Heissgaskühlanlage zu einer Kohlevergasungsanlage

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Heissgaskühlanlage zu einer kohlevergasungsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

[0002] Eine Heissgaskühlanlage dieser Art ist aus der US-PS 4,328,007 bekannt. Hierbei durchdringt die Gasaustrittsleitung mit einem geraden Abschnitt die zylindrische Wand des Druckgefässes der konvektionskühleinrichtung und führt dann mit einem gebogenen Abschnitt zu einem die konvektionsheizflächen enthaltenden kanal innerhalb des Druckgefässes. Diese konstruktion hat den Nachteil, dass sich die Gasaustrittsleitung nicht demontieren lässt, weil sie zum grössten Teil innerhalb des Druckgefässes verläuft. Ausserdem ist die Gasaustrittsleitung nicht gekühlt, so dass die obere Temperatur des die Strahlungskühlvorrichtung verlassenden Gases begrenzt ist.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heissgaskühlanlage der eingangs genannten Art auf konstruktiv einfache Weise so zu verbessern, dass die Gasaustrittsleitung gekühlt werden kann und zusammen mit einer kühlvorrichtung leicht demontierbar ist.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Durch diese Gestaltung der Gasaustrittsleitung ist diese auf ihrer ganzen Länge jederzeit voll zugänglich und lässt sich zusammen mit dem Rohrkörper auf einfache Weise durch Lösen der Flanschverbindungen demontieren. Damit werden auch etwaige Unterhaltsarbeiten in der konvektionskühlvorrichtung wesentlich erleichtert, sofern sie von oben her durchgeführt werden. Ferner kann wegen des Kühlrohrkörpers die Temperatur des die Strahlungskühlvorrichtung verlassenden Gases höher sein als in der Gasaustrittsleitung der bekannten kühlanlage.

[0005] Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.

[0006] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch vereinfacht einen Vertikalschnitt durch eine Heissgaskühlanlage nach der Erfindung und

Fig. 2 in grösserem Massstab als Fig. 1, den Verbindungsbereich zwischen der Strahlungskühlvorrichtung und der Konvektionskühlvorrichtung.

[0007] Gemäss Fig. 1 besteht die Heissgaskühlanlage im wesentlichen aus einer Strahlungskühlvorrichtung 1 und einer Konvektionskühlvorrichtung 2, von der nur der obere Teil dargestellt ist. Die Strahlungskühlvorrichtung 1 weist ein zylindrisches Druckgefäss 3 auf, das an seinem oberen Ende von einem Gaszufuhrkanal 4 durchdrungen wird, der mit einem nicht gezeichneten Kohlevergasungsreaktor in Verbindung steht. Koaxial zum Druckgefäss 3 ist in diesem ein Einsatz 42 vorgesehen, der aus vertikalen, eng nebeneinanderliegenden Rohren 50 gebildet ist und der einen vom Heissgas von oben nach unten durchströmten ersten Gaszug 5 umschliesst. Der Einsatz 42 ist von einem Hemd 43 umgeben, das ebenfalls aus vertikalen Rohren gebildet ist, die nach Art einer Membranwand dicht zusammengeschweisst sind. Das Hemd 43 umgibt den Einsatz 42 mit Abstand, so dass dazwischen ein Ringraum freibleibt, der vom Gas von unten nach oben durchströmt wird und einen zweiten Gaszug 6 bildet. Die Rohre des Einsatzes 42 und des Hemdes 43 sind an ihren unteren und oberen Enden mit Ringkollektoren 7 bzw. 8 verbunden. Dem Kollektor 7 wird über eine Leitung 9 ein Kühlmittel, z.B. Wasser, zugeführt, das beim Durchströmen der Rohre verdampft und aus dem oberen Kollektor 8 über eine Leitung 10 abgeleitet wird.

[0008] Die Rohre des Einsatzes 42 und des Hemdes 43 sind nahe ihrem oberen Ende an einem aus Profilträgern 11 bestehenden Tragsystem aufgehängt, so dass sie sich nach unten frei dehnen können. Unterhalb des unteren Kollektors 7 ist ein sich nach unten verjüngender, den Boden des Druckgefässes 3 durchdringender Trichter 12 vorgesehen, der teilweise mit Wasser gefüllt ist und zum Auffangen von Asche und Schlacketeilchen dient, die vom Heissgasstrom mitgeführt werden und bei dessen Umlenkung vom ersten Gaszug 5 in den zweiten Gaszug 6 ausgeschleudert werden.

