DE3338725A1 - Vorrichtung zur abfuehrung von fluessiger schlacke und gas - Google Patents
Vorrichtung zur abfuehrung von fluessiger schlacke und gasInfo
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Description
Einreichernncfor'Jq r.ur .* * ' Z '. Z ' '. I - ~ Q *3 *3 Q 7 9 ^
Woil«rloii.j.~g «rhaJlen * 3
O0OO/Z.O
"-35.466P Steinsdorfsit 10, .8.0.0.0 München 22
1. Brennstoff institut Freiberg - DDR - 92oo Freiberg
2. Gosudarstvenny Nauchno-Issledovatelsky I Proektny
Institut Azotnoi Promyshlennostί I Produktov
Organicheskügo Sinteza - Moskau, UdSSR
Titel der Erfindung
Vorrichtung zur Abführung von flüssiger Schlacke und Gas
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abführung von flüssiger Schlacke und Vergasungsgas aus einem
Gasgenerator mit von oben nach unten verlaufender Strömung und mit PlUssigschlackeabführung bei gemeinsamer
Abführung von Gas und Schlacke, Die Vorrichtung kann in der chemischen Industrie bei
der Vergasung aschehaltiger Brennstoffe mit Flüssigschlackeabführung verwendet werden.
Charakteristik der bekannten technischen lösungen
Es ist eine Vorrichtung für die Abführung von flüssiger
Schlacke und Gas aus einem Gasgenerator bekannt, die aus einem teilweise mit Wasser gefülltem Gehäuse, das
mit einem Überlaufstutzen und einem Stutzen für die Zuführung des Gases und der Schlacke versehen ist, der
im oberen Teil des Gehäuses liegt und in Form eines Zylinders mit einer Einschnürung mit fließenden Konturen
ausgeführt ist und einem Rohr konstanten Querschnittes für die Kühlung von Gas und Schlacke besteht,
das mit einer Vorrichtung für die Verteilung des V/assers auf der inneren Oberfläche des Rohres versehen ist,
wobei sich das untere Ende des Kühlrohres unterhalb des oberen Endes des Überlaufstutζens befindet (Patent der
Pirma "Texaco" PR 2 326 465).
Diese Vorrichtung hat eine aus folgenden zwei Gründen geringe Betriebszuverlässigkeit.
1. Die Vorrichtung ist konstruktiv so geschaltet, daß die Schlacke am Austritt aus dem Stutzen in einzelne
kompakte Strahlen geformt wird, die beim Abfließen schwingen und mit der Wand des Kühlrohres in Berührung
kommen« Dabei wird der Wasserfilm zerstört und die Plüssigschlacke gerät an das Metall des
Rohres, wodurch die Ausgangsst eile für eine Verschlackung
gebildet wird. Danach verschlackt der Durchgangsquerschnitt des Rohres völlig. In einzelnen
Pällen stellt man ein Durchbrennen der Rohrwand fest,
2. Die Ausführung des Rohres für die Kühlung der Schlakke und des Gases mit einem konstanten Querschnitt
führt dazu, daß der konvektive Wärmeaustausch mit dem Wasserfilm gering sein wird und die gesamte
Wärmeübertragung durch Strahlung realisiert wird. Eine Strahlungswärmeübertragung erfordert jedoch
zur Erfüllung der Aufgabe einer Kühlung des Gasstromes mit darin enthaltenen Plussigschlacketeilchen
bis auf eine Temperatur unterhalb der Schlackeerstarrungstemperatur
sehr große Abmessungen (Durchmesser und Länge) des Rohres für die Kühlung des Gases und der Schlacke.
Große Abmessungen des Kühlrohres führen dazu, daß der Wasserfilm in einem gewissen Abstand von der
Wasserverteilungsstelle ungleichmäßig und instabil
wird. Dabei verbrennt ein Teil der Wand des Kühlrohres durch Wechselwirkung mit dem Gasstrom und
verschlackt durch Plüssigschlacketeilchen aus dem Gasstrom.
