DE102014000010A1

DE102014000010A1 - Kühlschirm in Segmentbauweise für Flugstromvergasungsreaktoren ohne Behälterflansch

Info

Publication number: DE102014000010A1
Application number: DE102014000010.9A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Furkert; Rainer Spreckelmeyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-01-01
Filing date: 2014-01-01
Publication date: 2015-07-02

Abstract

Für einen Flugstromvergasungsreaktor wird ein Kühlschirm in Segmentbauweise als Schutz der Druckbehälterwand des Reaktors vor unzulässig hoher Temperaturbelastung vorgeschlagen, wobei die einzelnen Kühlschirmsegmente aus mäanderförmigen Kühlschlangen, die aus Rohr oder Halbrohren mit oder ohne Stegbleche zwischen den Rohren bestehen, so geteilt sind, dass sie durch die übliche im oberen Boden des Reaktors vorhandene Brennerkopföffnung einzeln montiert und verschweißt werden können und damit auf eine Behälterflanschverbindung im Reaktor verzichtet werden kann.

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. Die Endmontage-Schweißnaht kann entweder als Vollwandnaht mit anschließender örtlicher Glühbehandlung oder als Mehrlagenverband ohne Glühbehandlung ausgeführt werden.
Bei Reaktoren zur Flugstromvergasung von schlackebildenden Brennstoffen ist bekannt, dass die Druckbehälterwand des Reaktors durch einteilige Kühlschirme, 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.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Ziel der Erfindung einen Kühlschirm so zu gestalten, dass eine Montage des Kühlschirmes über die Brennerkopföffnung im oberen Reaktorboden möglich ist, um damit einen kommerziellen Vorteil durch Wegfall eines Behälterflansches im Druckmantel des Reaktors zu erzielen.
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 den Reaktor einzubringen und im Reaktor an Verbindungsstegen zu einer Einheit zu verschweißen. Als neue Ausführung wird vorgeschlagen den Kühlschirm in Segmente aufzuteilen und die Segmente aus mäanderförmig angeordnete Kühlschlangen zu gestalten, wobei diese auf den Kühlschirmdurchmesser bezogen einmal aus gebogenen Rohrschlangen, verbunden mit zwischen den Rohren eingeschweißten Stegblechen, hergestellt werden, oder die Rohrschlangen zur Vermeidung der Stegblecheinschweißung als aufgeschweißte Halbrohre auf ein Blechmantelsegment ausgeführt werden, oder, als weitere Variante, zur Vermeidung der Befestigungsnähte der Halbrohre die gebogenen Rohrschlangen auf ein Blechmantelsegment verankert werden.
Jedes Kühlschirmsegment sollte zur Erreichung einer ausreichenden Kühlleistung vorzugsweise mit mindestens zweigängigen Kühlschlangen belegt sein, die zur Reduzierung der Druckstutzen im Reaktormantel möglichst mit einem Sammelrohr verbunden sind, um dadurch nur ein Stutzen für den Kühlwasserzulauf/Kühlwasserablauf pro Kühlschirmsegment zu benötigen.
Vor der Montage der Kühlschirmsegmente in den Reaktor sind die einzelnen Kühlschlangen, ob aus Rohr oder Halbrohr, zu bestiften, auf Druckfestigkeit und zerstörungsfrei zu prüfen.
Die Fertigung der einzelnen Kühlschirmsegmente außerhalb des Reaktors ermöglicht vorteilhaft, dass das Aufbringen einer wärmeleitenden, feuerfesten Stampfmasse auf den nach dem Stand der Technik mit Stiften versehenen Kühlschlangen ebenfalls außerhalb des Reaktors in Wannenlage erfolgen kann.
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.
Bei den vorgeschlagenen Ausführungsvarianten mit auf einen Blechmantel befestigten Kühlschlangen kann der Blechmantel gleichzeitig als Stegblech zum Aufschweißen der Kühlschirmsegmente auf die innere Tragplatte im Reaktor gestaltet werden und ist besonders geeignet für den Einbau einer gasdichten Gleitdichtung im oberen Reaktorboden zur Kompensierung der Längenänderungen zwischen Kühlschirm und Druckmantel.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 einen Vergasungsreaktor ohne Behälterflansch mit einem Kühlschirm, zusammengesetzt aus einzelnen Segmente mit mäanderförmigen Kühlschlangen.
