DE3103721A1 - High-temperature gasifier - Google Patents
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Abstract
Description
Hoch-temperatur - Vergaser High-temperature carburetor
Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Hochtemperatur-Vergaser für Kohle und sonstige fossile Einsatzstoffe, insbesondere einen Flugstrom- oder Schlacenbadgenerator mit flüssigem oder teigigen Schlac'renanfall.The invention relates to a water-cooled high-temperature carburetor for coal and other fossil fuels, in particular an entrained flow or Sleep bath generator with liquid or doughy sleep.
Bei der Vergasung von Sohlen, Holz oder sonstigen fossilen Einsatzstoffen wird mit Hilfe von Sauerstoff und Wasserdampf ein Rohgas gewonnen. Die Zusammensetzung des Rohgases hängt dabei von der Art des zu vergasenden Einsatzstoffes ab, aber auch von Art und Menge des zugeführten Wasserdampfes und Sauerstoffes bzw. der zugeführten Luft.When gasifying soles, wood or other fossil fuels a raw gas is obtained with the help of oxygen and water vapor. The composition of the raw gas depends on the type of feedstock to be gasified, but also on the type and amount of the supplied water vapor and oxygen or the supplied Air.
Die optimale Reaktortemperatur (Reaktionstemperatur) çann u.a. auch abhängen von den Fartoren - Asche - / Schlacenart - zu vergasende Beimengungen im Einsatzstoff - Durchspitung schwerer' Kohlenwasserstoffe - Schlackenfließverhalten am Reaktoraustritt - Teillastverhalten des Rea;tors.The optimal reactor temperature (reaction temperature) can also, among other things depend on the Fartoren - ash / flake type - admixtures to be gassed in the Feedstock - heavy hydrocarbons - slag flow behavior at the reactor outlet - partial load behavior of the reactor.
Flugstrom-Vergaser können dabei - als ochtemperatur-Vergaser - Betriebstemperaturen von 1.500 -2.800 C erreichen.Entrained-flow carburetors can - as high-temperature carburettors - operating temperatures from 1,500-2,800 C.
Wärmetechnisch wird die Strahlungsintensität der vergasenden Festkörper - Kohlenstoffteilchen mit der eines "schwarzen Körpers" (Ca.-Wert) gleichgestelit.In terms of heat, the radiation intensity of the gasifying solids becomes - Carbon particles equated with that of a "black body" (approx. Value).
Diesen Betriebsbedingungen muß die Reaktorkonstruktion Rechnung tragen.The reactor design must take these operating conditions into account.
Reaktoronstrutionen, welche diesen extremen Bedingungen genügen sollen, bestehen im allgemeinen aus einem wasser-oder siedewassergekühlten Mantel mit einer davor liegenden isolierenden Schicht. Diese isolierende Schicht besteht in den meisten Fällen aus einer hochtemperaturfesten Ausmauerung oder Stampfmasse.Reactor demonstrations, which are supposed to meet these extreme conditions, generally consist of a water-cooled or boiling-water-cooled jacket with a insulating layer in front of it. This insulating layer exists in most of them Cases from a high-temperature-resistant brick lining or rammed earth.
Im Mitteltemperaturbereich von 1.100 - 1.300 OC wird die isolierende, keramische Schicht normalerweise von einem mehr oder weniger dicken Schlackenfilm überzogen, welcher - bei entsprechender Stärke - zusätzliche isolierende Wirkung hat.In the medium temperature range of 1,100 - 1,300 OC, the insulating, ceramic layer usually from a more or less thick film of slag coated, which - with appropriate strength - additional insulating effect Has.
Gleichzeitig schützt der Schlackenpelz das dahinter liegende Mauerwerk wie auch die wasserdurchflossenen Kühlelemente vor Erosionen und Korrosionen in reduzierender Atmosphäre und in Anwesenheit von Alkalien und Gasbegleitern, wie H2S, Cl2, HC1, H2, CO, C02, N2 etc.At the same time, the slag fur protects the masonry behind it as well as the cooling elements through which water flows from erosion and corrosion in reducing atmosphere and in the presence of alkalis and gas companions, how H2S, Cl2, HC1, H2, CO, C02, N2 etc.