[0009] Die Konvektionskühlvorrichtung 2 weist ebenfalls ein Druckgefäss 15 mit vertikaler Achse auf und in seinem Innern sind mehrere Kühlrohrbündel 13 angeordnet, von denen in Fig. 1 nur eines dargestellt ist. Das Druckgefäss 15 ist nach oben durch einen Deckel 16 verschlossen, der über eine Flanschverbindung 17 mit dem Druckgefäss 15 lösbar verbunden ist. Die beiden nebeneinanderstehenden Druckgefässe 3 und 15 sind in ihrem oberen Bereich über Pratzen 19 und 20 auf einem gemeinsamen Fundament 18 abgestützt.

[0010] Nahe dem oberen Ende des Ringraumes oder zweiten Gaszuges 6 ist am Druckgefäss 3 ein radialer Gasaustrittsstutzen 30 angeschlossen, der sich konisch verjüngt und an seinem verjüngten Ende einen Flansch 29 aufweist. Im Bereich dieses Austrittsstutzens 30 sind die Rohre des Hemdes 43 schleifenartig so nach aussen gebogen, dass sie die Innenfläche des Stutzens und des Flansches bedecken. Durch die konische Form des Stutzens 30 wird die Gasströmung beruhigt. An den Flansch 29 schliesst sich eine Verbindungsleitung 26 an, die hier die Form eines 90°-Krümmers aufweist und die an ihren beiden Enden mit je einem Flansch 27 und 28 versehen ist. Der Flansch 27 ist über nicht dargestellte Schrauben mit dem Flansch 29 lösbar verbunden. Dem Flansch 28 steht ein Flansch 32 gegenüber, der über einen Stutzen 33 am Deckel 16 des Druckgefässes 15 befestigt ist und der ebenfalls über mehrere Schrauben mit dem Flansch 28 lösbar verbunden ist. Die Flansche 27 und 29 einerseits und 28 und 32 andererseits stehen also im rechten Winkel zueinander. Innerhalb der Verbindungsleitung 26 ist eine den Gasstrom führende Leitung 25 angeordnet, die am Flansch 27 beginnt und in einem 90°-Bogen von oben her den Deckel 16 durchdringt und in das Innere des Druckgefässes 15 ragt. Dank der lösbaren Flanschverbindungen lässt sich die Verbindungsleitung 26 zusammen mit der Gasführungsleitung 25 von den Druckgefässen 3 und 15 demontieren.

[0011] Gemäss Fig. 2 ist die Gasführungsleitung 25 vom Flansch 27 aus bis zu ihrem in das Innere des Druckgefässes 15 ragenden Ende als gekühlte Leitung ausgebildet. Zu diesem Zweck besteht die Leitung 25 aus einer Anzahl, z.B. sechzehn, dem Leitungsverlauf entsprechend gebogener Rohre 35, die an ihrem oberen Ende mit einem Ringkollektor 36 und an ihrem unteren Ende mit einem Ringkollektor 37 verbunden sind. Jeweils nebeneinanderliegende Rohre 35 sind über zwischengelegte Stege 38 miteinander verschweisst, so dass sie einen zusammenhängenden gekrümmten Körper bilden. Nahe dem oberen Ringkollektor 36 ist das mit dem kleinsten Krümmungsradius gebogene Rohr 35 mit einem Kühlmittelzufuhrrohr 39 verbunden, das radial angeordnet ist und die Verbindungsleitung 26 durchdringt. Der Ringkollektor 36 ist durch zwei Trennwände in zwei Räume unterteilt, und zwar so, dass fünf in Fig. 2 auf der Krümmungsinnenseite liegende Rohre 35 an den einen Raum des Kollektors angeschlossen sind, während die übrigen elf auf der Krümmungsaussenseite befindlichen Rohre 35 an den zweiten Kollektorraum angeschlossen sind. Das Rohr 35 mit dem grössten Krümmungsradius weist ein radiales Kühlmittelabfuhrrohr 39′ auf, das die Verbindungsleitung 26 durchdringt. Auf diese Weise ergibt sich ein Naturumlauf des Kühlmittels, indem das über das Rohr 39 zugeführte Kühlmittel in den fünf Rohren 35 auf der Krümmungsinnenseite abwärts strömt und dann nach Sammlung und Verteilung im Kollektor 37 in den elf Rohren 35 auf der Krümmungsaussenseite aufwärts strömt, wonach das erwärmte Kühlmittel über das Rohr 39′ abgeführt wird. Das im Rohr 39 zuströmende Kühlmittel teilt sich an der Verbindungsstelle mit dem Rohr 35 in zwei Teilströme, von denen der eine direkt in den abwärts gerichteten Abschnitt dieses Rohres weiterströmt, wogegen der andere Teilstrom zum Ringkollektor 36 strömt und sich dort auf die übrigen vier Fallrohre verteilt. Analog kommen im Abfuhrrohr 39′ zwei Kühlmittelteilströme zusammen, nämlich ein aufwärtsströmender Teilstrom im Rohr 35 mit dem grössten Krümmungsradius und ein Teilstrom aus den übrigen Steigrohren, der über den oberen Raum des Ringkollektors 36 zum Rohr 39′ gelangt.

