NL8202818A

NL8202818A - Vertikale stralingsketel.

Info

Publication number: NL8202818A
Application number: NL8202818A
Authority: NL
Original assignee: Stork Ketel & App
Priority date: 1982-07-12
Filing date: 1982-07-12
Publication date: 1984-02-01
Also published as: DE3323818A1; WO1984000411A1; IN157938B; AU552977B2; DE3323818C2; SU1400518A3; NL187177C; US4513694A; JPH0330765B2; ZA835070B; CA1208507A; JPS59501276A; NL187177B; AU1709983A; DE8319091U1

Description

#s5 . *

Μ Kon/HH,3Stork KAB

A

* -1-vertikale stralingsketel.

De uitvinding betreft een vertikale stralingsketel, in het bijzonder voor het winnen van warmte uit procesgassen van asvormende, koolstofhoudende brandstoffen, bestaande uit een vat, dat binnen zijn mantel voorzien is van membraanpij- 5 penwanden die worden doorstroomd door een koelmedium en die een door procesgassen te doorstromen stromingsruimte begrenzen, die aan haar bovenzijde een centrale invoer voor het procesgas, aan haar onderzijde een omkeerruimte voor het omkeren van de stromingsrichting van het procesgas en aanslui-10 tend daarop een afvoer voor het gekoelde procesgas heeft, welke omkeerruimte begrensd is door een waterruimte voor het daarin opvangen van aldaar afgescheiden asdeeltjes. Een dergelijke vertikale stralingsketel is bekend en is bestemd voor het winnen van de bij vergassing van asvormende, koolstof-15 houdende brandstoffen optredende proceswarmte.

Het produceren van stoom met behulp van in het proces opgewekte warmte is in de regel moeilijk, in het bijzonder wanneer vloeibare asdeeltjes in grote concentraties in de gasfase worden meegevoerd, zoals kenmerkend voor onder druk 20 uitgevoerde vergassingswerkwijzen, bijvoorbeeld vergassen van steenkolen of ashoudende aardolie.

Het gas wordt in de stralingsketel afgekoeld tot een niveau, waarop de meegevoerde as verstard is. De as wordt bij de richtingsomkering van de gasstroom grotendeels afge-25 scheiden in een onderin de stralingsketel aangebracht watervat. De warmteoverdracht vindt hoofdzakelijk plaats door v ^ straling. Doordat de temperatuur van het warmtewisselend oppervlak voldoende laag wordt gekozen, vindt geen verkleven van vloeibare asdelen tegen dit oppervlak plaats, zodat, wan-30 neer het warmtewisselend oppervlak voldoende vaak gereinigd wordt met bijvoorbeeld roetblazers, er geen vervuiling van dit oppervlak hoeft op te treden.

Bij de bekende vertikale stralingsketel voor de afkoeling van het van vloeibare asdelen voorziene gas wordt 35 het warmtewisselend oppervlak aangebracht aan de binnenomtrek van het drukvat, waarin de warmte-uitwisseling plaats vindt. Het nadeel daarvan is dat relatief weinig warmtewisse- 8202818 \ -2- lend oppervlak per volume-eenheid van de warmtewisselaar aangebracht kan worden.

Ook is een vertikale stralingsketel bekend, waarbij meerdere concentrisch geplaatste, cilindervormige warmtewis-5 selende oppervlakken toegepast worden. Het nadeel daarvan is, dat het gas bij de omkering van de gasstroom van het ene cilindervormige oppervlak naar het andere cilindervormige oppervlak vaak nog een zodanig hoge temperatuur bezit, dat de as nog niet verstard is, waardoor verslakkingen van het warm-1° tewisselend oppervlak ter plaatse van de omkering mogelijk zijn. Bij de bekende vertikale stralingsketels voor warmte— uitwisseling wordt gebruik gemaakt van verdeelkasten die dienen als verdeelpunten voor het koelmiddel dat aan de onderzijde in de warmtewisselaar ingebracht wordt. Deze konstruk-*5 tie heeft het nadeel, dat zich hierop slakafzettingen kunnen voordoen, die agressief van karakter zijn en mogelijk de levensduur van de verdeelkasten beperken. De verdeelkasten bestaan in het algemeen uit dikwandig materiaal. Een bijkomend nadeel is daarbij het optreden van thermoshock bij de 20 ondergelegen verdeelkasten ten gevolge van opspattend water op dit materiaal vanuit het waterbad. Een ander nadeel is de noodzaak toevoerpijpen voor het koelmedium in het onderste deel van de stralingsketel aan te brengen. Daarbij kan het uit konstruktief oogpunt noodzakelijk zijn deze toevoerpijpen 25 door het onder in de stralingsketel geplaatste waterbad aan te brengen, hetgeen uit overwegingen met betrekking tot corrosie minder gewenst is. Een ander nadeel bestaat daaruit, dat ter plaatse van de scheiding van de neergaande en de van onderen komende opwaartse gasstroming warmtewisselend opper-30 vlak aangebracht wordt, dat met behulp van de gangbare technieken minder effectief gekoeld kan worden, omdat de verbin-dingsstrippen tussen de pijpen, die de scheidingswand vormen, of noodzakelijkerwijs zodanig groot zijn, dat deze daardoor een hoge temperatuur krijgen of van een zodanige configuratie 35 zijn, dat zich gemakkelijk asophopingen voordoen, die agressief van karakter zijn. Dit kan nadelig zijn voor de levensduur van dit oppervlak.

