DD217236A1

DD217236A1 - METHOD AND DEVICE FOR PRE-COOLING A LIQUID SLUDGE-LEADING HOT-GAS CURRENT

Info

Publication number: DD217236A1
Application number: DD83253142A
Authority: DD
Inventors: Dieter Eidner; Peter Goehler; Manfred Schingnitz; Friedrich Berger; Helmut Peise; Winfried Wenzel; Wolfgang Seidel; Klaus Lucas
Original assignee: Brennstoffinstitut Freiberg 92
Priority date: 1983-07-18
Filing date: 1983-07-18
Publication date: 1985-01-09

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zur Vorkuehlung eines fluessige Schlacke fuehrenden Heissgasstromes bei der Vergasung von aschehaltigen staubfoermigen bzw. fluessigen Brennstoffen in der Flugwolke bis auf Temperaturen, bei denen die fluessige Schlacke erstarrt ist. Ziel ist einerseits die Verhinderung von kritischen Ansaetzen erstarrter Schlacke an der Abzugsoeffnung des Reaktionsraumes fuer Heissgas und fluessige Schlacke, andererseits die Vermeidung von Schlackeansaetzen in nach geschalteten Waermeaustauschern zur weiteren Kuehlung des Gases, insbesondere in nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger. Erfindungsgemaess wird dazu der Heissgasstrom durch einen koaxial zur Abzugsoeffnung angeordneten, durch einen rohrfoermigen Koerper begrenzten Mischraum gefuehrt, wobei der Heissgasstrom unter der Wirkung seines Stroemungsimpulses einen durch Kuehleinrichtungen gekuehlten Teil des Gases ueber einen Ringraum und Oeffnungen an der stromaufwaertigen Seite des rohrfoermigen Koerpers zuruecksaugt, sich mit diesem Teil vermischt und sich dabei auf Temperaturen unterhalb des Erstarrungstemperaturbereiches der Schlacke abkuehlt. Fig. 1The invention relates to a method and apparatus for pre-cooling a liquid slag leading hot gas stream in the gasification of ash-containing dusty or liquid fuels in the flying cloud to temperatures at which the liquid slag is solidified. The goal is on the one hand the prevention of critical slag solidified at the exhaust opening of the reaction chamber for hot gas and liquid slag, on the other hand, the avoidance of Schlackeansaetzen in downstream heat exchangers for further cooling of the gas, especially in downstream heat recovery steam generator. According to the invention, the hot gas stream is passed through a mixing chamber which is coaxial with the withdrawal opening and confined by a tubular body, the hot gas stream, under the action of its flow pulse, sucking back a part of the gas cooled by cooling means via an annular space and openings on the upstream side of the tubular body mixed with this part and thereby cools down to temperatures below the solidification temperature range of the slag. Fig. 1

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren und Vorrichtung zur Vorkühlung eines . Flüssigschlacke führenden HeißgasstromesMethod and device for pre-cooling a. Liquid slag leading hot gas stream

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zur Vorkühlung eines flüssigen Schlacke führenden Heißgasstromes bei der Herstellung von CQ- und Hp-haitigen Gasen durch Vergasung von aschehaltigen staubförmigen und/oder flüssigen Brennstoffen in der Plugwolke.The invention relates to a method and apparatus for precooling a liquid slag leading hot gas stream in the production of CQ- and Hp-haitigen gases by gasification of ash-containing dusty and / or liquid fuels in the plug cloud.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bei der Vergasung von staubförmigen festen Brennstoffen oder von Kohlenwasserstoffen nach dem Prinzip der Partialoxydation in der Plugwolke wird der Brennstoff mit Sauerstoff, gegebenenfalls unter Zusatz von Wasserdampf als Flammenreakticn in einem feuerfest ausgestatteten Reaktionsraum zu einem CO- und Hg-reichen Gas umgesetzt. Vielfach findet diese Vergasung unter erhöhtem Druck, beispielsweise bei 3,0 MPa statt.In the gasification of dust-like solid fuels or hydrocarbons according to the principle of partial oxidation in the plug cloud, the fuel is reacted with oxygen, optionally with the addition of water vapor as Flammenreakticn in a refractory reaction space to a CO and Hg-rich gas. In many cases, this gasification takes place under elevated pressure, for example at 3.0 MPa.

Staubförmige feste Brennstoffe, aber auch staubhaltige Teere oder flüssige Rückstände der Kohleveredlung enthalten häufig beachtliche Mengen an mineralischen Bestandteilen (Asche). Bei der Verwendung solcher Brennstoffe ist es erforderlich, die Verga-Dust-form solid fuels, but also dusty tars or liquid residues of coal refinement often contain considerable amounts of mineral constituents (ash). When using such fuels, it is necessary to

sung bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Asche su führen, so daß sich eine Schmelzflussige Schlacke bildet« Diese Schlacke ist, soweit sie nicht an die Wand des Reaktionsraumes gelangt und dort als PiIm nach unten abläuft, mit breitem Tropfenspektrum im entstehenden heißen Gas suspendiert.tion at temperatures above the melting point of the ash su, so that forms a Schmelzflussige slag This slag is, as far as it does not reach the wall of the reaction chamber and runs down there as PiIm down, suspended with a broad droplet spectrum in the resulting hot gas.

