(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の液面レベル（４）まで沸騰水で満たされるウオーター・チャンバー（２）を備えていると共に、該液面レベル（４）の上にスチーム・チャンバー（３）を備えている外側の圧力ジャケット（１）と、前記ウオーター・チャンバー（２）の中に配置され、かつ冷却される合成ガスを貫流させる複数の熱交換管（５）と、沸騰水から発生した飽和蒸気を過熱する複数のまっすぐな管（７）を有する過熱器であって、前記熱交換管（５）の下流に接続され、かつ前記圧力ジャケット（１）の内部において少なくとも一部、液面レベル（４）の上にあるスチーム・チャンバー（３）内に配置されている過熱器とより成り、前記過熱器の前記複数のまっすぐな管（７）を前記高温合成ガスが貫流するとともに、前記ウオーター・チャンバー（２）から流出した蒸気がそれらの管（７）の周りを流れるようになっている、沸騰圧力のもとにある水と熱交換して高温の合成ガスを冷却するための廃熱ボイラーにおいて、前記過熱器の複数のまっすぐな管（７）が下部管取付板（８）及び上部管取付板（９）の内部にそれぞれ気密に挿入されているとともに、蒸気を案内する案内ジャケット（１１）によって取り囲まれていること、前記下部管取付板（８）が熱交換管（５）が連結されているガス入口チャンバー（１０）の上面を画定していること、及び、前記下部管取付板（８）が前記ガス入口チャンバー（１０）とともに液面レベル（４）より低く前記ウオーター・チャンバー（２）内に取り付けられていることを特徴とする廃熱ボイラー。
【請求項２】
前記過熱器の上部が圧力ジャケット（１）より突出していることと、前記案内ジャケット（１１）が該過熱器の突出部位において圧力ジャケット（１）と気密に接続されていることとを特徴とする請求項１記載の廃熱ボイラー。
【請求項３】
案内ジャケット（１１）が下部管取付板（８）の近傍まで延設されていることと、下部管取付板（８）が囲い筒（１８）と接続されていて、該囲い筒（１８）が半径方向に間隔をあけて環状のスペース（１９）を形成した状態で前記過熱器の一部の長さにわたって案内ジャケット（１１）の周りを取り囲んでいることと、囲い筒（１８）がスチーム・チャンバー（３）の中まで突出していることとを特徴とする請求項１又は２記載の廃熱ボイラー。
【請求項４】
液滴セパレーター（６）が囲い筒（１８）と圧力ジャケット（１）との間でスチーム・チャンバー（３）を通って横向きに延設されていることを特徴とする請求項３記載の廃熱ボイラー。
【請求項５】
ウオーター・チャンバー（２）に向かって開口した横孔（１７）が前記過熱器の管（７）の列の間で下部管取付板（８）に貫設されていることを特徴とする請求項１より請求項４までのいずれか１項記載の廃熱ボイラー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、請求項１の前文に記載されている特徴を備えた高温の合成ガスを冷却するために使用される廃熱ボイラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、オイル・ガス化装置または残渣ガス化装置で高温の合成ガスが発生し、このようにして発生した合成ガスは、ガス化反応器に後設された合成ガス用廃熱ボイラーで冷却される。合成ガスの中に含有されている熱エネルギーは回収されるが、このとき高圧の蒸気が発生する。さらに熱エネルギーを有効に利用するため、上記の飽和蒸気は、通常、過熱される。
【０００３】
高圧の飽和蒸気を発生するために利用される合成ガス廃熱ボイラーは、例えば、螺旋状に曲げ加工されたスネイク状の管路から構成されているかあるいはＵ字状に湾曲加工された管束から構成されていて、該管束は熱交換面を形成している。高温の合成ガスは、上記のスネイク状の管路または管束を貫流し、高温の合成ガスが包持する熱をスネイク状の管路を貫流し、高温の合成ガスが包有する熱は、圧力ジャケット内にあるスネイク状の管路または管束を取り巻いている沸騰圧力のもとにある水に与えられる。
【０００４】
飽和蒸気は、廃熱ボイラーに後設されている別個の過熱器で過熱される。また、螺旋状に形成されたスネイク状の管路に後設されていて、廃熱ボイラーの場合と同様のやり方で合成ガスが貫流するようにされた合成ガス廃熱ボイラーのスネイク状の管路に後設されている、合成ガス廃熱ボイラーの中に一体に組み込まれた蒸気過熱器も公知である。この過熱器のスネイク状の管路は、通常、廃熱ボイラーのスネイク状の管路より管路直径が小さく寸法ぎめされている。飽和蒸気は、過熱器のスネイク状の管路のまわりに導かれ、該スネイク状の管路で過熱される。しかし、この構成態様には下記のような重大な欠点がある。すなわち、この構成態様を実現するには、非常に高い費用が必要であることである。また、この構成態様の廃熱ボイラーを検査したり、修理するために非常に費用がかかることである。過熱器のスネイク状管路を貫流する合成ガスからスネイク状の管路内に堆積物が生じるおそれがあり、この場合、過熱器に詰まりが生じ、このために過熱器が機能しなくなる。管路の直径が比較的小さいため、このような詰まりという不具合を解消することがほとんどないかあるいは多大の費用をかけてしか上記の詰まりの不具合を取り除くことができない。
