DE2102368C3 - Einrichtung zum Erzeugen eines Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden Gasgemisches - Google Patents

Description

Die Erfindung be/icht sich auf eine Einrichtung /um Erzeugen eines Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthüllenden Gasgemische, mit einer Kcaklionskam- '·', mcr fur die teilweise Verbrennung von Kohlcnw.isser stoffen mittels Sauerstoff oder mil Sauerstoff angerci chericr l.ufi bei ubcratmospharischem Driuk. gewebe ncnfiills unier Zufuhr von O.impf und mn einem an den Gasauslaß der Reaktionskammcr angeschlossenen w< Abgasböilcr; wobei nach einem älteren Vorschlag, in dein zwei oder mehr an ihrer Außenseite von einem Kühlmittel umströmte wCndclföfmige Rohrschlangen im Ringrauni außerhalb eines inneftröhfes angeordnet sind, an dessen Ende eine Sprühdüse angeordnet ist, «>'» durch die das Kühlmittel aus dem Irmcnröhr in den Ritigrairm utn das Innenrohf im Abgasböilef eingeleitet wird.

In der Reaktionskammer der Einrichtung entsteht durch die teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen ein Gasgemisch, das Wasserstoff und Kohlenmonoxyd sowie zusätzlich Ruß enthält. Der Rußanteil im Gasgemisch kann bis zu 5% betragen. Das Gasgemisch, das beim Verlassen der Reaktionskammer eine hohe Temperatur von beispielsweise 1300— 1400°C aufweist und unter einem Druck von 5—130 atm steht, wird im Abgasboiler gekühlt. Hierbei strömt das Gasgemisch nach dem im Gattungsbegriff bereits berücksichtigten älteren Vorschlag durch wendeiförmige Rohrschlangen, die an ihrer Außenseile von einem Kühlmittel umströmt werden. Der Abgasboiler kann ein ijrtikal angeordnetes zylindrisches Gefäß mit einem Innenrohr und einer Bodenplatte sein, an die eine oder mehrere wendeiförmige Rohrschlangen für die zu kühlenden heißen Gase angeschlossen sind, wobei dann die Rohrschlangen im ringförmigen Raum zwischen der Außenwand des Gehäuses und dem Innenrohr angeordnet sind und das unsere Ende jeder Rohrschlange mit einem Anschlußteil in Verbindung steht, der an den Gasauslaß der Reaktionskammer angeschlossen ist. Der Kühlmitteleinlaß ist nach dem erwähnten älteren Vorschlag an das innere Rohr angeschlossen, dessen unteres Ende so mit einer Sprühdüse verbunden ist. daß das durch das innere !'.ohr zugeführte Kühlmittel gegen die heiße Bodenplatte gesprüht werden kann, bevor es nach oben in den ringförmigen Raum eintritt.

Bei einer Ausfiihrungsform des Abgasboilers, bei welcher zwei oder mehr wendeiförmige Rohrschienen an die Bodenplatte angeschlossen sind, isi die Kühlung der Bodenplatte und der wendeiförmigen Rohrschlangen nicht immer in gleichem Maße befriedigend. Die Kühlung kann sogar versagen, wenn dir Druck des durch das innere Rohr geleiteten Kühlmittels infolge einer Betriebsstörung auf Null absinkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kühlung zu verbessern und /u verj/pichmäßigen und zugleich eine gewisse Vorsorge bei Störungen der Kühlmittelzufuhr zu treffen.

