NL8004717A - Stralingsketel. - Google Patents

Description

* % ΒΓ.Ο. 29370 Stralingsketel.

De uitvinding heeft betrekking op een stralingsketel, die in het bijzonder bestemd is voor het winnen van de bij vergassing van as-vormende, koolstofhoudende brandstoffen optredende proceswarmte. Het benutten van drze energie is in alle gevallen, waarin 5 het gas zonder een ander gebruik van de waarneembare warmte toegepast kan worden uit economische overwegingen noodzakelijk.

Het produceren van stoom met behulp van in het proces opgewekte warmte is echter in de regel moeilijk, in het bijzonder wanneer vloeibare as-deeltjes in de gasfase worden meegevoerd, zoals 10 kenmerkend is bij bepaalde onder druk uitgevoerde vergassings-werkwijzen, bijvoorbeeld voor steenkolen of as-vormende aardolie. Extra problemen treden op doordat de as afhankelijk van het toegepaste materiaal een verschillende samenstelling bezit en daarmee een verschillend fysisch gedrag vertoont, hetgeen bijzondere eisen 15 stelt aan de constructie van een terugwinningsinstallatie voor afgas warmte.

In het Duitse "Offenlegungsschrift” 2.705*558 is een werkwijze beschreven voor het v rgassen van vaste brandstoffen, waarbij het reactiegas gemeenschappelijk met verbrandingsproducten in 2o een direct onder de reactor geplaatste stralingsketel zover wordt afgekoeld dat de vloeibare verbrandingsproducten, die als fijne druppeltjes door het gas worden gedragen, verstijven voordat ze in een daaropvolgende convectieketel terecht komen. De in de vorm van grovere agglomeraten optredende verbrandingsproducten worden bij 25 de richtingsomkering van de gasstroom in de stralingsketel aan het oppervlak van een waterbad aanwezig in het onderste deel van de stralingsketel, in het water afgescheiden. Bij deze bekende werkwijze wordt de as onder voorkoeling van het reactiemengsel in vergaande mate afgescheiden. De temperatuur van de in het gas achter-30 blijvende deeltjes wordt zover verminderd, dat versintering tegen de warmte-uitwisselvlakken uitgesloten is. De warmte-overdracht vindt overwegend plaats door straling. Een direct contact van de vloeibare as met de warmte-uitwisselaarwand is uitgesloten, omdat de doorsnede van de centrale ruimte in verhouding tot de intree-35 opening van het gas en de lengte van het warmte-uitwisselaarelement voldoende groot is gekozen. In een tweede koeltrap, die volgt op de stralingsketel, vindt de warmte-overdracht in hoofdzaak plaats door convectie. Alhoewel de bekende werkwijze voor warmte-terugwinning 80 04 7 17 2 practisch "bruikbaar is gebleken kan deze werkwijze op enkele punten nog worden verbeterd. Zo bedraagt de afscheidingsgraad van de as weliswaar meer dan 90% en is daarmee verrassend hoog. Anderzijds moet een verdere verbetering van de as-afscheiding worden nage-5 streefd. Bovendien wordt de warmte-overdracht door een zeer losse, in de vorm van een doorgaande aslaag van enkele millimeters dikte op de warmte-uitwisselaarvlakken ook dan gehinderd, wanneer de vloeibare, as niet op de wand terecht komt. Alhoewel deze aslaag plaatselijk weer loslaat van de warmte-uitwisselaarvlakken zodra ze een be-10 paalde dikte heeft bereikt heeft deze laag een aanzienlijke vermindering van de warmte-overdracht tot gevolg.

