DE19526403A1 - Vorrichtung zum Erzeugen von Gas unter hohem Druck und hoher Temperatur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Gas unter hohem Druck und hoher Temperatur, mit einem Luftver­ dichter, einer druckaufgeladenen Kohlefeuerung, einem der druckaufgeladenen Kohlefeuerung nachgeschalteten Hochtempera­ turwärmetauscher (HTWT) einer das Rauchgas zu Reingas reini­ genden Einrichtung, die ausgangsseitig an den HTWT angeschlos­ sen ist, und einer Einrichtung zum Einblasen von Druckgas in das Rauchgas.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-43 35 136 A1 bekannt. Sofern die druckaufgeladene Kohlefeuerung im Bereich hoher Adiabattemperatur betrieben wird, fällt die erzeugte Wärme praktisch bei maximaler Temperatur an. Dabei wird in Kauf genommen, daß die Asche bei diesen Temperaturen in flüssiger Form vorliegt. Der kritische Temperaturbereich, in dem die Asche aus dem flüssigen über den klebrig-zähflüssigen in den festen Zustand übergeht, liegt zwischen 1100 und 1450°C. Dieser Bereich wird bei der bekannten Vorrichtung im HTWT durchfahren, und zwar unter gleichzeitigem Einblasen von Druckgas. Dabei hat sich herausgestellt, daß eine Ablagerung der erstarrenden Aschetröpfchen an der Wärmetauscherwand nicht verhindert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der der kritische Bereich der Ascheverfestigung gefahrlos durchschritten werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung nach der Er­ findung dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einbla­ sen von Druckgas in das Rauchgas als Misch- und Verwirbelungs­ kammer ausgebildet und dem HTWT nachgeschaltet ist.

Der HTWT stellt eine separate erste Kühlstufe dar, in der das Rauchgas im Wärmeaustausch mit dem Reingas auf eine Tempe­ ratur abgekühlt wird, die noch oberhalb des kritischen Schlackeverfestigungsbereichs liegt. Eine Anlagerung und Verfe­ stigung der Schlacke an der Wärmetauscherwand ist also nicht zu befürchten. Das Durchfahren des kritischen Temperaturbereichs ist der zweiten Kühlstufe zugeordnet, nämlich der Misch- und Verwirbelungskammer. In dieser Stufe kommt kein konventioneller Wärmeaustausch zur Anwendung, sondern eine Kühlung durch Gas­ beimischung unter gleichzeitiger Verwirbelung. Die Verwirbelung hält die Aschetröpfchen in der Schwebe, so daß sie sich verfe­ stigen können, ohne Wandablagerungen zu bilden. Auch können sich in der Misch- und Verwirbelungskammer keine heißen Rauch­ gassträhnen ausbilden, in denen Aschetröpfchen in verflüssigtem Zustand gehalten werden.

Vorzugsweise ist ein konventioneller Wärmetauscher vorgese­ hen, der einerseits zwischen dem HTWT und der Reinigungsein­ richtung und andererseits zwischen der Reinigungseinrichtung und dem HTWT angeordnet ist, um das Rauchgas zusätzlich zu küh­ len, sofern dessen Temperatur hinter der Misch- und Verwirbe­ lungskammer für die anschließende Reinigung noch zu hoch ist.

Die Reinigungstemperatur hängt von der Art der Reinigung ab und kann z. B. bei ca. 850°C liegen, sofern mit keramischen Filtern, SNCR-Anlagen und Kalkeindüsung gearbeitet wird. Vor­ teilhafter ist es unter Umständen, daß die Reinigungseinrich­ tung eine Entstickungsvorrichtung, eine dieser nachgeschaltete Entschwefelungsvorrichtung und einen dieser nachgeschalteten Naßabscheider aufweist und daß zwischen der Entstickungsvor­ richtung und der Entschwefelungsvorrichtung ein weiterer Wärme­ tauscher angeordnet ist, der reingasseitig zwischen dem Naßab­ scheider und dem konventionellen Wärmetauscher liegt. Vor Eintritt in die Entstickungsvorrichtung liegt die Rauchgastem­ peratur z. B. bei ca. 350°C, während die Eintrittstemperatur am Naßabscheider z. B. ca. 135°C beträgt. Das Reingas verläßt den Naßabscheider mit z. B. ca. 50°C.

