DE19902743A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen von Strömungsmittel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen von Strömungsmittel, insbesonde­ re von Gas.

Im Stand der Technik sind Kühlungsvorrichtungen für Rauchgas bzw. Verbrennungsgase bekannt. Vor allem aber für Synthesegase, welche üblicherweise einen Druck im Be­ reich von 20 bis 60 bar und eine Temperatur im Bereich von 600 bis 900°C haben, ist die Gasströmungsrate zu hoch, um eine Behandlung in einer für Verbrennungsgase typischen Kühlungsvorrichtung zu ermöglichen. Aufgrund der Tatsache, daß der Anteil an Feststoffpartikel, wie etwa Staub- und Aschepartikel, beispielsweise mehr als ein Gewichtsprozent beträgt, besteht bei bekannten Gasab­ kühlungsvorrichtungen die Gefahr, daß diese durch Ablage­ rungen verstopfen und diejenigen Teile, welche mit dem Gas in Berührung kommen, leicht angegriffen werden bzw. erodieren und/oder korrodieren.

Die vorliegende Erfindung möchte hier Abhilfe schaffen.

Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängigen An­ sprüchen 2 bis 7 beschrieben.

Danach schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Kühlen von Strömungsmittel, insbesondere von Gas, mit: einem Einlaß zum Zuführen des Strömungsmittels; einem Durch­ strömungsbereich, durch welchen das Strömungsmittel hin­ durch strömt; einem Auslaß zum Ausströmen des Strömungs­ mittels; und mehreren Rohrleitungen, welche spiralförmig innerhalb des Durchströmungsbereiches mit einer Steigung verlaufen, bei welcher der Steigwinkel wenigstens so groß wie der Fallwinkel von in der Strömungsmittelströmung enthaltenen Feststoffpartikel ist.

Bei einem derartigen Steigwinkel einer spiralförmigen Rundleitung bleiben die Feststoffpartikel nicht mehr dar­ auf liegen oder daran haften, so daß vorteilhaft erheb­ lich weniger Erosion, Korrosion und/oder Verstopfungen in der Vorrichtung auftreten. Eine gesättigte Dampfströmung kann einen Druck haben, der beispielsweise mehr als 110 bar beträgt. Vorzugsweise ist die erindungsgemäße Vor­ richtung derart ausgebildet, daß die Materialtemperaturen unterhalb von 400°C liegen, wobei beispielsweise unle­ gierter Stahl oder niedrig legierter Stahl verwendet wird. Falls bestimmte Teile oder Komponenten der Vorrich­ tung nicht ausreichend gekühlt werden können, werden hierfür bevorzugt Cr (Chrom) und Ni (Nickel)-begierungen oder hitzebeständige Beläge oder Beschichtungen auf unle­ giertem Stahl verwendet.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Kühlen von Strömungsmittel, insbesondere von Gas, bei welchem die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Küh­ lungsvorrichtung verwendet wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Details der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines schematischen bevorzugten Ausführungsbeispiels ver­ anschaulicht. Dabei wird auf die einzige beigefügte Figur Bezug genommen, welche einen Vertikalschnitt durch das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlungsvor­ richtung darstellt.

Das gezeigt bevorzugte Ausführungsbeispiel 1 der erfin­ dungsgemäßen Kühlungsvorrichtung weist einen im wesentli­ chen zylindrischen Behälter 2 auf, der an seinem oberen Ende mit einem Gaseinlaßkanal zum Zuführen von Gas verse­ hen ist. Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsge­ mäßen Kühlungsverfahrens, bei welchem die erfindungsgemä­ ße Kühlungsvorrichtung eingesetzt werden kann, ist das Gas beispielsweise Synthesegas mit einer Temperatur im Bereich von 600 bis 900°C und einem Druck im Bereich von 20 bis 60 bar. In vielen Fällen weist das Synthesegas ei­ nen Anteil von Staub- oder Aschepartikel in einer Menge von einem Gewichtsprozent oder mehr auf.

Im Behälter 2 ist bevorzugt ein Mittelrohr 4 angeordnet, welches mit einem Dampfkessel 7 über eine Rohrleitung 5 verbunden ist. Das Mittelrohr 4 ist an seiner unteren Seite über eine Leitung 8 mit einer zweiten Ringleitung 9 verbunden. Zwischen dem Dampfkessel 7 und der Ringleitung 9 ist eine Fallrohr 16 angeordnet, durch welches Wasser in die Ringleitung 9 geleitet wird. Ferner ist der Dampf­ kessel 7 mit einem Wassereinlaß 17 und einem Dampfauslaß 18 ausgestattet. Um Dampf und Wasser abzulassen, ist fer­ ner eine Verbindungsleitung 19 zwischen einer weiteren Ringleitung 6 und dem Dampfkessel 7 angeordnet.