Die wasserdurchflossenen Kühlelemente'werden - oder sollten aus Gründen der Wirtschaftlichkeit - in Form einer Naturumlauf-Siedekühlung ausgeführt werden.The cooling elements through which water flows - or should for reasons economic efficiency - be carried out in the form of natural circulation evaporative cooling.
Die Erfahrungen mit derartigen Anlagen haben jedoch gezeigt, daß die vorgenannten Temperaturmittelwerte bis 1.360 °C im praktischen Betrieb nicht einhaltbar sind, sondern daß Temperaturspitzen bis 2.800 (z.B. durch inhomogenen Kohlestrom, durch ungleichmäßige Kohlezuteilung, durch hohe Ascheschmelzwerte etc.) kurz- und mittelfristig gefahren werden.However, experience with such systems has shown that the The above mean temperature values up to 1,360 ° C cannot be maintained in practical operation but that temperature peaks of up to 2,800 (e.g. due to inhomogeneous coal flow, due to uneven distribution of coal, high ash melt values, etc.) short-term and be driven in the medium term.
Bei diesen hohen Temperaturen kommt es in der Regel zu einer totalen Zerstörung der-isolierenden - vor dem Kühlmantel liegenden - keramischen Abkleidung.At these high temperatures there is usually a total Destruction of the insulating ceramic lining in front of the cooling jacket.
Der Isolierungsschichtzerstörung folgt dann - bedingt durch erhöhte Wärmeabstrahlung an die kalte Reaktorwand - ein erhöhter Sauerstoffeinsatz, um z.B. die Sch,lackenabflußtemperatur sicherzustellen.The insulation layer is then destroyed - due to increased Heat radiation to the cold reactor wall - an increased use of oxygen, e.g. to ensure the schacken runoff temperature.
Temperaturbedingter höherer 02-Einsatz im vorerwähnten Sinne bedeutet aber auch wanderung, d.h.~Verschlechterung der Gasqualität und Ausbeute.Temperature-related higher O2 use in the aforementioned sense means but also migration, i.e. ~ deterioration in gas quality and yield.
Das nun der freien Wärmeeinstrahlung ausgesetzte wasser- oder siedewasserdurchflossene Kühlsystem kann nun ebenfalls dem Korrosionsangriff unterliegen und Schaden nehmen. Betriebsstörungen mit langen Ausfallzeiten sind nicht auszuschließen.The water or boiling water which is now exposed to free heat radiation The cooling system can now also be subject to the corrosive attack and be damaged. Breakdowns with long downtimes cannot be ruled out.
Der'Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, weiches die totale Zerstörang des Mauerwerks verhindert und einen mindestens teilweisen Bestand des Schlackenschutzfilmes sichert.-Nach der Erfindung wird dies durch ein besonderes Verfahren der Anordnung und Konstruktion von Kühlrohren, welche den Reaktorraum bilden, erreicht.The invention is based on the task of creating a system soft prevents the total destruction of the masonry and at least partially Existence of the slag protection film secures.-According to the invention, this is achieved by a special procedure for the arrangement and construction of cooling tubes, which the reactor space form, achieved.
Dabei wird vor den mit Kühl- oder Siedewasser beaufschlagten Reaktorwänden (Kühlwandkonstruktion) eine zusätzlichte wasser- oder siedewasserdurchflossene Zylinder-Rohrspirala mit nur leichter oder 0-Steigung gelegt.This is done in front of the reactor walls exposed to cooling or boiling water (Cooling wall construction) an additional cylinder pipe spiral through which water or boiling water flows laid with only a slight or 0 slope.
