HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
Gebiet der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an
einer Druckvergasungsvorrichtung, in welcher ein
Vergasungsofenhauptkörper mit einer wassergekühlten
Wandstruktur und eine eine wassergekühlte Wandstruktur
aufweisende Leitung, die eine Gruppe von
Gaskühl-Wärmetauschern für ein erzeugtes Gas oder Produktgas des
Vergasungsofenhauptkörpers enthält, angeordnet sind.
Beschreibung des Stands der Technik:
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Die Fig. 4 bis 6 veranschaulichen jeweils verschiedene
Beispiele einer Druckvergasungsvorrichtung nach dem
stand der Technik.
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Fig. 4 zeigt zunächst ein Beispiel einer solchen
Vorrichtung mit einer einwandigen Struktur; diese
Anordnung umfaßt einen Vergasungsofenhauptkörper a, eine
wassergekühlte Wand b, ein Wärmeisoliermaterial c, ein
Druckgefäß d und einen Aschentrichter e. Da bei einer
Druckvergasungsvorrichtung das Innere des
Vergasungsofenhauptkörpers hoher Temperatur und hohem Druck
unterworfen ist, war es im Fall einer Ofenwand einer
einwandigen struktur, wie beim dargestellten Beispiel, im
Hinblick auf strukturelle Festigkeit erforderlich, die
Ofenwand extrem dickwandig auszuführen. Wenn jedoch die
Ofenwandstruktur dick ausgebildet wird, steigen nicht
nur die Kosten mit dem Ergebnis niedriger
Wirtschaftlichkeit an, vielmehr besteht dabei ein Nachteil darin,
daß sich Beschädigung des Ofens beschleunigt, weil ein
Wärmeabstrahlungseffekt nicht erzielbar ist. Aus diesem
Grund war es bei Anwendung lediglich einer
wassergekühlten Struktur schwierig, eine Anpassung an einen
Hochtemperatur- und Hochdruckzustand des Inneren des Ofens
zu erreichen und eine ausreichende Wandfestigkeit zu
erhalten.
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Gemäß Fig. 5 wurde daher eine
Druckvergasungsvorrichtung mit der sog. Doppelwandstruktur, bei welcher ein
Vergasungsofenhauptkörper innerhalb eines Druckgefäßes
angeordnet ist, vorgeschlagen (vgl. JP-Patentanmeldung
60-48202 (1985) und JP-OS 61-207492 (1986)). Diese
Doppelwandstruktur ist aus einem
Vergasungsofenhauptkörper 01 und einem ersteren darin enthaltenen
Druckgefäß 06 aufgebaut; der Innendruck des Druckgefäßes 06
wird auf einem Druck(wert) gleich groß wie oder
geringfügig kleiner als der Innendruck des
Vergasungsofenhauptkörpers 01 gehalten, so daß die Struktur an eine
Druckdifferenz (einen Wirkdruck) von der Außenseite her
angepaßt ist, indem der hohe Druck innerhalb des
Vergasungsofenhauptkörpers 01 in zwei Stufen der Struktur-
oder Aufbauwand des Vergasungsofenhauptkörpers 01 und
der Wand des Druckgefäßes 06 verteilt (dispersing) ist
oder wird. Wenn solche Vorkehrungen getroffen sind,
kann die Wand des Vergasungsofenhauptkörpers 01 mit
einer dünnen Struktur oder Konstruktion ausgebildet
sein; außerdem kann ein hoher Wärmeabstrahlungseffekt
durch Anwendung z.B. einer wassergekühlten Wandstruktur
gewährleistet werden, so daß in vorteilhafter Weise
eine Betriebslebensdauer eines
Vergasungsofenhauptkörpers erheblich verbessert sein kann.
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Bei Anwendung einer solchen Doppelwandstruktur ist es
allerdings nötig, den Druck im Druckgefäß 06 auf einem
bestimmten festen Druck(wert) entsprechend dem im
Vergasungsofenhauptkörper 01 herrschenden Druck zu halten.
