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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Steuerung des Abklopfen von wärmeaustauschenden
Oberflächen einer indirekten Wärmeübertragungszone gemäß dem ersten
Teil von Anspruch 1.
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Ein solches Verfahren ist aus US-A-4 466 383
bekannt.
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Herkömmliche Systeme zum Beseitigen von Staub oder
Schlacke, die sich auf wärmeaustauschenden Oberflächen in
Öfen, Boilern usw. abgesetzt haben, beinhalten Rußabblasen,
mechanische Abklopfer und Reinigungskörper wie Bürsten,
Masseln oder dergl., die durch Kühlrohre geführt werden. Typisch
für die Anwendung von Abklopfern zum Beseitigen von
Ablagerungen ist, daß das Abklopfen mit einem vorgewählten
Arbeitsablauf und vorgewählter Häufigkeit und mit
voreingestellter Kraft durchgeführt wird.
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Die Wahrung des Wirkungsgrads von
Wärmeaustauschersystemen verlangt jedoch die Optimierung der Beseitigung von
Ablagerungen, um den zusätzlichen Wärmeübertragungswiderstand
infolge des Dickengleichgewichts der Ablagerungen auf den
wärmeaustauschenden Flächen möglichst klein zu halten, wobei
diese Ablagerungen unter wechselnden Bedingungen akkumulieren
können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Optimierung der Beseitigung von Ablagerungen von wärmeaustauschenden
Flächen in Systemen mit teilweiser Wasserverdampfung am
Siedepunkt.
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Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Steuerung des Abklopfens von wärmeaustauschenden Oberflächen
einer indirekten Wärmeübertragungszone mit
Schmutzablagerungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das
gesteuerte Abklopfen von wärmeaustauschenden Flächen einer
indirekten Wärmeübertragungszone mit Schmutzablagerungen wie
Asche und Ruß im Rahmen eines Synthesegassystems.
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Die Erzeugung von Synthesegas erfolgt durch
Teilverbrennung von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff wie z. B. Kohle,
bei verhältnismäßig hohen Temperaturen im Bereich von etwa
700ºC bis etwa 1800ºC und in einem Druckbereich von etwa 1
bis 200 bar in Anwesenheit von Sauerstoff oder
sauerstoffhaltigen Gasen in einem Vergaser. Sauerstoffhaltige Gase sind
u. a. Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, und Sauerstoff,
wahlweise verdünnt mit Wasserdampf, Kohlendioxid und/oder
Stickstoff.
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Die Kohle wird verwirbelt und mit einem Gas, wie
z. B. Stickstoff, transportiert und als verwirbelte
Kraftstoffpartikel aus einem Speisegefäß-Apparat in Verbindung mit
mindestens einem im Vergaser angeordneten Brenner in den
Vergaser eingespeist. Typisch weist ein solcher Vergaser Brenner
auf, die einander diametral gegenüberliegen. Im allgemeinen
sind die Ausströmenden dieser Brenner so gerichtet, daß die
entstehende Flamme und die Verbrennungsstoffe in den Vergaser
eingespeist werden.
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Heißes Rohsynthesegas wird, üblicherweise mit
rückgeführtem Synthesegas, beim Ausströmen aus dem Vergaser
abgekühlt und strömt in eine indirekte Wärmeaustauschzone, wobei
diese Zone verschiedene Ein- bzw.
Zweiphasen-Wärmeübertragungsabschnitte aufweist, wo Boiler-Speisewasser zum
Siedepunkt erhitzt, verdampft, und/oder der Dampf überhitzt wird.
Aus dieser Zone wird trockener Heißdampf in eine Dampfturbine
eingespeist, die einen elektrischen Generator antreibt. Von
besonderer Bedeutung bei der wirtschaftlichen Erzeugung von
Synthesegas ist die Optimierung des Wärmeübergangs in dieser
Zone.
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Verschiedene Faktoren haben einen wesentlichen
Einfluß auf den Wärmeübergang in der Wärmeaustauschzone.
