DE2913748C2

DE2913748C2 - Rohrbündelwärmetauscher zum Kühlen schlackenhaltiger Heißgase der Kohlevergasung

Info

Publication number: DE2913748C2
Application number: DE2913748A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Kehrer; Helmut Dipl.-Ing. 1000 Berlin Lachmann
Original assignee: Borsig 1000 Berlin De GmbH; Borsig 1000 Berlin GmbH
Current assignee: Deutsche Babcock Borsig AG
Priority date: 1979-04-03
Filing date: 1979-04-03
Publication date: 1983-09-29
Also published as: GB2047866A; NL182980B; US4346758A; DE2913748A1; JPS55134292A; GB2047866B; FR2461219A1; NL182980C; CA1111836A; FR2461219B1; NL8000646A; BE881793A

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündelwärmetauscher zum Kühlen schlackenhaltiger Heißgase der « Kohlevergasung, mit einer einen Einlaßstutzen und einen eine Anzahl von Gasrohren tragenden Rohrboden aufweisenden Einlaßkammer für die Heißgase, mit einer einen Einlaß und einen Auslaß für ein Kühlwasser aufweisenden Kühlkammer mit einer der Anzahl der Gasrohre entsprechenden Anzahl von Durchgangsrohren zur koaxialen Aufnahme der Gasrohre, wobei zwischen den Durchgangsrohren und den Gasrohren ein relativ enger Ringraum für ein aus einer zwischen dem Rohrboden der Einlaßkammer und der Kammerdecke der Kühlkammer angeordneten Eintrittskammer zugeführtes Temperiermedium, mit einer einen Auslaßstutzen und einen Rohrboden aufweisenden Auslaßkammer sowie mit einem zwischen dem Rohrboden der Auslaßkammer und dem Kammerboden der Kühlkammer angeordneten, mit der Eintrittskammer verbundenen Zwischenraum.

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 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 Wärmetauschern zur Abkühlung derar Jger Gase 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

Ein bekannter Rohrbündelwärmetauscher der gattungsgemäßen Art dient zur Abkühlung eines heißen Kohlenwasserstoffgases, das durch die Innenrohre fließt, während das Kühlmittel — eine Flüssigkeit hohen Druckes und niedriger Temperatur — um die äußeren, die Innenrohre umschließenden Rohre geführt wird (GB-PS 13 32 386). Das Medium in dem von beiden Rohren gebildeten Ringraum dient allein der Wärmeübertragung. Alle drei Medien sind durch dichtende Mittel voneinander getrennt, können sich also nicht untereinander venraischen.

Mit diesem bekannten Wärmetauscher sind die Erfordernisse nicht zu erfüllen, wonach allein eine solche Temperaturabsenkung des sich abkühlenden Gases erfolgen darf, die ausschließt daß das schlackenhaltige Gas im Temperaturbereich vom Kondensieren bis zum Erstarren der flüssigen Schlacke mit Wärmeübertragungsflächen in Berührung kommt, deren Temperatur unterhalb der Kondensationstemperatur der Schlacke liegt Vielmehr würden bei der Verwendung eines Wärmetauschers nach der GB-PS 13 32 386 für die Kühlung schlackenhaltiger Gase der Kohlevergasung die Innenrohre im Innere nach kurzer Zeit verkrusten und eine wirtschaftliche Verwendung bzw. eine Verwendung überhaupt nicht mehr gesiatten.

Das gleiche trifft auch auf einen Wärmetauscher nach der GB-PS 15 38 420 zu, der mit dem Wärmetauscher nach der GB-PS 13 32 386 weitgehend übereinstimmt. Es sind lediglich die Innenrohre in den äußeren Rohrboden dicht eingeschweißt, während die Außenrohre absichtlich nicht dicht in den inneren Rohrboden eingeschweißt sind, da hier Vermischungen gewollt sind

