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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Vergasungs-Energieerzeugungssysteme, wie
sie in einer Energieerzeugungsanlage benutzt werden, und spezifischer
auf Vergaser, die in integrierten Vergasungs-Energieerzeugungssystemen mit
kombiniertem Zyklus (IGCC) benutzt werden.
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Zumindest
einige bekannte Energieerzeugungssysteme mit kombiniertem Zyklus
schliefen ein Vergasungssystem ein, das mit mindestens einem Energie
erzeugenden Turbinensystem integriert ist. So wandeln z. B. bekannte
Vergaser eine Mischung von Brennstoff, Luft oder Sauerstoff, Dampf
und/oder Kalkstein in partiell verbranntes Gas um, das manchmal
als „Synthesegas” bezeichnet
wird. Das heiße Synthesegas
wird gekühlt
und gereinigt, um Verunreinigungen zu entfernen und dann dem Brenner
einer Gasturbine zugeführt,
die einen Generator antreibt, der elektrische Energie an ein Stromnetz
liefert. Abgas von mindestens einigen bekannten Gasturbinen wird
einem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator
zugeführt,
der Dampferzeuger-Speisewasser erhitzt und Dampf zum Antreiben einer
Dampfturbine erzeugt. Von der Dampfturbine erzeugte Energie treibt
ebenfalls einen elektrischen Generator an, der elektrische Energie
an das Stromnetz liefert.
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In
mindestens einigen Vergasern, die in Vergasungssystemen benutzt
werden, ist das Synthesegas, das in der Reaktionskammer erzeugt
wird, sehr heiß (> 2200°F) und muss
gekühlt
werden, bevor es leicht in der stromabwärts gelegenen Prozessausrüstung gehandhabt
werden kann. Das Synthesegas enthält auch mitgerissene Teilchen,
die entfernt werden müssen,
um ein Verstopfen in der stromabwärts gelegenen Ausrüstung zu
verhindern. Für
Energieerzeugungs-Anwendungen bewirken zumindest einige bekannte
Vergaser dieses Kühlen
und Teilchenentfernen unter Benutzung eines Zweistufenprozesses. In
der ersten Stufe wird das Gas durch indirekten Wärmeaustausch mit Dampferzeuger-Speisewasser in
zwei Synthesegaskühlern
gekühlt.
Der erste Synthesegaskühler,
als Strahlungs-Synthesegaskühler bezeichnet,
ist mit dem Boden der Reaktionskammer gekoppelt und er kühlt das
Gas auf zwischen etwa 950°F
und etwa 1350°F.
Der zweite Synthesegaskühler,
konvektiver Synthesegaskühler
genannt, kühlt
das Gas weiter auf zwischen etwa 700°F und etwa 750°F. Bei solchen
Temperaturen kann das Synthesegas in einer konventionellen Stahlausrüstung gehandhabt
werden. Nach dem Abkühlen
des Synthesegases unter Benutzung der Synthesegaskühler wird
die zweite Stufe, Entfernen der im Synthesegas mitgerissenen feinen
Teilchen, in einem anderen Gefäß bewerkstelligt,
das Synthesegaswäscher
genannt wird. Der Synthesegaswäscher bietet
drei Stufen des Wasser-Synthesegas-Kontaktes, die praktisch alle
Teilchen entfernen.
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In
mindestens einigen Energieanwendungen mit kombiniertem Zyklus ist
der konvektive Synthesegaskühler
aus dem System weggelassen, was nur den Strahlungs-Synthesegaskühler zum
Kühlen
des Synthesegases übrig
lässt.
Diese sogenannte nur Strahlungs-Konfiguration wird in mindestens
einigen Anwendungen mit kombiniertem Zyklus aus zwei Gründen benutzt.
Erstens verringert das Weglassen des konvektiven Synthesegaskühlers die
Kosten der Anlage. Zweitens wurde in der kommerziellen Praxis festgestellt,
dass der konvektive Synthesegaskühler zum
Verstopfen neigt, was die Zeit signifikant verringert, in der die
Anlage in Betrieb ist. Das Weglassen des konvektiven Synthesegaskühlers bietet
jedoch zwei Probleme. Erstens ist die Temperatur von etwa 950–1350°F am Ausgang
des Strahlungs-Synthesegaskühlers
noch immer zu hoch, um zu gestatten, dass das Synthesegas in konventionellen
Stahlrohren und Stahlausrüstung
gehandhabt wird. Zweitens sind einige der mitgerissenen Feststoffe
bei dieser Temperatur noch klebrig und sie können die Rohre verstopfen,
die den Strahlungs-Synthesegaskühler mit
dem Synthesegaswäscher
verbinden. Das Weglassen des konvektiven Synthesegaskühlers zur
Erzeugung einer Synthesegas-Kühlkonfiguration
nur durch Strahlung ist nicht nur eine einfache Sache des Weglassens
des konvektiven Synthesegaskühlers und
des Verbindens des Wäschers
direkt mit dem Auslass des Strahlungs-Synthesegaskühlers. Dies zu tun, würde mindestens
erfordern, dass das Wäschergefäß aus speziellen
Hochtemperatur-Stahllegierungen hergestellt ist und die Möglichkeit
einladen, dass Feststoffe zu einer Verstopfung innerhalb des Wäschergefäßes selbst
führen.
Eine Vorrichtung ist erforderlich, um das Synthesegas durch Abschrecken
durch Wasser-Sprühnebel
zu kühlen
und mitgerissene Teilchen zu entfernen, wobei Bedenken hinsichtlich
eines Verstopfens zu vermeiden sind. Darüber hinaus ist eine Vorrichtung
erforderlich, um die Ausrüstung
zu vereinfachen, die für
das Kühlen
des Synthesegases und das Entfernen der Teilchen erforderlich ist,
indem man die Notwendigkeit für
ein separates Synthesegaswäscher-Gefäß beseitigt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In
einem Aspekt wird ein Verfahren zum Zusammenbauen einer Sprüh-Abschreckvorrichtung bereitgestellt.
Das Verfahren schließt
das Koppeln eines ersten Endes mindestens eines Austrittsrohres an
eine Abschreckkammer derart, dass sich das Austrittsrohrende in
Strömungsverbindung
mit der Abschreckkammer befindet, Koppeln mindestens einer Sprühdüse an ein
gegenüberliegendes
zweites Ende des mindestens einen Austrittsrohres derart, dass Wasser,
das von der mindestens einen Sprühdüse emittiert
wird, das mindestens eine Austrittsrohr füllt und einen Wasserfilm über die
innere Oberfläche
des mindestens einen Austrittsrohres bildet, Koppeln einer Wasserquelle
an die Abschreckkammer zum Bereitstellen eines im Wesentlichen kontinuierlichen Wasserfilms
entlang einer inneren Oberfläche
der Abschreckkammer und Koppeln mindestens einer Auslassvorrichtung
an die Abschreckkammer zum Bereitstellen eines Wassersprühnebels
in die Abschreckkammer ein, wobei das Wasser des Wasserfilms und
die Wassersprühnebel
in ein Wasserbecken fließen.
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In
einem anderen Aspekt wird eine Sprüh-Abschreckvorrichtung bereitgestellt.
Die Sprüh-Abschreckvorrichtung
schließt
eine Kammer, mindestens eine Sprühvorrichtung,
die an die Kammer gekoppelt ist, mindestens eine Wasserverteilungs-Vorrichtung, die
an die Kammer gekoppelt ist, um eine Flüssigkeitsschicht auf einer
inneren Oberfläche
der Kammer bereitzustellen, mindestens einen hohlen Zylinder, der
ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes
zweites Ende einschließt,
wobei das erste Ende an die Kammer derart gekoppelt ist, dass es
eine Öffnung
im ersten Ende dem Synthesegas ermöglicht, durch den hohlen Zylinder
aus der Kammer auszutreten, und mindestens eine Sprühdüse ein,
die an das zweite Ende des hohlen Zylinders gekoppelt ist, um einen
Wassersprühnebel
bereitzustellen, der den hohlen Zylinder füllt und einen Wasserfilm über eine
innere Oberfläche
des hohlen Zylinders bildet, und worin das Wasser der Wassersprühnebel und
der Wasserfilm in ein Wasserbecken fließen, das am Boden der Kammer
angeordnet ist.
