PL159891B1

PL159891B1 - wo utlenionego gazu PL

Info

Publication number: PL159891B1
Application number: PL1989278113A
Authority: PL
Original assignee: Krupp Koppers Gmbh 4300 Essen De
Priority date: 1988-03-19
Filing date: 1989-03-07
Publication date: 1993-01-29
Also published as: IN171482B; ES2009696A6; JPH01297497A; DE3809313A1; ZA889516B; JP2633677B2; US4936871A

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób chłodzenia częściowo utlenionego gazu, który w szczególności uzyskiwany jest przez utlenianie częściowe bogatego w substancje balastowe węgla i/lub innych nośników węgla o wysokiej zawartości substancji nieorganicznych, przy czym wytwarzany w wyposażonym w ogniotrwałe wymurowanie naczyniu reakcyjnym częściowo utleniony gaz jest kierowany do dołączonej dalej strefy chłodzenia, w której strumień potoku chłodzącego jest pierścieniowo wtryskiwany w kierunku przepływu gazu do częściowo utlenionego gazu. Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do chłodzenia częściowo utlenionego gazu.

Przy utlenianiu częściowym węgla i/lub innych nośników węgla w temperaturach powyżej punktu topnienia żużla opuszczający naczynie reakcyjne utleniony częściowo gaz o temperaturze między 1200 i 1700°C prowadzi ze sobą płynne ewentualnie klejące cząstki. Przy dalszej obróbce gazu należy w związku z tym zatroszczyć się o to, aby te substancje towarzyszące nie wpływały

159 891 3 negatywnie na następujący dalej proces obróbki w wyniku osadzania się na ściankach stosownej aparatury, na powierzchniach wymienników ciepła i/lub w rurach.

W związku z powyższym już uprzednio zostało postawione wymaganie, aby wewnątrz dołączonej do naczynia reakcyjnego strefy chłodzenia płyn chłodzący wymieszać w takim stopniu z gorącym strumieniem częściowo utlenionego gazu, aby częściowo utleniony gaz i prowadzone z nim substancje towarzyszące zostały oziębione, aby wewnątrz strefy chłodzenia nieutwardzone, gorące, jeszcze klejące cząstki nie przedostawały się na ścianki strefy chłodzenia i nie prowadziły tam do osadzania się. I tak z opisu ogłoszeniowego RFN nr DE-OS 35 24 802 znany jest sposób chłodzenia gorącego, zawierającego klejące cząstki produktu gazowego, w którym do produktu gazowego w strefie chłodzenia wtryskiwany jest w formie pierścieniowego strumienia płyn chłodzący, który ma kształt zwężającego się w kierunku przepływu gazu stożka ściętego.

Dotychczas znane środki ograniczały się jednak wyłącznie do obróbki częściowo utlenionego gazu wewnątrz dołączonej do naczynia reakcyjnego strefy chłodzenia. W praktyce okazało się jednak, że w szczególności przy utlenianiu częściowym bogatego w substancje balastowe węgla i/lub innych nośników węgla o wysokiej zawartości nieorganicznych substancji towarzyszących na przejściu z naczynia reakcyjnego do strefy chłodzenia występowały osadzania na skutek przepływu zdolnych do przyklejania się cząstek, które przy użyciu metod wewnątrz strefy chłodzenia były nie do uniknięcia. Przebiegający w sposób wymuszony wzrost tych osadzeń prowadzi przy tym do tego, że zostaje zniekształcona droga gazu w strefie chłodzenia i w związku z tym w dołączonych urządzeniach do obróbki gazu, a zatem całe urządzenie staje się niefunkcjonalne.

Celem wynalazku jest zatem takie ulepszenie i udoskonalenie sposobu na wstępie wymienionego rodzaju, aby zostały wyeliminowane uprzednio wymienione trudności, a jednocześnie zostało zapewnione zadawalające chłodzenie częściowo utlenionego gazu.

Zostało to zgodnie z wynalazkiem osiągnięte w ten sposób, że do częściowo utlenionego gazu wewnątrz naczynia reakcyjnego bezpośrednio przed wejściem do strefy chłodzenia jest wtryskiwany dodatkowo jeszcze jeden pierścieniowy strumień płynu chłodzącego, przy czym ten strumień potoku chłodzącego tworzy ze ścianą naczynia reakcyjnego kąt od 0 do 90°C, a strumień płynu chłodzącego w strefie chłodzenia tworzy ze ścianą strefy chłodzenia kąt od 70 do 90°.

