EP0048326B1 - Hot-gas cooler for a coal gasification plant - Google Patents
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Description
Es ist ein Heissgaskühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen worden in dem die heissen Gase der Reaktionskammer einer Kohlevergasungsanlage auf eine Temperatur von rund 400 °C abgekühlt werden sollen. Die gasseitig hohe Temperaturspanne verlangt eine entsprechend gross dimensionierten Einsatz.A hot gas cooler according to the preamble of
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Abmessungen eines derartigen Einsatzes und damit auch die Abmessungen des Druckgefässes klein zu halten, ohne dass dadurch seine Zugänglichkeit für die Wartung verunmöglicht würde.It is an object of the invention to keep the dimensions of such an insert and thus also the dimensions of the pressure vessel small, without this making its accessibility for maintenance impossible.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Anordnen eines Hemdes aus dicht verschweissten Rohren wird ein zweiter, ringförmiger Gaszug gebildet, der innen durch die Wand des Einsatzes begrenzt ist. Im Gegensatz zum Ausgangspunkt der Erfindung wird bei dieser auch die Aussenseite des Einsatzes zur Wärmeübertragung verwendet; die Abmessungen des im Druckgefäss unterzubringenden Drucksystems können daher verkleinert werden. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei gegebener Länge des Einsatzes dessen Durchmesser nicht zu stark vergrössert werden muss, um die nötige Wärmeübertragerfläche zu erreichen. Eine zu starke Vergrösserung dieses Durchmessers hätte nämlich eine zu geringe Geschwindigkeit der abzukühlenden -Gassäule zur Folge, was sich in einem einseitigen Strömungsprofil auswirken könnte. Dadurch würde wiederum die Wärmeübertragerfläche schlecht ausgenutzt, mit der Folge, dass entweder die verlangte Abkühlung nicht erreicht würde oder aber Einsatz und Druckgefäss zusätzlich vergrössert werden müssten.This object is achieved by the features according to the characterizing part of
Aus der DE-A-1 596323 ist ein Synthesegaserzeuger mit Gaskühler bekannt, die beide in einem gemeinsamen Druckgefäss angeordnet sind. Im unteren Teil des Druckgefässes befindet sich eine Brennkammer, an die sich nach oben ein Nachbrenn- oder Reaktionsraum anschiiesst, der von Kühlrohren umgeben ist. An diesen Reaktionsraum schliesst sich nach oben ein zentraler Gaszug mit rechteckigem Querschnitt an, wobei diesem Gaszug auf zwei Seiten je zwei parallele Gaszüge folgen, in denen das aus dem zentralen Gaszug kommende Gas zunächst abwärts und danach aufwärts strömt. Die die Gaszüge begrenzenden Wände bestehen aus Rohren mit zwischen ihnen eingeschweissten Stegen. Da der bekannte Synthesegaserzeuger sich hinsichtlich Erfindungsaufgabe als auch hinsichtlich der Gesamtkonstruktion in wesentlichen Punkten von der Erfindung unterscheidet, kann er kein Vorbild für die Erfindung abgeben.DE-A-1 596323 discloses a synthesis gas generator with a gas cooler, both of which are arranged in a common pressure vessel. In the lower part of the pressure vessel there is a combustion chamber, to which an afterburner or reaction chamber connects, which is surrounded by cooling tubes. At the top of this reaction chamber is a central gas flue with a rectangular cross-section, this gas flue being followed on two sides by two parallel gas flues in which the gas coming from the central gas flue first flows downwards and then upwards. The walls that delimit the throttle cables consist of pipes with webs welded between them. Since the known synthesis gas generator differs from the invention in essential points with regard to the object of the invention and also with regard to the overall construction, it cannot provide a model for the invention.
Einsatz und Hemd des erfindungsgemässen Heissgaskühlers können als koaxiale Kreiszylinderflächen ausgebildet sein. Die zusammengeschweissten Rohre lassen sich dabei als Mantellinien oder aber als Wendeln in den Zylinderflächen anordnen. Besonders vorteilhaft ist aber eine Lösung nach den Merkmalen der Ansprüche.2 und 3. Einsatz und Hemd bestehen demgemäss aus Rohrtafeln, die leicht in der Werkstatt hergestellt, an den Montageort transportiert und dort zusammengeschweisst werden können.The insert and shirt of the hot gas cooler according to the invention can be designed as coaxial circular cylindrical surfaces. The welded pipes can be arranged as surface lines or as spirals in the cylinder surfaces. However, a solution according to the features of
Die Lösung nach Anspruch 4 bringt den Vorteil, dass der Ringraum zwischen Einsatz und Hemd auf seinem Umfang gleichmässig verteilte Erweiterungen aufweist, die ein Befahren dieses Ringraumes für Wartungs- und Reparaturzwecke erleichtern.The solution according to claim 4 has the advantage that the annular space between insert and shirt has evenly distributed expansions on its circumference, which facilitate driving on this annular space for maintenance and repair purposes.