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In
einem weiteren Aspekt schließt
ein Vergaser eine Verbrennungskammer und eine Sprüh-Abschreckkammer
ein, die an die Verbrennungskammer gekoppelt ist. Die Sprüh-Abschreckkammer schließt mindestens
eine Wasserverteilungs-Vorrichtung zum Verteilen eines im Wesentlichen
kontinuierlichen Filmes über
einer inneren Oberfläche
der Sprüh-Abschreckkammer,
mindestens eine Sprühdüse und mindestens
ein Austrittsrohr, das ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes
zweites Ende aufweist, ein, wobei das erste Ende an eine Seitenwand der
Sprüh-Abschreckkammer
gekoppelt ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Blockdiagramm eines beispielhaften bekannten Energieerzeugungssystems
mit kombiniertem Zyklus;
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2 ist
eine schematische Ansicht einer beispielhaften Sprühabschreckung,
die bei dem in 1 gezeigten Energieerzeugungssystem
benutzt werden kann;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht der in 2 gezeigten
Sprühabschreckung;
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4 ist
eine Draufsicht der in 2 gezeigten Sprühabschreckung;
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5 ist
eine schematische Ansicht einer alternativen Sprühabschreckung, die zusammen
mit dem in 1 gezeigten Energieerzeugungssystem benutzt
werden kann;
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6 ist
eine schematische Ansicht einer zweiten alternativen Sprühabschreckung,
die zusammen mit dem in 1 gezeigten Energieerzeugungssystem
benutzt werden kann;
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7 ist
eine schematische Ansicht einer dritten alternativen Sprühabschreckung,
die zusammen mit dem in 1 gezeigten Energieerzeugungssystem
benutzt werden kann;
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8 ist
eine Querschnittsansicht der in 7 gezeigten
Sprühabschreckung;
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9 ist
eine schematische Ansicht einer vierten alternativen Sprühabschreckung,
die zusammen mit dem in 1 gezeigten Energieerzeugungssystem
benutzt werden kann;
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10 ist
eine schematische Ansicht einer fünften alternativen Sprühabschreckung,
die zusammen mit dem in 1 gezeigten Energieerzeugungssystem
benutzt werden kann
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11 ist
eine schematische Ansicht einer sechsten alternativen Sprühabschreckung,
die zusammen mit dem in 1 gezeigten Energieerzeugungssystem
benutzt werden kann und
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12 ist
eine schematische Ansicht einer siebenten alternativen Sprühabschreckung,
die zusammen mit dem in 1 gezeigten Energieerzeugungssystem
benutzt werden kann.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines beispielhaften bekannten integrierten
Vergasungs-Energieerzeugungssystems 50 mit kombiniertem
Zyklus, wie eines solchen, das in einer Energieanlage benutzt wird.
Das System 50 schließt
allgemein einen Haupt-Luftverdichter 52, eine Lufttrenneinheit 54,
die in Strömungsverbindung
an den Verdichter 52 gekoppelt ist, einen Vergaser 56,
der in Strömungsverbindung
an die Lufttrenneinheit 54 gekoppelt ist, eine Gasturbine 10,
das in Strömungsverbindung
an den Vergaser 56 gekoppelt ist und eine Dampfturbine 58 ein.
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Im
Betrieb komprimiert Kompressor 52 Umgebungsluft, die zur
Lufttrenneinheit 54 kanalisiert wird. In einigen Ausführungsformen
wird zusätzlich zum
Kompressor 52 oder alternativ komprimierte Luft vom Gasturbinenverdichter 12 der
Lufttrenneinheit 54 zugeführt. Die Lufttrenneinheit 54 benutzt
die komprimierte Luft zum Erzeugen von Sauerstoff zum Einsatz im
Vergaser 56. Spezifischer trennt die Lufttrenneinheit 54 die
komprimierte Luft in separate Gasströme von Sauerstoff (O2) und einem Gas-Nebenprodukt, das manchmal
als „Prozessgas” bezeichnet
wird. Das durch die Lufttrenneinheit 54 erzeugte Prozessgas
schließt
Stickstoff ein und wird im Folgenden als „Stickstoff-Prozessgas” (NPG)
bezeichnet. Das MPG kann auch andere Gase einschließen, wie
Sauerstoff und/oder Argon, ist darauf jedoch nicht beschränkt. In
einigen Ausführungsformen
schließt
das MPG, z. B., zwischen etwa 95% und etwa 100% Stickstoff ein.
Die O2-Strömung wird zum Vergaser 54 zum
Einsatz beim Erzeugen teilverbrannter Gase kanalisiert, die hierin
als „Synthesegas” bzw. Syngas
bezeichnet werden, zum Gebrauch durch die Gasturbine 10 als
Brennstoff. In einigen bekannten Systemen 50 wird zumindest
ein Teil der NPG-Strömung
aus der Lufttrenneinheit 54 an die Atmosphäre abgelassen.
In einigen bekannten Systeme 50 wird ein Teil der NPG-Strömung in
eine (nicht gezeigte) Verbrennungszone innerhalb des Gasturbinenbrenners 14 injiziert,
um das Kontrollieren der Emissionen der Gasturbine 10 zu
erleichtern, und, spezifischer, das Verringern der Verbrennungstemperatur
und das Verringern von Stickoxidemissionen aus der Gasturbine 10 zu
erleichtern. In der beispielhaften Ausführungsform schließt das System 50 einen
Verdichter 60 zum Komprimieren der NPG-Strömung vordem
Injizieren in die Verbrennungszone ein.
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Der
Vergaser 56 wandelt eine Mischung von Brennstoff, O2, der durch die Lufttrenneinheit 54 geliefert
wird, Dampf und/oder Kalkstein in abgegebenes Synthesegas zur Verwendung
durch die Gasturbine 10 als Brennstoff um. Obwohl der Vergaser 56 irgendeinen
Brennstoff benutzen kann, benutzt, in einigen bekannten das Systemen 50,
der Vergaser 56 Kohle, Petroleumkoks, Restöl, Ölemulsionen,
Teersande, Raffineriesumpf, Biomasse und/oder andere ähnliche
Brennstoffe. In einigen bekannten Systemen 50 schließt das durch
den Vergaser 56 erzeugte Synthesegas Kohlendioxid (CO2) ein. In der beispielhaften Ausführungsform
wird das durch den Vergaser 56 erzeugte Synthesegas in
einer Reinigungsvorrichtung 62 gereinigt, bevor es zum
Gasturbinenbrenner 14 zur Verbrennung kanalisiert wird.
Das CO2 kann während der Reinigung vom Synthesegas abgetrennt
werden und, in einigen bekannten Systemen 50, an die Atmosphäre abgelassen
werden. Die Gasturbine 10 treibt einen Generator 64 an,
der elektrische Energie an ein (nicht gezeigtes) Stromnetz liefert.
Abgase der Gasturbine 10 werden zum Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 66 kanalisiert,
der Dampferzeuger-Speisewasser erhitzt und Dampf zum Antreiben der
Dampfturbine 58 erzeugt. Durch die Dampfturbine 58 erzeugte
Energie treibt einen elektrischen Generator 68 an, der
zusätzliche
elektrische Energie an das Stromnetz liefert. In einigen bekannten
Systemen 50 wird Dampf vom Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 66 dem
Vergaser 56 zum Erzeugen von Synthesegas zugeführt.
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In
der beispielhaften Ausführungsform schließt das System 50 eine
Pumpe 70 ein, die heißes
Dampferzeuger-Speisewasser vom Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 66 zum
(nicht gezeigten) Strahlungs-Synthesegaskühler innerhalb des Vergasers 56 liefert,
um das Kühlen
des im Vergaser 56 strömenden
Synthesegases zu erleichtern. Heißes Dampferzeuger-Speisewasser 72 wird
durch den Strahlungs-Synthesegaskühler kanalisiert, in dem Wasser 72 in
Dampf 74 umgewandelt wird. Dampf 74 wird dann
zum Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 66 zurückgeführt zur
Benutzung innerhalb des Vergasers 56 oder der Dampfturbine 58.
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2 ist
eine schematische Ansicht einer beispielhaften Sprühabschreckung 100,
die zusammen mit dem (in 1 gezeigten) Vergaser 56 benutzt
werden kann. Spezifischer zeigt 2 einen unteren
Abschnitt eines Strahlungs-Synthesegaskühlers 122, der zusammen
mit dem Vergaser 56 benutzt werden kann. Der Strahlungs-Synthesegaskühler 122 schließt eine
Sprüh-Abschreckkammer 102 und
ein großes
Becken von Wasser oder einen „Wassersumpf” 104 ein,
der innerhalb des Strahlungs-Synthesegaskühlers 122 angeordnet
ist. Mehrere Dampferzeugerrohre 120 bilden einen Kegel, der
Synthesegas von einer (nicht gezeigten) Kammer oberhalb nach unten
in die Sprüh-Abschreckkammer 102 kanalisiert.
In einer alternativen Ausführungsform
bilden die Dampferzeugerrohre 120 keinen Kegel, sondern
es wird ein separater Kegel zwischen dem Strahlungs-Synthesegaskühler 122 und
der Sprüh-Abschreckkammer 102 angeordnet.