Bij het direct induiken van de vloeibare as-druppeltjes in het waterbad ontstaat bij voorkeur vaste as met een relatief laag stort-gewicht. Om de dimensie van de afvoersluizen uit het druk-15 systeem zo klein mogelijk te bemeten wordt nagestreefd grof-korre-lige ·βη dichtere as te verkrijgen. Iet vormen van grof-korreliger as is ook voor de verdeling van de totale as in koolstof-arme grove as en koolstof houdende fijne as van voordeel, omdat de fijne as in het vergassingsproces teruggevoerd wordt. Tenslotte moet er nog op 20 gelet worden dat volgens de bekende werkwijze de waarneembare warmte van de vloeibare as nagenoeg volledig verloren gaat. De uitvinding heeft nu ten doel de bovengenoemde nadelen op te heffen. De uitvinding verschaft daaroe een stralingsketel voor de afkoeling van een aan de bovenzijde van de stralingsketel loodrecht ingevoerde gasstroom, 25 welke vaste en smelt-vloeibare deeltjes bevat, welke na afkoeling verstijven en via een in het onderste deel van de stralingsketel aanwezig waterbad worden afgezogen. De stralingsketel volgens de uitvinding draagt het kenmerk, dat ze twee of meer concentrisch geplaatste cilii&ische warmte-uitwisselaar-elementen bevat waarvan 50 het binnenste van boven naar beneden en de ringvormige ruimten die worden gevormd tussen de buitenvlakken van de telkens binnen-liggen-de en de binnenvlakken van telkens buiten-liggende warmte-uitwisselaar-elementen, na een één- of meermalige richting afbuiging van de gasstroom worden doorstroomd waarbij de reiniging van de opper-55 vlakken van de afzonderlijke warmte-uitwisselaar-elementen plaatsvindt met behulp van procesgas dat door straalpijpjes onder verhoogde druk wordt ingevoerd en verder boven het waterbad en als warmte-uitwisselaar-element uitgevoerde centrisch aangebrachte stuitkegel, voorzien van een straalpijpsysteem voor reiniging met 40 water, aanwezig is.

80 04 7 17 3

De stralingsketel volgens de uitvinding bevat twee of meer cencentrisch aangebrachte cilindrische warmte-uitwisselaar-elementen. De configuratie met meerdere warmte-uitwisselaar-elementen verzekert een verbeterde terugwinning van de proceswarmte als gevolg van 5 het vergrote warmte-uitwisselaar-oppervlak..

Bij toepassing van slechts één warmte-uitwisselaar-element kan alleen de binnenzijde van dit warmte-uitwisselaar-element voor de warmte-afvoer worden gebruikt omdat het warmte-uitwisselaar-element tevens ten doel heeft de druk-opvangende buitenwand van de 10 stralingsketel tegen thermische belasting te beschermen.

Bij inbouw van twee of meer concentrisch geplaatste cilindrische warmte-uitwisselaar-elementen wordt na één of meerdere malen op afbuigen van de af te koelen gasstroom zowel de buitenzijde van de telkens binnen-liggende als ook de binnenzijde van 15 de telkens buiten-liggende warmte-uitwisselaar-elementen gebruikt voor het afkoelen van de gasstroom waardoor in vergelijking met de inbouw van slechts één warmte-uitwisselaar-element het voor de warmte-afvoer aanwezige oppervlak meer dan verdubbeld wordt.

Als warmte-uitwisselaarelement kunnen de gebruikelijke in vakkringen bekende inrichtingen zoals bijvoorbeeld platenkoelers worden gebruikt. Bijzonder gunstig zijn echter warmte-uitwisselaar-elementen gebleken die opgebouwd zijn door het samenvoegen van, van ribben voorziene buizen tot een van ribben voorziene wand, welke elementen worden gebruikt in de ketelbouw voor krachtcentrales. Het 25 buisleidingstelsel van de van ribben voorziene wand kan door een willekeurig koelmiddel worden doorstroomd, bijvoorbeeld met water of verzadigde stoom. Bij toevoer van verzadigde stoom is het noodzakelijk om Ier verhindering van corrosie die bij hogere temperaturen optreedt, de van ribben voorziene buizen te vervaardigen uit een jO zwavelwaterstof bestendig materiaal.