[0012] Der Ringkollektor 36 ist mit dem Flansch 27 der Verbindungsleitung 26 über einen Kompensator 40 verbunden. Im übrigen sind über die Länge der Leitung 25 verteilt mehrere radiale Stützbleche 41 angeschweisst, die im zusammengebauten Zustand an der Innenfläche der Verbindungsleitung 26 anliegen. Die Durchdringungsstelle des Zufuhrrohres 39 und des Abfuhrrohres 39′ an der Verbindungsleitung 26 kann als dehnbewegliche dichte Verbindung ausgebildet sein, z.B. in Form von sogenannten Thermosleeves.

[0013] Im oberen Bereich der beiden nebeneinanderstehenden Kühlvorrichtungen 1 und 2 ist gemäss Fig. 1 zwischen den beiden Druckgefässen 3 und 15 eine Lasche 14 vorgesehen, die gelenkig mit zwei einander gegenüberstehenden Pratzen 19 und 20 verbunden ist. Die Lasche 14 nimmt an den Druckgefässen wirkende Horizontalkräfte auf und entlastet damit die Verbindungsleitung 26 von diesen Kräften. Falls der Abstand zwischen den Druckgefässen 3 und 15 grösser als in Fig. 1 gezeichnet sein sollte, so kann zwischen die Flansche 27 und 29 ein geradliniges Rohrstück eingesetzt werden, wobei die Lasche 14 entsprechend länger zu bemessen ist. In einem solchen Fall kann es sich empfehlen, die Lasche 14 hohl auszubilden und in den Kühlmittelkreislauf einzuschalten, der in der Gasführungsleitung 25 zirkuliert.

[0014] Abweichend von der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Gasführungsleitung 25 in Rohr-Steg-Rohr-Konstruktion kann diese Leitung auch aus einem gebogenen Rohr mit glatter Innenseite und auf dessen Aussenseite aufgeschweissten, kühlmitteldurchströmten Rohren bestehen. Eine glatte Innenseite der Gasführungsleitung erhält man auch, wenn die Leitung aus kühlmitteldurchströmten, an sich bekannten Ω-Rohren zusammengeschweisst wird.

