EP0077851A2 - Gaskühler-Anordnung zu Kohlevergasungsanlage - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a gas cooler arrangement for cooling the reaction products of a coal gasification reactor according to the preamble of claim 1.
- a North voltage is known from DOS 29 33 716th
- a convective gas cooler shown there is flowed through from top to bottom in one go.
- the quality and particle size of the coal to be gasified only a more or less large part of the ash particles are separated and discharged from the pressure vessel of the first gas cooler, while the rest of the ash particles reach the convective gas cooler.
- Some of these ash particles settle on the tubes of the tube bundle and for the most part they are discharged from the convective gas cooler with the gas stream.
- a special separator is required, which causes an additional pressure drop on the gas side.
- connection of the heat-dissipating tubes to vertical tube panels that is to say in the direction of flow, prevents the flow cross sections from becoming clogged with ash particles.
- Claim 3 takes into account the fact that the risk of clogging the flow cross-section is higher in the downward draft than in the upward draft because the gas contains more ash particles in the downward draft than in the upward draft.
- Claim 6 shows a solution by means of which thermal stresses at connection points of the riser walls on the fall train walls are excluded by avoiding such connection points.
- the drop channel through which the cooled medium flows brings about an evening of the temperatures in the pressure vessel shell.
- Claim 8 is a structurally and technically particularly simple solution.
- Claim 11 shows a solution with a good thermodynamic effect and an easy to maintain arrangement.
- Claim 12 specifies a particularly easy to operate system.
- FIG. 1 shows a coal gasification reactor 1, to which a circular cylindrical pressure vessel 4 is connected via two nozzles 2, 3 and has an axial drop chamber 6 within a circular cylindrical radiation cooling wall 5.
- a water bath 8 is provided, which can be washed off via a discharge element 9.
- cooling wall openings 5 provided in a limited by the back of the radiant cooling wall 5 and a further cylindrical cooling surface 11 S hausenraum lead 10th Details of such a pressure vessel with an axial drop space and with a water bath are shown, for example, in CH patent applications 7051 / 80-2 and 7052 / 80-4, both filed on September 19, 1980.
- a line 14 penetrating the wall of the pressure vessel 4 is connected, which leads via flanges 15 to a convective gas cooler 20.
- This gas cooler consists of a pressure vessel 21 which encloses a drop train 23 and - as can be seen in FIG. 2 - two risers 24, 25 and an annular space 26. Fall train 23 and ascent trains 24, 25 are connected to one another at their lower end by a funnel-like deflection space 28. The lower end 30 of the deflection space 28 leads to a closing element, not shown.
- the drop train 23 is limited in horizontal section by two long side walls 32, 33 and two short walls 34, 35, which walls are formed from vertical fin tubes which are welded gas-tight.
- the fall train is divided into three equal-width chambers by two partition walls 37 and 38, which are also formed from welded fin tubes.
- the intermediate walls 37 and 38 consist, for example, of fin tubes which are only welded in places and which can each be bent out and welded to the side walls 32 and 33 for lateral support 1 , which is not shown.
- the tubes of the side walls 32, 33 and the walls 34, 35 are connected to a lower distributor 40 and an upper header 41, while the tubes of the intermediate walls 37 and 38 start from a distributor 44 and lead to a collector 45.
- the collector 41 and the pipes that open into it are spanned in an upper region, in which the pipes are not connected to one another in a gas-tight manner, by a gas-tight hood 47, which is tightly connected all around to the walls 32 to 35 at the level of the collector 45.
- the hood 47 is of lines 48 and 49 leading from the collectors 41 and 45 to a drum 50 of a steam generator, penetrated (F ig. 1).
- U-shaped wall plates 55, or 56 are approximately gas (Fig.2), tightly connected (Fig.2), whereby the risers 24, 25 are formed.
- Three tube sheets 58, 59 are suspended in each of these risers, each of which is formed by five meandering tubes that span the entire, larger horizontal extent of the risers.
- the line 14 connecting the pressure vessel 4 to the pressure vessel 21 is connected to the drop train 23 through the short wall 34.
- the walls of these trains have funnel-shaped sheet metal walls along a cross-shaped contour, which enclose the deflection space 28.
- pipe sockets 70, 71 lead to internally insulated outlet sockets 72, 74 of the pressure vessel 21.
- the upper ends of the pipes forming the tube sheets 58, 59 are connected to a collector 75 which is connected to an axial socket 76 which sits on the pressure vessel 21.
- the gas After flowing through the fall train 23, the gas is deflected at a temperature of about 450 ° C. into the risers 24, 25, while the majority of the ash 28 and slag particles still present are thrown into the funnel of the deflection chamber g .