Weiter kann der Kegel z. B. ein hitzebeständig ausgekleidetes Metallgestell
oder irgendeine andere Vorrichtung sein, die geeignet ist, ein hohe
Temperatur aufweisendes, mit Schlacke beladenes Synthesegas in die Sprüh-Abschreckkammer 102 zu
dirigieren. In der beispielhaften Ausführungsform ist ein Abschreckring 106 bei
etwa dem gleichen Niveau wie der Boden der Dampferzeugerrohrer 120 mit
der Sprüh-Abschreckkammer 102 gekoppelt.
Der Abschreckring 106 verteilt einen kontinuierlichen Film
von Wasser um die innere Oberfläche 108 der
Sprüh-Abschreckkammer 102.
Der Wasserfilm, der in den Wassersumpf 104 läuft, stellt
sicher, dass die innere Oberfläche 108 feucht
bleibt, um zu verhindern, dass sich Schlacke auf der inneren Oberfläche 108 ablagert. Der
Sprühring 110 ist
mit Abschreckring 106 gekoppelt und lässt einen ringförmigen Spalt 130 zwischen Sprühring 110 und
dem Boden der Dampferzeugerrohre 120. Der ringförmige Spalt 130 bietet
ein Mittel zur freien Bewegung der Dampferzeugerrohre 120, als
einem Resultat der thermischen Ausdehnung. Der Sprühring 110 schließt eine
Vielzahl von Sprühdüsen 112 ein.
Aus den Sprühdüsen 112 austretendes
Wasser bietet zusätzliches
Synthesegaskühlen und
erleichtert die Teilchenentfernung aus dem Synthesegas. Die Wassersprühnebel verhindern
auch Ablagerungen auf der inneren Oberfläche 108 durch Weghalten
der Teilchen vom Oberteil der Sprüh-Abschreckkammer 102. Die Sprühabschreckung 100 schließt auch
eine Vielzahl von Austrittsrohren 114 ein, die im Wesentlichen
gleichmäßig um die äußere Peripherie
der Sprüh-Abschreckkammer 102 verteilt sind.
Die Sprühabschreckung 100 kann
zwischen einem und acht Austrittsrohren 114 einschließen. In
der beispielhaften Ausführungsform
schließt
die Sprühabschreckung 100 vier
Austrittsrohre 114 ein. Die Austrittsrohre 114 sind
an eine Seitenwand 124 der Sprüh-Abschreckkammer 102 gekoppelt
und sie sind in einem positiven Höhenwinkel orientiert, um das Ablaufen
irgendwelchen Wassers innerhalb der Austrittsrohre 114 durch
ein offenes erstes Ende 126 in den Wassersumpf 104 zur
weiteren Verarbeitung zu erleichtern. An ein zweites Ende 128 jedes
Austrittsrohres 114 ist eine Sprühdüse 116 gekoppelt und
das zweite Ende 128 des Austrittsrohres 114 ist
um die Sprühdüse 116 herum
im Wesentlichen abgedichtet. Alternativ können mehrere Sprühdüsen 116 mit
dem oberen Ende jedes Austrittsrohres 114 gekoppelt sein.
Eine (nicht gezeigte) Quelle von Hochdruckwasser ist in Strömungsverbindung
an jede Sprühdüse 116 gekoppelt,
um einen kontinuierlichen Wasserstrom bereitzustellen. Jede Sprühdüse 116 ist
derart orientiert, dass Wasser nach unten durch Austrittsrohr 114 und
gegen die Strömung
des Synthesegases gesprüht
wird. In der beispielhaften Ausführungsform
ist jedes Austrittsrohr 114 an eine ringförmige Leitung 118 gekoppelt,
wie in den 3 und 4 gezeigt.
In einer alternativen Ausführungsform
ist die Rohrleitung 118 nicht ringförmig. So können, z. B., zwei Austrittsrohre 114 miteinander
unter Bildung einer ersten Leitung gekoppelt sein und die beiden übrigen Austrittsrohre 114 können miteinander
unter Bildung einer zweiten Leitung gekoppelt sein, wobei die beiden
Leitungen verbunden werden, um eine endgültige Synthesegasleitung zu
bilden.
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Während des
Betriebes enthält
heißes
Synthesegas, das durch die Leitung strömt, die durch die Dampferzeugerrohre 120 gebildet
wird, sowohl feine Teilchen als auch größere Teilchen oder Tröpfchen teilweise
erstarrter geschmolzener Schlacke. Aufgrund ihres größeren Momentums
fallen die Schlackentröpfchen
in den Wassersumpf 104, wo sie rasch abgeschreckt werden,
erstarren und abgefangen werden. Das Synthesegas und die feinen
Teilchen bilden einen sich ausdehnenden Strahl, der sich mit den
Sprühnebeln
mischt, die aus den Sprühringdüsen 112 austreten,
während
das Synthesegas vom Zentrum der Abschreckkammer nach außen strömt. Die
Sprühringdüsen 112 erleichtern
auch das Kühlen des
Gases durch Verdampfen von Wasser in das Synthesegas. Die Sprühnebel erleichtern
auch die Entfernung von Teilchen aus dem Synthesegas und drücken die
Teilchen in den Wassersumpf 104. In der beispielhaften
Ausführungsform
strömt
das teilgekühlte
und teilgewaschene Synthesegas dann in Austrittsrohre 114.
Die Sprühnebel
hoher Dichte und hoher Intensität
aus den Sprühdüsen 116 innerhalb eines
jeden Austrittsrohres 114 vervollständigen sowohl das Kühlen als
auch das Waschen des Synthesegases. Das gekühlte und gewaschene Synthesegas
wird dann in Rohrleitung 118 gesammelt und zur weiteren
Verarbeitung stromabwärts
kanalisiert. Darüber
hinaus wird der ringförmige
Spalt 130 entweder kontinuierlich oder intermittierend
mit einem Inertgas, wie Stickstoff, darauf jedoch nicht beschränkt, aus
einer (nicht gezeigten) Gasquelle gespült. Die Strömungsrate des Spülgases nach
unten in die Sprüh-Abschreckkammer 102 stellt
sicher, dass Synthesegas, teilchenförmiges Material und Feuchtigkeit nicht
nach oben in den ringförmigen
Spalt 130 zwischen den Dampferzeugerrohren 120 und
einer Wand des Strahlungs-Synthesegaskühlers 122 gelangen.
Das Spülen
verhindert das Verschmutzen und/oder Verstopfen des ringförmigen Spaltes 130 und
minimiert Korrosion im ringförmigen
Spalt 130.
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In
der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wird eine große Wassermenge durch
die Wassersprühnebel
und durch den Abschreckring abgegeben, die benutzt wird, einen kontinuierlichen
Wasserfilm auf der inneren Oberfläche der Sprüh-Abschreckkammer aufrechtzuerhalten. 5 veranschaulicht
eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
einer Sprüh-Abschreckkammer 200,
die die Wassermenge verringert, die erforderlich ist, sicherzustellen,
dass alle Oberflächen
der Kammer immer nass bleiben. Spezifischer zeigt 5 einen
unteren Abschnitt eines Strahlungs-Synthesegaskühlers 122, der zusammen mit
dem (in 1 gezeigten) Vergaser 56 benutzt werden
kann Strahlungs-Synthesegaskühler 122 schließt eine
Sprüh-Abschreckkammer 202 und
ein Wasserbecken 204 ein Eine Vielzahl von Dampferzeugerrohren 210 bildet
einen Kegel, der Synthesegas aus einer (nicht gezeigten) Kammer
oberhalb nach unten in die Sprüh-Abschreckkammer 202 kanalisiert.
In einer alternativen Ausführungsform
bilden Dampferzeugerrohre 210 keinen Kegel, sondern es
wird ein separater Kegel zwischen dem Strahlungs-Synthesegaskühler 122 und
der Sprüh-Abschreckkammer 202 angeordnet.
Darüber
hinaus kann der Kegel, z. B., aus einem feuerbeständig ausgekleideten
Metallgestell oder irgendeinem anderen Material oder Materialien
konstruiert sein, die geeignet sind, ein mit Schlacke beladenes
Synthesegas hoher Temperatur in Sprüh-Abschreckkammer 202 zu
dirigieren. In der beispielhaften Ausführungsform ist die innere Oberfläche 108 der
Sprüh-Abschreckkammer 102 (wie
in 1 gezeigt) durch Benutzung eines Eintauchrohres 220,
das einen Durchmesser 222 hat, der etwa gleich dem Durchmesser 224 der Öffnung am
Boden der Dampferzeugerrohre 210 ist, effektiv radial nach
innen bewegt. Eine Hülle 234 ist an
eine Seitenwand 226 des Strahlungs-Synthesegaskühlers 228 und
weiter an das Eintauchrohr 220 gekoppelt. In der beispielhaften
Ausführungsform sind
ein oberer Abschreckring 206 und ein unterer Abschreckring 236 an
Hülse 234 gekoppelt.
