DE1918171A1

DE1918171A1 - Gaskuehler zum Kuehlen von Synthesegas,Spaltgas und dergleichen Gasen

Info

Publication number: DE1918171A1
Application number: DE19691918171
Authority: DE
Inventors: Frohmut Vollhardt
Original assignee: Siegener AG Geisweid
Current assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Priority date: 1969-04-10
Filing date: 1969-04-10
Publication date: 1970-12-03
Also published as: HU167523B; GB1264105A; US3690374A; DE1918171B2; JPS4912321B1; SU414811A3

Description

ffirma Siegener AG Geisweid, L¹Jaenkonstruktion, Brückenbau,. Yerzinkerei, Hüttental- Geisweid.

" Gaskühler zum."Kuhlen von Synthesegas, Spaltgas u.dgl. Gasen".

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaskühler zum Kühlen von Synthesegas, Spaltgas od.dgl. Gasen nach Art eines stehenden Rauchrohrkesseis.

Insbesondere bei Spaltgasen, aber auch bei Synthesegas und ähnlich sich verhaltenden Gasen, kommt es darauf an, das Gas schnell abzukühlen, um Reaktionen der bei hohen Temperaturen sehr reaktionsfähigen, olifinischen Verbindungen beim Abkühlen schnell zu unterbinden, bzw. das Synthesegas mit hoher Geschwindigkeit durch die Rohre zu führen, um so ein Verschmutzen der Heizflächen zu verhindern. Bei Anwendung eines Gaskühlers nach Art eines Rauchrohrkessels ergeben sich hierbei insofern Fachteile, als der verhältnismäßig große Wasserraum eines solchen Kessels bei voller Beaufschlagung desselben mit heißen Gasen nur eine sehr geringe Wasserströmungsgeschwindigkeit erzeugt, so daß an der Aussenwand das Gas führender Rohre große Dampfblasen des Kühlmediums, im allgemeinen T/aaser, entstehen, die überhitzt v/erden müssen, um bei den niedrigen Strömungs - und Differenzdruckverhältnissen sich von der Aussenwand der Rohre zu lösen.

Die hierdurch zwangsläufig bedingte Ausbildung grosser überhitzter Dampfblasen an den äusseren Wänden der gasführenden Rohre mindert aber den Wärmeübergang zwischen der Rohrwandung und dem Kühlmedium in erheblichem Maße, so daß an der

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Stelle der Rohrwandung, an der eine Bampfblase haftet, die Gefahr einer Überhitzung gegeben ist» Eöst sicli aber plötzlich eine solche Dampfblase, so wird die heiße Sohrstelle durch nachströmendes Kesselkühlmedium sofort abgeschreckt, wodurch die Rohre fortlaufend Ihermoschocks unterworfen sind, die zu einer vorzeitigen Zerstörung der gasführenden Bohre des Kessels-führen.

Durch diese unzulängliche Abkühlung der gasführenden Rohre' tritt ferner aber auch innerhalb derselben der Eachteil" auf, daß an. den Rohrstellen, an denen die goßen Kühlisitt eldampf blas en sich bilden, Polymerisationsprodukte entstehen, die in den gasführenden Rohren kondensieren und verkoken, sowie diese verengen, wodurch der Druckverlust innerhalb dieser Rohre ansteigt, der schließlich zu einer Betriebsunterbrechung führt. Die geschilderten Nachteile treten insbesondere beim Infahren eines Gaskühlers auf β

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Nachteile und sieht einen Gaskühler der eingangs genannten Art vor, bei dem die das Gas führenden, kreisförmig um die Kühlerlängsachse angeordneten Rohre von einer den Strömungsquerschnitt des Kühlmediums in Nähe der Rohre verringernden, konzentrisch um die Kühlerlängsachse und zwischen der Kesselwand und den Rohren angeordneten Zylinderwand umgeben sind und innerhalb des durch die senkrechten, das Gas führenden Rohre gebildeten Kreises ein gleichfalls zur Kühlerlängsachse konzentrischer rohrloser Zylinder angeordnet ist"♦

Das Kühlmedium, vorzugsweise vVasser, fällt durch den inneren rohrIosen Zylinder abwärts, um an seinem unteren linde in seiner Bewegungsrichtung umgekehrt zu werden und von dort zwischen dem inneren und dem äussen Zylinder an den senkrechten Rohren aufwärts zu steigen« Hierbei durchströmt das aufsteigende Kühlmedium einen in seinem Querschnitt engen Raum, der von dem inneren und dem äußeren Zylinder begrenzt wird, in welchem die gasführenden Rohre angeordnet sind. Dieser geringe Querschnitt läßt keine großen Kühlmitteldampfblasen an den Rohr außenwand en ent-

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stehen« Vorzugsweise weicht der Querschnitt des inneren Zylinders nicht wesentlich, vom freien Querschnitt des äußeren Zylinders ab.

