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Patent Searching and Data


Title:
LOCK FOR PRESSURIZED COAL GASIFICATION PLANTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/170850
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a lock (2) for withdrawing ashes from or feeding coal to a pressurized gas generator (1) of a coal gasification plant. Said lock comprises a lock chamber (3) and a mechanism for opening and closing the lock chamber (3). The lock of the invention is characterized in that the opening/closing mechanism comprises a valve-type subassembly (4) which can be mounted between the lock chamber (3) and the gas generator (1) and which includes a movable closing element (12) and devices for moving the closing element (12).

Inventors:
LEFFER HANS GEORG (DE)
Application Number:
PCT/DE2013/100140
Publication Date:
November 21, 2013
Filing Date:
April 17, 2013
Export Citation:
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Assignee:
STAHL UND APPBAU HANS LEFFER GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
B65G53/46; B01J3/02; C10J3/30; C10J3/40; F23J1/00; F23K3/16
Foreign References:
DE2657742A11978-06-22
DE1917347U1965-06-10
DE924767C1955-03-07
DE3229841A11984-02-16
Attorney, Agent or Firm:
BERNHARDT, Reinhold et al. (DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1 . Schleuse (2,2') für den Abzug von Asche aus einem oder die Zufuhr von Kohle in einen unter Druck stehenden Gaserzeuger (1 ) einer Kohlevergasungsanlage, mit einer Schleusenkammer (3,3') sowie einem

Mechanismus zum Öffnen und Schließen der Schleusenkammer (3,3'), dadurch gekennzeichnet,

dass der Öffnungs-/Schließmechanismus eine zwischen der Schleusenkammer (3,3') und dem Gaserzeuger (1 ) montierbare Baugruppe (4,4") in der Art eines Ventils mit einem bewegbaren Verschlusselement (12) und Einrichtungen zur Bewegung des Verschlusselements (12) umfasst.

2. Schleuse nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Öffnungs-/Schließmechanismus ferner eine solche Baugruppe (4',4" ') aufweist, die an einem dem Gaserzeuger (1 ) abgewandten Ausoder Einlass der Schleusenkammer (3,3') montierbar ist.

3. Schleuse nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Baugruppe (4) ein Gehäuse (5) mit je einem Verbindungsflansch (9,10) an einander gegenüberliegenden Seiten aufweist.

4. Schleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Verschlusselement (12) stempelartig mit einem Verschlusskopf (12) und einem Stielteil ausgebildet ist.

5. Schleuse nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Stielteil eine einseitig offene Hülse (15) umfasst, die auf einem axial in die Hülse (15) hineinstehenden Bolzen (16) geführt ist.

6. Schleuse nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Bolzen (1 6) von einem Steg (1 7) vorsteht, welcher einander gegenüberliegende Wandabschnitte des Gehäuses (5) miteinander verbindet.

7. Schleuse nach einem der Ansprüche 3 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Verschlusselement (12) koaxial zu einem zylindrischen Teil (6) des Gehäuses (5) angeordnet ist.

8. Schleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Einrichtungen zur Bewegung des Verschlusselements (12) sich von dem Verschlusselement (12) radial erstreckende Gestängeelemente (18,24) aufweisen.

9. Schleuse nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Gestängeelemente (18,24) in sich von dem zylindrischen Teil (6) des Gehäuses (5) radial erstreckender Aufweitungen (7,8) hineinragen.

10. Schleuse nach Anspruch 8 oder 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Gestängeelemente (18,24) an das Verschlusselement (12) angelenkte Schwenkhebel (18,18') umfassen, die an ihrem dem Verschlusselement abgewandten Ende starr mit einer an dem Gehäuse (5) gelagerten, aus dem Gehäuse (5) herausgeführten Welle (20,20') verbunden sind.

1 1 . Schleuse nach einem der Ansprüche 8 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Gestängeelemente (18,24) mit dem Verschlusselement (12) an einem Ende starr verbundene Stangen sind, die an ihrem anderen Ende in starrer Verbindung mit einer parallel zu dem Verschlusselement (12) bewegbaren, aus dem Gehäuse (5) herausgeführten Zug-/Schubstange (25,25') stehen.