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Aus diesem Grund wird beim Beispiel gemäß Fig. 5 ein
unter Druck stehendes Inertgas 040 in das Innere des
Druckgefäßes 06 (an der Außenseite des
Vergasungsofenhauptkörpers 01) eingeblasen. Dabei muß der Druck des
in das Druckgefäß 06 eingeführten Inertgases
entsprechend der im Betrieb der Vorrichtung entstehenden
Druckänderung innerhalb des Vergasunsofenhauptkörpers 01
variiert werden. Demzufolge lag dabei der Mangel vor,
daß eine komplizierte Vorrichtung oder Ausrüstung für
Einstellung und Regelung des Speisedrucks des
Inertgases durch Messung des Drucks im Ofen mittels eines
Wirkdruckmessers 041 erforderlich war.
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Zur Ausschaltung dieser Mängel wurde (bereits) eine in
Fig. 6 dargestellte Druckvergasungsvorrichtung
vorgeschlagen (vgl. JP-Patentanmeldung 60-221324 (1985) und
JP-OS 62-81489 (1987)). Bei dieser Vorrichtung stehen
ein Inneres eines einen Vergasungsofenhauptkörper 01
aufnehmenden Druckgefäßes 06 und ein Inneres eines
Druckgefäßes 013 zur Aufnahme einer wassergekühlten
Wand 014, die eine mit dem Inneren des
Vergasungsofenhauptkörpers 01 kommunizierende Wärmetauschergruppe 07
umgibt, über ein Ausgleichsrohr 016 miteinander in
Verbindung. In einer Schlackenauswerföffnung 03 des
Vergasungsofenhauptkörpers 01 ist ferner eine
Gasdichtungsvorrichtung 018 unter Verwendung einer
Wasserdichtung vorgesehen. Weiterhin ist an einem Auslaß der
wassergekühlten Wand 014 am Druckgefäß 013 ein
Gasaufnehmer 011 montiert; zwischen der wassergekühlten Wand 014
und dem Druckgefäß 013 ist ein Gasdurchgang 036
geformt, über den ein Produktgas niedriger Temperatur
frei (ungehindert) ein- und ausströmen kann.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. 6 kann der Druck
innerhalb des Druckgefäßes 013 in selbstausgleichender Weise
geregelt werden, indem man ein
Niedertemperatur-Produktgas am Auslaß der die Wärmetauschergruppe 07 umgebenden
wassergekühlten Wand 014 frei in das Druckgefäß 013
strömen läßt; demzufolge kann ein(e) konstante(r)
Druckdifferenz bzw. Wirkdruck durch einfaches Nachfolgen
oder -regeln einer Druckänderung innerhalb des
Vergasungsofenhauptkörpers 01 aufrechterhalten werden.
Infolgedessen kann die Druckregelung sehr wirtschaftlich und
zuverlässig realisiert werden, wozu weder spezielle
Druckdetektoreinrichtungen noch Steuer- oder
Regeleinheiten erforderlich sind. Durch Vorsehen eines freien
(freed) Abschnitts am Auslaß der wassergekühlten Wand
014 kann ferner durch diesen Abschnitt eine
unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen der wassergekühlten Wand
014 und dem Druckgefäß 013 aufgefangen werden. Da
weiterhin die eine Wasserdichtung verwendende
Dichtungsvorrichtung 018 an der Schlackenauswerföffnung 03 des
Vergasungsofenhauptkörpers 01 vorgesehen war, konnte eine
Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem letzteren und
dem Druckgefäß 06 durch diese Wasserdichtungsstruktur
ebenfalls aufgefangen werden.
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Die in Fig. 6 gezeigte und oben beschriebene
Druckvergasungsvorrichtung konnte jedoch im Hinblick auf
Leistung und Benutzung (Betrieb) der Vorrichtung ebenfalls
nicht als günstig bezeichnet werden, und zwar aus den
folgenden Gründen: Speziell bezüglich eines
Sicherheitsaspekts bestand dabei ein Problem, weil ein
Niedertemperaturgas am Auslaß der wassergekühlten Wand frei in
das Druckgefäß 013 ein- und aus ihm ausströmen konnte,
ohne irgendeiner Einschränkung zu unterliegen.
