DE4310934C1 - Verfahren zum Entfernen von kondensationsfähigen, verflüssigten Feststoffen aus einem Heißgasstrom und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ent­ fernen von kondensationsfähigen, verflüssigten Fest­ stoffen aus einem Heißgasstrom gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 2.

Unter der Bezeichnung Heißgas seien hier solche Gas­ ströme verstanden, deren Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der mitgeführten Feststoffe liegt, die dann in verflüssigter Form als feine Tröpfchen verteilt ein Aerosol bilden. Derartige Gas/Flüssigge­ mische können beispielsweise Abgase einer Verbren­ nungsanlage sein, aber auch Synthesegase, wie sie in Hochtemperaturvergasungsreaktoren anfallen. Die Aero­ solbildung ergibt sich beim turbulenten Durchströmen der entsprechenden Reaktionsräume, wenn dort die auf­ geschmolzenen Partikel aufgewirbelt und mitgerissen werden. In den abführenden Rohrleitungssystemen kann es infolge absinkender Temperatur zur unkontrollier­ ten Kondensation kommen und damit zu unerwünschten Querschnittsverengungen und entsprechender Strömungs­ behinderung in den Rohrleitungen. Insbesondere ist das der Fall in Bereichen des Übergangs des Heißgases in den Bereich einer Schnellabkühlung desselben. Der­ art unkontrolliert ablaufende Kondensationen gilt es zu verhindern.

Wenn die Heißgase anschließend auf tiefere Temperatu­ ren heruntergekühlt werden sollen, besteht hier ein technisches Interesse, die Kondensation kontrolliert ablaufen zu lassen. Die Kondensation der Aerosole bereitet an der Verbindungsstelle zwischen heißer Rohrleitung und Kühlstrecke ansonsten erhebliche technische Schwierigkeiten. Die bekannte zusätzliche Beheizung solcher Rohrsysteme, wie sie technisch üb­ lich ist, um unerwünschte Kondensationen aus Gasen zu verhindern, ist hier wenig hilfreich, da an der Ein­ trittsstelle der Heißgase in die Kühlvorrichtung ein negativer Temperaturgradient im Anschlußrohrsystem naturgemäß nicht zu vermeiden ist. Da die hier inter­ essierenden Kondensationsprodukte nicht lösliche Feststoffe sind, ist es nicht möglich, sie wie Flüs­ sigkeiten im Überlauf aus der Gasströmung zu entfer­ nen. Insbesondere in Systemen, in denen die Gasströ­ mung durch Überdruck aufrechterhalten wird, wäre eine manuelle mechanische Entfernung der Kondensationspro­ dukte problematisch, da hierzu das Rohrsystem geöff­ net werden muß, was sich vor allem bei schadstoffhal­ tigen und/oder explosiven Heißgasen gänzlich verbie­ tet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzuge­ ben, mit dessen Hilfe Kondensate der beschriebenen Art aus dem Heißgasstrom derart entfernt werden kön­ nen, daß unkontrollierte Kondensationen in dem Rohr­ leitungssystem der Heißgasführung an unerwünschten Stellen unterbunden werden, so daß das Rohrleitungs­ system hierfür nicht geöffnet werden muß, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzuge­ ben.

Diese Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird erfin­ dungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1, bezüglich der Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2.

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieser Aufgabenlösung an.

Dadurch, daß der Heißgasstrom durch eine mechanische ausräumbare Kühlstrecke geführt wird, ohne daß der Räumvorgang zu einem Querschnittsverschluß führt, wird ein örtlich definierter Kondensationsbereich vorgegeben, unkontrollierte Kondensation bleibt aus­ geschlossen.

Eine im definierten Kondensationsbereich vorzunehmen­ de Ausräumung des Kondensates ohne Querschnittsver­ schluß gestattet es, das Verfahren bei kontinuierli­ cher Heißgaserzeugung - beispielsweise in einem Spaltgaserzeuger - anzuwenden. Durch die unmittelbare Zuordnung der Kühlstrecke zu einer Gasschnellkühlung mit Wassereindüsung wird zum einen erreicht, daß der Temperaturgradient zwischen Heißgas und Kaltgas am Eintritt des Gases in die Schnellabkühlung zur defi­ nierten Kondensation mit genutzt wird, zum anderen kann die Wasserkühlung des Gases als Naßaustrag mit­ verwendet werden, was kompakte Baueinheiten ermög­ licht, und zwar bei gleichzeitiger Abkühlung des Kon­ densates auf Handhabungstemperaturen von unter 100°C.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhaf­ terweise durch eine Vorrichtung verwirklichen, die aus einer Kühlstrecke mit einem in diese Kühlstrecke bewegbaren Räumelement besteht, dem ein im wesentli­ chen außerhalb der Kühlstrecke angeordneter Naßaus­ trag mit Schleuse für das Kondensat so zugeordnet ist, daß diese Bauelemente eine geschlossene Bauein­ heit bilden.

