DE3009850C2 - Reaktorbehälter - Google Patents

Description

- daß die innere Lage der Kühlrohre (16) ganz von keramischem Material (15) umgeben innerhalb der inneren Auskleidungsschicht (14) verläuft,

- daß die äußere Auskleidungsschicht (18) die innere Auskleidungsschicht (14) unter Bildung eines Ringspaltes (17) umgibt,

- der so breit ist, daß er bei Betriebstemperatur geschlossen ist, und

- daß Kühlrohre (19) der äußeren Kühlrohrlage - in radialer Richtung gesehen - jeweils zwischen zwei Kühlrohren (16) der inneren Kühlrohrlage angeordnet sind.

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2. Reaktorbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die innere Auskleidungsschicht (14) durch feuerfeste Bausteine (15) gebildet ist, die an ihrer jeweils einem Kühlrohr (16) benachbarten Seite eine Aussparung aufweisen, in die das Kühlrohr (16) mit einem Teil seines Querschnitts eingreift.

3. Reaktorbehälter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kühlrohre (19) in Umfangsrichtung über Bleche (20) miteinander verschweißt sind oder einander überlappende Flossenbleche besitzen.

4. Reaktorbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kühlrohrlage (16) nur über den Hauptreaktionsbereich hin angeordnet ist und daß eine der beiden Kühlrohrlagen außerhalb der Auskleidung (14) bis in die Höhe des Einlasses (10) reicht.

5. Reaktorbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die äußeren Kühlrohre (19) in Richtung auf die Ausgangsseite des Reaktorbehälters eine bis zum Druckmantel (12) verlaufende Gassperre (37) aus elastisch nachgebenden Blechen anschließt.

6. Reaktorbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Auskleidungsschicht (14) des mittleren Bereichs einschließlich ihrer Kühlrohre (16) als in die angrenzenden Bereiche einsetzbare, ein- oder mehrteilige Baueinheit ausgebildet ist.

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Die Erfindung betrifft einen Reaktorbehälter, insbesondere für die Vergasung fossiler Brennstoffe, mit einem Druckmantel und einer feuerfesten Auskleidung, mit einer den Innenraum des Reaktionsbereiches begrenzenden inneren Auskleidungsschicht aus keramischem Material und einer nach außen an diese anschließenden weiteren Auskleidungsschicht und mit einem Kühlrohrsystem aus in Längsrichtung des Reaktorbehälters auf Umfangsflächen unterschiedlichen Durchmessers verlaufenden Kühlrohranlagen, von denen die äußere in oder hinter der äußeren Auskleidungsschicht verläuft

Bei einem aus der DE-AS 24 25 962 bekannten Reaktorbehälter dieser Art besteht die innere Auskleidungsschicht aus einer Stampfmasse. Innerhalb dieser Auskleidungsschicht sind keine Kühlrohre vorgesehen. Eine unmittelbar nach außen anschließende zweite Auskleidungsschicht besteht aus Füll- und Isoliermaterial und enthält zwei Rohrlagen, von denen die innere die Innenseite der zweiten Schicht bildet und aus fest miteinander verschweißten Kühlrohren besteht Die inneren Kühlrohre bilden also eine um den Umfang geschlossenene dichte Wandung. Außerhalb der äußeren Auskleidungsschicht verlaufen die ebenfalls eine Lage bildenden Fallrohre dicht am Druckmantel. Die zwischen dem Druckmantel und den Fallrohren gebildete Trennfuge in Verbindung mit einer horizontalen Trennfuge in der äußeren Isolierschicht ermöglicht es, die Rohnvandkonstruktion nach oben oder unten aus dem teilbaren Druckmantel herauszufahren.

Darüber hinaus ist es zum Beispiel aus der DE-PS 4 94135 bekannt, daß bei einem Baserzeuger die zueinander parallel verlaufenden Kühlrohre einer Kühlrohrlage mit angeschweißten Blechen die Zwischenräume überdecken. Es können auch Flossenrohre verwendet und so angeordnet werden, daß sich die Flossen benachbarter Flossenrohre überlappen.

Ferner ist es aus der DE-PS 8 92 359 bei Gaserzeugern bekannt, zwischen verhältnismäßig dicht nebeneinander verlaufenden Kühlrohren zumindest angenähert V-förmige Bleche anzuordnen, deren Schenkel dem Rohrradius angepaßt bogenförmig verlaufen und mit den Kühlrohren verschweißt sind.