Abschreckringe 206 und 236 arbeiten in Kombination, um
einen kontinuierlichen Wasserfilm auf einer inneren Oberfläche 208 des
Eintauchrohres 220 aufrechtzuerhalten. Der Wasserfilm,
der in den Wassersumpf 204 läuft, stellt sicher, dass die
innere Oberfläche 208 feucht
bleibt, um ein Ablagern von Schlacke auf der inneren Oberfläche 208 zu
verhindern.
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In
der beispielhaften Ausführungsform schließt die Sprühabschreckung 200 auch
eine Vielzahl von Austrittsrohren 214 ein, die im Wesentlichen gleichmäßig um die äußere Peripherie
der Sprüh-Abschreckkammer 202 angeordnet
sind. Die Sprühabschreckung 200 kann
zwischen ein und acht Austrittsrohre 214 einschließen. In
der beispielhaften Ausführungsform
schließt
die Sprühabschreckung 200 vier
Austrittsrohre 214 ein. Die Länge der Austrittsrohre 214 stellt
sicher, dass sich die Austrittsrohre 214 durch Hülse 234 erstrecken.
Die Austrittsrohre 214 sind an Seitenwand 226 und
weiter an Hülse 234 gekoppelt.
Als ein Resultat können
sich, z. B. aufgrund thermischer Ausdehnung, die Dampferzeugerrohre 210 relativ
zum Eintauchrohr 220 bewegen. Ein Ausdehnungsspalt 212,
der zwischen Dampferzeugerrohren 210 und Eintauchrohr 220 gebildet
ist, gestattet es den Dampferzeugerrohren 210, sich thermisch
auszudehnen und zusammenzuziehen, ohne das Eintauchrohr 220 zu
beeinträchtigen.
Weiter sind die Austrittsrohre 214 in einem positiven Höhenwinkel
orientiert, um das Ablaufen irgendwelchen Wassers innerhalb der
Austrittsrohre 214 durch ein offenes erstes Ende 230 in
das Wasserbecken 204 zur weiteren Behandlung zu erleichtern.
An ein zweites Ende 232 jedes Austrittsrohres 214 ist
eine Sprühdüse 216 gekoppelt
und das zweite Ende 232 des Austrittsrohres 214 ist
um die Sprühdüse 216 herum
im Wesentlichen abgedichtet. Alternativ können mehrere Sprühdüsen 216 an
das obere Ende jedes Austrittsrohres 214 gekoppelt sein.
Eine (nicht gezeigte) Quelle von Hochdruckwasser ist in Strömungsverbindung
an jede Sprühdüse 216 gekoppelt,
um eine kontinuierliche Wasserströmung bereitzustellen. Jede Sprühdüse 216 ist
orientiert, Wasser nach unten durch Austrittsrohr 214 und
gegen den Strom des Synthesegases zu sprühen. In der beispielhaften Ausführungsform
ist jedes Austrittsrohr 214 an eine ringförmige Leitung 218 gekoppelt,
wie in den 3 und 4 gezeigt.
In einer alternativen Ausführungsform
ist die Leitung 218 nicht ringförmig. So können, z. B., zwei Austrittsrohre 214 miteinander
unter Bildung einer ersten Leitung gekoppelt sein und die beiden übrigen Austrittsrohre 214 können miteinander unter
Bildung einer zweiten Leitung gekoppelt sein, wobei die beiden Leitungen
sich unter Bildung einer endgültigen
Synthesegasleitung verbinden.
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Während des
Betriebes enthält
heißes
Synthesegas, das durch die durch die Dampferzeugerrohre 210 gebildete
Leitung strömt,
sowohl feine Teilchen als auch größere Teilchen oder Tropfen
teilerstarrter geschmolzener Schlacke. Mit ihrem größeren Momentum
fallen die Schlacketröpfchen
in den Wassersumpf 204, wo sie rasch abgeschreckt werden,
erstarren und abgefangen werden. In der beispielhaften Ausführungsform
strömt
das Synthesegas dann in Austrittsrohre 214. Die Sprühnebel hoher
Dichte, hoher Intensität
von Sprühdüse 216 innerhalb
jedes Austrittsrohres 214 vervollständigen sowohl das Kühlen als
auch das Waschen des Synthesegases. Das gekühlte und gewaschene Synthesegas
wird dann in Leitung 218 gesammelt und zur weiteren Behandlung
nach unten kanalisiert. Darüber
hinaus wird der Expansionsspalt 212 entweder kontinuierlich
oder intermittierend mit einem Inertgas, wie Stickstoff, von einer
(nicht gezeigten) Gasquelle gespült.
Die Strömung
des Spülgases
nach unten in Sprüh-Abschreckkammer 202 stellt
sicher, dass Synthesegas, teilchenförmiges Material und Feuchtigkeit
nicht nach oben in den Ausdehnungsspalt 212 gelangen. Das Spülen verhindert
das Verschmutzen und Verstopfen des Spaltes 212 und minimiert
Korrosion in dem ringförmigen
Spalt, der durch Dampferzeugerrohre 210 und Seitenwand 226 gebildet
wird.
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6 ist
eine schematische Ansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform
einer Sprühabschreckung 300.
Spezifisch zeigt 6 einen unteren Abschnitt eines
Strahlungs-Synthesegaskühlers 122,
der zusammen mit dem (in 1 gezeigten) Vergaser 56 benutzt
werden kann. Strahlungs-Synthesegaskühler 122 schließt eine
Sprüh-Abschreckkammer 302 und
ein Wasserbecken 304 ein. Eine Vielzahl von Dampferzeugerrohren 310 bildet
einen Kegel, der Synthesegas von einer (nicht gezeigten) Kammer
oben nach unten in Sprüh-Abschreckkammer 302 kanalisiert.
Alternativ kann der Kegel aus anderen Komponenten als Dampferzeugerrohren
konstruiert sein. So kann, z. B., der Kegel ein feuerbeständig ausgekleidetes
Metallgestell oder irgendeine andere Konstruktion sein, die geeignet
ist zum Dirigieren von mit Schlacke beladenem Synthesegas hoher
Temperatur in Sprüh-Abschreckkammer 302.
In einer alternativen Ausführungsform
bilden die Dampferzeugerrohre 310 keinen Kegel, sondern
ein separater Kegel wird zwischen dem Strahlungs-Synthesegaskühler 122 und
der Sprüh-Abschreckkammer 202 angeordnet.
In der beispielhaften Ausführungsform
ist die innere Oberfläche 108 der Sprüh-Abschreckkammer 102 (wie
in 1 gezeigt) durch Nutzung eines Eintauchrohres 318,
das einen Durchmesser 320 aufweist, der etwa gleich dem Durchmesser 322 der Öffnung am
Boden der Dampferzeugerrohre 310 ist, effektiv radial nach
innen bewegt. Eine Hülse 340 ist
an eine Seitenwand 324 des Strahlungs-Synthesegaskühlers 326 gekoppelt
und weiter an Eintauchrohr 318 gekoppelt. In der beispielhaften
Ausführungsform
ist ein Abschreckring 306 an Eintauchrohr 318 gekoppelt.
Abschreckring 306 hält einen
kontinuierlichen Wasserfilm auf einer inneren Oberfläche 308 des
Eintauchrohres 318 aufrecht. Der Wasserfilm, der in das
Wasserbecken 304 gelangt, stellt sicher, dass die innere
Oberfläche 308 feucht
bleibt, um zu verhindern, dass sich Schlacke auf der inneren Oberfläche 308 ablagert.
-
In
der beispielhaften Ausführungsform schließt die Sprühabschreckung 300 auch
mindestens ein Austrittsrohr 314 ein. Die Länge des
Austrittsrohres 314 stellt sicher, dass sich das Austrittsrohr 314 durch
die Hülse 340 erstreckt.
Austrittsrohr 314 ist an Seitenwand 324 und weiter
an Hülse 340 gekoppelt.
Als ein Resultat können
sich die Dampferzeugerrohre 310 aufgrund, z. B., thermischer
Ausdehnung, relativ zum Eintauchrohr 318 bewegen. Ein Ausdehnungsspalt 312,
der zwischen Dampferzeugerrohren 310 und Eintauchrohr 318 gebildet
ist, gestattet es den Dampferzeugerrohren 310 sich thermisch
auszudehnen und zusammenzuziehen, ohne das Eintauchrohr 318 zu
beeinträchtigen.
Weiter ist Austrittsrohr 314 in einem positiven Höhenwinkel
orientiert, um das Ablaufen irgendwelchen Wassers innerhalb des
Austrittsrohres 314 durch ein offenes erstes Ende 336 in
Wasserbecken 304 zur weiteren Behandlung zu erleichtern.
