine zu starke Vergrösserung dieses Durchmessers hätte nämlich eine zu geringe Geschwindigkeit der abzukühlenden Gassäule zur Folge, was sich in einem einseitigen Strömungsprofil auswirken könnte. Durch ein solches würde wiederum die Wärmeübertragerfläche schlecht ausgenutzt, mit der Folge, dass entweder die verlangte Abkühlung nicht erreicht würde oder aber Einsatz und Druckbehälter zusätzlich vergrössert werden müssten.

Einsatz und Hemd können als koaxiale Kreisszylinderflächen ausgebildet werden. Die zusammengeschweissten Rohre lassen sich dabei als Mantellinien oder aber als Wendeln in den

Zylinderflächen anordnen. Besonders vorteilhaft ist aber eine Lösung nach den Merkmalen des Anspruchs 2. Einsatz und Hemd bestehen dann aus Rohrtafeln, die leicht in der Werkstatt hergestellt, transportiert und an Ort zusammengeschweisst werden können.

Die Lösung nach Anspruch 4 bringt den Vorteil, dass der Ringraum zwischen Einsatz und Hemd auf seinem Umfang gleichmässig verteilt Erweiterungen aufweist, die ein Befahren dieses Ringraumes für Wartungs- und Reparaturzwecke erleichtern. Die Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Vertilkalschnitt durch einen Gaskühler nach der Erfindung

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gaskühler nach der Schnittlinie II-II in Fig. 1.

In einem zylindrischen Druckbehälter 1 ist an einem inneren Balkenkranz 2 ein Einsatz 3 und an einem äusseren Balkenkranz 4 ein Hemd 5 aufgehängt. Einsatz 3 und Hemd 5 bestehen je aus einer Reihe von vertikalen, über Stege miteinander dicht verschweissten Rohren 6, welche Mantellinien von regulären sechsseitigen Prismen bilden. Die Rohre 6 des Einsatzes 3 wie 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 verlaufen im Ringraum 11' zwischen den beiden Hälsen 7 und 9, und schliesslich sind die Enden aller Rohre 6 in einem sechseckig angelegten 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 Endbereich die Rohre des Einsatzes 3 abwechslungsweise so ausgebogen, dass ein offenes Rohrbüschel entsteht, durch welches das zu kühlende Gas aus dem zentralen Fallraum 10 in den Rinraum 11 übertreten kann.

Die Rohre 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 diesen 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 durch Löcher 28 austritt und im Tichter 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 Austritt eines nicht gezeichneten Reaktionsgefässes darstellt. Dar Rohr 31 ist von einem am Druckgefäss 1 befestigten Stutzen 34 mit Flansch 35 umgeben. Dieser Flansch 35 wird mit dem genannten Reaktionsgefäss druckdicht verbunden.

Am Hemd 5 ist eine Öffnmung 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 Öffnung 40 durch einen Balg 42 mit einer Austrittsleitung 43 verbunden, die den Druckbehälter 1 durch eine nachgiebige Hülse 44 ver-lässt.

Die zwischen dem Verteiler 14 und dem Sammler 12 parallel geschalteten Rohre 6 bilden mit Verteiler 14 und Sammler 12 zusammen den wärmeaufnehmenden Teil eines Dampferzeu5

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gers. Verteiler 14 und Sammler 12 sind zu diesem Zweck über nicht gezeichnete, den Druckbehälter 1 durchdringende Rohre mit den übrigen Anlageteilen des Dampferzeugers verbunden.

Im Betrieb der Anlage strömen aus der erwähnten, nicht gezeichneten Reaktionskammer Gase von etwa 1 400°C, die Russ und Schlacketeilchen enthalten, durch das gefütterte Rohr 31 und den Hals 7 in den Einsatz 3, in welchem vorallem durch Gasstrahlung an die gekühlte Wand des Einsatzes, eine Abkühlung auf rund 1 000°C stattfindet. Im Bereich des unteren Endes des Einsatzes biegt die Gasströmung nach oben um, während der weitaus grösste Teil der Russ- und Schlacketeilchen in den Trichter 23 fällt und aus diesem mit dem laufend einströmenden Wasser abgeführt wird. Die im Ringraum 11 zwischen Einsatz 3 und Hemd 5 nach oben strömenden Gase werden weiter abgekühlt auf etwa 400°C, worauf sie den Ringraum über das Rohr 43 verlassen. Die weitere, problemlosere Abkühlung geschieht in nachgeschalteten Wärmeübertragern, die sekundär-seitig vorzugsweise ebenfalls Bestandteile der Dampferzeugeranlage bilden.

Einsatz 3 und Hemd 5 sind im Ausführungsbeispiel über Zugbänder 16 bzw. 17 aufgehängt, die zweckmässig von den Stegblechen zwischen den Rohren 6 ausgehen.

Dabei können die Zugbänder 16 im Bereich der oberen Aus-senkante des Einsatzes 3 bis zu den etwa horizontal verlaufenden, dicht miteinander verbundenen Rohren 6 des Hemdes 5 gasdicht miteinander verbunden sein, so dass die Räume 10 und 11 vollständig vom Raum ausserhalb des Hemdes 5 getrennt sind. Es kann auch zweckmässig sein, insbesondere im oberen

Bereich des Ringraums 11 zwischen Einsatz 3 und Hemd 5, eine Verbindungsöffnung zum äusseren Raum vorzusehen, so dass stets ein gewisser Druckausgleich über die Wand des Hemdes entsteht und dieses nicht durch grössere Druckkräfte belastet 5 werden kann.

Die Ecken 50 des Einsatzes 3 und die Ecken 51 des Hemdes 5 sind im Ausführungsbeispiel, wie Fig. 2 zeigt, um einen Winkel io 360°

y = = 30°

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gegeneinander versetzt. Es entstehen dadurch im Raum 11 sechs 15 über den Umfang verteilte Erweiterungen 52, die die Wartung der den Einsatz und das Hemd bildenden Rohrwände wesentlich erleichtern. Ähnliche Erweiterungen 53 ergeben sich zwischen Hemd 5 und der kreiszylindrischen Wand des Druckbehälters 1. Diese Erweiterungen 52, 53 sind über nicht dargestell-20 te Mannlöcher im Druckgefäss 1 und Hemd 5 und/oder über die vorhandenen Druckgefässanschlüsse 34, 35 und 43 erreichbar.

Bei Heissgaskühlern für Kohlevergasungsanlagen ist es besonders wichtig, dass die Wärmeübertragerflächen gedrungen 25 sind, weil die abzukühlenden Heissgase unter verhältnismässig hohem Überdruck von beispielsweise 4 MPa ( = rund 40 atü) stehen, was ein verhältnismässig dickwandiges Druckgefäss bedingt.

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1 Blatt Zeichnungen