Die Kühlstrecke kann dabei eine Außenkühlung besit­ zen, beispielsweise in Form einer Rippenkühlung, oder auch aus einem gleichfalls an sich bekannten Wasser­ kühlungsmantel bestehen. In die Kühlstrecke, die vor­ teilhaft Kreisquerschnitt besitzt, taucht erfindungs­ gemäß ein Räumstempel intermittierend ein, wobei des­ sen Bewegung wahlweise auch eine rotatorische oder eine Kombination von translatorischer und Drehbewe­ gung sein kann.

Eine Ausbildung des Räumelementes als Schnecke nach Art der Archimedes'schen Schraube mit zugeordnetem Abstreiferelement kann vorteilhaft sein, wenn die Heißgastemperatur 1000°C nicht übersteigt.

Zur Unterstützung der Außenkühlung, ggf. aber auch als alleiniges Kühlelement, kann die Räumvorrichtung mit einer Innenkühlung versehen sein. Der vorgesehene Kondensationsbereich läßt sich auf diese Weise noch schärfer begrenzen.

Durch die Bewegung von Räumstempel oder Räumschnecke wird das zwischenzeitlich entstandene Feststoffkon­ densat mechanisch entfernt und in eine vorteilhaft unterhalb der Kühlstrecke angeordnete Ausbringung befördert. Mit Hilfe einer Schleuse, die der Ausbrin­ gung zusammen mit der Stempelanordnung in Baueinheit zugeordnet ist, kann das Feststoffkondensat aus dem Gasstrom entfernt werden. Der Räumstempel wird zweck­ mäßigerweise pneumatisch angetrieben, da hierdurch hohe Bewegungsgeschwindigkeiten möglich sind, so daß er nur kurzzeitig in den heißen Gasstrom eintaucht und dabei selbst nicht die hohen Temperaturen des Heißgases annimmt. Hierfür ist es auch vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine außerhalb des heißen Gas­ stromes angeordnete Aufnahmekammer für den Räumstem­ pel besitzt, in der der Räumstempel während der Räum­ pausen eingefahren ruht und so der direkten Einwir­ kung des heißen Gasstromes entzogen ist.

Hat der Räumstempel wie in einem vorteilhaften Aus­ führungsbeispiel die Form eines Hohlzylinders, der an seinem äußeren Umfang Räumzähne sternförmig angeord­ net besitzt, so werden verhältnismäßig geringe Räum­ kräfte benötigt. Des weiteren ergibt sich der Vor­ teil, daß das Kondensat durch Stempel und Räumzähne so zerkleinert wird, daß eine Ausbringung durch eine Schleuse keine Schwierigkeiten bereitet. Erfindungs­ gemäß werden Kondensationsniederschlag und intermit­ tierende Stempelbewegung optimiert aufeinander abge­ stellt. Die Ausbildung des Räumstempels als Hohlzy­ linder mit sternförmig angeordneten Räumzähnen garan­ tiert, daß der Querschnitt der Kühlstrecke auch wäh­ rend des Räumvorganges nicht verschlossen wird.

Wegen der hohen Temperatur des Kondensates ist es zweckmäßig, die Ausbringung als Naßausbringung auszu­ bilden. Im Umlauf kühlbare Wasserfüllungen ermögli­ chen dabei die Abfuhr der Kondensatwärme und eine Ausbringung bei Niedertemperatur.

Um das Heißgas zu kühlen, ist es besonders vorteil­ haft, Kondensatentfernung, Kondensatausbringung und Gaskühlung miteinander zu verbinden, d. h. zu einer integralen Einheit zusammenzufassen. Dies kann da­ durch geschehen, daß die Naßausbringung mindestens eine Eindüsvorrichtung besitzt, mit deren Hilfe um­ laufgekühltes Wasser der Wasserfüllung den heißen Gasstrom durchdringend zugeführt wird. Die im Kühl­ kreislauf befindliche Wasserfüllung der Naßausbrin­ gung durchströmt so als Wasserschleier das Heißgas und kühlt es entsprechend ab. Ein unerwünschter Rest­ durchtrag von Kondensat durch die Kühlstrecke der Vorrichtung wird hierdurch mit Sicherheit ausge­ schlossen. Wird unterhalb bzw. hinter der Kühl­ strecke ein Tauchrohr angebracht, durch das Gas und kondensierter Feststoff der Wasserfüllung des Naßaus­ trages zugeführt werden kann, so lassen sich für Gas­ führung und Naßaustrag des Kondensats definierte geo­ metrische Verhältnisse schaffen. Das Tauchrohr ver­ hindert dann, daß im Gas abgeschiedene Feststoffpar­ tikel weiter mitgeschleppt werden.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen, die eine bevor­ zugte beispielsweise Ausführungsform der Erfindung zeigen, sei diese nachfolgend näher erläutert und beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vor­ richtung, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Räumstem­ pel.