Der HTWT ist vorzugsweise als Gleichstrom-Wärmetauscher ausgebildet, so daß seine Wandtemperatur immer auf ausreichend hohem Niveau oberhalb 1450°C gehalten werden werden kann, auch wenn das Reingas zu Beginn seiner Aufheizphase eine wesentlich geringere Temperatur aufweist.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß der Strömungsweg für das Reingas den Strömungsweg für das Rauchgas umgibt und mit Füllkörpern, vorzugsweise in Form von Tetrapoden gefüllt ist, wobei der Strömungsweg für das Reingas außen von einer Wandung aus Aluminiumoxid mit extrem schlechter. Wärmeleitfähigkeit be­ grenzt sein kann. Dabei arbeitet der HTWT als Strahlrohr-Wärme­ tauscher. Bedingt durch einen relativ großen Strahlraum, ferner durch den hohen Gehalt an Kohlendioxid und Wasser im Rauchgas und schließlich durch den hohen Druck, erfolgt der Wärmeüber­ gang auf der Rauchgasseite zum größten Teil durch Gasstrahlung. Hingegen wird auf der Reingasseite die Wärme fast ausschließ­ lich konvektiv aufgenommen, da weder ein großer Strahlraum noch hohe Partialdrücke an Kohlendioxid und Wasser vorhanden sind. Zur Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung von dem inneren Rauchgasrohr auf das den Ringspalt durchströmende Reingas wird eine Kombination der Festkörperstrahlung des inneren Rohres mit Sekundärheizflächen hoher konvektiver Wärmeabnahme gewählt. Diese "Hilfsheizflächen" werden von den ein Haufwerk bildenden Tetrapoden zur Verfügung gestellt. Die Wand des inneren Rohres gibt die Wärme zum größten Teil durch Festkörperstrahlung an die Füllkörper ab. Der Wärmetransport von den Füllkörpern auf das Reingas erfolgt durch Konvektion. Die Wärmeübertragungslei­ stung des Strahlrohr-Wärmetauschers ist sehr gut.

Als Alternative wird in Weiterbildung der Erfindung vorge­ schlagen, daß der HTWT als Kreuz-Gleichstrom-Wärmetauscher aus­ gebildet ist. Die Wärmeübertragung erfolgt auf der Rauchgas­ seite durch die Überlagerung von konvektiver Wärmeübertragung und Strahlungswärmeübertragung (Gasstrahlung). Auf der Reingas­ seite wird die Wärme zum Teil direkt durch Konvektion und zum Teil indirekt durch Konvektion übertragen, und zwar letzteres über die Zwischenwände, auf die die Wärme durch Festkörper­ strahlung übergeht.

Besonders günstige Verhältnisse für den Kreuz-Gleichstrom- Wärmetauscher ergeben sich dann, wenn zwei um 90° gegeneinander versetzte Kreuz-Strömungswege für die Reingase im HTWT vorgese­ hen sind.

In jedem Falle ist es vorteilhaft, daß der Strömungsweg für das Rauchgas im wesentlichen vertikal und geradlinig durch den HTWT verläuft. Sofern nämlich. Flüssigaschetröpfchen unter der Wirkung der Schwerkraft nach unten fallen, gelangen sie in Zo­ nen höherer Temperatur und können in flüssigem Zustand abge­ schieden werden.

Die Misch- und Verwirbelungskammer kann an eine beliebige Druckgasquelle angeschlossen sein. Besonders vorteilhaft ist es, sie an den Luftverdichter anzuschließen, der ohnehin für die druckaufgeladene Kohlefeuerung erforderlich ist.

Bei der druckaufgelandenen Kohlefeuerung handelt es sich vorzugsweise um eine druckaufgeladene Kohlenstaubfeuerung (15 bis 25 bar), die einen nach oben gerichteten Rauchgasauslaß aufweist, auf dem der HTWT angeordnet ist. Letzterer bildet also mit der Feuerung zusammen eine gemeinsame Baueinheit.

