DE202015106166U1

DE202015106166U1 - Thermal apparatus with coaxial heat exchanger

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Publication number: DE202015106166U1
Application number: DE202015106166.8U
Authority: DE
Original assignee: Choren Industrietechnik GmbH
Current assignee: Choren Industrietechnik GmbH
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2025-11-14

Abstract

Thermischer Apparat mit einem druckdicht verschließbaren Druckmantel (1) und mit einem koaxialen inneren Wärmeübertrager (2), der einen Innenraum (3) umschließt, sich auf einem Apparateboden abstützt und einen Ringraum (5) zum Druckmantel (1) ausbildet, wobei – der Druckmantel (1) einen verschließbaren Deckelflansch (5) aufweist, der zentrisch zur Apparateachse angeordnet ist und einen Innendurchmesser Di besitzt, – der Wärmeübertrager (2) an seinem dem Deckelflansch (5) zugewandten Ende ein oberes Rohrstück (7) mit einem Außendurchmesser Da < Di aufweist, das sich vertikal in den Deckelflansch (5) erstreckt, – im Ringraum (4) mit einem Spülgas (8) ein Überdruck gegenüber dem Reaktionsraum (3) aufbaubar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Ringspalt zwischen dem Deckelflansch (5) und dem Rohrstück (7) eine mit einem Spülgas (8) beaufschlagbare Labyrinthdichtung (9) angeordnet ist.Thermal apparatus with a pressure-tight sealable pressure jacket (1) and with a coaxial inner heat exchanger (2), which encloses an interior space (3), is supported on an apparatus floor and forms an annular space (5) to the pressure jacket (1), wherein - the pressure jacket (1) has a closable cover flange (5), which is arranged centrally to the axis of the apparatus and has an inner diameter Di, - the heat exchanger (2) at its end facing the cover flange (5) an upper tube piece (7) with an outer diameter Da <Di has, which extends vertically into the cover flange (5), - in the annular space (4) with a purge gas (8) an overpressure relative to the reaction space (3) can be built, characterized in that in an annular gap between the cover flange (5) and the tube piece (7) with a purge gas (8) acted upon labyrinth seal (9) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Apparat mit einem druckdicht verschließbaren Druckmantel und mit einem koaxialen inneren Wärmeübertrager, der einen Innenraum umschließt, sich auf einem Apparateboden abstützt und einen Ringraum zum Druckmantel ausbildet mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. The invention relates to a thermal apparatus with a pressure-tight sealable pressure jacket and with a coaxial inner heat exchanger, which encloses an interior, is supported on an apparatus floor and an annular space to the pressure jacket forms with the features of the preamble of claim 1.

Bei der Abdichtung von Druckräumen besteht häufig das Problem, dass die an der Dichtstelle aneinander grenzenden Bauteile sich infolge unterschiedlicher Temperaturen oder unterschiedlicher Werkstoffe unterschiedlich ausdehnen und es deshalb zu thermisch induzierten Relativbewegungen der Dichtungspartner kommt. Das Problem der Abdichtung trotz Relativbewegung verschärft sich mit zunehmenden Drücken und Temperaturen. In the sealing of pressure chambers, there is often the problem that the components adjacent to one another at the sealing point expand differently due to different temperatures or different materials and therefore thermally induced relative movements of the sealing partners occur. The problem of sealing despite relative movement is exacerbated by increasing pressures and temperatures.