In der Zeichnung ist der Teil eines Rohrleitungssy­ stems für einen Heißgasstrom dargestellt, in dem kon­ densationsfähige verflüssigte Feststoffe aus dem Heißgas gezielt ausgeschieden werden. Im oberen lin­ ken Teil eines Winkelrohrs befindet sich die Ein­ strömseite des Heißgases, welches im Ausführungsbei­ spiel nachfolgend in einen Fallrohrabschnitt geführt wird, wobei das untere offene Ende in einen Behälter, der einen Naßaustrag 4 bildet, einmündet. Das Fall­ rohr ist oberhalb des Gaseinlasses zu einer Aufnahme­ kammer 10 erweitert, die ein Räumelement 2 in Form eines Räumstempels aufnimmt, der hydraulisch oder pneumatisch mittels eines Zylinders 3 in die in ge­ strichelter Linienführung angedeutete untere Stellung verschiebbar ist. Mit dieser Ausführungsform ist der Räumstempel außerhalb des Heißgasstromes in seiner Ruhestellung positioniert, so daß er dort nicht direkt und kontinuierlich von den hohen Temperaturen des Heißgases beaufschlagt ist. Gegenüber dem Heißgasstrom ist das Räumelement 2 mittels einer Dichtung 15 in diesem Bereich abgedich­ tet, so daß nach außen jeglicher Gasaustritt mit Si­ cherheit vermieden ist.

Der ausgefahrene Bewegungsweg des Räumstempels defi­ niert die eigentliche Kühlstrecke 1 der Vorrichtung, wobei ringförmig im Abstand um das Fallrohr im ther­ mischen Kontakt mit diesem Kühlrippen vorgesehen sind, die die Außenkühlung 16 der Kühlstrecke 1 bil­ den. Unterhalb der Kühlstrecke 1 und im Heißgasstrom hinter dieser sind in ringförmiger Anordnung 18 eine Mehrzahl von Düsen 13 in das Fallrohr geführt, über die Wasser in den heruntergekühlten Gasstrom einge­ düst wird. Der sich hieran anschließende weitere Ab­ schnitt des Fallrohres ragt als Tauchrohr 14 inner­ halb eines Naßaustrages 4 in eine Wasserfüllung 12 des den Naßaustrag 4 bildenden Behälters, so daß der Gasstrom hinter den Düsen 13 mit Wasser/Dampf ver­ mischt durch die Wasserfüllung 12 hindurch und über den oberen freien Raum des Naßaustrages 4 in Pfeil­ richtung den Gasaustrag 5 verlassen kann. Der Gasaus­ trag 5 befindet sich oberhalb eines Wasseraustrages, wobei das dort abgenommene Wasser im Kreislauf ge­ führt nach entsprechender Kühlung der Ringanordnung der Düsen 13 wieder zugeführt werden kann.

In dem Maße, in dem die aerosolartig im Heißgas vor­ handenen feinen Tröpfchen der mitgeführten verflüs­ sigten Feststoffe über den Gaseinlaß im Bereich der Kühlstrecke 1 kondensieren und sich dort entlang der Innenwandung des Fallrohres festsetzen, wird inter­ mittierend das Räumelement 2 mit vorteilhaft hoher Beschleunigung durch translatorische Bewegung in den Kühlbereich gestoßen, wobei im Ausführungsbeispiel entlang der äußeren Umfangsfläche des Räumstempels an diesem befestigte Räumzähne 11 das Feststoffkon­ densat mechanisch unter gleichzeitigem Zerbröckeln entfernen, so daß der im Rauchrohr 14 nach unten in die Wasserfüllung 12 fallende Feststoff 9 dort über eine am Boden angeordnete Schleuse 8 ausgetragen wer­ den kann. Neben der translatorischen Bewegung des Räumstempels kann es auch vorteilhaft sein, diesen gleichzeitig oder wechselseitig im Bereich der Kühl­ strecke 1 auch rotatorisch zu bewegen, wobei auf eine direkte Anlage der Räumzähne 11 an die innere Um­ fangsfläche des Fallrohres verzichtet werden kann, da die Stoßbewegung des Räumstempels das Feststoffkon­ densat in jedem Fall aus der Kühlstrecke entfernt.

