Wärmetauscher zum Kühlen von in einer Kohlevergasungsanlage erzeugtem Synthesegas

Abstract

 Ein Wärmetauscher zum Kühlen von in einer Kohlevergasungsanlage erzeugtem Synthesegas, besteht aus Wärmetauscherrohren (1), die von dem zu kühlenden Synthesegas durchströmt, in zwei Rohrplatten (2, 3) gehalten und von einem Mantel (4) umgeben sind. Die gaseintrittsseitige Rohrplatte (2) ist von einer Schicht aus einzelnen, nebeneinander angeordneten, an den Außenkanten aneinanderstoßenden quaderförmigen Tüllen (12) bedeckt. Jede Tülle (12) weist eine konische Öffnung (15) auf, die sich in einen Rohrabschnitt (14) verengt, der in ein Wärmetauscherrohr (1) hineinragt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Kühlen von in einer Kohlevergasungsanlage erzeugtem Synthesegas mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

[0002] Synthesegas, das durch Vergasung von Kohle entstanden ist, enthält Bestandteile, die wie Aschepartikel zu einer Erosion oder wie Schwefelverbindungen zu einer Hochtemperaturkorrosion an der Rohrplatte und in dem Rohreinlauf führen. Es ist bei Abhitzewärmetauschern für Gase aus der Ammoniaksynthese bekannt (Chem.-Ing.-Tech. 56 (1984), Seiten 356 bis 358), die gaseintrittsseitige Rohrplatte durch eine Abdeckung mit einer keramischen Stampfmasse zu schützen und durch die Stampfmasse bis in den Rohreinlauf Einlaufröhrchen zu führen.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattunsgemäßen Wärmetauscher durch Maßnahmen, die auf das zu kühlende, aus einer Kohlevergasungsanlage stammende Synthesegas abgestimmt sind, auf der Gaseintrittsseite wirksam gegen Hochtemperaturkorrosion und Erosion zu schützen.

[0004] Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0005] Die verwendeten Tüllen lassen sich aus einem keramischen Werkstoff fertigen, der sich durch eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und eine hohe Erosionsfestigkeit auszeichnet. Die Tüllen dienen als konisch verlängerter Rohreinlauf und bilden im eingebauten Zustand einen geschlossenen Verband, der die gesamte Rohrplatte einschließlich des Rohreinlaufes der Wärmetauscherrohre abdeckt und somit schützt. Die besondere konische Einlaufform der Tüllen vermeidet ein Anbacken der in dem Synthesegas enthaltenen Feststoffpartikel, das über eine Brückenbildung zu einem Verstopfen des Rohreinlaufes führen würde. Bedingt durch die konische Einlaufform der erfindungsgemäßen Tülle, wird ein stetiger Geschwindigkeitszuwachs erzielt, wodurch mögliche Ablagerungen durch die Beschleunigung des Synthesegases und der im Synthesegas enthaltenen Feststoffpartikel entfernt werden. Die zweilagige Beschichtung an der Rohrplatte, der Rohreinschweißung und im Rohreinlauf verleiht diesen Teilen eine hohe Beständigkeit gegenüber Hochtemperaturkorrosion und Erosion. Dieser Schutz wird wirksam, wenn eine Tülle zerstört wird.

[0006] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

den Längsschnitt durch einen Wärmetauscher,

Fig. 2

die Draufsicht auf einen Teil der gaseintrittsseitigen Rohrplatte,

Fig. 3

die Einzelheit Z nach Fig. 1 und

Fig. 4

eine einzelne Tülle in perspektivischer Darstellung.

[0007] Der Wärmetauscher weist ein Bündel von Wärmetauscherrohren 1 auf, von denen zwei gezeigt sind. Die Wärmetauscherrohre 1 sind an beiden Enden jeweils in einer Rohrplatte 2, 3 gehalten. Die Rohrplatten 2, 3 sind in einem Mantel 4 befestigt, der die Wärmetauscherrohre 1 umschließt. Innerhalb des Mantels 4 schließt sich an die in der Zeichnung obere Rohrplatte 2 eine Gaseintrittskammer 5 und an die untere Rohrplatte 3 eine Gasaustrittskammer 6 an. Die Gaseintrittskammer 5 ist über eine nicht gezeigte Rohrleitung mit einem ebenfalls nicht gezeigten Reaktor verbunden, in dem Kohle vergast wird. Das durch die Vergasung erzeugte Synthesegas tritt in die Gaseintrittskammer 5 ein, durchströmt unter Wärmeabgabe die Wärmetauscherrohre 1 und tritt gekühlt aus der Gasaustrittskammer 6 aus.

[0008] Der Mantel 4 des Wärmetauschers ist mit einem Eintrittsstutzen 7 und einem Austrittsstutzen 8 versehen. Durch den Eintrittsstutzen 7 wird in den Innenraum des Mantels 4 als Kühlmittel Wasser eingespeist, das durch den Wärmetausch mit dem heißen, die Wärmetauscherrohre 1 durchströmenden Synthesegas verdampft und als Wasserdampfgemisch durch den Austrittsstutzen 8 abgeführt wird. Das Wasserdampfgemisch wird der Dampftrommel eines nicht gezeigten Dampferzeugungssystems zugeführt.

[0009] Die Wärmetauscherrohre 1 sind als Verbundrohre ausgebildet und enthalten ein austenitisches Innenrohr 9, um einer Hochtemperaturkorrosion der Wärmetauscherrohre 1 durch das heiße Synthesegas entgegenzuwirken. Das Innenrohr 9 ist von einem Außenrohr 10 eng umschlossen, das über eine Rohreinschweißung 11 in der Rohrplatte 2 befestigt ist.

