JP3742939B2 - 合成ガス熱交換器装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成ガス放射冷却器、２つの合成ガス対流冷却器、原ガス純ガス熱交換器、原ガス不活性ガス熱交換器及び少なくとも１つの分離器を有する、又は合成ガス対流冷却器を持たない合成ガス熱交換器装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
合成ガス放射冷却器が垂直に、かつ合成ガス対流冷却器、原ガス純ガス熱交換器及び原ガス不活性ガス熱交換器が水平に布設された熱交換器装置は、周知である。
【０００３】
この配置は、設置された装備の全高がわずかであるという利点を有するが、合成ガス内に連行される飛じん及びスラグ粒子により横たわった熱交換器管及び結合導管がふさがりかつ詰まるという決定的な欠点を有する。
【０００４】
装置を遮断した後に、残留ほこりは、横たわった管の重力による自己浄化が存在しないので、熱交換器管内にほこり堆積物として残る。停止状態の間及び／又は加熱／始動の時間内に、湿気がシステム内に到達すると、残留ほこりは、硬化することがあり、かつ熱交換器管に焼付くことがある。この時ここにおいて、それに続く動作の間に、間の完全な詰まりのための核が貯えられている。詰まった管を有する装備は、もはや動作することができず、その結果、装置全体の遮断、製造の中止、次に熱交換器管及び結合導管の手間のかかる清掃となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
それ故に本発明の課題は、加熱動作の間、始動段階において及び動作停止状態において残留粒子、ほこり堆積物及びその他の固体粒子の自己浄化を改善して、個々の熱交換器煙道内における質量流量を調整するようにし、かつ動作の中断及び高められた保守コストを回避するようにする、合成ガス熱交換器装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題の解決は、両方の特許請求の範囲独立請求項に相応して行なわれる：すなわち合成ガス放射冷却器の後において両側に、少なくとも１つの合成ガス対流冷却器、原ガス純ガス熱交換器、原ガス不活性ガス熱交換器が、上側結合導管及び移行片とともに垂直に、又は傾斜して配置されており；合成ガス対流冷却器、原ガス純ガス熱交換器及び原ガス不活性ガス熱交換器が、すす吹き飛ばしシステムを装備しており；かつ下側結合導管が、原ガス質量流量調整器を備え、かつ分離器に接続されている。さらに合成ガス放射冷却器の後において両側に、少なくとも１つの原ガス純ガス熱交換器及び原ガス不活性ガス熱交換器が、上側結合導管及び移行片とともに垂直に、又は傾斜して配置されており；原ガス純ガス熱交換器及び原ガス不活性ガス熱交換器が、すす吹き飛ばしシステムを装備しており；かつ下側結合導管が、原ガス質量流量調整器を備え、かつ分離器に接続されている。特許請求の範囲従属請求項は、本発明の有利な構成をなしている。
【０００７】
本発明によれば、合成ガスを冷却しかつ清掃するシステムは、すなわち高／中圧水／純ガス又は窒素と原ガスの熱交換は、次のような機能詳細を有する：
１）重力清掃のために装備の垂直又は傾斜した配置、
２）装置を遮断した後の残留ほこりを除去し、かつ動作中の熱交換器管及び結合導管の清掃を援助するためのすす吹き飛ばし可能性、
３）ほこり分離器への上側供給導管及び／又は結合導管内における個々の熱交換器ラインの質量流量の調節可能性（清掃可能性）、
４）なるべく原ガス熱交換器及び下側結合導管における始動過程のための加熱（例えば電気的な）、
５）合成ガス対流冷却器及び原ガス／ガス熱交換器の弾性的な懸架、結合導管内における補償器の組み込みによる熱膨張の補償、
６）ハンドまたはマンホールの配置による合成ガス対流冷却器、原ガス純ガス熱交換器、原ガス窒素熱交換器の入口及び出口のアクセス可能性。
【０００８】
本発明によれば、熱交換器の垂直又は傾斜した配置は、動作の間においても、次の垂直に又は傾斜して互いに結合された装備からなる装置におけるほこり詰まりの発生を阻止する：すなわち合成ガス放射冷却器、合成ガス対流冷却器、原ガス純ガス熱交換器、原ガス窒素熱交換器、質量流量調整器を有する分離器、すす吹き飛ばし器、及び特殊な支持部。
