带有共轴的热交换器的热学设备制造技术

本发明专利技术涉及一种带有共轴的热交换器的热学设备，该热学设备带有在盖板凸缘处可压力密封地关闭的一个压力罩并带有一个共轴的、内部的热交换器，该热交换器包围一个内部空间并且形成一个相对于该压力罩的环形空间。本发明专利技术所基于的目的——提供一种结构性的解决方案，以便构型在该热交换器和传递压力的、在该盖板凸缘的区域中的设备壁(该设备壁具有长的使用时间)之间的环形间隙——通过如下方式实现，在该盖板凸缘和在热交换器处上方定中心地安排的一个管件之间的环形间隙中提供一个能够用吹扫气体加载的迷宫式密封件。

【技术实现步骤摘要】
带有共轴的热交换器的热学设备
本专利技术涉及一种热学设备，该热学设备带有一个可压力密封地关闭的压力罩并带有一个共轴的、内部的热交换器，该热交换器包围一个内部空间、支承在一个设备底部上并且形成一个相对于该压力罩的环形空间。
技术介绍
一个此类的热学设备大多具有一个带有可关闭的盖板凸缘的压力罩，该盖板凸缘相对于设备轴线定中心地安排并且具有一个相关的内部直径。此外，该热交换器在其朝向该盖板凸缘的末端处具有一个上部的管件，该上部的管件具有一个此类的外部直径，该外部直径小于该盖板凸缘的内部直径。该上部的管件竖直地延伸到该盖板凸缘中。在该环形空间中能够用一种吹扫气体相对于该反应空间构造超压力。在密封压力空间时经常存在如下问题，在密封位置处彼此邻接的部件由于不同的温度或不同的材料而不同地膨胀并且因此导致热学引起的、密封件伙伴(Dichtungspartner)的相对运动。尽管存在相对运动，密封的问题仍随着压力和温度的增加而加剧。所属类型的热学设备的一个典型的应用情形是用于产生合成气的气化反应器，该气化反应器具有外部的压力罩和在该压力罩中被安排为热交换器的一个冷却屏。该冷却屏包围该气化反应器的一个内部空间。在该内部空间(该内部空间在该应用情形下被称为反应空间)中，至多达2000℃的温度和至多达100巴的压力占主导。在该气化反应器内部的冷却屏用于承载压力的反应器壁的热学保护。该冷却屏通常形成为用冷却水流经的盘管(Rohrwicklung)，其中这些管压力密封地彼此焊接并且形成一个相对于该反应器壁的环形空间，为保护其免受腐蚀的、杂散的(vagabundierenden)反应气体，借助一种惰性气体来吹扫该环形空间。在此，该惰性气体压力略微超过该冷却屏包围的反应空间中的压力。为了使气体吹扫实现其目的，在冷却屏和反应器壁之间的该环形空间必须尽可能完全地与该反应空间分离。在此出现多个问题。该冷却屏通常支承在该反应器底部上，即，在那里形成固定承载。由于在该反应区中的高运行温度，在该冷却屏的这些盘管中的冷却剂的温度为至多250℃。位于该冷却屏后面的反应器壁加热明显更少，一般来说在该反应器壁的内侧还安装有一个耐火衬壁(Feuerfestausmauerung)。因此在将该反应器加热至运行温度期间或在运行中断期间导致在该反应器壁中和在该冷却屏中的不同的膨胀。在冷却屏和反应器壁之间的一个密封件必须能够补偿该相对运动。气化反应器通常是圆柱形的并且具有一个盖板凸缘，该盖板凸缘的实心的凸缘套管为密封件的安装提供良好的前提条件。因此最近实施如下冷却屏构造方式，这些冷却屏构造方式向上具有一个达到该凸缘直径的、锥形的变窄部。过去，人们也已经尝试用不同的器件来密封在盖板凸缘和冷却屏之间的、由此产生的环形间隙。在一个简单的变体中，仅用高的惰性气体流量来吹扫没有额外密封器件的其余的环形间隙(DD237318A1)。在此示出的是，进入该反应空间中的惰性气体流量在维持反应空间温度的情况下导致能量上的缺点，并且不可避免的是，反应气体可能侵入在冷却屏和反应器壁之间的该环形空间中。第二种变体在冷却屏和盖板凸缘之间提供一个弹性的密封件(例如以密封条的形状)。运行经验表明，这些密封件磨损得很快或由于熔渣堆积而丧失其功能。滑动密封件属于第三种变体。为此，该冷却屏借助一个气体密封地焊接的管件向上延长到该盖板凸缘中并且该滑动密封件被安排在该盖板凸缘中。该密封类型也包含很多问题。如果使用硬的滑动密封件材料，则制造误差、尤其焊接后的管件的形状偏差导致非密封性，该非密封性由于密封材料缺乏弹性而不能够被补偿。根据DE202007011109U1或DE202007018720U1，在使用软的滑动密封件(这些软的滑动密封件与填料箱(Stopfbuchsen)可相比地通过压缩实现其密封功能)的情况下，在该密封间隙处的这些不可避免的、非常硬的熔渣堆积或与腐蚀性的反应气体相关的高反应器温度导致该密封材料快速磨损。在第四种变体中，通过在该管件处安装波纹管补偿件(这些波纹管补偿件关闭在冷却屏和盖板凸缘之间的间隙)，完全排除了在这些密封件伙伴之间的滑动运动(例如EP0254830A2、US4.202.672A、DE102007045321A1)。由于补偿件根据功能必须补偿轴向的相对运动，这些补偿件由薄壁的、折叠的金属管件制成，但是这些金属管件在腐蚀性的气氛中被气化反应器快速地腐蚀和穿通。
技术实现思路
因此从已知的现有技术的所述的缺点出发，本专利技术所基于的目的在于，提供一种结构性的解决方案，以便构型在该冷却屏和传递压力的、在该盖板凸缘的区域中的设备壁(该设备壁具有长的使用时间)之间的环形间隙。根据本专利技术，该目的通过如下热学设备实现，其中能够用吹扫气体加载的一个迷宫式密封件被安排在该盖板凸缘和该管件之间的一个环形间隙中。有利的实施方式是从属权利要求的主题。迷宫式密封件是在蒸汽或燃气涡轮机、旋转式压缩机或飞机引擎中的经典的轴密封件。在此，该待密封介质很热并且轴转速很高。这涉及到用于气体的节流式密封件，也就是说，一定程度上的气体泄漏是不可避免的。迷宫式密封件通常由间隔环和节流板构造成并且运行可靠。在专业文献中详细地描述了基本构造形式及其针对具体应用情形的计算，例如能够在“www.fachwissen-dichtungstechnik.de”中找到。因此在此应只描述原理上的解决方案。根据本专利技术，最初针对旋转的部件开发的密封件类型被用于相对于热反应气体来密封静态的反应器部件。虽然由于缺少旋转运动限制了密封作用，但是期望(例如从在热交换器和压力罩之间的该环形空间到该反应空间中的)较小的气体体积流量完全用于冷却这些节流孔板。为了避免热的反应气体向在该冷却屏之后的该环形空间中回流，在溢流位置处必须在环形空间和反应空间之间的密封位置处存在一个正的压力差。在文献中充足地、准确地描述了迷宫式密封件的流动行为和压力差的计算。必须特别重视的是，要注意最少需要的间隙高度和涡流室高度的最佳比率以及间隙长度和间隙宽度的比率。在迷宫式密封件上的实际压力损失的计算在考虑到可允许的制造公差和密封间隙变化(由于热膨胀不同)的情况下进行。相对于已知的解决方案，本专利技术具有多个优点：本专利技术在同时避免密封件伙伴的摩损性的表面接触的情况下能够实现足够的密封程度。在正确的安装顺序下，可能实现这些密封件部件相对彼此所需要的确切的定位。在冷的状态下安装时有利地存在大的密封间隙，然而在加热时由于密封件伙伴和节流环的径向的材料膨胀，密封间隙变得更小并且密封作用由此提高。为了生产该迷宫式密封件，可以从耐磨损的材料的大范围变体中选择，优选使用不锈钢。该迷宫式密封件的模块式的构造能够使密封性简单地适配于在不同的热学设备中的具体条件。附图说明下面应以气化反应器为例来解释根据本专利技术的热学设备。所属的附图在此示出：图1：示出了一个气化反应器的上部区段的截面图示图2：示出了在该盖板凸缘中的一个迷宫式密封件的示意图具体实施方式在图1中示出的一个圆柱形的气化反应器(该气化反应器具有一个可压力密封地关闭的压力罩1)的上部区段中，一个内部的、接近壁的热交换器2(在气化反应器的情况下被称为冷却屏)被安排为共轴的。该冷却屏支承在一个设备底部(未示出)上并且形成一个相对于该压力罩1本文档来自技高网...

