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EP1059486B1 - Verfahren und Abhitzedampferzeuger zum Erzeugen von Dampf mittels heisser Prozessgase - Google Patents

Verfahren und Abhitzedampferzeuger zum Erzeugen von Dampf mittels heisser Prozessgase Download PDF

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Publication number
EP1059486B1
EP1059486B1 EP00110875A EP00110875A EP1059486B1 EP 1059486 B1 EP1059486 B1 EP 1059486B1 EP 00110875 A EP00110875 A EP 00110875A EP 00110875 A EP00110875 A EP 00110875A EP 1059486 B1 EP1059486 B1 EP 1059486B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
double
tube
heat exchanger
tubes
tube heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00110875A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1059486A2 (de
EP1059486A3 (de
Inventor
Michael Schötz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Borsig GmbH
Original Assignee
Borsig GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Borsig GmbH filed Critical Borsig GmbH
Publication of EP1059486A2 publication Critical patent/EP1059486A2/de
Publication of EP1059486A3 publication Critical patent/EP1059486A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1059486B1 publication Critical patent/EP1059486B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1884—Hot gas heating tube boilers with one or more heating tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1838—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines the hot gas being under a high pressure, e.g. in chemical installations

Definitions

  • the invention relates to a method for producing steam by means of hot process gases having the features of the preamble of claim 1 and a heat recovery steam generator having the features of the preamble of claim 6.
  • hydrocarbons for example, gases and oil or oil residues (Residuals) are used.
  • gases and oil or oil residues residuals
  • the pollution of the pipes carrying the gases is relatively low.
  • the so-called fouling occur.
  • Double-tube heat exchangers are known per se (see VDIticianatlas 1953 - Predominantly heat transfer coefficients in some heat exchanger designs BI.C b 5). They preferably consist of at least two coaxial double pipe sections whose inner pipe sections via a -ggfl. detachable connecting bow and the outer pipe sections are connected to each other via a connecting arc extending perpendicular to the double pipe sections.
  • a gas outlet-side shut-off at the gas outlet end of the use of the residual heat serving double tube heat exchanger can be done easily without all other process gas individual streams must be switched off operationally.
  • the shut-off can be done as a pure single shut-off; However, it is also conceivable to combine a small number of double-tube heat exchangers gas outlet side and make the shut-off after the merger. Even such a process management is in comparison to switching off a whole shell and tube heat exchanger still essentially a single shut-off.
  • the steam generator shown in FIG. 1 has a waste heat boiler 1 with a standing container, in whose water chamber 2 a plurality of candles 3 is arranged.
  • a plurality of candles 3 is arranged.
  • Each candle has a number of spirally inserted tubes (single tube tubes are also possible).
  • the spirally inserted tubes are each surrounded by a flow guide cylinder (jacket) 3c and 4c.
  • Each of the spiral tubes is connected to an inlet 3d and 4d.
  • a water level 7 is maintained. Feed water is supplied via a distributor 8 along the inner surface of the waste heat boiler and flows from below into the candles 3 and 4, respectively (see the arrows in the waste heat boiler). Via a draw-off device 9 saturated steam SD is withdrawn from the waste heat boiler.
  • water cooling in the natural circulation is provided in the inlet region, to which a forced circulation caused by a pump 10 is superimposed.
  • the pipe 3a is connected to a double pipe heat exchanger 12 via a connecting pipe 11a.
  • the double tube heat exchanger 12 consists of three vertically arranged coaxial double pipe sections 13, 14 and 15.
  • the connecting line 11 a is connected to the inner pipe 13 a of the section 13.
  • the inner tubes 13a, 14a and 15a of the sections 13, 14 and 15 are interconnected via arcuate sections 16 and 17, respectively, in the manner shown in FIG.
  • the arcuate sections 16 and 17 may be provided on their inside with an erosion control layer to increase the service life.
  • the sheets may also be provided with a wall thickness greater than the straight-cylindrical inner pipe sections in order to achieve the same effect.
  • the inner tube 15a is connected via a closable by a valve 18 line 19 with a collector 20.
  • the collector 20 is connected via a line 21 with a gas scrubber, not shown.
  • the outer tubes 13b, 14b and 15b are interconnected via connecting lines 22 and 23 extending perpendicular to the double tube sections.
  • the outer tube 15b is supplied with feed water from a distributor 24 charged with feed water.
  • a valve 18 ' is arranged, with the closing of the gas path of the double tube heat exchanger associated valve 18, the water inlet to the double tube heat exchanger 12 can be at least throttled.
  • Such a throttling is advantageous in order to prevent an excessively large imbalance between the heated and unheated strands or paths occurring when shutting off individual gas paths due to the water-side pressure loss around the tubes.