12. Schleuse nach einem der Ansprüche 3 bis 1 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Gehäuse (5) außenseitig mit wenigstens einem die Welle (20,20') über ein Kurbelelement (21 ,21 ') oder an die Zug-/Schubstange (25,25') über eine Querstange (29) bewegenden Kraftzylinder (22,23) verbunden ist.

Description:
Beschreibung:

„Schleuse für ohledruckvergasungsanlagen"

Die Erfindung betrifft eine Schleuse für den Abzug von Asche aus einem oder die Zufuhr von Kohle in einen unter Druck stehenden Gaserzeuger einer Kohlevergasungsanlage, mit einer Schleusenkammer sowie einem Mechanismus zum Öffnen und Schließen der Schleusenkammer.

Solche, durch Benutzung bekannte Schleusen ermöglichen trotz Innendruck eine kontrollierte Öffnung des Gaserzeugers, indem vor einer Entnahme von Asche oder einer Zufuhr von Kohle der Druck in der Schleusenkammer dem Druck im Gaserzeuger angeglichen wird.

Es versteht sich, dass derartige Schleusen hohen Belastungen unterliegen und insbesondere deren Dichtungssitze und Verschlusselemente langfristig sowohl hohen Temperaturbelastungen als auch mechanischen und chemischen Verschleißbeanspruchungen standhalten müssen.

Bei den bekannten Schleusen sind wesentliche Teile des Öffnungs-/ Schließmechanismus, insbesondere Einrichtungen zur Bewegung eines Verschlusselements, in der Schleusenkammer untergebracht und Elemente zur Verbindung dieser Teile mit einem Antrieb sind aus der Schleusenkammer herausgeführt.

Die Befestigung der genannten Teile durch Einschweißen innerhal b der Schleusenkammer erfordert einen sehr hohen Fertigungsaufwand, insbesondere die Verwendung komplizierter Hilfseinrichtungen und Schablonen. Die eingeschweißten Bauteile müssen nach dem Spannungsarmglühen, das für die ein Druckgefäß bildende Schleusenkammer unerlässlich ist, noch mechanisch bearbeitet werden, z.B. auf einem Bohrwerk.

Nachteilig mindern die Einbauten ferner das Nutzvolumen der Schleusenkammer. Komplizierte, fest eingeschweißte Einbauten verhindern oder erschweren zudem die Aufbringung eines Korrosionsschutzes in der Schleusenkammer. Die Kosten für die Wartung der Einbauten sind extrem hoch, indem hierfür jeweils die komplette Schleuse aus der Anlage entfernt und in eine spezielle Instandhaltungswerkstatt gebracht werden muss. Um die unmittelbar dem Verschluss dienenden Teile zu warten, bedarf es jeweils des Abbaus des gesamten Öffnungs- /Schließmechanismus.

Sämtliche Einbauten der bekannten Schleusen sind darüber hinaus Belastungen durch Erosion ausgesetzt, indem sie im Flussbereich des durch die Schleuse hindurchtretenden Materials liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Schleuse der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die sich gegenüber den bekannten derartigen

Schleusen mit geringerem Aufwand herstellen lässt und einen geringeren

Wartungsaufwand erfordert.

Die diese Aufgabe lösende Schleuse nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungs-/Schließmechanismus eine zwischen der Schleusenkammer und dem Gaserzeuger montierbare Baugruppe in der Art eines Ventils mit einem bewegbaren Verschlusselement und Einrichtungen zur Bewegung des Ver- Schlusselements umfasst.

