DE102013015731A1

DE102013015731A1 - Flugstromvergaser ausgeführt ohne Behälterflansch, aufweisend mit einem als Steilrohrkühlmantel gestalteten Kühlschirm

Info

Publication number: DE102013015731A1
Application number: DE201310015731
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Schoeller-Bleckmann Nitec At GmbH
Priority date: 2013-09-20
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Für einen Flugstromvergaser mit einem ausgebildeten Reaktionsraum für Drücke bis 6,3 MPa, bei dem die Reaktionsraumkontur durch einen flüssigkeitsgekühlten Kühlschirm gebildet wird und falls notwendig mit einer zusätzlich inneren keramische Auskleidung der Druckmantelwand wird vorgeschlagen, den Druckmantel ohne Behälterflansch auszuführen und den Kühlschirm als Steilrohrkessel zu gestalten, wobei der Kühlschirm längsseitig in einer Anzahl von Segmente umfangsseitig so geteilt ist, dass die einzelnen Segmente durch die im Reaktorkopf vorhandene Brennerkopföffnung montiert und ggf. demontiert werden können. Besondere Ausgestaltung betreffen die Übergänge des erfinderischen Kühlschirmtyps für den Brennergas- und Schlackenauslaufraumes mittels konischer Rohre

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Vergasung Kohlenstoffhaltiger, Schlackebildender mit einem freien Sauerstoffenthaltenden Vergasungsmittel im Flugstrom bei Drücken bis 6,3 MPa, wobei zur Begrenzung des Reaktionsraumes ein neuer Kühlschirmtyp verwendet wird, zu dessen Montage im Reaktor kein separater Behälterflansch im Druckmantel benötigt wird. Statt des Behälterflansches ist lediglich eine Endmontageschweißnaht erforderlich, die entweder als Vollwandnaht mit anschließender örtlicher Glühbehandlung oder als Mehrlagenverband ohne Glühbehandlung ausgeführt werden kann.
Für Vergaser zur Flugstromvergasung von Schlackebildenden Brennstoffen ist bekannt, dass die Druckbehälterwand des Reaktors durch eine mehrgängige spiralförmige Rohrmembranwand (Kühlschirm), durch die Kühlwasser strömt, vor unzulässige Überhitzungen geschützt wird. Zur Montage solcher Kühlschirme ist es erforderlich, dass der Reaktor mit einem Mantelflansch und einem Deckelflansch versehen wird. Die Patentschriften DE 20 2009 012 134 und DE 10 2011 080 838 B3 offenbaren eine entsprechende Konstruktion eines Reaktors mit einem Behälterflansch im Druckmantel.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass eine Demontage des Deckels im Produktionsbetrieb dermaßen kostenintensiv ist, dass sogar defekte einzelne Rohrspiralen im Reaktor repariert werden, statt einer Reparatur bzw. Wechsel des kompletten Kühlschirmes nach Trennung der Behälterflanschverbindung bei geöffnetem Reaktor vorzunehmen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei größeren Vergasungsreaktoren über 500 MW die Mantelflanschpaare an Herstellungsgrenzen kommen und verstärkt bei der Druckprobe Dichtheitsprobleme zu erwarten sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung einen Kühlschirm zu schaffen, der es ermöglicht, die Montage des Kühlschirmes nach der Druckprobe des Vergasungsreaktors über die Brennerkopföffnung im Reaktorboden durchzuführen und dadurch auf den Einbau eines Mantelflansches im Druckmantel zu verzichten. Der kommerzielle Vorteil der erfinderischen Lösung zeigt sich besonders dann, wenn nach der Druckprobe zunächst ein keramischer Schutz an der Innenwand des Reaktors angebracht werden soll, bevor ein Kühlschirm eingebaut wird.
Das Problem wird durch einen neuen Kühlschirmtyp mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Kühlschirm wird davon ausgegangen, dass die Brennerkopföffnung im oberen Boden des Vergasungsreaktors wie bisher üblich zwischen 0,5 und 0,6 des Nenndurchmessers des Kühlschirmes ausgeführt wird. Durch diese Öffnung ergibt sich die Möglichkeit Segmente eines Kühlschirmes in der Ausführung eines Steilrohrkessels in den Reaktor einzubringen und im Reaktor an Verbindungsstegen zu einer Einheit zu verschweißen. Statt Rohrwendeln besteht der neue Kühlschirm aus gerade Kühlrohre mit auf einen notwendig kleineren Durchmesser konisch gezogene oder geschweißte Rohre für die Gestaltung des Brenngas- und Schlackenauslaufraumes. Die Notwendigkeit der Reduzierung der Rohre besteht dadurch, dass der Durchmesser des Kühlschirmes im Bereich des Brenngas- und Schlackenraumes kleiner als der Nenndurchmesser des Kühlschirmes ist, die Anzahl der Rohre jedoch für alle Durchmesser gleich sein müssen.