Ein typischer Anwendungsfall für den gattungsgemäßen thermischen Apparat ist ein Vergasungsreaktor für die Synthesegaserzeugung mit äußeren Druckmantel und einem darin angeordneten Kühlschirm als Wärmeüberträger. Der Kühlschirm umschließt einen Innenraum des Vergasungsreaktors. In dem Innenraum, der im vorliegenden Anwendungsfall als Reaktionsraum bezeichnet wird, herrschen Temperaturen bis zu 2000°C und Drücke bis 100 bar. Der Kühlschirm im Inneren des Vergasungsreaktors dient dem thermischen Schutz der drucktragenden Reaktorwand. Er ist üblicherweise als mit Kühlwasser durchströmte Rohrwicklung ausgebildet, wobei die Rohre druckdicht miteinander verschweißt sind und einen Ringraum zur Reaktorwand ausbilden, der zum Schutz vor korrosiven vagabundierenden Reaktionsgasen mit einem Inertgas gespült wird. Der Inertgasdruck liegt dabei geringfügig über dem Druck innerhalb des vom Kühlschirm umschlossenen Reaktionsraumes. A typical application for the generic thermal apparatus is a gasification reactor for synthesis gas production with outer pressure jacket and a cooling screen arranged therein as a heat exchanger. The cooling screen encloses an interior of the gasification reactor. In the interior, which is referred to in the present application as the reaction space, temperatures up to 2000 ° C and pressures up to 100 bar prevail. The cooling screen inside the gasification reactor serves for the thermal protection of the pressure-bearing reactor wall. It is usually designed as a pipe winding through which cooling water flows, wherein the pipes are pressure-tight welded together and form an annular space to the reactor wall, which is purged with an inert gas to protect against corrosive vaporizing reaction gases. The inert gas pressure is slightly above the pressure within the reaction chamber enclosed by the cooling screen.

Damit die Gasspülung ihren Zweck erfüllt, muss der Ringraum zwischen Kühlschirm und Reaktorwand möglichst vollständig vom Reaktionsraum abgetrennt sein. Hierbei treten Probleme auf. For the gas purge to fulfill its purpose, the annular space between the cooling screen and the reactor wall must be as completely as possible separated from the reaction space. This causes problems.

Der Kühlschirm stützt sich üblicherweise auf dem Reaktorboden ab, bildet dort also ein Festlager. Die Temperatur des Kühlmittels in den Rohrwicklungen des Kühlschirms beträgt aufgrund der hohen Betriebstemperaturen in der Reaktionszone bis zu 250°C. Die dahinter befindliche Reaktorwand, auf deren Innenseite in der Regel noch eine Feuerfestausmauerung angebracht ist, erwärmt sich deutlich weniger. The cooling screen is usually supported on the reactor bottom, thus forming a fixed bearing there. The temperature of the coolant in the tube windings of the cooling screen is up to 250 ° C due to the high operating temperatures in the reaction zone. The reactor wall behind it, on the inside of which, as a rule, a refractory lining is attached, heats up considerably less.

Während des Aufheizens des Reaktors bis zur Betriebstemperatur oder während Betriebsunterbrechungen kommt es daher zu unterschiedlichen Ausdehnungen in der Reaktorwand und im Kühlschirm. Eine Dichtung zwischen Kühlschirm und Reaktorwand muss diese Relativbewegungen kompensieren können. During the heating of the reactor up to the operating temperature or during interruptions in operation, therefore, different expansions occur in the reactor wall and in the cooling screen. A seal between the cooling screen and the reactor wall must be able to compensate for these relative movements.

Vergasungsreaktoren sind üblicherweise von zylindrischer Form und weisen einen Deckelflansch auf, dessen massiver Flanschstutzen gute Voraussetzungen für den Einbau von Dichtungen bietet. In letzter Zeit haben sich daher Kühlschirmbauweisen durchgesetzt, die nach oben eine konische Verjüngung bis auf den Flanschdurchmesser aufweisen. Gasification reactors are usually of cylindrical shape and have a cover flange whose solid flange neck provides good conditions for the installation of seals. In recent years, therefore, cooling screen designs have prevailed, which have a conical taper up to the flange diameter.

In der Vergangenheit hat man mit unterschiedlichen Mitteln versucht, den so geschaffenen Ringspalt zwischen Deckelflansch und Kühlschirm abzudichten. In the past, attempts have been made by various means to seal the thus created annular gap between the cover flange and the cooling screen.