Schrittweise verschlackt dann der Durchtrittsquerschnitt des Rohres für die Kühlung gänzlich.
Weiterhin ist eine Vorrichtung für Abführung von Gas und Schlacke aus einem Gasgenerator bekannt, die
aus einem Gehäuse, das teilweise mit Wasser gefüllt ist und das mit einem Überlaufstutzen und einem Stutzen
für die Zuführung von Flüssigschlacke und Gas versehen ist, der im oberen Teil des Gehäuses liegt und in Form
eines Zylinders ausgeführt ist, sowie einem Rohr konstanten Querschnittes für die Kühlung der Schlacke und
des Gases besteht, das mit einem Wassermantel und einer Vorrichtung für die Verteilung des Wassers auf die
innere Oberfläche des Rohres versehen ist, wobei das untere Ende des Kühlrohres sich unterhalb des oberen
Endes des Überlaufstutzens befindet (Urheberschein der UdSSR Ur. 7 778 248).
Diese Vorrichtung hat ebenfalls eine geringe Betriebszuverlässigkeit aus folgenden Gründen,
1. Die Ausführung des Stutzens für die Zuführung der Flüssigschlacke und des Gases in Form eines Zylinders
führt dazu, daß der Teil der FlUssigschlacke, der aus dem Gasgenerator in Form eines flüssigen
Filmes heraustritt, zu einzelnen Strähnen formiert wird, die beim Abfließen schwingen und mit der
Wand des Kühlrohres in Berührung kommen. Dabei wird der Wasserfilm zerstört und die Flüssigschlacke
kommt mit dem Metall des Rohres in Berührung. Damit wird die Ausgangsstelle für eine Verschlackung gebildet.
Danach verschlackt der Durchgangsquerschnitt des Rohres völlig. Bei einem Betrieb mit
erhöhten Geschwindigkeiten im Stutzen für die Zuführung
von Gas und Schlacke kann ein Teil des Flüssigkeitsfilmes in Flockenform aufgerissen werden
und in das Kühlrohr getragen werden, wobei ein analoger Effekt abläuft. Die Schwankungen des Flüssigschlackestromes
wachsen dabei an.
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2. Die Ausführung des Rohres für die Kühlung der Schlacke und des Gases mit einem konstanten Querschnitt
führt dazu, daß der konvektive Wärmeaustausch mit dem Wasserfilm hier nicht sehr groß
sein kann, weil es nicht möglich ist, hohe Geschwindigkeiten des Gasstromes zu schaffen (bei
hohen Gasgeschwindigkeiten wird der Wasserfilm zerstört und die Rohrwand wird entblößt und verschlackt)
ο Deshalb muß die Wärmeübertragung mittels Strahlung realisiert werden, was zur Erfüllung der
Aufgabe der Kühlung des Generatorgasstromes mit den Flüssigschlacketeilchen bis auf die Schlackeerstarrungstemperatur
am Austritt aus dem Rohr sehr große Abmessungen (Durchmesser und Länge) erfordert.
Große Abmessungen des Kühlrohres führen dazu, daß der Wasserfilm in einer gewissen Entfernung von
der Vorrichtung für die Verteilung des Wassers instabil und ungleichmäßig wird. Dabei kann die
Wand Örtlich selbständig oder in Wechselwirkung mit
dem Gasstrom entblößt werden. Diese Stellen verschlacken durch Flüssigschlacketeilchen, die sich
im Gasstrom befinden.
Schrittweise verschlackt der gesamte Durchgangsquerschnitt des Kühlrohres und das Kühlrohr muß
außer Betrieb genommen werden.