Es ist vielfach üblich, heißes Gas und Schlacke gemeinsam über eine zentrale Abzugsöffnung am Boden des Reaktionsraumes in einen nachgeschalteten Raum zu überführen und durch Kontakt mit Wasser das Rohgas zu kühlen sowie die Schlacke zu granulieren, wie das beispielsweise in DD-145 025, DS-OS 29 40 933 und US-2 896 927 beschrieben ist. Ein kritischer Punkt einer solchen Verfahrensweise ist die sichere Beherrschung des Sohle:ckenabflusses aus der genannten zentralen Abzugsoffrung. Durch den starken Strahlungswärmeaustausch mit dem Kühlraum und durch das Auftreffen von Wassertröpfchen, die nach Kontakt mit glühenden Schlackepartikeln regellos im Raum umher spritzen können, bilden sich am unteren Rand der Abzugsöffnung häufig Ansätze von erstarrter Schlacke, die die Austrittsöffnung verengen, im Extremfall sogar völlig versetzen können. Solche Ansätze können auch die Punktion des Kühlsystems beeinträchtigen und z. B. zu örtlichen Überhitzungen von Bauteilen durch heiße Gassträhnen führen. Technische Lösungen für dieses Problem, wie sie in DD-145 025 und in DI-150 313 beschrieben sind, befriedigen nicht mehr alle Betriebsbedingungen. Es besteht die Möglichkeit, die Gefahr von Schlackenansätzen dadurch zu vermindern, daß die Betriebstemperaturen im Reaktionsraum sehr viel höher als die Erstarrungstemperatur der Schlacke gewählt werden. Unter solchen Bedingungen soll die Temperatur und die Wärmekapazität des heißen Gasstromes ausreichen, um trotz unvermeidlicher Kühleffekte die Schlacke flüssigIt is often customary to transfer hot gas and slag together via a central exhaust opening at the bottom of the reaction space into a downstream space and to cool the crude gas by contact with water and to granulate the slag, as described, for example, in DD-145 025, DS. OS 29 40 933 and US Pat. No. 2,896,927. A critical point of such a procedure is the safe control of the sole: drainage from the said central exhaustion. Due to the strong radiation heat exchange with the cold room and by the impact of water droplets that can splash randomly in the room after contact with glowing slag particles, at the bottom of the outlet often approaches of solidified slag, which narrow the outlet, in extreme cases even completely offset can. Such approaches may also affect the puncture of the cooling system and z. B. lead to local overheating of components by hot gas strands. Technical solutions to this problem, as described in DD-145 025 and in DI-150 313, no longer satisfy all operating conditions. There is the possibility to reduce the risk of slag approaches by the operating temperatures in the reaction chamber are chosen much higher than the solidification temperature of the slag. Under such conditions, the temperature and the heat capacity of the hot gas stream should be sufficient to make the slag liquid despite unavoidable cooling effects

zu halten und Schlaekenansätze wieder aufzuschmelzen und abzutropfen. Diese Möglichkeit ist jedoch mit einem Mehraufwand an Sauerstoff und Brennstoff, bezogen auf die Produktion von CO und Hp, verbunden und führt zu erhöhten Beanspruchungen der Konstruktionselemente von Reaktionsraum und Austrittsöffnung.to hold and refine Schlaekenansätze again and drain. However, this possibility is associated with an additional expenditure of oxygen and fuel, based on the production of CO and Hp, and leads to increased stresses on the construction elements of the reaction space and outlet opening.

Anstelle einer voll&n Kühlung des heißen Gases durch Kontakt mit Wasser bis zur Wasserdampf-Sättigungstemperatür unter den. Druckbedingungen des Vergasungreaktors (z. B. etwe 200 ⁰C bei 2,5 MPa Betriebsdruck) wird auch eine indirekte Kühlung von Gas und Schlacke unter Erzeugung von Hochdruckdampf für Antriebs- und Prozess-Zwecke angestrebt. Das Heißgas-Schlacke-Gemisch wird in diesem Falle über eine gemeinsame Austrittsöffnung aus dem Reaktionsraum in einen Strahlungswärmetauscher (Strah¹-lungs-Abhitzekessel) geleitet, wie z. B. DE-OSInstead of a full & n cooling the hot gas by contact with water to the water vapor saturation temperature among the. Pressure conditions of the gasification reactor (eg etwe 200 ⁰ C at 2.5 MPa operating pressure) is also an indirect cooling of gas and slag to produce high pressure steam for drive and process purposes sought. The hot gas slag mixture is passed in this case via a common outlet opening from the reaction chamber in a radiant heat exchanger (Strah ¹ -lung-waste heat boiler), such. B. DE-OS

28 28 562 lehrt. In diesem Strahlungswärmetauscher sollen Gas und Schlacke bis auf Temperaturen unterhalb der Erstarrungstemperatur der Schlacke gekühlt werden, und gröbere Schlacke- und Restkokspartikel von einem Wasserbad am Boden des Strahlungsabhitzekessels aufgefangen und anschließend aus dem Drucksystem ausgeschleust werden.28 28 562 teaches. In this radiant heat exchanger gas and slag are to be cooled to temperatures below the solidification temperature of the slag, and coarser slag and residual coke particles are collected by a water bath at the bottom of the radiant heat boiler and then discharged from the pressure system.

Das vorgekühlte, allenfalls noch mit festen Staubpartikeln beladene Gas wird in eine^; zweiten Abhitzekessel mit Konvektionsheizflächen unter Hochdruckdampferzeugung weiter gekühlt. Um ausreichende Kühlung von Heizgas uno Schlacke zu gewährleisten, sind im Vergleich zum Reaktionsraum sehr voluminöse Strahlungsabhitzekessel erforderlich, wie z. B. aus DE-OSThe pre-cooled gas, which may be laden with solid dust particles, is converted into a ^; second heat recovery boiler with Konvektionsheizflächen under high-pressure steam generation further cooled. In order to ensure sufficient cooling of heating gas uno slag, very voluminous radiant heat boiler are required in comparison to the reaction space, such. B. from DE-OS

29 33 716 und DE-OS 26 50 512 ersichtlich ist. Trotzdem bestehen aiich hier die gleichen Probleme der Schlackenansätze an der zentralen Abzugsöffnung des Reaktionsraumes, wie bei den oben beschriebenen Lösungen mit einer Kühlung von Heizgas und Schlacke durch29 33 716 and DE-OS 26 50 512 can be seen. Nevertheless, here are the same problems of slag approaches at the central vent opening of the reaction space, as in the solutions described above with a cooling of fuel gas and slag