Es ist aus der DE-AS 10 63 314 bekannt, zur Kühlung eines Reaktors einen Kühlzylinder zu verwenden, der die Auskleidung umgibt und aus Wellblech besteht. Zusätzlich sind schraubenlinienförmig um die Auskleidungsschicht verlaufende Kühlrohre vorgesehen.

Schließlich ist es noch aus der US-PS 1123162 bekannt, in einer aus feuerfesten Steinen bestehende Auskleidungsschicht Kühlrohre einzubetten, in denen die Steine dem Kühlrohrquerschnitt entsprechend ausgespart sind. Die Kühlrohre, die zur Kühlung eines Gaserzeugers dienen, sind jedoch zum Innenraum des Gaserzeugers hin nicht durch feuerfestes Material geschützt, denn sie werden von den feuerfesten Steinen nur an ihren aneinanderzugewandten Seiten und den Außenseiten umgeben.

Demgegenüber geht die Erfindung davon aus, daß es insbesondere bei möglichen Betriebstemperaturen bis zu 1500⁰C erforderlich ist, die Auskleidung so auszubilden, daß sie auch zur Aufnahme größerer Wärmedehnungen geeignet ist und daß die durch die Wärmedehnungen verursachten radialen Kräfte nicht unzulässig stark die Auskleidung selbst und diese gegebenenfalls umgebende Konstruktionsteile beanspruchen.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine für einen Reaktorbehälter der eingangs genannten

Art geeignete Auskleidung zu schaffen, die auch die bei hohen Betriebstemperaturen auftretenden und verhältnismäßig großen Wärmedehnungen mit Sicherheit aufnehmen kann und die eine ausreichend gute und gleichmäßige Wärmeabfuhr aus der Auskleidung gewährleistet

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die innere Lage der Kühlrohre, s£e jeweils ganz von keramischem Material umgeben sind, innerhalb der inneren Auskleidungsschicht verläuft, daß die äußere Auskleidungsschicht die innere Auskleidungbschicht unter Bildung eines Ringspaltes umgibt, der so breit ist, daß er bei Betriebstemperatur geschlossen ist, und daß Kühlrohre der äußeren Kühlrohrlage jeweils zwischen zwei Kühlrohren der inneren Kühlrohrlage angeordnet sind.

Hierdurch wird zunächst eine besonders wirksame Kühlung der inneren Auskleidungsschicht gewährleistet Die innere Auskleidungsschicht ist so ausgebildet, daß sie sich bis zum Erreichen der Betriebstemperatur nach außen hin ausdehnt und dann an die äußere Auskleidungsschicht anschließt Dadurch wird letztere allenfalls nur noch von geringen radialen Kräften beansprucht Gleichzeitig wird ein Wärmeübergang in das Material der äußeren Auskleidungsschicht möglich, so daß Wärme mittels der äußeren Kühlrohrlagen abgeführt werden kann.

Im mittleren Bereich zwischen zwei benachbarten Kühlrohren der inneren Kühlrohrlage ist die Kühlwirkung geringer als in unmittelbarer Nähe der Kühlrohre selbst Dieser mittlere Bereich kann sich deshalb entsprechend höher erwärmen. Für diesen Bereich wird jedoch die notwendige Wärmeabfuhr dadurch gewährleistet, daß gerade dort in der äußeren Auskleidungsschicht ein Kühlrohr vorhanden ist. Somit ergibt sich eine weitgehend gleichmäßige Verteilung der Kühlwirkung über den ganzen Umfang hin. Diese Gleichmäßigkeit der Wärnieabfuhr bewirkt auch eine Herabsetzung des Verschleißes der inneren Auskleidungsschicht

Vorteilhaff ist es erfindungsgemäß, wenn zumindest die innere Auskleidungsschicht durch feuerfeste Bausteine gebildet ist die an ihrer jeweils einem Kühlrohr benachbarten Seite eine Aussparung aufweisen, in die das Kühlrohr mit einem Teil seines Querschnitts eingreift. Hierdurch wird nicht nur die Herstellung der inneren Auskleidungsschicht vereinfacht, sondern auch eine möglichst große Wärmeübergangsfiäche zwischen dem keramischen Material der inneren Auskleidungsschicht und den in ihnen enthaltenen Kühlrohre erreicht.

Während es nicht störend ist, daß die innere Auskleidungsschicht gasdurchlässig bleibt, sollte verhindert werden, daß Gase in den außerhalb der Auskleidung liegenden Bereich vordringen können. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Kühlrohre der äußeren Auskleidungsschicht einen in Umfangsrichtung ganz oder zumindest im wesentlichen gasdicht geschlossenenen Zylinder bilden.