De uitvinding heeft ten doel de genoemde nadelen te 8202818 -3- verminderen. Daartoe omvatten de membraanpijpenwanden een met de mantel van het vat concentrische, cilindrische, eerste membraanpijpenwand die zich over de lengte van de stroroings-richting en de omkeerruimte uitstrekt, een aantal daarbinnen 5 gelegen radiaal geplaatste tweede pijpenwanden, een de radiale pijpenwanden aan hun onderzijden begrenzende trechtervormige derde membraanpijpenwand en een op de trechtervormige membraanpijpenwand aansluitende, korte cilindrische vierde membraanpijpenwand, waarbij de derde en de vierde membraan-10 pijpenwand gevormd worden door uit de eerste membraanpijpenwand afgetakte pijpen. Hierdoor is het totale warmtewisselend oppervlak per volume-eenheid van de vertikale stralingsketel aanmerkelijk toegenomen, waardoor de afmetingen van de stra-lingsketel gereduceerd kunnen worden. Indien de radiale pij-15 penwanden op een radiale afstand van de hartlijn van de vertikale stralingsketel eindigen, blijft de mogelijkheid bestaan de in het gas aanwezige vloeibare as in vertikale richting te transporteren naar het waterbad.

De warmte-wisselende membraanpijpenwanden zijn bij 20 voorkeur opgebouwd uit naast elkaar geplaatste en van aan elkaar bevestigde ribben voorziene cilindrische pijpen. Daarbij doorstroomt het koelmedium de cilindrische pijpen bij voorkeur in eerste instantie in vertikale neerwaartse richting en vervolgens in vertikale opwaartse richting in een al of niet direkt naastgelegen pijp die met de in neerwaartse richting doorstroomde pijp verbonden is. Hierdoor kunnen de verzamelkasten in het onderste deel van de stralingsketel vervallen evenals de onderste toevoerpijpen voor het koelmedium. Om de s-troming van het koelmediumvte verzekeren, dient 30 gebruik gemaakt te worden van gedwongen circulatie van het koelmiddel door middel van een pomp.

Doordat gebruik gemaakt wordt van gedwongen circulatie volgens bovenstaand principe kan de scheiding tussen de neergaande en opwaartse gasstroom gerealiseerd worden met 35behulp van in de cilindrische pijpen aangebrachte T-stukken, waardoor een effectievere koeling van het warmte-wisselend oppervlak gerealiseerd kan worden, hetgeen de levensduur van dit oppervlak ten goede komt.

De uitvinding zal aan de hand van de hierna volgen- 8202818 -4- % de beschrijving aan de hand van een tekening worden verduidelijkt.

In de tekening stellen schematisch voor: figuur 1 een vertikale doorsnede door een voor-5 keursuitvoeringsvorm van een vertikale stralingsketel volgens de uitvinding, figuur 2 een doorsnede over lijn II-II, en figuur 3 een perspektivisch aanzicht van een mogelijke uitvoeringsvorm van detail III van figuur 1.

10 De vertikale stralingsketel 10 volgens de uitvin ding bestaat uit een vat 1T dat begrensd is door een mantel 12, dat inwendig is voorzien van membraanpijpenwanden die door koelmedium worden doorstroomd. Deze membraanpijpenwanden omvatten een concentrische, cilindrische eerste membraanpij-^ penwand 1, die zich over het overgrote deel van de vatlengte uitstrekt; een aantal daarbinnen staande, radiale, tweede pijpenwanden 2 die op een radiale afstand a van de hartlijn van de stralingsketel 10 eindigen en die daardoor een centrale cilin-drische onbelemmerde vertikale doorgang voor procesgas vrijlaten; een de radiale pijpenwanden 2 aan hun onderzijde begrenzende, trechtervormige derde membraanpijpenwand 3; en een korte cilindrische vierde membraanpijpenwand 4.

Een hete procesgasstroom treedt volgens pijl 6 binnen in een boven in de stralingsketel 10 aangebrachte, door een bemetselde isolatiewand 7 begrensde gasinlaat 8 en komt dan in een vertikale stromingsruimte 21 die door de membraanpijpenwanden 1 en 3 en een gemetselde bovenwand 13 is 30 begrensd en waarin de pijpenwanden 2 staan opgesteld. Onder de stromingsruimte 10 bevindt zich een omkeerruimte 14, bestaande uit een kort cilindrisch stromingskanaal 15 dat door de membraanpijpenwand 4 is begrensd, een tussen de membraanpijpenwanden 1 en 4 aanwezige uitstroomruimte 17 en een daar-35 tussen aangebrachte, door een water 19 bevattende waterhouder 18 begrensde afscheidsruimte 16. Bij het over 180° omkeren van de gasstroom volgens de pijlen 6 scheiden de asdeeltjes 20 zich grotendeels af en worden in het water 19 opgevangen.