Insbesondere hat die Verschmutzung durch Ablagerungen von im
Synthesegas enthaltenen Feststoffen, Flugasche und Ruf auf den
Wärmeübergangsflächen eine abträgliche Wirkung auf die
Wärmeübergangszone. Es ist erwünscht, diese Ablagerungen
durch gesteuertes Abklopfen zu beseitigen, das dabei
berücksichtigt, daß sich die Schmutzablagerungen in den
verschiedenen Zonenabschnitten mit unterschiedlicher
Geschwindigkeit absetzen können aus Gründen der unterschiedlichen
Bedingungen, die in den einzelnen Abschnitten dieser Zone
herrschen.
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Erfindungsgemäß wurde daher ein Verfahren zur
Steuerung des Abklopfens der wärmeaustauschenden Flächen
einer indirekten Wärmeübertragungszone mit Schmutzablagerungen
in einem Synthesegassystem entwickelt, das die folgenden
Schritte umfaßt:
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(a) Einspeisung von Feststoffpartikeln und
sauerstoff-enthaltendem Gas in einen Reaktor, (b) teilweises Oxidieren der
Feststoffe bei erhöhter Temperatur innerhalb des Reaktors,
(c) Erzeugen von Produktgas innerhalb des Reaktors, (d)
Übergang des Produktgases aus dem Reaktor zu einer
Wärmeaustauscherzone in Gasströmungsverbindung mit dem Reaktor, wobei
diese Zone mindestens einen zur Erzeugung von Heißdampf
eingerichteten Abschnitt sowie einen Wärmeaustauscherbereich mit
niedrigerer Temperatur enthält, (e) Abziehen von Wärme aus
dem Produktgas in der Wärmeaustauscherzone durch indirekten
Wärmeaustausch mit einem Kühlsystem durch Wärmeübertragung
zum Kühlen von Dampf und/oder Wasser, wobei diese Zone eine
Vielzahl von Abschnitten aufweist, von denen mindestens einer
ein Ein- oder Zweiphasen-Wärmeübergangsabschnitt ist, und in
diesen Abschnitten sich die Schmutzablagerungen auf deren
Flächen in unterschiedlichen Abschnitten mit
unterschiedlicher Geschwindigkeit aufgrund verschiedener Bedingungen
absetzen; gekennzeichnet durch (f) die Bestimmung der
Gesamtwärmeübergangszahl der Wärmeübertragungsflächen,
einschließlich etwaiger, sich darauf abgesetzt habender
Schmutzablagerungen für jeden Zonenabschnitt, wobei diese Bestimmung auch
die Bestimmung der Mengenstromraten des Produktgases und des
Kühlsystems innerhalb der Wärmeaustauscherzone, die
Bestimmung
der Temperaturen des Produktgases und des Kühlsystems
innerhalb der Wärmeaustauscherzone, und die Bestimmung der
Wärmeströme des Produktgases und des Kühlsystems entweder
direkt auf der Produktgasseite oder auf der Kühlmittelseite
innerhalb der Wärmeaustauscherzone umfaßt, (g) Bestimmung der
relativen Änderung der Gesamtwärmeübergangszahl infolge der
Veränderung der Dicke der Schmutzablagerungen für jeden
Abschnitt in Abhängigkeit von der Zeit, (h) Vergleichen der
relativen Änderung der Gesamtwärmeübergangszahl aus (f) jedes
einzelnen Abschnitts mit einem vorgewählten Bezugsabschnitt,
wobei dieser Bezugsabschnitt der Abschnitt mit der geringsten
Verschmutzung ist, der abgeklopft wird auf der Grundlage des
Vergleichs seiner Gesamtwärmeübergangszahl mit seiner
anfänglichen Gesamtwärmeübergangszahl; (i) Beseitigen der
Schmutzablagerungen aus jedem Abschnitt der Zone unter Anwendung der
Abklopfmittel, wobei diese Abklopfmittel gesonderte und
unabhängig steuerbare Abklopfparameter für jeden Abschnitt der
Zone aufweisen, und (k) Einstellen der Abklopfparameter für
jeden Abschnitt dieser Zone, wobei dieses Einstellen (1) eine
oder mehrere Einstellungen eines Zeitintervalls zwischen dem
Abklopfen durch einzelne Klopfer in einem Abschnitt für
einzelne Klopfer, (2) Einstellung der Abklopfkraft, (3)
Einstellen der Anzahl der Schläge des einzelnen Klopfers in
seinem Arbeitszyklus, (4) Einstellen des Zeitintervalls für das
Abklopfen und den einzelnen Klopfer, und (5) Einstellen des
Zeitintervalls zwischen einem vollständigen Abklopfzyklus der
Klopfer in diesem Abschnitt beinhaltet.