  • the gas-carrying inner tubes are provided in a preferred embodiment with an outer ribbing, as shown schematically as Wegberippung 13a 'on the inner tube 13 of the double tube heat exchanger 12 in Fig. 1.
  • an outer ribbing as shown schematically as Consberippung 13a 'on the inner tube 13 of the double tube heat exchanger 12 in Fig. 1.
  • the feedwater flows via connecting tube 23, outer tube 14b, connecting tube 22, outer tube 13b and via a line 25 to a collector 26, which is connected via one or more lines to the manifold 8 in the interior of the waste heat boiler 1.
  • the tube 4 is connected via a corresponding designed double tube heat exchanger 27 to the collector 20 for the process gas, the manifold 24 and the collector 26 for the feed water.
  • FIG. 2 differs from the embodiment of FIG. 1 in that the coiled tubes return lines 4aa and 3aa, respectively, which are guided from the upper end of the candle 4 and 3 to the lower end of the candle and that the double pipe sections Double tube heat exchanger 12 'and 27' extend horizontally, wherein the heat exchanger 27 'as the heat exchanger 27 is connected in Fig. 1 via a line 28a with the associated tube 4a of the candle 4.
  • the tubes 3b and 4b are associated in the embodiments of FIG. 1 and FIG. 2 in a corresponding manner double-tube heat exchanger.
  • each single-strand or single tube is followed by a double-tube heat exchanger 29, which consists of a superheater section 30 and a preheating section 31.
  • the inner tube of the upper double tube section 13 of the superheater section 30 is acted upon by the process gas via line 28 a, while the outer tube of the lower double tube section 15 shown in FIG. 3 is acted upon by a distributor 32 with saturated steam supplied by the removal device 9 via line 33.
  • the superheated steam in the superheater section 30 becomes from the outer tube of the upper portion 13 of the superheater via a collector 34 and a line 35 discharged.
  • the process gas leaving the superheater section 30 enters the inner pipe of the upper double pipe section 13 of the preheating section 31 and is supplied to a collector 20 from which it is led to gas scrubbing.
  • the outer tube of the lower double pipe section 15 of the preheater section 31 is acted upon by a distributor 24 with feed water.
  • the preheated feedwater withdrawn from the upper double pipe section 13 of the preheater 31 is fed via a collector 26 to the distributor 8 in the waste heat boiler.
  • the arrows on the manifolds 24 and 32 indicate that from here the corresponding double tube heat exchangers for the other individual pipes or strands are supplied with feed water or saturated steam from the waste heat boiler and the arrows on the collectors 20, 26 and 34 indicate that Here process gases, preheated feed water or superheated steam can be collected.
  • the tubes 3a, 3b and 4b is associated with a respective double-tube heat exchanger in a corresponding manner.
  • Fig. 4 shows a section along the line IV-IV in Fig. 3 for illustrating that the four double-tube heat exchanger 29, which correspond to the example shown only in the waste heat boiler 1 four gas paths, can be arranged in a modular manner next to each other, the components of the individual Double tube heat exchanger 29 extend in a vertical plane and the exemplary four heat exchangers are arranged in parallel planes.
  • the modular design also leads to minimization of any necessary replacement times and / or to minimizing spare parts inventory.
  • the outlet temperature of the individual strand is detected from the waste heat boiler 1 by means of each strand individually associated measuring devices TI.
  • the measured values are averaged in a control device CON.
  • This control device CON is also supplied with the output signal of a water level measuring device LT. If necessary, the hot-steam temperature can also be switched to the collector 34 via a measuring device TIC.
  • the control device CON controls in response to a predetermined setpoint a provided in the feedwater supply feed pump 36 to adjust the water level 7 in the boiler and thus the immersion depth of the tubes and thus their gas outlet temperature-determining heat absorption.
  • the possible in the control range of the water level from the boiling water in the container of the waste heat boiler projecting part of the spiral heating surface (candle) is made of stainless steel to avoid critical when using ferritic hot water corrosion (chipping the magnetite) ,
  • the immersed in the water part may be made of ferritic material.
  • the trapezoidal symbols 37 and 38 in the conduits 3a and 4b in the waste heat boiler 1 and in the double tube heat exchangers 12, 27, 29 are intended to indicate that here, seen in the gas flow direction, the smaller trapezoidal top surface, a cross-sectional constriction is to take place, to the flow velocity in the following Increase pipes or pipe sections.
  • the diameters of the subsequent tubes or pipe sections are each smaller according to the cross-sectional constriction, i. Both in the evaporator (waste heat boiler) and in the double-tube heat exchangers, which form a preheater or a superheater, preferably carried out a Rohrabstufung.
  • the double-dashed symbols 39 represent so-called spectacle lenses, which can be used to set the part-load behavior.