Celowe wykonania zgodnego z wynalazkiem sposobu przewidują przy tym, co następuje:

Kierowany do naczynia reakcyjnego płyn chłodzący jest wtryskiwany z prędkością od 1 do 20 m/s, podczas gdy kierowany do strefy chłodzenia płyn chłodzący w tryskiwany jest z prędkością od 4 do 40 m/s. Stosunek wydajności strumienia płynu chłodzącego wyrażonej w m3/h w naczyniu reakcyjnym do wydajności strumienia płynu chłodzącego w strefie chłodzenia jest tak dobrany, aby leżał w obszarze między 1 i 4. Prędkość przepływu tlenionego częściowo gazu jest tak ustalona, że wpływa on razem z wtryskiwanym do naczynia reakcyjnego strumieniem płynu chłodzącego do strefy chłodzenia z prędkością 1 m/s. Jako płyn chłodzący stosowany jest przeważnie strumień cząstkowy zimnego oczyszczonego częściowo utlenionego gazu. Mogą być jednak stosowane również inne media, jak przykładowo para lub wstępnie podgrzana woda.

Zazwyczaj kąt nachylenia wtryskiwanego do naczynia reakcyjnego i kąt nachylenia wtryskiwanego do strefy chłodzenia strumienia płynu chłodzącego są tak dobrane, że zostaje utworzony strumień o kształcie stożka ściętego, przy czym stożek ścięty zwęża się w kierunku przepływu utlenionego częściowo gazu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie przekrój wzdłużny obszaru przejściowego z naczynia reakcyjnego do strefy chłodzenia i fig. 2 - przekrój wzdłużny części naczynia reakcyjnego wraz z należącą do niego pierścieniową szczeliną, przy czym ta postać wykonania nadaje się do zastosowania wówczas, gdy strumień potoku chłodzącego ma tworzyć ze ścianką naczynia reakcyjnego kąt 0°.

Przedstawione na fig. 1 urządzenie składa się z naczynia reakcyjnego 1 i umieszczonej nad nim strefy chłodzenia 2. Strefa chłodzenia 2 posiada przy tym mniejszą średnicę niż nczynie reakcyjne 1, tak że to ostatnie zwęża się ku górze w kierunku strefy chłodzenia 2. Naczynie reakcyjne 1 jest ograniczone chłodzoną ścianką 3, która na swej stronie wewnątrznej wyposażona jest w ogniotrwałą wymurówkę 4. Na rysunku jest przedstawiony, jak uprzednio powiedziano, jedynie obszar przejściowy od naczynia reakcyjnego 1 do strefy chłodzenia 2, dlatego też nie jest widoczna dolna część naczynia reakcyjnego 1 wraz z umieszczonymi tam palnikami gazyfikującymi i spustem żużla.

159 891

Ponieważ te cechy konstrukcji nie stanowią przedmiotu niniejszego wynalazku, można tu zrezygnować z ich przedstawiania. Chodzi tu w każdym razie w przypadku naczynia reakcyjnego 1 o reaktor zgazowujący o znanych cechach konstrukcyjnych. Ścianka 5 strefy chłodzenia 2 jest chłodzona, nie posiada jednak dodatkowej ogniotrwaej wymurówki. Chłodzenie ścianek 3 i 5 jest korzystnie osiągane przez omywanie ich za pomocą medium chłodzącego, przy czym ścianki 3 i 5 są ściankami rurowymi. Ponieważ strefa chłodzenia 2 jest umieszczona koncentrycznie względem naczynia reakcyjnego 1, oba mają tę samą oś symetrii.