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Auf diese Weise lädt sich das Abklopfen der
Wärmeaustauscherzone optimieren und der Betrieb der
Wärmeaustauscherzone kann effizienter ablaufen.
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Vorteilhafterweise wird das Abklopfen on-line
durchgeführt, während die Wärmeaustauscherzone arbeitet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch das
zusätzliche Merkmal des Abklopfens jedes einzelnen Abschnitts
der Wärmeaustauscherzone in einem eingestellten sequentiellen
Zyklus beinhalten, der auch das Abklopfen der anderen
Abschnitte der Zone auf der Grundlage der Veränderung der
Gesamtwärmeübergangszahl infolge der Veränderung der Dicke
der Schmutzablagerungen der einzelnen Abschnitte im Vergleich
zu den übrigen Abschnitten beinhaltet, um das Abklopfen der
Wärmeaustauscherzone zu optimieren, was zur Optimierung der
Wärmeaustauscherzone führen kann.
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Die vorliegende Erfindung benutzt eine Kombination
von Wärmeübergangsmessungen zusammen mit einer
Prozeßinstrumentierung, um die Gesamtwärmeübergangszahl jedes Abschnitts
einer indirekten Einphasen- oder Zweiphasen-, d. h.
Flüssigkeit und/oder Gas, -Wärmeaustauscherzone zu bestimmen. In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform verbieten die Hoch-
(Synthese)-Gastemperatur und die Gaszusammensetzung eine
genaue Überwachung des Wärmeübergangs auf der auf über etwa
550ºC bis etwa 750ºC gekühlten Seite mittels Thermoelementen.
In diesen Bereichen benutzt die vorliegende Erfindung andere
Mittel als die direkte Gastemperaturmessung zum Bestimmen der
Gesamtwärmeübergangszahl aus der Qualität der
Dampf-Wassergemische einer Zweiphasen-Wärmeaustauscherzone wie z. B. einen
Gammastrahlen-Dichtemesser.
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Zusätzlich ermöglicht die vorliegende Erfindung die
Steuerung des Abklopfens der Wärmeaustauscherflächen, um
Schmutzablagerungen von denselben zu beseitigen. Die
Abklopfsteuerung wird gegenüber dem Abklopfen auf der Grundlage
eines vorgegebenen Zyklus und Häufigkeit bevorzugt. Zu häufiges
Abklopfen kann zu Materialermüdung des
Wärmeaustauschersystems führen. Wenn ferner die Ablagerungen zu dünn sind,
sind die inneren Kräfte nicht groß genug (d. h. es ist nicht
genügend Masse vorhanden), um das Abfallen der Ablagerungen
zu bewirken. Zu seltenes Abklopfen kann möglicherweise das
Beseitigen der Ablagerungen erschweren, weil die
nichtbeseitigten Ablagerungen infolge der hohen
Betriebstemperaturen des Kohlevergasungsprozesses sintern.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist
die Möglichkeit der gesonderten und unabhängigen Steuerung
der Abklopfmittel zur Beseitigung der Schmutzablagerungen in
jedem Abschnitt der Wärmeaustauscherzone. Vorteilhafterweise
werden die Mittel zum Beseitigen der Ablagerungen sequentiell
betätigt, beginnend mit dem Abschnitt, der dem Reaktor am
nächsten liegt, und fortschreitend in der Richtung des
Synthesegasstroms.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist
die Möglichkeit der Berechnung der relativen Veränderung der
Gesamtwärmeübergangszahl der Wärmeaustauscherflächen,
einschließlich der den Wärmeaustausch behindernden
Schmutzablagerungen für jeden Abschnitt der Wärmeaustauscherzone.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist
die Möglichkeit zur Minimierung der Ablagerungen auf den
Wärmeaustauscherflächen, während der Wärmeaustauscher im
Online-Betrieb arbeitet, was zu längeren Laufzeiten des
Gaskühlprozesses führt, z. B. in einem Kohlevergasungsprozeß,
weil eine wesentliche Verschmutzung der Wärmeaustauscherzone
sonst das Abschalten des Prozesses zum Beseitigen der
Schmutzablagerungen erforderlich machen würde.
