DE2913748A1

DE2913748A1 - Waermetauscher zur kuehlung schlackenhaltiger gase der kohlevergasung

Info

Publication number: DE2913748A1
Application number: DE19792913748
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Kehrer; Helmut Dipl Ing Lachmann
Original assignee: Borsig GmbH
Current assignee: Deutsche Babcock Borsig AG
Priority date: 1979-04-03
Filing date: 1979-04-03
Publication date: 1980-10-16
Also published as: JPS55134292A; BE881793A; NL8000646A; US4346758A; NL182980C; DE2913748C2; GB2047866B; FR2461219A1; NL182980B; GB2047866A; CA1111836A; FR2461219B1

Description

GRUPPE DEUTSCHE BABCOCK

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Kühlung schlackenhaltiger Gase der Kohlevergasung.

Gas aus Kohlevergasungsreaktoren enthält meist Schlacke in gasförmiger, flüssiger und fester Form. Bei Abkühlung des Gases in Wärmetauschern - z.B. in Abhitzekesseln zur Erzeugung von Wasserdampf - setzt sich Schlacke an der Wärmeübertragungsfläche ab und vermindert die Wärmeübertragung beträchtlich. Besonders die gasförmige und flüssige (tropfenförmige) Schlacke verkrustet durch Kondensieren und Erstarren die Wärmeübertragungsflächen. Schlacke scheidet sich nicht ab, wenn die Oberflächentemperatur von Wärmeübertragungsflächen oberhalb der Kondensationstemperatur der Schlacke liegt. Sobald das Gas auf Temperaturen unterhalb des Erstarrungspunktes der Schlacke gekühlt ist, besteht die Gefahr des Verkrustens ebenfalls nicht mehr.

Bei derartigen Wärmetauschern ist daher eine solche Temperaturabsenkung im Bereich des sich abkühlenden Gases erforderlich, die ausschließt, daß das schlackenhaltige Gas im Temperaturbereich vom Kondensieren bis zum Erstarren der Schlacke mit Wärmeübertragungsflächen in Berührung kommt, deren Temperatur unterhalb der Kondensationstemperatur der Schlacke liegt.

Es ist bekannt, eine Strahlungskammer mit verkleideten Kühlrohrwänden vorzusehen, bei der dafür gesorgt ist, daß Schlacke ständig an der Verkleidung kondensiert und abläuft und am Boden der Strahlungskammer durch Berührung mit Wasser zum Erstarren gebracht wird, während das Gas, das seine Wärme durch Strahlung in der Strahlungskammer abgegeben hat, seitlich abgeführt wird. Eine solche Strahlungskammer hat einen sehr großen Raumbedarf und ist dementsprechend kostspielig.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher kleinen Raumbedarfs zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgeraäß dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher ein Rohrbündel-Wärmetauscher ist, bei dem in seiner Eintrittskammer auf der Einströmseite der heißen Gase ein zusätzlicher Rohrboden mit Einsteckrohren für die zwischen den beiden Rohrboden des Rohrbündels befindlichen Rohre so angeordnet ist, daß beide Rohrboden in der Eintrittskammer eine andere Eintrittskammer für kältere, schlackenfreie Gase begrenzen, die durch einen Eintrittsstutzen im Mantel des Rohrbündel-Wärmetauschers zugänglich ist, daß die Einsteckrohre weit in, aber nicht bis zum Ende der Rohre des Rohrbündels in diese hineinragen und die Einsteckrohre mit den äußeren Rohren relativ enge, zur Erzeugung einer hohen Austrittsgeschwindigkeit geeignete Ringräume bilden, wobei Maßnahmen getroffen sind, durch welche das aus den Ringräumen austretende, erwärmte kältere Gas an den Rohrinnenwandungen der Rohre des Rohrbündels gehalten wird und weitere Maßnahmen getroffen sind, durch welche die aus den Rohren des Rohrbündels austretenden, abgekühlten Gase weitere Abkühlung erfahren.

Um sicherzustellen, daß das aus den Ringräumen zwischen den Einsteckrohren und den Rohren des Rohrbündels austretende Gas an den Rohrinnenwandungen der Rohre strömungsmäßig'haften bleibt, sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung in den Ringräumen beispielsweise jeweils vier spiralförmig verlaufende Streifen angeordnet, die dem aus dem Ringraum austretenden Gasstrom einen Drall geben.

