DD215326A1

DD215326A1 - DISCHARGE AND COOLING DEVICE FOR HOT REACTION GASES

Info

Publication number: DD215326A1
Application number: DD25027683A
Authority: DD
Inventors: Joachim Heynisch; Horst Burkhardt; Lutz Groeschel; Peter Krieg; Berthold Neumann; Gerhard Richter; Volker Schimmeier; Andrea Schmidt; Johannes Slabik
Original assignee: Schwarze Pumpe Gas Veb
Priority date: 1983-04-28
Filing date: 1983-04-28
Publication date: 1984-11-07
Also published as: DD215326B3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf Anlagen der Spaltung bzw. Vergasung aschehaltiger, fester bzw. fluessiger Kohlenwasserstoffe bei denen heisse, mit geschmolzenen Reaktionsrueckstaenden beladene Reaktionsgase aus unter hoeherem als atmosphaerischem Druck stehenden Reaktoren sicher ausgetragen und direkt gekuehlt werden muessen. Die Erfindung soll eine Loesung beinhalten, nach der die heissen, mit geschmolzenen Reaktionsrueckstaenden beladenen Reaktionsgase aus dem Reaktor selbst bei instationaeren Betriebszustaenden sicher ausgetragen oder gekuehlt werden koennen. Erfindungsgemaess wird dazu im Reaktorboden ein Stroemungskanal, bestehend aus einer heissgehenden, unerweiterten, mit Feuerfestmaterial ausgekleideten Duese und einem sich daran nach Querschnittserweiterung anschliessenden Kuehlrohr, angeordnet. Das Oberteil des Kuehlrohres weist ueber seinen Umfang verteilte Wasseraustrittsoeffnungen auf.The invention preferably relates to systems of fission or gasification of ash-containing, solid or liquid hydrocarbons in which hot, laden with molten Reaktionsrueckstaenden reaction gases from under higher than atmospheric pressure reactors safely discharged and must be cooled directly. The invention is intended to include a solution according to which the hot reaction gases laden with molten reaction residues can be safely discharged or cooled from the reactor even in unsteady operating states. According to the invention, a flow channel, consisting of a hot-going, unexpanded, lined with refractory material Duese and adjoining it after cross-sectional expansion cooling tube, arranged in the reactor bottom. The upper part of the Kuehlrohres has distributed over its circumference Wasseraustrittsoeffnungen.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Austrage- und Kühlvorrichtung für heiße ReaktionsgaseDischarge and cooling device for hot reaction gases

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austragen und zur direkten Kühlung heißer, mit geschmolzenen Reaktionsrückständen beladener Reaktionsgase aus unter höherem als atmosphärischem Druck stehenden Reaktoren· Insbesondere kommt die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der autothermen, nichtkatalytischen Druckspaltung bzv». Druckvergasung von Asche enthaltenden Kohlenwasserstoffen zur Anwendung, deren Reaktionsgase auf annähernde Sättigungstemperatur gekühlt werden müssen.The invention relates to a device for discharging and direct cooling hot, loaded with molten reaction residues reaction gases from under higher than atmospheric pressure reactors · In particular, the device according to the invention in the autothermal, non-catalytic pressure fission bzv ». Pressure gasification of ash containing hydrocarbons for use, whose reaction gases must be cooled to near saturation temperature.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bei Verfahren.der Spaltung bzw· Vergasung aschehaltiger fester bzw· flüssiger Kohlenwasserstoffe unter höherem als atmosphärischem Druck, welche mit Reaktionstemperaturen arbeiten;, die über der Schmelztemperatur der enthaltenen anoi|gani6chen Bestandteile liegen, sind Schwierigkeiten· beim flüssigen Schlackeabzug bekannt·In the process of splitting or gasification of ash-containing solid or liquid hydrocarbons under higher than atmospheric pressure, which operate at reaction temperatures which are above the melting temperature of the inorganic components contained, difficulties are known in the liquid slag removal.