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Das in das Druckgefäß 013 eingeströmte Gas füllt das
Innere dieses Gefäßes aus. Mit der wassergekühlten Wand
014 in Berührung gelangendes Gas wird durch die aus dem
Inneren dieser Wand abgeleitete Wärme teilweise erwärmt
und erfährt eine Verringerung seines (seiner)
spezifischen Gewichts oder Wichte, so daß das Gas längs der
wassergekühlten Wand 014 nach oben strömt. Anstelle des
hochsteigenden Gases sinkt ein den oberen Abschnitt
füllendes Gas aufgrund des Wichteunterschieds ab. Mit
anderen Worten: im Druckgefäß 013 tritt natürliche
Konvektion auf. Da dieses Niedertemperaturgas, das aufgrund
natürlicher Konvektion abgesunken ist, den Gasdurchgang
036 passiert, sich mit dem Hauptgasstrom vermischt und
die Temperatur des Produktgases senkt, wird der Zustand
des einer Vorrichtung in der nachgeschalteten Stufe
zugespeisten Gases instabil. Da dies durch die
Erscheinung natürlicher Konvektion verursacht wird, ist es
schwierig, die Größe der Temperaturänderung im voraus
abzuschätzen, und unmöglich, diese zu kontrollieren.
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Wenn das Produktgas am Auslaß der wassergekühlten Wand
014, wie beschrieben, in das Druckgefäß 013 strömt,
tritt darüber hinaus auch ein im Produktgas enthaltener
unverbrannter Kohleanteil (Kohlenstoffsubstanz) (char)
in das Druckgefäß ein. Wenn sich solcher Stoff im
Druckgefäß ansammelt, ist dies nicht nur im Hinblick
auf Wartung und Führung der Vorrichtung unvorteilhaft,
sondern auch vom sicherheitsstandpunkt unerwünscht,
weil sich der angesammelte Stoff entzünden und unter
Umständen zu einem Brand führen und außerdem zur
Ursache für das Auftreten eines Unglücks, wie Explosion
o.dgl., werden kann.
ABRISS DER ERFINDUNG:
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist damit die
Schaffung einer Druckvergasungsvorrichtung mit einer
Doppelwandstruktur, bei welcher eine Temperaturabnahme
eines Produktgases infolge des Auftretens natürlicher
Konvektion innerhalb eines Druckgefäßes verhindert wird
und die Gefahr für Brand oder Explosion infolge einer
Ansammlung von Kohlenstoffsubstanzen oder auch
Verkohlungsstoffen (char) in einem Druckgefäß ausgeschaltet
sein kann.
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Gemäß einem Merkmal dieser Erfindung ist deren
Gegenstand eine Druckvergasungsvorrichtung, bei der ein
Vergasungsofenhauptkörper mit einer wassergekühlten
Wandstruktur und ein(e) Schacht oder Leitung, der bzw. die
eine wassergekühlte Wandstruktur aufweist und (darin)
eine Gruppe von Gaskühl-Wärmetauschern für ein
erzeugtes Gas oder Produktgas vom Vergasungsofenhauptkörper
enthält, innerhalb eines Druckgefäßes angeordnet sind,
die dadurch verbessert ist, daß ein Auslaß der Leitung
und das Innere des Druckgefäßes miteinander in
Verbindung stehen, eine Trennwand, welche die Wand der
Leitung in einer Höhe oberhalb des verbundenen Abschnitts
mit einer Innenwandfläche des Druckgefäßes verbindet
vorgesehen ist, ein unterer Abschnitt eines Raums im
Druckgefäß unterhalb der Trennwand mittels
Feuerfestmaterials konisch geformt ist, sowie auch
Ausgleichsventile zum Verbinden der jeweiligen Seiten der Trennwand
miteinander, wenn eine Druckdifferenz zwischen den
betreffenden Seiten der Trennwand (10) eine vorbestimmte
Größe erreicht oder überstiegen hat, vorgesehen sind.