Kontakt mit Wasser. Zusätzlich ist durch Rezirkulation von noch flüssiger Schlacke führendem Heißgas mit Schlackenansätzen an den Strahlungsheizflächen des Abhitzekessels zu rechnen, die den Wärmeaustauschprozeß in kurzer Zeit praktisch zum Erliegen bringen» Es sind daher auch eine Reihe von Vorschlägen für Reinigungseinrichtungen und -verfahren in solchen Abhitzekesseln bekannt geworden, beispielsweise mit DE-OS 26 11 949, DE-AS 29 33 514 oder DE-AS 29 33 548, die aufwendig sind und auch eine zusätzliche Beanspruchung der hoch belasteten Strählungsheizflachen durch. Thermoschock mit sich bringen»Contact with water. In addition, recirculation of still liquid slag leading hot gas to be expected with slag approaches to the radiant heat of the waste heat boiler, which virtually bring the heat exchange process to a halt in a short time »There are therefore also a number of proposals for cleaning equipment and methods in such waste heat boilers become known For example, with DE-OS 26 11 949, DE-AS 29 33 514 or DE-AS 29 33 548, which are expensive and also an additional stress on the highly loaded Strählungsheizflachen. Thermal shock bring »

Es sind schließlich Lösungen bekannt geworden, bei denen dem heißen Gas am Ausgang aus dem ReaktionsrauiD eines Vergasungsi'eaktors kaltes, hitzegeführtes Gas eigener Erzeugung zugemischt wird, um die Temperatur des Gemisches auf Werte unterhalb der Erstärrungs· temperatur der initgeführten flüssigen Schlacketröpfchen zu bringen (auf a. B. < 900 ⁰C). Mit dieser Temperatur soll dann das Gas - gegebenenfalls nach Passieren von Entstaubungseinrichtungen - einem Abhitzekessel mit Konvektionsheizflächen zugeführt werden. Beispiele dieser Art sind aus DE-OS 27 10 154 und DE-OS 28 17 356 entnetimbar. Abhängig vom Temperaturniveau im Reaktionsraura und vom primären Wasserdampfgehalt des erzeugten heißen Gases ist jedoch bei einer solchen Fahrweise etwa die Hälfte des neu erzeugten gekühlten und gereinigten Gases zu rekomprimieren und im Kreislauf zu fahren, was mit erheblichem Aufwand verbunden ist.Finally, solutions have become known in which the hot gas at the outlet from the reaction chamber of a gasification reactor is admixed with cold, heat-guided gas of its own production in order to bring the temperature of the mixture to values below the intensification temperature of the liquid slag droplets introduced eg <900 ^° C.). At this temperature, the gas should then be fed to a waste heat boiler with convection heating surfaces, if appropriate after passing through dedusting devices. Examples of this type are entnetimbar from DE-OS 27 10 154 and DE-OS 28 17 356. Depending on the temperature level in the Reaktionsraura and the primary water vapor content of the generated hot gas, however, in such a driving about half of the newly generated cooled and purified gas to recompress and circulate, which is associated with considerable effort.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ohne großen technischen und wirtschaftlichen Aufwand die Schlacken- und HeißgasaustrittsÖffnung des Reaktionsraumes vonThe aim of the invention is, without great technical and economic effort, the slag and HeißgasaustrittsOffnung the reaction chamber of

Reaktoren zur Druekvergasung aschehaltiger Brennstoffe in der Flugwolke von Ansätzen erstarrter Schlacke frei zu halten und das heiße Gas bei gleichzeitiger Granulierung der Schlacke soweit zu kühlen, daß sowohl eine vollständige Kühlung und Sättigung durch direkten Kontakt mit Wasser als auch ein Abhitzekessel mit Kon- , vektionsheizflachen zur Hochdruckdampferzeugung nachgeschaltet werden können·To keep reactors for Druekvergasung ash-containing fuels in the cloud of lumps of solidified slag and cool the hot gas with simultaneous granulation of the slag to the extent that both a complete cooling and saturation by direct contact with water and a waste heat boiler with Kon-, vektionsheizflachen High-pressure steam generation can be connected downstream

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

"Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung ζμ schaffen, mit der betriebssicher und unter Vermeidung von Schlackenansätzen Heißgas und Schlacke aus dem Reaktionsraum eines Reaktors zur Erzeugung von CO- und H2-haItigen Gasen über eine zentrale Abzugsöffnung in einen nachgeschalteten zweiten Raum überführt werden kann, eine Vorkühlung von Heißgas und Schlacke auf Temperaturen unterhalb des Erstarrungstemperaturbereiches: der Schlacke bei gleichzeitiger Granulation dieser Schlacke erreicht wird und wahlweise eine volle direkte Kühlung und AufSättigung des Gases durch Kontakt mit Wasser oder eine indirekte Kühlung in einem Abhitzekessel mit Konvektionsheizflachen angeschlossen werden können, ohne daß weder die Zwischenschaltung eines voluminösen Strahlungateils des Abhitzekessels noch die Rekompression und Rückführung von kaltem, vorgereinigtem Gas eigener Erzeugung erforderlich ist. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß das aus einer Abzugsöffnung des Reaktionsraumes mit relativ hoher Geschwindigkeit austretende, -flüssige Schlacke führende Heißgas einen koaxial zur Abzugsöffnung angeordneten und unmittelbar an diesen anschließenden, von einem rohrförmigen in den genannten zweiten Raum hineinragenden Körper begrenzten Mischraum durchströmt."The invention has for its object to provide a method and a device ζμ, with the reliable and while avoiding slag approaches hot gas and slag from the reaction chamber of a reactor for generating CO and H2 -Hüige gases via a central exhaust port into a second downstream Pre-cooling of hot gas and slag to temperatures below the solidification temperature range: the slag is achieved with simultaneous granulation of this slag and optionally a full direct cooling and saturation of the gas by contact with water or indirect cooling in a waste heat boiler with Konvektionsheizflachen connected can be, without the interposition of a voluminous radiation portion of the waste heat boiler nor the recompression and recycling of cold, pre-purified gas own generation is required elöst that the flowing out of a vent opening of the reaction chamber at a relatively high velocity, liquid slag leading hot gas coaxially to the exhaust port and flows directly to this subsequent, limited by a tubular body projecting into said second space mixing space flows through.

