DE3133470C2

DE3133470C2 - Regeneratives Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem

Info

Publication number: DE3133470C2
Application number: DE19813133470
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. Dr. 6605 Friedrichsthal Spiethoff
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Saarbergwerke AG
Priority date: 1981-08-25
Filing date: 1981-08-25
Publication date: 1988-03-24
Also published as: DE3133470A1

Abstract

Bei einem regenerativen Wärmeübertragungssystem, bei dem der Wärmeinhalt eines heißen Rohgases zumindest teilweise zunächst auf einen festen Zwischenwärmeträger und dann von diesem auf ein Reingas übertragen wird, sind mindestens drei Zonen vorgesehen. Dabei wird während der Aufheizung einer bereits gekühlten Zone durch durchströmendes heißes Rohgas eine bereits aufgeheizte Zone gespült und eine bereits gespülte Zone durch Durchströmung des Reingases gekühlt. Durch die Anordnung von drei Zonen gelingt es, im Zuge des durchzuführenden Wärmetausches das anfallende Rohgas von in diesem enthaltenen Feststoffteilchen zu befreien.

Description

Die Erfindung betrifft ein regeneratives Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem zum Kühlen und Reinigen eines heißen, Feststoffteilchen enthaltenden Rohgases und zum gleichzeitigen Anwärmen eines kalten Reingases, mit mehreren abwechselnd umschaltbaren Regeneratoren, die den Wärmeinhalt und die Feststoffteilchen des Rohgases zumindest teilweise aufnehmen und den Wärmeinhalt auf das Reingas übertragen, wobei jeweils in der Zeit der Aufheizung eines gekühlten Regenerators durch das durchströmende heiße Rohgas ein bereits aufgeheizter, mit Feststoffteilchen beladener Regenerator von den Feststoffteilchen freigespült wird. Ein solches regeneratives Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem ist aus der EP-OS 00 04 028 bekannt Dabei wird die Abwärme von heißen, staubhaltigen Abgasen zum Aufwärmen von Luft benutzt Nachteilig ist, daß bei diesem bekannten Wärmeübertragungssystem eine Entstaubung nur durch einen beim Umschaltvorgang der Regeneratoren auftretenden kurzen Schaltstoß erfolgt Für Abgase mit hohen Temperaturen, wie sie beispielsweise bei der Kohlevergasung entstehen, und die darüber hinaus geschmolzene Schlacketeilchen enthalten, kann dieses Wärmeübertragungssystem nicht verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein regeneratives Wärmeübertragungssystem und Reinigungssystem auch für heiße Rohgase zu schaffen. Dabei soll den heißen Rohgasen Abwärme entzogen, auf ein Reingas übertragen und das Rohgas von Staub sowie Schlakkepartikeln befreit werden.

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tragungs- und Reinigungssystem der eingangs genannten Art dadurch, daß das Reingas durch einen weiteren, bereits gespülten Regenerator hindurchleitbar ist wobei das Reingas angewärmt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsund Reinigungssystera wird das heiße. Feststoffteilchen enthaltende Rohgas zunächst in einen ersten Regenerator des Systems eingeleitet und dort durch Wärmeabgabe an das in diesem Regenerator vorhandene Speichermedium abgekühlt. Gleichzeitig werden ein Großteil der im Rohgas vorhandenen Feststoffpartikel auf der Oberfläche des Speichermediums abgeschieden. Die Wahl des jeweiligen Speichermediums hängt im wesentliehen von der Temperatur des jeweilig zu behandelnden Rohgases ab. Falls die Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der mitgetragenen Schlacketeilchen liegt, wird ein mineralisches Material wie Keramik usw., als Speichermedium verwendet