Es ist weiterhin 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rohrbündelwärmetauscher zum Kühlen schlackenhaltiger Heißgäse zu schaffen, bei dem während des Abkühlvorganges der Heißgase im Temperaturbereich vom Kondensieren bis zum Erstarren der flüssigen Schlacke eine Berührung der Heißgase mit Wärmeübertragungsf'ichen einerTemperatur unterhalb der Schlakkenkondensationstemperatur vermieden wird und bei dem zur Vermeidung eventueller späterer Schlackenbil-

düngen eine weitere rasche Abkühlung der Heizgase nach Bildung fester Schlacke gewährleistet ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Länge der Durchgangsrohre der Kühlkammer größer ist als die Länge der Gasrohre, so daß die Gasrohre weit in die Durchgangsrchre hineinragen, daß in jedem der Ringräume jeweils vier wendelförmig parallel zueinander verlaufende Trennwände angeordnet sind zum verwirbelten Beimischen eines als das Temperiermedium dienenden schlackenfreien kälteren Temperiergases zu dem Heißgas und daß der Rohrboden des dem Zuführen eines schlackenfreien Kühlgases dienenden Zwischenraumes koaxial zu den Dürchgangsrohren angeordnete Rohrstutzen zum Vermischen des Kühlgases und des abgekühlten Heißgas-Temperiergas-Gemisches aufweist

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einem Rohrbündelwärmetauscher oin Wärmetauscher besonders kleiner und wenig aufwendiger Bauart zum Kühlen schlackenhaltiger Heißgase zur Anwendung kommt, der durch die Möglichkeiten, kältere, schlackenfreie Gase in die von Gasrohren und den Durchgangsrohren des Rohrbündeis gebildeten Ringräume einzuleiten, ihnen jeweils einen Drall zu verleihen, wodurch die sich abkühlenden und eine feste Schlacke bildenden Gase nicht die Innenwandungen der Durchgangsrohre verkrusten können, und weiterhin kältere, schlackenfreie Gase in die aus den Durchgangsrohren des Rohrbündels austretenden, abgekühlten Gase mischend einfließen zu lassen.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Rohrbündelwärmetauscher,

F i g. 2 die Einzelheit »X« des Rohrbündelwärmetauschers gemäß der F i g. 1 in vergrößerter Darstellung und

Fig.3 einen Schnitt nach der Linie III—III gemäß Fig.2.

Der Rohrbündelwärmetauscher mit einem Mantel 1, einem Einlaßstutzen 2 und einer Einlaßkammer 3 für die Zuführung schlackenhaltiger Heißgase, einer Auslaßkammer 4 und einem Auslaßstutzen 5 für die Abführung der abgekühlten, schlackenhaltigen Gase weist Durchgangsrohre 6 als Rohrbündel auf, durch die die Heißgase strömen und die in einer Kamirerdecke 7 der Einlaßkammer 32 und in einem Kammerboden 8 der Auslaßkammer 4 befestigt sind. Durch Einlasse 9 und 10 tritt Kühlwasser in eine Kühlkammer 11 um die Durchgangsrohre 6 ein und verläßt diese als Dampf-Wasser-Gemisch durch Auslässe 12 und 13. In den Durchgangsrohren 6 sind Gasrohre 14 einseitig mit einem Rohrboden 15 in der Einlaßkammer 3 verbunden, wobei die Kammerdecke 7 und der Rohrboden 15 in Abstand zueinander angeordnet sind und eine Eintrittskammer 16 für kältere, schlackenfreie Gase bilden, die durch einen Eintrittsstutzen 17 einströmen und in Pingräume 18 zwischen den Gasrohren 14 und den Durchgangsrohren 6 gelangen. Die Ringräume 18 weisen vier, am Umfang gleichmäßig verteilte, von Rohrwandung zu Rohrwandung reiGhende₍ spiralförmig angeordnete Trennwände 19 auf. In der Auslaßkammer ist neben dem Kammerboden 8 ein weiterer Rohrboden 20 mit Rohrstutzen 21 angeordnet. Der Kammerboden 8 und der Rohrboden 20 bilden eine Eintrittskammer 22, in die durch einen Eintrittsstutzen kältere, schlackenireie Gase gelangen.

Das von einem Kohlevergasungsreaktor kommende schlackenhältige Heißgas strömt durch den Einlaßstutzen 2 in die Einlaßkammer 3 des Rohrbündeiwärmetauschers ein und wird beim Durchströmen des Rohrbündelwärmetauschers in drei Bereichen abgekühlt.