3. Die Anordnung des unteren Endes des Rohres für die Kühlung des Gases und der Schlacke unter dem oberen
Ende des ÜberlaufStutzens zur Schaffung einer Waschschicht für die zusätzliche Kühlung und Reinigung des Gases von festen Teilchen führt zu einer-Pulsation
der Wasserschicht und zu einem Hineinspritzen des Wassers in das Kühlrohr, was wiederum
zu einer Destabilisierung der Arbeitsweise des Rohres
und zu einer Verminderung der Betriebszuverlässigkeit der Vorrichtung insgesamt führt.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der Vorrichtung für die Abführung der
flüssigen Schlacke und des Gases.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung einer Vorrichtung zur Abführung von Schlacke und Gas
aus einem unter Druck stehenden Gasgenerator, die konstruktiv so gestaltet ist, daß kleine Abmessungen
charakteristisch sind und die Kombination der Reinigungselemente eine hohe Zuverlässigkeit bei der Abführung
von Schlacke sichert, d. h., daß die Schlackeableitungen von Verstopfungen frei bleiben.
Erfindungsgemäß besteht die Vorrichtung für die Abführung der flüssigen Schlacke und des Gases aus dem
Gasgenerator, einem Gehäuse, das teilweise mit Wasser gefüllt und mit einem Überlaufstutzen versehen ist,
einem Stutzen für die Zuführung der flüssigen Schlacke und des Gases, der sich im oberen Teil des Gehäuses
befindet, einem Rohr für die Kühlung der Schlacke und des Gases, das mit einem Wassermantel und einer Einrichtung
für die Verteilung des Wassers auf der inneren Oberfläche des Rohres ausgerüstet ist.
Entsprechend der vorgeschlagenen Erfindung sind der Stutzen für die Zuführung des Gases und der Schlacke
in Porm eines Konfusors und das Rohr für die Abkühlung des Gases und der Schlacke in Porm eines Venturirohres
ausgeführt.
Der untere Teil des Konfusors für die Zuführung der Schlacke und des Gases liegt im Konfusor des Venturirohres,
Die Größe des Durchmessers des zylindrischen Teiles des Venturirohres d genügt der Bedingung:
0,8 . t ^ d - 1,2 . t,
worin: t - der kleinste Durchmesser des Konfusors für
die Zuführung der Schlacke und des Gases ist, und wobei die obere Stirnfläche des Überlaufstutzens
unterhalb der unteren Stirnfläche des Venturirohres angeordnet
ist.
Die Benutzung der vorgeschlagenen Erfindung gestattet es, die Zuverlässigkeit aus folgenden Gründen zu erhöhen.
Die Ausführung des Stutzens für die Zuführung der flüssigen Schlacke und des Gases in Form eines Konfusors
(bei Zuführung des Gasstromes mit Geschwindigkeiten von 45 tois I50 m/s im kleinsten Querschnitt
des Konfusors) gestattet es, den Teil der flüssigen Schlacke, der aus dem Gasgenerator in Form eines flüssigen
Filmes heraustritt, in Teilchen kleinen Durchmessers zu überführen (d. h, die flüssige Schlacke wie eine hochzähe Flüssigkeit zu zerstäuben).
Dabei enthält der Gasstrom, der in das Rohr für die Kühlung der Schlacke und des Gases gelangt, die gesamte
flüssige Schlacke in Form kleinster Tropfen (kleiner 1 mm). Die Betriebszuverlässigkeit der Vorrichtung erhöht
sich wesentlich durch das Fehlen eines Flüssigschlackestrahles und von Schlackefilmflocken.
Die erforderlichen Geschwindigkeiten für die Zuführung des Gasstromes im Querschnitt des kleinsten Konfusordurchmessers
für die Zuführung der Schlacke und des Gases liegen im Bereich von 45 bis 150 m/s.
Bei Geschwindigkeiten von 45 m/s stellt man ein Zerstäuben
aller Schlacken fest, die aus Kohlen stammen, die einer Vergasung unterzogen wurden, und wo die normalen
Temperaturen für eine Flüssigschlackeabführung herrschen. Bei Geschwindigkeiten über 150 m/s stellt man einen
abrasiven Verschleiß des Konfusors für die Zuführung der Schlacke und des Gases in der engsten Stelle des Konfusors
fest.
