DE3323818C2 - Vertikaler Strahlungskessel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen vertikalen Strahlungskessel mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Das Erzeugen von Dampf mittels im Prozeß erzeugter Wärme ist gewöhnlich schwierig, vor allem wenn flüssige Aschenteilchen in hohen Konzentrationen in der Gasphase mitgeführt werden, was bei unter Druck ausgeführten Vergasungsmethoden, zum Beispiel beim Vergasen von Steinkohle oder aschenhaltigem Erdöl kennzeichnend ist.

Das Gas wird in dem Strahlungskessel bis zu einer Temperatur abgekühlt, bei der die mitgeführte Asche erstarrt ist. Die Asche wird beim Umkehren der Richtung des Gasstromes größtenteils in einem unten im Strahlungskessel angebrachten Wassergefäß abgetrennt. Die Wärmeübertragung erfolgt im wesentlichen durch Strahlung. Da die Temperatur der Wärmeaustauschfläche hinreichend niedrig gewählt wird, werden keine flüssigen Aschenteilchen an dieser Oberfläche haften, so daß, wenn die Wärmeaustauschfläche hinreichend oft zum Beispiel mittels Rußbläser gereinigt wird, keine Verschmutzung dieser Fläche auftreten wird.

Bei einem bekannten vertikalen Strahlungskessel zum Abkühlen des mit flüssigen Aschenteilchen versehenen Gases wird die Wärmeaustauschfläche am Innenumfang des Druckgefäßes angebracht, in dem der Wärmeaustausch erfolgt. Der Nachteil dabei ist, daß verhältnismäßig wenig Wärmeaustauschfläche pro Volumeneinheit des Wärmeaustauschers angebracht werden kann.

Es ist auch ein vertikaler Strahlungskessel bekannt, bei dem mehrere konzentrisch angeordnete, zylinderförmige Wärmeaustauschflächen verwendet werden. Dies hat den Nachteil, daß das Gas beim Umkehren des Gasstromes von einer zu einer anderen zylinderförmigen Oberfläche oft noch eine so hohe Temperatur hat, daß die Asche noch nicht erstarrt ist, wodurch Schlackenbildung an der Wärmeaustauschfläche an der Umkehrstelle auftreten kann.

Bei anderen bekannten vertikalen Strahlungskesseln für Wärmeaustausch werden Verteilkästen benutzt, die als Verteiler für das auf der Unterseite in den Wärmeaustauscher eingebrachte Kühlmittel dienen. Diese Konstruktion hat den Nachteil, daß dabei aggressive Schlackenablagerungen auftreten, die die Lebensdauer der Verteilkästen begrenzen. Die Verteilkästen bestehen im allgemeinen aus dickwandigem Material. Ein zusätzlicher Nachteil dabei ist, daß infolge auf das Material hochspritzenden Wassers aus dem Wasserbad an den unteren Verteilkästen Thermoschock auftreten kann. Ein weiterer Nachteil liegt in der Notwendigkeit, Zufuhrrohre für das Kühlmittel in dem unteren Teil des Strahlungskessels anbringen zu müssen. Aus konstruktiven Gründen kann es dabei notwendig sein, diese Zufuhrrohre durch das unten im Strahlungskessel angeordnete Wasserbad zu führen, was in bezug auf Korrosion unerwünscht ist. Ein weiterer Nachteil ist, daß an der Stelle der Trennung der nach unten und der von unten aufsteigenden Gasströmung eine Wärmeaustauschfläche angebracht wird, die mittels der üblichen Techniken nicht effektiv gekühlt werden kann, da die Verbindungsstreifen zwischen den Rohren, die die Trennwand bilden, entweder notwendigerweise so groß sind, daß sie eine hohe Temperatur annehmen oder eine solche Konfiguration aufweisen, daß sich leicht aggressive Aschenhäufungen bilden. Dies kann die Lebensdauer dieser Fläche beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen solchen Strahlungskessel zu schaffen, bei dem viel Wärmeaustauschfläche untergebracht werden kann, die Schlackenbildung verhindert ist, keine Ascheanhäufung erfolgen kann, kein Thermoschock auftritt, keine Korrosion an den Zufuhrrohren entstehen kann und eine effektive Kühlung gesichert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Aus der DE-PS 30 43 853 ist ein Heißgaskühler mit einem Druckbehälter bekannt, bei dem in dem Druckbehälter ein zylindrischer, doppelwandiger Einsatz vorgesehen ist, dessen Innenraum als Leitung für das Heißgas und dessen Zwischenraum als Leitung für das Kühlwasser dient.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Wände dieses Einsatzes aus Rohren gebildet, die durch Stege miteinander verbunden sind. In beiden Fällen ist unten am Druckbehälter ein mit Wasser gefüllter Trichter vorgesehen, in dem sich Schlacke- und Rußteilchen fangen.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen schematisch:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines vertikalen Strahlungskessels,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II, und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer möglichen Ausführungsform des Details III in Fig. 1.

Der vertikale Strahlungskessel 10 besteht aus einem Gefäß 11 mit einem Mantel 12, der im Innern mit Membranwänden versehen ist, die von Kühlmittel durchflossen werden. Diese Membranwände enthalten eine konzentrische, zylinderförmige erste Membranwand 1, die sich über den größten Teil der Gefäßlänge erstreckt.

Darin enthalten ist eine Anzahl stehender zweiter Membranwände 2, die in einem Abstand a von der Mittellinie des Strahlungskessels 10 enden und die dadurch einen zentralen, zylinderförmigen, unbehinderten, vertikalen Durchgang für Prozeßgas freilassen, eine die radialen Membranwände 2 auf der Unterseite begrenzende trichterförmige dritte Membranwand 3 und eine kurze zylinderförmige vierte Membranwand 4.

Ein heißer Prozeßgasstrom tritt in Richtung des Pfeils 6 in einen oben im Strahlungskessel angeordneten, durch eine Isolierwand 7 begrenzten Gaseinlaß 8 ein und gelangt darauf in einen vertikalen Strömungsraum 21, der durch die Membranwände 1 und 2 und eine gemauerte Oberwand 13 begrenzt wird und in dem die Membranwände 2 angeordnet sind. Unter dem Strömungsraum 10 befindet sich ein Umkehrraum 14, der aus einem kurzen zylinderförmigen Strömungskanal 15, der durch die Membranwand 4 begrenzt wird, einem zwischen den Membranwänden 1 und 4 vorhandenen Ausflußraum 17 und einem dazwischen angeordneten, durch einen Wasser 19 enthaltenden Wasserbehälter 18 begrenzten Abscheidungsraum 16 besteht.

Beim Umkehren des Gasstroms um 180° in Richtung der Pfeile 6 trennen sich die Aschenteilchen 20 größtenteils ab und werden im Wasser 19 aufgefangen. An den Ausflußraum 17 ist mindestens ein Ablaß 22 für abgekühlte Gase angeschlossen. Das Kühlmittel, zum Beispiel Wasser, wird dem Strahlungskessel 10 durch mindestens einen Kühlmitteleinlaß 23 zugeführt, der sich an eine umlaufende Sammelleitung 24 anschließt, von der Rohre 25 abgehen, die sich in der Membranwand 1 nach unten erstrecken, durch eine Haarnadelbiegung unten im Gefäß 11 um 180° umkehren und dann wieder aufwärts gerichtet sind, worauf sie als Rohre 26 an eine umlaufende, mit mindestens einem Anschluß 28 versehene Sammelleitung 27 münden. Ebenso gehen von der Sammelleitung 24 Verbindungsrohre 29 ab nach Sammelleitungen 30, die nach unten gerichtete Rohre 31 speisen, die ebenfalls durch Haarnadelbiegungen 32 umgeleitet sind und als aufwärts gerichtete Rohre an Sammelleitungen 34 enden. Diese sind durch Verbindungsleitungen 35 mit der umlaufenden Sammelleitung 27 verbunden.

Die Rohre 36 der dritten und vierten Membranwände 3 und 4 sind nach Fig. 3 durch T-Verbindungen 37 mit Rohren 25 und 26 der Membranwand 1 verbunden. Da in den Kühlmittelsystemen der Membranwände 1, 2, 3 und 4 unten im Strahlungskessel 10 bei der niedrigen Temperatur der Prozeßgase keine Sammelleitungen vorhanden sind, wird die Ablagerung von Teilchen und somit Schlackenbildung verhindert.

Insbesondere aus Fig. 2 geht hervor, daß die Membranwände 1, 3 und 4 aus einer Reihe von Rohren 25 und 26 bzw. 36 bestehen, die durch die die gegenseitigen Abstände überbrückenden Stahlstreifen 38 miteinander verbunden sind, wobei jede Membranwand 2 aus einer Reihe von Rohren 31 und 33 besteht, die gegebenenfalls durch Metallstreifen 38 miteinander verbunden sind.

Claims (5)

1. Vertikaler Strahlungskessel (10) insbesondere zur Gewinnung von Wärme aus Prozeßgasen aschenformender, kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, welcher Kessel aus einem Gefäß (11) besteht, das auf der Innenseite seines Mantels mit Membranwänden (1) versehen ist, die von einem Kühlmittel durchflossen werden und die einen von Prozeßgasen zu durchfließenden Strömungsraum (21) begrenzen, der auf der Oberseite einen zentralen Einlaß (8) für das Prozeßgas, auf der Unterseite einen Umkehrraum (14) zum Umkehren der Strömungsrichtung des Prozeßgases und anschließend daran mindestens einen Ablaß (22) für das abgekühlte Prozeßgas besitzt, wobei der Umkehrraum (14) durch einen Wasserbehälter (18) zum Auffangen örtlich abgetrennter Aschenteilchen (20) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranwände enthalten: eine mit dem Mantel des Gefäßes konzentrische, zylinderförmige erste Membranwand (1), die sich über die Länge des Strömungsraumes (21) und des Umkehrraumes (14) erstreckt, eine Anzahl im Innern liegender, radial angeordneter zweiter Membranwände (2), eine die radialen Membranwände (2) auf der Unterseite begrenzende, trichterförmige dritte Membranwand (3) und eine sich an die trichterförmige Membranwand (3) anschließende, kurze, zylinderförmige vierte Membranwand (4), wobei die dritte und die vierte Membranwand (3, 4) durch von der ersten Membranwand (1) abgezweigte Rohre (36) gebildet werden.

2. Vertikaler Strahlungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinderförmige erste Membranwand (1) durch ganz oder teilweise nebeneinander liegende U-förmige Rohre (25, 26) gebildet wird, von denen auf der Oberseite jeweils ein Schenkel mit einer ringförmigen Sammelleitung (24) für die Wasserzufuhr und der andere Schenkel mit einer ringförmigen Sammelleitung (27) für die Wasserabfuhr verbunden ist.

3. Vertikaler Strahlungskessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen zweiten Membranwände (2) aus einer Anzahl in gleichen Ebenen liegender U-förmiger Rohre (31, 33) aufgebaut sind, von denen auf der Oberseite jeweils ein Schenkel mit der Sammelleitung (24) für die Wasserzufuhr und der andere Schenkel mit der Sammelleitung (27) für die Wasserabfuhr verbunden ist.

4. Vertikaler Strahlungskessel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (24, 27) an ein Wasserzirkulationssystem mit zwangsläufiger Zirkulation angeschlossen sind.

5. Vertikaler Strahlungskessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Membranwände (2) in einem radialen Abstand (a) von der Mittellinie (5) des vertikalen Strahlungskessels enden.