DE3421124A1 - REACTOR FOR GASIFYING SOLID FUELS - Google Patents
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Description
METALLGESELLSCHAFT & 5. Juni 1984METALLGESELLSCHAFT & June 5, 1984
Aktiengesellschaft - WGN/MRKQ675P)Aktiengesellschaft - WGN / MRKQ675P)
Prov.-Nr. 9124 LProv.-No. 9124 L.
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum Vergasen fester Brennstoffe mit Sauerstoff, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid unter einem Druck von 10 bis 150 bar, wobei der Reaktor einen den Vergasungsbereich umgebenden Innenmantel aus Stahl und einen den Innenmantel umgebenden Außenmantel aufweist und sich zwischen Innenund Außenmantel unter Druck siedendes Kühlwasser befindet.The invention relates to a reactor for gasifying solid fuels with oxygen, steam and / or carbon dioxide under a pressure of 10 to 150 bar, the reactor having the gasification area surrounding inner jacket made of steel and an outer jacket surrounding the inner jacket and located between inner and Outer jacket is under pressure boiling cooling water.
Die Vergasung körniger Kohle im Festbett ist bekannt und z.B. in Ulimanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage (1977), Bd. 14, Seiten 383 bis 386, dargestellt. Einzelheiten der Vergasung mit festbleibender Asche sind den US-Patentschriften 3 540 867 und 3 854 895 sowie der deutschen Offenlegungsschrift 22 01 278 zu entnehmen. Vergasungsreaktoren, bei denen die Asche flüssig abgezogen wird, sind in den Lritischen Patentschriften 1 507 505, 1 508 671 und 1 512 677 erläutert. Die Vergasung fester Brennstoffe im Wirbelbett wird im US-Patent 4 347 064 und im dazu korrespondierenden Europa-Patent 8469 beschrieben.The gasification of granular coal in a fixed bed is known and e.g. in Ulimann's Enzyklopadie der Technischen Chemie, 4th edition (1977), Vol. 14, pages 383 to 386. Details of the solid ash gasification can be found in US patents 3 540 867 and 3 854 895 as well as the German Offenlegungsschrift 22 01 278. Gasification reactors, in which the ash is drawn off in liquid form, are in the British patents 1 507 505, 1 508 671 and 1 512 677. The gasification of solid fuels in the fluidized bed is described in U.S. Patents 4,347,064 and in the corresponding European patent 8469.
Bei den bekannten Reaktoren befindet sich der heiße Vergasungsbereich an der Innenseite des InrienmantelS/ wobei die Außenseite des Innenmantels mit Kühlwasser in Kontakt steht, damit die durchschnittliche Temperatur des Innenmantels nicht zu hoch wird. Dabei treten im Innenmantel zwangsläufig Thermospan- nungen auf, die bei bekannten Reaktoren beherrschbar sind, wenn nicht zu große Wanddicken des Innenmantels nötig sind. Erfordern die Verfahrensbedingungen jedoch größere Wanddicken des aus Stahl gefertigten Innenmantels, so können die unvermeidlichen Thermospannungen zur Rißbildung im Innenmantel führen.The hot gasification area is located in the known reactors on the inside of the InrienmantelS / being the outside of the inner jacket is in contact with cooling water so that the average temperature of the inner jacket does not become too high. In this case, thermal stresses inevitably occur in the inner jacket, which can be controlled in known reactors, if not too much large wall thicknesses of the inner jacket are necessary. However, the process conditions require greater wall thicknesses of the steel manufactured inner jacket, so the inevitable thermal stresses lead to the formation of cracks in the inner jacket.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Innenmantel bei hoher bis extremer Belastung so ausbilden zu können, daß Rißbildung auch bei langem Vergasungsbetrieb vermieden wird. Beim eingangs genannten Reaktor geschieht dies erfindungsgemüß dadurch, oaß sich zwischen dem Innenmantel, der wassergekühlt ist, und dem Außenmantel ein Stützmantel befindet, der mit dem Innenmantel stellenweise verschweißt ist. Dieser Stützmantel nimmt einen beträchtlichen Teil der auf dem Innenmantel lastenden, vom Vercjasungsbereich kommenden mechanischen Belastung auf und sorgt dafür, daß man mit einer relativ geringen Wandstärke des Innenmantels auskommt. Der Stützmantel ist völlig von Kühlwasser umgeben und nicht thermisch belastet, so daß er leicht ausreichend stabil ausgebildet werden kann.The invention is based on the object, the inner jacket at high to be able to train up to extreme loads in such a way that cracking is avoided even with long gasification operation. At the entrance According to the invention, this is done according to the invention by means of the reactor mentioned there is a support jacket between the inner jacket, which is water-cooled, and the outer jacket, which is connected to the inner jacket is welded in places. This support jacket takes a considerable part of the load on the inner jacket from the vent area coming mechanical load and ensures that one with a relatively small wall thickness of the inner jacket gets by. The support jacket is completely surrounded by cooling water and is not thermally stressed, so that it is easily sufficiently stable can be trained.