  • the symbol 40 used in FIGS. 1 to 3 is intended to indicate that the connection sheets are on simple manner can be flanged to the inner tubes of the coaxial double pipe sections.
  • the two lines 19 of the heat exchangers 12, 27 and 12 ', 27' in the examples according to FIGS. 1 and 2 can be connected in front of the process gas collector 20 to which the double tube heat exchangers assigned to the other tubes 3b and 4b are connected on the gas side are, merged and shut off in front of the collector by a single valve 18.
  • a single valve 18 There is no pure individual shut-off, but a simultaneous Apsperrung of two double-tube heat exchangers, which is compared to a barrier of a large number of process gas pipes even as "single shutdown" within the meaning of the present invention.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Dampf mittelt heißer Prozessgasen mit den Merkmalen des Oberbegriffes dies Anspruches 1 sowie einen Abhitzedampferzeuger mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 6.
  • Aus der DE-A-1 959 228 bzw. dem DE-Prospekt der Firma L. & C. Steinmüller GmbH "Anlagen- und Apparatebau -Komponenten und Kreisläufe" (1986), S. 18 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem die von einem Prozessreaktor herangeführten Prozessgase in Einzelströmen durch spiralig gewickelte Rohre eines dem Reaktor als Abhitzekessel nachgeschalteten Wärmetauschers geführt werden. Dabei sind mehrere spiralig gewickelte Rohre zur Spiralheizflächen zusammengefasst, die von einem Strömungsmantel unter Ausbildung einer kerzenartigen Baugruppe umgeben sind. Die Rohre werden einzeln aus dem Behälter herausgeführt und mit Sammlern verbunden. Die zusammengeführten Gasströme werden ggf, nach einer weiteren Abkühlung in einem separaten Rohrbündelwärmetauscher einer Gaswäsche zugeführt. Aus dem Behälter wird am oberen Ende Saftdampf abgezogen. Dieser Sattdampf als Gesamtstrom wird einer nicht näher erläuterten Hochdruckheißdampferzeugung (Überhitzung mittels eines gefeuerten Überhitzers) zugeführt.
  • Als Kohlenwasserstoffe werden z.B. Gase und Öl oder Öl-Reststoffe (Residuals) eingesetzt. Bei der Vergasung von Erdgas (Natural Gas) ist die Verschmutzung der die Gase führenden Rohre relativ gering. Jedoch kann bei einem pulsierenden Brennerbetrieb im Reaktor oder bei Beimischung von Restchemikalien im Gas zumindest zeitweise eine höhere Verschmutzung, das sogenannte Fouling, auftreten.
  • Bei der Vergasung von Erdölen ausgehend von Rohöl bis hin zu den sogenannten Residuals mit steigendem Schwefelwasserstoff- und Schwermetallgehalten ergeben sich höhere Russanteile im Prozessgas, die zu einer höheren Verschmutzungsneigung führen.
  • Bei der bekannten Verfahrensführung ist eine zwar gasaustrittsseitige Einzelabsperrung der einzelnen Rohrstränge des Behälters vorgeschlagen worden, die unter Betriebsbedingungen zu Abreinigungszwecken durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in den nicht abgesperrten Rohren des Behälters von Vorteil ist. Bei der bekannten Verfahrensführung scheiterte der Einsatz eines ungefeuerten Überhitzers im Prozessgasstrom bisher daran, dass es an einem Konzept für die gasseitige Abreinigung der Überhitzerheizflächen / Regelbarkeit der Heißdampftemperatur fehlte.
  • Im Falle des Einsatzes eines Rohrbündelwärmetauschers mit einer Vielzahl von gasseitig parallel geschalteten Einzelrohren für einen prozessgasseitig dem Abhitzekessel (Verdampfer) nachgeschalteten Speisewasservorwärmer muss wegen der fehlenden Einzelabsperrung am Rohrbündelwärmetauscher der gesamte aus Abhitzekessel und Speisewasservorwärmer bestehende Baueinheit zur Reinigung der einzelnen Gaswege im Speisewasservorwärmer außer Betrieb genommen werden. Außerdem ist bei diesem Konzept das Erosions-Risiko auf Grund der relativ hohen Strömungsgeschwindigkeiten im Volllast-Fall, zur Beherrschung der Teillast-Fälle, erheblich höher.
  • Aus der US-A-4 462 339 ist ein zweistufiger Abhitzedampferzeuger bekannt, dessen Wärmetauscherstufen innerhalb eines gemeinsamen Behälters angeordnet sind. Die zu einem gemeinsamen Rohrbündel zusammengefassten Rohre der zweiten Wärmetauscherstufe sind einzeln aus dem Behälter herausgeführt und einzeln absperrbar.