[0010] Die gaseintrittsseitige Rohrplatte 2 ist zum Schutz gegen Hochtemperaturkorrosion und Erosion auf der der Gaseintrittskammer 5 zugewandten Seite mit einer keramischen Schicht versehen, die aus einzelnen keramischen Tüllen 12 besteht. Die Tülle 12 weist im oberen Teil eine quaderförmige Außenkontur 13 auf, die sich nach unten verjüngt und in einem Rohrabschnitt 14 endet. Jede Tülle 12 weist eine Öffnung 15 auf, die von der quaderförmigen Außenkontur 13 ausgeht, sich konisch verengt und in den Innenquerschnitt des Rohrabschnittes 14 übergeht. Der Außendurchmesser des Rohrabschnittes 14 der Tülle 12 ist etwas geringer als der Innendurchmesser des Wärmetauscherrohres 1, so daß der Rohrabschnitt 14 in den Einlauf des Wärmetauscherrohres 1 eingesetzt werden kann. Der Rohrabschnitt 14 ragt soweit in den Einlauf eines Wärmetauscherrohres 1 hinein, daß die Unterkante des Rohrabschnittes 14 das Innenrohr 9 übergreift.

[0011] Die Tüllen 12 sind so auf die Rohrplatte 2 gelegt, daß jeweils der Rohrabschnitt 14 einer Tülle 12 in eines der Wärmetauscherrohre 1 eingesetzt ist und daß die Außenkontur 13 benachbarter Tüllen 12 in einem Abstand oberhalb der Rohrplatte 2 aneinanderstoßen. Auf diese Weise wird ein geschlossener Verband gebildet, der auf der Gaseintrittsseite die gesamte Rohrplatte 2 bedeckt und schützt.

[0012] An jeder Ecke der quaderförmigen Außenkontur 13 ist die Tülle 12 mit einer sich über einen Viertelkreisbogen erstreckenden Randausnehmung 16 versehen. Durch die Randausnehmungen 16 der aneinanderstoßenden Tüllen 12 ist ein Bolzen 17 geführt, der auf der Rohrplatte 2 befestigt ist. Über eine auf den Bolzen 17 geschraubte Mutter 18 werden die Tüllen 12 auf der Rohrplatte 2 fixiert.

[0013] Die Rohrplatte 2 und die Rohreinschweißung 11 der Wärmetauscherrohre 1 sind mit einer zweilagigen Beschichtung 20 versehen. Die erste Lage, die auf den metallischen Werkstoff der Rohrplatte 2 aufgebracht wird, ist eine atmosphärisch plasmagespritzte metallische Auflageschicht, die als Oxidations- und Hochtemperaturkorrosionsschutz des Grundwerkstoffes sowie als Haftvermittler für die zweite Lage dient. Die zweite Lage ist eine atmosphärisch plasmagespritzte Keramikschicht, welche hochtemperatur- und erosionsbeständig ist. Die Beschichtung 20 wird ebenfalls in den Rohreinläufen der Wärmetauscherrohre 1 aufgebracht, um der erhöhten Erosionsgefahr und der Wärmeeinbringung entgegenzuwirken, die durch eine Wirbelbildung in dem turbulenten Bereich der Rohreinlaufstrecke, insbesondere am Ende der Tülle 12, hervorgerufen wird.

Ansprüche

1. Wärmetauscher zum Kühlen von in einer Kohlevergasungsanlage erzeugtem Synthesegas, bestehend aus Wärmetauscherrohren (1), die von dem zu kühlenden Synthesegas durchströmt, in zwei Rohrplatten (2, 3) gehalten, und von einem Mantel (4) umgeben sind, wobei die gaseintrittsseitige Rohrplatte (2) mit einer keramischen Schicht bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einzelnen, nebeneinander angeordneten, an den Außenkanten aneinanderstoßenden quaderförmigen Tüllen (12) besteht, und daß jede Tülle (12) eine konische Öffnung (15) aufweist, die sich in einen Rohrabschnitt (14) verengt, der in ein Wärmetauscherrohr (1) hineinragt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderstoßenden Kanten der Tülle (12) in einem Abstand von der Rohrplatte (2) angeordnet sind und daß der freie Raum zwischen der Unterseite der Tülle (12) und der Rohrplatte (2) mit Keramikmatten (19) ausgefüllt ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ecken der quaderförmigen Außenkontur (13) der Tüllen (12) Randausnehmungen (16) gebildet sind und daß durch die Randausnehmungen (16) aneinanderstoßender Tüllen (12) ein Bolzen (17) geführt ist, der an der Rohrplatte (2) befestigt ist.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrplatte (2) und der Rohreinlauf der Wärmetauscherrohre (1) auf der den Tüllen (12) zugewandten Seite mit einer zweilagigen, metallischen und keramischen Beschichtung (20) beschichtet ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweilagige Beschichtung (20) in dem Rohreinlauf bis über das Ende des Rohrabschnittes (14) der in das Wärmetauscherrohr (1) eingesetzten Tülle (12) hinausreicht.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (1) als Verbundrohre ausgebildet sind und jeweils aus einem gegen Hochtemperaturkorrosion beständigen Innenrohr (9) bestehen, das eng von einem Außenrohr (10) umgeben ist.

Zeichnung