- the gas is then cooled further in the risers 24, 25. It then emerges from the convective gas cooler 20 through the connecting pieces 73, 74, be it for direct use as fuel gas or process gas or into a further cooler which can be connected upstream of the drum 50 as an economizer of the steam generator.
- the working medium of the steam generator passes from the drum 50 through the lines 52 and 53 into the distributors 40 and 44 and flows from there through the tube walls 32 to 35, at least partially evaporating, and then into the collectors 41, 45 and from there into the Drum 50 back, in which water and steam are separated.
- the working fluid then flows via lines 62, 63 to distributors 60 and 61, and from there via the meandering pipes of pipe panels 58 and 59, in which it is overheated , to collector 75. From this collector it flows to a reheater or di right for use, be it as motive steam in a thermal power plant or as process steam in a chemical plant.
- the invention is not limited to the exemplary embodiment shown in the drawing.
- the number of tubes of the individual heating surfaces, the ratio of the tubes to the fall train 23 or the risers 24, 25, the number of tube boards 58, 59, the number of chambers, etc. can vary from the values shown. It may also be expedient to connect the sheet metal walls 55, 56 to the side walls 32, 33 via sliding seals, to install expansion folds on the sheet metal walls mentioned, to connect the sheet metal walls 55, 56 to each other around the drop cable 23, so that no connections to the Side walls 32, 33 become necessary.
- the application of insulation to the sheet metal walls 55, 56 can also be expedient.
- the number of ascents is also not limited, although it is advisable to choose a symmetrical arrangement.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Gaskühler-Anordnung zum Abkühlen der Reaktionsprodukte eines Kohlevergasungsreaktors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Anord- nung ist aus der DOS 29 33 716 bekannt. Ein dort dargestellter, konvektiver Gaskühler wird in einem Zuge von oben nach unten durchströmt. Je nach der Qualität und der Teilchengrösse der zu vergasenden Kohle wird nur ein mehr oder weniger grosser Teil der Aschepartikel im Druckgefäss des ersten Gaskühlers abgeschieden und aus diesem ausgetragen, während der Rest der Ascheteilchen in den konvektiven Gaskühler gelangt. Diese Ascheteilchen setzen sich teils auf den Rohren der Rohrbündel ab und zum grösseren Teil werden sie mit dem Gasstrom wieder aus dem konvektiven Gaskühler ausgetragen. Zum Abscheiden dieser Teilchen wird somit ein besonderes Trennorgan benötigt, das gasseitig einen zusätzlichen Druckabfall bedingt.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, bei welcher diese Nachteile vermieden werden. Diese Aufgabe wird entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile der vorgeschlagenen Lösung ergeben sich aus der besseren Raumausnützung wie auch aus dem geringeren Druckabfall der Gase.
- Durch die Verbindung der wärmeabführenden Rohre zu vertikalen, das heisst in Strömungsrichtung verlaufenden Rohrtafeln wird vermieden, dass sich die Strömungsquerschnitte mit Ascheteilchen zusetzen.
- Mit Anspruch 3 wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Gefahr des Zusetzens des Strömungsquerschnittes im Fallzug höher ist als im Steigzug, weil im Fallzug das Gas noch mehr Ascheteilchen enthält als im Steigzug.
- Durch die Ausbildung gasdichter Wände gemäss Anspruch 4 werden Bypasströmungen vermieden. Durch das Zusammenschweissen von wärmeabführenden Rohren zu Rohrwänden werden Strukturen geschaffen, die nur geringe Schwingungsneigung aufweisen.
- Durch die Schaltung der verschweisste Wände bildenden Rohre als Verdampferrohre nach Anspruch 5 werden stark unterschiedliche Temperaturen und damit verbundene hohe Wärmespannungen weitgehend vermieden.
- Anspruch 6 zeigt eine Lösung, durch welche Wärmespannungen an Anschlusstellen der Steigzugwände an den Fallzugwänden durch Vermeidung solcher Anschlusstellen ausgeschlossen werden.
- Der vom abgekühlten Medium durchströmte Fallkanal gemäss Anspruch 7 bringt in der Druckbehälterschale eine Vergleichmässigung der Temperaturen.
- Anspruch 8 ist eine konstruktiv und fertigungstechnisch besonders einfache Lösung.
- Durch die mäanderartige Anordnung der Rohre in den Steigzügen wird die Wärmeübergangszahl verbessert, ohne dass eine erhebliche Gefahr der Verschmutzung besteht.
- Sollte dennoch bei extremen Kohlequalitäten Verschmutzungen auftreten, so hilft die Anordnung von Rohrreinigungsmitteln gemäss Anspruch 10.
- Anspruch 11 zeigt eine Lösung mit gutem thermodynamischem Effekt und einer leicht zu wartenden Anordnung.