Für den Fall, daß die Temperatur des zu behandelnden Rohgases oberhalb des Schlackeschmelzpunktes liegt, wie dies besonders bei Kohlevergasungsanlagen der Fall ist, und die vom Rohgas mitgerissenen Teilchen somit in der flüssigen Phase vorliegen, erweist es sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung als besonders sinnvoll, die Wände als aus der Kraftwerkstechnik bekannte Schmelzkammerwände auszubilden. Eine solche Schmelzkammerwand besteht von der kalten zur Rohgasseite zunächst aus einer mit Stiften versehenen und gestampften Flossenwand, die mit einem Schlackepelz versehen ist. Bei dieser Anordnung erfüllt nunmehr der Schlackepelz die Funktion des Wärmespeichers in der entsprechenden Zone.
Während im ersten Regenerator des Wärmeübertragungssystems das heiße Rohgas gekühlt wird, wird im zweiten Regenerator, der in dem vorherigen Schaltintervall erhitzt wurde, gespült. Dabei wird für kurze Zeit ein Gasstrom durch diesen Regenerator geleitet, der die freien, nicht abgebundenen Staubteilchen austrägt. Ein dritter, bereits gespülter Regenerator wird indessen wieder abgekühlt, d. h. die gespeicherte Wärmemenge wird auf das Reingas übertragen, welches sich dabei erwärmt und dann der weiteren Verwendung, z. B. einer Gasturbine, zugeführt wird.

Zweckmäßigerweise wird ein Teil des Reingases zum Spülen des zweiten Regenerators abgezweigt.

Für den Fall, daß Schlacke in den zur Strömung freizuhaltenden Querschnitt abgelagert wird, erweist es

sich als vorteilhaft, einen vierten Regenerator vorzusehen. Während der erste Regenerator erhitzt, der zweite gespült und der dritte gekühlt wird, können in diesem vierten Regenerator nunmehr die aus der Schmelzkammerwand heraus- und in den Strömungsweg hineinragenden Schlackeansätze abgekratzt werden.

Im nachfolgenden Schaltintervall wird dann der vierte Regenerator erhitzt, der erste gespült, der zweite gekühlt und der dritte von Schlackerückständen befreit.

Das erfindungsgemäße Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem eignet sich in besonderer Weise zur Behandlung von heißem, unter Druck stehendem Kohlevergasungsgas. Dieses Gas kann zunächst im ersten Regenerator des Systems abgekühlt und von Staub befreit werden. Anschließend können unmittelbar im Anschluß an die Abkühlung weitere, gasförmige Verunreinigungen, wie z.B. Schwefelwasserstoff, abgetrennt werden. Daraufhin wird das nunmehr saubere Rohgas in dem gespülten Regenerator wieder aufgeheizt und kann dann direkt zum Beispiel einer Gasturbine zugeführt werden. Durch das vorgeschlagene Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem gelingt es soml* unier Beibehaltung des Druckniveaus ein heißes Rohgas zum Zwecke der Reinigung zu kühlen und daraufhin wieder zu erhitzen.

Als konstruktiv sinnvoll erweist es sich, das aus den verschiedenen Regeneratoren bestehende Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem in einem druckfesten Gehäuse mit drehendem Rotor mit feststehenden Ein- und AuslaBhauben für das Rohgas sowie feststehenden Ein- und Auslaßhauben für das Reingas anzuordnen und innerhalb des Gehäuses Abdeckplatten zum Abdecken der zu reinigenden Regeneratoren, d. h. der jeweils zu spülenden sowie der zu entschlackenden Regeneratoren, vorzusehen. Durch diskontierliches oder kontinuierliches Drehen des Rotors können die einzelnen Regeneratoren jeweils den einzelnen Verfahrensschritten, nämlich Aufheizen, Spülen, Kühlen und Entschlacken zugänglich gemacht werden.

Im Fall eine; diskontinuierlich umlaufenden Rotors sind die Hauben und die Abdeckplatten heb- und senkbar angeordnet Zum Reinigen der Regeneratoren von Schlackepartikeln werden Hauben und Abdeckplatten angehoben und die Reinigung durchgeführt; bevor sich der Rotor weiter dreht, werden Hauben und Abdeckplatten wieder gesenkt

Beim kontinuierlichen, langsamen Umlauf des Rotors sind die Hauben und Abdeckplatten starr unter Freilassung eines Spaltes zum Rotor angeordnet, so daß von außen durch den Spalt eine Reinigung der Regeneratoren von Schlackepartikel erfolgen kann, bevor sich der Rotor weitergedreht hat. Selbstverständlich ist auch eine Anordnung möglich, bei der die Ein- und Auslaßhauben relativ zum Rotor gedreht sind.