An ein zweites Ende 338 des Austrittsrohres 314 ist
eine Sprühdüse 316 gekoppelt
und das zweite Ende 338 des Austrittsrohres 314 ist
um Sprühdüse 316 herum
im Wesentlichen abgedichtet. Alternativ können mehrere Sprühdüsen 316 an
das zweite Ende 338 des Austrittsrohres 314 gekoppelt
sein. Eine (nicht gezeigte) Quelle von Hochdruckwasser ist in Strömungsverbindung
an jede Sprühdüse 316 gekoppelt,
um eine kontinuierliche Wasserströmung bereitzustellen. Jede
Sprühdüse 316 ist
orientiert, Wasser nach unten durch Austrittsrohr 314 und
entgegen der Strömung
des Synthesegases zu sprühen.
Darüber
hinaus erstreckt sich ein Verbindungsrohr 328 vom Austrittsrohr 314 und
ist an ein kleines Wäschergefäß 332 gekoppelt. Verbindungsrohr 328 schließt mindestens
eine Sprühdüse 330 ein,
die einen kontinuierlichen Wasserfilm auf der inneren Oberfläche des
Verbindungsrohres 328 aufrechterhält und das zusätzliche
Kühlen und
Waschen des Synthesegases erleichtert. Eine (nicht gezeigte) Quelle
von Hochdruckwasser ist in Strömungsverbindung
an jede Sprühdüse 330 gekoppelt,
um eine kontinuierliche Wasserströmung bereitzustellen. Wäschergefäß 332 schließt mehrere Gas-Wasser
kontaktierende Tröge 334 ein,
die das Entfernen der feinsten übrig
gebliebenen Teilchen im Synthesegas erleichtern. Der obere Trog
ist mit einer (nicht gezeigten) kontinuierlichen Quelle frischen,
reinen Waschwassers verbunden, das über jeden nachfolgenden Trog
in einer Weise nach unten strömt,
die mindestens eine dünne
Wasserschicht auf jedem Trog bereitstellt. Jeder Trog enthält eine
große
Anzahl von Löchern,
durch die das Synthesegas nach oben gelangen kann und die den innigen
Kontakt zwischen dem sauberen Wasser und dem Synthesegas und irgendwelchen
feinen Teilchen erleichtert, die an diesem Punkt im Synthesegas
verblieben sind. Die Löcher
in den Trögen
können
mit perforierten Kappen oder Mischvorrichtungen versehen sein, um
den innigen Kontakt zwischen dem Nasser und dem Synthesegas zu fördern. Das
Design der Tröge,
der Löcher
und der Verschlüsse,
die mit den Löchern
verbunden sind, kann in einer Weise konfiguriert sein, wie es dem
Fachmann beim Entwerfen trogartiger Gas-Flüssigkeit in Berührung bringender
Geräte
bekannt ist.
-
Während des
Betriebes enthält
heißes
Synthesegas, das durch die durch die Dampferzeugerrohre 310 oder
irgendeine alternative Konstruktion gebildete Leitung strömt, sowohl
feine Teilchen als auch größere Teilchen
oder Tröpfchen
von teilerstarrter geschmolzener Schlacke. Mit ihrem größeren Momentum
fallen die Schlacketröpfchen
in Wasserbecken 304, wo sie rasch abgeschreckt werden,
erstarren und abgefangen werden. In der beispielhaften Ausführungsform
strömt
das Synthesegas dann in Austrittsrohr 314. Die Sprühnebel hoher
Dichte, hoher Intensität
von der Sprühdüse 316 innerhalb
des Austrittsrohres 314 erleichtern das Kühlen und
Waschen des Synthesegases. Das teilgekühlte und gewaschene Synthesegas
strömt
dann durch Verbindungsrohr 328. Zusätzliche Sprühnebel hoher Dichte, hoher
Intensität
von Sprühdüsen 330 erleichtern ein
zusätzliches
Kühlen
und Waschen des Synthesegases. Wäschergefäß 332 vervollständigt das
Kühlen
und Waschen des Synthesegases unter Benutzung einer Polierstufe,
wozu reines Kondensat-Waschwasser zusammen mit einem (nicht gezeigten)
Entfeuchter benutzt wird, um das Übertragen des mitgerissenen
Wassers zu minimieren. Zusätzlich
wird der ringförmige
Spalt 312 entweder kontinuierlich oder intermittierend
mit einem Inertgas, wie Stickstoff, von einer (nicht gezeigten)
Gasquelle gespült.
Die Strömung
des Spülgases
nach unten in Sprüh-Abschreckkammer 302 stellt
sicher, dass Synthesegas, Teilchen und Feuchtigkeit nicht in den
ringförmigen
Spalt nach oben gelangen, der durch Dampferzeugerrohre 310 und
die Wand 326 gebildet wird. Dieses Spülen verhindert ein Verschmutzen und
Verstopfen des Spaltes 312 und minimiert Korrosion in dem
ringförmigen
Spalt, der durch Dampferzeugerrohre 310 und Wand 326 geschaffen
ist.
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7 ist
eine schematische Ansicht einer dritten alternativen Sprühabschreckung 400.
Spezifisch zeigt 7 einen unteren Abschnitt eines Strahlungs-Synthesegaskühlers 122,
der zusammen mit dem (in 1 gezeigten) Vergaser 56 benutzt werden
kann. Strahlungs-Synthesegaskühler 122 schließt eine
Sprüh-Abschreckkammer 402 und
ein Wasserbecken 404 ein. Eine Vielzahl von Dampferzeugerrohren 406 bildet
einen Kegel, der Synthesegas von einer (nicht gezeigten) Kammer
oberhalb nach unten in Sprüh-Abschreckkammer 402 kanalisiert.
Alternativ kann der Kegel aus anderen Komponenten als Dampferzeugerrohren
konstruiert sein. So kann, z. B., der Kegel ein feuerbeständig ausgekleidetes
Metallgestell oder irgendeine andere Konstruktion sein, die zum
Dirigieren von mit Schlacke beladenem Synthesegas hoher Temperatur
in Sprüh-Abschreckkammer 402 geeignet
ist. In der beispielhaften Ausführungsform
ist die innere Oberfläche 108 der
Sprüh-Abschreckkammer 102 (wie
in 1 gezeigt) durch Einsatz eines Eintauchrohres 408,
das einen Durchmesser 410 aufweist, der etwa gleich dem
Durchmesser 412 der Öffnung
am Boden der Dampferzeugerrohre 406 ist, effektiv radial
nach innen bewegt. Das Eintauchrohr 408 ist an einem oberen
Abschnitt an einen unteren Abschnitt der Dampferzeugerrohre 406 gekoppelt
und erstreckt sich nach unten, sodass eine Bodenkante des Eintauchrohres 408 in
das Wasser im Wasserbecken 404 eingetaucht bleibt. In der
beispielhaften Ausführungsform schließt Eintauchrohr 408 einen
Abschreckring 414 ein, der in einem oberen Ende 416 des
Eintauchrohres 408 gebildet ist. Der Abschreckring 414 hält einen kontinuierlichen
Wasserfilm auf der inneren Oberfläche 418 des Eintauchrohres 408 aufrecht.
Wasser wird dem Abschreckring 414 durch eine erste Leitung 420 zugeführt, die
an eine (nicht gezeigte) externe Wasserzufuhr gekoppelt ist. In
der beispielhaften Ausführungsform
ist die erste Leitung 420 eine flexible Leitung. Der Wasserfilm,
der in das Wasserbecken 404 abfließt, stellt sicher, dass die
innere Oberfläche 418 feucht
bleibt, um leichter zu verhindern, dass sich Schlacke auf der inneren
Oberfläche 418 ablagert.
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In
der beispielhaften Ausführungsform schließt die Sprühabschreckung 400 auch
mindestens ein Austrittsrohr 422 ein. Austrittsrohr 422 schließt ein erstes
Segment 424, ein zweites Segment 426 und ein drittes
Segment 428 ein. Das erste Segment 424 ist fest
an das Eintauchrohr 408 gekoppelt, um es dem ersten Segment 424 zu
gestatten, sich zusammen mit dem Eintauchrohr 408 und den Dampferzeugerrohren 406 nach
oben und/oder nach unten zu bewegen, wenn sich die Dampferzeugerrohre 408 aufgrund
thermischer Wirkungen ausdehnen und zusammenziehen. Das zweite Segment 426 ist
fest an eine Wand 430 des Strahlungs-Synthesegaskühlers 122 gekoppelt.
In der beispielhaften Ausführungsform
ist das zweite Segment 426 unter Benutzung einer (nicht
gezeigten) mit Flansch versehenen Verbindung an Wand 430 gekoppelt.