- Anspruch 12 gibt eine besonders einfach zu betreibende Anlage an.
- Die Erfindung wird nun an einem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1: einen schematisierten Vertikalschnitt der erfindungsgemässen Gaskühler-Anordnung,
- Figur 2: einen Querschnitt durch den konvektiven Gaskühler nach der Linie II - II in Figur 1,
- Figur 3: einen Vertikalschnitt durch einen oberen und einen unteren Höhenbereich des konvektiven Gaskühlers entlang der in Figur 2 eingetragenen,gebrochenen Linie III - III.
- Figur 1 zeigt einen Kohlevergasungsreaktor 1, an dem über zwei Stutzen 2, 3 ein kreiszylindrisches Druckgefäss 4 angeschlossen ist, das innerhalb einer kreiszylindrischen Strahlungskühlwand 5 einen axialen Fallraum 6 aufweist. Am unteren Ende des Fallraumes 6 ist ein Wasserbad 8 vorgesehen, das über ein Austragorgan 9 abgeschlämmt werden kann. Knapp oberhalb des Wasserbades 8 sind in der Strahlungs- . kühlwand 5 Oeffnungen vorgesehen, die in einen von der Rückseite der Strahlungskühlwand 5 und einer weiteren zylindrischen Kühlfläche 11 begrenzten Steigraum 10 führen. Details eines solchen Druckgefässes mit axialem Fallraum und mit Wasserbad sind beispielsweise in den CH Patentanmeldungen 7051/80-2 und 7052/80-4, beide am 19.9.80 eingereicht, dargestellt. An der Kühlfläche 11 ist oben eine die Wand des Druckgefässes 4 durchdringende Leitung 14 angeschlossen, die über Flansche 15 zu einem konvektiven Gaskühler 20 führt. Dieser Gaskühler besteht aus einem Druckbehälter 21, der einen Fallzug 23, und - wie aus Figur 2 ersichtlich - zwei Steigzüge 24, 25 sowie einen Ringraum 26 umschliesst. Fallzug 23 und Steigzüge 24, 25 sind an ihrem unteren Ende durch einen trichterartigen Umlenkraum 28 miteinander verbunden. Das untere Ende 30 des Umlenkraumes 28 führt zu einem nicht gezeichneten Abschlussorgan.
- Wie aus Figur 2 hervorgeht, ist der Fallzug 23 im Horizontalschnitt von zwei langen Seitenwänden 32, 33 und zwei kurzen Wänden 34, 35 begrenzt, welche Wände aus gasdicht verschweissten vertikalen Flossenrohren gebildet sind. Der Fallzug ist durch zwei Zwischenwände 37 und 38, die ebenfalls aus verschweissten Flossenrohren gebildet sind, in drei gleichbreite Kammern unterteilt. Die Zwischenwände 37 und 38 bestehen zum Beispiel aus nur strichweise verschweissten Flossenrohren, die jeweils, zur seitlichen Abstützungl bis an die Seitenwände 32 beziehungsweise 33 ausgebogen und an diesen angeschweisst sein können, was nicht gezeichnet ist.
- Wie aus den Figuren 1 und 3 zu erkennen ist, sind die Rohre der Seitenwände 32, 33 und der Wände 34, 35 an einem unteren Verteiler 40 und einem oberen Sammler 41 angeschlossen, während die Rohre der Zwischenwände 37 und 38 von einem Verteiler 44 ausgehen und zu einem Sammler 45 führen. Der Sammler 41 und die in ihn einmündenden Rohre sind in einem oberen Bereich, in welchem die Rohre nicht miteinander gasdicht verbunden sind, von einer gasdichten Haube 47 überspannt, die etwa auf Höhe des Sammlers 45 rundum an den Wänden 32 bis 35 dicht angeschlossen ist.
- Die Haube 47 wird von Leitungen 48 und 49, die von den Sammlern 41 und 45 zu einer Trommel 50 eines Dampferzeugers führen, durchdrungen (Fig. 1).
- Am Grunde der Trommel 50 sind zwei Leitungen 52, 53 angeschlossen, die durch den Ringraum 26 zu den Verteilern 40 beziehungsweise 44 führen.
- An den Aussenseiten der Seitenwände 32, 33 sind U-förmig abgekantete Wandbleche 55, beziehungsweise 56 etwa gas-(Fig.2), dicht angeschlossen (Fig.2), wodurch die Steigzüge 24, 25 gebildet werden. In diesen Steigzügen sind je drei Rohrtafeln 58, 59 aufgehängt, die durch je fünf mäanderartig verlaufende Rohre, welche die ganze,grössere Horizontalausdehnung der Steigzüge überspannen, gebildet sind.
