DE102011080835A1 - Reactor for gasification of carbon-containing, slag-forming fuel, has cooling screen formed with coil-like winding of pipe via which cooling fluid flows, and set of temperature measuring areas arranged over level of cooling screen - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Hochleistungs-Reaktor zur Vergasung Kohlenstoff-haltiger, Schlacke-bildender Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel im Flugstrom bei Drücken bis 10 MPa mit. The invention relates to a high-performance reactor for the gasification of carbon-containing, slag-forming fuels with a free-oxygen-containing gasification agent in the flow stream at pressures up to 10 MPa.
Für Flugstromvergaser von Schlacke bildenden Brennstoffen ist es bekannt, den Reaktionsraum durch eine mehrgängige, spiralförmig gewickelte Rohrmembranwand, die auch als Kühlschirm bezeichnet wird, zu begrenzen. Das den Kühlschirm durchströmende Kühlwasser wird über Stutzen zubeziehungsweise abgeführt, die am Deckel des Vergasers angeschlossen sind (
Bisher hat man aus der Überwachung der Temperatur des Kühlwasservorlaufs und der Temperatur des Kühlwasserrücklaufs sowie der Kühlwassermenge versucht, Rückschlüsse über den Verlauf der Vergasungsreaktion zu gewinnen. So far, attempts have been made from the monitoring of the temperature of the cooling water flow and the temperature of the cooling water return and the amount of cooling water to draw conclusions about the course of the gasification reaction.
Mit der Vergrößerung des Reaktionsraumes, mit dem Ziel der Leistungssteigerung des Vergasers, steigt die Wärme tauschende Fläche, was zur Folge hat, dass eine größere Wassermenge notwendig ist, um die Wärmemenge abzuführen. Bei einer Vergrößerung der Nennweite des Rohrdurchmessers macht es sich nachteilig bemerkbar, dass zum Einen das Abfließen der flüssigen Schlacke an der Rohrwand sich verschlechtert und zum Anderen die Beschlackung ungleichmäßiger wird und sich insgesamt verschlechtert. Eine gleichmäßige Beschlackung ist notwendig, um lokale Überhitzungen und Kühlschirmschäden zu vermeiden. Mit Vergrößerung der Nennweite nimmt prozentual eine geringere Wassermenge am unmittelbaren Wärmeaustausch teil, was ebenfalls lokale Überhitzungen fördern kann. With the enlargement of the reaction space, with the aim of increasing the performance of the carburetor, the heat exchanging surface increases, with the result that a larger amount of water is necessary to dissipate the amount of heat. With an increase in the nominal diameter of the pipe diameter, it is disadvantageously noticeable that, on the one hand, the runoff of the liquid slag on the pipe wall deteriorates and, on the other hand, the coating becomes more uneven and generally deteriorates. Uniform ironing is necessary to avoid local overheating and cooling screen damage. As the nominal size is increased, a smaller amount of water participates in direct heat exchange as a percentage, which can also promote local overheating.
Bei der herkömmlichen Auswertung der Leistung des Flugstromvergasers über den Wärmeeintrag in den Kühlschirm konnte der Fall eintreten, dass es trotz Einhaltung einer Leistungsgrenze zu lokalen Überhitzungen des Kühlschirms kommen konnte, beispielsweise wegen Abweichung in der Flammengeometrie oder unterschiedlich dicker Schlackeschicht. In the conventional evaluation of the performance of the entrained flow gasifier on the heat input into the cooling screen could be the case that despite adherence to a performance limit local overheating of the cooling screen could, for example, due to deviation in the flame geometry or different thickness slag layer.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Flugstromvergaser mit Flüssigkeits-gekühltem Kühlschirm derart auszugestalten, dass lokale Überhitzungen des Kühlschirms, die auch bei Einhaltung der Nennleistung des Flugstromvergasers auftreten können, erkennbar werden. The invention is based on the problem of designing an entrained-flow gasifier with a liquid-cooled cooling screen in such a manner that local overheating of the cooling screen, which can also occur when the rated power of the entrained-flow gasifier is maintained, becomes recognizable.
Das Problem wird durch einen Flugstromvergaser aufweisend einen Kühlschirm mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The problem is solved by a Flugstromvergaser having a cooling screen with the features of
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu nutze, dass aus der üblichen Vor-/Rücklaufüberwachung des Kühlwassers detaillierte Erkenntnisse über die aktuelle Situation im Reaktionsraum nicht gezogen werden können. The invention makes use of the fact that detailed information about the current situation in the reaction space can not be drawn from the usual flow and return monitoring of the cooling water.
Bei der Erfindung sind also in verschiedenen Höhen des Kühlschirms Temperaturmessstellen angeordnet. In the invention, temperature measuring points are thus arranged at different heights of the cooling screen.
Die erfindungsgemäße Anordnung von Temperaturmessungen im Kühlschirmwasser lässt Rückschlüsse auf die Vergasungsreaktion, die Flammenlage, die Lastverteilung im Reaktor zu und gibt Indikationen auf den thermischen Auslastungszustand des Kühlschirms selbst und damit dessen Betriebssicherheit. Diese Temperaturmessergebnisse können somit eine schnelle Prozessführungsgröße darstellen. The arrangement of temperature measurements in the cooling screen water according to the invention allows conclusions about the gasification reaction, the flame position, the load distribution in the reactor and are indications of the thermal load state of the cooling screen itself and thus its reliability. These temperature measurement results can thus represent a fast process variable.
