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DE3147864C2 - Abwärmekessel für die Kühlung von Synthesegas - Google Patents

Abwärmekessel für die Kühlung von Synthesegas

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DE3147864C2
DE3147864C2 DE3147864A DE3147864A DE3147864C2 DE 3147864 C2 DE3147864 C2 DE 3147864C2 DE 3147864 A DE3147864 A DE 3147864A DE 3147864 A DE3147864 A DE 3147864A DE 3147864 C2 DE3147864 C2 DE 3147864C2
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Germany
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synthesis gas
boiler
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water
jacket
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Wolfgang Pleasantville N.Y. Koog
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Texaco Development Corp
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Abstract

Ein Abwärmekessel für die Kühlung von Synthesegas weist innerhalb eines äußeren Kesselmantels zwei konzentrisch angeordnete Wassermäntel auf, die für einen Wäremeaustausch zwischen dem über einen Einlaß in den inneren Wassermantel zugeleiteten heißen Synthesegas und einem durch Rohre der beiden Wassermäntel hindurchgeleiteten Fluid angeordnet sind. Am Boden des Kesselmantels befindet sich ein Wasserbad, in welchem die in dem Synthesegas mitgeführten Feststoffe gelöscht werden und in welches ein Leitblech eingetaucht ist, mittels welchem das Synthesegas zurück in einen ringförmigen Raum zwischen den beiden Wassermänteln umgelenkt wird, der an seinem oberen Ende bis auf einen Auslaß für das Synthesegas geschlossen ist. An den Wärmetauschflächen der beiden Wassermäntel können Rußgebläse angeordnet sein, um die Wärmetauschflächen für den Wärmetausch sauberzuhalten.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Abwärmekessel nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Für die Kühlung von heißem Synthesegas aus einem Vergaser, in welchem fein verteilte Feststoffe, wie beispielsweise pulverförmige Kohle, behandelt werden, werden sogenannte Strahlungskessel eingesetzt, bei denen Dampf durch die Röhren eines Wassermantels hindurchgeleitet wird. In einem solchen Strahlungskessel werden die verfestigte Schlacke und das gekühlte Synthesegas über den Kesselboden abgeführt. Die Strömung des heißen Synthesegases durch den Strahlungskessel wird in einem einzigen Zug hindurchgeleitet.
  • In der DE-OS 30 43 855 ist bereits ein Abwärmekessel für die Kühlung von Synthesegas mit einem Kesselmantel, innerhalb dessen sich ein innerer und ein äußerer Wassermantel befinden, vorgeschlagen. Zwischen dem äußeren und dem inneren Wassermantel bildet sich ein ringförmiger Kühlraum aus. Durch einen Einlaß ist von oben her in den Kesselmantel Feststoffe mitführendes Synthesegas einlaßbar. Das Synthesegas und die Feststoffe sinken im Innenraum des Abwärmekessels ab, und die Feststoffe fallen in ein unterhalb des inneren Wassermantels vorgesehenes Wasserbad. Das Synthesegas wird im unteren Bereich des inneren Wassermantels oberhalb des Wasserbades in den ringförmigen Kühlraum eingeleitet, steigt in diesem hoch und wird dann durch wenigstens einen Auslaß abgeführt. Das Überleiten des abwärts strömenden Synthesegases in den ringförmigen Kühlraum erfolgt dabei im unteren Bereich des inneren Wassermantels zwischen den Wasserrohren hindurch. Dies ist ungünstig, weil der Überleitungsquerschnitt damit von Ablagerungen und vom Abstand der Wasserrohre des inneren Wassermantels abhängig ist. Ein Teil des Synthesegases sinkt bei dieser Konstruktion nicht ausreichend tief in Richtung auf das Wasserbad, bevor es in den ringförmigen Kühlraum übergeleitet wird.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen für die Kühlung von Synthesegas geeigneten Abwärmekessel zu schaffen, bei dem die Wärmeaustauschwirkung durch einen besseren Wärmekontakt des Gases mit dem Wasserbad verbessert ist.
  • Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.
  • Bei diesem Kesselaufbau muß das Synthesegas bis zum unteren Ende des zweiten inneren Leitbleches in Richtung auf das Wasserbad absinken, ehe es dann oberhalb des Wasserbadspiegels überströmt in den ringförmigen Kühlraum zwischen dem inneren und dem äußeren Wassermantel. Das sichere Überleiten des Synthesegases wird darüber hinaus gewährleistet, weil das erste äußere Leitblech des äußeren Wassermantels bis in das Wasserbad hineinreicht und das Synthesegas damit gezwungen wird, in einem Leitkanal um den unteren Rand des zweiten inneren Leitbleches herum in den ringförmigen Kühlraum einzuströmen.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das zweite Leitblech des inneren Wassermantels konisch ausgebildet ist.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
  • Fig. 1 einen Längsschnitt des Abwärmekessels und
  • Fig. 2 einen Querschnitt des Abwärmekessels längs der Linie 2-2 in Fig. 1.
  • Bei der Erzeugung von Synthesegas aus Pulverkohle und dergl. muß das heiße Synthesegas gekühlt werden, wobei der Wärmeentzug unter Verwendung des Abwärmekessels erfolgt. Mit Hilfe eines solchen Abwärmekessels können bei kommerziell genutzten Anlagen die Abmessungen in einem vertretbaren Rahmen gehalten werden, da in dem Kessel eine Umkehrung der Gasströmung für einen mehrfachen Wärmeaustausch an mehr als einem Wassermantel bewirkt wird. Unter einem Wassermantel soll dabei ein Teil verstanden werden, in dem Rohre 15 zum Halten oder Speichern eines an dem Wärmeaustausch teilnehmenden Fluids vorhanden sind. Außerdem soll eine gasdichte Oberfläche vorhanden sein. Ein solcher Wassermantel besteht für gewöhnlich aus parallelen Rohren, die z. B. über Stege 16 miteinander verbunden sind, um eine zylindrische gasdichte Oberfläche zu bilden. Die Rohre sind dabei meistens an den Enden über kreisförmige Anschlüsse miteinander verbunden, um für die Fluide gemeinsame Kanäle durch die Gruppe von parallelen Rohren bereitzustellen.