Um zu gewährleisten, daß die aus den Rohren des Rohrbündels austretenden, abgekühlten Gase noch weiter abgekühlt werden, ist erfindungsgemäß in der Austrittskammer auf der Ausströmseite der abgekühlten Gase ein weiterer Rohrboden mit Rohrstutzen so eingebaut,, daß der besagte Rohrboden und der Rohr-

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boden der Rohre des Rohrbündels eine Eintrittskammer für kältere, schlackenfreie Gase begrenzen, die durch einen Eintrittsstutzen im Mantel des Rohrbündel-Wärmetauschers zugänglich ist, wodurch die hier eintretenden kälteren, schlackenfreien Gase in die abströmenden Gase aus den Rohren des Rohrbündels mischend einfließen können.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einem Rohrbündel-Wärmetauscher ein Wärmetauscher besonders kleiner und wenig aufwendiger Bauart zur Kühlung besagter schlackenhaltiger Gase zur Anwendung kommt, der durch die Möglichkeiten, kältere, schlackenfreie Gase in die von Einsteckrohren und den Rohren des Rohrbündels gebildeten Ringräume einzuleiten, ihnen jeweils einen Drall zu verleihen, wodurch die sich abkühlenden und festen schlacke bildenden Gase nicht die Innenwandungen der Rohre verkrusten können, und weiterhin kältere, schlackenfreie Gase in die aus den Rohren des Rohrbündels austretenden, abgekühlten Gase mischend einfließen zu lassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Rohrbündel-Wärmetauscher,

Fig. 2 als eine Einzelheit den kreisförmig umrahmten Bereich X in der Fig. 1 in vergrößerter Schnittdarstellung und

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2.

Der Rohrbündel-Wärmetauscher mit seinem Mantel 1, seinem Eintrittsstutzen 2 und seiner Eintrittskammer 3 für die Zuführung der heißen, schlackenhaltigen Gase, seiner Austrittskammer 4 und seinem Austrittsstutzen 5 für die Abführung der

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abgekühlten, schlackenhaltigen Gase nimmt die Rohre 6 als Rohrbündel auf, durch die die heißen Gase strömen und die in dem Rohrboden 7 der Eintrittskammer 2 und in dem Rohrboden 8 der Austrittskammer 4 befestigt sind. Durch die Eintrittsstutzen 9 und 10 tritt Kühlwasser in den Mantelraum 11 um die Rohre 6 ein und verläßt ihn als Dampf-Wasser-Gemisch durch die Austrittsstutzen 12 und 13. Die in den Rohren 6 befindlichen Einsteckrohre 14 sind einseitig mit dem Rohrboden 15 in der Eintrittskammer 3 verbunden, wobei die beiden Rohrboden 7 und 15 in einem gewissen Abstand zueinander angeordnet sind und eine Eintrittskammer 16 für kältere, schlackenfreie Gase bilden, die durch den Eintrittsstutzen 17 einströmen und in die Ringräume 18 zwischen den Einsteckrohren 14 und den Rohren 6 gelangen. Die Ringräume 18 weisen vier, am Umfang gleichmäßig verteilte, von Rohrwandung zu Rohrwandung reichende, spiralförmig angeordnete Streifen 19 auf. In der Austrittskammer 4 ist neben dem Rohrboden 8 ein weiterer Rohrboden 20 mit Rohrstutzen 21 untergebracht. Beide Rohrboden 8 und 20 bilden eine Eintrittskammer 22, in die durch den Eintrittsstutzen 23 kältere, schlackenfreie Gase gelangen.

Das von einem Kohlevergasungsreaktor kommende schlackenhaltige Gas strömt durch den Eintrittsstutzen 2 in die Eintrittskammer 3 des Rohrbündel-Wärmetauschers ein und wird beim Durchströmen des Rohrbündel-Wärmetauschers in drei Bereichen abgekühlt, wobei durch Wahl der Temperaturen des sich abkühlenden Gases und durch geeignete Maßnahmen - wie im folgenden ausgeführt - verhindert wird, daß sich während der Gasabkühlung Schlacke auf den Wärmeübertragungsflächen abscheidet.

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Im ersten Bereich der Abkühlung fließt das heiße, schlackenhaltige Gas durcljäie Einsteckrohre 14, während parallel dazu durch die Ringräume 18 kälteres, schlackenfreies Gas strömt. Dabei wird Wärme vom heißen Gas durch die Einsteckrohre 14, durch das kältere Gas in den Ringräumen 18 und durch die Rohre 6 an das Kühlwasser im Mantelraum 11 übertragen. Durch geeignete Bemessung wird sichergestellt, daß die Oberflächentemperatur der Einsteckrohre 14 oberhalb der Erstarrungstemperatur der Schlacke liegt und daß somit eine Verkrustung der Einsteckrohre ausgeschlossen ist.