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Zwar wird nachstehend die Erfindung anhand einer
Ausführungsform in erster Linie unter Bezugnahme auf das
Kühlgas aus der Vergasung pulverisierter Kohle beschrieben,
jedoch sind das erfindungsgemäße Verfahren und das Gerät auch
für sonstige feinverteilte feste Kraftstoffe geeignet, die in
einem Vergaser teilweise verbrannt werden können, wie z. B.
Lignit, Anthrazit, Fettkohle, Braunkohle, Ruß, Petrolkoks
usw. Vorteilhafterweise ist die Größe der festen
kohlenstoffhaltigen Kraftstoffe so, daß 90 Gew.% des Kraftstoffs eine
Partikelgröße von weniger als 6 Mesh (A.S.T.M.) aufweist.
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Hier ist anzumerken, daß die US-A-4,466,383 eine
Boilerreinigungsoptimierung mit einer
Verschmutzungsratenidentifizierung und insbesondere eine wirtschaftliche
Optimierung des Wirkungsgrads gegenüber dem Rußabblasen
offenbart.
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Die Wirkungsgradmessung wurde jedoch überhaupt
nicht vorgeschrieben.
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Ferner offenbart die EP-A-0,254,379 Abklopfmittel
zum Beseitigen von Ablagerungen in einem Boilersystem.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines
Beispiels in größeren Einzelheiten beschrieben unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen, in diesen sind:
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Fig. 1 die Darstellung einer vorteilhaften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwecks Optimierung des
Abklopfens von Wärmeaustauscherflächen in einem
Synthesegassystem; und
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Fig. 2 die Darstellung einer vorteilhaften
Ausführungsform des Geräts zur Messung der Gesamtwärmeübergangszahl
von Ablagerungen innerhalb einer Reihe von
Wärmeaustauscherabschnitten, die in der vorliegenden Erfindung angewandt
wird.
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Die Zeichnungen zeigen einen schematischen
Prozeßfluß, in dem Hilfsgeräte wie Pumpen, Verdichter, Reiniger
usw. nicht dargestellt sind. Alle angegebenen Werte gelten
nur als beispielhaft oder sind berechnet.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 beinhaltet ein Gerät
zur Kontrolle des Abklopfens von Wärmeaustauscherflächen mit
sich darauf abgesetzt habenden Schmutzablagerungen, z. B.
innerhalb eines Synthesegassystems, die Zufuhr von
Kohlepartikeln 11 und eines sauerstoffhaltigen Gases 12 in einen
Vergaser 13. Die Kohle wird bei erhöhten Temperaturen im Vergaser
13 teilweise oxydiert. Im Vergaser 13 wird ein Rohsynthesegas
20 erzeugt, das eine Temperatur von etwa 1100ºC bis etwa
1700ºC aufweist. Dieses Rohsynthesegas wird vom Vergaser 13
in eine Wärmeaustauscherzone in Gasströmungsverbindung mit
dem Vergaser 13 geführt. Diese Zone kann die folgenden
Hauptabschnitte aufweisen: Einen Kühlabschnitt 14, in dem
rückgeführtes Synthesegas bei Q zum Kühlen eingeblasen wird;
einen offenen Leitungsabschnitt 15; und die Überhitzer-,
Verdampfer- und Vorwärmerabschnitte 17, 18 bzw. 19. Jeder der
Abschnitte 17, 18 und 19 kann auch in kleinere
Unterabschnitte 21 unterteilt sein.
