DE19902743A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen von Strömungsmittel - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen von StrömungsmittelInfo
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- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
- F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Kühlen von Strömungsmittel, insbesonde
re von Gas.
Im Stand der Technik sind Kühlungsvorrichtungen für
Rauchgas bzw. Verbrennungsgase bekannt. Vor allem aber
für Synthesegase, welche üblicherweise einen Druck im Be
reich von 20 bis 60 bar und eine Temperatur im Bereich
von 600 bis 900°C haben, ist die Gasströmungsrate zu
hoch, um eine Behandlung in einer für Verbrennungsgase
typischen Kühlungsvorrichtung zu ermöglichen. Aufgrund
der Tatsache, daß der Anteil an Feststoffpartikel, wie
etwa Staub- und Aschepartikel, beispielsweise mehr als
ein Gewichtsprozent beträgt, besteht bei bekannten Gasab
kühlungsvorrichtungen die Gefahr, daß diese durch Ablage
rungen verstopfen und diejenigen Teile, welche mit dem
Gas in Berührung kommen, leicht angegriffen werden bzw.
erodieren und/oder korrodieren.
Die vorliegende Erfindung möchte hier Abhilfe schaffen.
Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch die Gegenstände
der Ansprüche 1 und 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängigen An
sprüchen 2 bis 7 beschrieben.
Danach schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Kühlen
von Strömungsmittel, insbesondere von Gas, mit: einem
Einlaß zum Zuführen des Strömungsmittels; einem Durch
strömungsbereich, durch welchen das Strömungsmittel hin
durch strömt; einem Auslaß zum Ausströmen des Strömungs
mittels; und mehreren Rohrleitungen, welche spiralförmig
innerhalb des Durchströmungsbereiches mit einer Steigung
verlaufen, bei welcher der Steigwinkel wenigstens so groß
wie der Fallwinkel von in der Strömungsmittelströmung
enthaltenen Feststoffpartikel ist.
Bei einem derartigen Steigwinkel einer spiralförmigen
Rundleitung bleiben die Feststoffpartikel nicht mehr dar
auf liegen oder daran haften, so daß vorteilhaft erheb
lich weniger Erosion, Korrosion und/oder Verstopfungen in
der Vorrichtung auftreten. Eine gesättigte Dampfströmung
kann einen Druck haben, der beispielsweise mehr als 110
bar beträgt. Vorzugsweise ist die erindungsgemäße Vor
richtung derart ausgebildet, daß die Materialtemperaturen
unterhalb von 400°C liegen, wobei beispielsweise unle
gierter Stahl oder niedrig legierter Stahl verwendet
wird. Falls bestimmte Teile oder Komponenten der Vorrich
tung nicht ausreichend gekühlt werden können, werden
hierfür bevorzugt Cr (Chrom) und Ni (Nickel)-begierungen
oder hitzebeständige Beläge oder Beschichtungen auf unle
giertem Stahl verwendet.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren
zum Kühlen von Strömungsmittel, insbesondere von Gas, bei
welchem die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Küh
lungsvorrichtung verwendet wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Details der vorliegenden
Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung
eines schematischen bevorzugten Ausführungsbeispiels ver
anschaulicht. Dabei wird auf die einzige beigefügte Figur
Bezug genommen, welche einen Vertikalschnitt durch das
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlungsvor
richtung darstellt.
Das gezeigt bevorzugte Ausführungsbeispiel 1 der erfin
dungsgemäßen Kühlungsvorrichtung weist einen im wesentli
chen zylindrischen Behälter 2 auf, der an seinem oberen
Ende mit einem Gaseinlaßkanal zum Zuführen von Gas verse
hen ist. Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsge
mäßen Kühlungsverfahrens, bei welchem die erfindungsgemä
ße Kühlungsvorrichtung eingesetzt werden kann, ist das
Gas beispielsweise Synthesegas mit einer Temperatur im
Bereich von 600 bis 900°C und einem Druck im Bereich von
20 bis 60 bar. In vielen Fällen weist das Synthesegas ei
nen Anteil von Staub- oder Aschepartikel in einer Menge
von einem Gewichtsprozent oder mehr auf.