  • Der Abwärmekessel nach den Fig. 1 und 2 besteht aus einem äußeren Kesselmantel 11, der einen an seinem oberen Ende axial angeordneten Einlaß 12 aufweist. Innerhalb des Kesselmantels 11 ist ein innerer Wassermantel 15 angeordnet, an welchem ein Wärmeaustausch durch Strahlung von dem Feststoffe mitführenden Synthesegas stattfindet, das innerhalb des inneren Wassermantels und mithin im Zentrum des Kesselmantels 11 nach unten strömt.
  • Die oberen und unteren Enden dieser Rohre des Wassermantels 15 sind über zwei Rohranschlüsse 19 und 20 miteinander verbunden. Damit kann ein Fluid, wie beispielsweise Wasser, in den Rohren des Wassermantels 15 für die Erzeugung von Dampf zirkulieren. Es handelt sich folglich um einen Kessel, bei welchem der Wärmeaustausch durch Strahlung erfolgt.
  • Koaxial zu dem inneren Wassermantel 15 und zu dem Kesselmantel 11 ist weiter ein äußerer Wassermantel 23 vorhanden, der mit dem inneren Wassermantel 15 einen ringförmigen Kühlraum 24 bildet. Auch dieser äußere Wassermantel 23 besteht aus parallelen Rohren, die durch Stege 31 zur Schaffung einer gasdichten Wand verbunden sind und an ihren oberen und unteren Enden zwei Rohranschlüsse 27 und 28 aufweisen, so daß ein für einen Wärmeaustausch geeignetes Fluid durch die Rohre des äußeren Wassermantels zirkulieren kann. Der äußere Wassermantel 23 ist an seinem oberen Ende mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 34 versehen, durch welchen das obere Ende des ringförmigen Raumes 24 in Gemeinsamkeit mit einem Verbindungsteil 35 verschlossen ist, das den oberen Rohranschluß 19 des inneren Wassermantels 15 mit diesem kegelstumpfförmigen Abschnitt 34 des äußeren Wassermantels 23 verbindet.
  • Am Boden des Kesselmantels 11 ist ein Wasserbad 38 vorhanden, das die von dem Synthesegas mitgeführten Feststoffe aufnimmt und löscht, wenn das Synthesegas innerhalb des inneren Wassermantels 15 axial nach unten strömt. Das Wasserbad kann über eine Schleuse an einen Bunker angeschlossen sein, wie es mit einem Pfeil für eine Auslaßöffnung des Kesselmantels 11 dargestellt ist. Durch das Wasserbad 38 kann auch Frischwasser hindurchgeleitet werden, das über einen Einlaß 39 zugeleitet und über einen Auslaß 40 abgeführt wird.
  • An dem unteren Ende des äußeren Wassermantels 23 ist ein erstes Leitblech 43 befestigt, das in das Wasserbad 38 eintaucht und dazu dient, die von dem unteren Ende des inneren Wassermantels 15 ausströmende Gasströmung in den ringförmigen Kühlraum 24 umzulenken. Ein weiteres zweites Leitblech 44 ist an dem unteren Ende des Wassermantels 15 befestigt, wobei dieses im wesentlichen kegelstumpfförmige Leitblech dazu dient, die aus dem inneren Wassermantel 15 ausströmende Gasströmung zu dem Spiegel des Wasserbades 38 hin zu lenken und längs eines Leitkanals zu beschleunigen. Die beiden Leitbleche 43 und 44 sind an den unteren Rohranschlüssen 28 und 20 der beiden Wassermäntel 23 und 15 befestigt.
  • Nahe dem oberen Ende des ringförmigen Raumes 24 ist ein Auslaß 47 für das Synthesegas vorgesehen, das mithin eine wirksame Kühlung an den Wärmetauschflächen der beiden Wassermäntel 15 und 23 erfahren kann. Damit der ringförmige Kühlraum 24 an der Stelle dieses Auslasses 47 genügend gasdicht ist, ist das innere Ende des Auslasses 47 von einem kleinen Rohranschluß 48 umgeben.
  • Um die Wärmetauschflächen der beiden Wassermäntel 15 und 23 sauberzuhalten, sind an diesen Wärmetauschflächen mehrere Rußgebläse 51 angeordnet, die herkömmlich ausgeführt und betrieben sein können. Zum Säubern der Wärmetauschflächen mittels dieser Gebläse kann beispielsweise Dampf oder Stickstoff oder rezirkulierendes sauberes Synthesegas verwendet werden.
  • Anstelle nur eines Auslasses 47 kann am oberen Ende des ringförmigen Raumes 24 auch noch ein zweiter Auslaß 52 vorgesehen sein, wie es in Fig. 1 in gestrichelten Linien dargestellt ist. Ein solcher zweiter Auslaß 52 wäre im wesentlichen gleich ausgeführt wie der Auslaß 47. Damit die Leitbleche 43 und 44 den hohen Temperaturen des Synthesegases widerstehen, müssen sie in geeigneter Weise gekühlt werden, was in der Zeichnung aber nicht dargestellt ist. Eine solche Kühlung kann beispielsweise für das zweite Leitblech 44 dadurch verwirklicht werden, daß es als eine konische Verlängerung des inneren Wassermantels 15 ausgeführt wird. Für das in das Wasserbad 38 eintauchende erste Leitblech 43 muß nicht unbedingt die in der Zeichnung dargestellte konische Formgebung eingehalten werden, vielmehr reicht es aus, dieses Leitblech lediglich als eine Verlängerung des äußeren Wassermantels 23 auszubilden. Auch der Auslaß 47 sollte in geeigneter Weise gekühlt werden, wie selbstverständlich auch der Auslaß 52, falls dieser vorgesehen ist.
  • Der vorbeschriebene Abwärmekessel bzw. Kühler kann auch mit mehr als nur zwei Wassermänteln ausgerüstet sein, um für die Gasströmung eine entsprechend verlängerte Kühlungsstrecke bereitzustellen. Es können auch noch zusätzliche Wärmetauschrohre vorhanden sein, die an einer dafür geeigneten Stelle angeordnet werden, so insbesondere nahe dem unteren Ende des ringförmigen Raumes 24, und die beispielsweise zur Erzeugung von überhitztem Dampf genutzt werden.