2 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Kühlschirmsegmentes aus mäanderförmigen zweigängigen Kühlschlangen aus Rohr, einzeln gasdicht verbunden durch Stegbleche oder über Haltebleche fest verbunden mit einen nach vorgegebenen Reaktionsraum gestalteten Blechmantelsegment.
3 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Kühlschirmsegmentes für eine mäanderförmige zweigängige Kühlschlange aus Halbrohren, aufgeschweißt auf einen nach dem vorgegebenen Reaktionsraum gestalteten Blechmantelsegment.
Das nach 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen unter Druck arbeitenden Vergasungsreaktor, bestehend aus dem Druckmantel 1 mit einen über eine Endmontagenaht 14 verbundenen Boden 2 und einen aus Kühlschirmsegmenten 3 an den Verbindungsnahtkanten 21 zusammengeschweißten Kühlschirm 4 aus mäanderförmigen Kühlschlangen 5, gestaltet nach der vorgegebenen Kontur des Reaktionsraumes 7. Am Kopf des Bodens 2 befindet sich die Brennerkopföffnung 6 über die die Montage der einzelnen Kühlschirmsegmente 3 erfolgt. Das Kühlwasser wird den einzelnen Kühlschirmsegmenten 3 auf den Umfang des Druckmantels gleichmäßig angeordnete Stutzendurchführungen 11 zu- und abgeführt, wobei die Kühlwasserzuläufe 12 bzw. Kühlwasserabläufe 13 bei mehrgängigen mäanderförmige Kühlschlangen zur Minderung der Stutzendurchführungen 11 über Verteiler-/Sammelrohren 8 und 9 verbunden werden.
In 2 ist eine Teilansicht eines erfinderischer Kühlschirmsegment 3 in Ausführung 1 und 2 dargestellt, einmal ausgeführt als zweigängige Kühlschlange 5 aus Rohr 18 mit Rohrbögen als Kühlwasserumlenkung, wobei die Kühlschlangen 5 untereinander mit Stegbleche 20 und außen mit ein ausgeformtes Randstegblech 23 dicht verschweißt sind und zum anderen in Ausführung 2 als zweigängige Kühlschlange 5 aus Rohr 18, wobei die Kühlschlangen 5 vorteilhaft zur Vermeidung des Schweißaufwandes bei der Einschweißung der Stegbleche 20/23 (gem. Ausführung 1) nur über Haltebleche 22 auf ein Blechmantelsegment 10 fest verbunden sind, um relative Längenausdehnungen zwischen Blechmantel und Kühlschlangen wegen der Haftung der keramischen Stampfmasse zu vermeiden. Bei beiden Ausführungen sind die Kühlschlangen 5, entsprechend dem vorgegebenen Kontur des Reaktionsraumes 7, gebogen ausgeführt. Die Verbindung der einzelnen Segmente erfolgt an den Verbindungsnahtkanten 21, bei Ausführung 1 an einem speziell ausgeformtes Randstegblech 23, bei Ausführung 2 an dem Blechmantelsegment 10.
Auf der rückwärtigen Seite jedes Kühlschirmsegmentes 3 ist der Kühlwasserzu-/Kühlwasserablauf 12 (13) mit dem Verteiler-/Sammelrohre 8 (9) angebracht.
In 3 ist eine Teilansicht eines erfinderisches Kühlschirmsegment 3, ausgeführt als zweigängige Halbrohrschlange 19 aufgeschweißt mittels Befestigungsnähte 15 auf ein Blechmantelsegment 10, gestaltet nach der vorgegebenen Kontur des Reaktionsraumes 7, dargestellt. Eine Optimierung der Kühlfläche durch Verringerung der Zwischenräume zwischen den einzelnen Halbrohrschlangen 19 wird dadurch erreicht, dass statt Rohrbögen parallel zur Verbindungsnahtkante 21 der Kühlschirmsegmente 3 geraden Halbrohre 16 mit Zwischenscheiben 17 zur Kühlwasserumlenkung angeordnet werden. An jedem Kühlschirmsegment 3 ist ein Verteiler-/Sammelrohr 8 (9) für den Kühlwasserzulauf bzw.
Kühlwasserablauf auf der rückwärtigen Seite des Kühlschirmsegmentes 3 angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Druckmantel
2: Boden
3: Kühlschirmsegment
4: Kühlschirm
5: Mäanderförmige Kühlschlange
6: Brennerkopföffnung
7: Reaktionsraum
8: Verteiler-/Sammelrohr – Kühlwasserzulauf
9: Verteiler-/Sammelrohr – Kühlwasserablauf
10: Blechmantelsegment
11: Stutzendurchführung
12: Kühlwasserzulauf
13: Kühlwasserablauf
14: Endmontagenaht
15: Befestigungsnähte
16: gerade Halbrohre/gerade Rohre
17: Zwischenscheibe
18: Rohr
19: Halbrohr
20: Stegblech
21: Verbindungsnahtkante
22: Montageknaggen
23: Randstegblech