Die Erfindung wird an den in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein mögliches Gesamtsystem zum Behandeln eines heißen Kohlevergasungsgases,

Fig.2 eine Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsform des Wärmeübertragungs- und Reinigungssystems.

F i g. 1 zeigt ein aus vier Regeneratoren bzw. Zonen 1, 2,3 und 4 bestehendes Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem für ein heißes Kohlevergasungsgas, das bei einer Temperatur oberhalb des Schlackeschmelzpunktes, also oberhalb etwa i<*Q0^oC, und bei einem Druck von etwa 25 bar in einem Flugstromvergaser anfällt.

Die Wände der einzelnen Zonen sind als an sich bekannte Schmelzkammerwände ausgebildet, d. h. sie setzen sich aus einer bestifteten, von Kühlwasser durchströmten Flossenwand, einer Stampfmasse sowie einem auf der Stampfmasse abgelagerten Schlackepelz zusammen.

In dem in der Figur dargestellten Schaltintervall des Wärmeübertragungs- und Reinigungssystems wird das heiße Rohgas zunächst der Zone 1 zugeführt und beim

ίο Durchströmen dieser Zone abgekühlt Die Wärme, die in dem vorliegenden hohen Temperaturbereich im wesentlichen in Form von Strahlungswärme abgegeben wird, wodurch nur relativ kleine Wärmeübertragungsflächen benötigt werden, wird auf die Seitenwände dieser Zone übertragen und zu einem erheblichen Teil in dem Schlackepelz der Seitenwände gespeichert Gleichzeitig lagern sich die im Zuge der Abkühlung verfestigten Aschepartikel auf den Seitenwänden der Zone 1 ab. Das stark abgekühlte und weitgehend von Feststoffen befreite Rohgas verläßt die Zone 1 über einen Abzug 6. Nach Abgabe der ggf. noch vorhanden.» Restwärme in einem Wärmetauschersystem 7 wird das Tongas nunmehr einem Reinigungssystem 8 zugeführt, in dem ggf. noch vorhandene Restbestandteile an Feststoffen se wie die gasförmigen Verunreinigungen, wie z. B. Schwefelwassersto.Ve, abgetrennt werden.

Das gereinigte Rohgas verläßt das Reinigungssystem 8 über eine Leitung 9, durchströmt das Wärmetauschersystem 7 und wird dann in die gespülte, aber noch heiße Zone 3 des Wärmeübertragungs- und Reinigungssystems eingespeist und durch Aufnahme von Speicherwärme aus den Seitenwänden dieser Zone erneut aufgeheizt Hier können Reingastemperaturen bis knapp unterhalb des Schlackeschmelzpunktes erreicht werden.

Über ein Abzugssystem 10 kann das gereinigte und erhitzte Reingas weiterverwendet werden, z. B. in einer Gasturbinenanlage zur Stromerzeugung.

Ein geringer Teil des gereinigten Reingases wird kurzzeitig zum Spülen der heißen und noch mit F-est-Stoffteilchen beaufschlagten Zone 2 abgezogen. Hierzu dienen eine absperrbare Zuführung 11 sowie ein entsprechender Abzug 12.

Gleichzeitig wird die in diesem Schaltintervall kalte Zone 4 von Schlackeresten, die den Strömungsquerschnitt verkleinern, befreit.

In dem dem geschilderten Schaltintervall folgenden Intervall wird nunmehr die Zone 4 erhitzt, die Zone 1 gespült, die Zone 2 gekühlt und dia Zone 3 entschlackt. Entsprechendes gilt für die nachfolgenden Schaltintervalle.

F i g. 2 zeigt schemiitisch eine weitere Ausführungsform des Wärmeübertragungs- und Reinigungssystems, bei der die verschiedenen Zonen drehbar als Rotor angeoi dnet sind. Der Rotor selbst weist in diesem Beispiel insgesamt acht Sektoren 13,14,15,16,17,18,19 und 30 auf. Die gasseitigen Wände der einzelnen Sektoren, die auch durch einzelne Rohre mit freiem Rohrquerschnitt gebildet werden können, sind hier als Schmelzkammerwände ausgebildet.

Die gesamte Anordnung ist in einem druckfesten, hier nicht dargestellten Gehäuse untergebracht. Ebenfalls nicht dargestellte Gasein- bzw. Gasauslaßhauben überdecken die Sektoren 13,14 und 15 bzw. die Sektoren 17, 18 und 19. Für die Sektoren 16 und 20 sind mit dem Gehäuse kraftschlüssi^ verbundene Abdeckplatten 21, 22 vorgesehen. Der Rotor ist im Gehäuse in Pfeilrichtung 23 drehbar angeordnet.
In der vorliegenden Schaltphase entsprechen die Sek-

loren 13, 14 und 15 der I. Zone des Systemes. die vom
heißen Rohgas durchströmt wird. Gleichzeitig werden
der Sektor 16 (2. Zone) gespült, die Sektoren 17, 18 und
19 gekühlt (3. Zone) und der Sektor 20 (4. Zone) entschlackt. In dem nachfolgenden Schaltinlervall verlagert 5 sich die I.Zone auf die Sektoren 20, 13 und 14. die
2. Zone auf den Sektor 15. die dritte Zone auf die Sektoren 16,17 und 18 und die vierte Zone auf den Sektor 19.

Der Umlauf des Rotors kann sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich erfolgen. Bei diskontinuierlicher Fahrweise können die Hauben und Abdeckplatten heb- und senkbar im Gehäuse angeordnet werden, während beim kontinuierlichen Betrieb die Hauben und Abdcckplattcn im Gehäuse starr unter Freilassung eines Spaltes zum Rotor angeordnet sind.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

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40

45

55

60

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Claims

Patentansprüche:

1. Regeneratives Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem zum Kühlen und Reinigen eines heißen, Feststoffteilchen enthaltenden Rohgases und zum gleichzeitigen Anwärmen eines kalten Reingases, mit mehreren abwechselnd umschaltbaren Regeneratoren, die den Wärmeihhalt und die Feststoffteilchen des Rohgases zumindest teilweise aufnehmen und den Wärmeinhalt auf das Reingas übertragen, wobei jeweils in der Zeit der Aufheizung eines gekühlten Regenerators durch das durchströmende heiße Rohgas ein bereits aufgeheizter und mit Feststoffteilchen beladener Regenerator von den Feststoffteilchen freigespült wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Reingas durch einen weiteren, bereits gespülten Regenerator hindurchleitbar ist, wobei das Reingas angewärmt wird.

2. Regens natives Wärmeübertragungs- und Reinigup.gssysteia nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Spülen ein Teil des Reingases verwendet wird.

3. Regeneratives Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Wärmeübertragungssystem ein vierter Regenerator einschaltbar ist.

4. Regeneratives Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des jeweils gespülten Regenerators durch das abgekühlte und gereinigte Rohgas erfolgt

5. Regeneratives Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneratoren als Sektoren eines Rotors ausgebildet sind, daß der Rotor zwischen einer Einlaß- und einer Auslaßhaube für das Rohgas sowie einer Einlaß- und einer Auslaßhaube für das Reingas und zwischen Abdeckplatten für den jeweils zu reinigenden Regenerator angeordnet ist, und daß die Ein- und Auslaßhauben sowie die Abdeckplatten einerseits und der Rotor andererseits relativ zueinander drehbar sind.

6. Regeneratives Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auslaßhauben sowie die Abdeckplatten heb- und senkbar angeordnet sind.

7. Regeneratives Wärmeübertragungs- und Reinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden Wände der Regeneratoren als Schmelzkammerwände ausgebildet sind.