DE3601786C2 - Einrichtung zur Abkühlung des aus einem unter erhöhtem Druck betriebenen Vergasungsreaktor austretenden heißen Produktionsgases - Google Patents
Einrichtung zur Abkühlung des aus einem unter erhöhtem Druck betriebenen Vergasungsreaktor austretenden heißen ProduktionsgasesInfo
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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 DW angeordnet, der größer ist als der
Durchmesser DG der Gasaustrittsöffnung 3 der Rohrwand
konstruktion 1 des Vergasungsreaktors 2 und kleiner als
der Durchmesser DA 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 DW
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 DW 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.
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