Es ist zweckmäßig, daß der Stützmantel mit dem Innenmantel entlang vertikaler Rippen verschweißt ist. Diese Rippen sind leicht herzustellen, sie bilden die Zirkulation des Kühlwassers fördernde Kanäle aus, wodurch der Wärmeübergang zum Kühlwasser verbessert wird. In dem dabei intensiv gekühlten Innenmantel können nur geringe thermische Spannungen entstehen. Zwischen den Rippen kann der Stützmantel als ebene Fläche ausgebildet sein, was einerseits die Herstellung des Stützmantels verbilligt und andererseits auch die Stabilität des Stützmantels gegenüber gebogenen Flächen zwischen den Rippen verbessert.It is useful that the support jacket along with the inner jacket vertical ribs is welded. These ribs are easy to manufacture, they promote the circulation of the cooling water Channels off, whereby the heat transfer to the cooling water is improved. In the inner jacket, which is intensively cooled, only low thermal stresses arise. The support jacket can be designed as a flat surface between the ribs his, which on the one hand makes the production of the support jacket cheaper and on the other hand also the stability of the support jacket curved surfaces between the ribs improved.
Durch die Verwendung eines Stützmantels können nunmehr auch große Reaktoren mit einem Durchmesser des Innenmantels von mindestens 2 m und mehr, vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 6 m, mit hoher Stabilität und Betriebssicherheit gebaut werden.By using a support jacket, large reactors with an inner jacket diameter of at least 2 m and more, preferably in the range from 2.5 to 6 m, with a higher Stability and operational reliability are built.
Der Reaktor ist sowohl für die Vergasung körniger Brennstoffe, insbesondere Kohle oder Braunkohle, im Festbett oder für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe im Wirbelbett geeignet. Die Vergasung im Festbett kann dabei in bekannter Weise so erfolgen, daß einerseits die Asche festbleibt, wenn sie aus dem Vergasungsraum abgezogen wird, andererseits könnnen höhere Vergasungstemperaturen zur Anwendung kommen, wobei die mineralischen Bestandteile zu flüssiger Schlacke werden und diese Schlacke kontinuierlich oder periodisch aus dem Reaktor abfließt.The reactor is used both for the gasification of granular fuels, in particular coal or lignite, in a fixed bed or for gasification suitable for pulverized fuels in the fluidized bed. The gasification in the fixed bed can take place in a known manner so that on the one hand the ash remains solid when it is withdrawn from the gasification chamber, on the other hand higher gasification temperatures can occur come to use, the mineral components to liquid slag and this slag continuously or periodically drains from the reactor.
Ausgestaltungen des Vergasungsreaktors werden mit hilfe der Zeichnung erläutert.Refinements of the gasification reactor are made with the help of Drawing explained.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 in stark schematisierter Darstellung einen Längsschnitt durch den Mantelbereich eines Reaktors zum Vergasen fester Brennstoffe im Eestbett,1 shows, in a highly schematic representation, a longitudinal section through the jacket region of a reactor for gasifying solid fuels in the bed,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II - II durch den Mantelbereich in vergrößerter Darstellung und2 shows a section along the line II - II through the jacket area in an enlarged view and
Fig. 3 die Sicht auf den Stützmantel der Fig. 2, in Richtung des Pfeils III gesehen.3 shows the view of the support jacket of FIG. 2, seen in the direction of arrow III.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Mantel eines Vergasungsreaktors 1, der der Vergasung fester Brennstoffe iia Festbett dient, wird der Brennstoff durch eine nicht dargestellte Schleuse von oben durch einen Einlaß 2 dem Reaktor aufgegeben. Der Reaktor weist einen Innenmantel 3 aus Stahl auf, der den Vergasungsbe-In the casing of a gasification reactor 1 shown in FIG. 1, which serves to gasify solid fuels iia a fixed bed, the fuel is fed through a lock, not shown, from above through an inlet 2 to the reactor. The reactor has an inner jacket 3 made of steel, which the carburetor
reich 4 umgibt. Unvergasbare Bestandteile verlassen den Vergasungsbereich 4 am unteren Ende 15; der Produktgüsabzug, der sich über dem Vergasungsbereich 4 in der Nähe des Einlasses 2 befindet, ist ebenfalls nicht dargestellt.rich 4 surrounds. Non-gasifiable components leave the gasification area 4 at the lower end 15; the product deduction, which located above the gasification area 4 near the inlet 2, is also not shown.