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 [0003]
DE 102011080838 B3 [0003]

Claims

Kühlschirm für einen Flugstromvergasungsreaktor ohne Behälterflansch dadurch gekennzeichnet, dass – der Kühlschirm 4 aus einzelnen Kühlschirmsegmente 3 besteht, die im Umfang so aufgeteilt sind, dass die einzelnen Kühlschirmsegmente 3 durch die Brennerkopföffnung 6 im Boden 2 einzeln montiert und im Druckmantel 1 an der Verbindungsnahtkante 21 verschweißt werden können, wobei die Kühlschirmsegmente 3 aus einzelnen oder mehrgängigen mäanderförmige Kühlschlangen 5 bestehen und nach der vorgegebenen Kontur des Reaktionsraumes 7, geformt sind und zu jedem Kühlschirmsegment 3 Kühlwasserzulaufstutzen 12/Kühlwasserablaufstutzen 13 sowie bei mehrgängigen Kühlschlangen 5 Verteiler-/Sammelrohre 8/9 angeschlossen sind
Reaktor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass – die mäanderförmigen Kühlschlangen 5 aus Halbrohre 19 bestehen, die auf einen Blechmantel 10 durch Befestigungsnähte 15 druckdicht verschweißt sind, wobei zur Optimierung der Kühlfläche parallel zur Verbindungsnahtkante 21 des Blechmantels 10 gerade Halbrohre 16 mit Zwischenscheiben 17 zur Kühlwasserumlenkung vorgeschlagen werden.
Reaktor nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass – die mäanderförmigen Kühlschlangen 5 aus Rohre 18 bestehen, die auf einen Blechmantel 10 nur durch Haltebleche 22 befestigt sind, wobei die Kühlwasserumlenkung über Rohrbögen oder zur Optimierung der Kühlfläche parallel zur Verbindungsnahtkante 21 des Blechmantels 10 über Geradrohre 16 mit Zwischenscheiben 17, analog Anspruch 2, erfolgt.
Reaktor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass – die mäanderförmigen Kühlschlangen 5 aus Rohre 18 bestehen, die über Stegbleche 20 miteinander druckdicht verbunden sind wobei die einzelnen Kühlschirmsegmente 3 speziell ausgeformte Randstegbleche 23 mit Verbindungsnahtkanten 21 haben.