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Aufgrund des erfindungsgemäßen baulichen Merkmals, daß
eine die Wand der Leitung, die eine wassergekühlte
Wandstruktur aufweist, mit einer Innenwandfläche eines
Druckgefäßes verbindende Trennwand in einer höheren
Lage als ein Verbindungsabschnitt zwischen einem Auslaß
der Leitung und dem Druckgefäß vorgesehen ist, sind
normalerweise das Innere der eine wassergekühlte
Wandstruktur aufweisenden Leitung und das Innere des
Druckgefäßes verschlossen, so daß auf diese Weise die
geschilderten Probleme, die durch das Auftreten
natürlicher Konvektion in einem Druckgefäß hervorgerufen
werden, gelöst werden können.
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Wenn zudem eine Differenz zwischen einem Druck in einem
Vergasungsofenhauptkörper und in einer eine
Wärmetauschergruppe aufnehmenden wassergekühlten Wand sowie
einem Druck in einem die wassergekühlte Wand
enthaltenden Druckgefäß eine bestimmte feste Größe erreicht oder
überschritten hat, werden Ausgleichsventile zur
Ermöglichung einer Gas-Verbindung geöffnet, wodurch Sicherheit
der Vorrichtung gewährleistet wird.
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Die obige sowie andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
dieser Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der
folgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
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In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine allgemeine schematische Darstellung einer
bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden
Erfindung,
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Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene
schematische Darstellung eines Umfangsabschnitts des
Bodens einer Gaskühl-Wärmetauschergruppe bei
dieser Vorrichtung,
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Fig. 3 eine detaillierte schematische Teildarstellung
von Ausgleichsventilen in diesem
Umfangsabschnitt und
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Fig. 4 bis 6 schematische Darstellungen von
verschiedenen Beispielen einer Druckvergasungsvorrichtung
nach dem Stand der Technik.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM:
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Im folgenden ist diese Erfindung anhand der eine
bevorzugte Ausführungsform derselben zeigenden Fig. 1 bis 3
näher beschrieben.
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Gemäß Fig. 1 ist ein Vergasungsofenhauptkörper 1 aus
einer wassergekühlten Wandstruktur, deren Innenfläche
mit Feuerfestmaterial belegt ist, geformt und zusammen
mit einem Schlacketrichter 2 in einem Druckgefäß 3
angeordnet. Andererseits sind mehrere Gaskühl-Wärmetauscher
4 innerhalb eines Schachts oder einer Leitung 9 mit
wassergekühlter Wandstruktur enthalten, wobei die
Leitung 9 ihrerseits in einem Druckgefäß 5 angeordnet ist.
Diese Druckgefäße 3 und 5 sind durch ein
Druckgefäß-Verbindungsrohr 7, das ein Gasverbindungsrohr 6 darin
enthält, so verbunden, daß eine Struktur oder Konstruktion
zur Aufrechterhaltung eines Druckausgleichs zwischen
den betreffenden Druckgefäßen gebildet ist. Das
Gasverbindungsrohr 6 verbindet das Innere des
Vergasungsofenhauptkörpers 1 und das Innere der Leitung 9 mit
wassergekühlter Wand miteinander.
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Unterhalb des Vergasungsofenhauptkörpers 1 befindet
sich ein Schlackeauswerftrichter 2, der mit ersterem
über einen Wasserdichtungsmechanismus 8 so verbunden
ist, daß eine Wärmedehnungsdifferenz aufgrund einer
Temperaturdifferenz zwischen dem
Vergasungsofenhauptkörper 1 und dem Druckgefäß 3 vollkommen absorbiert
bzw. aufgefangen werden kann.