Dabei wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die druckaufgeladene Kohlenstaubfeuerung einen unterhalb des Rauchgasauslasses liegenden zentralen Bereich aufweist und daß seitliche Brenner schräg nach unten in den zentralen Be­ reich hinein gerichtet sind. Flüssigasche, die im HTWT nach un­ ten wandert, gelangt also in den zentralen Bereich der Feue­ rung, in dem die höchste Prozeßtemperatur herrscht. Der Flüssig­ ascheaustrag erfolgt vorzugsweise über eine Ascheschleuse am unteren Ende des zentralen Feuerungsbereichs.

Vorteilhafterweise ist der Innenraum der von der druckauf­ geladenen Kohlestaubfeuerung und dem HTWT gebildete Baueinheit aus Bauelementen aus silicium-infiltriertem Siliciumkarbid zu­ sammengesetzt. Es wurde gefunden, daß dieses Material vorzüg­ lich geeignet ist, den Anforderungen des Prozesses zu genügen, d. h. hohen Temperaturen bei hohen Drücken und auch häufigen Lastwechseln mit großen Temperaturgradienten standzuhalten. Außerdem sind günstige Wärmeübertragungsverhältnisse gegeben. Schließlich lassen sich die einzelnen Bauelemente in ausrei­ chender Größe fertigen. Sie werden vorzugsweise unter Anwendung der Garniertechnik zusammengefügt. Damit wird auch bei hohen Temperaturen eine sehr gute Gasdichtigkeit sichergestellt. Außerdem ist diese Verbindung ebenso wie das SiSiC resistent gegen die aggressiven Rauchgase.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß dem HTWT reingasseitig eine Gasturbine nachge­ schaltet ist, die unter anderem den Luftverdichter für die druckaufgeladene Kohlefeuerung und ggf. für die Misch- und Ver­ wirbelungskammer antreibt, und daß die Gasturbine abgasseitig mit einem Abhitzekessel für eine Dampfturbine verbunden ist. Der mit dieser Vorrichtung durchführbare Gas- und Dampfturbi­ nenprozeß stellt die bevorzugte Anwendung der Erfindung dar, und zwar im Hinblick auf den dabei erreichbaren Wirkungsgrad, der zwischen denjenigen Werten liegt, die einerseits mit Erdgas und andererseits mit Gas aus der Kohlevergasung erzielbar sind. Gefahren wird mit der derzeit maximal zulässigen ISO-Temperatur am Gasturbineneintritt von 1200°C.

Eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades läßt sich dampf­ turbinenseitig erzielen, und zwar dadurch, daß die Dampfturbine mehrstufig ausgebildet ist und daß ein Rauchgas-Dampf-Wärme­ tauscher einerseits zwischen der Misch- und Verwirbelungskammer und dem konventionellen Wärmetauscher sowie andererseits zwi­ schen benachbarten Stufen der Dampfturbine angeordnet ist.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß die Misch- und Verwirbelungskammer als doppelwan­ diger zylindrischer Behälter mit einer Innenwand und einer Außenwand ausgebildet ist; daß der Behälter an seinem einen Ende einen zentralen düsenförmigen Rauchgaseinlaß aufweist; daß der Rauchgaseinlaß von einem Druckgaseinlaß in Form eines Düsensystems umgeben ist; und daß die Innenwand des Behälters Schlitze für den Durchtritt des Druckgases aufweist, wobei sich die Schlitze im wesentlichen in Umfangsrichtung der Innenwand erstrecken.

Dieser konstruktiven Gestaltung der Misch- und Verwirbe­ lungskammer kommt im Rahmen der Erfindung eine erhebliche Bedeutung zu. Die Kammer erfüllt nämlich zwei wesentliche Funktionen: Zum einen wird das Rauchgas gleichmäßig unter die Schlackeverfestigungstemperatur abgekühlt, ohne daß sich heiße Strähnen bilden. Hierfür sorgt die düsenförmige Einleitung des Rauchgases und des Druckgases, wodurch sich eine innige Vermi­ schung der beiden Ströme einstellt. Zum anderen werden die Schlacketröpfchen während des Verfestigungsvorganges daran gehindert, mit der Innenwand des Behälters in Berührung zu treten und sich dort anzulagern. Durch die Schlitze der Innen­ wand wird auf deren Innenseite ein Druckgasschleier aufgebaut, der die zentrale turbulente Strömung von der Innenwand fern­ hält.

