EP0223912B1 - Vorrichtung zum Kühlen von heissen, staubbeladenen Gasen - Google Patents

Vorrichtung zum Kühlen von heissen, staubbeladenen Gasen Download PDF

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EP0223912B1
EP0223912B1 EP86109914A EP86109914A EP0223912B1 EP 0223912 B1 EP0223912 B1 EP 0223912B1 EP 86109914 A EP86109914 A EP 86109914A EP 86109914 A EP86109914 A EP 86109914A EP 0223912 B1 EP0223912 B1 EP 0223912B1
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tubes
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EP86109914A
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Eckhard Hell
Manfred Förster
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Deutsche Babcock Werke AG
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Deutsche Babcock Werke AG
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/005—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for only one medium being tubes having bent portions or being assembled from bent tubes or being tubes having a toroidal configuration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/86—Other features combined with waste-heat boilers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
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    • F22B1/1838—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines the hot gas being under a high pressure, e.g. in chemical installations
    • F22B1/1846—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines the hot gas being under a high pressure, e.g. in chemical installations the hot gas being loaded with particles, e.g. waste heat boilers after a coal gasification plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/355—Heat exchange having separate flow passage for two distinct fluids
    • Y10S165/40—Shell enclosed conduit assembly
    • Y10S165/401—Shell enclosed conduit assembly including tube support or shell-side flow director