Nach DE-OS 2 718 539, DD-WP 8 231, DE-PS 1 022 736 undAccording to DE-OS 2,718,539, DD-WP 8 231, DE-PS 1 022 736 and

DE-PS 1 208 443 wird ein getrennter Abzug von Reaktionsgas und flüssiger Schlacke vorgeschlagen. Im Reaktor-Unterteil besteht durch Unterschreiten der Schlackeschmelztemperatur infolge ungenügenden Wärmeangebotes bei geringer Durchströmung die Gefahr des Verschlusses der SchlackeauslaufÖffnung· Ähnliche Verhältnisse liegen bei der nach DD-AP 119 266 vorgeschlagenen technischen Lösung vor· Eine auf die Schlackeauslauföffnung des Reaktors gerichtete Sauerstofflanze zum Aufschmelzen von Schlackeanbackungen ermöglicht.im nur ungenügend durchströmten Schlackeabzugsechacht die Bildung explosibler Gemische und ist aus sicherheitstechnischer Sicht fragwürdig.DE-PS 1 208 443 a separate withdrawal of reaction gas and liquid slag is proposed. By falling below the slag melt temperature due to insufficient supply of heat at low flow the risk of closure of SchlackeauslaufÖffnung · Similar conditions are in the proposed DD-AP 119 266 technical solution before · An aimed at the slag outlet opening of the reactor oxygen lance for melting slag caking allows the formation of explosive mixtures in the slag exhaust stream, which is only insufficiently flown through, and is questionable from a safety point of view.

Eine nach DE-OS 2 940 933 ausgeführte Löschring- und Tauchrohrbaugruppe für Reaktionsbehälter läßt auf Grund der Wasserfübrung eine unbefriedigende Durchmischung von schlackehaltigem Gas und Kühlwasser erwarten· Bei dieser Ausführung kann eine nicht zu beherrschende Vergrößerung der Reaktoröffnung durch Abschmelzen des feuerfesten Materials eintreten.An extinguishing ring and immersion tube assembly for reaction vessels designed according to DE-OS No. 2,940,933 suggests an unsatisfactory mixing of slag-containing gas and cooling water due to the flushing of water.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die heißen, mit geschmolzenen Reaktionsrückständen geladenen Reaktionsgase aus dem Reaktor selbst bei instationären Betriebszuständen, wie An- und Abfahrvorgängen sicher auszutragen und zu kühlen.The aim of the invention is to safely discharge and cool the hot, with molten reaction residues charged reaction gases from the reactor even in unsteady operating conditions, such as startup and shutdown.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Austragen und Kühlen schlackebeladener Reaktionsgase aus Reaktoren zu entwickeln, welche die Nachteile dfer bekannten technischen Lösungen abwendet*The invention has for its object to develop a device for discharging and cooling slag-laden reaction gases from reactors, which averts the disadvantages dfer known technical solutions *