【０００９】
熱交換器の垂直な又は大幅に傾斜した配置により、熱交換器装置の動作の間及び遮断の後に、ほこり粒子の重力は、熱交換器管内に残留ほこりが沈着せずかつ焼付くことがないようにする。
【００１０】
さらに設けられたすす吹き飛ばしシステムは、装置の動作中にかつ遮断の後に、活性化することができ、かつ熱交換器管において援助してほこりのないように吹き飛ばすことができるので、一方において動作の間に、早期の詰まりが避けられ、かつ他方において残留物の堆積が確実に阻止できる。
【００１１】
合成ガス熱交換器装置の機能と役割は、後続の冷却ガス清掃にガスを供給するために、例えば石炭気化の際に生じる合成ガスをほぼ１８５０°Ｃから１４００°Ｃまでの燃焼温度から室温にまで冷却することにある。この清掃の後に、合成又は原ガスからいわゆる“純ガス”が得られ、この純ガスは、その後の利用のために予備加熱するために、原ガス純ガス熱交換器を通って案内され、かつその後、ガスタービン又はその他の消費装置に導かれる。
【００１２】
開発中にある“高熱ガス清掃”を適用しようとする場合、必要に応じてガスの“冷却路”は短縮され、かつ主又は部分流を高熱ガス清掃部に導く。
【００１３】
合成ガス熱交換器装置における合成ガスの冷却の際に、合成ガスの感知可能な熱が、蒸気の発生のため及び純ガス及び窒素又は不活性ガスの予備加熱のために利用される。
【００１４】
装置の最適化の役割は、個々の装備の入口及び出口温度を確定することにある。それにより装備の相応する幾何学的構造が得られ、最適化は、装備コスト、効率、機能品質及びその他のものの間において行なわれる。
【００１５】
ガス経路を追跡すれば、合成ガスは、落下するスラグの方向に比較的低い速度で合成ガス放射冷却器を通って流れる。ボイラ管内における循環流は、ガス流に対して反対に向けられている。合成ガス放射冷却器の端部において合成ガスは、例えば１８０°だけずらされた２つのガス出口導管を介して合成ガス放射冷却器から出て、かつその直線的に構成された熱交換器管を有する垂直又は傾斜して配置された合成ガス対流冷却器内に流入する。合成ガスは、これら管を通って流れ、これら管は、外部から対向流で水冷却されている。合成ガス対流冷却器にガス／ガス熱交換器が続いており、同様に垂直に又は傾斜して配置されている（原ガス純ガス熱交換器／原ガス不活性ガス熱交換器）。これら交換器は、同様に直線的な管からなり、これら管は、対向流、同方向流又は交差流で動作する。
【００１６】
ここにおいて一方の側において原合成ガスのそれ以上の冷却が、他方の側において清掃された合成ガス及び不活性ガス、例えば空気分解装置から供給される窒素の予備加熱が行なわれる。純ガス及び窒素は、ガスタービンの燃焼室に導かれ、ここにおいて純ガスが燃焼する。
【００１７】
窒素は、燃焼温度を低下し、このことは、窒素酸化物の発生を防止し（減少し）、同様にこの窒素は、タービン羽根に導かれるガスの容積流量を増加する。
【００１８】
その結合導管を含む合成ガス対流冷却器及び原ガス／純ガス及び原ガス／不活性ガス熱交換器の両方の煙道は、完全に同じ形に構成されており、かつ同一に配置されており、それにもかかわらず両方の煙道内における合成ガスの不均一な質量流量分配の危険が存在する。質量流量のこの歪んだ状態を初めに修正しないと、この歪んだ状態は、連続的な動作の間に増大する。このことは、システムの動作不能に、したがって装置の遮断に至る。
【００１９】
この歪んだ状態は、合成ガス対流冷却器の前又は原ガス／ガス熱交換器の後においてほこり分離器への結合導管内において、それぞれ個々の煙道内の質量流量を調整することによって防止される。それによりすべての合成ガスラインが、合成ガスの同じ質量流量を有することが保証され、このことは、システムの調整された動作能力に至る。
【００２０】