Die Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the drawing.
Es zeigen in schematischer Darstellung :
Figur 1 einen Vertikalschnitt durch einen Gaskühler nach der Erfindung undFigur 2 einen Querschnitt durch den Gaskühler nach der Schnittlinie 11-11 in Fig. 1.
- 1 shows a vertical section through a gas cooler according to the invention and
- 2 shows a cross section through the gas cooler along the section line 11-11 in Fig. 1st
In einem zylindrischen Druckgefäss 1 ist an einem inneren Balkenkranz 2 ein Einsatz 3 in Form eines langgestreckten Prismas mit Polygonquerschnitt und an einem äusseren Balkenkranz 4 ein Hemd 5 in Form eines langgestreckten Prismas mit Polygonquerschnitt aufgehängt. Der Einsatz 3 und das Hemd 5, die hier je ein reguläres, sechsseitiges primas bilden, bestehen je aus einer Reihe von vertikalen, über Stege miteinander dicht verschweissten Rohren 6, die auf Mantellinien des Prismas liegen. Zwischen dem Einsatz 3 und dem Hemd 5 besteht ein vertikaler Ringraum 11. Die Rohre 6 des Einsatzes 3 wie auch des Hemdes 5 sind in einem oberen Bereich nach innen abgekröpft, wobei ein Teil der Rohre 6 des Einsatzes 3, wiederum dicht miteinander verschweisst, einen Hals 7 mit Sechseckquerschnitt bildet. Dasselbe gilt für einen Teil der Rohre 6 des Hemdes 5, die einen Hals 9 bilden. Die restlichen, mit 6' bezeichneten Rohre des Einsatzes und des Hemdes verlaufen im Ringraum 11' zwischen den beiden Hälsen 7 und 9, und schliesslich sind die Enden aller Rohre 6 in einem sechseckigen Ringkollektor 12 eingeschweisst.In a
Die Rohre 6 des Einsatzes 3 wie auch des Hemdes 5 sind an ihrem unteren Ende mit einem gemeinsamen Verteiler 14 verbunden, der ebenfalls Sechseckumriss aufweist. Dabei sind im unteren Endbereich die Rohre des Einsatzes 3 abwechslungsweise so ausgebogen, dass ein offenes Rohrbüschel entsteht, durch das das zu kühlende Gas aus dem zentralen Fallraum 10 in den Ringraum 11 übertreten kann.The tubes 6 of the insert 3 as well as the
Die Rohre 6 des Hemdes 5 bilden zusammen mit den Stegen eine bis zum Verteiler 14 reichende dichte Wand. Etwa die Hälfte der Rohre ist jedoch im untersten Bereich aus dieser Wand ausgebogen. Sie münden - wie üblich gegenüber den wandbildenden Rohren versetzt - in den Verteiler 14, um dessen Wand nicht unzulässig zu schwächen. Am Verteiler 14 ist unten ein Ring 20 angebracht, an dem ein Balg 21 befestigt ist, der eine dichte Verbindung herstellt zu einem Flansch 22 eines doppelwandigen Trichters 23. Der Hals 25 dieses Trichters durchdringt den Boden 26 des Druckgefässes 1. Der Zwischenraum zwischen den zwei Wänden dieses Trichters 23 ist mit Wasser gefüllt, das von unten (Pfeil 27) zugeführt wird und über Löcher 28 in das Innere des Trichters gelangt, wo es ein Niveau 24 bildet.The tubes 6 of the
An seinem oberen Ende ist der Hals 7 über ein nicht gezeichnetes nachgiebiges Element mit einem nach innen vorspringenden Rand 30 eines Rohres 31 verbunden, das mit Isoliersteinen 32 ausgekleidet ist und den Austrittskanal einer nicht gezeichneten Realtionskammer der Kohlevergasungsanlage darstellt. Das Rohr 31 ist von einem am Druckgefäss 1 befestigten Stutzen 34 mit Flansch 35 umgeben. Dieser Flansch 35 wird mit der genanten Reaktionskammer druckdicht verbunden.At its upper end, the neck 7 is connected via a flexible element (not shown) to an inwardly projecting
Am Hemd 5 ist eine Oeffnung 40 vorgesehen, in deren Bereich ein Teil der Rohre aus der Hemdflächenebene ausgebogen ist und dichtende Verbindungsrippen zwischen den Rohren fehlen. An der Aussenseite des Hemdes ist der Rand der Oeffnung 40 durch einen Balg 42 mit einer Austrittsleitung 43 verbunden, die den Druckbehälter 1 durch eine nachgiebige Hülse 44 verlässt.An opening 40 is provided on the