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In der Wärmeaustauscherzone wird dem Synthesegas 20
durch indirekten Wärmeaustausch Wärme entzogen, wobei ein
Einphasen- oder Zweiphasen-Kühlumlaufsystem mit Dampf
und/oder Wasser, in bestimmten Fällen bei Temperaturen von
etwa 650ºC bis etwa 900ºC und unter unterschiedlichen
Bedingungen zirkuliert wird. In einigen Teilen der
Wärmeaustauscherzone ist das umlaufende Kühlmittel in Leitungen
enthalten, die in die Oberflächen 22 der Wände der Abschnitte 15
oder 21 eingelassen sind. Zusätzliches umlaufendes Kühlmittel
kann in zylinderförmigen Bündeln in den Oberflächen 22
innerhalb des Abschnitts 21 der Wärmeaustauscherzone enthalten
sein.
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Die Gesamtwärmeübergangszahl der
Wärmeübertragungsflächen einschließlich etwaiger Schmutzablagerungen für jeden
Abschnitt der Zone wird bestimmt durch Messen der
Mengenstromraten, der Temperaturen und der Wärmeströme des
Synthesegases und des Wärmeübertragungs-Kühlsystems innerhalb
der verschiedenen Abschnitte dieser Zone unter Verwendung der
Einheiten 23-29. Die Einheiten 23-29 enthalten die
Instrumente wie z. B. Strömungsmesser, Thermoelemente und Gamma-
Dichtemesser, die benötigt werden, um die Strömungsraten,
Temperaturen, Dampfqualität usw. zu messen, und übertragen
die Signale auf den Prozessor-Controller 30. Die Einheiten
23-29 stellen die Zusammenfassung dieser Geräte dar. Die
Einheiten 23-29 sind dargestellt mit je einer Einheit per
Abschnitt der Wärmeaustauscherzone. Hier ist natürlich
anzumerken, daß auch mehr als eine Einheit je herkömmlichem
Wärmeaustauscherabschnitt der Zone eingesetzt werden kann,
auch wenn sie nicht dargestellt sind. Die Anzahl der
Einheiten und die Vorrichtungstypen hängen ab von der
Konfiguration des Wärmeaustauscherabschnitts und dem
Kühlmittelphasenfluß. Fig. 2, die später noch beschrieben wird,
ist eine eingehendere Darstellung einer Einheit, die
eingesetzt wird, um den Gesamtwärmeübergangswiderstand eines
herkömmlichen Wärmeaustauscherabschnitts zu beschreiben, der
mit Wärmeentzug durch Teilverdampfung des Kühlmittels
arbeitet.
In diesem Fall wird mit einem Dichtemesser der Grad
der Verdampfung des Kühlmittels bestimmt und damit auch der
Wärmestrom in diesem Abschnitt. In anderen Fällen, in denen
sich der Aggregatzustand des Kühlmittels beim Durchfluß durch
den Abschnitt nicht ändert, ist der Temperaturunterschied
zwischen dem einströmenden und dem aus strömenden Kühlmittel
zur Bestimmung des Wärmestroms ausreichend.
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Ein weiteres Problem tritt in der Abkühlungs- und
Leitungszone auf, wo es nicht möglich ist, zur Bestimmung der
Veränderung der Synthesegastemperatur Thermoelemente
einzusetzen. In diesem Falle werden die Gastemperaturen an den
unterschiedlichen Stellen des Wärmeaustauscherabschnitts aus
den Wärmeströmen berechnet, die aus den Kühlmittelmessungen
bestimmt wurden, weil die vom Kühlungssystem aufgenommene
Wärme in diesem Abschnitt im wesentlichen identisch mit der
vom Synthesegas abgegebenen Wärme im gleichen Abschnitt ist.