Der Umfang dieser Maßnahme reduziert sich normalerweise auf den eigentlichen Reaktorraum mit den zu erwartenden höchsten Temperaturspitzen.The scope of this measure is usually reduced to the actual one Reactor room with the highest temperature peaks to be expected.
Die Anbringung, d.h. Halterung dieser Zylinderrohrspirale erfolgt durch sogenannte Kammbleche (Anschweißflossen), welche mittig oder leicht außermittig am äußeren Zylinderrohr-Umfang hintereinander angeschweißt sind.The attachment, i.e. holding of this cylinder tube spiral, takes place by so-called comb plates (welding fins), which are centered or slightly eccentric are welded one behind the other on the outer circumference of the cylinder tube.
Damit liegen diese Kammblecbe als Befestigungs- und Halteelemente im Strahlungsschatten des Rea!ctorraumes..This means that these comb plates are used as fastening and holding elements in the radiation shadow of the reactor room ..
Kritische Wärmestromdichten an diesen Kamm- und Haltee'isen sind nicht zu erwarten.There are no critical heat flux densities on these comb and holding irons expected.
Rohrwand, Kammblech und Zylinder-Rohrspirale formen nunmehr Zellen, welche mit keramischer Stampfmasse ausgefüllt werden und - bei Zerstörung bzw. Auflösung dieser - durch Kohlenschlacken substituiert werden.Pipe wall, comb plate and cylindrical pipe spiral now form cells, which are filled with ceramic ramming material and - in the event of destruction or dissolution this - be substituted by coal slag.
Dünnflüssigere Kohlenschlacke überfließt die Zylinderrohre, - die darunterliegenden Zellen füllend.Thinner coal slag overflows the cylinder tubes - the filling underlying cells.
Dieser Schlackenflußmechanismus an der gekühlten Reaktor-,wand bewirkt immer und regenerierend eine Mindestwandabdeckung durch ablaufende und zellenfüllende Schlacke.This slag flow mechanism works on the cooled reactor wall always and regenerating a minimum wall coverage through draining and cell-filling Slag.
Der Abstand der Zylinderrohre -voneinander (Steigungsgröße) bestimmt letztlich den gewünschten Grad der gesicherten Schlackenabdeckung an der Reaktorwand.The distance between the cylinder tubes (pitch size) is determined ultimately the desired degree of secured slag cover on the reactor wall.
Selbstverständlich sind anfallende Schlackenmenge und Schlackenviskosität weitere Kriterien für die Dicke des entstehenden Schlackenpelzes.It goes without saying that the amount of slag produced and the slag viscosity are also included further criteria for the thickness of the resulting slag pelt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Eammbleche mit bestimmten Zwischenräumen voneinander an die Zylinderrohrspirale angeschweißt. Der Abstand zwischen den einzelnen Eammblechen wird so groß dimensioniert, daß -'bei Wärmestromdichten von 800.000 kcal/m2h und höher - ein Teil der Schlacke durch die entstandenen Schlitze fließen kann, -in die nächste darunterliegende Zelle.According to a further feature of the invention, the Eammbleche with certain gaps from each other welded to the cylinder tube spiral. Of the The distance between the individual Eammblechen is dimensioned so large that -'bei Heat flux densities of 800,000 kcal / m2h and higher - part of the slag by the resulting slits can flow into the next cell below.
Erfindungsgemäß werden die Kammbleche so-- gegeneinander versetzt - an die Zylinderrohrspirale angeschweißt-,daß die Schlitze wechselnd untereinander.angeordnet sind und die Schlacke somit kaskadenförmig nach unten läuft.According to the invention, the comb plates are offset against one another - welded to the cylinder tube spiral - that the slots are arranged alternately with one another and the slag thus cascades downwards.
Die Bedeckungsmöglichkeit der gekühlten Reaktorwand durch Schlacke wird damit maximiert.The possibility of covering the cooled reactor wall with slag is thus maximized.
Die Wärmeaustauschoberfläche der Schlacke haltenden Zylinderrohrspirale ist klein, - die Wärmeaustauschleistung entsprechend gering.The cylindrical tube spiral holding the heat exchange surface of the slag is small, - the heat exchange capacity is correspondingly low.
