DE3512832A1

DE3512832A1 - Selbstreinigungsverkleidung

Info

Publication number: DE3512832A1
Application number: DE19853512832
Authority: DE
Inventors: Russell Burton Granby Conn. Covell; Andrew Francis Ellington Conn. Kwasnik
Original assignee: COOL WATER COAL GASIFICATION P; Cool Water Coal Gasification Program
Current assignee: COOL WATER COAL GASIFICATION P; Cool Water Coal Gasification Program
Priority date: 1984-04-10
Filing date: 1985-04-10
Publication date: 1985-10-31
Also published as: US4545330A; JPS6129614A

Description

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PATENT-UND RECHTSANWÄLTE ^ ^ ' ^- O PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GDRG DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

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Cool Water Coal Gasification Program, Rosemead, Calif. / USA

Selbstreinigungsverkleidung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Selbstreinigungsverkleidungen bzw. -auskleidungen von Boilern. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Selbstreinigungsverkleidung mit einem thermischen Schutz für eine Sprühanordnung, die gegenüber einer thermischen Schockbelastung resistent ist, indem entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas für die Verwendung in Boilern ausgesprüht wird.

Bei Kohlevergasungsprozessen wird Kohleschlamm in einem Vergasungsapparat verbrannt. Wenn der Kohleschlamm verbrannt wird, erzeugt er Synthesegas und eine Menge an Ruß, Asche und Schlacke. Das Synthesegas und der Rückstand werden vom Vergasungsapparat zu Hochdruckboilern überführt, wo das Synthesegas gekühlt wird. Diese Boiler bestehen im allgemeinen aus einem Außenkessel und einer inneren, rohrförmigen Verkleidung oder Auskleidung. Die rohrförmigen Verkleidungen, wie sie in Boilern beim Kohlevergasungsprozeß verwendet werden, dienen verschiedenen Zwecken: Sie kühlen das Gas; sie schützen die Außenkesselwände des Boilers; und sie erzeugen Wasserdampf. Die rohrförmigen Verkleidungen bestehen aus

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einer Reihe von Rohren, die mittels Stegblechen so miteinander verbunden sind, daß sich eine zylindrische, kontinuierliche Oberfläche ergibt. Aufgrund dieses Aufbaus hat die rohrförmige Verkleidung eine gerippte Kontur.

Wenn das Synthesegas durch den Hochdruckboiler gelangt, haben die Ruß-, Asche- und Schlackerückstände die Tendenz, sich an der gerippten Innenfläche der Selbstreinigungsverkleidung anzusammeln und aufzubauen.

Wenn der Ruß, die Asche und die Schlacke sich an der Innenfläche der rohrförmigen Verkleidung aufbauen, so nimmt die Wärmeübertragungsfähigkeit der Verkleidung ab . Diese Abnahme der Wärmeübertragung resultiert in der Erzeugung von weniger Dampf bzw. Wasserdampf und führt ebenso zu einem Fehlverhalten hinsichtlich einer angemessenen Kühlung des Kohlesynthesegases auf eine arbeitsfähige Temperatur.

Da es äußerst schwierig und kostspielig ist, den Boiler abzustellen, damit eine Wartungsperson den Kessel betreten kann, um die Oberfläche abzuschaben und die aufgebauten Rückstände zu entfernen, wurden verschiedene Typen von Reinigungsapparaten entwickelt, um die aufgebauten Rückstände zu beseitigen. Einige dieser Apparate können in Hochdruckboilern nicht verwendet werden und können nur dann in Betrieb gesetzt werden, wenn der Boiler nicht im Betrieb ist. Obwohl solche Vorrichtungen die Notwendigkeit des manuellen Abschabens der Innenflächen beseitigen, erfordern sie weiterhin das kostspielige Abschalten des ο« Boilers für das Reinigen der Innenverkleidung. Andere Vorrichtungen zum Reinigen der Innenverkleidung beim Betrieb des Hochdruckboilers sind dahingehend fehlerhaft, daß sie die Sprühköpfe nicht ausreichend gegenüber einer thermischen Schockbelastung schützen, die dann auftritt, wenn das Reinigungsmedium mit den heißen Sprühköpfen in

Berührung gelangt. Die wenigen Vorrichtungen, die einen

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gewissen thermischen Schutz der Sprühköpfe gewährleisten, um die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmedium und dem Sprühkopf auf einem Minimum zu halten, resultieren in einem System, durch das der thermische Schutz für die Sprühköpfe nicht automatisch gereinigt werden kann. Folglich verbraucht man mit diesen automatischen und halbautomatischen Reinigern viel Zeit und Mühe, entweder zum Wiederherstellen der Sprühköpfe oder zum Reinigen der Oberflächen des thermischen Schutzes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Selbstreinigungsverkleidung für einen Hochdruckboiler zu schaffen, mit dem eine automatische Abreinigung der Rückstände während des Betriebes des Hochdruckboilers erfolgen kann, und zwar ohne eine Thermoschockbelastung der Sprühköpfe.

Die Erfindung bezieht sich hinsichtlich der Lösung dieser Aufgabe auf eine Selbstreinigungsverkleidung des Typs, die eine gegenüber thermische Schockbelastung resistente Sprühkopfanordnung verwendet, welche thermisch geschützt ist. Die Sprühkopfanordnung umfaßt eine Wasserwand und ein feuerfestes Material und ist während des Betriebes in einen Hochdruckboiler einsetzbar, wobei die gesamte Oberfläche der Verkleidung saubergehalten werden kann.

Die Sprühkopfanordnung ist so aufgebaut, daß sie hohen Temperaturänderungen zwischen dem Sprühkopf und dem angesprühten Kühlmedium widersteht. Eines der Merkmale, durch das die Sprühkopfanordnung diesen Temperaturänderungen

OQ widerstehen kann, besteht in dem Einbau einer thermischen Hülse, welche vollständig innerhalb des Körpers der Sprühkopfanordnung sitzt. Die thermische Hülse bildet eine Doppelwand, welche verhindert, daß das relativ kühle Sprühmedium direkt mit der heißen Sprühkopfanordnung in Be-

gg rührung gelangt. Die thermische Hülse ist völlig unabhängig von dem Körper angeordnet und erlaubt eine unabhängige Expansion des Körpers und der thermischen Hülse.

Um weiterhin die thermische Schockbelastung klein zu halten, wird eine Wasserwand verwendet, um die Sprühkopfanordnung thermisch zu schützen. Dieser Wasserwand besteht grundsätzlich aus einem Satz von Rohren, welchem eine Ausbuchtung in der ansonsten zylindrischen rohrförmigen Verkleidung vorsehen. Diese thermische Abschirmung vermindert die an die Sprühkopfanordnung abgegebene Wärmemenge, hält sie kühler und vermindert dadurch den Temperaturunterschied zwischen der Sprühkopfanordnung und dem Reinigungsmedium. Ein geeignetes feuerfestes Material kann ebenso um die Sprühkopfanordnung angeordnet werden, und zwar hinter der Wasserwand, um die Temperatur der Sprühkopfanordnung niedrig zu halten. Die Wasserwand und das feuerfeste Material kombinieren sich zu einem thermischen Schutz der Sprühkopfanordnung gegenüber der rauhen thermischen Umgebung des Boilers.

Als Resultat minimieren die einheitliche rohrförmige Konfiguration der Wasserwand und die gegenüber thermische Schockbelastung resistente Sprühkopfanordnung der Erfindung die thermische Schockbelastung der Sprühkopfanordnung und erhöhen die Lebensdauer der Sprühkopfanordnung, während die gesamte Innenfläche der Verkleidung während des Betriebs des Boilers reingehalten werden kann.

Erfindungsgemäß wird also die Sprühkopfanordnung gegenüber hohen Temperaturen geschützt. Die thermische Schockbelastung der Sprühkopfanordnung wird kleingehalten, so daß die Sprühkopfanordnung gegenüber thermischer Schockbelastung resistent ist. Außerdem besteht die Möglichkeit einer voll-

OQ ständigen und automatischen Reinigung der gesamten Innenfläche der Auskleidung.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Sektion einer Selbstreinigungsverkleidung der Erfindung mit der Darstellung von zwei Sprühkopfanordnungen und der äußeren Begrenzung des feuerfesten Materials,

Fig. 2 eine Schnittansicht in der Ebene 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht in der Ebene 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht in der Ebene 4-4 der Fig. 2, und

Fig. 5 einen Hochdruckboiler mit einer angebrachten Selbstreinigungsverkleidung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 wird ein Teil einer Selbstreinigungsverkleidung offenbart. Fig. 1 zeigt eine Sektion der Selbstreinigungsverkleidung mit einer oberen Sprühkopfanordnung 151 und einer unteren Sprühkopfanordnung 152, wobei das feuerfeste Material gestrichelt dargestellt ist. Die äußere Begrenzung des feuerfesten Materials ist allgemein mit dem Bezugszeichen 9 versehen. Die Selbstreinigungsauskleidung ist entsprechend der Darstel-

OQ lung so aufgebaut, daß zwischen einzelnen Rohren Stege angeordnet sind, wodurch eine rohrförmige Verkleidung 10 gebildet wird. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform eine obere und untere Sprühkopfanordnung 151 und 152 verwendet, kann jede beliebige Anzahl von Sprühkopfanordnungen ver-

_g5 wendet werden, die alle auf die unten beschriebene Weise aufgebaut sind.

In Fig. 2 ist eine Wasserwand 111 dargestellt, die dadurch gebildet ist, daß ein erster Satz von Rohren abgebogen wird, der aus zwei der rohrförmigen Verkleidungsrohre 112 gebildet ist, so daß sie in der sonst

c zylindrischen Rohrverkleidung 10 eine Ausbuchtung 115 bilden. Dies erfolgt durch zwei "S"-Abbiegungen in den Verkleidungsrohren 112, eine am oberen Ende der Ausbuchtung 115 und eine am unteren Ende der Ausbuchtung 115. Diese Gestalt schafft einen Hohlraum zwischen der Wasserwand _in 111 und der rohrförmigen Verkleidung 10. Ein zweiter Satz von Rohren, der aus zwei zusätzlichen Verkleidungsrohren 113 besteht und direkt neben den die Wasserwand 111 bildenden beiden Verkleidungsrohren 112 angeordnet sind, sind ebenso auf die beschriebene Doppel-"S"-Weise

ausgebildet. Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 und 15

3 erhalten die beiden zusätzlichen Verkleidungsrohre 113 die allgemein zylindrische Form der rohrförmigen Verkleidung 10 im Gegensatz zu den beiden Verkleidungsrohren 112, die die Ausbuchtung 115 bilden.

Fig. 2 zeigt die untere Sprühkopfanordnung 152, die

in den Hohlraum ragt, welcher durch die Ausbildung der Verkleidungsrohre 112 gebildet ist. Ein Versorgungskopf 20 befindet sich zwischen der rohrförmigen Verkleidung 10 und einer Außenwand 30 des Hochdruckboilers. 25

Bei einigen Anwendungen ist es bevorzugt, den Versorgungskopf 20 außerhalb des Hochdruckboilers so zu plazieren, daß die Außenwand 30 zwischen der rohrförmigen Verkleidung 10 und dem Versorgungskopf 20 liegt.

Die untere Sprühkopfanordnung 152 weist wie die obere Sprühkopfanordnung 151 einen Körper 51 auf, welcher mit dem Versorgungskopf 20 verbunden ist. Der Körper 51 kann, obwohl er hier rund dargestellt ist, jede andere geeignete Form haben. Der Körper 51 besteht aus einem Rohr 52 und einer Endkappe 60. Die Endkappe 60 besteht

aus einer Endplatte 61 und einem Zylinder 62. Das erste Ende des Rohres 52 ist mit einer Lippe 63 am Zylinder 62 angebracht. Das zweite Ende des Rohres 52 ist abgedichtet am Versorgungskopf 20 angebracht. Der Körper 51 ist mittels eines Stützgliedes 54 an der rohrförmigen Verkleidung 10 befestigt. Geeignete Stege 114 sind zwischen der rohrförmigen Verkleidung 10 und den Körper 51 geschweißt, um eine gasdichte Dichtung zu bilden.

IQ Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 und 4 sitzt eine thermische Hülse 71 vollständig innerhalb der unteren Sprühkopfanordnung 152. Die thermische Hülse 71 ist vom Körper 51 vollständig unabhängig, schafft eine Doppelwand und erlaubt eine getrennte Ausdehnung der thermischen

j^ Hülse 71 und des Körpers 51. Die thermische Hülse 71 besteht entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform aus Metall, kann aber auch aus jedem anderen geeigneten Material bestehen.

2Q Zwei Düsen 64 sind am Zylinder 62 angebracht. Diese Düsen 64 sind dicht an den Zylinder 62 geschweißt. Die Düsen 64 verlaufen durch die thermische Hülse 71, sind jedoch nicht an diese angebracht. Ein Freiraum ist zwischen den Düsen 64 und der thermischen Hülse 71 vorgesehen, damit

„,- sich die Düsen 64 mit dem Körper 51 unabhängig von der thermischen Hülse 71 ausdehnen und zusammenziehen können. Die bevorzugte Ausführungsform zeigt zwei am Zylinder angebrachte Düsen 64. Die Düsen 64 sind so ausgerichtet, daß die Düsen der oberen Sprühkopfanordnung 151 und der _ unteren Sprühkopfanordnung 152 die gesamte Oberfläche der Verkleidung auf jeder Seite der Wasserwand 111 ansprühen. Bei einigen Anwendungen ist es wünschenswert, nur eine oder mehrere Düsen 64 vorzusehen, die von der Sprühkopfanordnung ausgehen.

Bei einer geeigneten Ausrichtung der Düsen und einer geeigneten Anordnung der Sprühkopfanordnungen kann die gesamte Innenfläche reingehalten werden. In Fig. 5 sind Sprühkopfanordnungen in einer solchen Anordnung dargestellt, daß die Sprühungen 164 einer der Sprühkopfanordnungen die Wasserwand 111, die die andere Sprühkopfanordnung schützt, frei von Ruß, Asche und Schlacke hält. Eine derart mögliche Anordnung besteht darin, daß die Sprühkopfanordnungen umfangsmäßig in einem 20-30"-Bogen und in einem vertikalen Abstand von 0,9-1,2 m beabstandet sind. So werden die Wasserwände 111, die den thermischen Schutz für die Sprühkopfanordnungen vorsehen, automatisch gereinigt.

Feuerfestes Material 110, kann, wie dies am besten der Fig. 2 zu entnehmen ist, im Hohlraum zwischen der Wasserwand 111 und der rohrförmigen Verkleidung 10 angeordnet werden. Dieses feuerfeste Material umgibt vollständig die obere Sprühkopfanordnung 151 und die untere Sprühkopfanordnung 152. Das feuerfeste Material 110 ist anfänglich in einem im wesentlichen plastischen Zustand, so daß das feuerfeste Material am gewünschten Ort angebracht werden kann und somit geformt an den Konturen der rohrförmigen Verkleidung und den Sprühkopfanordnungen 151 und 152 sitzt.

oc Geeignet konisch geformte Passagewege 8 sind im feuerfesten Material 110 ausgebildet, so daß das Reinigungsmedium aus den Düsen 64 austreten kann.

Eine Befestigungseinrichtung wird verwendet, das feuerfeste ₃Q Material 110 an der rohrförmigen Verkleidung 10 anzubringen. Eine geeignete Befestigungseinrichtung wird von abgewinkelten Stangen 116 gebildet. Die abgewinkelten Stangen 116 sind an die Verkleidungsstege geschweißt und ragen in das feuerfeste Material 110.

Somit hat die Selbstreinigungsverkleidung einen konstruktiven Aufbau, welcher eine thermische Schockbelastung herabsetzt. Das heißt, die Selbstreinigungsverkleidung ist widerstandsfähig gegen eine thermische Schockbelastung und kann die gesamte Innenfläche einer rohrförmigen Verkleidung eines Hochdruckboilers reinhalten.

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Claims

HOFFMANN.-'5ITLH-S PARTNER 3512 8 3 PATENT-UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE ■ DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GDRG D1PL.-1NG. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE 41 836 Cool Water Coal Gasification Program, Rosemead, Calif. / USA Selbstreinigungsverkleidung Patentansprüche

1. Selbstreinigungsverkleidung, gekennzeichnet durch eine rohrförmige Verkleidung (10), welche

f ■ Verkleidungsrohre (112,113) und mindestens eine Sprüh- ■"

kopfanordnung (151,152) umfaßt, daß zumindest ein Teil 5 der Verkleidungsrohre (112) zur Ausbildung einer Ausbuchtung (115) abgebogen sind und somit zwischen der Verkleidung und den ausgebogenen Rohren einen Hohlraum bilden, wobei die Sprühkopfanordnung (151,152) innerhalb dieses Hohlraumes hinter der Ausbuchtung angeordnet und so ausgerichtet ist, daß ein Strömungsmittelsprühstrom auf die rohrförmige Verkleidung (10) richtbar ist.

2. Selbstreinigungsverkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein feuerfestes Material

(110) vorgesehen ist, welches den Hohlraum so ausfüllt, daß das feuerfeste Material die Sprühkopfanordnung (151, 152) umgibt, und daß das feuerfeste Material (110) durch

ARABELLAS ι RASSE 4 · D-BOOO MÖNCHEN 81 · TELEFON CO 89]) 911087 · TELEX Ο5-29Θ19 CPATHEJ · TELEKOPIERER 9183 SG

Befestigungsmittel an der rohrförmigen Verkleidung befestigt ist.

3. Selbstreinigungsverkleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühkopfanordnung (151,152) einen Körper (51), eine in den Körper eingesetzte thermische Hülse (71) und zumindest eine Düse (64) umfaßt, die durch den Körper (51) verläuft und abgedichtet an diesem angebracht ist.

4. Selbstreinigungsverkleidung, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Verkleidung eine Wasserwand (111) bildet, wobei zwei der Verkleidungsrohre eine Ausbuchtung (115) bilden, wobei der Körper (51) durch ein Stützglied

(54) an der Rohrverkleidung befestigt ist und zur Schaffung einer gasdichten Dichtung am Körper (51) und der rohrförmigen Verkleidung ein Steg angebracht ist.

5. Selbstreinigungsverkleidung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (51) ein Rohr (52) und eine Endkappe (60) umfaßt, daß das Rohr (52) ein erstes und zweites Ende aufweist, wobei die Endkappe (60) am ersten Ende des Rohres angebracht ist und daß das zweite Ende des Rohres an einem Versorgungskopf (20) angebracht ist.

6. Selbstreinigungsverkleidung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Befestigungsmittel zumindest eine abgewinkelte Stange (116) umfassen, die permanent an der Rohrverkleidung angebracht ist.

7. Selbstreinigungsverkleidung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material anfänglich in einem plastischen Zustand ist.

8. Selbstreinigungsverkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine obere Sprühkopfanordnung (151) und eine untere Sprühkopfanordnung (152) vorgesehen ist, daß die genannte Wasserwand einen ersten Satz, die Ausbuchtung (115) bildende Verkleidungsrohre

(112) umfaßt, wobei die obere und untere Sprühkopfanordnung in den Hohlraum direkt hinter der Wasserwand (111) ragt, daß das anfänglich im plastischen Zustand befindliche feuerfeste Material den Raum zwischen der Wasserwand und der rohrförmigen Auskleidung füllt und dabei die obere und untere Sprühkopfanordnung umgibt -

9. Selbstreinigungsverkleidung nach einem der Ansprüche

1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühköpfe jeweils zwei Düsen (64) aufweisen.

10. Selbstreinigungsverkleidung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Satz von Verkleidungsrohren

(113) zumindest ein rohrförmiges Verkleidungsrohr neben dem ersten Satz von Verkleidungsrohren umfaßt, wobei der zweite Satz von Verkleidungsrohren in eine S-Form gebogen ist, um teilweise den Bereich unmittelbar hinter der Wasserwand auszufüllen.

11. Selbstreinigungsverkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Sprühkopfanordnungen (151,152) in der rohrförmigen Verkleidung so angeordnet sind, daß die Sprühung aus den Sprühkopfanordnungen die Ausbuchtung einer anderen Sprühkopf-

gQ anordnung ansprüht, so daß die gesamte Innenfläche der rohrförmigen Verkleidung besprüht wird.

12. Selbstreinigungsverkleidung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Sprühkopfangc Ordnungen so in der rohrförmigen Verkleidung angeordnet sind, daß die Sprühung von einer Sprühkopfanordnung

die Wasserwand der anderen Sprühkopfeinrichtung so ansprüht, daß die gesamte Innenfläche der rohrförmigen Verkleidung angesprüht wird.