In einer einfachen Variante wird der verbleibende Ringspalt ohne zusätzliche Dichtungsmittel lediglich mit einem hohen Inertgasvolumenstrom gespült ( DD 237 318 A1 ). Dabei hat sich gezeigt, dass ein hoher Inertgasvolumenstrom in den Reaktionsraum hinein zu energetischen Nachteilen bei der Aufrechterhaltung der Reaktionsraumtemperatur führt und nicht verhindern kann, dass Reaktionsgase in den Ringraum zwischen Kühlschirm und Reaktorwand eindringen können. In a simple variant, the remaining annular gap is flushed without additional sealant only with a high inert gas volume flow ( DD 237 318 A1 ). It has been found that a high inert gas volume flow into the reaction space leads to energetic disadvantages in maintaining the reaction space temperature and can not prevent reaction gases from penetrating into the annular space between the cooling screen and the reactor wall.

Eine zweite Variante sieht eine elastische Dichtung, etwa in Form von Dichtschnur, zwischen Kühlschirm und Deckelflansch vor. Die Betriebserfahrungen haben gezeigt, dass diese Dichtungen sehr schnell verschleißen oder von Schlackeanlagerungen ihrer Funktion beraubt werden. A second variant provides an elastic seal, for example in the form of sealing cord, between the cooling screen and the cover flange. The operating experience has shown that these seals wear out very quickly or are deprived of their function by slag deposits.

Zu einer dritten Variante gehören Gleitdichtungen. Dazu wird der Kühlschirm mit einem gasdicht aufgeschweißten Rohrstück nach oben in den Deckelflansch verlängert und die Gleitdichtung im Deckelflansch angeordnet. Auch diese Dichtungsart birgt Probleme. Werden harte Gleitdichtungsmaterialien verwendet, führen die Fertigungsungenauigkeiten, insbesondere Formabweichungen des Rohrstückes nach dem Schweißen, zu Undichtheiten, die infolge mangelnder Elastizität des Dichtungsmaterials nicht kompensiert werden können. Beim Einsatz weicher Gleitdichtungen gemäß DE 20 2007 011 109 U1 oder DE 20 2007 018 720 U1 , die – vergleichbar mit Stopfbuchsen – durch Komprimierung ihre Dichtfunktion erlangen, führen wiederum die unvermeidbaren sehr harten Schlackeanlagerungen am Dichtspalt bzw. die hohen Reaktortemperaturen in Verbindung mit den aggressiven Reaktionsgasen zu einem schnellen Verschleiß des Dichtungsmaterials. A third variant includes sliding seals. For this purpose, the cooling screen is extended with a gas-tight welded pipe section up into the cover flange and arranged the sliding seal in the cover flange. This type of seal also poses problems. If hard sliding seal materials are used, the manufacturing inaccuracies, in particular form deviations of the pipe section after welding, lead to leaks that can not be compensated due to lack of elasticity of the sealing material. When using soft sliding seals according to DE 20 2007 011 109 U1 or DE 20 2007 018 720 U1 , which - comparable to glands - achieve their sealing function by compression, in turn lead the inevitable very hard slag deposits on the sealing gap or the high reactor temperatures in conjunction with the aggressive reaction gases to rapid wear of the gasket material.

In einer vierten Variante hat man durch den Einbau von Wellrohrkompensatoren am Rohrstück, die den Spalt zwischen Kühlschirm und Deckelflansch verschließen, Gleitbewegungen zwischen den Dichtungspartnern vollkommen ausgeschlossen (z.B. EP 0 254 830 A2 , US 4.202.672 A , DE 10 2007 045 321 A1 ). Da Kompensatoren funktionsgemäß axiale Relativbewegungen ausgleichen müssen, sind sie aus dünnwandigen gefalteten Metallrohrstücken gefertigt, die jedoch in der aggressiven Atmosphäre von Vergasungsreaktoren schnell korrodieren und durchlässig werden. In a fourth variant has by the installation of corrugated pipe compensators on the pipe section, which close the gap between the cooling screen and cover flange, sliding movements between the sealing partners completely excluded (eg EP 0 254 830 A2 . US 4,202,672 A . DE 10 2007 045 321 A1 ). Since compensators functionally have to compensate for axial relative movements, they are made of thin-walled folded metal pipe pieces, which however, rapidly corrode and permeate in the aggressive atmosphere of gasification reactors.