Het gas stroomt door een binnenste warmte-uitwisselaar-ele-menf naar beneden en voert zijn warmte af via het binnenvlak van dit warmte-uitwisselaar-element. Na richtingsverandering stroomt het dan weer naar boven en overdraagt zijn warmte door straling op het bui-35 tenoppervlak van het binnenste warmte-uitwisselaar-element en het binnenoppervlak van het om dit binnenste warmte-uitwisselaar-element concentrisch geplaatste buiten liggende warmte-uitwisselaar-element. Afhankelijk van het aantal toegepaste uitwisselaar-ele-menten wordt de gasstroom in het stelsel één of meerdere malen van 40 richting veranderd.

«004717 4

De richtingsverandering van de gasstroom vindt plaats door het in het onderste deel van de stralingsketel aangehraohte water-had in samenhang met de centrisch opgebouwde stuitkegel en afbuig-platen die aan het betreffende warmte-uitwisselaar-element zijn be-5 vestigd en tot in het waterbad verlopen. Het van beneden naar boven stromende gas wordt aan het bovenste uiteinde van het warmte-uitwis-selaar-element met behulp van een gekoelde afbuigplaat die telkens twee warmte-uitwisselaar-elementen met elkaar verbindt, opnieuw van richting veranderd. Het van boven naar beneden stromende gas 10 wordt opnieuw door de in het onderste deel van de stralingsketel aangebrachte waterbad en door afbuigplaten die aan het betreffende warmte-uitwisselaar-element zijn bevestigd en tot in het waterbad verlopen, van richting veranderd.

De centrisch aangebrachte stuitkegel is uitgevoerd als warmte-15 uitwisselaar-element op basis van een van binnen voorziene wand en vangt bij voorkeur de naar beneden vallende grotere vloeibare as op en levert extra processtoom. De as die afzet op de gekeolde stuitkegel verstijft in dunne schollen die als gevolg van krimpspanningen vanzelf losspringen en in het waterbad afglijden.

20 Dit proces wordt door het periodiek inspuiten van water via een boven de stuitkegel geplaatste straalpijpstelsel ondersteund.

De reiniging van het oppervlak van de stuitkegel vindt plaats door bovendien water onder druk toe te voegen in de stuitkegel, waarbij het onder druk toegevoerde water door een aantal uittree-openingen 25 terecht komt op het te reinigen oppervlak van de stuitkegel. Er ontstaan derhalve geen dikkere ongewenste slaklagen.

Op deze wijze wordt een koolstofarme compacte as verkregen die gemakkelijk kan worden gescheiden van de koolstof-houdende fijne as die opnieuw circuleert in het vergassingsproces. Bovendien 30 wordt de van de vloeibare as gewonnen warmte gebruikt voor het winnen van processtoom. Dat is juist bij toepassing van as-rijke ballastkool van voordeel. Omdat de asschollen de blokkeerorganen van de sluizen die zich in het onderste deel van het waterbad bevinden, moeten passeren worden ze op doelmatige wijze door een 33 voorgeschakelde preker verkleind om de blokkeerorganen van de sluis tegen te grote afzonderlijke stukken te beschermen.

Tijdens het technisch bedrijf van de stralingsketel ontstaat wegens bezetting van de warmte-uitwisselaar-vlakken door in de gas-stroom meegevoerde as snel en aanzienlijke vermindering van de warm-40 te-overdracht hetgeen een verslechtering van de warmte-afvoer via 80 04 7 17 5 de -warmte-uitwisselaar-elementen tot gevolg heeft. Men verhindert volgens de uitvinding deze beïnvloeding van de warmte-overdraoht door een speciaal reinigingsstelsel.

Hierbij worden door het periodiek instralen van mechanisch 5 zuiver afgekoeld procesgas de warmte-uitwisselaar-vlakken schoon geblazen. Voorwaarde voor deze overrassend sterke werking in de relatief zware gasvulling van de stralingsketel is een hoge aan-vals-impuls van de gasstraal die door recompressie van ongeveer 196 van het procesgas op een druk van 50 tot 300 bar boven de werk-10 druk van de stralingsketel wordt opgewekt. Ter verbetering van deze reinigingswerkwijze en ter vermijding van sterke drukwisselingen in de stralingsketel en de reactor wordt het sproeistelsel in een voldoend aantal secties verdeeld die telkens afzonderlijk worden gereinigd.