Im Vergasungsbereich 4 herrschen Drücke im Bereich von 10 bis 150 bar und vorzugsweise von 20 bis 100 bar. Diese hohen Drücke werden jedoch nicht vom Inneninantel 3 sondern vom Außenmantel 5 aufgenommen. Zwischen dem lnnenmantel 3 und Auüeniiiantel b bcLindet sich Kühlwasser aus der Leitung 6, wobei gebildeter Wasserdampf durch eine Leitung 16 in den VergasungsLereich 4 strömen kann. Der Druck, unter dem das Kühlwasser steht, ist nur geringfügig höher als der Druck im Vergasungsbereich 4, deshalb ist der lnnenmantel 3 weitgehend druckentlastet, er muß jedoch so ausgelegt werden, daß er Druckdifferenzen von etwa 2 bis 3 bar aufnehmen kann. Gleichzeitig muß der lnnenmantel 3 in der Lage sein, die hohen Temperaturen im Bereich von 1 000 bis 1 600 0C, die während der Vergasung an seiner Innenseite auftreten, auszuhalten.In the gasification area 4, pressures in the range from 10 to 150 bar and preferably from 20 to 100 bar prevail. However, these high pressures are not absorbed by the inner jacket 3 but by the outer jacket 5. Cooling water from the line 6 is located between the inner jacket 3 and the outer shell b , with the water vapor formed being able to flow through a line 16 into the gasification area 4. The pressure under which the cooling water is only slightly higher than the pressure in the gasification area 4, therefore the inner jacket 3 is largely relieved of pressure, but it must be designed so that it can absorb pressure differences of about 2 to 3 bar. Simultaneously, the inner jacket 3 must be capable of the high temperatures in the range 1000 to 1600 0 C, which occur during the gasification on its inside to withstand.
Einen Teil der auf den lnnenmantel 3 einwirkenden mechanischen Belastung nimmt ein Stützmantel 7 auf, der den am meisten beanspruchten zylindrischen Teil des Innenmantels 3 umgibt. Die Ausgestaltung dieses Stützmantels 7 ist den Fig. 2 und 3 zu entnehmen. A part of the mechanical load acting on the inner jacket 3 is taken up by a support jacket 7, which is the most stressed surrounding the cylindrical part of the inner jacket 3. The design this support jacket 7 can be seen in FIGS.
Der Stützmantel weist im Abstand angeordnete vertikale Rippen 8 auf, die mit der Außenseite des Innenmantels 3 verschweißt sind. Benachbarte Rippen bilden, von der vertikalen Symmetrieachse A des Innenmantels aus gesehen, einen Winkel von etwa 10 bis 20 °, vgl. Fig. 2. Die Flächen 9 zwischen benachbarten Rippen sind eben, wie man das Fig. 2 entnehmen kann.The support jacket has spaced vertical ribs 8 which are welded to the outside of the inner jacket 3. Adjacent ribs, viewed from the vertical axis of symmetry A of the inner jacket, form an angle of approximately 10 to 20 °, see FIG. 2. The surfaces 9 between adjacent ribs are flat, as can be seen from FIG.
Der Stützmantel 7 ist praktisch vollständig von Kühlwasser umgeben, wobei sich aufgrund der höheren Temperaturen in der Nähe des Innenmantels 3 eine Zirkulation des Kühlwassers ergibt, die inThe support jacket 7 is practically completely surrounded by cooling water, because of the higher temperatures in the vicinity of the inner jacket 3 there is a circulation of the cooling water, which in
Fig. 1 durch die punktierten Pfeile 10a und IQb angedeutet ist. Demnach strömt die Kühlflüssigkeit in den Kanälen 11, die sich zwischen den Rippen 8, den Flächen 5 und der Außenseite des Innenmantels 3 ergeben, nach oben und im Bereich zwischen der Außenseits des Stützmantels 7 und der Innenseite des Außenmantels 5 bildet sich eine Abwärtsströmung aus. Die Rippen können auch noch mit einzelnen Aussparungen 12 versehen sein, wie das der Fig. 3 zu entnehmen ist. Diese Aussparungen 12 bilden Öffnungen zwischen dem Innenmantel 3 und dem Stützmantel 7, durch die die Kühlflüssigkeit auch vom einen zum benachbarten Kanal 11 fließen kann, doch sind diese Aussparungen nicht unbedingt erforderlich.Fig. 1 is indicated by the dotted arrows 10a and IQb. Accordingly, the cooling liquid flows in the channels 11, which are between the ribs 8, the surfaces 5 and the outside of the inner jacket 3 result, upwards and in the area between the outside of the support jacket 7 and the inside of the outer jacket 5 a downward flow forms. The ribs can also be provided with individual recesses 12, like that of the Fig. 3 can be seen. These recesses 12 form openings between the inner jacket 3 and the support jacket 7, through which the Coolant also flow from one to the adjacent channel 11 can, but these recesses are not absolutely necessary.
Die Wandstärke des Innenmantels liegt im Bereich von 7 bis 25 mm, der Stützmantel 7 und seine Rippen 8, die üblicherweise auch aus Stahl gefertigt werden, können Materialstärken von etwa 5 bis 25 mm aufweisen. Durch die Anordnung des Stützmantels läßt sich die Wandstärke des Innenmantels auf 30 bis 60% der Wandstärke verringern, die ohne Stützmantel nötig wäre.The wall thickness of the inner jacket is in the range from 7 to 25 mm, the support jacket 7 and its ribs 8, which are usually also made of Steel are made, material thicknesses of about 5 to 25 mm. The arrangement of the support jacket can reduce the wall thickness of the inner jacket to 30 to 60% of the wall thickness that would be necessary without a support jacket.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8130 | Withdrawal |