DE3601786C2 - Einrichtung zur Abkühlung des aus einem unter erhöhtem Druck betriebenen Vergasungsreaktor austretenden heißen Produktionsgases - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abkühlung des aus einem, unter erhöhtem Druck betriebenen Vergasungsre­ aktor austretenden heißen Produktionsgases mittels in den Gasstrom gerichteter wasserbeaufschlagter Düsen, wobei sowohl der Vergasungsreaktor als auch der daran angesetz­ te Gasaustrittsstutzen als kühlmittelbeaufschlagte Rohr­ wandkonstruktionen ausgebildet sind.

Bei der im Vergasungsreaktor ablaufenden Reaktion zwischen dem Brennstoff, beispielsweise feinzerteilte Kohle, und den Vergasungsmitteln Sauerstoff und Wasserdampf stellen sich Vergasungsendtemperaturen von ca. 1300 bis 1600°C ein. Bedingt durch das Erweichungsverhalten der Brenn­ stoffaschen bei höheren Temperaturen, ist es erforderlich, das aus dem Vergasungsreaktor austretende heiße Rohgas auf geeignete Weise unter den Erweichungspunkt der im Gasstrom mitgeführten Aschepartikel abzukühlen, um An­ backungen und Ablagerungen im weiteren Verfahrensweg zu vermeiden.

Die Abkühlung des heißen Rohgases, auch als Quenchen be­ zeichnet, kann erfolgen durch Zumischen von kaltem, rück­ geführtem Produktionsgas oder von Wasserdampf oder durch direkte Einspritzung von Wasser. Bei der Einspritzung von Wasser erfolgt die Abkühlung des Rohgases durch Entzug der zur Verdampfung des Wassers notwendigen Verdampfungs­ enthalpie sowie durch Aufheizung des Wasserdampfes auf die Quenchendtemperatur des Gases.

Zur Kühlung heißer Produktgase ist es prinzipiell bekannt, in den heißen Produktgasstrom einen ringförmigen Strahl eines Kühlmittels in Strömungsrichtung des Gases einzuspritzen oder einzudüsen.

So sind aus den Patenten US 14 93 579 bzw. US 15 43 941 Gaswäscher bekannt, bei denen über Ringleitungen mit Flüssigkeitszuführungsrohren Waschflüssigkeit eingesprüht wird. Diese Vorrichtungen dienen jedoch nicht zur Abkühlung eines heißen Produktgases.

Gleichfalls ist ein Verfahren zum Reinigen von durch Kohlevergasung erzeugtem Synthesegas von Schlacketeilen bekannt, wie es in der Patentschrift DE 25 56 370 C3 beschrieben wird. In diesem Verfahren erfolgt die Abkühlung des Synthesegases durch Einleiten des Kühlmittels in die Mittelachse des Synthesegasstromes im Gegen- oder Gleichstrom.

Die Patentschrift GB 978 334 beschreibt eine Vorrichtung zum Vergasen von Kohlenstaub mit direkter Abstromkühlung, bei der eine Querschnittsverengung zwischen dem Reaktionsraum und einem darunter liegenden Gasführungsraum vorgesehen ist, in dessen oberer Hälfte annähernd radial in das Innere gerichtete Zuführungsrohre für ein Kühlmittel vorgesehen sind.

Die Offenlegungsschrift DE 35 24 802 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines heißen, klebrige Teilchen enthaltenden Produktgases, bei dem in das Produktgas in der Kühlzone ein ringförmiger Strahl eines Kühlfluids eingespritzt wird, der die Form eines sich in Strömungsrichtung des Gases verjüngenden Kegelstumpfes aufweist. Hierbei soll durch das Einleiten eines Kühlfluids über einen ringförmigen Spalt die Wandberührung der Partikel vermieden und damit die Gefahr von Ablagerungen ausgeschaltet werden. Diese Verfahren beschränken sich auf die Kühlung des Produktgases innerhalb der dem Vergasungsreaktor nachgeschalteten Kühlzone.

Bezüglich der Offenlegungsschrift DE 35 24 802 A1 ist außerdem festzustellen, daß ein Ringspalt für die Eindüsung von Kühlwasser denkbar ungeeignet ist, wenn ein definiertes und regulierbares Massenverhältnis von Kühlwasser und Produktgas angestrebt wird.