Zgodnie z wynalazkiem w naczyniu reakcyjnym 1 bezpośrednio przed wejściem do strefy chłodzenia 2 przewidziana jest pierścieniowa szczelina 6, która rozciąga się na całym obwodzie naczynia reakcyjnego 1 i przez którą w tym miejscu ma być wtryskiwany do naczynia reakcyjnego 1 płyn chłodzący. Pierścieniowa szczelina 6 jest połączona przy tym poprzez przyłącze 7 z przewodem pierścieniowym, 8, który służy doprowadzaniu płynu chłodzącego i który ze swej strony zasilany jest przez przewód 9. Jak powiedziano uprzednio, wtryskiwany w tym miejscu do naczynia reakcyjnego 1 strumień płynu chłodzącego powinien tworzyć ze ścianką 3 kąt 0-90°. Pierścieniowa szczelina 6 musi dlatego tak być nachylona do ścianki 3, aby kąt a odpowiadał każdorazowo żądanej wartości. Przypadek specjalny występuje wówczas, gdy strumień płynu chodzącego tworzy ze ścianką 3 kąt 0° i w związku z tym ma przepływać równolegle do ścianki 3. W takich przypadkach musi być zastosowny przykład wykonania, przedstawiony na fig. 2. Z doprowdzanego przez pierścieniową szczelinę 6 ewentualnie odpowiedni przewód pierścieniowy 8 i wtryskiwanego w płynący w kierunku strzałki z dołu do góry częściowo utleniony gaz, płynu chłodzącego tworzy się w obszarze przejściowym z naczynia reakcyjnego 1 do strefy chłodzenia 2 strumień płaszczowy płynu chłodzącego o kształcie stożka ściętego. Ten strumień płaszczowy utwardza drobne cząstki, które na wejściu z naczynia reakcyjnego 1 do strefy chłodzenia 2 nie postępują zgodnie z kształtem zwężenia strumienia utlenionego częściowo gazu, zanim zetkną się z obszarem ścianki na wejściu strefy chłodzenia 2. Ponadto ten strumień płaszczowy o kształcie stożka ściętego powoduje wyraźne zmniejszenie koncetracji cząstek w strumieniu częściowo utlenionego gazu w tym obszarze ścianki. Osiągnięte w ten sposób wyeliminownie osadzania w tym obszarze ścianki jest, jak stwierdzono uprzednio, podstawowym warunkiem działania strefy chłodzenia 2.

Z badań własnych wynika, że osadzanie w tym obszarze powoduje turbulencje przepływu wchodzącego do strefy chłodzenia 2 strumienia częściowo utlenionego gazu, które wykluczają prawidłowe wytworzenie mieszaniny płynu chłodzącego i gazu częściowo utlenionego, dzięki któremu mają być wyeliminowane osadzenia w obszarze strefy chłodzenia 2. Poza tym przy silnym wzroście osadzeń w obszarze wlotowym strefy chłodzenia 2 zostaje silnie zakłócony swobodny przepływ strumienia częściowo utlenionego gazu, a nawet całkiem uniemożliwony. Osadzenia, które mogą się tworzyć na spodniej stronie szczeliny 6, dzięki działaniu ogniotrwałego wymurowania i gorącego strumienia częściowo utlenionego gazu, mają nieznaczny rozmiar i nie zakłócają działania ani kształtu strumienia potoku chłodzącego w obszarze ścianek na wyjściu do strefy chłodzenia.

Do strefy chłodzenia 2 jest przez pierścieniową szczelinę 10 wtryskiwany jeszcze jeden strumień płynu chłodzącego. Również tutaj pierścieniowa szczelina 10 jest poprzez przyłącze 11 połączona z przewodem pierścieniowym 12, który służy doprowadzaniu płynu chłodzącego i który jest zasilany przez przewód 13. Jak powiedziano uprzednio, wtryskiwany w tym miejscu do strefy chłodzenia 2 strumień płynu chłodzącego ma tworzyć ze ścianką 5 kąt β równy od 70-90°. Pierścieniowa szczelina 10 musi w związku z tym być tak nachylona względem ścianki 5, aby kąt odpowiadał każdorazowo żądanej wartości. Wtryskiwany przez pierścieniową szczelinę 10 płyn chłodzący tworzy z kolei strumień płaszczowy o kształcie stożka ściętego, który w takich przypadkach służy zarówno ochronie ścianki 5 przed osadzeniami, jak też niezbędnemu chłodzeniu gazu utlenionego częściowo. Dzięki kombinacji doprowadzanego przez pierścieniową szczelinę 6 strumienia płynu chłodzącego z doprowadzanym przez pierścieniową szczelinę 10 strumieniem potoku chłodzącego osiągnięte jest chłodzenie strumienia częściowo utlenionego gazu w taki sposób, że samoczynnie jest wyeliminowane osadzenie zdolnych do przyklejania zanieczyszczeń na ściankach w obszarze wejściowym strefy chłodzenia 2 i w strefie chłodzenia 2. Odnośnie specyficznych parametrów sposobu, które tu mogą być zastosowane, wspomniano już wcześniej.