Rund um das Mittelrohr 4 sind in dem vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel zwei sogenannte Pakete von Rohrleitungen angeordnet, die spiralförmig zwischen der zweiten Ringleitung 9 und der ersten Ringleitung 6 verlaufen. Je­ des Paket bildet für sich eine Art Hohlzylinder bzw. Zy­ lindermantel. In der Figur sind die drei Rohrleitungen 10, 11 und 12 des äußeren Pakets sowie die drei Rohrlei­ tungen 13, 14 und 15 des inneren Pakets gezeigt.

Bei einer weiteren Ausführung einer praktischen Realisie­ rung sind beispielsweise insgesamt drei konzentrisch an­ geordnete Hohlzylinder von Rohrleitungspaketen vorgese­ hen, welche jeweils etwa 10 Rohrleitungswicklungen auf­ weisen und mit zwei oder mehreren Ringleitungen verbunden sind.

Ein Kühlmittel, wie etwa Wasser und Wasserdampf, strömt in den Rohrleitungen 10 bis 15, vorzugsweise in Gegen­ richtung zur Richtung A der Gasströmung. Die Gasströmung wird durch den mittleren Bereich vorbei an den Rohrlei­ tungen 10 bis 15, welche das Kühlmittel enthalten, gelei­ tet. Die spiralförmigen Rohrleitungen mit Kühlmittel ver­ laufen vorzugsweise in einem Steigwinkel von 45° oder mehr, so daß sich Staub- und Aschepartikel aus der Gasströmung nicht auf den Rohrleitungen des Wärmetau­ schers ablagern können. Um eine sogenannte Brückenbildung zwischen den Rohrleitungen zu vermeiden, sind die inneren Rohrleitungen 13, 14 und 15 vorzugsweise mit entgegenge­ setzter Drehrichtung zu derjenigen der Rohrleitungen 10, 11 und 12 angeordnet. Der Steigwinkelgrenzwert von 45° entspricht dabei dem sogenannten Fallwinkel der in der Gasströmung enthaltenen Partikel, d. h. demjenigen Nei­ gungswinkel einer Rohrleitung, bei welchem die Feststoff­ partikel von den Rohrleitungen herunter rollen oder glei­ ten, also nicht mehr abgelagert bleiben.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Der Schutz­ bereich der Anmeldung wird durch die nachfolgenden An­ sprüche festgelegt, wobei in den Schutzbereich viele Mo­ difikationen und Abwandlungen fallen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Kühlen von Strömungsmittel, insbe­ sondere von Gas, mit:

• - einem Einlaß zum Zuführen des Strömungsmittels;
• - einem Durchströmungsbereich, durch welchen das Strömungsmittel hindurch strömt;
• - einem Auslaß zum Ausströmen des Strömungs­ mittels; und
• - mehreren Rohrleitungen (10-15), welche ein Kühl­ mittel enthalten und spiralförmig innerhalb des Durchströmungsbereiches mit einer Steigung ver­ laufen, bei welcher der Steigwinkel wenigstens so groß wie der Fallwinkel von in der Strömungs­ mittelströmung enthaltenen Feststoffpartikel ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Fall­ winkel in der Größenordnung von etwa 45° ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche mehrere erste spiralförmige Rohrleitungen (13, 14, 15) und mehrere zweite (10, 11, 12) und/oder weitere Rohr­ leitungen aufweist, die konzentrisch zueinander an­ geordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die ersten Rohrleitungen (13, 14, 15) und die zweiten (10, 11, 12) und weiteren Rohrleitungen jeweils mit einander entgegengesetztem Drehsinn gewickelt sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher ein Mittelrohr (4) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Mittel­ rohr (4) mit einer ersten Ringleitung (6) und einer zweiten Ringleitung (9) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Mittel­ rohr (4) über getrennte Leitungen mit einem Dampf­ kessel (7) verbunden ist.

8. Verfahren zum Kühlen von Strömungsmittel, insbeson­ dere von Gas, bei welchem eine Vorrichtung nach ei­ nem der vorstehenden Ansprüche verwendet wird.