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Es ist schwierig, den Wärmestrom in den Abschnitten
zu messen, in denen die Wärme durch teilweise Verdampfung des
flüssigen Kühlmittels entzogen wird, weil es auf der
Wasser/Dampf-Seite des Kühlmediums nur wenig
Temperaturänderungen gibt. Es kann jedoch eine Vorrichtung zum Messen
der relativen Flüssigkeits- und Dampffraktionen aus der
Gammastrahlenabsorption benutzt werden, um den Wärmestrom auf
der Grundlage der unterschiedlichen Gammastrahlenabsorption
von Dampf und Flüssigkeit zu messen. Zum Beispiel absorbiert
Dampf die Gammastrahlen viel weniger stark als Wasser. Die
Temperatur des zu kühlenden (Synthese)-Gases kann dann
bestimmt werden aus der Tatsache, daß die vom Dampf/Wasser-
Kühlsystem aufgenommene Wärme im wesentlichen identisch mit
der von dem zu kühlenden (Synthese)-Gas abgegebenen Wärme
ist.
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Diese obigen Messungen können einem
Prozessor-Controller 30 mittels Signalen 23A-29A eingegeben und so
bearbeitet werden, daß sie die Gesamtwärmeübergangszahl jedes
einzelnen Abschnitts der Wärmeaustauscherzone ergeben. Die
Wärmeübergangszahl (U) für einen Abschnitt A wird im
allgemeinen
berechnet auf der Grundlage der folgenden Beziehungen.
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Dabei sind: T = Temperatur
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F = Mengenstromrate
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G = Synthesegas
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W = Kühlmittel (Wasser und/oder Dampf)
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H = Heißes Ende
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C = Kaltes Ende
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A = Fläche des Wärmeaustauscherabschnitts (m²)
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(Heißfluß) = (FG) * (Gaswärmekapazität) * (TGH-TGC)/A
kJ/(h)(m²)
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dabei ist FG = Mengenstrom des Synthesegases (kg/h)
TGH, TGC sind Temperaturen am heißen bzw. am
kalten Ende.
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Auf ähnliche Weise, (Heißfluß) = (FW) * (V) * ( )/A
(nur verdampfender Teil)
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dabei ist (FW) = Mengenstrom des Kühlmittels (kg/h)
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V = verdampfte Massenfraktion
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λ = latente Verdampfungswärme (kJ/kg)
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auch, DTH TGH-TWH
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DTC TGC-TWC
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als Temperaturunterschied zwischen dem
Synthesegas und dem Kühlmittel am heilen bzw. kalten
Ende.
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und (MDT) = (DTH-DTC)/ln (DTH/DTC) (logarithmisch mittlerer Temperaturunterschied)
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somit U = (Wärmestrom)/(MDT)
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dabei ist U = Gesamtwärmeübergangszahl
kJ/(h * m² * ºC)
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Die Gesamtwärmeübergangszahl und die relativen
Änderungen all Funktion der Zeit für jeden Abschnitt werden
somit kontinuierlich vom Prozessor-Controller berechnet.