  • Doppelrohrwärmetauscher sind an sich bekannt (vgl. VDI-Wärmeatlas 1953 - Überschlägliche Wärmedurchgangszahlen bei einigen Wärmetauscherbauarten BI. C b 5). Sie bestehen vorzugsweise aus mindestens zwei koaxialen Doppelrohrabschnitten, deren innenliegende Rohrabschnitte über einen -ggfl. lösbaren- Verbindungsbogen und deren außenliegende Rohrabschnitte über einen sich senkrecht zu den Doppelrohrabschnitten erstreckenden Verbindungsbogen miteinander verbunden sind.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem auf einfache Weise während der Dampferzeugung und unter Nutzung der Restwärme der aus dem Abhitzekessel austretenden Prozessgase die Vorteile einer Einzelabsperrung einzelner Prozessgasstränge erreichbar sind.
  • Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 und bei einem gattungsgemäßen Abhitzedampferzeuger erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei der vorteilhaften Verfahrensführung kann auf einfache Weise eine gasaustrittsseitige Absperrung am Gasaustrittsende des der Nutzung der Restwärme dienenden Doppelrohrwärmetauschers erfolgen, ohne dass alle anderen Prozessgaseinzelströme betriebsmäßig abgeschaltet werden müssen. Durch die Absperrung wird die Strömungsgeschwindigkeit in den benachbarten Einzelströmen im Abhitzekessel und im Doppelrohrwärmetauscher erhöht und die die Einzelströme führenden Rohre werden sowohl im Abhitzekessel als auch im Doppelrohrwärmetauscher infolge der Geschwindigkeitserhöhung von Ablagerungen abgereinigt.
  • Die Absperrung kann als reine Einzelabsperrung erfolgen; es ist jedoch auch denkbar, eine geringe Anzahl von Doppelrohrwärmetauschern gasausgangsseitig zusammenzuführen und die Absperrung nach der Zusammenführung vorzunehmen. Auch eine solche Verfahrensführung stellt im Vergleich zum Abschalten eines ganzen Rohrbündelwärmetauschers noch im wesentlichen eine Einzelabsperrung dar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Abhitzedampferzeuger in verschiedenen Ausführungsformen sollen nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampferzeugers, bei dem den Einzelrohren im Abhitzekessel je ein Doppelrohrwärmetauscher mit vertikal angeordneten Koaxial-Doppelrohrabschnitten zugeordnet ist, wobei die beiden Wärmetauscher gasseitig und wasserseitig parallel geschaltet sind,
    Fig. 2
    eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampferzeugers, wobei Einzelrohren im Abhitzekessel jeweils ein Doppelrohrwärmetauscher mit sich horizontal erstreckenden koaxialen Doppelrohrabschnitten zugeordnet ist, die gasseitig und wasserseitig parallel geschaltet sind,
    Fig. 3
    eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampferzeugers, bei dem die Einzelrohre im Abhitzekessel jeweils mit zwei gasseitig hintereinander geschalteten Doppelrohrwärmetauschern bzw. - abschnitten verbunden sind, von denen der erste als Überhitzer und der zweite als Speisewasservorwärmer geschaltet ist, und
    Fig. 4
    einen Schnitt durch die Doppelrohrwärmetausch-Baugruppe gemäß Fig. 3 in Blickrichtung der Pfeile IV-IV in Fig. 3.
  • Der in der Fig. 1 gezeigte Dampferzeuger weist einen Abhitzekessel 1 mit stehendem Behälter auf, in dessen Wasserraum 2 eine Vielzahl von Kerzen 3 angeordnet ist. Der Einfachheit halber sind in der Fig. 1 nur zwei Kerzen 3 und 4 dargestellt. Jede Kerze weist mehrere spiralig ineinander gesteckte Rohre auf (Kerzen mit nur einem Rohr sind ebenfalls möglich). Der Einfachheit halber sind in der Fig. 1 der Kerze nur zwei Rohre 3a und 3b und der Kerze 4 nur zwei Rohre 4a und 4b zugeordnet. Die spiralig ineinander gesteckten Rohre sind jeweils von einem Strömungsleitzylinder (Mantel) 3c bzw. 4c umgeben. Jedes der Spiralrohre ist mit einem Einlauf 3d und 4d verbunden. Diese öffnen sich zu einer Prozessgasverteilungskammer 5, die über einen Anschlussstutzen 6 von einem nicht gezeigten Reaktor mit Prozessgas PG beaufschlagt wird.