8202818 -5- t-

Op de uitstroomraimte 17 is ten minste één uitlaat 22 voor afgekoelde gassen aangesloten. Het koelmedium/ bijvoorbeeld water wordt aan de stralingsketel 10 toegevoerd via ten minste één koelmediuminlaat 23 die op een rondlopende verza-5 melleiding 24 is aangesloten, van waaruit pijpen 25 uitgaan, die zich in de membraanpijpenwand 1 neerwaarts uitstrekken, die zich volgens een haarspeldbocht onder in het vat 11 over 180® omkeren en ernaast weer opwaarts zijn gericht en die dan als pijpen 26 uitkomen op een rondlopende, van ten minste een afvoer 28 voorziene verzamelleiding 27. Evenzo gaan er van de verzamelleiding 24 verbindingspijpen 29 naar verzamelleidin-gen 30 die neerwaartse pijpen 31 voeden, die eveneens volgens haarspeldbochten 32 zijn omgeleid en als opwaartse pijpen 33 uitkomen op verzamelleidingen 34. Deze zijn via verbindings-15 leidingen 35 verbonden met de rondlopende leiding 27.

De pijpen 36 van de derde en vierde membraanpijpen-wanden 3 en 4 zijn volgens de configuratie van figuur 3 bij T-verbindingen 37 met pijpen 25 en 26 van de membraanpijpenwand 1 verbonden. Aangezien in de koelmediumsystemen van de 20 pijpenwanden 1, 2, 3 en 4 onder in de stralingsketel 10 bij de lagere temperatuur van de procesgassen geen verzamelleidingen aanwezig zijn, wordt afzetting van deeltjes en daarmede slakvorming vermeden.

Zoals in het bijzonder in figuur 2 te zien is, be-25 staan de membraanpijpenwanden 1, 3 en 4 uit een reeks pijpen 25 en 26 respektievelijk 36 die onderling zijn verbonden met de onderlinge afstanden overbruggende stalen strippen 38 en bestaat elke pijpenwand 2 uit een reeks pijpen 31 en 33 die al of niet onderling zijn verbonden met metalen strippen 38.

8202818

Claims

1. Vertikale stralingsketel (10), in het bijzonder voor het winnen van warmte uit procesgassen van asvormende koolstofhoudende brandstoffen, bestaande uit een vat (11), dat binnen zijn mantel voorzien is van membraanpijpenwanden 5 (1) die worden doorstroomd door een koelmedium en die een door procesgassen te doorstromen stromingsruimte begrenzen, die aan haar bovenzijde een centrale invoer voor het procesgas, aan haar onderzijde een omkeerruimte voor het omkeren van de stromingsrichting van het procesgas en aansluitend *0 daarop ten minste één afvoer voor het gekoelde procesgas heeft, welke omkeerruimte begrensd is door een waterruimte voor het daarin opvangen van aldaar afgescheiden asdeeltjes, met het kenmerk, dat de membraanpijpenwanden omvatten een met de mantel van het vat concentrische, cilindrische, eerste membraanpijpenwand die zich over de lengte van de stromingsruimte en de omkeerruimte uitstrekt, een aantal daarbinnen gelegen radiaal geplaatste tweede pijpenwanden, een de radiale pijpenwanden (2) aan hun onderzijden begrenzende trechtervormige derde membraanpijpenwand (3) en een op de trech-20 tervormige membraanpijpenwand aansluitende, korte cilindrische vierde membraanpijpenwand, waarbij de derde en de vierde membraanpijpenwand gevormd worden door uit de eerste membraanwand afgetakte pijpen.

2. Vertikale stralingsketel volgens conclusie 1, 25 met het kenmerk, dat de cilindrische eerste membraanpijpenwand wordt gevormd door geheel of gedeeltelijk naast elkaar liggende U-vormige pijpen, waarvan aan de bovenzijde telkens het ene been is verbonden met een ringvormige verzamelleiding voor de watertoevoer en het andere been met een ringvormige 30 verzamelleiding voor de waterafvoer.

3. Vertikale stralingsketel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de radiale tweede pijpenwanden zijn opgebouwd uit een aantal in één vlak gelegen U-vormige pijpen, waarvan aan de bovenzijde telkens het ene been is ver- 35 bonden met een verzamelleiding voor de watertoevoer en het andere been met een verzamelleiding voor de waterafvoer. 8202818 -7-

4. Vertikale stralingsketel volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de verzamelleidingen zijn aangesloten op een watercirculatiesysteem met gedwongen circulatie.

5. Vertikale stralinqsketel volgens één van de 5 voorqaande conclusies, met het kenmerk, dat de radiale pij-* penwanden (2) op een radiale afstand a van de hartlijn (5) van de vertikale stralinqsketel eindiqen. 8202818