Definitions

  • the invention relates to a device for cooling hot, pressurized, dust-laden gases with the features of the preamble of claim 1.
  • the device is known from DE-OS 3 208 421 and is used to cool the gases leaving a gasification reactor.
  • the flat tube walls ensure intensive cooling of the gases.
  • the radiation cooler is followed by a separate convection cooler with bundle heating surfaces.
  • the invention has for its object to design the heating surfaces of the generic device so that a compact cooling device is created.
  • the tube bundle serving as a convection heating surface By arranging the tube bundle serving as a convection heating surface within the radiation cooler, the gas can be cooled in a short way.
  • the direct continuation of a flat tube wall in the tube bundle enables a compact design of the cooling device.
  • the cooler shown is used to cool hot, pressurized and dust-laden gases, especially those that are generated in a gasification reactor.
  • the cooler consists essentially of two components, namely a standing pressure vessel 1, which has the task of absorbing the pressure of the gas, for example from 20 to 25 bar, and of the internals which act as heat exchangers.
  • the internals are composed of an insert 2, flat tube walls 3 (bulkhead walls), a first tube bundle 4 and optionally a second tube bundle 5 or further tube bundles.
  • the pressure vessel 1 consists of several cylindrical segment rings welded together. It is closed by an upper and a lower cover 6, 7.
  • the upper cover 6 is provided with a gas inlet connection 8 and the lower cover with a gas outlet connection 9.
  • a screwable flange connection 10 is inserted in the upper part of the pressure vessel 1 in order to ensure easy opening of the pressure vessel 1.
  • the pressure vessel 1 can be parked with the help of claws.
  • the insert 2 is arranged at a distance from the inner wall of the pressure vessel 1 and is connected to the gas inlet connection 8 in such a way that the gas to be cooled which flows in flows through the insert 2 in the longitudinal direction.
  • the outlet end of the insert 2 is open so that a pressure equalization between the interior of the insert 2 and the annular space between the insert 2 and the pressure vessel 1 can take place.
  • the insert 2 is formed from gas-tight, welded, cooled pipes which are connected to an inlet header 11 located in the lower part and to an outlet header 12 located in the upper part.
  • the tubes of insert 2 are flowed through from bottom to top and connected as an evaporator.
  • the flat tube walls 3 are arranged within the insert 2 and run in the longitudinal direction of the pressure vessel 1 and parallel to one another.
  • the tubes 13, 14 of the tube walls 3 are connected to one another via flat iron and are each connected to an inlet header 16 and an outlet header 17.
  • the feed lines to the inlet manifolds 11, 16 of the tube walls 3 and the insert 2 are led through the annular space between the insert 2 and the pressure vessel 1.
  • the tube walls 3, like the insert 2, are connected as evaporators and flowed through from bottom to top.
  • the tubes of at least one of the tube walls 3, preferably the middle tube wall, are bent out to form the first tube bundle 4, which extends in several turns over the cross section of the insert 2.
  • the first tube bundle 4 is connected as an evaporator.
  • a pipe 14 is bent out of the plane of the pipe wall 3 from three neighboring pipes (FIG. 3).
  • alleys 18 are formed within the tube walls 3, through which the tubes of the tube bundle 4 are passed.
  • the tubes 13 are connected to one another on both sides of the lanes 18 by a web 19.
  • the tubes of the tube bundle 4 are passed through this web 19 and are thus carried.
  • the tubes of the tube bundle 4 can also be surrounded by a welded-on sleeve.
  • the tubes 13 of the tube walls 3 remaining on the wall plane on both sides of the middle tube wall 3 thus serve as support tubes, while the tubes 14 of these tube walls and the tubes 20 of the other tube walls are guided as loose tubes.
  • a second tube bundle 5 or further tube bundles can be provided within the insert 2.
  • the second tube bundle 5 can be connected as a superheater, feed water preheater or as an additional evaporator.
  • the second tube bundle 5 is guided through the tube walls 3 in the same way as the first tube bundle 4 and carried by these.
  • the second tube bundle 5 is at an step collector 21 and an outlet collector 22 connected.
  • the tubes of the middle tube wall 3 are alternately bent out to the right and left and serve to hold the collectors 21, 22.
  • the cooler shown in FIG. 3 has a gas inlet connection 8 connected to the lower cover 7 and a gas outlet connection 9 connected to the upper cover 6.
  • the tube bundle 4 has been moved into the upper part of the insert 2. Otherwise, this cooler corresponds to the cooler according to FIG. 1. In such a cooler, the incrustations removed from the tube walls 3 can be removed from the cooler in a simpler manner.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von heißen, unter Druck stehenden, staubbeladenen Gasen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
  • Eine solche als Strahlungskühler ausgebildete . Vorrichtung ist aus der DE-OS 3 208 421 bekannt und dient der Abkühlung der einen Vergasungsreaktor verlassenden Gase. Dabei sorgen die ebenen Rohrwände für eine intensive Kühlung der Gase. Bei der bekannten Vorrichtung ist dem Strahlungskühler ein getrennter Konvektionskühler mit Bündelheizflächen nachgeschaltet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Heizflächen der gattungsgemäßen Vorrichtung so zu gestalten, daß eine kompakte Kühleinrichtung entsteht.
  • Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Durch die Anordnung des als Konvektionsheizfläche dienenden Rohrbündels innerhalb des Strahlungskühlers kann das Gas auf kurzem Weg gekühlt werden. Die unmittelbare Fortführung der einen ebenen Rohrwand in das Rohrbündel ermöglicht eine kompakte Bauweise der Kühlvorrichtung.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,
    • Fig. 2 und 3 ebenfalls im Längsschnitt eine andere Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 4 den Schnitt IV-IV nach Fig. 1 und
    • Fig. 5 die Einzelheit Z nach Fig. 1.