  • In dem Innenraum 2 wird ein Wasserstand 7 aufrechterhalten. Über einen Verteiler 8 wird Speisewasser längs der Innenfläche des Abhitzekessels zugeführt und strömt von unten in die Kerzen 3 bzw. 4 ein (vgl. die Pfeile im Abhitzekessel). Über eine Abzugseinrichtung 9 wird Sattdampf SD aus dem Abhitzekessel abgezogen. Um am Eintritt der Gase in die Rohre der Kerzen 3 und 4 eine besonders gute Kühlung zu erreichen, ist im Eintrittsbereich eine Wasserkühlung im Naturumlauf vorgesehen, dem ein durch eine Pumpe 10 bewirkter Zwangsumlauf überlagert ist.
  • Das Rohr 3a ist über eine Verbindungsleitung 11a mit einem Doppelrohrwärmetauscher 12 verbunden. Der Doppelrohrwärmetauscher 12 besteht aus drei vertikal angeordneten koaxialen Doppelrohrabschnitten 13, 14 und 15. Die Verbindungsleitung 11a ist mit dem Innenrohr 13a des Abschnittes 13 verbunden. Die Innenrohre 13a, 14a und 15a der Abschnitte 13, 14 und 15 sind über Bogenabschnitte 16 bzw. 17 in der Fig. 1 gezeigten Weise miteinander verbunden. Die Bogenabschnitte 16 und 17 können auf ihrer Innenseite mit einer Erosionsschutzschicht zur Erhöhung der Standzeit versehen sein. Auch können die Bögen mit einer gegenüber den geradzylindrischen Innenrohrabschnitten größeren Wandstärke versehen sein, um denselben Effekt zu erreichen. Das Innenrohr 15a ist über eine durch ein Ventil 18 absperrbare Leitung 19 mit einem Sammler 20 verbunden. Der Sammler 20 ist über eine Leitung 21 mit einem nicht gezeigten Gaswäscher verbunden.
  • Die Außenrohre 13b, 14b und 15b sind über sich senkrecht zu den Doppelrohrabschnitten erstreckende Verbindungsleitungen 22 bzw. 23 miteinander verbunden. Das Außenrohr 15b wird von einem mit Speisewasser beaufschlagten Verteiler 24 her mit Speisewasser versorgt. In der Verbindungsleitung vom Sammler 24 zum Außenrohr 15b ist eine Armatur 18' angeordnet, mit der bei Schließung des dem Gasweg des Doppelrohrwärmetauschers zugeordneten Ventils 18 der Wasserzulauf zum Doppelrohrwärmetauscher 12 zumindest gedrosselt werden kann. Eine solche Drosselung ist vorteilhaft, um zu verhindern, dass sich beim Absperren einzelner Gaswege auf Grund des sich wasserseitig vermindernden Druckverlustes um die Rohre eine zu große Schieflage zwischen den beheizten und unbeheizten Strängen bzw. Wegen ergibt.
  • Zur Verbesserung des Wärmeübergangskoeffizienten vom Prozessgas zum Wasser sind die gasführenden Innenrohre in bevorzugter Ausgestaltung mit einer Außenberippung versehen, wie sie schematisch als Außenberippung 13a' am Innenrohr 13 des Doppelrohrwärmetauschers 12 in Fig. 1 dargestellt ist. (Eine solche Außenberippung kann auch bei der Ausführungsform gemäß Fig.3 und 4 eingesetzt werden, um den Wärmeübergang vom Prozessgas zum zu überhitzenden Dampf zu verbessern). Das Speisewasser strömt über Verbindungsrohr 23, Außenrohr 14b, Verbindungsrohr 22, Außenrohr 13b und über eine Leitung 25 zu einem Sammler 26, der über eine oder mehrere Leitungen mit dem Verteiler 8 im Inneren des Abhitzekessel 1 verbunden ist.
  • In entsprechender Weise ist das Rohr 4 über einen entsprechende gestalteten Doppelrohrwärmetauscher 27 mit dem Sammler 20 für das Prozessgas, dem Verteiler 24 und dem Sammler 26 für das Speisewasser verbunden.
  • Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 dadurch, dass die gewendelten Rohre Rückführleitungen 4aa bzw. 3aa aufweisen, die vom oberen Ende der Kerze 4 bzw. 3 zum unteren Ende der Kerze geführt werden und dass die Doppelrohrabschnitte der Doppelrohrwärmetauscher 12' und 27' sich horizontal erstrecken, wobei der Wärmetauscher 27' wie der Wärmetauscher 27 bei Fig. 1 über eine Leitung 28a mit dem zugeordneten Rohr 4a der Kerze 4 verbunden ist.