ほこり詰まりを防止するための別の処置は、予備加熱及び／又は始動の際に、装置内において露点を下回るようになることがあることを防ぐために、原ガス純ガス／原ガス窒素（不活性ガス）熱交換器及び下側結合導管に加熱部を備えることにある。加熱部は、電気的な様式のものであってもよく；この加熱部は、始動動作の際に活性化され、かつ安定な動作の際に遮断される。
【００２１】
本発明によるシステムは、設置の際に考慮しなければならない半径方向及び長手方向膨張を有する高熱に達するシステムである。その際、長手方向膨張は、明らかにもっとも大幅に重要になる。
【００２２】
支持システムは、合成ガス放射冷却器においてその上側固定点を有し、かつ合成ガス対流冷却器及び原ガス純ガス及び原ガス不活性ガス熱交換器において弾性的な支持部を、かつ分離器において固定支持部又は弾性支持部を有する。システムにおける応力を取り除くために、必要な場合には、下側結合導管に補償器が設けられる。
【００２３】
本発明による合成ガス熱交換器装置は、例えば前に接続された石炭気化装置を有する石炭発電所において反応器の後に使用される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明を概略的な図面により詳細に説明する。
【００２５】
図１は、固定点１７において支持された合成ガス放射冷却器１を有する熱交換器装置の正面図を示しており、この合成ガス放射冷却器から２つの上側結合導管２が、分岐片３及び調整弁３０を介して合成ガス対流冷却器２３に通じている。両方の合成ガス対流冷却器ラインは、それぞれ２煙道２３．１、２３．２に構成されており、かつそれぞれつめ１０を介して弾性的に支持されている。合成ガス対流冷却器２３は、直線的に延びた煙管２７を有し、熱交換は、対向流で導かれる冷却水によって行なわれ、この冷却水は、接続管片２４を介して合成ガス対流冷却器２３に供給され、又は接続管片２５を介して放出される。
【００２６】
それぞれの煙道２３．１、２３．２にすす吹き飛ばしシステム１３が付属している。同様にすす吹き飛ばし器３１は、結合導管２内に配置されている。さらに合成ガス対流冷却器２３の合成ガス入口及び出口に、ハンドホール／マンホール１８が存在する。
【００２７】
ほぼ９００°Ｃ−６００°Ｃからほぼ６００°Ｃ−３００°Ｃに冷却される合成ガスは、一方の側において原ガス／純ガス熱交換器４．１、４．２に侵入するが、他方の側において原ガス窒素（不活性ガス）熱交換器５．１、５．２に、合成ガスが入る。
【００２８】
前記の熱交換器４、５は、それぞれつめ１０を介して弾性的に支持されている。これら熱交換器は、直線的に延びた煙管２８を有し、熱交換は、相応した入口及び出口接続管片（純ガス１５．１、１５．２／窒素１６．１、１６．２）により純ガス又は不活性ガス（窒素）を介して行なわれる。
【００２９】
それぞれの煙道４．１、４．２；５．１、５．２に、１つ又は複数のすす吹き飛ばしシステム１３が付属している。さらに原ガス／純ガス４及び原ガス窒素熱交換器４の合成ガス入口及び出口に、ハンドホール／マンホール１８が存在し、同様に熱交換器２３及び４、５のために加熱部９が設けられている。
【００３０】
熱交換器４、５内においてほぼ２５０°Ｃ−１８０°Ｃに冷却された合成ガスは、下側結合導管６を介してここから出て、かつ中央の分離器１１に達し、この分離器は、つめ２０上に弾性的に支持され、又は固定点１７として構成されている。
【００３１】
結合導管６内に、それぞれ１つの調整弁２９及び／又はそれぞれ１つの原ガス質量流量調整器７が組込まれている。追加的に圧力水接続部８、加熱部９及び補償器１９、及びすす吹き飛ばし器３１の装置が設けられている。
【００３２】
合成ガス冷却器１の下に、スラグ破砕機１４が設けられており、このスラグ破砕機内に原又は合成ガスから分離されたスラグ成分が到達する。
【００３３】
図２は、合成ガス放射冷却器１及び中央のほこり分離器１１を有する熱交換器装置の平面図を示している。清掃されていない原ガスは、接続された分岐片３、調整弁３０及びすす吹き飛ばし器１３、３１を有する上側結合導管２を介し、合成ガス対流冷却器２３．１、２３．２を介して、原ガス／純ガス熱交換器４及び原ガス／窒素熱交換器５に達し、その際、原ガスの均一な分配は、下側結合導管６内に配置された質量流量調整器７及び調整弁２９を介し、かつ／又は上側調整弁３０を介して調整される。