Die Ausführung des Rohres für die Kühlung der Schlacke
Die Ausführung des Rohres für die Kühlung der Schlacke
und des Gases in Form eines Venturirohres gestattet es, den konvektiven Wärmeaustausch, dermaßen stark zu erhöhen,
daß es nicht mehr erforderlich ist, allein die Strahlungs-"Wärmeübertragung
für diesen Zweck zu nutzen, womit große Kühlrohrabmessungen entfallen.
Das Venturirohr hat bei Erfüllung der gleichen Aufgaben einen sehr kleinen Durchmesser und eine sehr kleine
Länge, was zu einer Stabilität des Wasserfilmes, zu einer
Vergrößerung der Wasserfilmdicke und zur Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der Vorrichtung führt.
Wie Versuche an einem Venturirohr bei hohen Temperaturen des zugeführten Gases ( 15000C) in das feste Teilchen
eingebracht wurden, zeigten, stellte man im gesamten Geschwindigkeit sbereich keine Zerstörung des Wasserfilmes
fest. Experimentell wurde festgestellt, daß bei einer Verringerung des Durchmessers des zylindrischen Teiles
des Venturirohres unter 0,8 , t ein Stau des Gasstromes über dem Konfusor des Venturirohres und infolgedessen
eine starke Erhöhung des Widerstandes des Venturirohres auftritt. Bei einer Erhöhung des Durchmessers über 1,2 . t
stellt man ein Durchbrechen des Gases durch das Rohr ohne wesentliche Kühlung des Gases fest.
Der Einbau des unteren Teiles des Konfusors für die Zuführung von Gas und Schlacke in den Konfusor des Venturirohres
gestattes es, den Abstand für den Durchgang der Schlacketeilchen von der Abrißstelle bis zum Wasserfilm
zu verkleinern, wo sie praktisch plötzlich an der Oberfläche erstarren und die Verschlackungsfähigkeit verlieren.
Das erhöht ebenfalls die Betriebszuverlässigkeit.
Die Anordnung des unteren Endes des Venturirohres oberhalb des oberen Endes des ÜberlaufStutzens gestattet es, das
Hineinspritzen von Wasser in das Venturirohr zu vermeiden.
Das erhöht die Betriebszuverlässigkeit der Vorrichtung insgesamt.
Das steht damit in Zusammenhang, daß das Venturirohr eine
hocheffektive Kühl- und Waschvorrichtung darstellt und die Notwendigkeit einer zusätzlichen Waschschicht entfällt.
Die Vorrichtung für die Abführung von flüssiger Schlacke und Gas aus einem Gasgenerator besteht aus einem Gehäuse,
das mit einem Überlaufstutzen, einem Stutzen für die
Abführung der granulierten Schlacke und einem Stutzen für die Abführung des Generatorgases versehen ist, einem
Stutzen für die Zuführung der flüssigen Schlacke und des Gases aus dem Gasgenerator, der in Form eines Konfusors
ausgeführt ist, dem Rohr für die Kühlung der Schlacke und Gases, das in Form eines Venturirohres- ausgeführt und mit
einem Wassermantel, dem Stutzen für die Zuführung des Wassers und einer Einrichtung für die Verteilung des
Wassers auf die innere Oberfläche des Venturirohres versehen ist. Der Reaktorboden ist bei einer Flüssigschlakkeabführung
aus bestifteten Rohren mit einer Feuerfeststampfmasse über den Stiften ausgeführt.
Über einen Stutzen wird das Wasser zugeführt, das innen einen Wassermantel durchströmt und mittels einer Einrichtung
auf der inneren Oberfläche des Venturirohres für die Kühlung der Schlacke und des Gases verteilt wird.
Mittels eines weiteren im unteren Teil des Gehäuses liegenden Stutzens wird innerhalb des Gehäuses der Wasserstand
gehalten.