bzw« nur In geringerem Maße aufweist. Erfindungsgemäß wird dazu ein Strömungskanal angeordnet, der aus einer unmittelbar im Reaktorboden heißgehenden, nicht erweiterten Düse, der sich nach einer definierten Querschnittserweiterung ein Kühlrohr anschließt» besteht· Sie heißgehende, nicht erweiterte Düse wird durch einen gekühlten, metallischen Ring gebildet, der gasseitig mit feuerfestem Material verkleidet ist· Der freie Durchmesser der Düse ist entsprechend der geforderten Spaltgasgeschwindigkeit dimensioniert· Innerhalb der Kühleinrichtung dieser Düse sind die Kühlung verbessernde Schikanen angeordnet· Das Kühlrohr weist ebenfalls einen mit der Kühlung der Düse verbundenen Kühlmantel auf, der in seinem Unterteil einen tangentialen Wassereinlauf aufweist. Weiter sind im Oberteil dieses Kühlrohres über dessen Umfang verteilte, in den Spaltgasweg weisende Wasseraustrittsöffnungen mit definierter, eine bestimmte Wasseraustrittsgeschwindigkeit garantierender öffnungsweite angeordnet. > Die mit geschmolzener Schlacke beladenen Reaktionsgase verlassen den Reaktor über den im Reaktorboden angeordneten Strömungskanal, durchströmen dabei die Düse und gelangen dann in das Kühlrohr· Als Kühlmedium wird vorzugsweise Weichwasser eingesetzt· Die o. g. Ausführung der Düse garantiert auf Grund der ungünstig gestalteten Wärmedurchgangsverhältnisse vom heißen Reaktionsgas zur Wasserseite der Düse hin eine gasseitige Oberflächentemperatur des feuerfesten Materials im Bereich des Schmelzpunktes der' im Reaktionsgas mitgeführten, geschmolzenen Schlacke. Unter Voraussetzung quasi konstanter Wärmeübergangsverhältnisse auf der Gas- bzw· Wasserseite der heißgehenden Düse ist somit ein Zusetzen derselben mit erstarrender Schlacke auszuschließen, da eine!zusätzliche Schlakkesohicht auf dem feuerfesten Material die Wärmedurchgangsverhältnisse vom heißen'Reaktionsgas zur Wasser-or "only to a lesser extent. According to the invention, a flow channel is arranged for this purpose, which consists of an immediately in the reactor bottom hot, not expanded nozzle, which adjoins a defined cross-sectional extension of a cooling tube consists »It hot, not expanded nozzle is formed by a cooled metallic ring, the gas side with refractory The free diameter of the nozzle is dimensioned according to the required fission gas velocity. The cooling means improving chicanes are arranged inside the cooling device of this nozzle. The cooling tube likewise has a cooling jacket connected to the cooling of the nozzle, which has a tangential water inlet in its lower part , Next distributed in the upper part of this cooling tube over its circumference, pointing in the Spaltgasweg water outlet openings with a defined, a certain water outlet velocity guaranteeing opening width. > The reaction gases laden with molten slag leave the reactor via the flow channel arranged in the reactor bottom, pass through the nozzle and then enter the cooling tube. Soft water is preferably used as the cooling medium. The o. Due to the unfavorably designed heat transfer conditions of the hot reaction gas to the water side of the nozzle, the design of the nozzle guarantees a gas-side surface temperature of the refractory material in the region of the melting point of the molten slag entrained in the reaction gas. On condition that there are quasi-constant heat transfer conditions on the gas or water side of the hot nozzle, clogging of the same with solidifying slag is precluded, since an additional slag effect on the refractory material changes the heat transfer conditions from the hot reaction gas to the water.

seite hin weiter verschlechtern würde, die gasseitige Oberfläehentemperetur der Düse über den Schmelzpunkt der Schlacke ansteigen und die Schlacke abschmelzen würde. Andererseits wird die heimgehende Düse durch die Wasserkühlung vor unzulässigem Abtrag des feuerfesten Material^ geschützt. Eine Verringerung der Schichtdicke d^s feuerfesten Materials würde die gasseitige Oberflächentemperatur infolge Verbesserung der Wärmedurchgangeverhältnisse unter den Schlackeschmelzpunkt absenken und das abgetragene feuerfeste Material durch erstarrende Schlacke ersetzen.side would continue to rise, the gas-side Oberfläehentemperetur the nozzle above the melting point of the slag and the slag would melt. On the other hand, the home-made nozzle is protected by the water cooling from inadmissible removal of the refractory material ^. A reduction in the layer thickness of the refractory material would lower the gas side surface temperature as a result of improving the heat transfer conditions below the slag melting point and replace the removed refractory material with solidifying slag.