Besonders günstige Misch- und Verwirbelungsverhältnisse werden dadurch erzielt, daß das Düsensystem des Druckgaseinlas­ ses einen höheren Impuls erzeugt als der düsenförmige Rauchga­ seinlaß.

Ferner ist es vorteilhaft, daß das Düsensystem des Druckgas­ einlasses eine innere, nach innen geneigte und eine äußere, im wesentlichen axial ausgerichtete Ringdüse aufweist, wobei letztere dem Ringraum zwischen der Außenwand und der Innenwand des Behälters zugeordnet ist. Das Druckgas aus der inneren Ringdüse wird also in dem Zentralbereich des Rauchgasstromes eingeleitet, während die äußere Ringdüse das Druckgas für den Aufbau des Schutzschleiers der Innenwand liefert.

Dabei wird ferner vorgeschlagen, daß das Düsensystem des Druckgaseinlasses zwischen der inneren Ringdüse und dem düsen­ förmigen Rauchgaseinlaß einen Kranz von Spaltdüsen aufweist, durch die zusätzliche Druckgasstrahlen in den Rauchgasstrom eingeleitet werden. Die Spaltdüsen sind vorteilhafterweise ebenfalls nach innen geneigt.

Ein weiteres bevorzugtes Merkmal besteht darin, daß die Schlitze der Innenwand des Behälters in umlaufenden Reihen angeordnet und derart gegeneinander versetzt sind, daß jeder Schlitz mit seinem einen Ende einen Schlitz in der benachbarten Reihe und mit seinem anderen Ende einen Schlitz in der über­ nächsten Reihe überlappt. Es wurde gefunden, daß auf diese Weise ein Schutzschleier aufgebaut werden kann, der mit großer Zuverlässigkeit die gesamte Innenfläche der Innenwand über­ deckt.

Am zentralen düsenförmigen Rauchgaseinlaß herrschen natur­ gemäß die höchsten Temperaturen, und es ist daher vorteilhaft, den Rauchgaseinlaß aus keramischem Material auszubilden.

Vorzugsweise ist die Misch- und Verwirbelungskammer im we­ sentlichen vertikal ausgerichtet, wobei sie von oben nach unten durchströmt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele im Zusammenhang mit der bei liegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 ein Fließschema einer ersten Ausführungsform eines Gas- und Dampfturbinen-Prozesses (GuD- Prozesses);

Fig. 2 ein Fließschema einer zweiten Ausführungsform eines GuD-Prozesses;

Fig. 3 eine aus Feuerung und HTWT gebildete Bauein­ heit;

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform der Bauein­ heit nach Fig. 3;

Fig. 5 die Einbauten des HTWT nach Fig. 4 in auseinan­ dergezogener Darstellung;

Fig. 6 ein Fließschema eines Gaserzeugers;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Misch- und Verwirbelungskammer;

Fig. 8 eine Einzelheit der Kammer nach Fig. 7;

Fig. 9 eine weitere Einzelheit der Kammer nach Fig. 7.

Der GuD-Prozeß nach Fig. 1 arbeitet mit einer Gasturbine 1, der ein zweistufiger Luftverdichter 2 vorgeschaltet ist. Eine aus einer Kohlenstaubfeuerung und einem Hochtemperaturwärme­ tauscher (HTWT) bestehende Baueinheit 3 erzeugt Rauchgas, das mit ca. 1600°C in eine Misch- und Verwirbelungskammer 4 ein­ tritt. Die Feuerung arbeitet bei hoher Adiabattemperatur, also bei knapp 2000°C. Die Reduzierung auf 1600°C erfolgt im HTWT. Das System arbeitet unter einem Druck von 18 bar, der vom Luft­ verdichter 2 geliefert wird.