Die zwischen dem Verteiler 14 und dem Sammler 12 parallel geschalteten Rohre 6 und 6' bilden mit Verteiler 14 und Sammler 12 zusammen das wärmeaufnehmende Drucksystem eines Dampferzeugers. Verteiler 14 und Sammler 12 sind zu diesem Zweck über nicht gezeichnete, das Druckgefäss 1 durchdringende Rohre mit den übrigen Anlageteilchen des Dampferzeugers verbunden.The pipes 6 and 6 'connected in parallel between the
Im Betrieb der Anlage strömen aus der erwähnten, nicht gezeichneten realtionskammer der Kohlevergasungsanlage Gase von etwa 1 400 °C, die Russ- und Schlacketeilchen enthalten, über das Rohr 31 und den Hals 7 in den Einsatz 3, in dem - vor allem durch Gasstrahlung an die gekühlten Rohre des Einsatzes - eine Abkühlung auf rund 1 000 °C stattfindet. Im Bereich des unteren Endes des Einsatzes 3 biegt die Gasströmung nach oben um in den Ringraum 11, während der weitaus grösste Teil der Russ- und Schlacketeilchen in den Trichter 23 fällt und aus diesem mit dem ständig über die Löcher 28 einströmenden Wasser abgeführt wird. Die im Ringraum 11 nach oben strömenden Gase werden weiter auf etwa 400 °C abgekühlt, woraufhin sie den Ringraum über die Austrittsleitung 43 verlassen. Die weitere, problemlosere Abkühlung geschieht in nachgeschalteten Wärme- übertragern, die sekundärseitig vorzugsweise ebenfalls Bestandteile der Dampferzeugeranlage bilden.During operation of the plant, gases from approximately 1,400 ° C., which contain soot and slag particles, flow from the mentioned, not shown, realtion chamber of the coal gasification plant, via the
Einsatz 3 und Hemd 5 sind über Zugbänder 16 bzw. 17 am Balkenkranz 2 bzw. 4 aufgehängt. Die Zugbänder gehen zweckmässig von den Stegblechen zwischen den Rohren 6 aus. Dabei können die Zugbänder 16 im Bereich der oberen Aussenkante des Einsatzes 3 bis zu den etwa horizontal verlaufenden, dicht miteinander verbundenen Rohren 6 des Hemdes 5 gasdicht miteinander verbunden sein, sodass der Fallraum 10 und der Ringraum 11 vollständig vom Raum ausserhalb des Hemdes 5 getrennt sind. Es kann auch zweckmässig sein, insbesondere im oberen Bereich des Ringraums 11, eine Verbindungsöffnung zum Raum ausserhalb des Hemdes 5 vorzusehen, so dass stets ein gewisser Druckausgleich über die Wand des Hemdes besteht und dieses nicht durch grössere Druckkräfte belastet werden kann.Insert 3 and
Die Ecken 50 des Einsatzes 3 und die Ecken 51 des Hemdes 5 sind, wie Fig. 2 zeigt, um einen Winkel -y = 360°/2 x 6 = 30° gegeneinander versetzt. Es entstehen dadurch im Ringraum 11 sechs über den Umfang verteilte Erweiterungen 52, die die Wartung der den Einsatz 3 und das Hemd 5 bildenden Rohrwände wesentlich erleichtern. Aehnliche Erweiterungen 53 ergeben sich zwischen dem Hemd 5 und der kreiszylindrischen Wand des Druckgefässes 1. Die Erweiterungen 52 und 53 sind über nicht dargestellte Mannlöcher im Druckgefäss 1 und im Hemd 5 und/oder über die vorhandenen Druckgefässöffnungen bei 34 und 43 erreichbar.The corners 50 of the insert 3 and the
Bei Heissgaskühlern für Kohlevergasungsanlagen ist es besonders wichtig, dass die Wärme- übertragerflächen gedrungen sind, weil die abzukühlenden Heissgase unter verhältnismässig hohem Ueberdruck von beispielsweise 4 MPa (rund 40 atü) stehen, was ein .verhältnismässig dickwandiges Druckgefäss bedingt.With hot gas coolers for coal gasification plants, it is particularly important that the heat transfer surfaces are compact, because the hot gases to be cooled are under a relatively high overpressure of, for example, 4 MPa (around 40 atm), which requires a relatively thick-walled pressure vessel.
Abweichend von der im Querschnitt sechseckigen Gestaltung des Einsatzes 3 und des Hemdes 5 ist es auch möglich, diesen jeweils eine n-eckige Polygonform zu geben, wobei n eine beliebige ganze Zahl grösser als 2 sein kann.Deviating from the hexagonal design of the insert 3 and the
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