Zu diesem Zweck sind die äußeren Kühlrohre in Umfangsrichtung über Bleche miteinander verschweißt oder sie besitzen einander überlappende Flossenbleche. In diesem Fall können die Flossen selbst miteinander verschweißt oder so angeordnet werden, daß sie einander überlappend aneinander liegen.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die innere Kühlrohrlage nur über den Hauptreaktionsbereich des Reaktorbehälters hin angeordnet ist und daß eine der Kühlrohrlagen außerhalb der Auskleidung bis in die Höhe des Einlasses reicht.

Die für die besonders intensive Kühlung in Höhe des Hauptreaktionsbereiches erforderliche Zweilagigkeh der Kühlung kann auf diesen Bereich beschränkt sein. Das Herausführen einer Rohrlage des Kühlsystems aus der Auskleidung in Höhe des Eingangsbereiches des Reaktorbehälters dient auch dem Zweck, eine größere Erwärmung der Auskleidung im Eingangsbereich vom Innenraum des Reaktorbehälters her zuzulassen, was für die Einleitung der chemisch-physikalischen Reaktionen vielfach zweckmäßig ist Gleichzeitig kann der in Höhe des Eingangsbereiches befindliche Teil der Kühlrohrlage dazu dienen, das Absinken der Temperatur zwischen Auskleidung und dem äußeren Druckmantel unter einen bestimmten Wert zu verhindern, da das in den Kühlrohren umlaufende Wasser die hierzu erforderliche Temperatur angenommen hat

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können die innere und die äußere Lage der Kühlrohre Bestandteil unterschiedlicher Kühlkreisläufe mit eigenen Zuführungen und Ableitungen sein. Hierdurch wird es möglich, die von den beiden Kühlrohrlagen jeweils zu erzielende Kühlwirkung getrennt zu steuern und dem jeweiligen Bedarf anzupassen.

Um das Entstehen einer Gasströmung zwischen der Auskleidung und dem Druckmantel im Ausgangsbereich des Reaktorbehälters zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn an die äußeren Kühlrohre in Richtung auf die Ausgangsseite des Reaktorbehälters eine bis zum Druckmantel verlaufende Gassperre aus elastisch nachgebenden Blechen anschließt

Es ist durchaus denkbar, daß die innere Auskleidungsschicht einem unterschiedlich starken Verschleiß unterliegt Um nicht die ganze Auskleidungsschicht auswechseln zu müssen, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn die innere Auskleidungsschicht des mittleren Bereichs einschließlich ihrer Kühlrohre als in die angrenzenden Bereiche einsetzbare, ein- oder mehrteilige Baueinheit ausgebildet ist

Mit dem mittleren Bereich ist jeweils derjenige Bereich der Auskleidung gemeint, in dessen Höhe die hauptsächlichen Reaktionen im inneren des Reaktorbehälters stattfinden.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Reaktorbehälter in schematischer Darstellung;

F i g. 2 einen in einer radialen Ebene liegenden Teilschnitt durch den Reaktorbehälter entsprechend der Linie H-II in F ig. 1;

F i g. 3 einen der Darstellung nach F i g. 2 entsprechenden Teilschnitt durch den Reaktorbehälter mit einer abgewandelten Ausführungsform der äußeren Kühlrohrlage.

Der Reaktorbehälter ist vertikal angeordnet und hat oben einen Behältereinlaß 10, durch den Reaktionskomponenten zugeführt werden. Am unteren Ende befindet sich ein Behälterausgang 11, der mit hier nicht dargestellten nachgeschalteten Anlagenteilen verbunden ist.

Der Reaktorbehälter hat einen druckfesten äußeren Mantel 12 aus Stahl und eine feuerfeste Auskleidung, die den Behälterinnenraum 13 begrenzt. Die Auskleidung ist aus mehreren Schichten aufgebaut. Eine innere Schicht 14 besteht aus Bausteinen 15 und Kühlrohren 16, die im wesentlichen in vertikaler Richtung verlaufen. Zwischen jeweils zwei benachbarte Kühlrohre 16 sind zwei Bausteine 15 entsprechend der Darstellung nach

■ F i g. 2 eingesetzt. Jeder Baustein 15 hat an seiner einem Kühlrohr zugewandten Seite eine etwa halbkreisförmige Aussparung, in die jeweils ein Kühlrohr 16 mit einem Teil seines Querschnitts eingreift. Die Kühlrohre 16 bilden somit gleichzeitig eine Abstützung für die Bausteine IS.