Änderungen der Gesamtwärmeübergangszahlen innerhalb eines
Abschnitts können auf die Unterschiede in der Dicke der
Schmutzablagerungen zurückzuführen sein, welches die
Prozeßvariable ist, die wir in der Wärmeaustauscherzone durch
Handhabung der Abklopfvariablen minimieren wollen. Die
Gesamtwärmeübergangszahlen verändern sich jedoch auch infolge
Veränderungen im Gasstrom, einschließlich Mengenstrom, Temperatur,
Druck und Zusammensetzung. Verschiedene Abschnitte der
Wärmeaustauscherzone erfahren nur einen vernachlässigbaren
Wärmeübergangswiderstand infolge Schmutzablagerungen; daher
werden sie fast durch jede Abklopfsequenz in der Nähe ihrer
ursprünglichen Leistung gehalten. Dadurch wird es möglich,
die Auswirkungen der Gasstromveränderungen auf die anderen
Wärmeübertragungsabschnitte durch Bilden des Verhältnisses
der anderen Abschnitte zu diesem Abschnitt zu
berücksichtigen, der sich durch die Verschmutzung nicht sehr stark ändert
und der als Bezugsabschnitt gelten kann. Der offene
Leitungsabschnitt ist als solcher Bezugsabschnitt brauchbar.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 2 beinhaltet ein Gerät
zum Messen der Gesamtwärmeübergangszahl der Ablagerungen für
zwei Verdampfungsabschnitte 21 einer indirekten
Wärmeaustauscherzone einen Prozessor-Controller 30, der die
Gesamtwärmeübergangszahl der Wärmeübertragungsflächen
einschließlich Schmutzablagerungen für jeden Abschnitt und die
relative Veränderung kollektiv für die Zone bestimmt. Ein
Kühlmittel (z. B. Dampf oder Wasser) wird über die Leitung 53
zum Bestimmen des Massenstroms des Mittels in einen
(Venturi)-Strommesser 54 oder dergleichen geleitet, und steht
dann mit einem Thermoelement 55 in Verbindung, um die
Eingangstemperatur TWC des Mittels zu bestimmen, und strömt dann
durch den Eingang des Wärmeaustauscherabschnitts 21, wo es in
indirekten Wärmeaustausch mit heißem Synthesegas kommt und
etwas oder alle restliche Flüssigkeit des
Zweiphasen-Kühlmittels in zusätzlichen Dampf umgewandelt wird. Kühlmittel wird
aus dem Abschnitt 21 über die Ausgangsleitung 57 abgezogen
und dem Gamma-Nachweis mit einem Dichtemesser 58 oder
dergleichen zum Messen des Verhältnisses der Flüssigkeits- und
Dampffraktionen im Kühlmittel unterzogen, woraus sich die
Ausgangswärmemenge des Kühlmittels bestimmen läßt. Das
Kühlmittel wird in einer Trommel 60 gehalten, wo etwaiger Dampf
über die Leitung 59 abgeblasen wird, der Druck wird bestimmt
durch ein Druckmesser 61 und die Mengenstromrate wird
bestimmt durch eine Strommeßvorrichtung 62. Das flüssige
Kühlmittel strömt dann über die Leitung 63 in die Pumpe 64 und
wird über die Leitung 53 rückgeführt. Signale 54A, 55A, 58A,
61A und 62A aus den Vorrichtungen 54, 55, 58, 61 und 62
werden dem Prozessor-Controller 30 zugeführt. Ähnliche Mittel
65, 66 und 68 zum Bestimmen der Stromraten, Temperaturen und
der Fraktionen des verdampften Kühlmittels und um die Signale
65A, 66A und 68A an den Prozessor-Controller weiterzuleiten,
sind für andere Abschnitte vorgesehen. Ein kombinierter Satz
dieser Mittel zum Messen des Kühlmittels und des heißen
Synthesegases entspricht einer einzigen der bereits vorstehend
als Einheit 23 oder dergl. eingehend beschriebenen Einheit.
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Herkömmliche Systeme zur Optimierung der indirekten
Reinigung der Wärmeaustauscherzonen gründen sich
üblicherweise auf die Beobachtung der Temperatur des die
Wärmeaustauscherzone verlassenden Synthesegases. Jedoch berücksichtigt
das nicht die Auswirkungen der sich ändernden Verhältnisse im
Vergaser, die Gasgeschwindigkeit, Gaszusammensetzung,
Temperatur und Druck usw. beeinflussen, die jeden einzelnen
Abschnitt einer herkömmlichen Wärmeaustauscherzone betreffen.
Daher, um diese mehrfachen Effekte zu berücksichtigen, die
nichts mit den Schmutzablagerungen zu tun haben, muß die
Gesamtwärmeübergangszahl für jeden Abschnitt der
Wärmeaustauscherzone
berechnet werden.
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Die relative Änderung der Gesamtwärmeübergangszahl
der Wärmeübertragungsflächen, einschließlich etwaiger darauf
abgelagerter Verschmutzungen je Abschnitt wird vom Prozessor-
Controller 30 als Funktion der Zeit bestimmt. Der Prozessor-
Controller 30 vergleicht die relative Änderung der
Gesamtwärmeübergangszahl eines Abschnitts mit der eines
vorgewählten Bezugsabschnitts.