Erfindungsgemäß ist der genannte rohrförmige Körper an seiner Innenseite mit einer Wärmedämmschicht, beispielsweise einer keramischen Ausmauerung oder einer feuerfesten Stampfmasse versehen. An der der Abzugsöffnung angrenzenden Seite des rohrförmigen Körpers sind Öffnungen vorhanden, die den Mischraum mit einem den rohrförmigen Körper umgebenden Ringraum verbinden· Dieser Ringraum kommuniziert weiter , mit dem genannten zweiten Raum« Unter der Wirkung seines Strömungsimpulses saugt der mit flüssiger Schlacke beladene Heißgasstrom einen Teil des Gases aus dem genannten zweiten Raum über den Ringraum und die genannten Öffnungen zurück und vermischt sich auf dem Wege durch den Mischraum mit dem rückgesaugten Teil des Gases.According to the invention said tubular body is provided on its inside with a thermal barrier coating, for example a ceramic lining or a refractory ramming mass. On the side of the tubular body adjacent to the exhaust opening, there are openings which connect the mixing space to an annular space surrounding the tubular body. This annular space communicates further with said second space. Under the action of its flow impulse, the hot gas stream laden with liquid slag sucks a portion the gas from said second space via the annulus and said openings back and mixes on the way through the mixing chamber with the sucked back part of the gas.

Es ist kennzeichnend für die Erfindung, daß mindestens der rückgesaugte Teil des Gases mittels Kühleinrichtungen, die im genannten zweiten Raum und/oder im genannten Ringraum angeordnet sind, soweit gekühlt wird und das Mengenverhältnis zwischen rückgesaugtem Gas und aus der Abzugsöffnung austretendem Gas, das durch die geometrische Ausbildung und die Geschwindigkeit des Heißgasstromes bei Austritt aus der Abzugsöffnung bestimmt wird, so eingestellt wird, daß die am Ende des Mischraumes und damit beim Eintritt in den genannten zweiten Raum erreichte Temperatur der Mischung von Heißgas und gekühltem, rückgesaugtem Gas unterhalb des Eretarrungstemperaturbereiches der Schlacke liegt, in der Regel sind 800 bis 900 ⁰C ausreichend, ι .It is characteristic of the invention that at least the sucked back part of the gas by means of cooling means which are arranged in said second space and / or in said annulus, is cooled so far and the ratio between sucked gas and gas emerging from the exhaust port, which by the geometric configuration and the velocity of the hot gas stream is determined when exiting the exhaust port is adjusted so that the temperature reached at the end of the mixing chamber and thus entering said second space of the mixture of hot gas and cooled, sucked back gas below the Eretarrungstemperaturbereiches the slag is, in general, 800 to 900 ⁰ C are sufficient, ι.

In an sich bekannter vVeise wird - durch Umlenkung des Gasstromes gefördert « mindestens ein wesentlicher Teil der nunmehr entstaubten Schlackepartikel in einem am Boden des genannten zweiten Raumes aufrechterhaltenen Wasserbad aufgefangen und durch eine be-In a manner known per se-conveyed by deflecting the gas stream, at least a substantial part of the now dedusted slag particles are collected in a water bath maintained at the bottom of said second space, and are treated by a

kannte Austragseinrichtung wie z. B. eine Schleusenkammer ausgetragen, während das vorgekühlte Gas über einen Abzugsstutzen oberhalb des Spiegels des Wasserbades abgeführt wird.knew discharge device such. B. discharged a lock chamber, while the precooled gas is removed via a vent nozzle above the mirror of the water bath.

Es wurde gefunden, daß beim Betrieb dieser Anordnung kritische Ansätze von erstarrter Schlacke an der Abzugsöffnung ausbleiben. Das ist offensichtlich einerseits auf die Wirkung der Wärmedämmschicht zurückzuführen, die die Abstrahlung an der Mündung der Abzugs-Öffnung einschränkt, andererseits aber auch darauf, daß der rohrförmige Körper sicher das zufällige Auftreffen von Wassertropfen auf die Mündung der Abzugs-Öffnung verhindert.It has been found that in the operation of this arrangement, critical approaches of solidified slag at the exhaust port fail. This is obviously due, on the one hand, to the effect of the thermal barrier coating, which restricts the radiation at the mouth of the flue opening, but on the other hand to the fact that the tubular body reliably prevents the accidental impact of water droplets on the mouth of the flue opening.

Es hat sich bei der Erprobung der erfindungsgemäßen Lösung herausgestellt, daß auch die Innenseite des rohrförmigen Körpers frei von Ansätzen bleibt. Das ist darauf zurückzuführen, daß der rückgesaugte, gekühlte Teil des Gases bis zu seiner vollen Vermischung mit dem Heißgasstrom bevorzugt an der Wand des Mischraumes fließt. Dabei bleiben die Gastemperaturen in Wandnähe immer unterhalb des Erstarrungsternperaturbereiches der Schlacke. Schließlich trägt zu diesem Effekt bei, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung ein direkter Kontakt zwischen flüssigen Scillacketropfen und Wasser vermieden wird. Damit werden auch die bei einem solchen Kontakt durch örtlich extrem hohe Verdampfungsraten entstehenden starken Turbulenzen mit der Gefahr des Aufscbleuderns von haftfähigen, noch zähflüssigen Schlackepartikeln auf die Wand ausgeschlossen.It has been found in the trial of the solution according to the invention that also the inside of the tubular body remains free of lugs. This is due to the fact that the sucked, cooled part of the gas preferably flows to the wall of the mixing chamber until it is fully mixed with the hot gas stream. The gas temperatures near the wall always remain below the solidification temperature range of the slag. Finally contributes to this effect that in the solution according to the invention a direct contact between liquid Scillacketropfen and water is avoided. Thus, the resulting in such a contact by locally extremely high evaporation rates strong turbulence with the risk of Aufscbleuderns of adhesive, still viscous slag particles are excluded on the wall.