Vorteilhaft sind gemäß der Erfindung die wesentlichen Teile des Offnungs-/ Schließmechanismus in einer gesonderten, komplett montierbaren Baugruppe konzentriert, die sich mit deutlich verringertem Aufwand herstellen und zu Wartungs- zwecken in ihrer Gesamtheit bequem demontieren lässt. In der Schleusenkammer als solcher wird für den Öffnungs-/Schließmechanismus kein Platz mehr benötigt. Der Innenraum der Schleusenkammer kann gänzlich frei von Teilen des Offnungs-/ Schließmechanismus sein. Vorteilhaft kann der Öffnungs-/Schließmechanismus der Schleuse eine weitere solche Baugruppe aufweisen, die an einem dem Gaserzeuger abgewandten Ausoder Einlass der Schleusenkammer montierbar ist. Die Baugruppe kann dementsprechend jeweils sowohl an der Kohleschleuse als auch der Ascheschleuse einer Kohledruckvergasungsanlage eingangs- und ausgangsseitig eingesetzt werden. Zweckmäßig weist die Baugruppe ein Gehäuse mit je einem Flansch an einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses zur Verbindung mit dem Gaserzeuger und der Schleusenkammer auf. Das genannte Verschlusselement ist vorzugsweise stempelartig mit einem Verschlusskopf und einem Stielteil ausgebildet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Stielteil eine einseitig offene Hülse auf, die auf einem axial in die Hülse hineinstehenden Bolzen beweglich und durch diesen geführt ist. Vorteilhaft schirmt die Hülse den Führungsbolzen gegen das anströmende Material ab.

In einer zweckmäßigen Konstruktion steht der Führungsbolzen von einem Steg vor, welcher einander gegenüberliegende Wandabschnitte des Gehäuses mit- einander verbindet. Zweckmäßig ist der im Materialstrom liegende Steg dünn, so dass er den Materialstrom nicht behindert und selbst keinem hohen Verschleiß unterliegt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Verschlusselement koaxial zu einem zylindrischen Teil des Gehäuses angeordnet. Eine solche

Anordnung erlaubt bei gegebenen Abmessungen der Baugruppe einen größtmöglichen Durchlassquerschnitt.

Die genannten Einrichtungen zur Bewegung des Verschlusselements weisen zweckmäßig Gestängeelemente auf, die sich von dem Verschlusselement radial erstrecken.

Insbesondere ragen diese Gestängeelemente in radiale Aufweitungen des zylindrischen Teils des Gehäuses hinein, wobei die von dem Verschlusselement ent- fernteren Teile der Gestängeelemente zunehmend geringerer Belastung durch anströmendes Material und Temperatureinwirkung ausgesetzt sind.

In einer Ausführungsform sind die Gestängeelemente an das Verschlusselement angelenkte Schwenkhebel, die jeweils an ihrem dem Verschlusselement abge- wandten Ende starr mit einer an dem Gehäuse gelagerten, aus dem Gehäuse herausgeführten Welle verbunden sind. Über ein Kurbelelement lässt sich diese Welle drehen, wobei die vorzugsweise über ein Langloch an das Verschlusselement angelenkten Schwenkhebel das Verschlusselement axial bewegen. In einer alternativen Ausführungsform handelt es sich bei den Gestängeelementen um starr mit dem Verschlusselement verbundene Stangen, die an ihrem anderen Ende in starrer Verbindung mit einer parallel zum Verschlusselement bewegbaren, aus dem Gehäuse herausgeführten Zug-/Schubstange stehen.

Sowohl die vorangehend erwähnten Wellen als auch die Zug-/Schubstangen sind radial weit außen angeordnet, wo genügend Einbauraum für Antriebsmittel zur Verfügung steht.

Zweckmäßig ist das Gehäuse außenseitig mit wenigstens einem die Wellen über je ein Kurbelelement oder die Zug-/Schubstangen bewegenden Kraftzylinder verbunden.

Vorzugsweise weisen die dem Materialstrom ausgesetzten Teile einen dachförmigen Querschnitt mit einer dem Materialstrom entgegen gerichteten Dachspitze auf.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schleuse in geschnittenen Teilansichten (a) und (b),

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer ventilartigen Baugruppe der Schleuse von

Hg. 1 ,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer ventilartigen Baugruppe mit zwei Hydraulikzylindern,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schleuse nach der Erfindung in geschnittenen Teilansichten (a) und (b),

Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer ventilartigen Baugruppe der Schleuse von

Fig. 4,

Fig. 6 ein Detail der Schleuse von Fig. 4, und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Kohledruckvergasungsanlage mit ventilartigen Baugruppen nach der Erfindung.