Ausführungsbeispielembodiment

Im folgenden soll die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Austragen und Kühlen eines bei der autothermen, nichtkatalytischen Druckspaltung von aschehaltigen Kohlenwasserstoffen entstehenden Spalt-In the following, the application of the device according to the invention for discharging and cooling a resulting in the autothermal, non-catalytic pressure splitting of ash-containing hydrocarbons split

gases erläutert werden. .be explained. ,

Me Zeichnung stellt die Anordnung des Strömungskaiaales 1 im Unterteil des unter eiaem Druck von 2,5 MPa arbeitenden Reaktors 2 dar. Im Ausführungsbeispiel ist der druckfeste Reaktormantel 3 durch einen wassergefüllten Riiigspalt 4 vor Temperaturüberbeanspruchung geschützt· Auf dem Reaktorinnenmantel 5 aus dünnwandigem Kesselblech ist eine Schutzschicht 6 aus feuerfestem Material aufgebrachtIn the embodiment, the pressure-resistant reactor shell 3 is protected by a water-filled Riiigspalt 4 from temperature overload · On the reactor inner shell 5 of thin-walled boiler plate is a protective layer 6 applied from refractory material

Im Reaktorboden tritt das ca. 1.300 ⁰O heiße, geschmolzone Schlacke enthaltende Spaltgas 7 durch die heißgehende, nicht erweiterte Düse 8 in das Kühlrohr 9, wo es unmittelbar nach der plötzlichen Querschnittserweiterung durch Einspritzen von Kühlwasser auf ca. 180 ⁰O gekühlt wird. Die Kühlwassermenge ist mit 1...In the reactor bottom the 1,300 ⁰ O occurs hot geschmolzone slag containing reformed gas 7 through the hot continuous, non-extended nozzle 8 in the cooling tube 9, where it is cooled immediately after the sudden cross-sectional widening, by injecting cooling water to about 180 ⁰ O. The amount of cooling water is 1 ...

1,5 kg/m-'dr) Spaltgas so bemessen, daß nach Verdampfen von ca. 0,6 kg Wasser pro 1 nr(IT) Spaltgas noch ausreichend Wasser zum Auswaschen der Schlacke vorbanden ist. Im nachfolgenden Trennbehälter 10 werden asche»1.5 kg / m-'dr) cracked gas so that after evaporation of about 0.6 kg of water per 1 nr (IT) cracking gas still enough water for vortexing the slag is vorbanden. In the following separation tank 10 ash »

haltiges Kühlwasser Im Sumpf und auf. annähernde Sättigungstemperatur gekühltes, gereinigtes Spaltgas im Oberteil getrennt abgezogen und in bekannter Weise weiterverarbeitet·Contained cooling water In the swamp and up. approximately saturated saturation temperature cooled, purified cracked gas in the upper part separately withdrawn and further processed in a known manner.