Claims (2)

1. Abwärmekessel für die Kühlung von Synthesegas mit einem Kesselmantel, einem Einlaß für das Feststoffe mitführende Synthesegas am Kopf des Kesselmantels, einem Wasserbad am Boden des Kesselmantels, einem inneren und einem äußeren Wassermantel innerhalb des Kesselmantels, wobei zwischen dem inneren und äußeren Wassermantel ein ringförmiger Kühlraum ausgebildet ist, der mindestens einen Auslaß für das Synthesegas aufweist, und mit Vorrichtungen für das Umlenken des Synthesegases über dem Wasserbad, so daß das Synthesegas von unten her in den ringförmigen Kühlraum hineinströmt, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende (28) des äußeren Wassermantels (23) für das Synthesegas ein erstes Leitblech (43) vorgesehen ist, das sich nach unten in das Wasserbad (38) hinein erstreckt, und daß am unteren Ende (20) des inneren Wassermantels (15) für das Synthesegas ein zweites Leitblech ( 44) vorgesehen ist, das sich ebenfalls nach unten erstreckt, jedoch über dem Niveau des Wasserbades (38) endet und zusammen mit dem ersten Leitblech einen Leitkanal für das in den ringförmigen Kühlraum (24) hineinströmende Synthesegas bildet.
2. Abwärmekessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Leitblech (44) des inneren Wassermantels (15) konisch ausgebildet ist.
DE3147864A 1981-02-12 1981-12-03 Abwärmekessel für die Kühlung von Synthesegas Expired DE3147864C2 (de)

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