Eine in Fig. 7 in einem Grundschema dargestellte Kohledruckvergasungsanlage umfasst einen unter Druck stehenden Gaserzeuger 1 , dem über eine Schleuse 2' von oben Kohle zuführbar ist. Eine weitere Schleuse 2 für den Abzug von Asche befindet sich an der Unterseite des Gaserzeugers. Jede der Schleusen 2,2' umfasst eine Schleusenkammer 3 bzw. 3'. Zwischen den Schleusenkammern 3,3' und dem Gaserzeuger 1 sowie am Eingang der Schleuse 2' und Ausgang der Schleuse 2 befindet sich jeweils eine Baugruppe 4,4',4" bzw. 4" ', die wie ein Ventil arbeitet und nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 6 beschrieben ist.

Fig. 1 zeigt Ausführungsbeispiele für die ventilartige Baugruppe 4 zwischen dem Gaserzeuger 1 und der Schleusenkammer 3 sowie ein Ausführungsbeispiel für eine ventilartige Baugruppe 4' am unteren Ende der Schleusenkammer 3, die im

Wesentlichen der Baugruppe 4 entspricht.

Beide Baugruppen 4,4' weisen jeweils ein Gehäuse 5 mit einem rundzylindrischen Gehäuseteil 6 und radialen Aufweitungen 7 und 8 auf. Über Flansche 9 und 10 am rundzylindrischen Teil 6 des Gehäuses 5 ist die Baugruppe 4 mit dem Gaserzeuger 1 und der Schleusenkammer 3 verschraubt. Bei der Baugruppe 4' besteht eine Verschraubung zwischen dem entsprechenden Flansch 9 und der Schleusenkammer 3. Das Gehäuse 5 weist jeweils eine Inspektionsöffnung 1 1 auf. Koaxial zu dem zylindrischen Teil 6 des Gehäuses 5 ist ein stempelartiges

Verschlusselement 12 mit einem nach oben kegelförmigen Verschlusskopf 14 angeordnet, der in der in Fig. 1 gezeigten Position unter Abdichtung des Gaserzeugers 1 auf einem Verschlusssitz 13 auflegt. Der Verschlusskopf 14 ist mit einer zur Zylinderachse des zylindrischen Teils 6 des Gehäuses 5 koaxialen Schubstange verbunden, die in eine Hülse 15 übergeht und zusammen mit der Hülse den Stielteil des stempelartigen Verschlusselements 12 bildet. Die nach unten offene Hülse 15 ist auf einem Bolzen 16 in axialer Richtung bewegbar und durch den Bolzen 16 entsprechend geführt. Der Bolzen 16 steht in starrer Verbindung mit einem Quersteg 17, der einander gegenüberliegende Wandabschnitte des Gehäuses 5 miteinander verbindet.

An Ausleger der Hülse 15 sind über Langlöcher mit je einem Ende Schwenkhebel 18 und 18' angelenkt, die an ihrem anderen Ende in starrer Verbindung mit einer Welle 20 bzw. 20' stehen. Die Wellen 20,20' sind, wie insbesondere Fig. 2 erkennen lässt, in Lagerungen 19 und 19' drehbar, die an zwei im Abstand einander gegenüberliegenden Wandabschnitten der Ausweitung 7 bzw. 8 mit dem Gehäuse 5 verbunden sind. Wie Fig. 2 ferner erkennen lässf, stehen die Wellen 20,20' jeweils starr mit einer Kurbelstange 21 bzw. 21 ' in Verbindung. Über einen an die freien Enden der Kurbelstangen 21 ,21 ' angelenkten Hydraulikzylinder 22 lassen sich die Wellen 20,21 drehen und damit die Schwenkarme 18,18' unter Verschiebung des Verschlusselements 12 verdrehen.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, können anstelle eines Hydraulikzylinders 22 auch zwei getrennte, jeweils die Welle 20 bzw. 20' drehende Zylinder 23 und 23' eingesetzt werden.

