DE19501422C2 - Gekühltes Übergangsstück zwischen einem Wärmetauscher und einem Reaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein gekühltes Übergangsstück zwischen einem Wärmetauscher zur Kühlung von heißen Gasen und einem Reaktor.

Bei einem bekannten Wärmetauscher (US 4770239 A) sind die Rohrenden der gasführenden Rohre in eine dünne Rohrplatte eingeschweißt und schließen mit dieser Rohrplatte ab. Insbesondere auf der Gaseintrittsseite treten in dieser in der dünnen Rohrplatte liegenden Schweißnaht Wärmespannungen auf, die daraus resultieren, daß die Schweißnaht auf der einen Seite mit dem heißen Gas und auf der anderen Seite über die Rohrplatte mit dem Kühlmedium in Kontakt steht. Diese Wärmespannungen können bei der bekannten Konstruktion zu einem Reißen oder einem Undichtwerden der Schweißnaht führen.

Aus der DE 17 51 085 C ist ein Heißgaskühler bekannt, dessen gasführende Rohre auf der Gaseintrittsseite in eine dicke Rohrplatte eingesetzt sind. In dieser Rohrplatte sind Rohrabschnitte befestigt, in die die gasführenden Rohre koaxial eingeschoben sind. Die Enden der gasführenden Rohre und der in der Rohrplatte befestigten Rohrabschnitte ragen über die Rohrplatte hinaus in den Heißgas-Zuführungsraum und sind ringförmig umgekümpelt und miteinander verschweißt. Durch die vorstehenden Rohrenden soll eine thermische Schattenwirkung für die Rohrplatte erreicht werden. Bei einer dicken Rohrplatte besteht aber grundsätzlich der Nachteil, daß der Kühleffekt des Kühlmediums auf der Kühlmittelseite zu gering ist, um eine ausreichende Kühlung der Rohrplatte zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gekühlte Übergangsstück zwischen dem mit einer dünnen Rohrplatte versehenen Wärmetauscher und dem Reaktor so zu gestalten, daß Wärmespannungen zwischen dem gasführenden Rohr und der dünnen Rohrplatte minimiert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Übergangsstück fangen die verlängerten und umgestülpten Enden der gasführenden Rohre Wärmedehnungen durch eine elastische Verformung auf. Dadurch wird die auf der Gaseintrittsseite in der dünnen Rohrplatte liegende Verbindungsstelle mit dem gasführenden Rohr weitgehend frei von Wärmespannungen gehalten. Gleichzeitig können die verlängerten Rohrenden durch die besondere Führung des Kühlmediums gekühlt und dadurch vor Überhitzung geschützt werden. Zum weiteren Schutz gegen Überhitzung können die verlängerten Rohrenden in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung in eine keramische Masse eingebettet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Ansicht eines mit einem Reaktor verbundenen Wärmetauschers,

Fig. 2 den Schnitt II-II nach Fig. 1 und

Fig. 3 den Schnitt III-III nach Fig. 2.

Der Wärmetauscher 1 dient zum Kühlen von heißem Gas, insbesondere von Synthesegas, das durch Vergasung in einem Reaktor 2 hergestellt wird. Der Reaktor 2 ist innen mit einer feuerfesten Auskleidung 3 versehen und über ein Übergangsstück mit dem Wärmetauscher 1 verbunden. Das Übergangsstück ist als Wasserkammer 4 ausgebildet und wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Die als Übergangsstück dienende Wasserkammer 4 enthält einen Außenmantel 5, der auf der Gaseintrittsseite durch eine dünne Rohrplatte 6 und auf der Gasaustrittsseite durch eine dicke Rohrplatte 7 abgeschlossen ist. In dem von dem Außenmantel 5 umschlossenen Innenraum sind mehrere, im vorliegenden Fall drei Rohre 8 angeordnet, die gasdicht in den beiden Rohrplatten 6, 7 befestigt sind. Auf diese Weise dienen die Rohre 8 als Verankerungsrohre und stützen zusammen mit dem Außenmantel 5 die dünne Rohrplatte 6 auf der dicken Rohrplatte 7 ab.

Die dünne Rohrplatte 6 ist mit einem Flansch 9 versehen, der mit einem dickwandigen Blockflansch 10 über Schrauben verbunden ist. Der Blockflansch 10 ist in die Wand des Reaktors 2 eingeschweißt. Die dicke Rohrplatte 7 ist in die Wand des Wärmetauschers 1 eingeschweißt. In dem Außenmantel 5 ist ein Eintrittsstutzen 11 für ein Kühlmedium angebracht, durch den z. B. unter Druck stehendes Wasser zugeführt wird.

Durch jedes der Verankerung dienende Rohr 8 ist in einem Abstand von dessen Innenwand unter Bildung eines Ringspaltes 12 ein gasführendes Rohr 13 hindurchgesteckt. Die gasführenden Rohre 13 sind zum Reaktor 2 hin offen. Im Anschluss an die Wasserkammer 4 sind die gasführenden Rohre 13 durch den Wärmetauscher 1 als spiralenförmige Rohrschlangen weitergeführt, deren Enden aus dem Wärmetauscher 1 herausgeführt sind.