15 Ben extra verdere terugwinning van proceswarmte uit de voor gekoelde, nu nog geringe hoeveelheden fijne asbeatbaxte procesgasstroom vindt plaats bij daaropvolgende convectie-koelelementen.

De gasstroom neemt in de stralingsketel volgens de uitvinding de volgende weg: 20 De te koelen gasstroom treedt door de centrale buisstomp as parallel in de stralingsketel naar binnen en stroomt loodrecht met slechts geringe radiale componenten naar beneden. Grovere vloeibare as-deeltjes warden hierbij niet beïnvloed en naar de wanden van de warmte-uitwisselaar-elementen geslingerd maar komen bij voorkeur 25 terecht op de gekoelde stuitkegel. In het bovendeel van de stralingsketel treedt onder een gedeeltelijke terugvermenging van de gasstroom reeds een intensieve warmte-uitwisseling op bij de binnenwand van het binnenste warmte-uitwisselaar-element, hetgeen een sterke afkoeling van de gasstroom tot gevolg heeft. In het onderste 30 deel van het binnenste warmte-uitwisselaar-element bevindt zich de centrisch aangebrachte stuitkegel, die in verbinding met het onder de kegel aanwezige waterbad en de aan het eerstvolgende warmte-uitwisselaar-element bevestigde en tot in het waterbad verlopende af-buigplaten een afbuiging van de gasstroom veroorzaakt, waarbij de 35 in de gasstroom meegevoerde as-deeltjes in het waterbad worden geslingerd. Als gevolg van de inbouw van de stuitkegel ontstaat een vernauwing van de stromingsdoorsnede die een dienovereenkomstige vervolging van de stromingssnelheid van de gasstroom met zich meebrengt. Door een voldoende bemeting van de ringvormige ruimte 40 tussen de concentrische cilindrische warmte-uitwisselaar-elementen 0 Λ Λ /. *7 4 6 wordt ter wille van verdere daling van het as-gehalte de stromingssnelheid van de gasstroom in opstijgende richting duidelijk verminderd. De gasstroom kan docr inbouw van verdere concentrische cilindrische warmte-uitwisselaar-elementen verder worden afgekoeld 5 en hierbij meervoudig van richting worden veranderd.

De som van deze maatregelen leidt tot een verbetering van de afscheidingsgraad voor as tot waarden van 95% bij toepassing van een kool die ongeveer 6% as bevat.