Da die Konstruktionsform der beschriebenen Zylinderrohrspirale darüber hinaus einfach ist, ergeben sich überraschenderweise - neben der oben erfindungsgemäßen gewollten gehalterten Schlackenschicht noch folgende zusätzliche Systemvorteile: - Die Gefahr von Korrosionsschäden am Reaktor ist eliminiert, gleiches gilt für evtl. Erosionsrisiken.Since the construction form of the cylinder tube spiral described above is also simple, surprisingly result - in addition to the above according to the invention The desired retained slag layer still has the following additional system advantages: - The risk of corrosion damage to the reactor is eliminated, the same applies to possible risk of erosion.
- Der Reaktor kann mittels Siedekühlung - im Naturumlauf - betrieben werden. Das System wird ökonomischer durch kostengünstigere Konstruktion, Entfall der Umwälzpumpen und Umwälzpumpenleitung.- The reactor can be operated by means of evaporative cooling - in natural circulation will. The system becomes more economical due to more cost-effective construction, elimination the circulation pumps and circulation pump line.
- Die Wärmeabfuhr aus dem Reaktor wird geringer, der Sauerstoffeinsatz erfolgt optimaler.- The heat dissipation from the reactor is lower, the use of oxygen occurs more optimally.
- Die einfache Zylinderrohrspirale kann aus hochlegiertem, korrosionsresistenten Material hergestell.t werden, wobei das Material für diese kesseltechnisch - extern anzusehende - Kühlspirale nicht unbedingt unter die für den Dampfkes'selbau genehmungspflichtige Werkstoffe fallen muß.- The simple cylinder tube spiral can be made of high-alloy, corrosion-resistant Material hergestell.t, whereby the material for this boiler technical - external to be seen - cooling coil is not necessarily below the one that requires a permit for steam boiler construction Materials must fall.
- Anstelle hochlegierter Stähle können Standardwerkstoffe des Dampfkesselbaus eingesetzt werden, welche corrimuniert werden.- Instead of high-alloy steels, standard materials used in steam boiler construction can be used are used, which are corrimuniert.
- Die Zylinderrohrspirale kann aus dem Dampf-/ Wasserkreislauf (mit separater Kühlung) ausgekoppelt werden'.- The cylinder tube spiral can be extracted from the steam / water circuit (with separate cooling) '.
- Die Zylinderrohrspirale kann in der vorliegenden einfachen Bauweise als Verschlei3teil angesehen werden, mit der Möglichkeit des kostengünstigen Austausches, bei Revisionsarbeiten.- The cylinder tube spiral can in the present simple design are viewed as wearing parts, with the possibility of inexpensive replacement, for revision work.
In den Zeichnungen - Fig. 1 - 3 - ist der Gegenstand der Erfindung dargestellt.In the drawings - Fig. 1 - 3 - is the subject of the invention shown.
Fig. 1: Verfahren und Einbindung des Systems Zylinderrohrspirale im Vergasungsreaktor.Fig. 1: Process and integration of the cylinder tube spiral system in Gasification reactor.
Fig. 2: Anordnung und Halterung der Zylinderrohrspirale mit Darstellung des Schlackenflusses.Fig. 2: Arrangement and mounting of the cylinder tube spiral with illustration of the slag flow.
Fig. 3: Detailzeichnung der Rohranordnung und -anbindung mit Darstellung der Kammbleche.Fig. 3: Detailed drawing of the pipe arrangement and connection with representation the comb plates.
In Fig. 1 ist die Einbindung des Systems Zylinderrohrspirale 10 im Vergasungsreaktor dargestellt. Die Kühlwände 1 umschließen den Reaktorinnenraum 2.In Fig. 1, the integration of the system cylinder tube spiral 10 is in Gasification reactor shown. The cooling walls 1 enclose the interior of the reactor 2.