Hierzu ist eine gemäß der Erfindung ausgebildete Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß im Abgasboiler die wendeiförmigen Rohrschlange!¹ jeweils mit einem geraden Rohr für die Zuleitung der /u kühlenden Gase verbunden sind, das Innenrohr aus zwei konzentrischen Rohren gebildet ist. und die Sprühdüse, in der die konzentrischen Rohre münden, einen zentralen Ejektor und zumindest einen seitlich von diesem angeordneten /iisat/ejektor auf weist

Durch die Sprühdüse wird Kuhlmittel auf d,is Ciascinlaßcndc der geraden Rohre gesprüht. Kuhlmittel wird im inneren der beiden konzentrischen Rohre /u den Ijcktoren geleitet, aus dem anderen dieser Rohre hingegen von den I nktorcn anjjes.iugl

Die geraden Rohre, an welche die wendelformigen Rohrsihl.ingen ,inpeschlossen sind, können eine «iusrci chemie l.inge aufweisen, um eine Verbindung /wischen der ersten Windung der wendelförmig'!) Rohrschlan gen und der Bodenplatte herzustellen, und dienen in diesem Fall als Ansehlußslucke, Die Laiige der Röhre kann aber auch größer gewühlt werden, wenn dies beispielsweise aus konstruktiven Gründen iiti Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Raum auf der GaseililaÖseite des Abgnsboilcfs erwünscht ist, oder wenn es erwünscht ist, die Temperatur der Gase vor ihrem Eintritt in die erste Windung der wendelformigen Rohrschlangen hefab/.usei/.cn.

Die Verwendung von zwei konzentrischen Rohren, die in eine Sprühdose münden und in denen das Kühlmittel im inneren Rohr vorzugsweise unter Druck den Ejektoren zugeleitet wird, die ihrerseits Wasser aus dem äußeren Rohr ansaugen das beispielsweise an ein oberhalb des Abgasboilers angeordnetes, Kühlmittel enthaltendes Gefäß angeschlossen ist, sichert, daß im Falle einer Unterbrechung der Kühlmittelzufuhr zum inneren Rohr dennoch ma Hilfe des im äußeren Rohr vorhandenen Kühlmittels eine gewisse Kühlung erzielt werdeu kann, so daß eine kurze Sicherheitsfrist gewonnen wird, um Maßnahmen zur Behebung des Defektes zu ergreifen. Die Verwendung einer Sprühdüse mit einem zentralen Ejektor und zumindest einem Zusatzejektor sichert eine zufriedenstellende Kühlung sowohl der Bodenplatte als auch der geraden Rohre an ihrem Gaseinlaßende. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Anzahl der Zusatzejektoren gleich der Anzahl von geraden Rohren ist und diese Zusatzejektoren mit Sprühdüsenarmen zusammenwirken, die symmetrisch angeordnet sind und zwischen der geraden Rohren ausmünden. Diese Arme sind vorzugsweise so gekrümmt, daß dem ausströmenden Kühlmittel eine Bewegungsrichtung mit einer horizontalen Geschwindigkeitskomponente erteilt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung weist der Raum des Abgasboilers, in welchem die Sprühdüse angeordnet ist. an der Anschlußstelle der Sprühdüse an die konzentrischen Rohre eine freie Strömungsquerschnittsflache auf. die höchstens 30% der Stromungsquerschnittsfläche des die wendeiförmigen Rohrschlangen aufnehmenden Raumes beträgt. Dies ergibt eine verbesserte Strömung des Kühlmittels durch den Abgasboiler.

Die freie .Strömungsquerschnittsfläche des die Sprühdose enthaltenden Raumes kann durch Anordnung von Prallplatten die jeweils gewünschten Größe erhalten, wobei im Falle eines Abgasboilers mit vier geraden Rohren die """rallplattcn beispielsweise die Gestalt von gewölbten Schilden haben können und symmetrisch entlang der Wand des diese Rohre enthaltenden Raumes derart angeordnet sein können, daß ihre konkave Seite zur Wand hin weist.

Falls erwünscht, kann die Temperatur der zu kühlenden Gase dadurch herabgesetzt werden, daß ein Kuhlmittel. 7. B. Wasser, nach dem Austritt der Gase aus der Reaktionskammer in den Gasstrom eingesprüht wird. Fine solche Vorkühlung der Gase kann ständig vorgenommen werden u\}-.r nur zeitweise, beispielsweise dann, wenn Schwierigkeiten mit der Zufuhr des Kuhlmittel' zum Abgasboilor auftreten

Die (rfindung wird nachfolgend an schcm.itisch dargestellten Ausfuhrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch naher erläutert

I ig I ist eine schemalische Ansicht einer fur die leilweiM Verbrennung von Kohlenwasserstoffen und zum Kuhlen der entstehenden Gase bestimmten F inreii hung pemaB der f rfindnng.