  • Den Rohren 3b und 4b sind bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 in entsprechender Weise Doppelrohrwärmetauscher zugeordnet.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 sind ebenfalls Rückführleitungen 4aa und 3aa vorgesehen. Jedem Einzelstrang bzw. Einzelrohr wird ein Doppelrohrwärmetauscher 29 nachgeschaltet, der aus einem Überhitzerabschnitt 30 und einem Vorwärmabschnitt 31 besteht. Das Innenrohr des oberen Doppelrohrabschnitts 13 des Überhitzerabschnitts 30 wird über Leitung 28a mit dem Prozessgas beaufschlagt, während das Außenrohr des in der Fig. 3 gezeigten unteren Doppelrohrabschnitts 15 über einen Verteiler 32 mit von der Entnahmeeinrichtung 9 über Leitung 33 herangeführtem Sattdampf beaufschlagt wird. Der in dem Überhitzerabschnitt 30 überhitzte Dampf wird aus dem Außenrohr des oberen Abschnitts 13 des Überhitzers über einen Sammler 34 und eine Leitung 35 abgeführt.
  • Das den Überhitzerabschnitt 30 verlassende Prozessgas tritt in das Innenrohr des oberen Doppelrohrabschnitts 13 des Vorwärmabschnitts 31 ein und wird einem Sammler 20 zugeführt, von dem es zur Gaswäsche geführt wird.
  • Das Außenrohr des unteren Doppelrohrabschnitts 15 des Vorwärmerabschnitts 31 wird von einem Verteiler 24 mit Speisewasser beaufschlagt. Das aus dem oberen Doppelrohrabschnitt 13 des Vorwärmers 31 abgezogene vorgewärmte Speisewasser wird über einen Sammler 26 dem Verteiler 8 im Abhitzekessel zugeleitet. Die Pfeile an den Verteilern 24 und 32 deuten an, dass von hier aus die entsprechenden Doppelrohrwärmetauscher für die anderen Einzelrohre bzw. Stränge mit Speisewasser bzw. Sattdampf aus dem Abhitzekessel versorgt werden und die Pfeile an den Sammlern 20, 26 und 34 deuten an, dass hier Prozessgase, vorgewärmtes Speisewasser bzw. überhitzter Dampf gesammelt werden.
  • Den Rohren 3a, 3b und 4b ist in entsprechender Weise je ein Doppelrohrwärmetauscher zugeordnet.
  • Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV in der Fig. 3 zur Darstellung, dass die vier Doppelrohrwärmetauscher 29, die den nur beispielsweise im Abhitzekessel 1 dargestellten vier Gaswegen entsprechen, modulartig nebeneinander angeordnet werden können, wobei die Bestandteile des einzelnen Doppelrohrwärmetauschers 29 sich in einer vertikalen Ebene erstrecken und die beispielhaften vier Wärmetauscher in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind. Dies führt zu einer äußerst kompakten Bauweise. Die Modulbauweise führt auch zu Minimierung evtl erforderlicher Austauschzeiten und / oder zu Minimierung der Ersatzteilhaltung.
  • Eine solche kompakte Bauweise kann auch bei Nebeneinanderanordnung der Doppelrohrwärmetauscher der Fig. 1 und 2 erreicht werden.
  • Die Verwendung von Geradrohren für die Doppelrohrabschnitte der Doppelrohrwärmetauscher führt bei allen Ausführungsformen zur Verringerung der Erosion und damit zu einer höheren Verfügbarkeit bzw. Standzeit.
  • Zur Regelung der Heißgasaustrittstemperatur aus dem Ahitzekessel wird mittels jedem Strang einzeln zugeordneten Messeinrichtungen TI die Austrittstemperatur des einzelnen Stranges aus dem Abhitzekessel 1 erfasst. Die Messwerte werden in einer Kontrolleinrichtung CON gemittelt. Dieser Kontrolleinrichtung CON wird auch das Ausgangssignal einer Wasserstandsmesseinrichtung LT zugeführt. Der Kontrolleinrichtung CON kann bei Bedarf auch noch die Heißdampftemperatur nach Sammler 34 über eine Messeinrichtung TIC aufgeschaltet werden. Die Kontrolleinrichtung CON steuert in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sollwert eine in der Speisewasserzuführung vorgesehene Speisewasserpumpe 36 an, um den Wasserstand 7 im Kessel und damit die Eintauchtiefe der Rohre und damit deren die Gasaustrittstemperatur bestimmenden Wärmeaufnahme einzustellen.
  • Bei dieser Verfahrensführung ist es zweckmäßig, dass der im Regelbereich des Wasserstandes möglicher Weise aus dem Siedewasser im Behälter des Abhitzekessels ragende Teil der spiralförmigen Heizfläche (Kerze) aus Edelstahl gefertigt ist, um eine bei Einsatz von Ferriten kritische Heißwasserkorrosion (Abplatzen der Magnetitschutzschicht) zu vermeiden. Der stets im Wasser eingetauchte Teil kann hingegen aus ferritischem Material gefertigt sein.