Ansprüche

1. Heissgaskühlanlage zu einer Kohlevergasungsanlage, mit einer Strahlungskühlvorrichtung und mindestens einer Konvektionskühlvorrichtung, wobei die Strahlungskühlvorrichtung aus einem im wesentlichen zylindrischen Druckgefäss mit vertikaler Längsachse, einem im Druckgefäss koaxial angeordneten Einsatz aus Rohren und einem den Einsatz umgebenden Hemd aus Rohren besteht, wobei der Einsatz an seinem oberen Ende über einen das Druckgefäss durchdringenden Gaszufuhrkanal mit der Kohlevergasungsanlage verbunden ist und der Einsatz einen ersten Gaszug und ein Ringraum zwischen dem Einsatz und dem Hemd einen zweiten, gasseitig nachgeschalteten Gaszug bilden, wobei ferner die neben der Strahlungskühlvorrichtung stehende Konvektionskühlvorrichtung aus einem im wesentlichen zylindrischen Druckgefäss mit vertikaler Längsachse und darin angeordneten Kühlrohrbündeln besteht und wobei nahe dem oberen Ende des Ringraumes am Druckgefäss eine Gasaustrittsleitung angeschlossen ist, die, gebogen verlaufend, in das Innere des Druckgefässes der Konvektionskühlvorrichtung führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsleitung von oben her an das Druckgefäss der Konvektionskühlvorrichtung herangeführt ist und mittels Flanschverbindungen mit den beiden Druckgefässen lösbar verbunden ist, dass in der Gasaustrittsleitung von einem Kühlmittel durchströmte Rohre angeordnet sind, die dem Verlauf der Gasaustrittsleitung entsprechend gebogen und miteinander zu einem Rohrkörper verbunden sind, dass die Rohre an der Gaseintrittsseite der Gasaustrittsleitung mit einem Ringkollektor verbunden sind, der innerhalb der Gasaustrittsleitung angeordnet ist, und dass der Ringkollektor durch zwei Trennwände in zwei Räume unterteilt ist, von denen der eine mit einer Kühlmittelzufuhr und der andere mit einer Kühlmittelabfuhr in Verbindung steht.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre in Strömungsrichtung des Gases über das Ende der Gasaustrittsleitung hinaus verlängert sind und in das Innere des Druckgefässes des Konvektionskühlers ragen.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre an ihrem anderen Ende in einen Ringkollektor münden.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Rohren strömende Kühlmittel das gleiche ist, das in den übrigen Heizflächen der Kühlanlage zirkuliert.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckgefäss der Strahlungskühlvorrichtung und der Gasaustrittsleitung ein sich in Strömungsrichtung des Gases verjüngender Gasaustrittsstutzen vorgesehen ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Bereich der beiden Druckgefässe, aber unterhalb der Gasaustrittsleitung eine die beiden Druckgefässe verbindende, von einem Kühlmittel durchströmte Lasche angeordnet ist.

7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den mit der Kühlmittelzufuhr in Verbindung stehenden Ringkollektorraum eine kleinere Anzahl von Rohren als an den mit der Kühlmittelabfuhr in Verbindung stehenden Ringkollektorraum angeschlossen ist, so dass das Kühlmittel im Naturumlauf die geringere Anzahl Rohre fallend und die grössere Anzahl Rohre steigend durchströmt.

Claims

1. Hot gas cooling plant for a coal gasification plant, with a radiant cooling device and at least one convection cooling device, the radiant cooling device consisting of an essentially cylindrical pressure vessel with a vertical longitudinal axis, an insert arranged coaxially in the pressure vessel and formed from pipes, and a shell surrounding the insert and formed from pipes, the insert being connected at its top end to the coal gasification plant via a gas supply duct, which penetrates the pressure vessel, and forming a first gas flue, while an annular space between the insert and the shell forms a second gas flue, which is arranged downstream on the gas side, the convection cooling device disposed next to the radiant cooling device consisting of an essentially cylindrical pressure vessel with a vertical longitudinal axis and cooling pipe assemblies arranged therein, and a gas outlet conduit being joined to the pressure vessel near the top end of the annular space and, extending in a curved manner, leading into the pressure vessel of the convection cooling device, characterised in that the gas outlet conduit leads up to the pressure vessel of the convection cooling device from above and is connected in a detachable manner to the two pressure vessels by means of flanged connections, that pipes through which a coolant flows are arranged in the gas outlet conduit, are curved so as to correspond to the shape of the gas outlet conduit and are connected together to form a pipe body, that the pipes are connected on the gas inlet side of the gas outlet conduit to an annular collector which is arranged inside the gas outlet conduit, and that the annular collector is divided by two partitions into two spaces, one of which communicates with a coolant supply system and the other with a coolant discharge system.

2. Plant according to claim 1, characterised in that the pipes are extended in the gas flow direction beyond the end of the gas outlet conduit and project into the pressure vessel of the convection cooler.

3. Plant according to claim 2, characterised in that the pipes lead into an annular collector at their other ends.

4. Plant according to one of claims 1 to 3, characterised in that the coolant flowing in the pipes is the same as that circulating in the other heating surfaces of the cooling plant.