Es ist weiterhin bekannt, bei im wesentlichen unter Normaldruck be­ triebenen Vergasungsanlagen die Zuführung des Kühlmittels, insbesondere des Wassers, durch Leitungen vorzusehen, die in den hierbei üblicherweise als wassergekühlten Doppel­ mantel ausgebildeten Gasaustrittsstutzen hinter dem Ver­ gasungsreaktor einmünden.

Bei unter erhöhtem Druck betriebenen Vergasungsanlagen ist diese bekannte Anordnung hingegen praktisch nicht möglich, da bei diesen Anlagen der Gasaustrittsstutzen wie auch andere Anlagenteile aus Festigkeitsgründen bevorzugt als Rohrwandkonstruktion ausgeführt werden. Solche Rohrwand­ konstruktionen aber lassen sich nicht von Zuführungslei­ tungen des Kühlmittels durchdringen, ohne daß es dort zu Störungen der gasbeaufschlagten Rohrwandinnenseite kommt, die ein Anbacken von Flugascheteilchen sowie Erosions­ erscheinungen begünstigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zu­ führung des Kühlmittels in den Rohgasstrom hinter einem unter erhöhtem Druck betriebenen Vergasungsreaktor zu schaffen, die die erwähnten Schwierigkeiten nicht auf­ weist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschla­ gen, daß die Zuführungsleitungen der wasserbeaufschlagten Düsen zwischen den getrennte Kühlmittelkreisläufe aufwei­ senden Rohrwandkonstruktionen von Vergasungsreaktor und Gasaustrittsstutzen in das Innere des Vergasungssystems eingeführt sind und daß die Düsen auf einem Teilkreis angeordnet sind, dessen Durchmesser größer ist als der der Gasaustrittsöffnung der Rohrwandkonstruktion des Vergasungsreaktors und kleiner als der der Rohrwand­ konstruktion des Gasaustrittsstutzens.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung treten also die Zu­ führungsleitungen des Wassers zu den Düsen im Bereich der Trennung der benachbarten Rohrwandkonstruktion von Vergasungsreaktor und Gasaustrittsstutzen in den Innen­ raum des Systems ein, so daß die Rohrwandkonstruktionen selbst von diesen Zuführungsleitungen unberührt bleiben und somit keine negativen Einwirkungen auf die Strömungs­ verhältnisse und auf Anbackungen und Erosionen in den Rohrwandkonstruktionen auftreten können. Die Anordnung der Düsen auf dem angegebenen Teilkreis hat zur Folge, daß die Düsen gewissermaßen im Windschatten der Gasströ­ mung liegen und damit nicht dem Verschleiß durch auftref­ fende, vom Gasstrom mitgetragene Feststoffpartikel un­ terliegen.

Die Anordnung der Düsen kann so getroffen sein, daß sie entgegen der Strömung des Rohgases, senkrecht hierzu oder auch in Strömungsrichtung des Rohgases bzw. in Zwischenstellung ausgerichtet sind. Ihre Anzahl und Größe richtet sich nach den jeweiligen Erfordernissen, d. h. nach der beabsichtigten Kühlwirkung.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorge­ sehen, daß auf dem Teilkreis außer den wasserbeaufschlagten Düsen auch wasserdampfbeaufschlagte Düsen zur Beseiti­ gung eventueller Anbackungen an der Wandung des Gasaus­ trittsstutzens angeordnet sind. Hierbei wird man was­ serbeaufschlagte und wasserdampfbeaufschlagte Düsen be­ vorzugt in abwechselnder Reihenfolge auf dem Teilkreis anordnen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen, die beispielsweise Ausführungen darstellen, näher erläu­ tert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen auszugsweisen Schnitt im Bereich der Gas­ austrittsöffnung des Vergasungsreaktors mit dort angeordneten wasserbeaufschlagten Düsen, und

Fig. 2 einen Schnitt an gleicher Stelle mit zusätzli­ chen wasserdampfbeaufschlagten Düsen.

In Fig. 1 ist mit 1 die Rohrwandkonstruktion des Verga­ sungsreaktors 2 bezeichnet. 3 ist die Gasaustrittsöff­ nung des Vergasungsreaktors. In Richtung A der Strömung des im Vergasungsreaktor erzeugten Rohgases ist an die Gasaustrittsöffnung anschließend der Gasaustrittsstutzen 4 angeordnet, der von einer Rohrwandkonstruktion 5 ge­ bildet wird. Die beiden Rohrwandkonstruktionen 1 und 5 sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, zwei voneinan­ der unabhängige Systeme mit getrennten Kühlkreisläufen. Sie sind jedoch gemeinsam in einem Druckmantel 6 unter­ gebracht.