Nach der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Austrittgeschwindigkeit des Heißgasstromes aus. d-er Abzugsöffnung größer als 20 m/s, vorzugsweise größer als 30 iri/s gewählt wird, während nach oben hin keine Beschränkungen der' Austrittsge-According to the invention, it has proven to be advantageous if the exit velocity of the hot gas stream. the outlet is greater than 20 m / s, preferably greater than 30 iri / s, while at the top there are no restrictions on the outlet

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schwindigkeit durch für die Erfindung relevante Gesichtspunkte bestehen. Bei der Wahl der Geschwindigkeit bzw. der Bemessung der Abzugsöffnung ist darauf zu achten, daß die oben genannten Mindestgeschwindigkeiteine auch bei einem Betrieb der Anlage im Teillastbereich eingehalten werden.speed by relevant to the invention aspects. When selecting the speed or dimensioning of the exhaust opening, it must be ensured that the above-mentioned minimum speeds are maintained even when the system is operated in the partial load range.

Als besonders vorteilhaft wurde gefunden, wenn das Verhältnis von lichtem Durchmesser D des Mischraumes zu dessen Länge L im Bereich zwischen 0,5 und 0,65» vorzugsweise zwischen 0,55 und 0,6 liegt, und wenn das Verhältnis von Länge L des Mischraumes zum lichten Durchmesser D₀ der Abzugsöffnung zwischen 5 und 15, vorzugsweise zwischen 7 und 10 gewählt werden.It has been found to be particularly advantageous if the ratio of the light diameter D of the mixing space to its length L in the range between 0.5 and 0.65 »is preferably between 0.55 and 0.6, and if the ratio of length L of the mixing space to the clear diameter D _{0 of} the vent between 5 and 15, preferably between 7 and 10 are selected.

Die Kühlung des rückgesaugten Teils des Gases kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, daß das Gas in Kontakt mit Wasser gebracht wird, das dabei mindestens teilweise verdampft. In einem solchen Falle sind die Kühleinrichtungen für das Gas als Injektionsdüsen für Wasser mit entsprechenden Zuführungseinrichtungen ausgebildet. Diese Injektionsdüsen können im genannten Ringraum untergebracht werden, wobei sich der Kühleffekt auf den rückgesaugten Teilstrom beschränkt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, solche Injektionsdüsen zusätzlich oder ausschließlich in dem genannten zweiten Raum anzuordnen. Die zuletzt genannte Ausführungsform ist besonders denn vorteilhaft, wenn das gesamte, im Mischraum vorgekühlte Gas durch weiteren Kontakt mit Wasser im genannten zweiten Raum bis zur Sättigungstemperatur abgekühlt wird. Diese Sättigungstemperatur beträgt beispielsweise bei einem Druck von 3,0 MPa 190 bis 200 ⁰G. Der Teil des über die Injektionsdüsen im Ringraum und/oder zweiten Raum zugeführten Wassers, der nicht mit verdampft, fließt in jedem Fall in das am Boden des zweitenThe cooling of the sucked back part of the gas can be carried out according to the invention in that the gas is brought into contact with water, which thereby at least partially evaporated. In such a case, the cooling means for the gas are formed as injection nozzles for water with corresponding supply means. These injection nozzles can be accommodated in said annulus, wherein the cooling effect is limited to the sucked-back partial flow. However, it is also possible to arrange such injection nozzles additionally or exclusively in said second space. The latter embodiment is particularly advantageous if the entire, pre-cooled in the mixing chamber gas is cooled by further contact with water in said second space to the saturation temperature. This saturation temperature is, for example, at a pressure of 3.0 MPa 190 to 200 ⁰ G. The part of the supplied via the injection nozzles in the annular space and / or second space, which does not evaporate, in any case flows into that at the bottom of the second

Raunies aufrechterhaltene Wasserbad ab.Raunies maintained water bath.

.' _; . . '' '.(. Die Kühleinrichtungen können nach der Erfindung jedoch auch Wärnieaustauschflächen sein, durch die ein indirekter Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium erfolgt, mit dem die Wärmeaustauschflächen über zugehörige Zu- und Abfuhrungseinrichtungen beaufschlagt werden. Die Wärmeaustauschflachen, beispielsweise mit dem Kühlmedium beaufschlagten Rohre, können in vorteilhafter Weise „gleichzeitig dem Schutz des den zweiten Raum und den Ringraum umgebenden Druckmantels vor thermischer Überbeanspruchung dienen oder auch als "Konstruktionselemente und Befestigungseinrichtungen für den genannten rohrförmigen Körper genutzt werden, wie es im Apparatebau üblich ist.. '_; , , However, '''. (. The cooling means may also be Wärnieaustauschflächen through which is carried an indirect heat exchange with a cooling medium with which the heat exchange surfaces are acted upon via associated supply and Abfuhrungseinrichtungen according to the invention. The heat exchange surfaces, is acted upon, for example, with the cooling medium pipes, can advantageously "at the same time serve the protection of the second space and the annular space surrounding the pressure jacket against thermal overload or as" construction elements and fasteners for said tubular body can be used, as is customary in apparatus engineering.

Selbstverständlich liegt es im Umfang der Erfindung, wenn sowohl die, Injektion von Wasser wie die Installation von Wärmeaustauschflächen gleichzeitig für die Kühlung des rUckgesaugten Teils des Gases herangezogen werden. 'Of course, it is within the scope of the invention if both the injection of water and the installation of heat exchange surfaces are used simultaneously for the cooling of the sucked back part of the gas. '

Pur .eine energiewirtschaftlich vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist es schließlich kennzeichnend, daß das durch Mischung mit dem genannten rückgesaugten und gekühlten Teil des Gases vorgekühlte Heißgas nach Passieren des Mischraumes durch Kontakt mit Wärmeaustauschflächen weiter gekühlt wird, wobei die vom. Gas an die Wärmeaustauschflächen übertragene Wärme vorzugsweise zur Erzeugung von Wasserdampf hohen Druckes genutzt wird. In diesem Falle schließen sich bevoraugt an den Gasaustrittsstutzen des genannten zweiten Raumes weitere Wärmeaustauscher an, die als Abhitzedampferzeuger mit Konvektionsheizflachen ausgebildet sind. Dabei,können gegebenenfalls in dem genannten zweiten Raum und in den Ringräum untergebrachte Wärmeaustauschflächen kühlmittelseitig mit dem Abhitzkessel integriert sein.Pur .eine energy-economically advantageous embodiment of the invention, it is finally characteristic that the pre-cooled by mixing with said back-sucked and cooled part of the gas hot gas after passing through the mixing chamber by contact with heat exchange surfaces is further cooled, the. Gas is preferably transferred to the heat exchange surfaces transferred heat to generate high pressure water vapor. In this case, close to the gas outlet nozzle of the said second space prefers further heat exchangers, which are designed as a heat recovery steam generator with Konvektionsheizflachen. In this case, if appropriate, heat exchange surfaces accommodated in the said second space and in the annular space can be integrated on the coolant side with the waste heat boiler.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung sei an zwei. AuBführungßbeispielen erläutert. Dazu werden die Figuren 1 und 2 herangezogen.The invention is based on two. Explanatory examples explained. For this purpose, FIGS. 1 and 2 are used.