Ausgehend von den beschriebenen Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine konstruktive Lösung zur Gestaltung des Ringspaltes zwischen dem Kühlschirm und der Druck tragenden Apparatewand im Bereich des Deckelflansches bereitzustellen, die eine hohe Standzeit aufweist. Based on the described disadvantages of the known prior art, the invention is therefore an object of the invention to provide a constructive solution for the design of the annular gap between the cooling screen and the pressure-bearing apparatus wall in the region of the cover flange, which has a long service life.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen thermischen Apparat mit den Merkmalen des ersten Anspruchs gelöst, bei welchem in einem Ringspalt zwischen dem Deckelflansch und dem Rohrstück eine mit Spülgas beaufschlagbare Labyrinthdichtung angeordnet ist. Zweckmäßige Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5. According to the invention the object is achieved by a thermal apparatus having the features of the first claim, wherein in an annular gap between the cover flange and the pipe piece can be acted upon with a flushing gas labyrinth seal is arranged. Advantageous embodiments are subject of the dependent claims 2 to 5.

Labyrinthdichtungen sind klassische Wellendichtungen in Dampf- oder Gasturbinen, Rotationsverdichtern oder Flugzeugtriebwerken. Dabei ist das abzudichtende Medium sehr heiß und die Wellendrehzahl sehr hoch. Labyrinth seals are classic shaft seals in steam or gas turbines, rotary compressors or aircraft engines. The medium to be sealed is very hot and the shaft speed is very high.

Es handelt sich um Drosseldichtungen für Gase, d.h. eine gewisse Gasleckage ist unvermeidbar. Labyrinthdichtungen sind regelmäßig aus Abstandsringen und Drosselblenden aufgebaut und funktionieren zuverlässig. Die Grundbauformen und deren Berechnungen für konkrete Anwendungsfälle sind in der Fachliteratur ausführlich beschrieben, beispielsweise zu finden bei „www.fachwissen-dichtungstechnik.de“ . Deshalb soll hier nur die prinzipielle Lösung beschrieben werden. These are throttle seals for gases, ie a certain gas leakage is unavoidable. Labyrinth seals are regularly made up of spacer rings and orifices and work reliably. The basic designs and their calculations for specific applications are described in detail in the literature, for example, at "Www.fachwissen-dichtungstechnik.de" , Therefore, only the basic solution is described here.

Diese ursprünglich für rotierende Bauteile entwickelte Dichtungsart wird erfindungsgemäß zur Abdichtung statischer Reaktor-Bauteile gegenüber heißen Reaktionsgasen verwendet. Durch den Wegfall der Rotationsbewegung ist die Dichtwirkung zwar eingeschränkt, aber eine geringer Gasvolumenstrom beispielsweise aus dem Ringraum zwischen Wärmeüberträger und Druckmantel in den Reaktionsraum ist durchaus zur Kühlung der Drosselblenden erwünscht. This type of seal originally developed for rotating components is used according to the invention for sealing static reactor components against hot reaction gases. By eliminating the rotational movement, the sealing effect is indeed limited, but a small gas volume flow, for example from the annulus between the heat exchanger and pressure jacket in the reaction chamber is quite desirable for cooling the orifices.