Das dritte Segment 428 ist an das zweite Segment 426 gekoppelt
und derart angeordnet, dass es vollständig außerhalb des Strahlungs-Synthesegaskühlers 400 angeordnet
ist. In der beispielhaften Ausführungsform hat
ein unterer Abschnitt 432 des zweiten Segmentes 426 eine
Größe, um innerhalb
eines oberen Abschnittes 434 des ersten Segmentes 424 in
einer solchen Weise zu passen, dass ein ringförmiger Spalt 436 zwischen
dem ersten Segment 424 und dem zweiten Segment 426 gebildet
wird. Der ringförmige Spalt 436 gestattet
es dem ersten Segment 424 und dem zweiten Segment 426 sich
in axialer Richtung relativ zueinander zu bewegen. Wie in 8 gezeigt, schließt das erste
Segment 424 ein nach außen erweitertes Ende 438 am
oberen Abschnitt 434 ein und das zweite Segment 426 schließt ein nach
außen
erweitertes Ende 440 am unteren Abschnitt 432 ein. Die
nach außen
erweiterten Enden 438 und 440 gestatten es dem
ersten Segment 424 und dem Segment 426, sich aufgrund
eines durch thermische Expansion induzierten Verdrehens von Dampferzeugerrohren 120 im
Strahlungs-Synthesegaskühler 122 in einer
Winkelrichtung relativ zueinander zu bewegen. Darüber hinaus
ist ein Abschreckring 442 an den unteren Abschnitt 432 des
zweiten Segmentes 426 gekoppelt. Abschreckring 442 wird über eine
zweite Leitung 444 von außerhalb des Strahlungs-Synthesegaskühlers 122 mit
Wasser versehen. In der beispielhaften Ausführungsform ist die zweite Leitung 444 ein
fixiertes Rohr, das an eine (nicht gezeigte) äußeren Wasserquelle gekoppelt
ist. Abschreckring 442 verteilt einen Wasserfilm um eine äußere Oberfläche 446 des
zweiten Segmentes 426. Weiter schließt das zweite Segment 426 eine
Lippe 448 ein, die das Schaffen eines Hindernisses zwischen
dem ersten Segment 424 und dem zweiten Segment 426 erleichtert,
um Wasser, das durch Abschreckring 442 geliefert wird,
zur Ansammlung oberhalb der Lippe 448 zu veranlassen. Das
akkumulierte Wasser dient als eine Wasserdichtung 450 zwischen
dem fixierten zweiten Segment 426 und dem schwebenden ersten
Segment 424. Lippe 448 verteilt auch einen Wasserfilm um
eine innere Oberfläche 452 des
ersten Segmentes 424 mittels eines ringförmigen Spaltes 436.
In einer alternativen Ausführungsform
ist Lippe 448 nicht vorhanden und die Wasserdichtung wird
durch Eintauchen des unteren Abschnittes 432 des zweiten Segmentes 426 in
ein ringförmiges
Wasserbecken aufrechterhalten, das in einem (nicht gezeigten) nach oben
vorspringenden ringförmigen,
mit Sägezähnen versehenen
Damm enthalten ist, der nahe der Wasserdichtung 450 an
das zweite Segment 426 gekoppelt ist. Wasser, das durch
den Abschreckring 442 kontinuierlich dem Damm zugeführt wird,
strömt
unterhalb einer Bodenkante des unteren Abschnittes 432 des
zweiten Segmentes 426 und dann nach oben und radial nach
innen über
die Sägezähne des Dammes. Übertretendes
Wasser strömt
in den Bodenabschnitt des Austrittsrohres 422 in einer
solchen Weise, dass ein Wasserfilm auf den inneren Oberflächen des
Austrittsrohres 422 aufrechterhalten wird. Eine Bodenoberfläche des
Dammes ist mit einer Vielzahl von Löchern perforiert, was es gestattet,
dass irgendwelche Feststoffe, die sich im Damm ansammeln, austreten.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
ist das erste Segment 424 in einem positiven Höhenwinkel
orientiert, um das Fließen
irgendwelchen Wassers innerhalb des ersten Segmentes 424 durch
ein offenes erstes Ende 454 in Wasserbecken 404 zur weiteren
Behandlung zu erleichtern. An einen oberen Abschnitt 468 des
Austrittsrohres 422 ist eine Sprühdüse 466 gekoppelt und
ein oberer Abschnitt 468 des Austrittsrohres 422 ist
im Wesentlichen um die Sprühdüse 466 herum
abgedichtet. Alternativ können
mehrere Sprühdüsen 466 an
den oberen Abschnitt 468 des Austrittsrohres 422 gekoppelt
sein. Eine (nicht gezeigte) Quelle von Hochdruckwasser ist in Strömungsverbindung
an jede Sprühdüse 466 gekoppelt,
um eine kontinuierliche Wasserströmung bereitzustellen. Jede
Sprühdüse 466 ist
orientiert, Wasser abwärts
durch Austrittsrohr 422 und gegen die Strömung des
Synthesegases zu sprühen.
An den unteren Abschnitt 456 des zweiten Segmentes 426 ist
eine Sprühdüse 458 gekoppelt
und der obere Abschnitt 456 des zweiten Segmentes 426 ist
im Wesentlichen um Sprühdüse 458 herum
abgedichtet. Alternativ können
mehrere Sprühdüsen 458 mit
dem oberen Abschnitt 456 des zweiten Segmentes 426 gekoppelt
sein. Eine (nicht gezeigte) Quelle von Hochdruckwasser ist in Strömungsverbindung
an jede Sprühdüse 458 gekoppelt,
um eine kontinuierliche Wasserströmung bereitzustellen. Jede
Sprühdüse 458 ist
orientiert, Wasser nach unten durch das zweite Segment 426 und
gegen die Strömung
des Synthesegases zu sprühen.
Das dritte Segment 428 schließt mindestens eine Sprühdüse 470 ein,
die das zusätzliche
Kühlen
und Waschen des Synthesegases erleichtert. Eine (nicht gezeigte)
Quelle von Hochdruckwasser ist in Strömungsverbindung an jede Sprühdüse 470 gekoppelt,
um eine kontinuierliche Wasserströmung bereitzustellen. Das dritte
Segment 428 schließt
auch einen Abschreckring 460 ein, der einen Film sauberen
Wassers, das über
Leitung 472 geliefert wird, um eine innere Oberfläche 462 des dritten
Segmentes 428 verteilt. Das dritte Segment 428 schließt mehrere
Gas-Wasser in Berührung
bringende Tröge 464 ein,
die in ähnlicher
Weise entworfen sind und betrieben werden, wie die oben in 6 beschriebenen
Gas-Wasser in Berührung
bringenden Tröge.
Sauberes Wasser hohen Druckes von einer (nicht gezeigten) Quelle
wird durch Leitung 474 den Gas-Wasser in Berührung bringenden Trögen zugeführt. Sauberes
Synthesegas, das abgeschreckt, gekühlt und gründlich frei von Teilchen gewaschen
wurde, tritt über
Austrittsdüse 476 zur
weiteren Behandlung stromabwärts
des Vergasers aus dem System aus.
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Während des
Betriebes enthält
heißes
Synthesegas, das durch die Leitung strömt, die durch die Dampferzeugerrohre 406 gebildet
ist, sowohl feine Teilchen als auch größere Teilchen oder Tröpfchen von
teilweise erstarrter geschmolzener Schlacke. Mit ihrem größeren Momentum
fallen die Schlacketröpfchen
in das Wasserbecken 404, wo sie rasch abgeschreckt werden,
erstarren und abgefangen werden. In der beispielhaften Ausführungsform
strömt
das Synthesegas dann in Austrittsrohr 422. Die Sprühnebel hoher
Dichte, hoher Intensität
aus einer Sprühdüse 466 innerhalb
des ersten Segmentes 424 erleichtern das Kühlen und
Waschen des Synthesegases. Das teilweise abgekühlte und gewaschene Synthesegas
strömt
dann durch das zweite Segment 426. Zusätzliche Sprühnebel hoher Dichte hoher Intensität von den
Sprühdüsen 458 erleichtern
das zusätzliche Kühlen und
Waschen des Synthesegases. Das Synthesegas strömt dann durch das dritte Segment 428. Zusätzliche
Sprühnebel
hoher Dichte, hoher Intensität
von Sprühdüsen 470 erleichtern
das weitere Kühlen
und Waschen des Synthesegases. Tröge 464 vervollständigen das
Kühlen
und Waschen des Synthesegases unter Nutzung einer Polierstufe, bei
der sauberes Kondensat-Waschwasser eingesetzt wird. Steigt der Druck
des Synthesegases innerhalb des Strahlungs-Synthesegaskühlers 122 rasch
an, dann wird das Wasser in der Wasserdichtung 450 und
das das Eintauchrohr 408 im Wasserbecken 404 umgebende
Wasser temporär
aus den durch Wasserdruck erzeugten Dichtungen geblasen und der
Druck vermindert sich. Wegen der konstanten Strömung von Wasser aus Abschreckring 414 und
Austrittsrohr 422 wird das Wasser rasch ersetzt und stellt
die durch Wasser-Druck erzeugten Dichtungen wieder her.