I ι g 2 ist eine schematising Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Abgasboilers für die Einrichtung nach Fig. 1.

Fig.3 ist ein Querschnitt durch eine zweite A-USfühftingsform des Abgasboilers, wobei der Schnitt durch den die geraden Rohre aufnehmenden Raum unmittelbar oberhalb der Mündung der mil den Zwsatz.cjektoren zusammen wirkenden Sprühdüsenarme gelegt ist und wobei der Abgasboiler mit vier wendelförniigen Rohrschlangen ausgestattet ist, die je an ein gerades Rohr angeschlossen sind.

Fig.4 ist ein Q4erschnitt durch eine weitere Ausfuhrungsform des Abgasboilers, wobei der Schnitt durch den die geraden Rohre aufnehmenden Raum in einem bestimmten Abstand oberhalb der Anschlußstelle der Sprühdüse geführt ist und wobei der Abgasboiler mit vier wendeiförmigen Rohrschlangen ausgestattet ist, von denen jede an ein gerades Rohr angeschlossen ist, und vier Prallplatten aufweist, die in dem die geraden Rohre aufnehmenden Raum angeordnet sind und sich bis in die Nähe der Bodenplatte erstrecken.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung weist einen Reaktor A auf, der mit einer zu einem Brennerteil A 'des Reaktors führenden Brennstoffzuführleitung a und mit einer Sauerstoffzufuhrleitung b ausgestattet ist, während Dampf, falls er verwendet wird, sowohl durch die Leitung a als auch durch die Leitung b zugeführt werden kann. Der Reaktor A ist durch eine Verbindungsleitung ßmit einem Anschlußteil (Tverbunde- Die heißen Gase strömen durch die Verbindungs!e>fin° B und den Anschlußteil C zu einem Abgasboiler D, der mit zwei geraden Rohren und zwei wendeiförmigen Rohrschlan gen ausgestattet is! und Auslässe c und d fur die gekühlten Gase. Einlasse c und /Tür das Kühlmittel. / B. Wasser, und einen Auslaß k fur das Kühlmittel aufweist. Die geraden Rohre sind mit gund h. die wendelförmi.gen Rohrschlangen mit / und y bezeichnet. Die wendelformi gen Rohrschlangen erstrecken sich im Pingraum um ein als Kuhlmittelzuleitung dienendes vertikales Innenrohr, um das gewunden sie angeordnet sind.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Teiles eines Abgasboilers. Der Abgasboiler wcnI ein zylindrisches Gehäuse 1 mit einer Bodenplatte 2 auf. die auf einem Anschlußteil 3 ruht, an den eine Gaszufuhrleitung 4 angeschlossen ist. Der Abgasboiler ist ferner mit dem aus konzentrischen Rohren 5 und 6 bestehenden Innenrohr für die Zufuhr des (im Innenrohr 6 unter Druck strömenden) Kühlmittels ausgestattet, an deren unteren Enden eine Sprühdüse angeschlossen ist. Diese Sprühdüse weist einen zentralen Ejektor 11 auf. der nut einem zentralen Sprühdüsenarm 12 und zwei Zusatz· ejektoren 7 und 8 zusammenwirkt, welche ihrerseits mit Sprühdüsenarmen 9 und 10 verbunden sind. Das durch die Rohre 5 und 6 zugeführte Kühlmittel, im allgemeinen Wasser, wird durch die Sprüharme 9, 10 und 12 gegen die Bodenplatte 2 gesprüht, von welcher es sodann nach oben steigt und dabei die geraden Rohre 13 und 14 kühlt.