Letzterer ist nicht nur an die Kohlenstaubfeuerung ange­ schlossen, sondern auch an die Misch- und Verwirbelungskammer 4. Die Beimischung der Druckluft, deren Temperatur bei knapp 300°C liegt, führt zu einer Temperaturabsenkung in der Kammer auf ca. 1000°C. Damit wird der kritische Bereich durchschrit­ ten, in dem die Flüssigasche sich verfestigt. Dieser Bereich liegt zwischen 1100 und 1450°C. Durch die Verwirbelung werden die Flüssigaschetröpfchen in der Schwebe gehalten, wobei sie sich gefahrlos in Feststoffpartikel umwandeln können.

Ein der Mischkammer 4 nachgeschalteter konventioneller Wär­ metauscher 5 läßt die Rauchgastemperatur auf ca. 350°C sinken. Mit dieser Temperatur tritt das Rauchgas in eine Reinigungsein­ richtung 6 ein. Letztere umfaßt eine Entstickungsvorrichtung 7, einen weiteren Wärmetauscher 8, der die Rauchgastemperatur auf ca. 135°C senkt, eine Entschwefelungsvorrichtung 9 und schließ­ lich einen Naßabscheider 10, in welchem die eigentliche Ent­ staubung stattfindet. Das aus dem Naßabscheider 10 austretende Reingas enthält weniger als 3 mg Asche/m³ Gas (im Normzustand) und erfüllen damit die von der Turbinenindustrie gestellten An­ forderungen.

Die Temperatur des Reingases hinter dem Naßabscheider 10 beträgt allerdings lediglich 50°C. Die Aufheizung auf die Tur­ bineneintrittstemperatur erfolgt im Wärmeaustausch zum Rauch­ gas.

Zuerst passiert das Reingas den weiteren Wärmetauscher 8, in welchem sich seine Temperatur auf ca. 285°C erhöht. Sodann wird der konventionelle Wärmetauscher 5 durchströmt, der eine Temperaturerhöhung auf ca. 965°C bewirkt. Die letzte Temperatur­ steigerung auf ca. 1200°C erfolgt im HTWT der Baueinheit 3.

Hinter der Gasturbine 1 tritt das Reingas mit ca. 600°C in einen Abhitzekessel 11 ein, in welchem Dampf für eine Dampftur­ bine 12 erzeugt wird. Der Gesamtwirkungsgrad der Anlage ist mit 47% anzusetzen.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 verläßt das Rauchgas den konventionellen Wärmetauscher 5 mit einer Temperatur von ca. 850°C. Die Reinigungseinrichtung 6 umfaßt im vorliegenden Fall keramische Filter, eine SNCR-Anlage sowie eine Station zur Kalk­ eindüsung.

Im übrigen liegt ein wesentlicher Unterschied gegenüber der Vorrichtung nach Fig. 1 darin, daß die Dampfturbine 12 mit einer Niederdruckstufe 13 und einer Hochdruckstufe 14 arbeitet, wobei zwischen den Stufen eine Zwischenüberhitzung stattfindet. Hierzu ist ein Gas-Dampf-Wärmetauscher 15 zwischen die Misch- und Verwirbelungskammer 4 und den konventionellen Wärmetauscher 5 geschaltet. Dabei sinkt der Wirkungsgrad des Gasturbinenpro­ zesses geringfügig ab. Dies wird jedoch mehr als kompensiert durch die Wirkungsgradsteigerung des Dampfturbinenprozesses. Der Gesamtwirkungsgrad dieser Vorrichtung ist mit 52% anzuset­ zen.