Aus dem Gaserzeugungsreaktor gelangen die flüssige Schlakke
und das Generatorgas in den Stutzen für die Zuführung von Schlacke und Gas, Dabei tritt die flüssige Schlacke
auf zweierlei Art und Weise ein.
Der Teil der flüssigen Schlacke der sich auf den Wänden und auf dem Boden des Gaserzeugungsreaktors gesammelt hat,
gelangt in den Stutzen in Form eines Flüssigschlackefilmes.
Der andere Teil wird durch flüssige Schlacketröpfchen gebildet, die sich im Generatorgasstrom suspendieren.- Im
kleinsten Querschnitt des Stutzens für die Zuführung von
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ΛΑ
Schlacke und Gas, der als Konfusor ausgeführt ist, wird eine Strömungsgeschwindigkeit von 45 t>i3 150 m/s
aufrecht erhalten (z. B. 100 m/s). Dabei wird der Schlackefilm von der Kante des Stutzens abgerissen
und bis zu Abmessungen der Teilchen kleiner 1 mm (im Mittel 0,5 mm) zerstäubt. Damit befindet sich am
Austritt aus dem Stutzen die gesamte Schlacke im Zustand feinzerstäubter flüssiger Teilchen, Weiter ist
die Strömung auf den Eingang in den zylindrischen Teil des Venturirohres gerichtet, wo sie mit dem Wasser in
Berührung kommt. Schon am Eingang in den zylindrischen Teil erfolgt eine intensive Kühlung des Stromes. Dabei
erstarren die PlUssigschlacketeilchen an der Oberfläche
urplötzlich und verlieren die Möglichkeit des Anbackens. Im zylindrischen Teil erfolgt eine starke Kühlung des
Stromes durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten (im Bereich von 100 m/s). Der Diffusor des Venturirohres
dient dem Abschluß des Kühlprozesses und der teilweisen Wiederherstellung des statischen Druckes.
Am Austritt aus dem Diffusor des Venturirohres erfolgt eine Trennung des Gas- und des Wasserstromes, wobei der
Wasserstrom die mitgeführten Schlacketeilchen ergreift. Die Schlacketeilchen fallen als Niederschlag aus und
werden über einen Stutzen abgeführt, das Wasser wird über Überlaufstutzen und das Gas durch einen Stutzen
im oberen Teil des Gehäuses abgeführt.
Ausführungsb ei spi ele
Beispiel 1
Beispiel 1
Aus dem Gaserzeugungsreaktor mit einer Leistung von 30 t/h Kohle gelangt in den Stutzen 5 für die Zuführung
von Schlacke und Gas, der im kleinsten Querschnitt •einen Durchmesser von 300 mm hat, der Generatorgasstrom
unter einem Druck von 30 at und mit einer Temperatur von 1500 0G bei einer Geschwindigkeit von 45 m/s im
kleinsten Querschnitt. Der Gasstrom führt flüssige
AX
Schlacke in Form kleinster Tropfen in einer Menge von 2400 kg/h mit sich. Außerdem treten in den Stutzen
600 kg/h flüssige Schlacke in Form eines Schlackefilmes ein. Im Austrittsquerschnitt des Konfusors wird
der Schlackefilm in Teilchen mit einer Abmessung kleiner 1 mm zerstäubt.
Im zylindrischen Teil des Venturirohres 6 mit einem Durchmesser von 240 mm wird eine Geschwindigkeit von
70 m/s aufrecht erhalten. Dabei ist der Durchmesser des zylindrischen Teiles gleich 0,8 des kleinsten
Durchmessers des Stutzens 5 für die Zuführung von Schlacke und Gas«
Der Gasstrom und die Flüssigschlacketeilchen treten
in intensive Wechselwirkung, reagieren heftig mit dem Wasser und die Flüssigschlacketeilchen werden schnell
in den festen Zustand überführt,
Der Betrieb der Vorrichtung für die Abführung der Schlacke und des Gases erfolgt analog wie im Beispiel
1 beschrieben.