Mit fortschreitender Abkühlung des heißen Gases würden jedoch Oberflächentemperaturen der Einsteckrohre erreicht werden,bei denen eine Verkrustung beginnen würde. Daher tritt im zweiten Kühlbereich das kältere Gas aus den Ringräumen 18 aus und bewegt sich entlang den Rohrinnenwandungen der Rohre 6. Da die Austrittsgeschwindigkeit des kälteren Gases aus den Ringräumen größer als die Geschwindigkeit der heißen Gase in den Rohren 6 ist, wird erreicht, daß das heiße Gas nicht gleich die Rohrinnenwandung des Rohres 6 berührt. Durch die spiralförmig angeordneten Streifen 19 im Ringraum 18 erhält der kältere Gasstrom einen Drall. Wegen seiner größeren Wichte - verglichen mit der des heißen Gases - bleibt der rotierende Gasstrom somit auch wegen des Zentrifugaleffektes relativ lange an der Rohrinnenwandung des Rohre 6 und vermischt sich erst gegen Ende des Rohres 6 vollends mit dem heißen Gas. In diesem zweiten Kühlbereich erfolgt der Wärmetransport vom heißen Gas direkt durch das kältere Gas zum Rohr 6 und damit zum Kühlwasser. Die Schlacke verfestigt sich in diesem Bereich Das schlackenfreie, kältere Gas verhindert jedoch Abscheidung von Schlacke auf der Rohrinnenwandung.

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Im dritten Kühlbereich wird kälteres, schlackenfreies Gas durch den Exntrittsstutzen 23 in die Eintrittskammer 22 und weiter durch die Rohrstutzen 21 den abströmenden Gasen aus den Rohren 6 mischend zugesetzt. Die nunmehr verfestigte Schlacke wird in einem nicht dargestellten, dem Rohrbündelwärmetauscher nachgeschaltetem Abscheider aus dem Gas entfernt.

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GRUPPE	Β^Γ^^Ι^ 3350 /12 DEUTSCHE BABCOCK	Mantel
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen	Eintrittsstutzen
1	Eintrittskammer
2	Austrittskammer
3	Austrittsstutzen
4	Rohre
5	Rohrboden
6	Rohrboden
7	Eintrittsstutzen
8	Eintrittsstutzen
9	Mantelraum
10	Austrittsstutzen
11	Austritts stutzen
12	Einsteckrohre
13	Rohrboden
14	Eintrittskammer
15	Eintrittsstutzen
16	Ringräume
17	Streifen
18	Rohrboden
19	Rohrstutzen
20	Eintrittskammer
21	Eintrittsstutzen
22
23

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Claims

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GRUPPE DEUTSCHE BABCOCK

Borsig GmbH
1000 Berlin 27

Wärmetauscher zur Kühlung schlackenhaltiger Gase der Kohlevergasung

Patentansprüche:

11 .ι Wärmetauscher zur Kühlung schlackenhaltiger Gase der Kohlevergasung, dadurch gekennzeichnet daß

1 der Wärmetauscher ein Rohrbündel-Wärmetauscher ist, bei dem

2 in der Eintrittskammer (3) auf der Einströmseite der heißen Gase ein Rohrboden (15) mit Einsteckrohren (14) für die zwischen den Rohrboden (7 und 8) befindlichen Rohre (6) so angeordnet ist, daß

3 der Rohrboden (7) und der Rohrboden (15) eine Eintritts kammer (16) für kältere, schlackenfreie Gase begrenzen, die

3.1 durch einen Eintrittsstutzen (17) im Mantel (1) des Rohrbündel-Wärmetauschers zugänglich ist, daß

4 die Einsteckrohre (14) weit in, aber nicht bis zum Ende der Rohre (6) in diese hineinragen und

4.1 die Einsteckrohre (14) mit den Rohren (6) relativ enge, zur Erzeugung einer hohen Austrittsgeschwindigkeit geeignete Ringräume (18) bilden, wobei

4.2 Maßnahmen getroffen sind, durch welche das aus den Ringräumen (18) austretende, erwärmte kältere Gas an den Rohrinnenwandungen der Rohre (6) gehalten wird und

5 weitere Maßnahmen getroffen sind, durch welche die aus den Rohren (6) austretenden, abgekühlten Gase weitere Abkühlung erfahren.

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2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

4.2.1 in den Ringsäumen (18) beispielsweise jeweils vier spiralförmig verlaufende Streifen (19) angeordnet sind, die dem aus dem Ringraum (18) austretenden Gasstrom einen Drall geben.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß

5.1 in der Austrittskammer (4) auf der Ausströmseite der abgekühlten Gase aus den Rohren (6) ein Rohrboden (20) mit Rohrstutzen (21) so eingebaut ist, daß

5.2 der Rohrboden (20) und der Rohrboden (8) der Rohre (6) eine Eintrittskammer (22) für kältere, schlackenfreie Gase begrenzen, die

5.2.1 durch einen Eintrittsstutzen (23) im Mantel (1) des Rohrbündel-Wärmetauscher zugänglich ist, wodurch die hier eintretenden kälteren, schlackenfreien Gase in die abströmenden Gase aus den Rohren (6) mischend einfließen können.

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