In het volgende wordt een voor de uitvinding karakteristieke 10 uitvoeringsvorm van de stralingsketel geïllustreerd in de bijgevoegde figuur, in detail beschreven. Met het referentiecijfer 1 is een druk-opvangende rotatie symmetrisch ten opzichte van de centrale as van de stralingsketel te denken buitenwand weergegeven. Een te koelen gasstroom treedt door een vuurvast beklede intree- buisstomp 2 15 in de stralingsketel naar binnen. Het gas wordt vervolgens tegen de binnenste vlakken van een binnenste warmte-uitwisselaar-element 5 afgekoeld. Het komt dan terecht op een centrisch geplaatste stuit-kegel 11 waar op de grovere vloeibare as wordt afgescheiden en afge-koeld. Om het reinigingsproces van de stuitkegel 11 te ondersteunen 20 is boven de stuitkegel een stelsel 14 van straalpijpjes aangebracht welke met water worden gevoed. Een waterbad 9 in het onderste deel van de stralingsketel neemt de as-deeltjes op zowel uit de gasstroom welke deeltjes door de tengevolge van de richtingsverandering opgeroepen krachten worden weggeslingerd als ook de van de stuitkegel 25 afkomstige compacte as. De in het waterbad gesuspendeerde as wordt via een afvoerbuisstomp 5 afgevoerd en geleid over een slakbreker naar een assluis. In het watervad 9 is een trechter 10 aangebracht met behulp waarvan de vaste stoffen aan de centrale afvoerbuisstomp 5 worden toegevoerd. De centrisch geplaatste stuitkegel 11 wordt 50 via een leiding 12 voorzien van koelwater en de gewonnen proces-stoom wordt via een leiding 13 afgevoerd. Het voor de reiniging van de stuitkegel 11 ingebouwde straalpijpstelsel 14 wordt via een leiding 15 voorzien van water. Concentrisch geplaatste cilindrische warmte-uitwisselaar-elementen 5 en é ontvangen hun koelmedium via 35 één of meer toevoerleidingen 7, De uit de warmte-uitwisselaar-elementen uittredende processtoom wordt via één of meer leidingen 8 afgevoerd. De gasstroom wordt aan het oppervlak van het waterbad 9 van richting veranderd. Ze komt dan terecht in de ringvormige ruimte tussen de beide concentrisch geplaatste cilindrische warmte-40 uitwisselaar-elementen 5 en 6. De afkoeling vindt hierbij in opstij- 80 0 4 7 17 7 gende richting plaats zowel aan de buitenzijde van het binnenste warmte-uitwisselaar-element 5 als ook aan de binnenzijde van het buitenste warmte-uitwisselaar-element 6. Het op deze wijze gekoelde en mechanisch voorgereinigde gas treedt via één of meer gekoelde 5 uittree-buisst mpen en gekoelde leidingen 4 nit de stralingsketel naar buiten. De reiniging van de warmte-uitwisselaar-vlakken van aanhechtend as vindt plaats door het inspuiten van procesgas via een straalpijpstelsel 17? dat op de wijze var. een roetblazer in verbinding staat met een voorraadhouder 20 voor proceseigen gas en een 10 compressor 21. Het voor de reiniging toegepaste procesgas wordt via één of meer leidingen 16 aan het straalpijpstelsel toegevoerd. Voor de koeling van het straalpijpstelsel 17 wordt via een omloopleiding 18 het straalpijpstelsel continu met een kleine gashoeveelheid gevoed. Via een ventiel 19 wordt het straalpijpstelsel 17 periodiek 15 met grotere gashoeveelheden, nodig voor de reiniging van de afzonderlijke warmte-uitwisselaar-segmenten, gevoed. De voor de reiniging van de afzonderlijke warmte-uitwisselaar-segmenten noodzakelijke hoge beginpuls van de gasstroom wordt door een 50 tot 300 bar boven de werkdruk van de stralingsketel liggende overdruk van de voorraad-20 houder 20 gewaarborgd.

80 04 7 17

Claims (1)

1. CONCLUSIE. Stralingsketel voor het afkoelen van een aan de bovenzijde van de stralingsketel loodrecht ingevoerde gasstroom welke vaste en smeltvloeibare deeltjes bevat, die na afkoeling en verstijving via een in het onderste deel van de stralingsketel aanwezig waterbad 5 worden af gezogen, met het kenmerk, dat de stralingsketel twee of meer concentrisch geplaatste cilindrische warmte-uitwisselaar-elementen (5, 6) bevat, waarvan het binnenste van boven naar beneden en de ringvormige ruimten die bepaald worden door het buitenoppervlak van de telkens binnen liggende en het binnen-10 vlak van de telkens buiten liggende warmte-uitwisselaar-elementen, na een één of meermalige ombuiging van de gasstroom worden door-strnomd, en verder boven het waterbad een als warmte-uitwisselaar-element uitgevoerde centrisch geplaatste stuitkegel (ll) aanwezig is die een straalpijpstelsel (14) voor reiniging met water bezit en 15 waar achter een slakbreker is geplaatst, terwijl de reiniging van de oppervlakken van de warmte-uitwisselaar-elementen plaats vindt met behulp van procesgas dat door straalpijpen (17) onder verhoogde druk wordt ingevoerd. —oooOooo--- 8004717