F i g. 3 ist ein Querschnitt durch den die geraden Rohre aufnehmenden Raum des Abgasboilers. wobei der Schnitt unmittelbar oberhalb der Mündung dei Sprühdüsenarme der /usat/ejektoren durch die iii F ι g. 2 dargestellte Aiislührungsform gelegt ist. Die Ausfünrungsform nach F ι g. 3 weist vier wendeiförmige Rohrschlangen auf. von denen jede mit einem geraden Rohr verbunden ist. Im Querschnitt sind die vier geraden Rohre 21, 22, 21 und 24 ersichtlich, ferner der zentrale Arm 25 der Sprühdüse und die vier mit den Ziisat/ejektoren zt ,ammenwirkenden Sprühdüsenarme 2f>, 27, 28 und 29 Dem ausströmenden Kühlmittel wird infolge der in seitlicher Richtung gekrümmten Arme 26, 27j 28 und 29 eine horizontale Bewegungs-komponente erteilt.

F i g. 4 zeigt einen Querschnitt durch den die geraden Rohre aufnehmende*) Raun? der Ausführungsform des Abgasboilers nach Fig. 3, wobei der Schnitt mit Abstand oberhalb der Anschlußstelle der Sprühdüscn verläuft. Im Schnitt sind die geraden Rohre 31, 32, 3.3 und 34 und die von Kühlmittel durchströmten

konzentrischen Rohre 35 und 36 ersichtlich^ wobei das Kühlmittel im inneren Rohr 35 unter Druck strömt und aus dem äußeren Rohr 36 durch die Ejektoren angesaugt wird; ferner sind die Prallplatten 37, 38, 39 und 40 für das Kühlmittel ersichtlich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Erzeugen eines Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden Gasgemisches, ί mit einer Reaktionskammer für die teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mittels Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft bei überatmosphärischem Druck, gegebenenfalls unter Zufuhr von Dampf, und mit einem an den Gasauslaß der Reaktionskammer angeschlossenen Abgasboiler, in dem zwei oder mehr an ihrer Außenseite von einem Kühlmittel umströmte wendeiförmige Rohrschlangen im Ringraum außerhalb eines Innenrohres angeordnet sind, an dessen Ende eine Sprühdose angeordnet ist, durch die das Kühlmittel aus dem Innenrohr in den Ringraum um das Innenrohr im Abgasboiler eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im AbgaskniU- /ΓΜ Ate* iHAnZtnlfnrminAn DAt>i-IAUI»ni,Dn /( Λ ~H\ Uimil ( L·'/ UtV. VTt. IIUU11 UN llltgV.ll l^UIII OV-IIIUlIgWIl {ti J/ -" jeweils mit einem geraden Rohr (g, h; 21—24; 31—34) für die Zuleitung der zu kühlenden Gase verbunden ist, das Innenrohr aus zwei konzentrischen Rohren (5, 6; 35, 38) gebildet ist, und die Sprühdüse (11), in der die konzentrischen Rohre r> münden, einen zentralen Ejektor (12; 25) und zumindest einen seitlich von diesem angeordneten Zusatzejektor (7,8) aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zusatzejektoren (7, 8) «> gleich der Anzahl der geraden Rohre (g. h; 21 —24) ist, und daß die Zusatzejektoren mit Sprühdüsenarmen (9, 10; 26—29) zusammenwirken, die symmetrisch angeordnet sind und zwischen den geraden Rohren ausmünden. i'i

3. Einrichtung nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die freie Strömungsquerschnittsfläche des die Sprühdüse (11) enthaltenden Raumes an de; Anschlußstelle der Sprühdüse an die konzentrischen Rohre (5, 6; 35, 36) höchstens 30% w der Strömungsquerschnittsfläche des die wendeiförmigen Rohrschlangen (i. j) aufnehmenden Raumes beträgt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekenn zeichnet, daß in dem die geraden Rohre (31—34) « enthaltenden Raum des Abgasboilers Prallplatien (37—40) angeordnet sind.