Für einen Gaserzeugungsreaktor mit einer Leistung von 100 t/h betragen die Durchsätze:
Generatorgas 200000 nr/h i.N, Flüssigschlacke in Form
von Tropfen 10 t/h, in Form eines Schlackefilmes 2 t/h. Der kleinste Durchmesser des Stutzens 5 für die Zuführung
von Schlacke und Gas beträgt 400 mm. Der Durchmesser des zylindrischen Teiles des Venutrirohres 6
beträgt 1,2 , t = 480 mm. Die Geschwindigkeit im kleinsten Querschnitt des Stutzens 5 beträgt 150 m/s und im
zylindrischen Teil des Venturirohres 6 105 m/s. Das Zerstäuben des Flüssigschlackefilmes erfolgt bis
zu einem Durchmesser der Flüssigschlacketeilchen von 0,5 mm.
Die vorgeschlagene Vorrichtung hat folgende Vorteile:
1, Dadurch , daß in der Vorrichtung kein Flüssigschlackestrahl
vorhanden ist, Bildung großer Schlackeflocken vermieden wird und keine Möglichkeit
zur Bildung großer Schlackeflocken besteht und die kleinen PlUssigschlacketeilchen die Fähigkeit
zum Anbacken schon am Ausgang aus dem Rohr für die Kühlung des Gases und der Schlacke verlieren,
ist die Wahrscheinlichkeit einer Verschlakkung
des Rohres für die Kühlung des Gases und der Schlacke praktisch gleich Hull.
2, Durch die Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsstutzens
für die Zuführung der Flüssigschlacke und des Gases und durch die Verwendung eines Venturirohres
werden die Abmessungen der Vorrichtung für die Abführung des Gases und der Schlacke wesentlich
verkleinert.
Diese Effekte werden dadurch erreicht, daß gegenüber den Vorrichtungen entsprechend dem Stand der Technik
mit einer deutlich höheren Gasgeschwindigkeit gearbeitet und eine andere geometrische Form verwendet
wird, wodurch eine qualitativ andere Form des Schlakkeabflusses
erzielt wird.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 - Gehäuse
2 - Üb erlaufstutzen
3 - Stutzen für Schlackeabführung
4 - Stutzen für Gasabführung
5 - Stutzen für Zuführung von Schlacke und Gas
6 - Venturirohr
7 - Wassermantel
8 - Stutzen für Wasserzuführung
9 - Einrichtung für Überführung des Wassers zur
inneren Oberfläche des "Venturirohres
- Boden des Gaserzeugungsreaktors
Claims (2)
1. Vorrichtung für die" Abführung von flüssiger Schlakke
und Gas aus einem Gasgenerator, die au3 einem teilweise mit Wasser gefülltem Gehäuse, das mit
einem Überlaufstutzen versehen ist, einem Stutzen für die Zuführung der flüssigen Schlacke und des
Gases, der im oberen Teil des Gehäuses liegt und einem Rohr für die Kühlung der Schlacke und des
Gases besteht, das mit einem Wassermantel und einer Vorrichtung für die Verteilung des Wassers
auf die innere Oberfläche des Rohres versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Zuverlässigkeit
der Stutzen (5) für die Zuführung der Schlacke und des Gases in Form eines Konfusors und
das Rohr für die Kühlung der Schlacke und des Gases in Form eines Venturirohres (6) ausgeführt sind,
wobei der untere Teil des Konfusors für die Zuführung der Schlacke und des Gases sich im Konfusor des
Venturirohres befindet und die Größe des Durchmessers des zylindrischen Teiles des Venturirohres
(6) der Bedingung genügt:
0,8 . t 1^ d ^ 1,2 . t ,
worin: t - der kleinste Durchmesser des Konfusors für die Zuführung der Schlacke und des
Gases ist.
BAD ORIGINAL
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die obere Stirnseite des Überlaufstutzens
(2) unterhalb der unteren Stirnseite des Venturirohres (6) angeordnet ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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