【０００５】
そのほか、合成ガス廃熱ボイラーの中に一体に組み込まれているスネイク状の管路を使用した廃熱ボイラーも公知である。（化学工学技術誌の１９８４年に発行された第５巻の３５６ページから３６０ページまでを参照されたい。）この合成ガス廃熱ボイラーにおいては、合成ガスがスネイク状の管路のまわりに導かれたうえ、過熱された飽和蒸気は、スネイク状管路の周りを流動する。このような一体化された蒸気過熱器についても、この蒸気過熱器を検査したりあるいは修理するのに非常に費用がかかるという欠点もある。さらに、少なくとも、ガス化のさいに流動状の異物がスネイク状の管路間の流動通路内に合成ガスから沈殿物が堆積するため、つまりの不具合が生じる。このようにして堆積物を取り除くことができないので、ある時間が経過した後、過熱器が動作しなくなってしまう。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、過熱器を比較的簡単に検査し、掃除し、あるいは修理することができると共に、構造が簡単で、コストがかからないよう過熱器を廃熱ボイラーの中に組み込むことができるよう構成された当初に挙げた種類の廃熱ボイラーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項１の特徴項に記載されている特徴を備えた当初に挙げた種類の廃熱ボイラーが本発明に従って提供されたのである。本発明の有利な構成態様については、請求項２より請求項５までの記載を参照されたい。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を図解した添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。この図面は、合成ガスを冷却するために使用される廃熱ボイラーの上部を長さ方向に切断した状態を概念的に図解した立断面図である。
【０００９】
合成ガスを冷却するために使用される廃熱ボイラーは、熱交換器を立設せしめた態様に構成されている。廃熱ボイラーは、ウオータ−・チャンバー２と該ウオータ−・チャンバー２の上に配置されたスチーム・チャンバー３のまわりを取り囲んでいる圧力ジャケット１を備えている。液面レベル４の位置まで高い沸騰圧力のある水を充填すべく熱交換媒体として使用される水を供給するため、圧力ジャケット１の図示されていない下部に供給継手がウオータ−・チャンバー２内に取り付けられている。
【００１０】
冷却されるべき合成ガスを貫流せしめる熱交換管５がウオータ−・チャンバー２の中に配置されている。熱交換管５は、螺旋状に曲げ加工されたスネイク状管路として設計されていて、該スネイク状管５は、一連の環体であるようにしてもよく或いは複数の環体であってもよい。高温の合成ガスと熱交換を行うさい、熱交換管５を取り囲んでいる水が一部蒸発し、液面レベル４に沿って流動する飽和蒸気としてスチーム・チャンバー３の中に流入する。飽和蒸気を乾燥させる働きをする液滴分離器６が液面レベル４の上に配置されている。
【００１１】
合成ガスをさらに冷却するとともに、このとき乾燥した飽和蒸気を過熱する蒸発器として機能する熱交換管５に過熱器が後設されている。該過熱器は、少なくとも一部が圧力ジャケット１内に配置されていて、廃熱ボイラーの中に一体物として組み込まれている。過熱器は、互いにあい並んで配置された複数列の管７より成る垂直方向に向きぎめされた管束を備えており、これらの管７は、下部管取付板８と上部管取付板９にそれぞれ気密に取り付けられている。下部管取付板８は、フード状のガス入口チャンバー１０には接続されていて、該ガス入口チャンバー１０は、熱交換管５が接続されている。
【００１２】
過熱器の管７の管束は、案内ジャケット１１によりまわりが取り囲まれていて、該案内ジャケット１１は、下部管取付板８の近傍迄延在している。かくして、案内ジャケット１１の下端縁と下部管取付板８との間に貫流路が形成されることになる。過熱器は、、案内ジャケット１１から離れる向きに突設されている。ここで、過熱器の出口部の近傍で案内ジャケット１１から漏洩が生じることがないような具合に出口継手１２が圧力ジャケット１の外側で案内ジャケット１１に取り付けられている。
【００１３】
フード状のガス出口チャンバー１３と案内ジャケット１１はそれぞれ、リング状のフランジ１４と１５を備えている。両方のリング状のフランジ１４と１５との間に上部管取付板９が取り付けられている。
【００１４】