Um eine unkontrollierte Rückströmung von heißem Reaktionsgas in den Ringraum hinter dem Kühlschirm zu vermeiden, muss an der Überströmstelle eine positive Druckdifferenz an der Dichtungsstelle zwischen Ringraum und Reaktionsraum vorhanden sein. Die Berechnung von Strömungsverhältnissen und Druckdifferenzen von Labyrinthdichtungen wird in der Literatur hinreichend genau beschrieben. Im Besonderen ist darauf zu achten, die optimalen Verhältnissen von minimal erforderlichen Spalthöhen und Wirbelkammerhöhen und die Verhältnisse von Spaltlänge und Spaltbreite zu beachten. Die Berechnung der tatsächlichen Druckverluste über der Labyrinthdichtung hat unter Beachtung von zulässigen Fertigungstoleranzen und der Änderung des Dichtspaltes infolge unterschiedlicher Wärmedehnungen zu erfolgen. In order to avoid an uncontrolled backflow of hot reaction gas into the annular space behind the cooling screen, a positive pressure difference at the sealing point between the annular space and the reaction space must be present at the overflow point. The calculation of flow conditions and pressure differences of labyrinth seals is described in the literature with sufficient accuracy. In particular, care must be taken to observe the optimum ratios of minimum required gap heights and vortex chamber heights and the ratios of gap length and gap width. The calculation of the actual pressure losses over the labyrinth seal has to be done considering permissible manufacturing tolerances and the change of the sealing gap due to different thermal expansions.

Die Erfindung hat mehrere Vorteile gegenüber den bekannten Lösungen:
Sie ermöglicht ein ausreichendes Maß an Dichtheit bei gleichzeitiger Vermeidung von abrasiven Oberflächenkontakten der Dichtungspartner. Bei richtiger Montagereihenfolge ist die erforderliche exakte Positionierung der Dichtungskomponenten zueinander möglich. Bei der Montage im kalten Zustand sind vorteilhaft große Dichtspalten vorhanden, während bei Erwärmung infolge der radialen Materialdehnung der Dichtungspartner und der Drosselringe die Dichtspalten kleiner werden und die Dichtungswirkung damit zunimmt. Für die Herstellung der Labyrinthdichtung kann aus einer großen Variationsbreite an verschleißfesten Werkstoffen ausgewählt werden, vorzugsweise wird Edelstahl eingesetzt. Der modulare Aufbau der Labyrinthdichtung ermöglicht eine einfache Anpassung der Dichtungskennlinie an die konkreten Bedingungen in den unterschiedlichen thermischen Apparaten. The invention has several advantages over the known solutions:
It allows a sufficient degree of tightness while avoiding abrasive surface contacts of the sealing partners. If the order of installation is correct, the required exact positioning of the sealing components relative to one another is possible. When mounting in the cold state advantageously large sealing gaps are present, while when heated due to the radial material expansion of the sealing partner and the throttle rings, the sealing gaps are smaller and the sealing effect increases with it. For the production of the labyrinth seal can be selected from a wide range of wear-resistant materials, preferably stainless steel is used. The modular design of the labyrinth seal enables a simple adaptation of the sealing characteristic to the concrete conditions in the different thermal devices.

Im Folgenden soll der erfindungsgemäße thermische Apparat am Beispiel eines Vergasungsreaktors erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen stellen dabei dar: In the following, the thermal apparatus according to the invention will be explained using the example of a gasification reactor. The accompanying drawings represent:

1: Schnittdarstellung des oberen Abschnitts eines Vergasungsreaktors 1 : Sectional view of the upper section of a gasification reactor

2: schematische Darstellung einer Labyrinthdichtung im Deckelflansch 2 : schematic representation of a labyrinth seal in the cover flange

In dem in 1 dargestellten oberen Abschnitt eines zylindrischen Vergasungsreaktors, der einen druckdicht verschließbaren Druckmantel 1 aufweist, ist koaxial ein innerer wandnaher Wärmeübertrager 2, im Falle von Vergasungsreaktoren als Kühlschirm bezeichnet, angeordnet. Der Kühlschirm stützt sich auf einem Apparateboden ab (nicht dargestellt) und bildet einen Ringraum 4 zum Druckmantel 1 aus, wobei der Druckmantel 1 einen verschließbaren Deckelflansch 5 aufweist, der zentrisch zur Apparateachse angeordnet ist und einen Innendurchmesser Di besitzt (2). In the in 1 illustrated upper portion of a cylindrical gasification reactor, the pressure-tight sealable pressure jacket 1 is coaxial with an inner wall near heat exchanger 2 , in the case of gasification reactors referred to as a cooling screen arranged. The cooling screen is supported on an apparatus floor (not shown) and forms an annular space 4 to the pressure jacket 1 out, with the pressure jacket 1 a closable cover flange 5 which is arranged centrically to the apparatus axis and has an inner diameter Di ( 2 ).