Die Düse 8 wird durch einen gekühlten Ring aus dünnwandigem Ee e.selblech gebildet, der gasseitig verstiftet und mit feuerfestem Material verkleidet ist. Der freie Durchmesser der Düse ist so bemessen, daß das Spaltgas 7 auf eine Geschwindigkeit von 80··.120 m/s beschleunigt wird und als Freistrahl in das Kühlrohr eintritt· Die freien Durchmesser des Kühlrohres 9 zur Düse 8 müssen mindestens das Verhältnis 3 s 1 bilden· Die Schichtdicke des feuerfesten Materials im Strömungskanal der Düse 8 ist unter Berücksichtigung der Wärmedurchgangsverhältnisse vom heißen Spaltgas zur Wasserseite hin so gewählt, daß die gasseitige Oberflächentemperatür des feuerfesten Materials im Bereich des Schmelzpunktes der mitgeführten Schlacke liegt« Wasserseitig ist die heißgehende Düse 8 unmittelbar mit dem doppelwandigen Kühlrohr 9 verbunden· Eine Schikane 15 garantiert die Kühlung der Düse 8· Das zur direkten Kühlung und Reinigung des Spaltgases 7 notwendige Kühlwasser 11 wird über einen Wasserzulauf im Unterteil des Kühlrohres 9 tangential zugeführt· Das Kühlwasser 11 durchströmt den Wassermantel 13 des Strömungskanales 1 und gelangt unmittelbar unterhalb der Düse 8 durch 18 über den Umfang des Kühlrohreβ 9 verteilte Wasseraustrittsöffnungen 14 in den Gasstrom· Der Durchmesser der Wasseraustritteöffnungen ist so gewählt, daß das Kühlwasser 11 ν auf eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 30 m/s beschleunigt wird· Auf der gaseeitigen, gekühlten Oberfläche des Kühlrohres 9 bildet sich so ein Kühlwasserschleier aus, der ein Anbacken der zum !Teil noch flüssigen Schlacke verhindert·The nozzle 8 is formed by a cooled ring of thin-walled Ee e.selblech pinned on the gas side and lined with refractory material. The free diameter of the nozzle is dimensioned so that the gap gas 7 is accelerated to a speed of 80 ··. 120 m / s and enters the cooling tube as a free jet · The free diameter of the cooling tube 9 to the nozzle 8 must be at least the ratio of 3 s The layer thickness of the refractory material in the flow channel of the nozzle 8 is chosen taking into account the heat transfer ratios of the hot cracked gas to the water side so that the gas side surface temperature of the refractory material is in the range of the melting point of the entrained slag. On the water side, the hot nozzle 8 is instantaneous connected to the double-walled cooling pipe 9 · A baffle 15 guarantees the cooling of the nozzle 8 · The cooling water 11 necessary for direct cooling and cleaning of the split gas 7 is supplied tangentially via a water inlet in the lower part of the cooling pipe 9 · The cooling water 11 flows through the water jacket 13 of the Strömungskana The diameter of the water outlet openings is chosen so that the cooling water 11 ν is accelerated to a flow velocity of at least 30 m / s · up The cooling side of the cooling tube 9, which is cooled on the gas side, thus forms a cooling water veil which prevents caking of the slag which is still liquid.

Der Strömungskanal 1 wird durch einen in die Planschverbindung 16 von druckfeeten Beaktormantel 3 und Trennbehälter 10 einbezogenen Stützring 17 getragen·The flow channel 1 is carried by a support ring 17, which is included in the rip-off compound 16 of the pressure-resistant beacon jacket 3 and separating container 10.

Claims

invention claim

1 · Hot reaction gases discharging and cooling device, especially for such grasses, which emerge hot with molten reaction residues discharged from reactors operated at higher than atmospheric pressure, in particular from reactors of autothermal, non-catalytic pressure cracking, characterized in that a flow channel TI) consisting of a hot, unexpanded nozzle C8) and a cooling tube adjoining in the direction of flow of the reaction gas after a defined cross-sectional widening is arranged in the reactor bottom, that nozzle (8) and cooling tube

(9) are double-walled with a water jacket 3), that much more the flow channel CO in its lower part has a tangentially arranged water inlet f12) 'into the water jacket (13), and that this inside its upper part at the level of the nozzle i8) cooling cooling bafflesC15) , and further that in the upper part of the cooling pipe C9i are distributed over the circumference thereof, water outlet openings C14) are arranged with an opening width guaranteeing a required water discharge speed of at least 30 m / s in the direction of the reaction gas stream. _.- '

2 · Discharge and cooling device according to item 1, characterized in that the nozzle (8) forms a cooled, metallic ring and has a free, the required reaction gas velocity of 80 ··. 120 m / s corresponding diameter that further in this jet JC8 ) Gastfeitig a refractory, on its surface during operation a temperature in the range of the melting point of the reaction gas entrained slag having lining of

8 corresponding layer thickness is arranged.

3 · discharging and cooling device according to item 1, characterized in that the Kühlrohrf9) at least three times the free Dur chines 8 er the nozzle (8).

(this a sheet drawing)

For this 1 string drawings