Im ersten Bereich der Abkühlung fließt das schlackenhältige Heißgas durch die Gasrohre 14, während parallel dazu durch die Ringräume 18 kälteres, schlackenfreies Gas strömt. Dabei wird Wärme vom Heißgas durch die Gasrohre 14, durch das kältere Gas in den Ringräumen 18 und durch die Durchgangsrohre 6 an das Kühlwasser in der Kühlkammer 11 übertragen.

Im zweiten Kühlbereich tritt das kältere Gas aus den Ringräumen 18 aus und bewegt sich entlang der Rohrinnenwandungen der Durchgangsrohre 6. Die Austrittsgeschwindigkeit des kälteren Gases aus den Ringräumen 18 ist größer als die Geschwindigkeit der Heißgase in den Durchgangsrohren 6, so daß das Heißgas nicht gleich die Rohrinnenwandung der Durchgangsrohre 6 berührt. Durch die spiralförmig angeordnet&i Trennwände 19 im Ringraum 18 erhält der kältere Gasstrom einen Drall. Wegen seiner größeren Wichte ~ verglichen mit der d.;s Heißgases — bleibt der rotierende Gasstrom somit auch wegen des Zentrifugaleffektes relativ lange an der Rohrinnenwandung der Durchgangsrohre 6 und vermischt sich erst gegen Ei^Je der Durchgangsrohre 6 vollends mit dem Heißgas. In diesem zweiten Kühlbereich erfolgt der Wärmetransport vom heißen Gas direkt durch das kältere Gas zu den Durchgangsrohren 6 und damit zum Kühlwasser. Die Schlacke verfestigt sich in diesem Bereich. Das schlackenfreie, kältere Gas verhindert jedoch Abscheidung von Schlacke auf der Rohrinnenwandung.

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

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1	Mantel
2	Einlaßstutzen
3	Einlaßkammer
4	Auslaßkammer
5	Auslaßstutzen
6	Durchgangsrohre
7	Kammerdecke
8	Kammerboden
9	Einlaß
10	Einlaß
11	Krhlkammer
12	Auslaß
13	Auslaß
14	Gasrohre
15	Rohrboden
16	Eintrittskammer
17	Eintrittsstutzen
18	Ringräunie
19	Trennwände
20	Rohrboden
21	Rohrstutzen
22	Eintrittskammer
23	Eintrittsstutzen

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Rohrbündelwärmetauscher zum Kühlen schlakkenhaltiger Heißgase der Kohlevergasung, mit einer einen Einlaßstutzen (2) und einen eine Anzahl von Gasrohren (14) tragenden Rohrboden (15) aufweisenden Einlaßkammer (3) für die Heißgase, mit einer einen Einlaß (9,10) und einen Auslaß (12,13) für ein Kühlwasser aufweisenden Kühlkammer (11) mit einer der Anzahl der Gasrohre (14) entsprechenden Anzahl von Durchgangsrohren (6) zur koaxialen Aufnahme der Gasrohre (14), wobei zwischen den Durchgangsrohren (6) und den Gasrohren (14) ein relativ enger Ringraum (18) für ein aus einer zwischen dem Rohrboden (15) der Einlaßkammer (3) und der Kammerdecke (7) der Kühlkammer (11) angeordneten Eintrittskammer (16) zugeführtes Temperiermedium, mit einer einen Auslaßstutzen (5) und einen Rohrboden (20) aufweisenden Auslaßkammer (4) sowie mit einem zwischea dem Rohrboden (20) der Auslaßkammer (4) und dem Kammerboden (8) der Kühlkammer (11) angeordneten, mit der Eintrittskammer (22) verbundenen Zwischenraum, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Durchgangsrohre (6) der Kühlkammer (11) größer ist als die Länge der Gasrohre (14), so daß die Gasrohre (14) weit in die Durchgangsrohre (6) hineinragen, daß in jedem der Ringräume (18) jeweils vier wendelförmig parallel zueinander verlaufende Trennwände (19) angeordnet sind zum verwirbelten Beimischen eines als das Temperiermedium dienenden schlackenfreien kälteren Temperiergases zu dem Heißgas und daß der Rohrboden (20) des dem Zt/ühren eines schlackenfreien Kühlgases dienenden Zwischenraumes koaxial zu den Durchgangs«)»: en (6) angeordnete Rohrstutzen (21) zum Vermischen des Kühlgases und des abgekühlten Heißgas-Temperiergas-Gemisches aufweist.

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