Die Schnittdarstellung entsprechend Fig. 2 zeigt den Räumstempel von unten her, d. h. von der Fallrohrseite her gesehen, wobei die Wandung der Aufnahmekammer 10 praktisch eine senkrecht nach oben geführte Verlänge­ rung des Fallrohres bzw. des Tauchrohres 14 dar­ stellt. Wie aus der Darstellung ersichtlich, ist der Räumstempel von einem Hohlzylinder gebildet, an des­ sen äußerer Umfangsfläche im Abstand zueinander die Räumzähne 11 radial nach außen befestigt sind. Das sich im Bereich der Kühlstrecke 1 entlang der Innen­ wandung absetzende Feststoffkondensat ist meist von poriger Struktur und zeigt ein sprödes Bruchverhal­ ten, so daß die Räumzähne 11 in relativ großen Ab­ ständen zueinander über die äußere Umfangsfläche des Räumstempels verteilt sein können. Wenn die Räumzähne lösbar an der äußeren Umfangsfläche des Räumstempels befestigt sind, ist ein leichter Aus­ tausch derselben für den Fall auftretender Ver­ schleißerscheinungen ohne nennenswerte zeitliche Ver­ luste möglich, insbesondere, ohne daß der Dauerbe­ trieb der Vorrichtung merklich unterbrochen werden muß.

Claims (13)

1. Verfahren zum Entfernen von kondensationsfähi­ gen, verflüssigten Feststoffen aus einem Heiß­ gasstrom, wobei die verflüssigten Feststoffe aerosolähnlich in der Gasströmung mitgeführt und durch Kondensation ausgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet,
daß der Heißgasstrom durch eine mechanisch aus­ räumbare Kühlstrecke geleitet wird, ohne daß der Räumvorgang zu einem Querschnittsverschluß der Kühlstrecke führt, und
daß das vom aerosolähnlich mitgeführten, ver­ flüssigten Feststoff befreite Gas unmittelbar anschließend einer Gasschnellkühlung mit Wasser­ eindüsung und Naßaustrag des Feststoffkondensats zugeführt wird.

2. Vorrichtung zum Entfernen von kondensationsfähi­ gen, verflüssigten Feststoffen aus einem Heiß­ gasstrom, wobei tröpfchenförmige Flüssigstoffe - aerosolähnlich im Heißgas vorhanden - von der Strömung mitgeführt sind und mittels Kondensa­ tion ausgeschieden werden, gekennzeichnet durch
eine Kühlstrecke (1), die mit einem im Bereich der Kühlstrecke bewegbaren Räumelement (2) ver­ sehen ist, und durch
einen im wesentlichen außerhalb der Kühlstrecke angeordneten Naßaustrag (4) mit einer Schleuse (8), wobei die Kühlstrecke (1), das Räumelement (2) und der Naßaustrag (4) mit der Schleuse (8) zu einer Baueinheit miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke eine Außenkühlung (16) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Räumelement (2) ein Räumstempel ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Räumelement (2) eine mit Innenkühlung versehene Räumvorrichtung ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Räumelement (2) eine Abstreiferschnecke ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Räumelement (2) translatorisch im Bereich der Kühlstrecke (1) bewegbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Räumstempel ro­ tatorisch im Bereich der Kühlstrecke (1) beweg­ bar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufnahmekammer (10) für das Räumelement (2) außerhalb des Strö­ mungsflusses des Heißgases angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Räumstempel als Hohlzylinder und/oder Sternkörper ausgebil­ det und über seinen äußeren Umfang mit Räumzäh­ nen (11) versehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserfüllung (12) und der Naßaustrag (4) im Umlauf kühlbar geführt sind.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Naßaustrag (4) mit mindestens einer Düse (13) verbunden ist, mit deren Hilfe umlaufgekühltes Wasser der Was­ serfüllung (12) den Heißgasstrom durchdringend zugeführt ist.

13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstrom zur Kühl­ strecke (1) ein Tauchrohr (14) vorgesehen ist, durch das Gas und kondensierter Feststoff (9) der Wasserfüllung (12) zuführbar ist.