Die Wasserzufuhr erfolgt durch natürlichen Umlauf über die Fallrohre 7; das Dampfwassergemisch wird der Ausdampftrommel 5 durch die Uberströmrobre 6 zugeführt.The water is supplied by natural circulation through the downpipes 7; the steam-water mixture is transferred to the evaporation drum 5 through the overflow tube 6 fed.
In dem dargestellten Beispiel ist die Zylinderrohrschlange für die Schlackenhalterung in den Häuptkühlkreislauf des Reaktors einbezogen.In the example shown, the coil is for the Slag holder included in the main cooling circuit of the reactor.
Eine Rezirulationspumpe 8 fördert einen Teilstrom des Umlaufwassers über einen Wärmetauscher 9 in die Zylinderrohrschlange 10; das erwärmte Wasser wird über die Leitung 11 der Ausdampftrommel 5 wieder zugeführt.A recirculation pump 8 conveys a partial flow of the circulating water via a heat exchanger 9 into the cylinder tube coil 10; the heated water will fed back to the evaporation drum 5 via line 11.
Durch d.en Wärmetauscher 9 kann das Kühlwasser ca.Through the heat exchanger 9, the cooling water can be approx.
30 - 40 tJ über die entsprechende Siedetemperatur abgekühlt werden. Mittels eines Thermometers - eingebaut in die Leitung 11 - kann die Wasseraufwärmung kontrolliert werden: Diese Wasseraufwärmung kann als Indikator für den jeweils aufgebauten Schlackenpelz dienen. Nach den jeweiligen Meßvorängen, (z.B. wöchentlich einmal, oder nach Laständerungen) kann der Wärmeaustauscher 9 wieder abgeschaltet werden. Der Vergasungsbrenner 3 wurde schematisch dargestellt, desgleichen der Schlackenauslauf (4).30 - 40 tJ above the corresponding boiling point. By means of a thermometer - installed in the line 11 - the water can be heated be controlled: This water heating can be used as indicator serve for the respectively built-up slag pelt. After the respective measuring processes, (e.g. once a week, or after load changes) the heat exchanger 9 be switched off again. The gasification burner 3 was shown schematically, likewise the slag outlet (4).
Fig. 2 zeigt die Anordnung und Halterung der Zylinderrohrspirale 1,0 mit Darstellung des Schlackenflusses. Der Reaktorraum 2 wird durch gasdicht verschweißte Rohrwände gebildet mit einer dahinter liegenden "äußeren" Isolierung 13, bestehend aus Glaswollmatten. Das Zylinderrohr 10 bildet mit der Membranrohrwand 1 die o.a. Zellen 14, welche durch den Schlackenfilm gefüllt werden.Fig. 2 shows the arrangement and mounting of the cylinder tube spiral 1.0 showing the slag flow. The reactor space 2 is welded gas-tight Pipe walls formed with an "outer" insulation 13 behind them, consisting made of glass wool mats. The cylinder tube 10 forms with the membrane tube wall 1 the o.a. Cells 14 which are filled by the slag film.
In Fig. 3 ist dargestellt, die Detailzeichnung der Bohranordnung und - Anbindung mit den Kammblechen: Vor der Reaktorwand 1, gebildet aus gasdicht miteinander verschweißten Rohren, liegt das Zylinderrohr 10, welches wiederum durch Kammbleche 15 mit der Wand verschweißt ist. Sie KammblechO15 werden mit Lücken 16, 17 an das ZYlinderrohr geschweißt und bilden bei entsprechender Größe die beschriebenen Öffnungen für den Schlackendurchlauf.In Fig. 3 is shown the detailed drawing of the drilling assembly and - Connection with the comb plates: In front of the reactor wall 1, formed from gas-tight with one another welded tubes, the cylinder tube 10, which in turn by comb plates 15 is welded to the wall. You comb plate O15 with gaps 16, 17 to the Cylinder tube welded and form the openings described if the size is appropriate for the slag passage.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |