DE3316562C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtungsvorrichtung für Kupplungen bei Gasleitungen, insbesondere zur vollständigen Erfassung heißer Abgase, die in einen Gasschacht geleitet werden, beispielsweise die Abgase eines Kohlevergasungsreaktors.

Aus der DE-AS 14 33 679 ist eine Haube zum Auffangen und Weiterleiten der heißen Abgase von Stahlwerkskonvertern bekannt, die aber gegenüber der Konvertermündung nicht abgedichtet ist. Nachteilig wird hierbei das heiße Abgas mit Sekundärluft vermischt, was diese Vorrichtung für die Verwendung als Haube eines Kohlevergasungsreaktors unbrauchbar macht.

In der DE-AS 27 12 899 wird eine Vorrichtung zur Regelung der Teilverbrennung der einem Stahlkonverter entweichenden Reaktionsgase, zum Ausgleichen von kurzfristig auftretenden Schwankungen in der Gasentwicklung und zur Verhinderung von sich aufschaukelnden Pulsationen in einem aus Gasfang-, Gaskühl- und Entstaubungseinrichtung, sowie Gebläse und Druckregeleinrichtung bestehenden Gasleitungssystem mit einem zwischen dem Tiegel und dem von einem Kühlring umschlossenen Gasfangunterteil angeordneten heb- und senkbaren Schließring beschrieben. Auch diese Vorrichtung ist nicht vollständig gasdicht und druckfest gegen inneren Überdruck oder Unterdruck.

In der DE-AS 14 08 802 wird eine Einrichtung zum Gewinnen von Konverterabgasen vorgestellt, die mit einem rings um die Konvertermündung abdichtbaren Abzug mit wasserführenden Wandungsteilen zum Erzeugen von Dampf ausgerüstet ist, der zum Abdichten der Verbindungsstelle zwischen Konvertermündung und Abzug und zum Anfeuchten der Abgase dient. Diese als Wassertasse ausgebildete Abdichtungsvorrichtung ist neben anderen Nachteilen insbesondere nicht geeignet, die Kupplungssteile zwischen Konverter und Gasschacht gegen inneren Überdruck des Gases von beispielsweise 3 bis 10 bar abzuschließen.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtungsvorrichtung für Kupplungen bei Gasleitungen zu schaffen, die gasdicht und druckfest ist, die in allen Lagen - vertikal, schräg und horizontal - einsatzfähig ist und außerdem nur eine geringe Bauhöhe aufweist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Abdichtungsvorrichtung gelöst, bei der der Gasschacht gegenüber dem Reaktor mittels eines Dichtungsorgans abgeschlossen wird, das axial und/oder radial beweglich, vorzugsweise als Teleskopdichtung ausgebildet ist. Vorteilhaft wird eine gasdichte und druckfeste Abdichtung für beispielsweise Kohlevergasungsreaktoren erstmals vorgestellt. Der Reaktor kann auf diese Weise verschoben werden oder es ist möglich, beide Kupplungselemente gegeneinander zu verdrehen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Dichtungsorgan Kompensatorbälge zur Aufnahme der axial und radial wirkenden Kräfte aufweist. Diese Maßnahme schafft ein breites Verwendungsspektrum für die Abdichtungsvorrichtung und bedeutet eine Kostenersparnis durch geringen Fertigungsaufwand.

Vorteilhaft weist das Dichtungsorgan einen Gasinnenraum auf, der mit einem Spülgasanschluß ausgerüstet ist. Hierdurch kann das Eindringen von Staub und heißen Gasen aus dem Konverter in das Dichtungsorgan verhindert werden, beziehungsweise eingedrungenes Gas durch Erzeugung eines Gasüberdruckes aus dem Gasinnenraum wieder entfernt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Dichtungsorgan mit einer als Schnellverschluß ausgebildeten Verriegelungseinrichtung, vorzugsweise einem automatischen Bajonettverschluß ausgestattet ist. Hierdurch kann im Betrieb eine Lösung des Reaktors vom Gasschacht schnellstmöglich und auf einfache Weise vorgenommen werden. Außerdem wird durch die automatische Arbeitsweise vermieden, daß Menschen durch austretende Gase oder mögliche Verpuffungen geschädigt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gasschachtwand einen wassergekühlten Doppelmantel aufweist. Durch diese zweckmäßige und einfache Maßnahme kann das Dichtungsorgan vor übermäßigem Temperatureinfluß geschützt werden. Gleichzeitig kann auf diese Weise die fühlbare Wärme des Abgases genutzt werden.

Vorteilhaft kann die Gasschachtwand als Verdampfungskühler ausgebildet sein, bestehend aus parallel zur Schachtmittelachse verlaufenden Rohren. Zur Kühlung von Gasen mit hoher Temperatur eignet sich besonders ein Verdampfungskühler, wenn die erforderlichen Kühlwassermengen in Grenzen gehalten werden sollen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Reaktor einen Abzugsstutzen aufweist, dessen Mittelachse als Verlängerung zur Schachtachse exzentrisch zum Reaktormittelpunkt verläuft, so daß zum Verriegeln des Reaktors mit dem feststehenden Gasschacht nur ein kleines Axialspiel des Dichtungsorgans notwendig ist. Dadurch kann zweckmäßigerweise der Bedarf an Kompensatoren und den damit verbundenen apparativen Einrichtungen, wie zum Beispiel Hubeinrichtungen, vermindert werden. Während des Betriebes an der Kupplung gebildete Ansätze durch Staubablagerungen werden beim einseitigen Kippen, das heißt Lösen des Reaktors, nach erfolgtem Betrieb leicht entfernt, da sie nur auf Zug beansprucht werden. Sofern der Reaktor beidseitig kippbar ausgebildet wäre, würde die jeweils der Drehrichtung entgegengesetzte Seite der Reaktormündung beim Kippen zunächst auf Druck beansprucht, so daß die Ansätze nachteilig stark verfestigt würden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist das Dichtungsorgan auch eine Ringspaltdichtung auf. Sofern der Reaktor aus betrieblichen Erfordernissen zu beiden Seiten drehbeweglich ausgebildet ist, ergibt sich ein großer Ringspalt zwischen Reaktormündung und Gasschacht. Für diesen Einsatzfall schützt zweckmäßigerweise eine zusätzliche Ringspaltdichtung das Dichtungsorgan im Bereich der Verriegelung gegen Hitze und Staubeinwirkung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest ein innerer und ein äußerer Kompensatorbalg vorgesehen, die über eine Hubeinrichtung sowie Führungsrollen parallel zum Gasschacht beweglich angeordnet sind. Hierdurch kann vorteilhaft die Bauhöhe des Dichtungsorgans weiter vermindert werden.

Zweckmäßigerweise weist die Verriegelungseinrichtung einen Angularkompensator, einen Wasserkasten mit Anpreßfläche gegenüber der Ringspaltdichtung sowie eine Führungsleiste auf. Hierdurch können sich die Ringsegmente der Ringspaltdichtung beim Druckaufbau nicht verschieben, sondern werden durch die Anpreßfläche des Wasserkastens in ihrer Lage gehalten. Winkelungenauigkeiten an der Dichtungsfläche gleicht auf einfache Weise der Angularkompensator aus.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Hubeinrichtungen im Abstand von etwa 75 cm und Verriegelungseinrichtungen im Abstand von etwa 15 cm auf dem Umfang des Gasschachtmantels und des Reaktormantels gleichmäßig verteilt angeordnet sind. So kann erreicht werden, daß der jeweilige Kraftbedarf, der sich aus der Druckdifferenz zwischen Gasinnendruck und Außendruck sowie als weiterer Einflußgröße dem Durchmesser des Gasschachtes ergibt, mittels handelsüblicher Ausrüstungsgegenstände aufgebracht werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ringspaltdichtung aus vorgeformten Ringsegmenten, vorzugsweise unter Verwendung von Feuerleichtsteinen, gebildet wird.

Mit großem Vorteil wird für die Abdichtungsvorrichtung ein Hitzeschild vorgesehen, der bei der Entriegelung und Trennung des Gasschachtes vom Reaktor das Dichtungsorgan vor Hitze und Staub schützt. Hierdurch wird auf einfache Weise die Standzeit der Abdichtungsvorrichtung verlängert und somit Kosten gespart. Solche Schilde werden dabei zweckmäßigerweise bestiftet und mit feuerfesten Massen bestampft. Sie können sowohl manuell als auch automatisch in ihre vorgesehenen Positionen geführt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Prinzipskizze einer Abdichtungsvorrichtung in Schräglage mit einseitig drehbarem Kohlevergasungsreaktor,

Fig. 2 die Prinzipskizze einer Abdichtungsvorrichtung in Vertikallage mit beidseitig drehbarem Kohlevergasungsreaktor,

Fig. 3 ein Beispiel für die konstruktive Ausführung der Abdichtungsvorrichtung in geöffnetem Zustand.

Fig. 1 zeigt einen Kohlevergasungsreaktor 10 mit einem Abzugsstutzen 11, an den sich ein Gasschacht 12 anschließt. Die Wand des Gasschachtes 12 ist als Verdampfungskühler 13 ausgebildet, bestehend aus parallel zur Schachtmittelachse verlaufenden Rohren, die im Querschnitt betrachtet einen Kreisring, aber auch andere Schachtquerschnitte bilden können. Das Dichtungsorgan 14 besteht aus einem Dichtungsmantel 15, der auch Kompensatorbälge 16, 17 aufweist. Zwischen der durch die Rohre gebildeten Gasschachtwand 13 und dem Dichtungsmantel 15 wird ein Gasinnenraum 18 gebildet. Der Axialkompensator 16 ermöglicht die Hubbewegung des Dichtungsmantels 15 parallel zur Gasschachtachse und wird über hydraulische Zylinder 19 oder auch Spindelhubelemente, im Gleichlauf bewegt. Zur Aufnahme von radial wirkenden Kräften dienen allseitig bewegliche Angularkompensatoren 17. Eine bekannte kardanische Aufhängung 26 gewährleistet die allseitige Beweglichkeit der Anularkompensatoren 17. Bei einer Schräglage des Gasschachtes 12 und des Dichtungsmantels 15 kann ein über eine Rolle geführtes Gegengewicht zur Kompensation des Eigengewichtes dienen. Es sind allerdings auch andere, dem Fachmann geläufige Maßnahmen, wie zum Beispiel eine Abstützung durch Federpakete oder eine pneumatische Pufferung denkbar. An der dem Reaktorabzugsstutzen 11 gegenüberliegenden Seite des Dichtorgans 14, weist diese eine Verriegelungseinrichtung 20 auf, die den gegebenenfalls wassergekühlten Tragrahmen 21 mit dem Flansch 22 verschließt. Die zwischen Tragrahmen 21 und Flansch 22 befindliche Dichtfläche 23 kann weitere Dichtelemente, beispielsweise Gasringdichtungen oder auch Dichtungen aus Weichstoff aufweisen. Der Reaktorabzugsstutzen 11 hat an der Mündungsfläche eine Tropfkante 24, durch die verhindert wird, daß bei Entleerung des Reaktors 10 die Dichtfläche 23 auf dem Flansch 22 durch auslaufendes Metall oder Schlacke beschädigt wird. Eine Entleerung des Reaktors 10 erfolgt nach Entriegelung des Verschlusses 20 und Drehung in Pfeilrichtung 25.

Fig. 2 zeigt die Reaktormündung eines Kohlevergasungsreaktors 10, sowie einen darüber angeordneten Gasschacht 12, dessen Gasschachtwand 30 ausgemauert ist. Zwischen der Mündung des Reaktors 10 und der Gasschachtwand 30 ist eine Ringspaltdichtung 31 vorgesehen. Der Gasschachtmantel ist als wassergekühlter Doppelmantel 32 ausgebildet, während der Reaktormantel 33 hier ungekühlt ist. Darüber hinaus kann es sinnvoll sein, auch Teile des Reaktormantels 33 zu kühlen. Das Dichtungsorgan 14 weist einen Gasinnenraum 18 auf, der im wesentlichen vom Dichtungsmantel 15, einem äußeren Kompensatorbalg 34, einem inneren Kompensatorbalg 35 und dem Doppelmantel 32 begrenzt wird. Der Gasinnenraum 18 hat einen Spülgasanschluß 36. Die Kompensatorbälge 34, 35 werden über die Hubeinrichtung 19 mittels der Führungsrollen 37, 38 parallel zur Schachtmittelachse 39 beweglich geführt. Die Hubeinrichtung 19 weist dabei Hub- und Druckentlastungszylinder 40 sowie ein geeignetes Hubgestänge 41 auf. Das Dichtungsorgan 14 besitzt auch eine Verriegelungseinrichtung 20, mit einem Entriegelungs- und Verriegelungszylinder 42, einer Verriegelungs- und Entriegelungsklammer 43, einem Angularkompensator 44, einem Wasserkasten 45 mit Kühlwasseranschluß 46, wobei die Anpreßfläche 47 des Wasserkastens winkelig ausgebildet ist. Darüber hinaus gehört zur Verriegelungseinrichtung 20 auch eine Führungsleiste 48 als Kontaktring mit dem Reaktormantel 33. Die Verriegelungseinrichtung 20 verschließt den Tragrahmen 21 mit dem Flansch 22, der am Reaktormantel 33 angeschweißt ist und auf dem sich eine Dichtung 49 aus Weichstoff befindet. Ein Schild 50 schützt das Dichtungsorgan 14 im geöffneten Zustand gegen Hitze und Staub. Der Reaktor 10 ist gegenüber dem Gasschacht 12 beidseitig drehbar angeordnet auf dem Drehkreis 51.

Fig. 3 zeigt eine konstruktive Ausgestaltung des Dichtungsorgans 14 in geöffnetem Zustand, wobei mehrere Außenkompensatoren 61, 62 und 63 sowie Innenkompensatoren 64, 65, 66 verwendet wurden.

Beim Betrieb der Abdichtungsvorrichtung steht der mit flüssigem Eisen gefüllte Reaktor 10 prozeßbereit in gekippter Stellung. Vor dem Drehen des Reaktors 10 auf dem Drehkreis 51 nach Fig. 2 werden die Einblasdüsen des Eisenbadreaktors 10 mit einer bestimmten Gasmenge beaufschlagt, damit die Düsen beim Eintauchen in das Eisenbad nicht zulaufen. Zwangsläufig werden dabei heiße staubbeladene Abgase erzeugt. Die Reaktormündung schwenkt nun in die Position direkt unter dem Gasschacht 12. Der ausgeblasene Gasstrom gelangt zunächst in die freie Umgebung durch den noch nicht geschlossenen Ringspalt 31. Das Schild 50 schützt das Dichtungsorgan 14 gegen Staub und Hitze. Während des Eindrehens des Reaktors 10 ist ein gewisser Unterdruck im Gasschacht 12 erforderlich, damit die heißen Abgase in den Gasschacht 12 einziehen. Das Schutzschild 50 kann nunmehr automatisch mit Hilfe einer einfachen mechanischen Vorrichtung entfernt werden. Gleichzeitig werden die vorgeformten Ringsegmente in den Ringspalt 31 eingesetzt, die beispielsweise aus Feuerleichtsteinen oder Faserwerkstoff bestehen können. Die Ringspaltdichtung 31 ist geeignet, das Dichtungsorgan 14 vor übermäßiger Hitzebelastung und Staubeinwirkung zu schützen. Die Hubzylinder 40 senken nun gleichmäßig über die Hubgestänge 41 das Dichtungsorgan 14 auf den Flansch 22 an der Reaktormündung ab. Dabei werden der innere Kompensatorbalg 35 bzw. 64, 65, 66 zusammengedrückt und der äußere 34 bzw. 61, 62, 63 auseinander gezogen. Der Verriegelungszylinder 42 senkt die Verriegelungsklammer 43 bis unter den Flansch 22 und drückt anschließend den Tragrahmen 21 des Angularkompensators 44 auf die Dichtung 49. Das Dichtungsorgan 14 wird dabei über Führungsrollen 37, 38 am wassergekühlten Doppelmantel 32 und durch die Führungsleiste 48 geführt, die die genaue Lage des Dichtungsorgans 14 zur Reaktormündung fixiert. Jetzt kann der Reaktor 10 auf Leistung und Überdruck gefahren werden.

Um die Reaktionskräfte, resultierend aus dem Druckaufbau in dem Dichtungsorgan 14 aufzufangen, wird nun der Zylinder 40 umgekehrt betätigt, das heißt das Hub-/Zug-Gestänge 41 wird nun auf Zug beansprucht. Damit sich die Ringsegmente 31 beim Druckaufbau nicht verschieben oder versetzen können, werden diese durch die Anpreßfläche 47 des Wasserkastens 45 in dieser Lage gehalten. Reaktor 10 und Gasleitung 12 sind nun gasdicht und druckfest miteinander verbunden. Reaktionskräfte durch Druck und Längendehnungen des Gasschachtes 12 werden durch den Hub- und Druckentlastungszylinder 40 ständig ausgeglichen. Winkelungenauigkeiten an der Dichtungsfläche kompensiert der Angularkompensator 44.

Wenn der Reaktor 10 heruntergefahren werden soll, laufen diese Schritte in umgekehrter Reihenfolge ab. Beim Herunterfahren wird der Überdruck abgebaut, das System wird auf Unterdruck umgeschaltet. Zusätzlich wird nun ein Spülgas, beispielsweise N₂ oder ein anderes Inertgas über den Spülgasanschluß 36 in das Dichtungsorgan 14 gepumpt, um brennbare und explosive Gase zu verdrängen. Durch Betätigung des Zylinders 42 wird die Dichtung 49 entlastet, die Klammer 43 entriegelt und weggeschwenkt. Der zuvor wieder umgeschaltete Zylinder 40 kann den Teleskopverschluß 14 wieder anheben. Die Ringsegmente 31 werden entfernt und das Hitzeschild 50 eingeschoben. Der Reaktor 10 kann in die Ruhelage entlang dem Drehkreis 51 gekippt werden.

Die Zylinder 40 und 42 können sowohl hydraulisch als auch pneumatisch ausgebildet werden, auch sind sonstige Hubelemente denkbar, beispielsweise Spindelhubelemente oder andere technische Äquivalente. Durch den Kühlmantel 32 und den Wasserringkasten 45 wird die von dem Gasschacht 12 nach außen dringende Wärme abgeführt und somit die außenliegenden Verschlußteile des Dichtungsorgans 14 vor übermäßiger Hitzeeinwirkung geschützt. Die Ringsegmente 31 sowie die Weichstoffdichtung 49 sind als Verschleißteile anzusehen und sollten vor jeder Verschlußbetätigung erneuert werden. Der obere Teil des Hub- und Zuggestänges 41 ist so angeordnet, daß Innen- und Außenkompensator 34, 35 unabhängig von den jeweiligen Druckverhältnissen gleiche Längenänderungen erfahren. Mehrere Hub- und Verriegelungseinrichtungen 19, 20 sind auf dem Kreisumfang des Gasschachtmantels bzw. des Reaktormantels verteilt, entsprechend dem jeweiligen Kraftbedarf.

Die Abdichtungsvorrichtung nach der Erfindung ist auch für alle ähnlichen Fälle einsetzbar, insbesondere ist es in das Belieben des Fachmannes gestellt, die Kombination beziehungsweise Verwendung von Axialkompensatoren und/oder Angularkompensatoren entsprechend den jeweiligen Erfordernissen zu bestimmen.

Claims (13)

1. Abdichtungsvorrichtung für Kupplungen bei Gasleitungen, insbesondere zur vollständigen Erfassung heißer Abgase, die in einen Gasschacht geleitet werden, beispielsweise die Abgase eines Kohlevergasungsreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasschacht (12) gegenüber dem Reaktor (10) mittels eines Dichtungsorgans (14) abgeschlossen wird, das axial und/oder radial beweglich, vorzugsweise als Teleskopdichtung ausgebildet ist.

2. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsorgan (14) Kompensatorbälge (16, 17, 34, 35, 61 bis 66) zur Aufnahme der axial und radial wirkenden Kräfte aufweist.

3. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsorgan (14) einen Gasinnenraum (18) besitzt, der mit einem Spülgasanschluß (36) ausgerüstet ist.

4. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsorgan (14) mit einer als Schnellverschluß ausgebildeten Verriegelungseinrichtung (20), vorzugsweise einem automatischen Bajonettverschluß, ausgestattet ist.

5. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasschachtwand (13, 32) einen wassergekühlten Doppelmantel (32) aufweist.

6. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasschachtwand (13, 32) als Verdampfungskühler (13) ausgebildet ist, bestehend aus parallel zur Schachtmittelachse (31) verlaufenden Rohren.

7. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (10) einen Abzugsstutzen (11) aufweist, dessen Mittelachse als Verlängerung zur Schachtachse (39) exzentrisch zum Reaktormittelpunkt verläuft, so daß zum Verriegeln des Reaktors (10) mit dem feststehenden Gasschacht (12) nur ein kleines Axialspiel des Dichtungsorgans (14) notwendig ist.

8. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsorgan (14) auch eine Ringspaltdichtung (31) aufweist.

9. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein innerer (35, 64, 65, 66) und ein äußerer (34, 61, 62, 63) Kompensatorbalg vorgesehen sind, die über eine Hubeinrichtung (19) sowie Führungsrollen (37, 38) parallel zum Gasschacht (12) beweglich angeordnet sind.

10. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung (20) einen Angular-Kompensator (44), einen Wasserkasten (45) mit Anpreßfläche (47) gegenüber der Ringspaltdichtung (31), sowie eine Führungsleiste (48) aufweist.

11. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtungen (19) im Abstand von etwa 75 cm und Verriegelungseinrichtungen (20) im Abstand von etwa 15 cm auf dem Umfang des Gasschachtmantels (13, 32) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

12. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspaltdichtung (31) aus vorgeformten Ringsegmenten, vorzugsweise unter Verwendung von Feuerleichtsteinen gebildet wird.

13. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hitzeschild (50) vorgesehen wird, der bei Entriegelung und Trennung des Gasschachtes (12) vom Reaktor (10) das Dichtungsorgan (14) vor Hitze und Staub schützt.