互いに位置ずれした状態で管７に関して横方向に複数のそらせ板１６が配置されていて、該そらせ板１６は、管７のまわりを流れる媒体に使用されるじゃま板として機能する。
【００１５】
過熱器は圧力ジャケット１の内部に配置されているので、下部管取付板８を取り付けたガス入口チャンバー１０は、液面レベル４より下に位置しているウオーター・チャンバー２内に所在することになる。したがって、ガス入口チャンバー１０は、ウオーター・サイドにより具合よく冷却され、これにより水が過熱されることを回避することができる。
【００１６】
一連の管７の間に下部管端部８を通って多数の横孔１７が貫設されていて、該横孔１７はウオーター・チャンバー２に向かって両端が開放されている。これにより、横孔１７はウオーター・チャンバー２が水で充填されるから、下部管取付板８は水により冷却されることになる。
【００１７】
囲い筒１８が下部管取付板８の外縁と漏洩が生じることがないよう接続されている。該囲い筒１８は、リング状のスペース１９を形成した状態で案内ジャケット１１の下部のまわりをとり囲んでいる。囲い筒１８の上端縁は、スチーム・チャンバー３の中で液面レベル４を越えて上に向かって突出している。液滴分離器６がスチーム・チャンバー３を通って横向きに囲い筒１８と圧力ジャケット１との間に延設されている。
【００１８】
上述した廃熱ボイラーは、下記の態様で動作する。例えば、ガス化反応器から発生した冷却すべき高温の合成ガスは、熱交換管のスネイク状の管路に供給され、熱交換管５を貫流し、ガス入口チャンバー１０に流入する。該ガス入口チャンバー１０は、合成ガスを過熱器の管７上に分配する働きをする。合成ガスは過熱器の管７を貫流した後、ガス出口チャンバー１３内に流入し、該ガス出口チャンバー１３から外に排流される。
【００１９】
高圧の状態にある多量の水が廃熱ボイラーの圧力ジャケット１の中に供給されるので、液面レベル４は、所定のレベル高さに維持される。ウオーター・チャンバー２の中に所在していて、熱交換管５の周りを取り囲んでいる水は、高温の合成ガスとの熱交換により蒸発し、スチーム・チャンバー３の液面レベル４に沿って生じた飽和蒸気として上昇する。湿った飽和蒸気は、液滴セパレーター６を通って流動するさいに乾燥される。乾燥された飽和蒸気が囲い筒１８と案内ジャケット１１との間で、液滴セパレーター６から下に向かって流動し、囲い筒１８と案内ジャケット１１との間のリング状スペース１９を通って下に向かって流動し、案内ジャケットの下端縁と下部管取付板８との間を貫流することにより案内ジャケット１１のまわりが閉止されている内部スペースに流入する。乾燥された飽和蒸気は繰り返し迂回しながら出口継手１２まで導かれ、その間に廃熱ボイラーでは管７を通って流動する合成ガスが包有する熱エネルギーを受け取るので、飽和蒸気の過熱作用が液滴セパレーター６で始まる。過熱された蒸気は、廃熱ボイラーから排出される。
【００２０】
下部管取付板８の外縁に沿って液滴が生じることがないよう接続された囲い筒１８は、過熱器が凝縮した水があふれ出ることを阻止する。
【００２１】
囲い筒１８と、下部管管取付板８とガス入口チャンバー１０と、熱交換管５とより成る過熱器の下部全体がウオーター・チャンバー２内に浸された状態にあるので、高温の合成ガスと接触している部分を非常に効率的にかつ確実に冷却することができる。
【００２２】
一体化された過熱器を備えた上述の廃熱ボイラーの構成態様は、概念的には構造が簡単であり、コスト的に有利に製造することができる。過熱器と管束とより成る構造全体が廃熱ボイラーから構成することができるから、容易に検査を行うことができ、また容易に洗浄することができると共に、容易に補修作業を行うことができる。さらに、過熱器のまっすぐな管７の内側に付着している堆積物を機械的に容易に除去することができる。そのほか、過熱器は、合成ガス廃熱ボイラー内に組み入れた状態のままにしておくことができる。ガス出口チャンバー１３を取り外すことができるから、作業者が上の方から過熱器内に配置されている管７に近接することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  合成ガスを冷却用廃熱ボイラーの上部を長さ方向に切断した状態を概念的に図示した立断面図である。
【符号の説明】
１        圧力ジャケット
２        ウオーター・チャンバー
３        スチーム・チャンバー
４        液面レベル
５        熱交換管
６        液滴セパレ−ター
７        過熱器の管
８        下部管取付板
９        上部管取付板
１０      ガス入口チャンバー
１１      案内ジャケット
１７      横孔
１８      囲い筒
１９      環状スペース
【図１】
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