Nach Fig. 3 umfaßt die Baueinheit 3 eine Kohlenstaubfeue­ rung 16 und einen Hochtemperaturwärmetauscher (HTWT) 17. Sche­ matisch angedeutete Brenner 18 sind schräg nach unten in einen zentralen Bereich 19 der Feuerung gerichtet. Der zentrale Be­ reich 19 endet oben an einem Rauchgasauslaß 30, an den sich der HTWT 17 anschließt. Letzterer arbeitet im Gleichstrom, wobei der Strömungsweg 21 für das Reingas den Strömungsweg 22 für das Rauchgas umgibt. Der Strömungsweg 21 ist mit schematisch ange­ deuteten Tetrapoden gefüllt und wird außen von einer Wandung aus Aluminiumoxid mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit be­ grenzt. Flüssigaschetröpfchen, die unter der Wirkung der Schwerkraft im HTWT 17 nach unten wandern, gelangen in den Hochtemperaturbereich der Kohlenstaubfeuerung 16 hinein und können die Feuerung durch eine Ascheschleuse 23 verlassen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der HTWT 17 als Kreuz-Gleichstrom-Wärmetauscher ausgebildet. Die Rauchgase durchströmen den HTWT 17 auf direktem Wege von unten nach oben, während die Reingase, deren Hauptströmungsrichtung ebenfalls von unten nach oben weist, auf einem Zick-Zack-Weg geführt wer­ den. Diese Verhältnisse sind am deutlichsten aus Fig. 5 er­ sichtlich. Außerdem zeigt diese Figur, daß für die Reingase zwei Strömungswege vorgesehen sind, die im Winkel von 90° zu­ einander verlaufen. Es sind also zwei Reingas-Einlässe 24 und 25 vorgesehen, die gesonderte, um 90° gegeneinander versetzte Moduln versorgen, wobei letztere in vertikaler Richtung von den Rauchgasen durchströmt werden.

Der Inneraum der Baueinheit 3 besteht aus Bauelementen aus SiSiC, die unter Anwendung der Garniertechnik gasdicht und tem­ peraturfest miteinander verbunden sind.

Fig. 6 zeigt einen Gaserzeuger für allgemeinen Einsatz, der also nicht in einen GuD-Prozeß eingebunden ist. Er erzeugt Gas unter hohem Druck und hoher Temperatur unter Einsatz von Kohle, vergleichbar mit dem bei der Verbrennung von Erdgas erzeugten Gas. Da Fig. 6 einen Teil von Fig. 1 bildet, erübrigt sich eine nähere Erläuterung.

Die Misch- und Verwirbelungskammer 4 nach Fig. 7 ist als doppelwandiger, zylindrischer Behälter ausgebildet und weist eine Innenwand 26 sowie eine Außenwand 27 auf. Sie ist vertikal ausgerichtet und wird von oben nach unten durchströmt. Das Rauchgas tritt am oberen Ende zentral in die Kammer 4 ein, und zwar durch einen düsenförmigen Rauchgaseinlaß 28. Der Rauchga­ seinlaß 28 ist von einem Düsensystem 29 umgeben, welches einen Druckgaseinlaß definiert. Das Düsensystem 29 erzeugt einen höheren Impuls als der Rauchgaseinlaß 28.

Das Düsensystem 29 weist eine äußere Ringdüse 30 auf, die im wesentlichen axial gerichtet ist und den Ringraum zwischen der Innenwand 26 und der Außenwand 27 mit Druckgas beauf­ schlagt. Ferner ist eine innere Ringdüse 31 vorgesehen, die nach innen gerichtet ist und eine intensive Durchmischung des Rauchgases mit dem Druckgas bewirkt. Es können sich also keine heißen Strähnen im Rauchgas halten.

Schließlich ist noch ein Kranz von Spaltdüsen 32 vorgese­ hen, und zwar zwischen der inneren Ringdüse 31 und dem düsen­ förmigen Rauchgaseinlaß 28. Die Darstellung der Spaltdüsen 32 in Fig. 7 ist höchst schematisch; Fig. 8 läßt die Verhältnisse deutlicher werden. Die Spaltdüsen 32 sind ebenfalls nach innen gerichtet und tragen zur Verwirbelung und Durchmischung des aschebeladenen Rauchgases mit dem als Kühlgas wirkenden Druck­ gas bei.

Auf der Innenseite der Innenwand 26 wird ein schützender Druckgasschleier ausgebildet, der einen Kontakt der sich verfe­ stigenden Aschetröpfchen mit der Innenwand 26 verhindert. Hierzu weist die Innenwand 26 eine Mehrzahl von Schlitzen 33 auf, die den Durchtritt des Druckgases von außen nach innen gestatten.