Es ist ein Strahlungswärmeaustauseher bekannt (DAS 1 069 809), der, abgesehen von dem Unterschied der G-attung zu dem Erfindungsgegenstand, nur einen den Rohrkreis umgebenden Zylinder zeigt, dessen Anordnung nur eine minimale Verringerung des Strömungsquerschnittes des in diesem Pail wärmeabgebenden Me- · diums mit sich bringt<>

In weiterer Ausbildung der Erfindung sitzt der äußere Zylinder mit seinem unteren Ende auf dem Kesselboden oder einer unteren Zwischenwand auf, während das untere Ende des inneren Zylinders im Abstand von dem Boden oder der Zwischenwand gehalten isto

Gleichfalls zur Steuerung des Kühlmittelstromes ist. in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß .der innere Zylinder den äußeren Zjrlinder überragt.

Vorzugsweise wird der äußere Zylinder im Abstand von einem weiteren rohrlosen Zylinder umgeben, in welchem wiederum das Kühlmedium abwärtsströmt, um dann um 180 umgekehrt nunmehr zwischen diesem weiteren Zylinder und der Kesselwand in den Sammelraum zu gelangen, von welchem aus der Dampf abgezogen werden kann. Die von dem äußeren Zylinder umgebenen senkrechten gasführenden Rohre sind hierbei an ihrem oberen Ende radial auswärts gerichtet und gehen in konzentrisch zur Längsachse zwischen dem weiteren Zylinder und der Kesselwand liegenden Spiralwindungen über.

Es ist an sich bekannt, Wärmöaustauscherrohre in Fähe der Austauscher innenwand in Spiralwindungen zu führen, wie es auch bekannt ist, senkrechte Rohre in radial nachaißen gehenden Rohrabschnitten übergehen zu lassen, die ihrerseits in spiralförnig gewundene Rohre übergehen. Der Schutz für vorliegende

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Erfindung soll sich daher nicht auf eine Kombination von senkrechten Austauscherrohren mit sie "umgebenden spiralförmigen . Rohrabschnitten erstrecken.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gaskühlers nach der lsrfinduing dargestellt und zwar zeigt

jj'ig. 1 einen senkrechten Seitenschnitt und Pig ο 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Figo 1

Der zylinderförmige Kessel 1 ist stehend angeordnet, trägt an seinem oberen Ende . den Dampfsammeiraum 2 und geht an seinem unteren lande in einen Verteilerraum 3 über, an den sich der Gaszutritt sraum 4 mit der Gaseintrittsleitung 5 anschliei3t.

Der Kesselraum 6 bzw«, dessen konischer unterer Abschnitt 6a, ist nach unten durch -einen Boden oder eine Zwischenwand 7» die von mehreren auf einem Kreis. 8a angeordneten und konzentrisch zur Kessellängsachse K angeordneten Rohren 8 durchsetzt wird, von dem Verteilerraum 3 getrennt-. Die Rohre 8 ragen durch die "ft^rand 9 zwischen dem Verteilerraum 3 und dem Gaszutrittsraum 4 in den letztgenannten Raum.

Innerhalb des durch die senkrechten Rohre 8 gebildeten Kreises 8a (Pig. 2) ist ein innerer Zylinder 10 vorgesehen, der einen geringen Abstand zu den Rohren 8 besitzt, gleichfalls konzentrisch zur Kessellängsachse K .angeordnet ist und dessen unteres Ende 10a im Abstand von dem Boden oder der Zwischenwand 7 gelegen ist. Dieser mittlere Zylinder kann aurch geeignete Streben 11 in seiner Lage gehalten sein.

Der Kreis 8a der senkrechten Rohre 8 wird von außen von einem äußeren Zylinder 12 umschlossen, der mit dem inneren Zylinder 10 einen Raum 13 bildet, in welchem die Rohre 8 angeordnet sind ο Der Zylinder 12 ist wiederum konzentrisch zur Längsachse K angeordnet und ruht mit seinem unteren Ende 12a auf dem Boden oder der Zwischenwand 7. Der zwischen dem Zylinder 10 und dem

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äußeren Zylinder 12 gebildete ringförmige Zwischenraum 13 entspricht in seinem '·Querschnitt etwa dem Querschnitt des von dem inneren Zylinder 10 umschlossenen Raunu Der Abstand der Zylinder 10, 12 von den Rohren ist so gewählt, daß sich keine größeren Blasen des in dem Raum 13 strömenden Mediums "bilden können.

Das obere Snde 10b des inneren Zylinders ragt über das obere Ende 12b des äußeren Zylinders hervor.