Figur 1 zeigt die schematische Ansicht der Erfindung in einer Ausführungsform, bei der die-Kühlung des Gases durch Injektion von Wasser erfolgt und die gesamte Gasmenge auf die Sättigungstemperatur mit Wasserdampf gekühlt wird»Figure 1 shows the schematic view of the invention in an embodiment in which the cooling of the gas takes place by injection of water and the entire amount of gas is cooled to the saturation temperature with steam »

Figur 2 zeigt die schematische Ansicht der Erfindung in einer Ausführungsform mit indirekter Kühlung und nachgeschaltetem Hochdruck-Abhitzekessel* .Figure 2 shows the schematic view of the invention in an embodiment with indirect cooling and downstream high pressure waste heat boiler *.

1« Ausführungsbeispie11 «Ausführungsbeispie1

Mit dem Ziel der Erzeugung eines Ho- und CO-reichen Synthesegases wird iu; Reaktionsraum 2 eines Reaktors zur Druckvergasung von Kohlenstaub der Kohlenstaub mit technischem Sauerstoff in einer Flammenreaktion umgesetzt. Das entstehende Gas hat bei einem DruckWith the aim of generating a Ho- and CO-rich synthesis gas iu; Reaction space 2 of a reactor for the pressure gasification of coal dust of pulverized coal with technical oxygen reacted in a flame reaction. The resulting gas has at a pressure

"von ca.3>0 MPa eine Temperatur von ca., 1500 C, so daß die mineralischen Bestandteile des Kohlenstaubes als schmelzflüasige Schlacke vorliegen» Heißgas und flüssige Schlacke werden gemeinsam über die Abzugs-"of about 3> 0 MPa a temperature of about 1500 C, so that the mineral constituents of the pulverized coal are present as molten-fluffy slag" hot gas and liquid slag are combined via the trigger

, öffnung 1 in den zweiten Raum 3 überführt„ der praktisch unter dem gleichen Druck wie der Reaktionsraum steht. 'Unterhalt der Abzugsöffnung 1, ist ein rohrförmiger Körper 4 angeordnet, der von einem Ringraum 8 umgeben ist«, Der rohrförmige Körper 4, der auf seiner Innenseite mit einer wärme isolierenden Schicht 5 aus leichtem, feuerfestem Material versehen ist, begrenzt einen Mischraum 6, der durch Öffnung 7 am_;oberen Ende des rohrförmigen Körpers mit dem Ringraum 8 verbunden ist. Der Ringraum 8 steht wiederum mit dem zweiten Raum 3 in Verbindung. , opening 1 in the second space 3 transferred "which is practically under the same pressure as the reaction chamber. 'Maintenance of the exhaust port 1, a tubular body 4 is arranged, which is surrounded by an annular space 8, the tubular body 4, which is provided on its inside with a heat-insulating layer 5 made of lightweight, refractory material, delimits a mixing chamber 6, the opening through 7 am _; upper end of the tubular body is connected to the annular space 8. The annular space 8 is in turn connected to the second space 3 in connection.

Dicht unterhalb des Miachrauraes 6 sind im zweiten Raum 3 sowie (in Fig. 1 nicht dargestellt) zusätzlich im Ringraum 8 Kühleinrichtungen 9 angeordnet· Diese Kühleinrichtungen sind bei dieser Ausführungsform als Injektionsdüse für Wasser mit der entsprechenden Wasserzuleitung ausgebildet· Im Unterteil des zweiten Raumes 3 wird ein Wasserbad 11 aufrechterhalten, dessen Wasserspiegel über einen nicht in der Zeichnung dargestellten Überlauf konstant gehalten wird. Am tiefs/ten Punkt des Wasserbades befindet eich der Einlauf in einem als Schleusensystem dargestellten Schlackeaustrag 10. Schließlich ist dicht oberhalb des Wasserspiegels ein Austrittsstutzen 12 für die Abführung des Gases angeordnet. Das heiße, Schlacke fahrende Gas tritt bei Normallast mit etwa 80 m/s Vustrittsgeschwindigkeit in die Mischkammer ein. ;ei einem lichten Durchmesser der Abzugsöffnung von 200 mm beträgt der lichte Durchmesser der Mischkammer 6 etwa 800 mm, ihre Länge etwa 1400 mm.Close to the Miachrauraes 6 are in the second space 3 and (not shown in Fig. 1) 8 additionally arranged in the annulus cooling means 9 · These cooling devices are formed in this embodiment as an injection nozzle for water with the corresponding water supply · in the lower part of the second space 3 is maintained a water bath 11, the water level is kept constant over an overflow not shown in the drawing. At the lowest point of the water bath, the inlet is located in a slag discharge 10 shown as a sluice system. Finally, an outlet connection 12 for discharging the gas is arranged just above the water level. The hot, slag-moving gas enters the mixing chamber at normal load with about 80 m / s flow rate. ei a clear diameter of the discharge opening of 200 mm, the clear diameter of the mixing chamber 6 is about 800 mm, their length about 1400 mm.