Fig. 9 stellt eine Abwicklung eines Teils der Innenwand 26 dar. Die Schlitze 33 erstrecken sich in Umfangsrichtung der zylindrischen Kammer 4 und sind in umlaufenden Reihen 34 ange­ ordnet. Außerdem sind sie von Reihe zu Reihe gegeneinander versetzt. Wie aus dem Mittelteil von Fig. 9 ersichtlich, ist die Versetzung so gewählt, daß jeder Schlitz mit seinem einen Ende einen Schlitz in der benachbarten Reihe und mit seinem anderen Ende einen Schlitz in der übernächsten Reihe überlappt.

Dies hat einen gleichmäßigen, flächendeckenden Schutzschleier von ausreichender Dicke zur Folge.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglich­ keiten gegeben. Beispielsweise kommen andere keramische Mate­ rialien für die Baueinheit 3 in Frage, obwohl sich SiSiC als besonders günstig gezeigt hat. Fener besteht die Möglichkeit, die Vorrichtung nach Fig. 1 ebenfalls mit einem Gas-Dampf-Wär­ metauscher auszurüsten und die Dampfturbine zweistufig mit Zwi­ schenüberhitzung zu betreiben. Die Integration der Feuerung und des HTWT zu einer gemeinsamen Baueinheit stellt sowohl aus kon­ struktiver als auch aus thermodynamischer Sicht eine optimale Lösung dar. Allerdings läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit Bauformen realisieren, bei denen der HTWT getrennt von der Feuerung ausgebildet ist. Jeder der verwendeten Wärme­ tauscher kann ohne weiteres mehrstufig aufgebaut sein. Auch ist die Temperaturführung des Prozesses variabel, allerdings unter der Voraussetzung, daß das Durchlaufen des kritischen Tempera­ turbereichs von 1100 bis 1450°C in der Misch- und Verwirbe­ lungskammer stattfindet. Auch hinsichtlich der Misch- und Verwirbelungskammer nach den Fig. 7 bis 9 sind Abwandlungsmög­ lichkeiten gegeben, beispielsweise was die Versetzung der Schlitze 33 anbelangt, wenn auch die Anordnung nach dem Ausfüh­ rungsbeispiel besonders vorteilhaft ist.

Claims (26)

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Gas unter hohem Druck und hoher Temperatur, mit einem Luftverdichter (2), einer druckaufgeladenen Kohlefeuerung, einem der druckaufgeladenen Kohlefeuerung nachgeschalteten Hochtemperaturwärmetauscher (HTWT) (17), einer, das Rauchgas zu Reingas reinigenden Einrichtung (6), die ausgangsseitig an den HTWT (17) ange­ schlossen ist, und einer Einrichtung zum Einblasen von Druckgas in das Rauchgas, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einblasen von Druckgas in das Rauchgas als Misch- und Verwirbelungskammer (4) ausgebildet und dem HTWT (17) nachgeschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ei­ nen konventionellen Wärmetauscher (5), der einerseits zwi­ schen dem HTWT (17) und der Reinigungseinrichtung (6) sowie andererseits zwischen der Reinigungseinrichtung (6) und dem HTWT (17) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Reinigungseinrichtung (6) eine Ent­ stickungsvorrichtung (7), eine dieser nachgeschaltete Ent­ schwefelungsvorrichtung (9) und einen dieser nachgeschalte­ ten Naßabscheider (10) aufweist und daß zwischen der Ent­ stickungsvorrichtung (7) und der Entschwefelungsvorrichtung (9) ein weiterer Wärmetauscher (8) angeordnet ist, der reingasseitig zwischen dem Naßabscheider (10) und dem kon­ ventionellen Wärmetauscher (5) liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der HTWT (17) als Gleichstrom-Wärme­ tauscher ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg (21) für das Reingas den Strömungsweg (22) für das Rauchgas umgibt und mit Füllkörpern, vorzugs­ weise in Form von Tetrapoden gefüllt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg (21) für das Reingas außen von einer Wandung aus Aluminiumoxid begrenzt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der HTWT (17) als Kreuz-Gleichstrom-Wärmetauscher ausge­ bildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei um 90° gegeneinander versetzte Kreuz-Strömungswege (24, 25) für das Reingas im HTWT (17) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg (22) für das Rauchgas im wesentlichen vertikal und geradlinig durch den HTWT (17) verläuft.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Misch- und Verwirbelungskammer (4) an den Luftverdichter (2) angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die druckaufgeladene Kohlefeuerung eine druckaufgeladene Kohlenstaubfeuerung (16) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die druckaufgeladene Kohlenstaubfeuerung (16) einen nach oben gerichteten Rauchgasauslaß (20) aufweist, auf dem der HTWT (17) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die druckaufgeladene Kohlenstaubfeuerung (16) einen unterhalb des Rauchgasauslasses (20) liegenden zentralen Bereich (19) aufweist und daß seitliche Brenner (18) schräg nach unten in den zentralen Bereich (19) hinein gerichtet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß der zentrale Bereich (19) der druckaufgeladenen Kohlenstaubfeuerung (16) am unteren Ende eine Ascheschleuse (23) zur Flüssigkeitsabscheidung aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die druckaufgeladene Kohlenstaub­ feuerung (16) und der HTWT (17) eine Baueinheit (3) bilden.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der Innenraum der von der druckaufgeladenen Kohlen­ staubfeuerung (6) und dem HTWT (17) gebildete Baueinheit (3) aus Bauelementen aus siliciuminfiltriertem Siliciumkarbid zusammengesetzt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bauelemente aus siliciuminfiltriertem Silicium­ karbid unter Anwendung der Garniertechnik zusammengefügt sind.

18. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß dem HTWT (17) reingasseitig eine Gasturbine (1) nachgeschaltet ist, die unter anderem den Luftverdichter (2) für die druckaufgeladene Kohlefeuerung und ggf. für die Misch- und Verwirbelungskammer (4) an­ treibt, und daß die Gasturbine (1) abgasseitig mit einem Abhitzekessel (11) für eine Dampfturbine (12) verbunden ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dampfturbine (12) mehrstufig ausgebildet ist und daß ein Rauchgas-Dampf-Wärmetauscher (15) einerseits zwischen der Misch- und Verwirbelungskammer (4) und dem konventionellen Wärmetauscher (5) sowie andererseits zwi­ schen benachbarten Stufen (13, 14) der Dampfturbine (12) angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Misch- und Verwirbelungskammer (4) als doppelwandiger zylindrischer Behälter mit einer Innenwand (26) und einer Außenwand (27) ausgebildet ist; daß der Behälter an seinem einen Ende einen zentralen düsenför­ migen Rauchgaseinlaß (28) aufweist; daß der Rauchgaseinlaß (28) von einem Druckgaseinlaß in Form eines Düsensystems (29) umgeben ist; und daß die Innenwand (26) des Behälters Schlitze (33) für den Durchtritt des Druckgases aufweist, wobei sich die Schlitze im wesentlichen in Umfangsrichtung der Innenwand erstrecken.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, daß das Düsensystem (29) des Druckgaseinlasses einen höheren Impuls erzeugt, als der düsenförmige Rauchgaseinlaß (28).

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Düsensystem (29) des Druckgaseinlasses eine innere, nach innen geneigte und eine äußere, im wesent­ lichen axial ausgerichtete Ringdüse (31 bzw. 30) aufweist, wobei letztere dem Ringraum zwischen der Außenwand (27) und der Innenwand (26) des Behälters zugeordnet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich­ net, daß das Düsensystem (29) des Druckgaseinlasses zwischen der inneren Ringdüse (31) und dem düsenförmigen Rauchgasein­ laß (28) einen Kranz von Spaltdüsen (32) aufweist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schlitze (23) der Innenwand (26) des Behälters in umlaufenden Reihen (34) angeordnet und derart gegeneinander versetzt sind, daß jeder Schlitz mit seinem einen Ende einen Schlitz in der benachbarten Reihe und mit seinem anderen Ende einen Schlitz ins der übernäch­ sten Reihe überlappt.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, da­ durch gekennzeichnet, daß der zentrale düsenförmige Rauchgaseinlaß (28) aus keramischem Material besteht.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, da­ durch gekennzeichnet, daß die Misch- und Verwirbelungskammer (4) im wesentlichen vertikal ausgerichtet ist und von oben nach unten durchströmt wird.