  • Die Trapezsymbole 37 und 38 in den Leitungen 3a und 4b im Abhitzekessel 1 bzw. in den Doppelrohrwärmetauschern 12, 27, 29 sollen andeuten, dass hier in Gasströmungsrichtung gesehen, d.h.nach der kleineren Trapezdeckfläche, eine Querschnittsverengung stattfinden soll, um die Strömungsgeschwindigkeit in den nachfolgenden Rohren bzw. Rohrabschnitten zu erhöhen. Die Durchmesser der nachfolgenden Rohre bzw. Rohrabschnitte sind jeweils entsprechend der Querschnittsverengung kleiner, d.h. sowohl im Verdampfer (Abhitzkessel) als auch in den Doppelrohrwärmetauschern, die einen Vorwärmer oder einen Überhitzer bilden, erfolgt vorzugsweise eine Rohrabstufung.
  • Die Doppelstrichsymbole 39 stellen sogenannte Brillensteckscheiben dar, die zur Einstellung des Teillastverhaltes verwendet werden können. Das in den Fig. 1 bis 3 verwendete Symbol 40 soll andeuten, dass die Verbindungsbögen auf einfache Weise an die Innenrohre der koaxialen Doppelrohrabschnitte angeflanscht sein können.
  • Wie in der Beschreibungseinleitung beschrieben können bei den Beispielen nach Fig.1 und 2 die beiden Leitungen 19 der Wärmetauscher 12,27 bzw. 12',27' vor dem Prozessgasssammler 20, an den auch die den anderen Rohren 3b und 4b zugeordneten Doppelrohrwärmetauscher gasseitig angeschlossen sind, zusammengeführt und vor dem Sammler durch ein einzige Ventil 18 abgesperrt werden. Es erfolgt hier keine reine Einzelabsperrung, sondern eine gleichzeitige Apsperrung von zwei Doppelrohrwärmetauschern, die gegenüber einer Absperrung einer großen Anzahl von Prozessgasrohren auch noch als "Einzelabsperrung" im Sinne der vorliegenden Erfindung zu werten ist.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Erzeugen von Dampf mittels heißer Prozessgase, insbesondere mittels bei der nicht katalytischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen basierend auf der partiellen Oxidation bei hohen Drücken und hohen Temperaturen entstehenden Prozessgase, bei dem die Prozessgase zur Erzeugung von Sattdampf in einer Vielzahl von Einzelströmen mittels Rohren (3a, 3b, 4a, 4b) durch einen mit Wasser gefüllten stehenden Behälter geführt und in absperrbaren Einzelströmen aus diesem abgezogen werden und aus dem Behälter Sattdampf abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Behälter abgezogenen Prozessgaseinzelströme jeweils auf ein Innenrohr (13a, 14a, 15a) eines Doppelrohrwärmetauschers (12; 27; 12'; 27'; 29, 30, 31) geführt werden, dass das jeweilige Innenrohr (13a, 14a, 15a) gasausgangsseitig abgesperrt wird und dass ein jeweiliges zugehöriges Außenrohr (13b, 14b, 15b) mit einem anderen Fluidstrom beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (13a, 14a, 15a) zumindest eines Teils der Doppelrohrwärmetauscher (12; 27; 12'; 27'; 29, 30, 31) mit dem dem Behälter zuzuführenden Speisewasser zur Vorwärmung des Speisewassers beaufschlagt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (13a, 14a, 15a) zumindest eines Teils der Doppelrohrwärmetauscher (12; 27; 12'; 27'; 29, 30, 31) mit aus dem Behälter abgezogenem Sattdampf beaufschlagt wird und dass der abgezogene Sattdampf zur Erzeugung von Heißdampf oder überhitztem Dampf verwendet wird.
  4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozessgaseinzelstrom zunächst über einen mit Sattdampf beaufschlagten Doppelrohrwärmetauscher (30) und danach über einen mit Speisewasser beaufschlagten Doppelrohrwärmetauscher (31) geführt wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das die Gasaustrittstemperatur aus dem Abhitzekessel (1) geregelt wird, indem die Gaseintrittstemperatur eines jeden Doppelrohrwärmetauschers (12; 27; 12'; 27'; 29, 30, 31) gemessen.wird und die gemessenen Werte gemittelt und in Abhängigkeit von dem Mittelwert der Prozessgaseintrittstemperaturen in die einzelnen Doppelrohrwärmetauscher (12; 27; 12'; 27'; 29, 30, 31) der Wasserstand im Behälter und damit die die Wärmeaufnahme der Rohre (4a, 4b) im Behälter bestimmende Eintauchtiefe der Rohre (4a, 4b) geregelt wird.