Der in den Mischraum 6 eintretende Heißgasstrahl saugt über die Öffnungen 7 und den Ringraum 8 gekühltes Gas aus dem zweiten Raum 3 an, "vermischt sich mit dem rückgesaugten, gekühlten Teil des Gases und tritt damit auf etwa 850. ⁰C vorgekühlt in den zweiten Raum 3 ein. Bei dieser Temperatur liegt auch die Schlacke in erstarrter, granulierter Form vor.The entering into the mixing chamber 6 hot gas jet sucks on the openings 7 and the annulus 8 cooled gas from the second chamber 3, "mixes with the sucked, cooled part of the gas and thus occurs at about 850. ⁰ C pre-cooled in the second room 3. At this temperature, the slag is also present in a solidified, granulated form.

Durch Kontakt mit vorgewärmtem Wasser, das über die als Injektionsdüsen ausgebildeten Kühleinrichtungen 9 eingespritzt wird, wird das Gas unter weitgehender Verdampfung des Wassers auf etwa 200 ⁰C abgekühlt und verläßt den zweiten Raum 3 über den Austrittsstutzen 12 zur weiteren Verarbeitung. Der über dem Ringraunr 8 und die Öffnung 7 vom Heißgasstrahl angesaugte gekühlte Teil des Gases trittBy contact with preheated water, which is injected via the cooling means 9 designed as injection nozzles, the gas is cooled while substantially evaporating the water to about 200 ⁰ C and leaves the second space 3 via the outlet nozzle 12 for further processing. The cooled part of the gas drawn in via the ring roar 8 and the opening 7 from the hot gas jet passes

mit etwa 200 ⁰C in den Mischraum ein» Über entsprechende Bilanzen wurde unter den gegebenen Bedingungen des Ausführungsbeispielee ein Massenverhältnis von Heißgas zum rückgesaugten Teil des Gases von etwa 1 : 1 ermittelt« ' ' · .with about 200 ⁰ C in the mixing chamber via a corresponding balances under the given conditions of the exemplary embodimentee a mass ratio of hot gas to the sucked back part of the gas of about 1: 1 was determined «'' ·.

Ausfülirungsbeispiel 2Embodiment 2

Bei gleicher Anordnung vom Reaktionsraum 2, Ab-. zugsöffnung 1, rohrf ö'iTnigem Körper 4 mit Wärme d arum schicht 5..und Ringraurn 8, insbesondere auch bei gleichen geometrischen Verhältnissen wie im Aus-. führungsbeispiel 1, wird ,der durch den Ringrauin 8 rückgesaugte Teil des Gases durch Kontakt mit den hier ale Wärmeaustauschflächen ausgebildeten Kuhlrichtungen 9 A auf eine Temperatur unterhalb etwa 300 ⁰C abgekühlt« Damit -werden bei etwa gleichen Maesenverhältnissen von rückgesaugt ein gekühltem Gas und Heißgas aus dem Reaktionsraur/i 2 bei Austritt aus dem -Mischraurn 6 Gastemperaturen von knapp 900 . C erreicht.With the same arrangement of the reaction chamber 2, Ab-. Zugsöffnung 1, rohrf O'iTnigem body 4 with heat d arum layer 5..und Ringraurn 8, especially at the same geometric conditions as in Aus. Guidance Example 1, the sucked back by the Ringrauin 8 part of the gas formed by contact with the here ale heat exchange surfaces Kuhlrichtungen 9 A to a temperature below about 300 ⁰ C «Thus are at approximately the same Maesenverhältnissen of sucked back a cooled gas and hot gas the Reaktionsraur / i 2 at exit from the -Mischraurn 6 gas temperatures of just under 900. C reached.

Das den zweiten Raum 3 über Austrittsstutzen 12 verlassende Gas wird durch die Kühlwirkung der Oberfläche des Wasserbades '11 sowie durch Abstrahlung und Kontakt mit einer zum Schütze des Druckmantels vorgesehenen- Kühlrohrwand 13 noch geringfügig weiter gekühlt und tritt mit'etwa 850 ⁰C über den Austrittsstutzen 12 in den Abhitzekessel 14 ein« Dieser Abhitzekessel-Dampferzeuger 14 ist als ^auchrohrkessel ausgebildet. Sein Unterteil 15 dient als Abscheider für den im Gas noch enthaltenen trockenen» aus feinen, erstarrten Schlackepartikeln und unvergasten, koksartigen Brermstoffpartikeln bestehenden Staub. Es ist dazu in geeigneter Weise ausgebildet und - in .Figur 2 nicht dargestellt - in it einer Abzugsvorrichtung für den abgeschiedenen Staub vorgesehen.The second chamber 3 through outlet port 12 exiting gas is further cooled even slightly by the cooling effect of the surface of the water bath '11 and by radiation and contact with a vorgesehenen- for the protection of the pressure jacket cooling pipe wall 13 and enters mit'etwa 850 ⁰ C on the outlet connection 12 in the waste heat boiler 14 a «This waste heat boiler steam generator 14 is designed as ^ also rohrkessel. Its lower part 15 serves as a separator for the dry still contained in the gas "from fine, solidified slag particles and non-gassed, coke-like Bremstoffpartikeln existing dust. It is suitably designed for this purpose and - not shown in FIG. 2 - provided in it with a take-off device for the separated dust.

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Auf dem Wege durch die Rauchrohre des Abhitze-Dampferzeugers wird das Gas auf etwa 330 C abgekühlt und gelangt über Stutzen 16 und weitere, in Figur 2 nicht dargestellte Wärme taue, eher, Kühler und Aufbereitungsanlagen zur Verwendungsstelle.On the way through the flue pipes of the waste heat steam generator, the gas is cooled to about 330 C and passes through pipe 16 and more, not shown in Figure 2 heat tau, rather, cooler and treatment plants to use point.