Zwischen den beiden Rohrwandkonstruktionen 1 und 5 sind erfindungsgemäß Zuführungsleitungen 7 in das Innere des Vergasungssystems eingeführt, die an ihren dortigen En­ den Düsen 8 aufweisen. Mit 9 und 10 sind die wasserfüh­ rende Speise- bzw. Sammelleitung zu den Zuführungslei­ tungen 7 bezeichnet. Die Zuführungsleitungen 7 durch­ setzen einen Steg 11, der die beiden Rohrwandkonstruk­ tionen miteinander verbindet und damit für einen gas­ dichten Abschluß sorgt.

Die wasserbeaufschlagten Düsen 8 sind auf einem Teilkreis mit dem Durchmesser D_W angeordnet, der größer ist als der Durchmesser D_G der Gasaustrittsöffnung 3 der Rohrwand­ konstruktion 1 des Vergasungsreaktors 2 und kleiner als der Durchmesser D_A der Rohrwandkonstruktion 5 des Gas­ austrittsstutzens 4. Die Düsen 8 liegen somit im Wind­ schatten des in Richtung des Pfeiles A strömenden Roh­ gases. Sie sind auf dem Teilkreis mit dem Durchmesser D_W bevorzugt gleichmäßig verteilt angeordnet, wobei sich ihre Anzahl, ihre Größe sowie der Winkel α des Sprühke­ gels 12 nach den jeweiligen Erfordernissen richtet. Ebenso kann die Sprührichtung der Düsen, die im vorlie­ genden Fall schräg zur Strömungsrichtung A des Rohgases verläuft, wie bereits erwähnt, beliebig eingestellt wer­ den.

In Fig. 2 sind gleiche Konstruktionselemente wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Zusätzlich sind hier auf dem Teilkreis mit dem Durchmesser D_W wasser­ dampfbeaufschlagte Düsen 13 vorgesehen, die bevorzugt in abwechselnder Reihenfolge mit den wasserbeaufschlagten Düsen 8 angeordnet sind. Die Zuführung des Wasserdampfes zu den Düsen 13 erfolgt über Speise- und Sammelleitung 14 und 15 sowie die Zuführungsleitungen 16, die wiederum den Steg 11 durchsetzen. Der aus den Düsen 13 austreten­ de Dampfkegel 17 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, entlang der Rohrwandkonstruktion 5 des Gasaustrittsstutzens 4 ausgerichtet und sorgt so für eine wirkungsvolle Ent­ fernung von Ablagerungen und Anbackungen. Anzahl, Größe, Neigung und Anordnung der wasserdampfbeaufschlagten Dü­ sen richten sich hierbei nach den jeweiligen Abreini­ gungserfordernissen.

Claims (3)

1. Einrichtung zur Abkühlung des aus einem unter erhöhtem Druck betriebenen Vergasungsreaktor austretenden heißen Produktionsgases mittels in den Gasstrom gerichteter wasserbeaufschlag­ ter Düsen, wobei sowohl der Vergasungsreaktor als auch der daran angesetzte Gasaustritts­ stutzen als kühlmittelbeaufschlagte Rohrwand­ konstruktionen ausgebildet sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuführungsleitungen (7) der wasserbeaufschlagten Düsen (8) zwischen den getrennte Kühlmittelkreisläufe aufweisenden Rohrwandkonstruktionen (1, 5) von Vergasungs­ reaktor (2) und Gasaustrittsstutzen (4) in das Innere des Vergasungssystems eingeführt sind, und daß die Düsen auf einem Teilkreis angeor­ net sind, dessen Durchmesser größer ist als der der Gasaustrittsöffnung (3) der Rohrwandkon­ struktion (1) des Vergasungsreaktors (2) und kleiner als der der Rohrwandkonstruktion (5) des Gasaustrittsstutzens (4).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf dem Teilkreis außer den wasserbeaufschlagten Düsen (8) auch wasser­ dampfbeaufschlagte Düsen (13) zur Beseitigung von Anbackungen an der Wandung (5) des Gas­ austrittsstutzens (4) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wasserbeaufschlagte und wasserdampfbeaufschlagte Düsen (8, 13) in ab­ wechselnder Reihenfolge auf dem Teilkreis angeordnet sind.