DE202008009249U1

DE202008009249U1 - Zwischenboden zur Trennung zweier Reaktionsräume insbesondere bei Vergasungsreaktoren

Info

Publication number: DE202008009249U1
Application number: DE200820009249
Authority: DE
Original assignee: IAG IND ANLAGEN BAU GEORGSMARI; Iag Industrie-Anlagen-Bau Georgsmarienhuette GmbH; Siemens Fuel Gasification Technology GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2018-07-11

Abstract

Zwischenboden zur Trennung von Reaktions-, Druckräumen in einem geschlossenen Druckmantel insbesondere bei Druckvergasungsreaktoren mit einer separaten Kühlung, insbesondere Wasserkühlung, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenboden durch zwei gewölbte Scheiben (1 und 2) gebildet ist, wobei die Scheibe (1) mit einer Durchführung (5) zwischen den Reaktions-, Druckräumen verschweißt ist und an einen geschmiedeten Tragring (4) im Druckmantel (3) angeschweißt ist und die Scheibe (2) an den Tragring (4) und die Durchführung (5) druckdicht angeschweißt ist, wobei die Innenvorsprünge 9, 10 des Tragrings 4 zum Anschweißen der gewölbten Scheiben (1, 2) an den Tragring (4) so ausgeführt sind, dass sie im Innendurchmesser größer sind als der Außendurchmesser des Innenmantels (6) und in der Form und in den Übergangsradien berechnungsmäßig einem Tellerboden entsprechen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zwischenboden zur Trennung zweier Reaktionsräume insbesondere bei Vergasungsreaktoren.
Hierbei sind vorzugsweise Druckvergasungsreaktoren in Kompaktbauweise gemeint, bei denen zwei Reaktionsräume in einem Druckmantel angeordnet sind, wobei die Druckräume durch Einbau eines inneren Zwischenbodens so voneinander getrennt sind, als wenn die Reaktionsräume in zwei Druckgefäßen angeordnet wären.
Bei Druckgasgeneratoren werden die Zwischenböden oft wassergekühlt, um die Bodenwand vor unzulässig hohen Temperaturen -aufgrund der hohen Vergasungstemperaturen von 1300° bis 1800°C zu schützen.
Stand der Technik
In der 1 ist ein bekannter Druckvergasungsreaktor dargestellt, bei dem der Zwischenboden durch die Verschlussböden der Einsatzbehälter bestimmt wird.
Die inneren Verschlussböden zur Trennung der beiden Reaktionsräume werden in der Mitte über eine Durchführung verbunden, in der ein Bauteil zur Schlackenabführung eingebaut ist. Der gesamte Zwischenraum zwischen Druckbehälterwand und Einsatzbehälter wird als Wasserkühlung für die beiden Reaktionsräume genutzt.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass beide Reaktionsräume separate, druckbeaufschlagte Einsatzbehälter benötigen, wodurch erhöhte Kosten entstehen.
Ein weiterer Nachteil besteht auch darin, dass der Einsatzbehälter vor dem Verschweißen der letzten Bodenrundnaht des Druckmantels montiert werden müssen, was in den meisten Fällen dazu führt, dass die Rundnaht partiell geglüht werden muss, mit allen damit verbundenen Qualitätseinschränkungen und Erhöhung der Fertigungskosten.
In 2 ist eine weitere bekannte Lösung des wassergekühlten Zwischenbodens für einen Druckvergasungsreaktor dargestellt. Bei dieser Lösung wird auf den Einbau separater druckbeaufschlagter Einsatzbehälter verzichtet. Der Reaktorraum wird außen über einen zusätzlichen Wassermantel gekühlt, während der Quenchraum separat eine innere Wasserkühlung durch Einbau eines Innenmantels erhält. Zur Trennung der Reaktionsräume werden zwei Kegelböden in den Druckmantel eingeschweißt, wobei diese in der Mitte über eine Durchführung druckdicht verbunden sind. Die Durchführung dient wie bei 1 zur Aufnahme eines Bauteils zur Schlackenabführung. Der Zwischenraum zwischen den Kegelböden dient zur Wasserkühlung des Zwischenbodens und wird im weiteren als gekühlte Tragplatte bezeichnet.