159 891

W przedstawionym na fig. 1 urządzeniu wewnętrzna średnica di na wejściu do strefy chłodzenia 2 jest równa wewnętrznej średnicy d2 powyżej pierścieniowej szczeliny 10. W odróżnieniu od tej postaci wykonania strefa chłodzenia 2 może być również tak wykonana, że d2 będzie większe niż di. Jest to wykorzystywane przede wszystkim wówczas, gdy wymaga się szczególnego ukształtowania strumienia płaszczowego potoku chłodzącego równolegle do ścianki 5. Generalnie dla strefy chłodzenia 2 zachodzi związek d2

W przedstawionym na fig. 2 przykładzie wykonania pierścieniowa szczelina 6 jest utworzona przez to, że ścianka 3 naczynia reakcyjnego 1 jest w tym obszarze przesunięta. Oznacza to, że wewnętrzna średnica naczynia reakcyjnego 1 jest w takich przypadkach powyżej pierścieniowej szczeliny 6 nieco większa niż poniżej. Przewód pierścieniowy 8 łączy się tu bezpośrednio z pierścieniową szczeliną 6, tak że można zrezygnować z przyłącza 7. Doprowadzanie płynu chłodzącego następuje z kolei przez przewód 9, przy czym wychodzący przez pierścieniową szczelinę 6 płyn chłodzący może przepływać w kierunku strzałki równolegle do ścianki 3 i dlatego kąt a wynosi 0. Ścianka 3 jest na fig. 2 przedstawiona jako ścianka rurowa, która może być omywana przez medium chłodzące. Przewidziane na wewnętrznej stronie ścianki ogniotrwałe wymurowanie nie jest przedstawione na rysunku.

W niniejszym opisie przedstawiony został zgodny z wynalazkiem sposób oraz należące do niego urządzenie w związku z chłodzeniem częściowo utlenionego gazu. Oczywiście możliwe jest ich zastosowanie również wówczas, gdy chodzi o chłodzenie innego gorącego, zawierającego klejące cząsteczki produktu gazowego, który nie został uzyskany w wyniku częściowego utleniania węgla i/lub innych nośników węgla.

ftia: 2

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób chłodzenia częściowo utlenionego gazu, który został w szczególności uzyskany przez utlenianie częściowe bogatego w substancje balastowe węgla i/lub innych nośników węgla o wysokiej zawartości nieorganicznych substancji towarzyszących, przy czym wytwrzany w wyposażonym w ogniotrwałą wymurówkę naczyniu reakcyjnym częściowo utleniony gaz o temperaturze od 1000 do 1700°C jest kierowany do przyłączonej do naczynia reakcyjnego strefy chłodzenia, w której strumień płynu chłodzącego jest w tryskiwany pierścieniowo w kierunku przepływu gazu do częściowo utlenionego gazu, znamienny tym, że do częściowo utlenionego gazu bezpośrednio przed wejściem do strefy chłodzenia wtryskuje się dodatkowo jeszcze jeden pierścieniowy strumień płynu chłodzącego, przy czym ten strumień płynu chłodzącego tworzy ze ścianką naczynia reakcyjnego kąt od 0 do 90°, a strumień płynu chłodzącego w strefie chłodzenia tworzy ze ścianką strefy chłodzenia kąt od 70 do 90°.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kierowany do naczynia reakcyjnego płyn chłodzący wtryskuje się korzystnie z prędkością od 1 do 20 m/s, a kierowany do strefy chłodzenia płyn chłodzący wtryskuje się korzystnie z prędkością od 4 do 40 m/s.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosunek wydajności strumienia płynu chłodzącego w naczyniu reakcyjnym do wydajności strumienia płynu w strefie chłodzenia ustala się korzystnie w zakresie 1:4.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla utlenionego częściowo gazu z wtryskiwanym do naczynia reakcyjnego strumienia płynu chłodzącego wpłyającego do strefy chłodzenia stosuje się prędkość 1 m/s.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako płyn chłodzący stosuje się korzystnie cząstkowy strumień zimnego, oczyszczonego utlenionego częściowo gazu.
6. Urządzenie do chłodzenia częściowo utlenionego gazu, znamienne tym, że naczynie reakcyjne (1) i dołączona bezpośrednio do niego strefa chłodzenia (2) posiadają pierścieniowe szczeliny (6,10) do wprowadzenia płynu chłodzącego, które ze swej strony przyłączone są do przewodów pierścieniowych (8,12) dla doprowadzania płynu chłodzącego.
7. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że pierścieniowa szczelina (6) jest utworzona przez przesunięcie ścianki (3) w tym obszarze.
8. Urządzenie według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że wewnętrzna średnica di na wejściu do strefy chłodzenia (2) jest równa lub mniejsza niż wewnętrzna średnica d2 powyżej pierścieniowej szczeliny (10).