Der Deckelflansch 5, der im Allgemeinen auch zur Aufnahme von Halterungen für Vergasungsbrenner dient, ist mit einem Flanschdeckel (ohne Bezugszeichen) druckdicht verschlossen. The cover flange 5 , which generally also serves to accommodate holders for gasification burners, is pressure-tight with a flange (not numbered) sealed.

Wie aus der Schnittdarstellung in 2 ersichtlich, weist der Wärmeübertrager 2 gasdicht verbundene Kühlmittelkanäle, hier durch ein oberes Kühlrohr 6 symbolhaft dargestellt, und eine axiale Verlängerung in Gestalt eines oberen Rohrstücks 7 mit einem Außendurchmesser D_a < Di auf, das auf das obere Kühlrohr 6 aufgeschweißt ist und sich nach oben bis in den Deckelflansch 5 erstreckt. As from the sectional view in 2 can be seen, the heat exchanger 2 gastight connected coolant channels, here by an upper cooling tube 6 symbolically represented, and an axial extension in the form of an upper tube piece 7 with an outer diameter D _a <Di on top of the upper cooling tube 6 is welded on and up to the top flange 5 extends.

Im Ringraum 4 ist mit einem von außen zuführbaren Spülgas 8 ein Überdruck gegenüber dem Innenraum 3 (Reaktionsraum) im Wärmeüberträger aufbaubar. In the annulus 4 is with an externally supplied purge gas 8th an over pressure against the interior 3 (Reaction space) can be built up in the heat exchanger.

Im Ringspalt zwischen dem Deckelflansch 5 und dem darin zentrierten Rohrstück 7 ist eine mit Spülgas 8 beaufschlagbare, axiale Labyrinthdichtung 9 angeordnet. In the annular gap between the cover flange 5 and the pipe piece centered therein 7 is one with purge gas 8th actable, axial labyrinth seal 9 arranged.

Die Labyrinthdichtung 9 kann aus einem kompakten Paket aus mehreren, ringförmig um das Rohrstück 7 verlaufenden Drosselstellen zusammengesetzt sein, die als Dichtspalte 11 wirken. Die Drosselstellen können beispielsweise durch ringförmige Drosselblenden realisiert werden, die zueinander beabstandet sind durch jeweils zwischen zwei Drosselblenden liegende Abstandsringen, so dass zwischen den Drosselblenden und über den Abstandsringen mehrere, in axialer Richtung nebeneinander liegende Wirbelkammern 12 ausgebildet sind. Alternativ sind auch andere, vergleichbare Ausführungsformen von Labyrinthdichtungen möglich. Es ist auch die Fertigung aus einem Stück möglich, wie in 2 dargestellt. Zwischen den Innenflächen der Drosselblenden und dem Rohrstück 7 werden die Drosselspalten für das Spülgas 9 im Zehntel-Millimeter-Bereich gebildet. Der Abstand von zwei Drosselblenden zueinander liegt etwa im Bereich 15–20 mm. Die Tiefe der Wirbelkammern 12 in radialer Richtung zwischen den Drosselblenden beträgt etwa die zehnfache Höhe der Drosselspalten. Die Dichtwirkung ist abhängig von der Anzahl der Drosselspalten, die den jeweiligen Anforderungen entsprechend angepasst werden kann. Hinter jeder scharfkantigen Drosselstelle bilden sich in den Wirbelkammern 12 Turbulenzen, die zu entsprechenden Druckverlusten in der Spülgasströmung führen und den Gasstrom mit jeder Drosselstelle weiter reduzieren. The labyrinth seal 9 can consist of a compact package of several, ring-shaped around the pipe section 7 extending throttle points are composed, as a sealing column 11 Act. The throttle points can be realized for example by annular orifices, which are spaced apart by each lying between two orifices spacer rings, so that between the throttle plates and the spacer rings a plurality of adjacent in the axial direction vortex chambers 12 are formed. Alternatively, other comparable embodiments of labyrinth seals are possible. It is also possible to manufacture in one piece, as in 2 shown. Between the inner surfaces of the orifices and the pipe section 7 become the throttle columns for the purge gas 9 formed in tenths of a millimeter range. The distance between two orifices is approximately in the range 15-20 mm. The depth of the vortex chambers 12 in the radial direction between the orifices is about ten times the height of the throttle gaps. The sealing effect depends on the number of throttle gaps, which can be adapted to the respective requirements. Behind each sharp-edged choke point form in the vortex chambers 12 Turbulences that lead to corresponding pressure losses in the purge gas flow and further reduce the gas flow with each throttle point.