Derartige gekühlte Tragplatten müssen auf Innen- und Außendruck ausgelegt werden. Bei Verwendung von gewalzten Kegelböden als Tragplatten werden bereits schon bei Reaktordurchmessern >= 2,5m Wanddicken für die Kegel benötigt, die im Regelfall eine Glühbehandlung der Einschweißstelle am Druckmantel erfordern. Da eine partielle Glühbehandlung der Einschweißstellen bei der in 2 dargestellten Konstruktionsausführung qualitätsgerecht kaum durchführbar ist, ist zwangsweise bei dieser Lösung notwendig, dass der komplette Innenmantel zur Wasserkühlung des Quenchraumes vor der Komplettglühung des Druckmantels eingebaut werden muss. Dies ist nach der konstruktiven Vorgabe der Ausführung des Tragringes im Druckmantel zur Befestigung der Kegelböden an den Tragring auch schon deshalb notwendig, da der Innendurchmesser des Tragringes kleiner vorgegeben ist als der Außendurchmesser des Innenmantels.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass alle im Quench eingeschweißten Stutzen durch den Einbau des Innenmantels nicht nach der Glühbehandlung von innen geprüft und besichtigt werden können, dass der hochlegierte Innenmantel durch die Glühbehandlung stark verunreinigt und der Glühzunder auf der Druckbehälterwand innen im Quenchteil und außen auf dem eingebauten Innenmantel nur bedingt entfernt werden kann.
Ein weiterer Nachteil bei Verwendung von Kegelböden besteht darin, dass nach 2 unterschiedliche Öffnungswinkel bei beiden Kegelböden zur Verringerung der Bauhöhe vorgesehen sind und dass für Kegelböden speziell bei Außendruckbelastung der Öffnungswinkel laut Regelwerk für Druckbehälter begrenzt ist und dass beim Übergang vom Kegel zum Zylinder eine vom Außendurchmesser des Druckbehälters abhängige Abklinglänge im Zylinder einzuhalten ist, was im allgemeinen dazu führt, dass der geschmiedete Tragring verhältnismäßig hoch ausgeführt werden muss und damit höhere Materialkosten verbunden sind.
Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von Kegelböden ist darin zu sehen, dass die Kegel eine und mehr Längsnähte haben, die den Prüfaufwand beim Reaktor erhöhen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Zwischenboden vorzugsweise für Druckvergasungsreaktoren in Kompaktbauweise so zu gestalten, dass die Wanddicken für Zwischenböden bei maximalen Auslegungsparametern (Δp <= 8 bar, T_p <= 300°C) nach den allgemeinen gültigen Regelwerken für Druckbehälter (z. B. ASME, AD2000, DIN 13445-3) für große Reaktordurchmesser (> 4000 mm) so weit reduziert werden können, dass auf eine Glühbehandlung nach dem Anschweißen der Zwischenböden an den geschmiedeten Tragring verzichtet werden kann und der Abstand der Zwischenböden und damit die gesamte Bauhöhe weitgehend auf ein verfahrenstechnisch notwendiges Maß gekürzt und der geschmiedete Tragring im Druckmantel mit geringer Höhe gestaltet werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1.
Die Zwischenböden werden als flachgewölbte Scheiben mit Wölbungsradien zwischen vorzugsweise 0,8 xd und 1,0 xd ausgeführt, wobei der Anschluss der gewölbten Scheiben an den geschmiedeten Tragring so gestaltet ist, dass ein Tellerboden als Berechnungsmodell zur Anwendung kommen kann. Dabei können die Wölbungsradien und die Wanddicken im geschmiedeten Tragring in Grenzen so verändert werden, dass die Wanddicken in gewölbten Scheiben so weit reduziert werden können, dass bei Einsatz von unlegiertem C-Stahl die Wanddickengrenze von <= 38 mm für die Vermeidung einer Glühbehandlung eingehalten werden kann. Ein weiteres Merkmal der erfinderischen Lösung besteht darin, dass der geschmiedete Tragring im Druckmantel so gestaltet ist, dass nach der Komplettglühung des Druckmantels ohne eingeschweißten Zwischenboden der Einbau des Innenmantels möglich ist und somit die Nachteile gegenüber der Ausführungsvariante nach 2 vermieden werden.
Wichtig beim erfindungsgemäßen Zwischenboden ist, dass zunächst die gewölbte Scheibe mit der angeschweißten Durchführung an den geschmiedeten Tragring im Druckmantel angeschweißt und geprüft wird und danach erst die zweite Scheibe an den geschmiedeten Tragring druckdicht angeschweißt wird. Dabei ist der Tragring zum Anschweißen der gewölbten Scheiben so ausgeführt, dass die Innenvorsprünge des Tragrings zum Anschweißen im Innendurchmesser größer sind als der Außendurchmesser des Innenmantels.
Gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, dass auf der gewölbten Scheibe Stegbleche zum Ausrichten und zur Erleichterung der Montage von der zweiten Scheibe aufgeschweißt sind, damit beim Anschweißen der zweiten Scheibe an den Durchgang und den Tragring kein unzulässiger Wurzelversatz auftritt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen dargelegt und erläutert.