Die gasführenden Rohre 13 sind in Richtung auf den Reaktor 2 über die dünne Rohrplatte 6 hinaus verlängert. Diese verlängerten Rohrenden 14 sind nach außen umgestülpt und zu der dünnen Rohrplatte 6 zurückgeführt. In einem die Rohre 8 konzentrisch umgebenden Bereich sind die umgestülpten Rohrenden 15 auf der dem Reaktor 2 zugewandten Seite mit der dünnen Rohrplatte 6 verschweißt. Die verlängerten und umgestülpten Rohrenden 14, 15 bilden auf diese Weise einen Torus, der jeweils mit einem Teil der dünnen Rohrplatte 6 einen Hohlraum 16 dicht umschließt. Die so ausgebildeten Rohrenden 14, 15 können sich bei einer Wärmebelastung der gasführenden Rohre 13 durch das heiße Gas insoweit frei dehnen, daß keine Wärmespannungen in der Verbindung entstehen, über die die gasführenden Rohre 13 mit der dünnen Rohrplatte 6 verbunden sind.

Konzentrisch um die Rohre 8 sind durch die dünne Rohrplatte 6 innerhalb der Ringfläche zwischen dem Rohr 8 und dem umgestülpten Rohrende 15 des gasführenden Rohres 13 durchgehende Bohrungen 17 hindurchgeführt. Diese Bohrungen 17 verbinden den Innenraum der Wasserkammer 4 über den von den Rohrenden 14, 15 umschlossenen Hohlraum 16 mit dem Ringspalt 12 zwischen den Rohren 8, 13. Der Hohlraum 16 ist damit an den Kühlkreislauf angeschlossen, so dass die Rohrenden 14, 15 gekühlt und vor Überhitzung geschützt werden. Zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums in dem Hohlraum 16 und damit zur Verbesserung der Kühlwirkung können die Rohre 8 über die dünne Rohrplatte 6 hinaus bis in den Hohlraum 16 verlängert werden. Innerhalb des Hohlraumes 16 sind die Rohrenden der Rohre 8 als Leitkörper 19 zur Führung des Kühlmediums ausgebildet.

Zum weiteren Schutz gegen Überhitzung können die Rohrenden 14, 15 der gasführenden Rohre 13 in eine wärmebeständige, keramische Schicht 18 eingebettet sein.

Das in die Wasserkammer 4 über den Eintrittsstutzen 11 eingespeiste Kühlmedium tritt aus den Ringspalten 12 am rückwärtigen Ende der Wasserkammer 4 aus und gelangt in den Wärmetauscher 1. Hier kühlt es das heiße Gas, das die gasführenden, spiralenförmig gebogenen Rohre 13 durchströmt. Das sich dabei erwärmende Kühlmedium wird aus dem Wärmetauscher 1 in bekannter Weise abgeführt und einer Wärmenutzung zugeführt.

Claims (4)

1. Gekühltes Übergangsstück (4) zwischen einem Wärmetauscher (1) zur Kühlung von heißen Gasen und einem Reaktor (2) mit einer dünnen Rohrplatte (6), die über einen Außenmantel (5) und über Rohre (8) auf einer dicken Rohrplatte (7) abgestützt ist, wobei die Rohre (8) innerhalb des Außenmantels (5) angeordnet und dicht mit den Rohrplatten (6, 7) verbunden sind, wobei durch die Rohre (8) unter Bildung eines Ringspaltes (12) gasführende Rohre (13) hindurchgeführt sind, wobei die gasführenden Rohre (13) über die dünne Rohrplatte (6) hinaus verlängert sind und die verlängerten Rohrenden (14) nach außen umgestülpt und die umgestülpten Rohrenden (15) in einem radialen Abstand von den Rohren (8) mit der dünnen Rohrplatte (6) dicht verbunden sind und die dünne Rohrplatte (6) auf einer zwischen den umgestülpten Rohrenden (15) und den Rohren (8) liegenden Ringfläche von Bohrungen (17) durchdrungen ist.

2. Übergangsstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verlängerten und umgestülpten Rohrenden (14, 15) der gasführenden Rohre (13) in eine wärmebeständige keramische Schicht (18) eingebettet sind.

3. Übergangsstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (8) über die dünne Rohrplatte (6) hinaus bis in den von den Rohrenden (14, 15) der gasführenden Rohre (13) umschlossenen Hohlraum (16) verlängert und auf diesem Teil als Leitkörper (19) für das Kühlmedium ausgebildet sind.

4. Übergangsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Rohrplatte (6) mit einem Blockflansch (10) verbunden ist, der in die Wand eines Reaktors (2) zur Vergasung eingeschweißt ist.