Der Abhitze-Dampferzeuger 14 ist wasser- bzw. dampfseitig für die Erzeugung von 8,0 MPa-Sattdampf ausgelegt. Dazu ist der V.asserraum des Abhitze-Dampferzeugers 14 über Steigleitungen 20 und Palleitungen 21 mit der Dampfurommel 17 verbunden aus der der Dampf über Dampfentnahraeleitung 24 entnommen wird. Die i^ärmeaustauschflächen 9 A und die Kühlrohrwand sind in geeigneter Weise in das Wasser-Dampf-System des Abhitzekessels 14 integriert, um die dem rückgesaugten Teil des Heißgäses entzogene Wärme der Dampferzeugung nutzbar zu machen. Diese Integration ist in Figur 2 dadurch angedeutet, daß die genannten Wärmeaustauschflächen 9 A und die Rohre der Kühlwand 13 zur Speisewasservorwärmung verwendet werden. Sie sind dazu an die Sammler Ί8 und 19 angeschlossen, die ihrerseits mit einer Speisewasserzuleitung 22 versehen bzw. über die Leitung 23 mit der Dampftrommel 17 verbunden sini.The waste heat steam generator 14 is designed for the production of 8.0 MPa saturated steam on the water side or on the steam side. For this purpose, the water volume of the waste heat steam generator 14 is connected via riser lines 20 and Palleitungen 21 with the Dampfurommel 17 from which the steam is removed via steam extraction line 24. The heat exchange surfaces 9A and the cooling tube wall are suitably integrated into the water-steam system of the waste heat boiler 14 in order to utilize the heat of steam production withdrawn from the sucked back part of the hot gas. This integration is indicated in Figure 2, characterized in that the said heat exchange surfaces 9 A and the tubes of the cooling wall 13 are used for feedwater pre-heating. They are connected to the collector Ί8 and 19, which in turn provided with a feedwater supply line 22 and connected via the line 23 to the steam drum 17 sini.

Mit der Anordnung gem&ß Ausführungsbeispiel 2 gelingt es, genau so wie im 1» Beispiel die Abzugsöffnung 1 frei von kritischen Schlackenansätzen zu betreiben. Zusätzlicher Vorteil cer Ausführung nach dem 2. Beispiel ist die Möglichkeit der Gewinnung von Hochdrujkdawpf unter Nutzung der Abwärme, ohne daß die Reisezeit der Anlage durch Heizflächen-Verschlackung eingeschränkt ist.With the arrangement according to Embodiment 2, it is possible to operate the exhaust opening 1 free of critical slag deposits exactly as in Example 1. Additional advantage cer execution according to the second example is the possibility of obtaining Hochdrujkdawpf using the waste heat, without the travel time of the system is limited by Heizflächen-slagging.

Claims

Brfindungsansprüche

1, method for pre-cooling e-ines. liquid slag leading hot gas stream »is transferred from a reaction space via a Abzagsöffnung in a second space, in particular in the production of CO and Hp-rich gases by gasification of ash-containing dusty and / or liquid fuels in the plug cloud and under, increased pressure, characterized in that the outgoing from the exhaust port, liquid slag leading hot gas arranged coaxially to the exhaust port and immediately adjacent to this, through a tubular, projecting into said second space body flows through the mixing chamber, the Haißgasstrom under the action of its flow pulse through opening the upstream side of the tubular body via a ring space surrounding the tubular body, withdrawing a portion of the gas from said second space and mixing with this sucked-back portion of the gas, at least said sucked-Te il of the gas in said second space and / or in the annulus is cooled and the temperature of the sucked back part of the gas after this cooling and the proportions between the hot gas and the sucked back of the gas, by the geo metric training and the Speed of

Hot gas stream can be determined at the exit from the exhaust port, are adjusted so that the temperature reached at the end of the mixing chamber and thus upon entry into said second space. the mixture of hot gas and cooled, sucked back part of the gas below the solidification temperature ranges of the slag is.

2. The method according to item, characterized in that the liquid slag leading hot gas at a rate of more than 20 m / s> preferably more than 30 m / s flows from the exhaust port into the mixing chamber.

Method according to items 1 and 2, characterized in that said sucked-back part of the gas is cooled by contact with water during at least partial evaporation of this water,

4. The method according to item 1 to 3, characterized in that the pre-cooled by mixing with said recooled and cooled part of the gas hot gas after passing through the mixing chamber in said second space by contact with

, Water is cooled by partial evaporation of this water.

5. The method according to item 1 to 4, characterized in that the pre-cooled by mixing with said back-sucked and cooled part of the gas hot gas after passing through the mixing chamber. is further cooled by contact with Wärmeaustauschfläohen, wherein the transferred from the gas to the heat exchange surfaces heat is preferably used to generate water vapor.

6, device for carrying out the method according to item 1, characterized in that immediately adjacent to a vent opening (1) of a Reaktionsrauines (2) and coaxial with the exhaust opening in a second space (3) projecting, tubular body (4) is arranged, the a mixing chamber (6) bounded, the tubular body (4) on the exhaust port (1) adjacent side with opening (7) is provided, the mixing chamber (6) with the tubular body surrounding, with the second space (3) communicating Annulus space (8) connect, the second space (3) and / or the annular space (7) with cooling means (9) are provided for cooling the gas, and that in a conventional manner, the second space (3), at its bottom with ; a Schlackenaustrag (10) i is provided, the second space is equipped bo that in its Unte.rteil, above the slag t rags (10) a water bath (H) is maintained, and that above the water bath (11) an outlet nozzle ( 12) for the discharge of the gas is present «,

7 * device according to point 6, characterized in that the tubular body (7) is provided on its inside with a thermal barrier coating (3),

8 "device according to item 6 and 7, characterized gekenti- .. records that the ratio of the light diameter D of the mixing chamber (6) 'to its length L between 0.5 and 0.65, preferably between o, 55 ^{and <} 0.6 is chosen _e

Apparatus according to items 6 to 8, characterized in that the ratio of ¹ length L of the mixing unit (6) to the clear diameter D of the withdrawal unit

.multidot.'M-) is selected in a range from 5 to 15, preferably from 7 to 10

10. The device according to item 6 to 9, characterized in that the cooling means (9) as
Injection nozzles for water are formed with an associated water supply device.

11. The device according to item 6 to 10, characterized in that the cooling means (9) as heat exchange surfaces are formed with associated supply and Abführungsseinriehtung for a cooling medium.

12. The device according to item 6 to 11, characterized in that the outlet nozzle (12) connects said second space (3) with further heat exchangers, which are preferably formed as waste heat steam generator (14) with convection heat exchange surfaces.