Figur 1 lässt ferner erkennen, dass der Verschlusssitz 13 durch ein Ringelement 30 gebildet ist, welches zwischen dem Gaserzeuger 1 bzw. der Schleusenkammer 3 und dem jeweils mit diesen Teilen verbundenen Gehäuse 5 der Baugruppe 4 bzw. 4' festgelegt ist. Das Ringelement 30 besteht aus mehreren Einzelringen, die aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind und den Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Dichtigkeit genügen.

Zum Abzug von Asche aus dem Gaserzeuger 1 werden mit Hilfe des Hydraulik- Zylinders 22 bzw. der beiden Zylinder 23,23' die Wellen 20,20' der Baugruppe 4 gedreht, so dass die Schwenkhebel 18,18' in die durch Strichlinien angedeutete Stellung verschwenken. Dabei bewegen sie axial das Verschlusselement 12, wodurch sich der Verschlusskopf 14 von dem Verschlusssitz 13 abhebt und in die durch Strichlinien angedeutete Stellung verschiebt.

Asche kann nun durch den frei gewordenen Durchgang aus dem Gaserzeuger 1 durch den zylindrischen Teil 6 des Gehäuses 5 hindurch in die Schleusenkammer 3 gelangen, deren Innendruck vorher dem im Gaserzeuger 1 herrschenden Druck angeglichen wurde.

Die nach oben kegelige Form des Verschlusskopfs 14 begünstigt den Aschefluss, ebenso die oberhalb des Verschlusssitzes 13 gebildeten Abschrägungen des Ringelements 30. Die Aufweitungen 7,8 weisen jeweils einen schrägen Boden auf, so dass am Durchgang seitlich austretende Asche von selbst zurück in den Haupt- ström gelangt. Die Hülse 15 deckt weite Teile des Bolzens 1 6 gegen den Aschestrom ab, so dass der Bolzen 16 als das Verschlusselement 12 führendes Teil keinem hohen Verschleiß unterliegt. Die drehbaren Wellen 20,20' dichten das Gehäuse nach außen ab. Bei der Drehung gelangt keine Asche in die Bereich zwischen den Lagerungen 19,19' und der Welle 20 bzw. 20'. Um die Schleusenkammer 3 zu entleeren, wird bei geschlossener Verbindung zwischen dem Gaserzeuger 1 und der Schleusenkammer 3 durch die Baugruppe 4 bei Außendruck in der Kammer 3 eine Öffnung am unteren Ende der Schleusenkammer 3 mit Hilfe der Baugruppe 4' hergestellt und sämtliche Asche aus der Schleusenkammer entlassen.

Im Wartungsfall werden die Baugruppen 4,4' jeweils als Ganzes demontiert und ggf. gegen eine bereits gewartete Baugruppe ausgetauscht.

Bei dem in den Figuren 4 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel bezeichnet, wobei der betreffenden Bezugszahl der Buchstabe a beigefügt ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 bis 6 unterscheidet sich von dem voran- gehend beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, dass an eine Hülse 15a eines Verschlusselements 12 nicht Schwenkhebel angelenkt sind, sondern die Hülse 15a starr über eine Verbindungsstange 24 bzw. 24' mit einer Zug- Schubstange 25 bzw. 25' verbunden ist. In einer mit einem Gehäuse 5a verbundenen Lagerung 26 bzw. 26' ist die Zug-Schubstange 25 bzw. 25' parallel zur Längsachse der Hülse 15a bewegbar.

Wie Figur 5 und 6 erkennen lassen, erfolgt die Bewegung der Zug-Schubstangen 25,25' jeweils mit Hilfe zweier Hydraulikzylinder 27,28, die an einer die Zug-/Schub- stange 25,25' kreuzenden Querstange 29 angreifen.