Der äußere Zylinder 12 wird in seinem mittleren und seinem oberen Abschnitt von einem weiteren Zylinder 14 konzentrisch

umschlossen, wobei dieser letztgenannte wiederum einen ringförmigen Raum 15 zwischen sich und dem Zylinder 12 entstehen lässte Das obere linde 14a des Zylinders 14 schneidet mit dem oberen inde 12b des .äußeren Zylinders 12 ab, während das untere Ende des Zylinders 14 noch oberhalb des konischen Abschnitts 6a des Kesselraumes 6 en»det_e An ihrem obren Ende sind die Rohre 8 obornalb der Zylinderenden 12b und 14a radial auswärts gerichtet und von dort in Windungen 16 abwärts geführt. Diese Viindungen sind zv/iscnen dem weiteren Zylinder 14 und der Kesselwand 1a gelegen und münden in dem unteren konischen Abschnitt 6a des Kesselraumes in Austrittsrohre 17. In diesen Kesoelraumabschnitt 6a münden ferner Übertrittsrohre 18 des Verteilerraumes 3> in .denen die Kühlmittelfallleitung 19 mündet₀

Das zu kühlende Gas tritt durch die Leitung 5 in den Raum 4 und von dort in den unteren Abschnitt der Rohre 8 'ein, in welchem es aufwärts geführt und am oberen Ende radial nacxi aussen gelenkt wird. Von dort strömt das G-as durch die ,/indungen 16, um an den Austrittsrohren 17 aus dem Kessel abgekühlt auszutreten.

Auf seinem ',7eg durcn die Rohre 8 wird das Gas intensiv gekühlt, wobei das Kühlmedium, im allgemeinen Wasser, . in dem inneren Zylinder 10 abwärts fließt, um dann in dem verhältnismäßig kleinen Zwischenraum zwischen dem inneren Zylinder 10 und dem äußeren Zylinder 12 aufwärts zu strömen. Hierbei wird eine verhältnismäßig hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht, die einen guten

Wärmeaustausch bewirkt und das Ansetzen von Blasen an ,der Außen- * "viii;/; er

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seite der Rohre 8 sowie das Ansetzen von Polymerisationsprodukten oder sonstiger Itlagerungen an der Innenseite der gasführenden Rohre verhindert „ Das ¥asser aus dera Raum 2 fällt ferner in dem ringförmigen Zwischenraum 15 zwischen demäußeren Zylinder 12 und dem weiteren Zylinder 14 abwärts und wird bei 20 wieder aufwärts gelenkt, um an den Vindungen 16 der Rohre 8 entlangzuströmen ο Der Dampf gelangt in Richtung' ,der Pfeile zu einem Abscheider und wird aus dem Kessel abgezogen. ·

An die Stelle des inneren Zylinders 10 kann ein weiterer Kreis von das G-as führenden Rohren treten, wobei der Abstand der Rohrkreise sowie der Rohre jedes Kreises derai't gewählt wird, daß eine nennenswerte Querschnittsverringerung des. Strömungsraumes des Kühlmediums erreicht wird.

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Claims

Patentansprüche:

Gasküiiler zum Kühlen von Spaltgas,. Synthesegas Uodglo Gasen nach Art eines stehenden Rauchrohrkessels, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gas führenden, kreisförmig um die Kühlerlängsachse (K) angeordneten Rohre (8) von einer den Strömungsquerscmiitt des Kühlmediums in Nähe der Rohre (8) verringernden, konzentrisch um die.Kühlerlängsachse und zwischen der Kesselwand (1a) und den Rohren (8) angeordneten Zylinderwand umgeben sind und innerhalb des durch die senkrechten, das Gas führenden Rohre (8) gebildeten Kreises (8a) ein gleichfalls zur Kahlerlängsachse (K) konzentrischer rohrloser Zylinder (10) angeordnet ist«,

2« Gasküiiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Zylinder (12) mit seinem unteren Lnde (12a) auf dem Kesselboden oder einer unteren Zwischenwand (7) aufsitzt, während das untere Ende (10a) des inneren Zylinders (10) im Abstand von dem Boden oder der Zwischenwand (7) gehalten ist.

3ο Gasküiiler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Zylinder (TO) den äußeren Zylinder (12) überragt»

4· Gaskühler n;ich Ane-pruch 1 bis 3, dadurch .gekennzeichnet, daß der äußere Zylinder (12) im Abstand von einem weiteren rohrlosen Zylinder (14) umgeben ist.

5· Gaskühler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die- von dem äußeren Zylinder (12) umgebenen senkrechten, gasführenden Ho lire (3) an ihrem oberen Ende radial auswärts gerichtet sind und in konzentrisch zur Kühlerlängsachse (K) zwischen dem weiteren Zylinder (14) und der Kesselwand (1a) gelegenen Spiralwindungen (16) übergehen.

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