Weil die Gestaltung der Labyrinthdichtung als offenes Labyrinth eine geringere Drosselwirkung erbringt gegenüber anderen bekannten Varianten dieses Dichtungstyps, wie einem verzahnten Labyrinth (Drosselblenden wechselseitig am Rohrstück 7 und am Deckelflansch 5) oder einem gestuften Labyrinth (treppenförmige Durchmesserabstufungen auf Rohrstück 7 und Deckelflansch 5), ist die dargestellte Bauform für den Einbau in einen Vergasungsreaktor wegen des höheren Spülgasvolumenstromes und der damit intensiveren Kühlung der Dichtung und wegen des geringen Fertigungsaufwandes optimal geeignet. Because the design of the labyrinth seal as an open labyrinth provides a lower throttle effect compared to other known variants of this type of seal, such as a toothed labyrinth (orifice alternately on the pipe section 7 and on the cover flange 5 ) or a stepped labyrinth (stepped diameter graduations on pipe section 7 and cover flange 5 ), the illustrated design for installation in a gasification reactor due to the higher purge gas volume flow and thus more intense cooling of the seal and because of the low production costs is optimally suited.

Bei der beschriebenen Verwendung der Labyrinthdichtung für die Abdichtung des Ringraums 4 zwischen Kühlschirm und Druckmantel 1 kann die Inergasspülung des Ringraums 4 zwischen den beiden Komponenten genutzt werden. Dieses Spülgas 8 wird üblicherweise im unteren Teil des Ringraumes 4 (nicht dargestellt) eingeleitet und strömt darin nach oben. Im oberen Teil des Kühlschirms wird das Spülgas 8 über dafür vorgesehene Durchlässe in den Innenraum 3 des Vergasungsreaktors überführt. Das kann beispielsweise durch einen oder mehrere Überströmkanäle (nicht dargestellt) in den Spalt oberhalb der Labytinthdichtung 9 am oberen Rand des Rohrstücks 7 realisiert werden. In the described use of the labyrinth seal for the sealing of the annulus 4 between cooling screen and pressure jacket 1 can the inergasspülung the annulus 4 be used between the two components. This purge gas 8th is usually in the lower part of the annulus 4 (not shown) initiated and flows in it upwards. In the upper part of the cooling screen, the purge gas 8th over designated passages into the interior 3 transferred to the gasification reactor. This can, for example, by one or more overflow channels (not shown) in the gap above the labyrinth seal 9 at the upper edge of the pipe section 7 will be realized.

Zur vertikalen Fixierung der Labyrinthdichtung 9 ist diese in einer mechanisch bearbeiteten Tasche des Deckelflansches 5 gelagert. Die erforderliche radiale Querschnittserweiterung ist auf einfache Weise durch Abdrehen des Deckelflansches 5 vor dem Einschweißen in den Druckmantel 1 herstellbar. For vertical fixation of the labyrinth seal 9 this is in a machined pocket of the cover flange 5 stored. The required radial cross-sectional widening is easily achieved by turning off the cover flange 5 before welding into the pressure jacket 1 produced.