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9 ist
eine schematische Ansicht einer vierten alternativen Sprühabschreckung 500.
In der beispielhaften Ausführungsform
ist die Sprühabschreckung 500 innerhalb
eines Strahlungs-Synthesegaskühlers,
wie eines (in 1 gezeigten) Strahlungs-Synthesegaskühlers 122 angeordnet
und schließt
eine erste Wand 502 und eine zweite Wand 504 ein,
die radial innerhalb der ersten Wand 502 angeordnet sind.
Die erste Wand 502 schließt eine Vielzahl von Sprühdüsen 506 ein,
die entlang einer inneren Oberfläche 508 der
ersten Wand 502 und in einem vorbestimmten Intervall von
einem oberen Ende 510 der Sprühabschreckung 500 zu
einem gegenüberliegenden
Bodenende 512 angeordnet sind. Die zweite Wand 504 schließt mehrere
Sprühdüsen 506 ein,
die entlang einer äußeren Oberfläche 514 und
einer inneren Oberfläche 516 der
zweiten Wand 504 und in einem vorbestimmten Intervall vom
oberen Ende 510 der Sprühabschreckung 500 zum
Bodenende 512 angeordnet sind. In der beispielhaften Ausführungsform
schließt
die Sprühabschreckung 500 einen
ersten Ausgang 518 und einen gegenüberliegenden Ausgang 520 ein.
In einer alternativen Ausführungsform
schließt
die Sprühabschreckung 500 nur
einen ersten Ausgang 518 ein.
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10 ist
eine schematische Ansicht einer fünften alternativen Sprühabschreckung 600.
In der beispielhaften Ausführungsform
schließt
Sprühabschreckung 600 einen
Sprühring 602 ein,
der an einen Kegel gekoppelt ist, der Synthesegas nach unten in
Sprüh-Abschreckkammer 602 kanalisiert.
Alternativ kann der Kegel aus anderen Komponenten als Dampferzeugerrohren
konstruiert sein. Der Kegel kann, z. B., ein feuerfest ausgekleidetes
Metallgestell oder irgendeine andere Konstruktion sein, die geeignet
ist, mit Schlacke beladenes Synthesegas hoher Temperatur in Sprüh-Abschreckkammer 602 zu
dirigieren. In der beispielhaften Ausführungsform sind mehrere Sprühdüsen 604 an
Sprühring 602 gekoppelt.
Heißes
Synthesegas tritt aus dem Kegel und strömt durch den Wassersprühnebel von
den Sprühdüsen 604 und
kühlt und
wäscht
dadurch das Synthesegas. Ein Leitblech 606 ist zwischen
den Sprühdüsen 604 und
einem Austrittsrohr 608 angeordnet. Das Leitblech 606 erleichtert,
das Synthesegas zum Strömen
durch mehrere Sprühdüsen 612 zu
zwingen, die an die Sprühabschreckung 600 gekoppelt sind,
was das Synthesegas weiter kühlt
und wäscht. Alternative
Ausführungsformen
der Sprühabschreckung 600 können mehr
oder weniger Leitbleche 606 einschließen. Alternative Ausführungsformen
der Sprühabschreckung 600 können Leitbleche 606 einschließen, die
anders als in der beispielhaften Ausführungsform gezeigt angeordnet
sind. In der beispielhaften Ausführungsform
schließt
Sprühabschreckung 600 auch
mehrere Sprühnebel 610 ein,
die innerhalb des Austrittsrohres 608 angeordnet sind,
um ein zusätzliches
Kühlen
und Waschen des Synthesegases zu erleichtern.
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Während des
Betriebes enthält
heißes
Synthesegas, das durch die Leitung strömt, die durch die Dampferzeugerrohre
gebildet wird, sowohl feine Teilchen als auch größere Teilchen oder Tröpfchen von teilweise
erstarrter geschmolzener Schlacke. Wegen ihres größeren Momentum
fallen, die Schlacketröpfchen
in ein Wasserbecken, wie Wasserbecken 404 (gezeigt in 1),
wo sie rasch abgeschreckt werden, erstarren und abgefangen werden.
Synthesegas tritt aus dem Konus aus und strömt durch Sprühring 602,
wobei das Synthesegas durch die Wassersprühnebel von den Sprühdüsen 604 gekühlt und
gewaschen wird. Das aus dem Sprühring 602 austretende
Synthesegas wird dann durch Leitblech 606 durch zusätzliche
Sprühdüsen 612 kanalisiert,
während
das Synthesegas in Richtung Austrittsrohr 608 strömt. Das
Synthesegas strömt
dann durch Austrittsrohr 608, wo das Synthesegas weiteren
Wassersprühnebeln
von Sprühdüsen 610 ausgesetzt
wird.
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11 ist
eine schematische Ansicht einer sechsten alternativen Sprühabschreckung 700.
In der beispielhaften Ausführungsform
schließt
die Sprühabschreckung 700 einen
konvergierenden Kegel 702 und einen divergierenden Kegel 704 ein,
der an den konvergierenden Kegel 702 gekoppelt ist. Ein Hals 716 ist
an dem Punkt gebildet, wo sich der konvergierende Kegel 702 und
der divergierende Kegel 704 treffen. Ein Sprüh-Abschreckring 706 ist
an ein oberes Ende 708 des konvergierenden Kegels 702 gekoppelt.
Der Sprüh-Abschreckring 706 schließt mehrere
Sprühdüsen 710 ein.
In der beispielhaften Ausführungsform
sind die mehreren Sprühdüsen 710 umfangsmäßig um Sprüh-Abschreckring 706 angeordnet.
Spezifischer sind Sprühdüsen 710 um Sprüh-Abschreckring 706 derart
angeordnet, dass jede Sprühdüse 710 in
gleichem Abstand von jeder benachbarten Sprühdüse 710 angeordnet
ist. In der beispielhaften Ausführungsform
ist jede Sprühdüse 710 in
einem vorbestimmten Winkel orientiert, um leichter eine Wirbelströmung zu
erzeugen, wenn Synthesegas durch den Sprüh-Abschreckring 706 strömt. Sprüh-Abschreckring 706 wird
durch mehrere Wasserzufuhr-Leitungen 712, die in Strömungsverbindung
an eine (nicht gezeigte) Wasserquelle gekoppelt sind, mit Wasser
versehen. In der beispielhaften Ausführungsform sind die mehreren
Wasserzufuhr-Leitungen 712 umfangsmäßig um Sprüh-Abschreckring 706 angeordnet.
Spezifischer ist jede Wasserzufuhr-Leitung 712 etwa 90
Grad von der nächsten
Wasserzufuhr-Leitung 712 angeordnet. In der beispielhaften Ausführungsform
schließt
die Sprühabschreckung 700 auch
mehrere Sprühdüsen 714 ein.
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Während des
Betriebes enthält
heißes
Synthesegas, das durch die Leitung strömt, die durch die (nicht gezeigten)
Dampferzeugerrohre gebildet wird, sowohl feine Teilchen als auch
größere Teilchen
oder Tröpfchen
von teilweise erstarrter geschmolzener Schlacke. Wegen ihres größeren Momentum
fallen die Schlacketröpfchen
in ein Wasserbecken 718, wo sie rasch abgeschreckt werden,
erstarren und abgefangen werden. Das Synthesegas strömt durch Sprüh-Abschreckring 706,
wo es durch Wasser von Sprühdüsen 710 gekühlt und
gewaschen wird. Die Position und winkelmäßige Orientierung der Sprühdüsen 710 zwingt
das Synthesegas in eine Wirbelströmung, was die Geschwindigkeit
des Synthesegases erhöht,
wenn es mit dem Wasser in Berührung kommt,
was ein zusätzliches
Kühlen
und Waschen erleichtert. Nähert
sich das Synthesegas dem Hals 716, dann wird es durch Sprühdüsen 714 einem
zusätzlichen
Kühlen
und Waschen unterworfen, was eine Mischung aus Synthesegas und Wasser,
erzeugt. Der divergierende Kegel 704 wirkt als ein Diffusor,
um die Geschwindigkeit des Synthesegases zu verringern, was ein
zusätzliches
Aussetzen gegenüber
dem Wasser erleichtert.
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12 ist
eine schematische Ansicht einer siebenten alternativen Sprühabschreckung 900.
In der beispielhaften Ausführungsform
strömt
Synthesegas durch den Kegel, der durch Dampferzeugerrohre 906 gebildet
wird, und tritt in Strömungsleitung 920
ein,
die das Synthesegas nach unten zu einem wassergefüllten Becken 918 dirigiert.