Die Kühlrohre der einzelnen Kühlschirmsegmente werden an Sammel-/Verteilerrohre druckdicht angeschweißt, wobei es Teil der erfinderischen Lösung des neuen Kühlschirmtyp ist, dass die Verteiler-/Sammelrohrsegmente jeweils mit inneren druckdichten Verschlussscheiben und mit einem Zulauf- bzw. Ablaufstutzen versehen sind, damit vor der Montage alle Schweißnähte der einzelnen Kühlschirmsegmente druckbeaufschlagt und zerstörungsfrei außerhalb des Reaktors geprüft werden können.
Die Kühlrohre werden längsseitig mit Distanzeisen untereinander dicht verschweißt und erhalten wie bisher bei den Kühlschirmen aus gewickelten Rohrwendeln an der Innenseite eine Bestiftung zur Befestigung einer Stampfmasse als Temperaturschutz.
Je nach Größe des Kühlschirmnenndurchmessers und in Abhängigkeit der verwendeten Rohrabmessung der Kühlrohre sind Ringsegmente als Rippen nach Bedarf auf verschiedenen Ebenen der Kühlschirmsegmente zur Erhöhung der Steifigkeit und der Formstabilität außen an den Kühlrohren anzuschweißen.
Die Montagenähte zur Verbindung der einzelnen Kühlschirmsegmente sind innerhalb der Distanzeisen beider angrenzender Kühlrohre, bei den Verteiler-/Sammelrohre zwischen den Verschlussscheiben zu legen, damit keine zusätzliche Kaltwasserdruckprobe des Kühlschirmes erforderlich ist.
Die im Druckmantel druckfest verbundenen Stutzendurchführungen für die Kühlwasserleitungen zur Verbindung der Zulauf- und Ablaufstutzen mit den einzelnen Kühlschirmsegmenten sind jeweils nacheinander bei der Montage der Kühlschirmsegmente zu schweißen. Zur Gewährleistung, dass auch das letzte Segment qualitätsgerecht eingeschweißt wird, sind in diesem Bereich Arbeitsöffnungen (Mannlöcher) im Reaktordruckmantel vorzusehen.
Der neue Kühlschirmtyp wird bekannterweise über ein Stegblech auf einer gekühlten Tragplatte befestigt. Da allgemein angestrebt wird eine Hinterströmung des Kühlschirmes zu vermeiden, eignet sich das obere Verteiler-/Sammelrohr bei dem erfinderischen Kühlschirm besonders dazu eine gasdichte Gleitdichtung zur Aufnahme von Längenänderungen in Richtung der Zentralachse des Reaktors zu montieren. Eine konstruktive Lösung der Montage einer Gleitdichtung ist in dem Gebrauchsmuster DE 20 2007 011 109.6 beschrieben.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Vergasungsreaktor ohne Behälterflansch mit Zu- und Ablauf von Kühlwasser durch den Druckmantel,
2 eine Montageansicht eines erfindungsgemäßen Kühlschirmsegmentes durch eine Brennerkopföffnung im Reaktorboden und
3 einen Schnitt durch zwei Kühlschirmsegmente mit der Anordnung der Lage der Verbindungsnähte in der Darstellung mit konisch gezogenen Übergangsrohre.
Das nach 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen unter Druck arbeitenden Vergasungsreaktor wobei der Druckmantel 1 mit einen über eine Endmontagenaht 10 verbundenen Boden 2 dargestellt ist. Am Kopf des Bodens 2 befindet sich die Brennerkopföffnung 5 für den Sitz des Vergasungsbrenners über den die Reaktionsmedien zugeführt werden. Der Reaktionsraum 6 wird durch die einzelnen Kühlschirmsegmente 3 begrenzt, wobei die einzelnen geraden Kühlrohre 4 einschließlich der Übergangsrohre 9 in den Verteiler-/Sammelrohren 7 und 8 eingeschweißt sind.
Das Kühlwasser wird den einzelnen Kühlschirmsegmenten 3 über bevorzugt 6 gleichmäßig auf den Umfang des Druckmantels angeordnete Stutzendurchführungen 11 zugeführt, wobei die Enden vom Kühlwasserzulauf 12 bzw. Kühlwasserablauf 13 mit den Verteiler-/Sammelrohren 7 und 8 durch Verbindungsnähte 14 verbunden werden.
Die Gleitdichtungsteile 15 sind vor der Montage des Reaktorbodens 2 an der Brennerkopföffnung 5 einzubauen wobei das Stegblech der Stopfbuchse nach der Montage aller Kühlschirmsegmente 3 auf das Verteiler-/Sammelrohr 8 zu montieren und dicht zu verschweißen ist.
In 2 sind die Platzverhältnisse bei der Montage eines Kühlschirmsegmentes 3 mit zur Versteifung aufgeschweißten Ringsegment 16 durch eine Brennerkopföffnung 5 dargestellt.
In 3 sind im Schnitt die geraden Kühlrohre 4 von zwei Kühlschirmsegmente 3, die Sammel-/Verteilerrohre 7 (8), verbunden mit den konischen Übergangsrohre 9, dargestellt.
Zwischen den geraden Kühlrohre 4 und Übergangsrohre 9 sind Distanzeisen 17 dicht eingeschweißt. Weiterhin dargestellt sind die druckdicht eingeschweißten Verschlussscheiben 18 in dem jeweiligen Verteiler-/Sammelrohr 7 (8), sowie die Verbindung zweier Kühlschirmsegmente. Die Verbindung erfolgt über die Montagenaht 19 zwischen Distanzeisen 17 und 20 zwischen den Verteiler-/Sammelrohr 7 (8).
Bezugszeichenliste