Die innere Schicht 14 ist von einem Ringspalt 17 umgeben, an dem nach außen hin eine äußere Schicht 18 der Auskleidung anschließt. Der Ringspalt 17 hat eine Größe, die der Größe der zu erwartenden Ausdehnung der inneren Schicht 14 in radialer Richtung entspricht. Bei Erreichen der Betriebstemperatur liegen die Bausteine 15 an der äußeren Schient 18 an. Zu letzterer gehören Kühlrohre 19, die durch Bleche 20 zu einem um den Umfang geschlossenenen Zylinder verbunden sind. Die Innenseite dieses Zylinders ist mit feuerfestem Material in Form einer Stampfmasse 21 ausgekleidet.

Wie insbesondere F i g. 2 erkennen läßt, liegt jedes zweite der äußeren Kühlrohre 19 etwa in der Mitte des Umfangswinkels, der dem Abstand zweier innerer Kühlrohre 16 entspricht Diese äußeren Kühlrohre 19 sind für eine Vergleichmäßigung der Wärmeabfuhr aus der inneren Schicht 14 von besonderer Wichtigkeit Die jeweils dazwischen liegenden Kühlrohre 19, die sich mit den Kühlrohren 16 auf demselben Radialstrahl befinden, sind vor allem deshalb vorgesehen, weil die äußeren Kühlrohre 19 eine Reserve an Kühlleistung gewährleisten sollen, falls aufgrund von Störungen oder Beschädigungen das aus den inneren Kühlrohren 16 gebildete Kühlsystem teilweise oder ganz ausfällt Insgesamt sind also die Wärmeübergangsflächen des äußeren Kühlsystems größer als diejenigen des inneren Kühlsystems.

Die inneren Kühlrohre 16 werden von um den Umfang verteilt angeordneten Konsolen 22 gehalten, und zwar mit Hilfe von sich in radialer Richtung erstreckenden Halteblechen 23 und Haltewinkeln 24, mit denen diese Kühlrohre 16 verschweißt sind.

Auch die äußeren Kühlrohre 19 sind mit den Halteblechen 23 verschweißt und sind zusätzlich durch Haltewinkel 25 mit den Konsolen 22 verbunden.

Das aus den inneren Kühlrohren 16 gebildete Kühlsystem ist über den Umfang hin in einzelne Abschnitte unterteilt, von denen jeder über radial nach außen führende Zuleitungen 26 und Ableitungen 27 an eine zentrale Kühlmittelversorgung angeschlossen ist Diese abschnittweise Unterteilung entspricht auch der konstruktiven Ausbildung der Auskleidung, soweit auch diese aus abschnittweisen Baueinheiten besteht. Die Auskleidungsabschnitte einschließlich der zugehörigen Bausteine 15 können jeweils für sich ausgewechselt werdea

Wie F i g. 1 erkennen läßt, erstreckt sich das aus den Kühlrohren 16 gebildete innere Kühlsystem nur über denjenigen Bereich des Behälterinnenraumes 13, der als der hauptsächliche Reaktionsbereich angesehen werden kann. In Höhe des dem Behältereingang 10 zugewandten Einlaßbereiches ist nur die innere Auskleidungsschicht 14 in Form von Bausteinen 15 vorhanden. Diese hat jedoch kein Kühlsystem, weil es für die Einleitung der Reaktionen zweckmäßig sein kann, daß diese Schicht 14 in dieser Höhe möglichst stark erwärmt ist

Die äußeren Kühlrohre 19 sind bis in die Höhe des Einlaßbereiches hochgezogen und verlaufen dort außerhalb der inneren Auskleidungsschicht und münden in einen oberen Ringsammler 28, von dem sie gleichzeitig auch gehalten werden. Durch die freie Führung der Kühlrohre 19 in diesem Bereich wird erreicht, daß die Temperatur zwischen der Schicht 14 und dem Druckmantel 12 nicht unter die Taupunkt-Temperatur absinken kann.