Das Gegenstück, die rohrartige Verlängerung des Kühlschirms (Rohrstück 7), ist mechanisch am Außenumfang bearbeitet, um Formabweichungen zu reduzieren, schematisch in 2 durch eine geringere Wandstärke dargestellt. The counterpart, the tubular extension of the cooling screen (pipe section 7 ), is mechanically machined on the outer circumference to reduce shape deviations, schematically in 2 represented by a smaller wall thickness.

Zur Montage der Labyrinthdichtung 9 ist zuerst das zylindrische Rohrstück 7 auf die obere Wicklung des Kühlschirms aufzusetzen. Danach erfolgt das Einschieben der Labyrinthdichtung 9 in die dafür vorgesehene Tasche des Deckelflansches 5. Die Labyrinthdichtung 9 zentriert das Rohrstück 7 an seiner mechanisch bearbeiteten Außenfläche auf dem Kühlrohr 6. Zuletzt wird das zentrierte Rohrstück 7 mit dem oberen Kühlrohr 6 des Kühlschirms gasdicht verschweißt.For mounting the labyrinth seal 9 First is the cylindrical tube piece 7 put on the upper winding of the cooling screen. Thereafter, the insertion of the labyrinth seal 9 in the designated pocket of the cover flange 5 , The labyrinth seal 9 centers the pipe section 7 on its machined outer surface on the cooling tube 6 , Last is the centered piece of pipe 7 with the upper cooling tube 6 the cooling screen welded gas-tight.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Druckmantel pressure shroud
22: Wärmeübertrager Heat exchanger
33: Innenraum inner space
44: Ringraum annulus
55: Deckelflansch cover flange
66: Kühlmittelkanäle Coolant channels
77: Rohrstück pipe section
88th: Spülgas purge
99: Labyrinthdichtung labyrinth seal
1010: Querschnittserweiterung Cross-sectional widening
1111: Dichtspalten sealing gaps
1212: Wirbelkammern swirl chambers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DD 237318 A1 [0009]
DE 202007011109 U1 [0011]
DE 202007018720 U1 [0011]
EP 0254830 A2 [0012]
US 4202672A [0012]
DE 102007045321 A1 [0012]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"Www.fachwissen-dichtungstechnik.de" [0016]

Claims

Thermal apparatus with a pressure-tight sealable pressure jacket ( 1 ) and with a coaxial internal heat exchanger ( 2 ), which has an interior ( 3 ), is supported on an apparatus floor and an annular space ( 5 ) to the pressure jacket ( 1 ), wherein - the pressure jacket ( 1 ) a closable cover flange ( 5 ), which is arranged centrally to the apparatus axis and has an inner diameter Di, - the heat exchanger ( 2 ) at its the cover flange ( 5 ) end facing an upper tube piece ( 7 ) having an outer diameter Da <Di which extends vertically into the cover flange ( 5 ), - in the annulus ( 4 ) with a purge gas ( 8th ) an overpressure relative to the reaction space ( 3 ), characterized in that in an annular gap between the cover flange ( 5 ) and the pipe section ( 7 ) one with a purge gas ( 8th ) can be acted upon labyrinth seal ( 9 ) is arranged.

Thermal apparatus according to claim 1, characterized in that the labyrinth seal ( 9 ) in a cross-sectional extension ( 10 ) of the cover flange ( 5 ) is arranged.

Thermal apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the labyrinth seal ( 9 ) as an open labyrinth with sealing gaps ( 11 ) on the pipe section ( 7 ) is trained.

Thermal apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the labyrinth seal ( 9 ) is made of a stainless steel.

Thermal apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the sealing gaps ( 11 ) with purge gas ( 8th ) from the annulus ( 4 ) are flushable.

Thermal apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal apparatus is an entrained-flow gasifier and the heat exchanger ( 2 ) a cooling screen for thermal protection of the pressure jacket ( 1 ).