  • Der dargestellte Kühler dient zur Abkühlung von heißen, unter Druck stehenden und mit Staub beladenen Gasen insbesondere von solchen, die in einem Vergasungsreaktor erzeugt sind. Der Kühler besteht im wesentlichen aus zwei Bauteilen, nämlich einem stehenden Druckbehälter 1, der die Aufgabe hat, den Druck des Gases von beispielsweise 20 bis 25 bar aufzunehmen und aus den Einbauten, die als Wärmeüberträger fungieren. Die Einbauten setzen sich aus einem Einsatz 2, ebenen Rohrwänden 3 (Schottenwände), einem ersten Rohrbündel 4 und gegebenenfalls einem zweiten Rohrbündel 5 oder weiteren Rohrbündeln zusammen.
  • Der Druckbehälter 1 besteht aus mehreren zylindrischen, miteinander verschweißten Segmentringen. Er ist durch einen oberen und einen unteren Deckel 6, 7 verschlossen. Der obere Deckel 6 ist mit einem Gaseintrittsstutzen 8 und der untere Deckel mit einem Gasaustrittsstutzen 9 versehen. Im oberen Teil des Druckbehälters 1 ist eine schraubbare Flanschverbindung 10 eingefügt, um ein einfaches Öffnen des Druckbehälters 1 zu gewährleisten. Der Druckbehälter 1 kann mit Hilfe von Pratzen in einem Gerüst abgestellt werden.
  • Der Einsatz 2 ist mit Abstand von der Innenwand des Druckbehälters 1 angeordnet und so mit dem Gaseintrittsstutzen 8 verbunden, daß das eintretende, zu kühlende Gas den Einsatz 2 in Längsrichtung durchströmt. Das Austrittsende des Einsatzes 2 ist offen, so daß ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Einsatzes 2 und dem Ringraum zwischen dem Einsatz 2 und dem Druckbehälter 1 stattfinden kann.
  • Der Einsatz 2 ist aus gasdicht miteinander verschweißten, gekühlten Rohren gebildet, die an einen im unteren Teil liegenden Eintrittssammler 11 und an einen im oberen Teil liegenden Austrittssammler 12 angeschlossen sind. Die Rohre des Einsatzes 2 sind von unten nach oben durchströmt und als Verdampfer geschaltet.
  • Die ebenen Rohrwände 3 sind innerhalb des Einsatzes 2 angeordnet und verlaufen in Längsrichtung des Druckbehälters 1 und parallel zueinander. Die Rohre 13, 14 der Rohrwände 3 sind über Flacheisen miteinander verbunden und jeweils an einen Eintrittssammler 16 und einen Austrittssammler 17 angeschlossen. Die Zuleitungen zu den Eintrittssammlern 11,16 der Rohrwände 3 und des Einsatzes 2 sind durch den Ringraum zwischen dem Einsatz 2 und dem Druckbehälter 1 hindurchgeführt. Die Rohrwände 3 sind ebenso wie der Einsatz 2 als Verdampfer geschaltet und von unten nach oben durchströmt.
  • Die Rohre mindestens einer der Rohrwände 3, vorzugsweise der mittleren Rohrwand sind zu dem ersten Rohrbündel 4 ausgebogen, das sich in mehreren Windungen über den Querschnitt des Einsatzes 2 erstreckt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den Figuren 1 und 2 ein einflutiges Rohrbündel dargestellt. Es ist aber ebenso ein mehrflutiges Rohrbündel möglich. Das erste Rohrbündel 4 ist als Verdampfer geschaltet.
  • In dem Bereich der übrigen, nicht ausgebogenen Rohrwände 3 ist von jeweils drei benachbarten Rohren ein Rohr 14 aus der Ebene der Rohrwand 3 herausgebogen (Fig. 3). Auf diese Weise sind Gassen 18 innerhalb der Rohrwände 3 gebildet, durch die die Rohre des Rohrbündels 4 hindurchgeführt sind. In den der mittleren Rohrwand unmittelbar benachbarten Rohrwänden 3 sind die Rohre 13 beiderseits der Gassen 18 durch einen Steg 19 miteinander verbunden. Durch diesen Steg 19 werden die Rohre des Rohrbündels 4 hindurchgeführt und damit getragen. Im Bereich des Durchtrittes durch den Steg 19 können die Rohre des Rohrbündels 4 auch von einer aufgeschweißten Hülse umgeben sein. Die in der Wandebene verbleibenden Rohre 13 der Rohrwände 3 beiderseits der mittleren Rohrwand 3 dienen somit als Tragrohre, während die Rohre 14 dieser Rohrwände und die Rohre 20 der übrigen Rohrwände als lose Rohre geführt werden.
  • Innerhalb des Einsatzes 2 kann - wie in Fig. 2 dargestellt ist - ein zweites Rohrbündel 5 oder weitere Rohrbündel vorgesehen werden. Das zweite Rohrbündel 5 kann als Überhitzer, Speisewasservorwärmer oder als zusätzlicher Verdampfer geschaltet sein. Das zweite Rohrbündel 5 ist in gleicher Weise wie das erste Rohrbündel 4 durch die Rohrwände 3 hindurchgeführt und von diesen getragen. Das zweite Rohrbündel 5 ist an einen Eintrittssammler 21 und einen Austrittssammler 22 angeschlossen. Im Bereich der Sammler 21, 22 sind die Rohre der mittleren Rohrwand 3 wechselweise nach rechts und links ausgebogen und dienen der Halterung der Sammler 21, 22.
  • Der in Fig. 3 dargestellte Kühler weist einen an den unteren Deckel 7 angeschlossenen Gaseintrittsstutzen 8 und einen an den oberen Deckel 6 angeschlossenen Gasaustrittsstutzen 9 auf. Dabei ist das Rohrbündel 4 in den oberen Teil des Einsatzes 2 verlegt worden. Im übrigen stimmt dieser Kühler mit dem Kühler gemäß Fig. 1 überein. Bei einem solchen Kühler können die von den Rohrwänden 3 entfernten Verkrustungen in einfacherer Weise aus dem Kühler entfernt werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Kühlen von heißen, unter Druck stehenden, staubbeladenen Gasen bestehend aus einem aus gekühlten Rohren gebildeten Einsatz (2), der innerhalb eines Druckbehälters (1) angeordnet ist und in dem mehrere ebene Rohrwände (3) vorgesehen sind, die parallel zur Längsachse des Einsatzes (2) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der ebenen Rohrwände (3) zu einem Rohrbündel (4) ausgebogen sind, dessen Rohre durch die übrigen nicht ausgebogenen Rohrwände (3) hindurchgeführt und von diesen getragen sind und daß das Rohrbündel (4) sich über den Querschnitt des Einsatzes (2) erstreckt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Rohre (14) aus der Ebene der übrigen, nicht zu dem Rohrbündel (4) ausgebogenen Rohrwände (3) unter Bildung von Gassen (18) gebogen sind, durch die die Rohre des Rohrbündels (4) hindurchgeführt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von jeweils drei Rohren (13, 20) einer Rohrwand (3) das mittlere Rohr (14) aus der Wandebene ausgebogen ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (13) beiderseits einer Gasse (18) aus Tragrohren bestehen und durch Stege (19) verbunden sind, durch die die Rohre des Rohrbündels (4) hindurchgeführt sind.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Rohrwand (3) zu dem Rohrbündel (4) ausgebogen ist und daß die in der Wandebene verbleibenden Rohre (13) der beiden benachbarten Rohrwände (3) als Tragrohre dienen.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einsatz (2) ein zweites oder weitere, mit Sammlern (21, 22) versehenes Rohrbündel (5) angeordnet ist, das durch die ebenen Rohrwände (3) hindurchgeführt und von diesen getragen ist und daß die Sammler (21, 22) durch die ausgebogenen Rohre der mittleren Rohrwand (3) gehalten sind.
EP86109914A 1985-10-30 1986-07-18 Vorrichtung zum Kühlen von heissen, staubbeladenen Gasen Expired EP0223912B1 (de)

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EP0223912A1 EP0223912A1 (de) 1987-06-03
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