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Andererseits ist ein Auslaßabschnitt der die Gaskühl-
Wärmetauschergruppe 4 darin enthaltenden
wassergekühlten Wasser-Leitung 9 nicht unmittelbar an das
Druckgefäß 5 angeschlossen, sondern mit diesem über einen
Gasdurchgang 12 verbunden, so daß ein
Niedertemperaturgas am Auslaß der Wärmetauschergruppe frei bzw.
ungehindert in das Druckgefäß 5 einströmen und aus ihm
ausströmen kann. Dank dieses Gasdurchgangs 12 kann eine
Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen der Leitung 9 mit
wassergekühlter Wand und dem Druckgefäß absorbiert bzw.
aufgefangen werden, so daß auf diese Weise eine höchst
zuverlässige Vorrichtung, bei welcher keine Gefahr für
eine Beschädigung oder einen Bruch der
Gaskühl-Wärmetauschergruppe besteht, konstruiert werden kann. Dieser
Gasdurchgang 12 ist voreingestellt, um einen
Mindestspaltabstand sicherzustellen, durch den Gas in einer
Menge (oder mit einer Geschwindigkeit) strömen kann,
die für die Aufrechterhaltung eines Ausgleichs oder
Gleichgewichts zwischen dem Druck in der Leitung 9 mit
wassergekühlter Wand und dem Druck im Druckgefäß 5
erforderlich ist.
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Wie aus Fig. 2 deutlicher hervorgeht, ist außerdem eine
Trennwand 10 so vorgesehen, daß sie die die
Wärmetauschergruppe darin enthaltende Leitung 9 mit
wassergekühlter Wand mit der Innenwandfläche des Druckgefäßes 5
in einer Höhenlage oberhalb des genannten Gasströmung-
Durchgangs 12 verbindet. Diese Trennwand 10 ist
außerdem mit Ausgleichsventilen A und B versehen, die nur
dann öffnen, wenn eine Druckdifferenz (ein Wirkdruck)
zwischen den jeweiligen Seiten der Trennwand eine
vorbestimmte Größe erreicht oder überschritten hat.
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Fig. 3 veranschaulicht ein Beispiel der genauen
Struktur der an der Trennwand 10 montierten
Ausgleichsventile A und B. Das Ausgleichsventil A ist so
ausgestaltet, daß es gegen die aufgrund seines Eigengewichts
wirkende Schwerkraft automatisch aufwärts öffnet, wenn
der Druck unterhalb der Trennwand 10 höher ist als der
Druck über der Trennwand 10. Das Ausgleichsventil B ist
so ausgestaltet, daß es gegen die Schwerkraft, die auf
ein am Ventilkörper montiertes Gewicht einwirkt,
automatisch öffnen kann, wenn der Druck oberhalb der
Trennwand 10 höher ist als der Druck unterhalb der
Trennwand 10.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß der untere Abschnitt des
Raums unterhalb der Trennwand 10 im Druckgefäß 5
mittels eines Feuerfestmaterials 11 konisch geformt ist,
um damit ein Ansammeln von Staub, der mit dem Ein- und
Ausströmen von Gas eintritt, möglichst weitgehend zu
verhindern.
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Bei einer solchen Vorrichtung wird die fühlbare Wärme
eines im Vergasungsofenhauptkörper 1 erzeugten
Hochtemperaturgases in der Gaskühl-Wärmetauschergruppe 4
thermisch zurückgewonnen, und das Gas wird als
Niedertemperaturgas zu einer nachgeschalteten Anlage (nicht
dargestellt) geführt. Dabei fällt Schlacke in den unter
dem Vergasungsofenhauptkörper 1 angeordneten
Schlackentrichter, um dann gekühlt und zerkleinert zu werden.
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Auch im Fall, daß das den Raum zwischen dem Druckgefäß
und der Leitung 9 mit wassergekühlter Wand füllende Gas
durch die Ableitungswärme der Leitung 9 mit
wassergekühlter Wand erwärmt wird und eine natürliche
Konvektionserscheinung des Gases aufgrund der Änderung eines
spezifischen Gewichts oder einer Wichte des Gases
innerhalb des Druckgefäßes 5 auftritt, wird bei dieser
bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung hierdurch der
Gasdurchgang 12 am Auslaßabschnitt der
Wärmetauschergruppe nicht unmittelbar beeinflußt, weil die Trennwand
10 vorgesehen ist und dadurch eine Temperatursenkung
durch das in der Druckkammer vorhandene und in den
Hauptstrom des Produktgases strömende
Niedertemperaturgas verhindert werden kann.