Mehrere Wassersprühdüsen 904,
die um die Peripherie der Oberkante der Leitung 920 angeordnet
sind, erleichtern das Kühlen
und Waschen des Synthesegases, während
es durch die Leitung hindurchgeht. Mehrere Wassersprühdüsen 914,
die um die Peripherie der Bodenkante der Leitung 920 angeordnet
sind, erleichtern das Kühlen
und Waschen des Synthesegases im Bodenabschnitt der Zuführung ebenso
wie im Raum zwischen der Bodenkante 916 der Leitung und dem
Wasserbecken 918. Die Bodenkante 916 der Leitung 920 hat
eine sägezahnförmige Konfiguration, die
eine gleichmäßige Verteilung
von Synthesegas erleichtert, wenn es aus der Leitung austritt und
in den ringförmigen
Raum 922 gelangt, der durch die äußere Oberfläche der Strömungsleitung 920 und
die Wand der Sprüh-Abschreckkammer 926 gebildet wird.
Der ringförmige
Raum 922 enthält
mehrere Tröge 902 und
mehrere Sprühdüsen 924.
Die Sprühdüsen 924 liefern
kontinuierlich Wasser zu den Trögen 902,
um das Wasserniveau und die Wasserreinheit des durch die Tröge 902 gehaltenen
Wassers aufrechtzuerhalten. Da jeder Trog 902 ein Füllniveau übersteigt,
das durch eine Oberkante 908 einer Trogwand 910 definiert
ist, tritt Wasser unter Bildung eines Wasserfalles aus Trog 902 aus.
Strömt
das Synthesegas zwischen den Trögen 902 zu
einem Austrittsrohr 912, dann strömt das Synthesegas durch die
Wasserfälle
und wird weiter gekühlt
und gewaschen. In einer Ausführungsform
enthält
jeder Trog 902 eine (nicht gezeigte) Vielzahl von Löchern. In
einer Ausführungsform
strömt
Synthesegas durch das durch Trog 902 gehaltene Wasser und
durch die Löcher.
In einer anderen Ausführungsform
schließen Tröge 902 eine
(nicht gezeigte) Lippe ein, um das Aufrechterhalten eines konstanten
Wasserniveaus in den Trögen 902 zu
erleichtern.
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Während des
Betriebes enthält
heißes
Synthesegas, das durch die Leitung strömt, die durch die Dampferzeugerrohre 906 gebildet
wird, sowohl feine Teilchen als auch größere Teilchen oder Tropfen
von teilweise erstarrter geschmolzener Schlacke. Bei ihrem größeren Momentum
fallen die Schlacketröpfchen
in ein Wasserbecken 918, wo sie rasch abgeschreckt werden,
er starren und abgefangen werden. Während das Synthesegas, die
Teilchen und Schlacketröpfchen
durch die Synthesegas-Strömungsleitung 920 nach
unten strömen,
werden sie durch Wasser von Sprühdüsen 904 und 914 gekühlt und
abgeschreckt. Das am Boden der Synthesegas-Strömungsleitung 920 austretende
Synthesegas ändert die
Richtung und wird zwischen den Trögen 902 und durch
in den Trögen 902 gebildete
Löcher
dirigiert. Während
es zwischen den Trögen 902 strömt, wird das
Synthesegas durch Wasser von Sprühdüsen 924 und
auch durch Wasserfälle,
die durch aus den Trögen 902 überfließendes Wasser
gebildet werden, gekühlt
und gewaschen.
-
Ein
Element oder eine Stufe, die hierin im Singular zitiert werden und
vor denen ein „ein” oder „eine” steht,
sollten dahingehend verstanden werden, dass sie die Mehrzahl dieser
Elemente oder Stufen nicht ausschließen, wenn ein solcher Ausschluss nicht
ausdrücklich
genannt ist. Weiter sollten Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung
nicht dahingehend interpretiert werden, dass sie die Existenz zusätzlicher
Ausführungsformen
ausschließen,
die die genannten Merkmale auch aufweisen.
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Die
oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen bieten ein einfaches
und robustes Mittel zum Kühlen
von Synthesegas und Entfernen mitgerissener Teilchen in einer Weise,
die für
den Einsatz in einer Synthesegas-Kühlerkonfiguration nur durch Strahlung
geeignet sind. Die Strömungsraten
und Raumdichten der verschiedenen Sprühnebel können dahingehend geregelt werden,
dass sie das erwünschte
Niveau des Abschreckens und Aus waschens von Teilchen in allen Fällen sicherstellen.
Die Designs stellen sicher, dass alle Oberflächen innerhalb der Sprüh-Abschreckkammer
zu allen Zeiten mit mindestens einem dünnen Wasserfilm bedeckt sind, wodurch
das Ablagern von Schlacke durch Ansammeln auf irgendwelchen der
Oberflächen
verhindert wird und Instandhaltungsaufwand und Ausschaltzeit für die Anlage,
die mit solchen Ablagerungen verbunden sind, vermieden werden. Weiter
vereinfachen die oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen die
Ausrüstung,
die zum Kühlen
von Synthesegas und zum Entfernen von Teilchen erforderlich sind,
indem alle Funktionen zum Abschrecken und Entfernen von Teilchen
in der Sprüh-Abschreckkammer selbst
vorhanden sind, was die Notwendigkeit für ein großes separates Synthesegas-Wäschergefäß beseitigt.
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Beispielhafte
Ausführungsformen
von Vergasungssystemen und -Verfahren, bei denen ein Strahlungs-Synthesegaskühler mit
einer Sprühabschreckung
in einen Vergaser einbezogen werden, um das Synthesegas in dem Vergaser
zu kühlen,
sind oben detailliert beschrieben. Die dargestellten Komponenten
des Vergasungssystems sind nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen
Ausführungsformen
beschränkt,
sondern es können
Komponenten jedes Systems unabhängig
und separat von anderen hierin beschriebenen Komponenten benutzt
werden. So können,
z. B., die oben beschriebenen Vergasungssystem-Komponenten auch
in Kombination mit anderen Systemkomponenten benutzt werden. Der
Fachmann wird erkennen, dass bei der Beschreibung der vorhergehenden
beispielhaften Ausführungsformen in
Bezug auf das Sprühabschrecken
heißen
Synthesegases, das aus dem Boden eines Strahlungs-Synthesegaskühlers austritt,
die verschiedenen Ausführungsformen
direkt mit einer Vergaser-Reaktionskammer gekoppelt werden können, ohne
dass ein Strahlungs-Synthesegaskühlerdazwischengeschaltet
ist, um ein unmittelbares Abschrecken des heißen Synthesegases ohne Benutzung
einer ersten indirekten Wärmebeseitigungsstufe
in Form eines Strahlungs-Synthesegaskühlers bereitzustellen. Weiter wird
der Fachmann erkennen, dass in allen oben beschriebenen Ausführungsformen
Mittel bereitgestellt werden, um aus dem System periodisch irgendwelche
Schlacke zu entfernen, die sich im Wasserbecken ansammelt, indem
man eine geeignete Vorrichtung, wie einen Trichter oder eine Feststoffpumpe
benutzt, und dass das Sprühwasser
und das Waschwasser, das sich im Wasserbecken ansammelt, kontinuierlich
von diesem Becken in einer kontrollierten Weise heruntergeblasen
wird, um in dem Becken ein stationäres Wasserniveau aufrechtzuerhalten.
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Während die
Erfindung in Form verschiedener spezifischer Ausführungsformen
beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung
mit Modifikation innerhalb des Geistes und Umfanges der Ansprüche ausgeführt werden
kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Verfahren zum Zusammenbauen einer Sprüh-Abschreckvorrichtung wird
bereitgestellt. Das Verfahren schließt das Koppeln eines ersten
Endes eines Austrittsrohres an eine Abschreckkammer derart, dass
sich das Austrittsrohrende in Strömungsverbindung mit der Abschreckkammer
befindet, Koppeln mindestens einer Sprühdüse an ein gegenüberliegendes
zweites Ende des Austrittsrohres derart, dass aus der Sprühdüse emittiertes
Wasser das Austrittsrohr füllt
und einen Wasserfilm über
einer inneren Oberfläche
des Austrittsrohres bildet, Koppeln einer Wasserquelle an die Abschreckkammer
zum Bereitstellen eines im Wesentlichen kontinuierlichen Wasserfilmes
entlang einer inneren Oberfläche
der Abschreckkammer und Koppeln mindestens einer Auslassvorrichtung
an die Abschreckkammer zum Bereitstellen eines Wassersprühnebels
in der Abschreckkammer ein, wobei das Wasser des Wasserfilms und
der Wassersprühnebel
in einen Wasserbehälter
fließen.