Die Erfindung erlaubt Rückschlüsse auf den jeweiligen Wärmeeintrag in unterschiedlichen Höhen des Kühlschirms. Die Kenntnis über das Maß an Wärmeeintrag in einer bestimmten Höhe des Kühlschirms gestattet Rückschlüsse auf die Dicke der Schlackeschicht aber auch lokale Überhitzungen. The invention allows conclusions about the respective heat input at different heights of the cooling screen. The knowledge of the amount of heat input at a certain height of the cooling screen allows conclusions about the thickness of the slag layer as well as local overheating.
Die Erfindung gestattet die Generierung eines Überhitzungssignals, das Maßnahmen zur Verhinderung des Durchbrennens des Kühlschirms auslöst. The invention allows the generation of an overheating signal which triggers measures to prevent the cooling screen from burning through.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Kühlschirm sechs parallel gewickelte Rohrstränge auf, die eine hexa-filare Wicklung bilden. In a preferred embodiment, the cooling screen on six parallel wound pipe strands, which form a hexa-filar winding.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Temperaturmessstellen auf den Windungen ein und desselben Rohrstranges in einer Falllinie angeordnet. In a preferred embodiment, the temperature measuring points are arranged on the turns of the same tubing in a fall line.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die unteren Enden mehrerer paralleler Rohrstränge mit einem gemeinsamen Ringverteiler (
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur näher erläutert. Dabei zeigt: The invention is explained in more detail below as an exemplary embodiment in a scope necessary for understanding with reference to a figure. Showing:
Der Reaktionsraum (
Das im Kühlschirm erwärmte Kühlwasser wird als Heißwasser abgeführt und unter Nutzung seines Wärmeinhaltes gekühlt und als Kühlwasser wieder dem Kühlschirm zugeführt. Der Wasserdruck im Kühlschirm wird einige Zehntel MPa (einige bar) über dem Vergasungsdruck im Reaktionsraum gehalten. Der Kühlschirm ist mit mehreren, im Allgemeinen n, parallel gewickelten Rohrsträngen gebildet, die als n-filare Wicklung bezeichnet seien. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Kühlschirm sechs parallel gewickelte Rohrstränge auf, die eine hexa-filare Wicklung bilden. Die unteren Enden der einzelnen Rohrstränge sind mit einer in Höhe des Kühlschirm-Unterteils angeordneten Stutzendurchführung (
Die oberen Enden der einzelnen Rohrstränge sind mit einer Stutzendurchführung (
Die druckfeste Durchführung der Zu- und Abführungsrohre erfolgt über Stopfbuchsdichtungen (
Um Wärmeausdehnungen bei An- und Abfahrprozessen zu beherrschen sind die Zu- und Abführungsrohre und durch Versatz bildende Krümmungen beweglich gestaltet. In order to control thermal expansion during startup and shutdown processes, the supply and discharge pipes and bends which form by offset are designed to be movable.
Um lokale Überhitzungen des Kühlschirmes zu vermeiden, wird bei Steigerung der Vergaserleistung die Anzahl der Rohre (Mehrgängigkeit) erhöht. Dadurch wird die Nennweite begrenzt. Da die höhere Anzahl an Rohren eine größere Anzahl an Stutzen durch den Druckbehälter nach sich ziehen würde, wird durch Anordnung einer inneren Ringleitung (
Durch die Anordnung der Rücklaufdurchführungen am zylindrischen Druckmantel unterhalb des Hauptflansches entfallen die aufwändigen Arbeiten am Behälterdeckel. Die erforderlichen Endmontagenähte (
Als eine weitere Ausführungsvariante kann es sinnvoll sein, alle Rückläufe zu einem inneren Sammler zusammen zu führen, was die Anzahl der Durchführungen durch den Druckmantel reduziert (Sammelleitung bzw. Ringleitung). As a further embodiment, it may be useful to bring all returns to an inner collector together, which reduces the number of bushings through the pressure jacket (manifold or loop).
Die Anordnung von Temperaturmessungen beliebiger Anzahl im Kühlwasser verteilt über die Höhe des Kühlschirms und die Herausführung der Signale aus dem Druckraum des Vergasers über eine Sicherheitsdruckkammer (
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind auf die Höhe des Kühlschirms acht Temperaturmessstellen verteilt angeordnet. In a preferred embodiment, eight temperature measuring points are arranged distributed on the height of the cooling screen.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Druckmantel / Druckbehälter Pressure jacket / pressure vessel
- 22
- Mantelflansch shell flange
- 33
- Behälterdeckel container lid
- 44
- Kühlschirm cooling screen
- 55
- Reaktionsraum reaction chamber
- 66
- Verteilrohr Vorlauf Distribution pipe flow
- 77
- Sammelleitung Rücklauf Manifold return
- 88th
- Zentralachse central axis
- 99
- Montagenaht assembly seam
- 1010
- Entlüftung vent
- 1111
- Öffnung Vergasungsgas und flüssige Schlacke Opening gasification gas and liquid slag
- 1212
- Kühlschirmspalt Cooling screen gap
- 1313
- Kühlschirm Oberteil Cooling screen upper part
- 1414
- Kühlschirm Unterteil Cooling screen lower part
- 1515
- Sicherheitsdruckkammer Safety pressure chamber
- 1616
- Kühlwasserzulauf Cooling water inlet
- 1717
- Kühlwasserablauf Cooling water outlet
- 1919
- Stutzendurchführung Kühlwasserzuführung Stutzendurchführung cooling water supply
- 2020
- Stutzendurchführung Kühlwasserabführung Stutzendurchführung cooling water drainage
- 2121
- Temperaturmessstelle Temperature measuring point
- 2222
- Messleitung Measurement line
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 202009012134 [0002] DE 202009012134 [0002]
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CN106701201A (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-24 | 科林工业技术有限责任公司 | Entrained flow bed reactor for producing synthetic gas |
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2011
- 2011-08-11 DE DE102011080835A patent/DE102011080835A1/en not_active Ceased
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