Im Behälter 2 ist bevorzugt ein Mittelrohr 4 angeordnet,
welches mit einem Dampfkessel 7 über eine Rohrleitung 5
verbunden ist. Das Mittelrohr 4 ist an seiner unteren
Seite über eine Leitung 8 mit einer zweiten Ringleitung 9
verbunden. Zwischen dem Dampfkessel 7 und der Ringleitung
9 ist eine Fallrohr 16 angeordnet, durch welches Wasser
in die Ringleitung 9 geleitet wird. Ferner ist der Dampf
kessel 7 mit einem Wassereinlaß 17 und einem Dampfauslaß
18 ausgestattet. Um Dampf und Wasser abzulassen, ist fer
ner eine Verbindungsleitung 19 zwischen einer weiteren
Ringleitung 6 und dem Dampfkessel 7 angeordnet.
Rund um das Mittelrohr 4 sind in dem vorliegenden Ausfüh
rungsbeispiel zwei sogenannte Pakete von Rohrleitungen
angeordnet, die spiralförmig zwischen der zweiten
Ringleitung 9 und der ersten Ringleitung 6 verlaufen. Je
des Paket bildet für sich eine Art Hohlzylinder bzw. Zy
lindermantel. In der Figur sind die drei Rohrleitungen
10, 11 und 12 des äußeren Pakets sowie die drei Rohrlei
tungen 13, 14 und 15 des inneren Pakets gezeigt.
Bei einer weiteren Ausführung einer praktischen Realisie
rung sind beispielsweise insgesamt drei konzentrisch an
geordnete Hohlzylinder von Rohrleitungspaketen vorgese
hen, welche jeweils etwa 10 Rohrleitungswicklungen auf
weisen und mit zwei oder mehreren Ringleitungen verbunden
sind.
Ein Kühlmittel, wie etwa Wasser und Wasserdampf, strömt
in den Rohrleitungen 10 bis 15, vorzugsweise in Gegen
richtung zur Richtung A der Gasströmung. Die Gasströmung
wird durch den mittleren Bereich vorbei an den Rohrlei
tungen 10 bis 15, welche das Kühlmittel enthalten, gelei
tet. Die spiralförmigen Rohrleitungen mit Kühlmittel ver
laufen vorzugsweise in einem Steigwinkel von 45° oder
mehr, so daß sich Staub- und Aschepartikel aus der
Gasströmung nicht auf den Rohrleitungen des Wärmetau
schers ablagern können. Um eine sogenannte Brückenbildung
zwischen den Rohrleitungen zu vermeiden, sind die inneren
Rohrleitungen 13, 14 und 15 vorzugsweise mit entgegenge
setzter Drehrichtung zu derjenigen der Rohrleitungen 10,
11 und 12 angeordnet. Der Steigwinkelgrenzwert von 45°
entspricht dabei dem sogenannten Fallwinkel der in der
Gasströmung enthaltenen Partikel, d. h. demjenigen Nei
gungswinkel einer Rohrleitung, bei welchem die Feststoff
partikel von den Rohrleitungen herunter rollen oder glei
ten, also nicht mehr abgelagert bleiben.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend
beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Der Schutz
bereich der Anmeldung wird durch die nachfolgenden An
sprüche festgelegt, wobei in den Schutzbereich viele Mo
difikationen und Abwandlungen fallen.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Kühlen von Strömungsmittel, insbe
sondere von Gas, mit:
- - einem Einlaß zum Zuführen des Strömungsmittels;
- - einem Durchströmungsbereich, durch welchen das Strömungsmittel hindurch strömt;
- - einem Auslaß zum Ausströmen des Strömungs mittels; und
- - mehreren Rohrleitungen (10-15), welche ein Kühl mittel enthalten und spiralförmig innerhalb des Durchströmungsbereiches mit einer Steigung ver laufen, bei welcher der Steigwinkel wenigstens so groß wie der Fallwinkel von in der Strömungs mittelströmung enthaltenen Feststoffpartikel ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Fall
winkel in der Größenordnung von etwa 45° ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche mehrere
erste spiralförmige Rohrleitungen (13, 14, 15) und
mehrere zweite (10, 11, 12) und/oder weitere Rohr
leitungen aufweist, die konzentrisch zueinander an
geordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die ersten
Rohrleitungen (13, 14, 15) und die zweiten (10, 11,
12) und weiteren Rohrleitungen jeweils mit einander
entgegengesetztem Drehsinn gewickelt sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei welcher ein Mittelrohr (4) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Mittel
rohr (4) mit einer ersten Ringleitung (6) und einer
zweiten Ringleitung (9) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Mittel
rohr (4) über getrennte Leitungen mit einem Dampf
kessel (7) verbunden ist.
8. Verfahren zum Kühlen von Strömungsmittel, insbeson
dere von Gas, bei welchem eine Vorrichtung nach ei
nem der vorstehenden Ansprüche verwendet wird.
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