5. Plant according to one of claims 1 to 4, characterised in that a gas outlet connection piece, which tapers in the gas flow direction, is provided between the pressure vessel of the radiant cooling device and the gas outlet conduit.

6. Plant according to one of claims 1 to 5, characterised in that a strap which connects the two pressure vessels and through which a coolant flows is arranged in the top area of the two pressure vessels, yet below the gas outlet conduit.

7. Plant according to claim 1, characterised in that a smaller number of pipes adjoin the annular collector space which communicates with the coolant supply system than adjoin the annular collector space which communicates with the coolant discharge system, so that the coolant flows through the smaller numbers of pipes in the downward direction and the greater number of pipes in the upward direction in a natural circulation.

Revendications

1. Installation de refroidissement de gaz chauds d'une installation de gazéification de charbon, comprenant un dispositif de refroidissement par rayonnement et au moins un dispositif de refroidissement par convection, le dispositif de refroidissement par rayonnement se composant d'une cuve sous pression sensiblement cylindrique dont l'axe longitudinal est vertical, d'une pièce rapportée formée de tubes et disposée coaxialement dans la cuve sous pression ainsi que d'une chemise formée de tubes et entourant la pièce rapportée, l'extrémité supérieure de la pièce rapportée communiquant avec l'installation de gazéification de charbon par un canal d'arrivée de gaz qui traverse la cuve sous pression et la pièce rapportée formant un premier parcours de gaz et l'espace annulaire compris entre la pièce rapportée et la chemise formant un second parcours de gaz qui est situé en aval dans le sens de la circulation du gaz et, par ailleurs, le dispositif de refroidissement par convection qui est monté à côté du dispositif de refroidissement par rayonnement se composant d'une cuve sous pression sensiblement cylindrique, dont l'axe longitudinal est vertical et à l'intérieur duquel sont disposés des faisceaux de tubes de refroidissement, une canalisation de sortie du gaz étant raccordée à la cuve sous pression à proximité de l'extrémité supérieure de l'espace annulaire, puis formant un coude pour pénétrer à l'intérieur de la cuve sous pression du dispositif de refroidissement par convection, caractérisée en ce que la canalisation de sortie du gaz mène du haut dans la cuve sous pression du dispositif de refroidissement par convection et elle est assemblée de manière amovible par des fixations à brides aux deux cuves sous pression, en ce que des tubes dans lesquels circule un agent réfrigérant sont disposés dans la canalisation de sortie du gaz, sont coudés de manière à épouser le contour de la canalisation de sortie du gaz et sont reliés les uns aux autres de manière à former un corps tubulaire, en ce que les tubes sont raccordés sur le côté de sortie du gaz de la canalisation de sortie de gaz à un collecteur annulaire qui est disposé à l'intérieur de la canalisation de sortie du gaz et en ce que le collecteur annulaire est subdivisé par deux cloisons en deux chambres dont l'une communique avec l'arrivée de l'agent réfrigérant et l'autre, avec l'évacuation de l'agent réfrigérant.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tubes sont prolongés dans le sens de la circulation du gaz au-delà de l'extrémité de la canalisation de sortie de gaz et pénètrent à l'intérieur de la cuve sous pression du réfrigérant par convection.

3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les tubes débouchent à l'autre extrémité dans un collecteur annulaire.

4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'agent réfrigérant qui circule dans les tubes est le même que celui qui circule sur les autres surfaces chaudes de l'installation de refroidissement.

5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une tubulure de sortie de gaz qui se rétrécit dans le sens de la circulation du gaz est prévue entre la cuve sous pression du dispositif de refroidissement par rayonnement et la canalisation de sortie du gaz.

6. installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'une plaque reliant les deux cuves sous pression et dans laquelle circule un agent réfrigérant est disposée dans la région supérieure des deux cuves sous pression, mais au-dessous de la canalisation de sortie de gaz.

7. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un nombre de tubes qui est plus petit que celui des tubes raccordés à la chambre du collecteur annulaire communiquant avec l'évacuation de l'agent réfrigérant est raccordé à la chambre du collecteur annulaire qui communique avec l'arrivée de l'agent réfrigérant, de sorte que l'agent réfrigérant s'écoule en circuit naturel en descendant dans le plus petit nombre de tubes et en montant dans le plus grand nombre de tubes.

Zeichnung