【００３４】
図３は、合成ガス放射冷却器１及び中心を外れた２つのほこり分離器１１．１及び１１．２を有する熱交換器装置の平面図を示している。ここでも清掃されていない原ガスは、接続された分岐片３、調整弁３０及びすす吹き飛ばし器１３、３１を有する上側結合導管２を介し、合成ガス対流冷却器を介して、後続の原ガス／純ガス熱交換器４及び原ガス／窒素熱交換器５に到達し、その際、原ガスの均一な分配は、下側結合導管６内に配置された質量流量調整器７及び調整弁２９を介して調整される。
【００３５】
図４は、合成ガス放射冷却器１及び中心を外れた２つのほこり分離器１１．１及び１１．２を有する熱交換器装置の平面図を示している。
【００３６】
合成ガス放射冷却器１から４つの結合導管２が分岐しており、これら結合導管は、調整弁３０、すす吹き飛ばし器１３、３１を介し、合成ガス対流冷却器２３．１、２３．２を介して、原ガスを後続の原ガス純ガス熱交換器４及び原ガス窒素熱交換器５に導き、その際、原ガスの均一な分配は、下側結合導管６内に配置された質量流量調整器７及び調整弁２９を介して行なわれる。
【００３７】
原ガスを必要な温度に冷却するために、それぞれ純ガス入口又は出口のために接続管片１５が設けられ、かつ窒素入口又は出口のために接続管片１６が設けられている。
【００３８】
下側結合導管６は、それぞれ質量流量調整器７、圧力水接続部８、すす吹き飛ばし器３１及び加熱部９を装備している。固定点１７上における支持は、前記のように行なわれる。
【００３９】
図５は、前に図１において説明した熱交換器装置であるが、それぞれ傾斜して配置された合成ガス対流冷却器２３及び傾斜して配置された純ガス又は窒素熱交換器４、５を有するをものの正面図を示しており、これらは、すす吹き飛ばし器ランス３１を挿入する装置を有する中央の湾曲した結合導管２２によって、互いに接続されている。すべての熱交換器は、入口にすす吹き飛ばし器１３を備えている。中央のほこり分離器１１に通じる下側結合導管６内に、同様に質量流量調整器７及び調整弁２９、及びすす吹き飛ばし器３１が設けられている。
【００４０】
傾斜して配置された合成ガス対流冷却器２３及び純ガス又は窒素熱交換器４、５は、それぞれ摺動支持体２１又は弾性支持部１２を介して固定点１７上に支持されている。中央ほこり分離器１１の支持は、前記のように、つめ２０及び弾性的１２な又は固定的な支持部１７を介して行なわれる。
【００４１】
図６は、図１から変形された装置を示している。ここでは合成ガス対流冷却器の利用は省略されている。なぜなら合成ガス放射冷却器（ガス冷却装備）からの出口温度は、合成ガス対流冷却器を必要としない程度に低いからである。
【００４２】
図１において説明されたすす吹き飛ばし器１３、３１、原ガス質量流量調整器７、調整弁２９、加熱部９、弾性支持部１２、補償器１９等のようなすべての要素は、ここにおいて使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】合成ガス熱交換器装置の正面図である。
【図２】１つの分離器を有する合成ガス熱交換器装置の平面図である。
【図３】２つの分離器を有する合成ガス熱交換器装置の平面図である。
【図４】個別分岐及び２つの分離器を有する合成ガス熱交換器装置の平面図である。
【図５】それぞれ傾斜して配置された熱交換器を有する合成ガス熱交換器装置の正面図である。
【図６】ガス／ガス熱交換器を有する合成ガス熱交換器装置の正面図である。
【符号の説明】
１ 合成ガス放射冷却器
２ 上側結合導管
３ 分岐片
４ 原ガス純ガス熱交換器
４．１ 煙道
４．２ 煙道
５ 原ガス不活性ガス熱交換器
５．１ 煙道
５．２ 煙道
６ 下側結合導管
７ 原ガス質量流量調整器
８ 圧力水接続部
９ 加熱部
１０ つめ
１１ 分離器
１１．１ 個別ほこり分離器
１１．２ 個別ほこり分離器
１２ 弾性支持部
１３ すす吹き飛ばしシステム
１１７ 固定点支持部
９ 補償器
２３ 合成ガス対流冷却器
３０ 調整弁
３１ すす吹き飛ばし器

Claims (13)