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Druckvergasungsreaktor mit eingebauten druckdichten Einsatzbehältern und einwandigen, wassergekühlten Zwischenböden (Stand der Technik)
2 einen Schnitt durch einen Druckvergasungsreaktor mit einer wassergekühlten Tragplatte als Zwischenboden, die aus Kegelböden gestaltet ist (Stand der Technik)
3 eine wassergekühlte Tragplatte für einen Druckvergasungsreaktor nach der Erfindung mit Zwischenboden, gestaltet mit gewölbten Scheiben
3a einen Ausschnitt vom Zwischenboden nach der Erfindung mit den Verbindungsschweißnähten der gewölbten Scheiben an den geschmiedeten Tragring.
In 1 wird der Zwischenboden durch die beiden gewölbten Böden 11a, 12a gebildet, die an die Einsatzbehälter 11 und 12 verschweißt sind, wobei die Böden 11a, 12a als HK-Böden (Korb- oder Klöpperböden) ausgeführt werden und im Durchgang 14 zusammen druckdicht miteinander verbunden sind. Erst nach Montage der Einsatzbehälter 11 und 12 kann der obere Boden 15 an den Druckmantel 13 angeschweißt werden und falls wanddickenseitig erforderlich muss die Endmontagenaht 16 partiell geglüht werden. Im Zwischenraum 17 befindet sich das Kühlwasser zur Kühlung des Zwischenbodens und der Einsatzbehälter 11 und 12.
In 2 ist eine wassergekühlte Tragplatte als Zwischenboden mit Kegelböden 1' und 2' dargestellt. Der Kegelböden 1', 2' sind mit dem geschmiedeten Tragring 4 im Druckmantel 3 verschweißt, wobei der Kegelboden 1' mit Öffnungswinkel α₂ an einen Innenvorsprung 9 des Tragrings 4 angeschweißt wird. Der Kegelboden 2' wird Öffnungsdurchmesser α₂ kann anschließend an den Innenvorsprung 10 des Tragringes 4 angeschweißt werden. Die Öffnungswinkel α₁ und α₂ sind zur Verringerung der Bauhöhe unterschiedlich groß. Die Innenvorsprünge 9, 10 am Tragring 4 sind im Innendurchmesser aus Montagegründen der Kegelböden unterschiedlich groß, wobei der Innenvorsprung 9 im Innendurchmesser kleiner dargestellt ist als der Außendurchmesser des Innenmantels 6.
Über Durchgang 5 werden die Kegelböden 1' und 2' druckdicht miteinander verbunden. Der Innenmantel 6 bildet einen Zwischenraum mit Druckmantel 3 und dient zur Wasserkühlung des Quenchraumes. Der äußere Wassermantel 7 dient zur zusätzlichen Wasserkühlung des Reaktorraumes. Das Kühlwasser für den Zwischenboden wird über Stutzen 8 an die Tragplatte geleitet.
In 3 ist eine gekühlte Tragplatte gemäß der erfinderischen Lösung dargestellt. Danach werden zum Unterschied zu 2 statt längsnahtgeschweißte Konen einteilige, gewölbte Scheiben 1 und 2 mit gleichem Wölbungsradius R verwendet und der geschmiedete Tragring 4 so konstruktiv gestaltet, dass der Anschluss der gewölbten Scheiben 1 und 2 an den Tragring 4 den Bedingungen für Tellerböden z. B. nach AD2000-B4, Bild 10/11 bzw. nach ASME, VIII, Div. 1, Appendix 1–6, erfüllen. Nach 3 ist vorgesehen, dass zunächst Scheibe 1 mit Durchgang 5 an den Tragring 4 angeschweißt und Rundnaht geprüft wird, bevor Scheibe 2 auf Stegbleche 11 aufgelegt und an Durchgang 5 am Tragring 4 angeschweißt wird. Das Kühlwasser für den Zwischenboden wird über Stutzen 8 in die Tragplatte geleitet. Der äußere Wassermantel 7 dient zur zusätzlichen Wasserkühlung des Reaktorraumes, der Innenmantel 6 zur Kühlung des Quenchraumes.
In 3a sind ausschnittsweise bei der gekühlten Tragplatte die Anschweißnähte der gewölbten Scheiben 1 und 2 mit den gestalteten Innenvorsprüngen 9, 10 des geschmiedeten Tragrings 4 sowie ein Stegblech 11 zur Montageerleichterung von Scheibe 2 dargestellt.
Durch die spezielle Ausführung des Tragringes mit seinem gegenüber dem Außendurchmesser vom Innenmantel 6 größeren Innendurchmesser und der Verwendung gewölbter Scheiben mit angepassten Wölbungsradium kann nach der Komplettglühung des Druckgefäßes der Innenraum vollständig gereinigt, die Stutzeneinschweißung innen geprüft und besichtigt werden und anschließen der Innenmantel 6 im sauberen Zustand eingebaut werden bevor die Einschweißung der gewölbten Scheiben 1 und 2 mit der Durchführung 5 ohne zusätzliche Glühbehandlung an den Tragring 4 des Druckmantels 3 erfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 13445-3 [0013]