【技术保护点】
热学设备，该热学设备带有一个可压力密封地关闭的压力罩(1)并带有一个共轴的、内部的热交换器(2)，该热交换器包围一个内部空间(3)、支承在一个设备底部上并且形成一个相对于该压力罩(1)的环形空间(4)，其中‑该压力罩(1)具有一个可关闭的盖板凸缘(5)，该盖板凸缘相对于设备轴线定中心地安排并且具有一个内部直径Di，‑该热交换器(2)在其朝向该盖板凸缘(5)的末端处具有一个上部的管件(7)，该上部的管件具有一个外部直径Da<Di，该上部的管件竖直地延伸到该盖板凸缘(5)中，‑在该环形空间(4)中能够用一种吹扫气体(8)相对于该反应空间(3)构造超压力，其特征在于，能够用一种吹扫气体(8)加载的一个迷宫式密封件(9)被安排在该盖板凸缘(5)和该管件(7)之间的一个环形间隙中。

【技术特征摘要】
2015.11.13 DE 102015119685.91.热学设备，该热学设备带有一个可压力密封地关闭的压力罩(1)并带有一个共轴的、内部的热交换器(2)，该热交换器包围一个内部空间(3)、支承在一个设备底部上并且形成一个相对于该压力罩(1)的环形空间(4)，其中-该压力罩(1)具有一个可关闭的盖板凸缘(5)，该盖板凸缘相对于设备轴线定中心地安排并且具有一个内部直径Di，-该热交换器(2)在其朝向该盖板凸缘(5)的末端处具有一个上部的管件(7)，该上部的管件具有一个外部直径Da<Di，该上部的管件竖直地延伸到该盖板凸缘(5)中，-在该环形空间(4)中能够用一种吹扫气体(8)相对于该反应空间(3)构造超压力，其特征在于，能够用一...

【专利技术属性】
技术研发人员：法比安·艾佐尔德，
申请(专利权)人：科林工业技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE