DE3518061A1

DE3518061A1 - Gasinjektionsapparat

Info

Publication number: DE3518061A1
Application number: DE19853518061
Authority: DE
Inventors: Anatoly Abraham Windsor Conn. Ostrov
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: 1984-05-21
Filing date: 1985-05-20
Publication date: 1985-11-21
Also published as: JPS6134094A; US4584180A

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER 3 5 1 8 Q 6

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE '

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE ■ DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL-ING. W. LEHN

DIPL.-ΙΝβ. K. FDCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H -A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GDRG

DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

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

Gasinjektionsapparat

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasinjektionsapparat und insbesondere auf einen Gasinjektionsapparat zum Injizieren eines Abschreck-, Lösch- oder Kühlgases an einen ausgekleideten Behälter oder Kessel. 05

Bei der Handhabung von Gasen mit erhöhter Temperatur ist es manchmal notwendig, ein Kühlgas in den Strom der Heißgase zu injizieren. Ein Prozeß, bei dem die Injektion eines Kühlgases notwendig ist, ist der Kohlevergasungsprozeß. Beim Kohlevergasungsprozeß wi*"d ein Kohleschlamm partiell in einem Vergasungskessel ox diert, welcher mit einer feuerfesten Innenauskleidunq versehen ist. Bei diesem Prozeß wird ein Gas und Rückstände erzeugt, welche Rückstände aus Ruß und geschmolzener Schlacke bestehen. Die vom mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Vergaser abgegebenen Heißgase werden in einem Radiationsboiler auf einen Pur.kt abgekühlt, bei dem die geschmolzene Schlacke zumindest teilweise verfestigt wird, aber immer noch klebrig bzw. klumpig ist. Das Kühlgas wird dazu verwendet, diese klebrigen Rückstände auf eine Temperatur zu kühlen, bei der die Rückstände leicht vom Kohlegas getrennt werden können. Zur Unterstützung der Abtrennung der feinen partikelförmigen Rückstände senkt das Kühlgas darüber hinaus die Temperatur des 25

?ABELLASTRASSE 4 · D-8000 MÜNCHEN 81 · TELEFON CO893 9110 87 · TELE X 5-29019 C^ATHE) ■ TELEKOPIERER 91Ö35O

-δ-Gases selbst. Die Kessel und die Leitungen, die bei diesem Prozeß verwendet werden, sind alle mit einem feuerfesten Material ausgekleidet, wie beispielsweise im Vergaser, oder mit einer Wasserwand versehen, wie dies beim Radiationskühler der Fall ist, weil die Temperatur des Kohlegases im Bereich von 426°C bis 1371⁰C (800⁰F bis 2500⁰F) liegt. Wegen der beim Injizieren eines Kühlgases in einen ausgekleideten Behälter aufgetretenen Probleme hatten die Erzeuger von Kohlegas Schwierigkeiten, bei dem entsprechenden Prozeß diesen Schritt des Kühlens durch das Kühlgas einzuschalten.

Ein Zweck der Auskleidung der Kessel ist der Schutz der Kesselwand gegenüber hohen Temperaturen, die zusammen mit dem Kohlegas auftreten. Notwendigerweise wird dann die Auskleidung höheren Temperaturen und größeren Temperaturänderungen unterworfen als die Kesselwand. Deswegen werden die Auskleidungen auf eine solche Art und Weise angebracht, daß sich diese unabhängig von der Kesselwand ausdehnen und zusammenziehen können. Das Zulassen dieser unabhängigen Wärmeausdehnung und Kärmezusammenziehung schafft Probleme hinsichtlich des Vorsehens von Mitteln zum Injizieren eines Kühlgases in den Heißgasstrom. Um die Injektion durchführen zu können, muß eine Rohrleitung durch die Kesselwand verlaufen und den Spalt zwischen der Kesselwand und der Innenauskleidung überbrücken und an der Innenauskleidung angebracht werden. Bei dieser Anordnung wird die Versorgungsleitung äußeren thermischen Beanspruchungen unterworfen, die durch das unabhängige Zusammenziehen und Ausdehnen der

gg Innenauskleidung hinsichtlich der Kesselwand auftreten. Außerdem ist diese Leitung inneren thermischen Beanspruchungen unterworfen, wenn ein Ende der Leitung eine höhere Temperatur hat als das andere Ende, da die Auskleidung eine höhere Temperatur hat als die Kesselwand.

Andere Probleme entstehen durch die; Art und Weise, wie das Kühlgas in das heiße Kohlegas injiziert wird. Für das wirksame Injizieren des Kühlgases muß das Kühlgas so injiziert werden, daß ein angemessenes Vermischen des Kühlgases und des heißen Kohlegases erfolgt. Dieses Vermischen kann am besten dann erreicht werden, wenn das Kühlgas normal zur Strömung des heißen Kohlegases injiziert wird. Da die Kessel zum Handhaben der heißen Kohlegase ausgekleidet sind, resultiert das radiale Injizieren normalerweise eine Zerstörung der Integrität der Innenauskleidung. Die Integrität wird zerstört, da Spalte in der Auskleidung erzeugt werden, damit das Gas in das Kohlegas injiziert werden kann. Das Erzeugen von Spalten oder das Eliminieren der Auskleidung am Injektionspunkt stellt keine angemessene Lösung dar, da die Kesselwände dann den heißen Rohkohlegasen ausgesetzt werden. Versuche zur Kleinhaltung der Spalte und zur Aufrechterhaltung der Integrität der Auskleidung resultierten in einer Zunahme der Anschlüsse und Verteiler. Diese Zunahme der Anzahl der Anschlüsse und Verteiler in der Auskleidung stellt keine angemessene Lösung dar, da diese extra Teile Anlaß zu einem möglichen Fehlverhalten der Innenauskleidung geben.

Als Resultat dieser Probleme haben Kohlegaserzeuger entweder das Injizieren von Kohlegas weggelassen, und zwar mit der Folge von Betriebsablaufproblemen, oder aber sie haben ein Injektionsverfahren eingesetzt, welches die Innenauskleidung eliminiert, woraus eine erhebliche Wartung resultiert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Gasinjek-QQ tionsapparat zum Injizieren von Kühlgas in einen ausgekleideten Kessel zu schaffen, bei dem die thermischen Beanspruchungen des Apparates kleingehalten und die Integrität der Innenauskleidung aufrechterhalten werden kann.

-δι Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale gelöst, wie sie sich aus den Patentansprüchen ergeben.

Der Gasinjektionsapparat der Erfindung ist von einem solchen Typ, bei dem das Kühlgas in einen heißen Gasstrom injiziert wird, welcher Gasstrom in einem Kessel vorliegt, der mit einer Innenauskleidung versehen ist.

Um das radiale Injizieren des Kühlgases in einen mit Innenauskleidung versehenen Kessel zu ermöglichen, wird ein Apparat benötigt, der das unabhängige Ausdehnen und Zusammenziehen der Innenauskleidung erlaubt und die Integrität, d.h. die Ganzheit der Innenauskleidung, sicherstellt.

je Der erfindungsgemäße Gasinjektionsapparat verwendet eine ausdehnbare Versorgungsleitung und eine Raumanordnung zur Erzielung der genannten Aufgabe. Die ausdehnbare Versorgungsleitung ist so aufgebaut, daß die unabhängige thermische Ausdehnung und Zusammenziehung der Innenauskleidung

2Q in die Leitung keine übermäßigen inneren oder äußeren Wärmebeanspruchungen induziert. Die genannte Raumanordnung schafft einen Zwischenraum zwischen der ausdehnbaren Versorgungsleitung und der Innenauskleidung und ist abgedichtet an der Innenauskleidung angebracht. Direkt unterhalb

2g der Raumanordnung befinden sich Öffnungen in der Auskleidung, durch die das Kühlgas normal zum Kohlegasstrom injiziert werden kann. Das Anbringverfahren und die Anordnung der Öffnungen erlaubt eine Aufrechterhaltung der Ganzheit und Integrität der Innenauskleidung ohne das Er-

„_n fordernis der zusätzlichen Anbringung von Verteilern und Anschlüssen in der Auskleidung.

Wenn dieser Apparat im Zusammenhang mit einem Kohlevergasungsprozeß verwendet wird, so kann Kühlgas injiziert werden, welche das Kohlegas und die partikelförmigen Rückstände kühlt. Dadurch ist ein höchstwirksamer Prozeß möglich, ohne die Ganzheit der Innenauskleidung zu beeinträchtigen oder zu zerstören. So kann ein Kühlgas senkrecht

-S-

zur Innenauskleidungswand eines ausgekleideten Kessels injiziert werden, während zugleich beschädigende innere Beanspruchungen des Apparates vermieden und somit die Kesselwand geschützt werden können.

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 eines Gasinjektionsapparates und

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

mit der Darstellung von zwei Gasinjektionsappara^ten·

Aus Fig. 1 ist ein Teil eines Behälters zum Handhaben von Gasen bei angehobenen Temperaturen ersichtlich. Dieser Behälter weist eine Behälterwand 10 und eine von der Wand beabstandete Innenverkleidung 20 auf. Die Innenverkleidung 20 besteht aus einer Reihe von parallelen Rohren 21, die durch Stege 22 in radialer Richtung miteinander verbunden sind und so einen Zylinder 23 bilden. Der Zylinder 23 ist in Fig. 2 dargestellt.

Obwohl der Gasinjektionsapparat so dargestellt ist, daß er ein Löschgas in einen horizontal fließenden Gasstrom injiziert, kann der Apparat dazu verwendet werden, ein Löschgas in einen Gasstrom zu injizieren, der in irgend-

oQ einer Richtung strömt. Insbesondere wenn es wünschenswert ist, das heiße Gas und darin eingefangene Feststoffpartikel während des Abwärtsströmens in einem Radiationskühler zu kühlen, und zwar bevor das Gas entsprechend der nachfolgenden Beschreibung in einen horizontalen Kanal umge-

,..p. lenkt wird, kann der Gasinjektionsapparat in der Nähe des Bodens des Radiationsabschnittes angeordnet werden, und zwar wie dies im wesentlichen in den folgenden Paragraphen

beschrieben wird. Dabei kann eine Modifizierung vorgenommen werden, soweit dies durch die erforderliche Geometrie des vertikalen Gasströmungssystems notwendig ist.

Eine Raumanordnung 30 ist auf abgedichtete Weise an der Außenfläche 25 der inneren Auskleidung 20 auf solche Weise angebracht, daß die Integrität der Innenverkleidung 20 aufrechterhalten wird. Im Bereich unterhalb der Raumanordnung 30 sind in den Stegen 22 der Innenauskleidung 20 Öffnungen oder bei dieser Ausführungsform Schlitze 24 ausgebildet. Diese Schlitze 24, welche parallel zu den Rohren 21 verlaufen, erlauben ein Injizieren des Löschgases mit einem niedrigen Differentialdruck normal zur Strömung eines heißen Gases. Die Raumanordnung 30 weist eine Oberseite 31 auf, die so ausgebildet ist, daß sie der Krümmung der Außenfläche 25 des Zylinders 23 folgt. Die Oberseite 31 ist durch Seitenwände an die Innenauskleidung 20 angebracht .

Erste zwei Seitenwände, die allgemein mit dem Bezugszeichen 37 versehen und in Fig. 1 dargestellt sind, liegen parallel zueinander. Dabei handelt es sich um zwei Seitenwände, die rechtwinklig zu den Längsachsen der parallelen Rohre 21 an der Außenfläche angebracht sind. Die ersten zwei Seitenwände 3 7 bestehen bei der bevorzugten Ausführungsform aus einer Anordnung von verschiedenen Komponenten. Eine Stange 33 ist mit einem Rand an der Oberseite 31 angeschweißt. Der andere Rand ist an einer oberen Lippe 34 angeschweißt. Die obere Lippe 34 ist an einer unteren Lippe 35 angeschraubt

on Die untere Lippe 35 st an einem ausgebogten Segment 36 angeschweißt. Das ausgebogte Segment 36 ist ein Segment eines Kreises, dessen innerer Rand so geformt ist, daß er konform zur Außenfläche 25 der Innenauskleidung 20 liegt. Um dies zu erreichen, sind Halbkreise mit demselben Radius

gc wie die parallelen Rohre 21 entlang dem Bodenrand des ausgebogten Segments 36 geschnitten. Dieser Bodenrand wird

dann an die äußere Oberfläche 25 der Innenauskleidung 20 geschweißt, um so die Raumanordnung 30 gegenüber der Innenauskleidung 20 abzudichten.

Wenn die Raumanordnung 30 den Zylinder 23 nicht vollständig umgibt, sind zweite zwei Seitenwände 32 erforderlich, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.Die zweiten zwei Seitenwände 32 bestehen aus einer Anordnung von verschiedenen Komponenten gleich denen der ersten zwei

jLO Seitenwände 37. Ein Unterschied besteht darin, daß das ausgebogte Segment 36 nicht erforderlich ist. Die zweiten zwei Seitenwände 32 verlaufen parallel zu den Längsachsen der parallelen Rohre 21 und parallel zueinander. Da die zweiten zwei Seitenwände 32 parallel zu den Längsachsen der parallelen Rohre 21 verlaufen, kann die untere Lippe 35 direkt an die Oberseiten der benachbarten Rohre 26 und 27 geschweißt werden, um so die notwendige Abdichtung um die Raumanordnung 30 auszubilden, und zwar ohne das Erfordernis des ausgebogten Segmentes 36.

Eine dehnbare Versorgungsleitung 40 ist an der Raumanordnung 30 und an der Behälterwand 10 angebracht. Das innere Ende 41 der Versorgungsleitung 40 ist abgedichtet senkrecht zur Oberseite 31 der Raumanordnung 30 und der Innenausklei-„p. dung 20 angebracht. Das äußere Ende 42 der Versorgungsleitung 40 verläuft senkrecht durch die Behälterwand 10 und ist permanent an der Innenseite einer Düse 11 angebracht , welche stets an der Behälterwand 10 angebracht ist. Ein Gasinjektionseinlaß 12 kann sodann abnehmbar an der Düse 11 angebracht sein. Die Versorgungsleitung 40 befindet sich in einem Raum zwischen der Innenauskleidung 20 und der Behälterwand 10. Ein allgemein mit dem Bezugszeichen 43 versehenes Spulenstück verbindet das äußere Ende 42 mit dem inneren Ende 41. Die Längsachse des

Spulenstücks 43 verläuft parallel zur Innenauskleidung 35

20 und der Behälterwand 10. Dies wird durch zwei Knie-

stücke in der Versorgungsleitung 40 erreicht, eines am inneren Ende 41 und eines am äußeren Ende 42.

Das Spulenstück 43 besteht aus zwei Balgabschnitten 44, die durch abgedichtete Verbindungen 45 am inneren Ende 41 und am äußeren Ende 42 angebracht sind. Diese abgedichteten Verbindungen 45 bestehen aus wärmeresistenten Dichtungen zwischen zwei Flanschen.

Somit wird ein Gasinjektionsapparat zum Injizieren von Lösch- oder Kühlgas in einen heißen Gasstrom offenbart, der in einem ausgekleideten Behälter oder Kessel geführt wird.

Claims

HOFFMANN -EITLE '& PARTNER PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DlPL.-ΙΝβ. W. LEHN DIPL.-ING. K. FÜCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H-A. BRAUNS · DlPL.-ΙΝβ. K. GORG DIPL.-INe. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE 41 837 p/hl Cool Water Coal Gasification Program, Rosemead, Calif., USA Gasinjektionsapparat Patentansprüche

1.) Gasinjektionsapparat für die Verwendung in einem ausgekleideten Behälter, dessen Behälterwand mit einer Innenauskleidung versehen ist, die sich im Abstand von der Behälterwand befindet, dadurch g e kennzeichnet, daß zumindest eine Raumanordnung (30) abgedichtet an der Innenauskleidung (20) angebracht ist, daß die Innenauskleidung (20) mit Öffnungen (24) im Bereich unterhalb der Raumanordnung versehen ist, durch die ein. Gas senkrecht zur ο Ebene der Innenauskleidung injizierbar ist, und daß

eine expandierbare Versorgungsleitung (40) an der Behälterwand (10) und der Raumanordnung (30) angebracht ist.

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2. Gasinjektionsapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (20) eine Reihe von parallelen Rohren (21) umfaßt, die zur Bildung eines Zylinders (23) durch Stege (22) in radia-1^er Richtung miteinander verbunden sind.

ARABELLASTRASSE 4 . D-8QOO MÜNCHEN 81 · TELEFON COS93 Ö11O87 . TELEX 5-29610 CPATHEJ · TELEKOPIERER 0183

3. Gasinjektionsapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung (40) ein äußeres Ende (42), ein inneres Ende (41) und ein Spulenstück (43) umfaßt, daß das äußere Ende (42) durch die Behälterwand (10) verläuft, daß das innere Ende

(41) entsprechend einem Strömungsübergang an der Raumanordnung (30) angebracht ist und daß das Spulenstück (43) das äußere Ende und das innere Ende miteinander verbindet.

4. Gasinjektionsapparat nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung

(40) so ausgebildet ist, daß das äußere Ende (42) senkrecht zur Behälterwand (10) verläuft, daß die Längsachse des Spulenstückes (43) parallel zur Innenauskleidung (20) verläuft, und das innere Ende (41) senkrecht zur Innenauskleidung (20) an der Raumanordnung (30) angebracht ist.

5. Gasinjektionsapparat nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumanordnung (30) an der Außenfläche (25) der Innenauskleidung (20) angebracht ist, daß das innere Ende (41) der Versorgungsleitung (40) abgedichtet in senkrechter Ausrichtung an der Raumanordnung (30) angebracht ist, und daß das Spulenstück (43) zumindest einen Balgabschnitt (44) umfaßt.

6. Gasinjektionsapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumanordnung (30) eine Oberseite (31) umfaßt, die dieselbe Krümmung hat wie die Außenfläche (15) der Innenauskleidung (20), daß die Raumanordnung durch zumindest zwei Seitenwände (37) abgedichtet an der Innenauskleidung (20) angebracht ist, daß die Seitenwände senkrecht zu den Längsachsen der parallelen Rohre (21) an der Außenfläche (25) angebracht sind.

7. Gasinjektionsapparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (37;32) parallel zueinander angeordnet sind und eine obere Lippe (34) aufweisen, die abnehmbar an einer unteren Lippe (35) angebracht ist, daß eine Stange (33) permanent zwischen der genannten Oberseite (31) und der oberen Lippe (34) angebracht ist, daß ein ausgebogtes Segment (36), welches mit den Konturen der Außenfläche (25) der Innenauskleidung (20) konform ist, permanent zwischen der unteren Lippe (35) und der Außenfläehe (25) der Innenauskleidung (20) angebracht ist.

8. Gasinjektionsapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumanordnung (30) eine Oberseite (31) derselben Krümmung wie die Außenfläche (25) ^g der Innenauskleidung (20) umfaßt, daß diese Oberseite abgedichtet durch erste zwei Seitenwände (37) und zweite zwei Seitenwände (32) abgedichtet an der Innenauskleidung (20) angebracht ist.

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9. Gasinjektionsapparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten zwei Seitenwände (37) parallel zueinander liegen und senkrecht zu den Längsachsen der parallelen Rohre (21) an der Außenfläche (25) angebracht sind und eine an einer unteren Lippe (35) abnehmbare obe-

„r- re Lippe (34) umfassen, daß eine Stange (33) permanent zwischen der genannten Oberseite (31) und der oberen Lippe (34) angebracht ist, daß ein ausgebogtes Segment (36) , welches an die Konturen der Außenfläche der Innenauskleidung angepaßt ist, permanent zwischen der unteren Lippe

_on (35) und der Außenfläche (25) der Innenauskleidung angebracht ist.

10. Gasinjektionsapparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten zwei Seitenwände (32) parallel zueinander angeordnet und parallel zu den Längsachsen 35

der parallelen Rohre (21) an der Außenfläche (25) angebracht sind und dabei eine abnehmbar an einer unteren Lip-

-Α Ι le (35) angebrachte obere Lippe (34) umfaßt, daß eine Stange permanent zwischen der genannten Oberseite (31) und der oberen Lippe (34) angebracht ist, wobei die untere Lippe (35) abgedichtet an der Außenfläche (25) der Innenauskleidung angebracht ist.

11. Gasinjektionsapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende (42) des Versorgungsrohres (40) permanent an einer Düse (11) angebracht ist, welche Düse permanent an der Behälterwand (10) angebracht ist.

12. Gasinjektionsapparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Balgabschnitt (44) abnehmbar am

Ig genannten ersten Ende und zweiten Ende durch abgedichtete Verbindungsstücke angebracht ist.

13. Gasinjektionsapparat nach einem der Ansprüche 1

bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Öffnun- <3^en Schlitze (24) sind, die unterhalb der Raumanordnung (30) parallel zu den parallelen Rohren (21) so an den Stegen (22) vorgesehen sind, daß ein Gas senkrecht zur Ebene der Innenauskleidung (20) in den Zylinder (23) injizierbar ist.