Claims

Zwischenboden zur Trennung von Reaktions-, Druckräumen in einem geschlossenen Druckmantel insbesondere bei Druckvergasungsreaktoren mit einer separaten Kühlung, insbesondere Wasserkühlung, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenboden durch zwei gewölbte Scheiben (1 und 2) gebildet ist, wobei die Scheibe (1) mit einer Durchführung (5) zwischen den Reaktions-, Druckräumen verschweißt ist und an einen geschmiedeten Tragring (4) im Druckmantel (3) angeschweißt ist und die Scheibe (2) an den Tragring (4) und die Durchführung (5) druckdicht angeschweißt ist, wobei die Innenvorsprünge 9, 10 des Tragrings 4 zum Anschweißen der gewölbten Scheiben (1, 2) an den Tragring (4) so ausgeführt sind, dass sie im Innendurchmesser größer sind als der Außendurchmesser des Innenmantels (6) und in der Form und in den Übergangsradien berechnungsmäßig einem Tellerboden entsprechen.
Zwischenboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungsdurchmesser der gewölbten Scheiben zwischen 0,8 bis 1,0 xd _Scheibe sind und beide Scheiben (1 und 2) einen einheitlichen Kugelradius aufweisen.
Zwischenboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der gewölbten Scheibe (1) Stegbleche (11) zum Ausrichten von Scheibe (2) aufgeschweißt sind.