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Diese Schmutzablagerungen, wie Flugasche und Ruß,
werden mit Hilfe herkömmlicher Klopfmittel, wie mechanische
Klopfmittel 40, 44 und 48-50, akustische Hupen, oder auf
sonstige in der Technik wohlbekannte Mittel bewerkstelligt,
insbesondere auf der Grundlage der Signale 40A, 44A und 48A-50A,
die vom Prozessor-Controller 30 her eingehen. Da diese
Wärmeaustauscherzone Abschnitte unterschiedlicher Geometrien,
Durchschnittstemperaturen, Strömungsgeschwindigkeiten und
wasserseitige Phasen-Betriebsbedingungen (d. h.
Dampfüberhitzung, teilweise Verdampfung und Flüssigphasenerhitzung)
beinhaltet, ist zu erwarten, daß jeder Abschnitt eine andere
Ablagerungsrate haben könnte. Daher ist es erwünscht, die
Klopfer so auszulegen, daß sie für jeden Zonenabschnitt
gesonderte und unabhängig steuerbare Klopfparameter aufweisen
und über den Prozessor-Controller angesteuert werden. Diese
Parameter beinhalten ein Zeitintervall zwischen den
Klopfzyklen zwischen den einzelnen Klopfern in einem Abschnitt,
Klopfkraft, Anzahl der Schläge eines Klopfers, die
Abklopffrequenz eines einzelnen Klopfers in seinem eigenen Zyklus,
ein Zeitintervall beim Abklopfen eines einzelnen Klopfers und
ein Zeitintervall zwischen den kompletten Abklopfzyklen der
Klopfer in einem Abschnitt.
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Erfindungsgemäß benötigt das Abtrennen der
Feststoffablagerungen von der beaufschlagten
Wärmeübertragungsfläche eine Schlagkraft, die ausreichend ist, die
Haftung zwischen der Ablagerung und der Wärmeübertragungsfläche
sowie die elastischen Kräfte, die in einer gut ausgebildeten
kontinuierlichen Ablagerungsschicht auftreten können, zu
überwinden. Zusätzlich muß diese Kraft so klein sein, daß sie
während der geplanten Standzeit der Wärmeübertragungsfläche
keine Ermüdungserscheinungen hervorruft.
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Wenn eine Schlagkraft auf eine
Wärmeübertragungsfläche aufgebracht wird, schwingt diese Fläche in allen ihren
normalen Schwingungsformen, wobei jede Schwingungsform eine
andere Frequenz und Form der stehenden Welle aufweist. Im
allgemeinen haben die niedrigeren Frequenzen größere
Schwingungsmaxima während die höheren Frequenzen größere
Beschleunigungsmaxima aufweisen. Wenn die Schlagkraft auf
eine Nullreaktionslinie einer bestimmten Schwingungsform
aufgebracht wird, wird diese Form nur sehr schwach erregt. Wenn
die Schlagkraft im Bereich eines Auslenkungsmaximums
aufgebracht wird, wird diese Schwingungsform sehr stark erregt.
Wenn die Struktur groß, und die Kraft klein ist, wird die
Bewegung sehr schnell mit dem Abstand von der Quelle abklingen,
so daß Mehrfacherregungsstellen für eine wirksame
Reinigungsbewegung erforderlich scheinen. Die vorliegende Erfindung
liefert Mittel zum Abstimmen der Auswirkungen von
Schwingungsfrequenzen und Wellenformen sowie
Abklopfgerätzeiteinstellung, Kräfte, Phasen, Orte und Anzahl
auf sowohl strukturelle Zuverlässigkeit als auch
Reinigungsleistung.
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Obwohl das System in Fig. 1 als auseinandergezogene
Darstellung mit diskreten Bauteilen gezeigt wird, ist dem
Fachmann ohne weiteres klar, daß diese Komponenten in eine
einzige Einheit zusammengefaßt oder auf sonstige Weise
implementiert werden können, wie es für die geplante Anwendung am
vorteilhaftesten ist.