1. 合成ガス放射冷却器、２つの合成ガス対流冷却器、原ガス純ガス熱交換器、原ガス不活性ガス熱交換器及び少なくとも１つの分離器を有する、合成ガス熱交換器装置において、
   −合成ガス放射冷却器（１）の後において両側に、少なくとも１つの合成ガス対流冷却器（２３）、原ガス純ガス熱交換器（４）、原ガス不活性ガス熱交換器（５）が、上側結合導管（２）及び移行片（３）とともに垂直に、又は傾斜して配置されており、
   −合成ガス対流冷却器（２３）、原ガス純ガス熱交換器（４）及び原ガス不活性ガス熱交換器（５）が、すす吹き飛ばしシステム（１３）を装備しており、
   −かつ下側結合導管（６）が、原ガス質量流量調整器（７）を備え、かつ分離器（１１）に接続されている
   ことを特徴とする、合成ガス熱交換器装置。
2. 合成ガス放射冷却器、原ガス純ガス熱交換器、原ガス不活性ガス熱交換器及び少なくとも１つのほこり分離器を有する、合成ガス熱交換器装置において、
   −合成ガス放射冷却器（１）の後において両側に、少なくとも１つの原ガス純ガス熱交換器（４）及び原ガス不活性ガス熱交換器（５）が、上側結合導管（２）及び移行片（３）とともに垂直に、又は傾斜して配置されており、
   −原ガス純ガス熱交換器（４）及び原ガス不活性ガス熱交換器（５）が、すす吹き飛ばしシステム（１３）を装備しており、
   −かつ下側結合導管（６）が、原ガス質量流量調整器（７）を備え、かつ分離器（１１）に接続されている
   ことを特徴とする、合成ガス熱交換器装置。
3. すす吹き飛ばし器（３１）が、上側結合導管（２）及び下側結合導管（６）内に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。
4. 合成ガス対流冷却器（２３）が、単一煙道を又は多煙道を装備していることを特徴とする、請求項１記載の装置。
5. 原ガス純ガス熱交換器（４）及び原ガス不活性ガス熱交換器（５）が、単一煙道を又は多煙道を装備していることを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。
6. −原ガス純ガス熱交換器（４）が、個別ほこり分離器（１１．１）に接続され、かつ原ガス不活性ガス熱交換器（５）が、個別ほこり分離器（１１．２）に接続されており、
   −かつ下側結合導管（６）が、原ガス質量流量調整器（７）を備えている
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。
7. 合成ガス対流冷却器（２３）、原ガス純ガス熱交換器（４）、原ガス不活性ガス熱交換器（５）及び下側結合導管（６）が、電気的加熱部（９）を装備していることを特徴とする、請求項１記載の装置。
8. 下側結合導管（６）の入口に補償器（１９）が設けられていることを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。
9. 下側結合導管（６）内において原ガス質量流量調整器（７）の上に、圧力水接続部（８）が配置されていることを特徴とする、請求項８記載の装置。
10. 固定点支持部（１７）を介して、合成ガス放射冷却器（１）が支持され、弾性支持部（１２）上につめ（１０）を介して、合成ガス対流冷却器（２３）、原ガス純ガス熱交換器（４）及び原ガス不活性ガス熱交換器（５）が、支持されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。
11. 中央ほこり分離器（１１）及び個別ほこり分離器（１１．１，１１．２）が、弾性支持部上につめ（２０）を介して又は固定点支持部（１７）を介して支持されていることを特徴とする、請求項６記載の装置。
12. 上側結合導管（２）内に調整弁（３０）が設けられていることを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。
13. 下側結合導管（６）が、圧力水接続部（８）を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。

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