- Diese zweimal 3 mal 5 Rohre sind unten an zwei Sattdampfverteilern 60, 61 angeschlossen, die über je eine Sattdampfleitung 62 beziehungsweise 63 mit dem Dampfraum der Trommel 50 verbunden sind.
- Die das Druckgefäss 4 mit dem Druckbehälter 21 verbindende Leitung 14 ist durch die kurze Wand 34 hindurch am Fallzug 23 angeschlossen. Am unteren Ende des Fallzuges und der Steigzüge 24, 25 sind an den Wänden dieser Züge längs einer kreuzförmigen Kontur trichterförmig geneigte Blechwände angebracht, die den Umlenkraum 28 einschliessen.
- Von den Steigzügen 24, 25 führen Rohrstutzen 70, 71 zu innenseitig isolierten Austrittstutzen 72, 74 des Druckbehälters 21. Die oberen Enden der die Rohrtafeln 58, 59 bildenden Rohre sind an einem Sammler 75 angeschlossen, der mit einem axialen Stutzen 76 verbunden ist, der auf dem Druckbehälter 21 sitzt.
- Die Anlage arbeitet wie folgt:
- Das mit Asche- und Schlacketeilchen verunreinigte Gas des Kohlevergasungsreaktors 1 strömt durch den Fallraum 6 - von etwa 1450°C auf etwa 1000°C sich abkühlend - wobei die Teilchen erstarren und ihre Klebrigkeit verlieren. Die Verunreinigungen fallen darauf zum grossen Teil in das Wasserbad 8, wo sie abgeschreckt werden. Der Rest der Verunreinigungen strömt mit dem Gas durch-den Steigraum 10 und aus diesem, mit einer Temperatur von beispielsweise 650°C in den Fallzug 23 des konvektiven Gaskühlers 20.
- Nach dem Durchströmen des Fallzuges 23 wird das Gas bei einer Temperatur von etwa 450°C in die Steigzüge 24, 25 umgelenkt, während der grösste Teil der noch vorhandenen Asche-28 und Schlacketeilchen in den Trichter des Umlenkraumesrge-schleudert wird.
- In den Steigzügen 24, 25 wird darauf das Gas weiter abgekühlt. Es tritt sodann durch die Stutzen 73, 74 aus dem konvektiven Gaskühler 20 aus, sei es zur direkten Verwendung als Brenngas oder Prozessgas oder aber in einen weiteren Kühler, der als Economiser des Dampferzeugers der Trommel 50 vorgeschaltet sein kann.
- Das Arbeitsmittel des Dampferzeugers gelangt aus der Trommel 50 durch die Leitungen 52 und 53 in die Verteiler 40 und 44 und strömt von dort durch die Rohrwände 32 bis 35, dabei mindestens teilweise verdampfend, und dann in die Sammler 41, 45 und von dort in die Trommel 50 zurück, in welcher Wasser und Dampf getrennt werden.Als Sattdampf strömt das Arbeitsmittel dann über die Leitungen 62, 63 zu den Verteilern 60 beziehungsweise 61, und aus diesen über die mäanderartig angeordneten Rohre der Rohrtafeln 58 und 59, in denen es überhitzt wird, zum Sammler 75. Aus diesem Sammler strömt es zu einem Nachüberhitzer oder direkt zur Verwendung, sei es als Treibdampf in eine Wärmekraftanlage oder als Prozessdampf in einen chemischen Betrieb.
- Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel. So können die Anzahl der Rohre der einzelnen Heizflächen, das Verhältnis der auf den Fallzug 23 beziehungsweise die Steigzüge 24, 25 entfallenden Rohre, die Anzahl der Rohrtafeln 58, 59,die Anzahl der Kammern etc. von den dargestellten Werten beliebig abweichen. Es kann auch zweckmässig sein, den Anschluss der Blechwände 55, 56 an den Seitenwänden 32, 33 über Schiebedichtungen zu vollziehen, an den genannten Blechwänden Dehnfalten anzubringen, die Blechwände 55, 56 um den Fallzug 23 herum miteinander zu verbinden, sodass keine Anschlüsse an die Seitenwände 32, 33 nötig werden. Auch das Anbringen von Isolationen an den Blechwänden 55, 56 kann zweckmässig sein. Auch die Anzahl der Steigzüge ist nicht limitierend genannt, obschon man zweckmässig eine symmetrische Anordnung wählen wird.
- Während in den verhältnismässig weiten Kammern des Fallzuges 23 sich leicht Einrichtungen zum Entfernen von Ablagerungen, wie Russbläser, Kugelregeneinrichtungen und Klopfgeräte unterbringen lassen, ist es zweckmässig, in den Steigzügen 24 und 25 zwischen den Schenkeln der Mäander geeignete Räume für solche Vorrichtungen vorzusehen.
Claims (12)
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