Ähnlich ist auch der dem Behälterausgang 11 zugewandte Bereich des Reaktorbehälters aufgebaut, denn auch dort ist die innere Auskleidungsschicht 14 frei von Kühlrohren. Die äußeren Kühlrohre 19 sind über die Kühlrohre 16 hinaus nach unten hin bis zu --inem weiteren Ringsammler 29 verlängert, in den sie münden. Auch das äußere Kühlsystem ist über den Umfang hin in sektorförmige Abschnitte unterteilt. Jeder Abschnitt des äußeren Kühlsystems hat eine Zuleitung 30 ui.il eine Ableitung 31, die ebenfalls an eine zentrale Kühlrnttel-Versorgung angeschlossen sind. In letzterer erfolgt auch die Steuerung der Kühlmittel-Temperatur und der Kühlmittelmenge. Im allgemeinen wird Wasser als Kühlmittel verwendet.

Der dem Behälterausgang 11 zugewandte Bereich des Behälterinnenraums 13 bildet eine Querschnittsverringerung. In dieser Querschnittsverringerung erfolgt die Kühlung durch einen weiteren Ringsammler 32, der ebenfalls über eine Zuleitung 33 und eine Ableitung 34 an die zentrale Kühlmittelversorgung angeschlossen ist. Für diesen Ringsammler 32 ist in F i g. 1 gezeigt, daß er in radialer Richtung zumindest in geringem Maße beweglich auf über den Umfang verteilt angeordneten Konsolen 35 aufliegt Durch diese Beweglichkeit kann ein Ausgleich von Wärmedehnungen erfolgen. Zu diesem Zweck sind zwischen den Ringsammler 32 einerseits und die Zuleitung 33 und die Ableitung 34 andererseits elastische Verbindungsglieder 36 eingeschaltet Der Ringsammler 32 gehört zum Kühlsystem des hier angeschlossenenen Anlagenteils.

Im unteren Teil der F i g. 1 sind ferner Gassperren 37 erkennbar, die aus elastischen Blechen bestehen und die das Hindurchtreten von Gasen in den zwischen der Auskleidung und dem Mantel 12 liegenden Teil des Reaktorbehälters verhindern sollen.

Der Reaktorbehälter hat also ein inneres und ein äußeres Kühlsystem, die je nach Bedarf voneinander unabhängig gesteuert werden können. Die abschnittweise Unterteilung über den Umfang ermöglicht ferner das Abschalten einzelner Abschnitte im Fall unvorhergesehener Störungen oder Beschädigungen, was insbesondere für das aus den Kühlrohren 16 gebildete innere Kühlsystem von Wichtigkeit ist Sobald mämlich die Kühlrohre 16 einer direkten Wärmeeinwirkung ausgesetzt sind, können sie sehr schnell beschädigt und undicht werden. Durch das Abschalten kann ein Nachströmen des Kühlmedhims in den Behälterinnenraum 13 vermieden werden.

Auch die vom Ringsanimler 32 ausgehende Kühlwirkung kann unabhängig von den beiden anderen Kühlsystemen gesteuert werden.

Die zuvor beschriebene Ausführungsform ist gemäß der Darstellung nach F i g. 3 insoweit abgewandelt, als das äußere Kühlsystem durch Flossenrohre 38 gebildet ist, deren Flossen so bemessen und angeordnet sind, daß sie sich teilweise überlappen. Hierdurch sind in F i g. 3 nicht erkennbare, etwa in der Flossenebene liegende Spalte gebildet Die Flossenrohre 38 können sich deshalb zum Ausgleich von unterschiedlichen Wärmedehnungen geringfügig gegeneinander verschieben, ohne daß hierdurch im Fall einer Beschädigung der inneren Schicht 14 der Auskleidung eine direkte Wärmestrahlung nach außen dringen kann.

Während bei der Ausführungsform nach F i g. 2 die äußere Kühlrohrlage einen absolut gasdichten Mantel

bildet, kann die Ausführungsform nach F i g. 3 als im wesentlichen gasdicht angesehen werden, wobei zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen eine geringfügige Verschiebbarkeit der Flossenrohre 38 gegeneinander erhalten bleibt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Reaktorbehälter, insbesondere für die Vergasung fossiler Brennstoffe, mit einem Druckmantel und einer feuerfesten Auskleidung, mit einer den Innenraum des Reaktionsbereiches begrenzenden inneren Auskleidungsschicht aus keramischem Material und einer nach außen an diese anschließenden weiteren Auskleidungsschicht und mit einem Kühlrohrsystem aus in Längsrichtung des Reaktorbehälters auf Umfangsflächen unterschiedlichen Durchmessers verlaufenden Kühlrohrlagen, von denen die äußere in oder hinter der äußeren Auskleidungsschicht verlauf t, dadurch gekennzeichnet,