1: Druckmantel
2: Boden
3: Kühlschirmsegment
4: gerade Kühlrohre
5: Brennerkopföffnung
6: Reaktionsraum
7: Verteiler-/Sammelrohr-Kühlwasserzulauf
8: Verteiler-/Sammelrohr-Kühlwasserablauf
9: Übergangsrohre
10: Endmontagenaht
11: Stutzendurchführung
12: Kühlwasserzulauf
13: Kühlwasserablauf
14: Verbindungsnähte
15: Gleitdichtung
16: Ringsegment zur Versteifung
17: Distanzeisen
18: Verschlussscheibe
19/20: Montagenäht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202009012134 [0002]
DE 102011080838 B3 [0002]
DE 202007011109 U [0012]

Claims

Reaktor zur Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe im Flugstrom bei Drücken bis 6,3 MPa dadurch gekennzeichnet, dass – der Druckmantel 1 des Flugstromreaktors ohne Druckmantelflansch gestaltet ist, – der Kühlschirm als Steilrohrkühlmantel 3 ausgebildet ist, wobei die Rohrabmessungen im Schlackenauslauf- und Brennerbereich so angepasst sind, dass die gleiche Anzahl der Rohre im Brenner- und Schlackenauslaufbereich durch die reduzierten Kühlschirmabmessungen untergebracht werden können, – der Übergang vom Kühlschirmnenndurchmesser auf die Kühlschirmabmessung im Brenner- und Schlackenauslaufbereich durch konische gezogene oder geschweißte Übergangsrohre 9 realisiert wird – die Enden der einzelnen Kühlrohre 4 je Kühlschirmsegment 3 in einem Verteiler-/Sammelrohr 7/8 verschweißt sind, – jedes Verteiler-/Sammelrohr 7/8 mindestens einen Stutzen für den Kühlwasserzulauf 12 bzw. einen Stutzen für den Kühlwasserablauf 13 hat und diese Stutzen über eine Rohrleitungen mit einer Stutzendurchführungen 11 durch den Druckmantel 1 druckfest mittels Montagenähte 14 verbunden sind.
Reaktor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass – der Kühlschirm in Kühlschirmsegmente 3 im Umfang so aufgeteilt ist, dass die einzelnen Kühlschirmsegmente 3 durch die Brennerkopföffnung 5 im Boden 2 einzeln montiert und im Reaktorraum 6 über die Montagenähte 19/20 dicht verschweißt werden bzw. im Schadensfall an den Montagenähte 19/20 getrennt und die schadhaften Kühlschirmsegmente 3 einzeln über die Brennerkopföffnung 5 demontiert werden können.
Reaktor nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass – die Verteiler-/Sammelrohre 7/8 der einzelnen Kühlschirmsegmente 3 innen mit Verschlussscheiben 18 druckdicht verschlossen sind, damit die Kühlschirmsegmente 3 vor der Montage in den Reaktor auf Dichtheit und Festigkeit geprüft werden können.