  6. Abhitzedampferzeuger zur Erzeugung von Dampf mittels heißer Prozessgase, insbesondere mittels der bei der nicht katalytischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen, basierend auf der partiellen Oxidation bei hohen Drücken und hohen Temperaturen, entstehenden Prozessgase mit einem Abhitzekessel (1) einschließlich eines mit Wasser in vorgegebener Höhe gefüllten stehenden Behälters, einer Vielzahl von im Behälter angeordneten, mit den Prozessgasen beaufschlagbaren, aus den Behälter herausgeführten und außerhalb des Behälters mittels jeweils eines Ventils (18) absperrbaren Rohren (3a, 3b, 4a, 4b) und einer Einrichtung (9) zum Abziehen von Sattdampf aus dem Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass jedes aus dem Behälter des Abhitzekessels (1) herausgeführte Rohr (3a, 3b, 4a, 4b) an einen Doppelrohrwärmetauscher (12; 27; 12'; 27'; 29, 30, 31) angeschlossen ist, dass ein jeweiliges Innenrohr (13a, 14a, 15a) des Doppelrohrwärmetauschers (12; 27; 12'; 27'; 29, 30, 31)an einem Ende mit einem der herausgeführten Rohre (3a, 3b, 4a, 4b) verbunden und an dem anderen Ende mit einem der Ventile (18) versehen ist und ein jeweiliges Außenrohr (13b, 14b, 15b) mit einem anderen Fluidstrom beaufschlagbar angeordnet ist.
  7. Abhitzedampferzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelrohrwärmetauscher (12; 27; 12'; 27'; 29, 30, 31) aus mindestens zwei koaxialen Doppelrohrabschnitten (13, 14, 15) besteht, deren Innenrohre (13a, 14a, 15a) über einen Verbindungsbogen (16; 17) und deren Außenrohre (13b, 14b, 15b) über ein sich senkrecht zu den Doppelrohrabschnitten erstreckendes Verbindungsrohr (22; 23) miteinander verbunden sind.
  8. Abhitzedampferzeuger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenrohre (13a, 14a, 15a) mit dem Prozessgas (PG) und die Außenrohre (13b, 14b, 15b) mit dem anderen Fluid beaufschlagbar sind.
  9. Abhitzedampferzeuger nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenrohre (13b, 14b, 15b) der Doppelrohrwärmetauscher (12; 27; 12'; 27') mit Speisewasser (24) beaufschlagbar sind.
  10. Abhitzedampferzeuger nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenrohre (13b, 14b, 15) des Doppelrohrwärmetauschers (30) mit Sattdampf (SD) beaufschlagbar sind.
  11. Abhitzedampferzeuger nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass zwei Prozessgasströmen zugeordnete Doppelrohrwärmetauscher (12; 27; 12'; 27') sowohl prozessgasseitig als auch fluidseitig parallel geschaltet sind.
  12. Abhitzedampferzeuger nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozessgasrohr (4; 28a) mit einem mit Sattdampf (SD) beaufschlagbaren Doppelrohrwärmetauscher bzw. Doppelrohrwärmetauscherabschnitt (30) verbunden ist, der gasseitig mit einem mit Speisewasser beaufschlagbaren Doppelrohrwärmetauscher bzw. Doppelrohrwärmetauscherabschnitt (31) verbunden ist.
  13. Abhitzedampferzeuger nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelrohrwärmetauscher (12'; 27'; 29) derart angeordnet sind, dass sich ihre konzentrischen Doppelrohrabschnitte (13, 14, 15) vertikal (Fig. 1) oder horizontal (Fig. 2; Fig. 3) erstrecken.
  14. Abhitzedampferzeuger nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die konzentrischen Doppelrohrabschnitte (13, 14, 15) und ihre Verbindungsrohre (16, 17; 22, 23) eines Doppelrohrwärmetauschers in einer Ebene angeordnet sind und mehrere Doppelrohrwärmetauscher (12; 27; 12'; 27'; 29, 30, 31) zu Baugruppen mit zueinander parallelen Ebenen zusammengefasst sind und die Doppelrohrwärmetauscher gasausgangsseitig mit einem gemeinsamen Sammler (20) und fluideingangsseitig und - ausgangsseitig mit gemeinsamen Verteilern (24; 32) bzw. gemeinsamen Sammlern (26; 34) verbunden sind.
  15. Abhitzedampferzeuger nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Prozessgasen durchströmten Rohre (3a,3b,4a,4b) im Abhitzekessel (1) als Spiralrohre ausgebildet sind, von denen zumindest ein Teil gruppenweise ineinander gedreht sind.
  16. Abhitzedampferzeuger nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Prozessgasen nacheinander durchströmten Innenohre (13a, 14a, 15a) der Doppelrohrwärmetauscher (12; 27; 12'; 27'; 29, 30, 31) unterschiedliche kleiner werdende (38) Durchmesser aufweisen.
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