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Aufgrund der an dieser Trennwand 10 vorgesehenen
Ausgleichsventile A und B kann darüber hinaus Sicherheit
der Leitung 9 mit wassergekühlter Wand und des
Druckgefäßes
5 gewährleistet werden. Wie oben beschrieben,
sind insbesondere die Ausgleichsventile A und B zum
Zwecke der Aufrechterhaltung der Druckdifferenz
zwischen der Innenseite der Leitung 9 mit wassergekühlter
Wand und der Innenseite des Druckgefäßes 5 auf einer
bestimmten konstanten, ausgeglichenen Druckdifferenz
vorgesehen, bei welcher Sicherheit der Vorrichtung
gewährleistet ist; falls die Druckdifferenz diese
ausgeglichene Druckdifferenz übersteigt und eine anomale
Größe annimmt, öffnet automatisch eines der
Ausgleichsventile A und B, wodurch die Druckdifferenz auf eine
normale Größe zurückgeführt wird.
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Die zweckmäßigen spezifikationen der beschriebenen
Ausgleichsventile A und B werden bestimmt, nachdem eine
tolerierbare bzw. zulässige Druckdifferenz unter
Berücksichtigung einer strukturellen Festigkeit und einer
Arbeitsbedingung der Druckvergasungsvorrichtung
berechnet worden ist. Darüber hinaus müssen die
Ausgleichsventile notwendigerweise mit einer solchen Struktur
bzw. Konstruktion geformt sein, daß feine körnige
Kohlenstoffsubstanzkomponenten oder -anteile, die in dem
das Innere des Druckgefäßes 5 füllenden Gas enthalten
sind, sich kaum daran ansammeln können. Wenn weiterhin
die Ausgleichsventile A und B unter dem Gesichtspunkt
konstruiert werden, daß sie auch beim Anfahren und
Abschalten der Druckvergasungsvorrichtung und bei
Änderung einer Last automatisch den Druck innerhalb des
Druckgefäßes auf einer zweckmäßigen Größe zu halten
vermögen, können Sicherheit und Zuverlässigkeit der
Vorrichtung weiter verbessert sein. Insbesondere werden
sie so konstruiert, daß sie bei einer Druckdifferenz
(einem Wirkdruck) von 50 bis 600 mm Wassersäule
arbeiten, und zwar unter Berücksichtigung einer
Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite der Trennwand, einer
betrieblichen Öffnungsfläche und eines Eigengewichts
des Ausgleichsventils sowie einer Druckfestigkeit der
Leitung mit wassergekühlter Wand und des Druckgefäßes.
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Wie vorstehend beschrieben, können bei der
dargestellten Ausführungsform aufgrund der Anordnung der mit den
Ausgleichsventilen A und B versehenen Trennwand 10 im
Druckgefäß 5 die Leistungs- und Nutzungsprobleme der
Druckgasvorrichtung, die als Ergebnis einer natürlichen
Konvektionserscheinung des Gases innerhalb des
Druckgefäßes 5 auftreten, gelöst werden, wobei auch Sicherheit
und Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert werden.
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Aus der vorstehenden genauen Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Druckvergasungsvorrichtung mit Doppelwandstruktur, bei
welcher ein Vergasungsofenhauptkörper mit einer
wassergekühlten Wandstruktur und ein Schacht bzw. eine
Leitung mit einer wassergekühlten Wandstruktur, und darin
eine Gruppe von Gaskühl-Wärmetauschern für ein
Produktgas von diesem Vergasungsofenhauptkörper enthaltend, in
einem Druckgefäß angeordnet sind, können (folglich)
Probleme bezüglich Leistung und Nutzung der
Vorrichtung, wie ein Temperaturabfall eines Produktgases, der
beim Stand der Technik als Folge natürlicher Konvektion
des Gases im Druckgefäßt auftrat, und eine Gefahr für
Brand und Explosion als Folge einer Ansammlung von
Kohlenstoffsubstanzen innerhalb des Druckgefäßes,
gelöst werden, so daß eine Vorrichtung hoher Sicherheit
und Zuverlässigkeit bereitgestellt werden kann.