DE10145460C1 - Verfahren und Einrichtung zur Sythesegasherstellung - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur SythesegasherstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Schacht-Schmelz-Vergaser zur Synthesegasherstellung durch eine stoffliche und thermische Behandlung und Verwertung von wasser- und organische Komponenten enthaltenden festen Materialien, bei dem im oberen Bereich eine Schleuse, bestehend aus zwei Schiebern und einem dazwischen liegenden Ofenschachtteil mit integrierter Füllstandsanzeige installiert ist, und ein Verfahren zum Betreiben des Vergasers. Abhängig von den Leistungsparametern wird zwischen den beiden Schiebern ein Schließ- und Öffnungsrhythmus eringestellt, über den die Befüllung des Vergasers ohne unkontrollierte Falschluftzufuhr erfolgt. Gleichzeitig werden unmittelbar an der Schnittstelle zum Synthesegasverbraucher Druck-, Temperatur- und Mengenmessung vorgenommen, die gemeinsam mit der Analyse des Synthesegases die online-Bestimmung der Feuerungsleistung des Vergasers ermöglichen und durch interne Verwertung in der Steuerung durch Änderung des Verhältnisses von Luft- und Sauerstoffmenge am Vergaser, die notwendige Prozeßsicherheit ergeben.
Description
Die Erfindung betrifft einen Schacht-Schmelz-Vergaser zur Synthesegasherstellung
durch eine stoffliche und thermische Behandlung und Verwertung von Wasser und orga
nische Komponenten enthaltenden festen Materialien und ein Verfahren zum Betreiben
dieses Schacht-Schmelz-Vergasers.
Aus dem Stand der Technik ist durch WO 01/62873 A1 ein Verfahren zur thermischen
Behandlung und Verwertung von Abfallstoffen unterschiedlicher Art, Konsistenz und Zu
sammensetzung, wie von schadstoffbelastetem Altholz, Altreifen, Industrie-/Gewerbe
abfallstoffen, Haus- und Sperrmüll, und ein Schacht-Schmelz-Vergaser zur Durchführung
des Verfahrens bekannt, bei dem die Abfallstoffe und Zuschläge nach dem Anbrennen im
Schacht-Schmelz-Vergaser direkt in die Hochtemperaturzone H eingebracht werden und
hier die in den Abfallstoffen enthaltenen organischen Bestandteile mit dem in die Hoch
temperaturzone H eingebrachten Sauerstoff reagieren.
Diese Hochtemperaturzone H bildet sich im Ofeninneren im Bereich der Ebene aus, die
oberhalb des schüttungsfreien Raumes mit darin integrierten Absaugeinrichtungen durch
die oberen, mit Sauerstoff betriebenen, Injektoren definiert wird. Die mineralischen und
metallischen Bestandteile der Abfallstoffe tropfen bzw. fließen in den Herdbereich ab,
wobei gleichzeitig die durch thermochemische Umsatzreaktionen entstehenden Reak
tionsprodukte als Teil 1 des Rohgases mit den absinkenden, nicht vollständig verbrann
ten organischen Bestandteilen der Abfallstoffe durch Rohgasabsaugeinrichtungen im
Gleichstrom in Richtung Herd geführt werden und einer pyrolytischen Zersetzung unter
liegen. Der sich während der Absetzzeit in der Reduzier-/Crackzone Z bildende Pyrolyse
koks wird mit Sauerstoff zu weiteren gasförmigen Reaktionsprodukten als Teil 2 des
Rohgases verbrannt. Diese Reduzier-/Crackzone Z bildet sich im Ofeninneren im Bereich
der Ebene aus, die durch die Anordnung der unteren, mit Sauerstoff betriebenen Injekto
ren, die oberhalb des den Herd bildenden Schachtteiles und unterhalb des schüttungs
freien Raumes mit darin integrierten Absaugeinrichtungen angeordnet sind, definiert wird.
Das Metall und die Schlacke sammeln sich im Herd und das gesamte Rohgas, entspre
chend der Summe der Rohgasteile 1 und 2, wird gleichzeitig im Gegenstrom, im Gleich
strom und quer zu den Strömungsrichtungen der Ofengase 1 und 2 seitlich zwischen, der
Hochtemperaturzone H und der Reduzier-/Crackzone Z abgesaugt. Das entstehende
Rohgas besteht aus den gasförmigen Reaktionsprodukten CO, CO2, H2, H2O sowie, ab
hängig von der Analyse der eingesetzten Abfallstoffe, aus Spurenkomponenten, wie CS2,
COS, SO2, NOx, H2S und HCl.
Für den Aufbau des Schacht-Schmelz-Vergasers ist kennzeichnend, dass auf einer Bo
denplatte ein den Herd bildender Schachteil mit Abstichvorrichtungen für Schlacke und
Eisen und direkt anschließend mehrere, verschiedenartig gestaltete zylindrische Ofen
schachtteile aufgesetzt sind, wobei der konische Ofenschachtteil in den schachterwei
ternden Ofenschachtteil ragt und so einen schüttungsfreien Raum mit hierin liegenden
Rohgasabsaugeinrichtungen bildet und bei dem oberhalb des Herdes und oberhalb des
schüttungsfreien Raumes jeweils mehrere um den Umfang verteilte Injektoren zur ge
meinsamen Zuführung von Sauerstoff und Luft angeordnet sind.
Die in einer Ebene zwischen den Injektoren zur gemeinsamen Zuführung von Sauerstoff
und Luft gleichmäßig über den Umfang des gebildeten schüttungsfreien Raumes ange
ordneten Rohgasabsaugeinrichtungen sind beispielsweise als Quenche oder Dampfkes
sel oder Heißfilter oder Sprühabsorber ausgebildet.
Dem Schacht-Schmelz-Vergaser ist eine Gasreinigung nachgeschaltet, die das Brenngas
für eine Verwertung in einem Blockheizkraftwerk, kurz als BHKW bezeichnet, aufbereitet.
Das Brenngas wird nach dem Stand der Technik als Synthesegas bezeichnet und kann
dann bspw. zur energetischen Nutzung einem Gasmotor zugeführt werden.
Der Nachteil der in WO 01/62873 A1 dargestellten technischen Lösung zur thermischen
Behandlung und Vergasung von Abfallstoffen ist, dass nach dem Anfahren des Schacht-
Schmelz-Vergasers über die Dauer des Vergasungs- und Schmelzprozesses, welcher
von der Konsistenz und Beschaffenheit der Wasser und organische Komponenten
enthaltenden festen Materialien zeitabhängig ist, eine sukzessive Erhöhung der Tem
peratur der Schüttung oberhalb des schüttungsfreien Raumes, d. h. über der Ebene, die
durch die oberen Injektoren gebildet wird, bis zum oberen Ende der Schüttung, d. h. bis
unmittelbar unter die Begichtungsöffnung, erfolgt.
Zudem ist der Schacht-Schmelz-Vergaser als offenes, druckloses System konstruiert,
wodurch jederzeit die unkontrollierte Zufuhr von Falschluft über die Begichtungsöffnung
erfolgen kann. Damit wird eine Zündung der von in diesem Bereich mit der sukzessiven
Erhöhung der Temperatur der Schüttung entstehenden Pyrolysegase bewirkt.
Außerdem wird nach Erreichen der Zündtemperatur eine Verbrennung der organischen
Bestandteile der Abfallstoffe bereits unmittelbar unterhalb der Begichtungsöffnung verur
sacht.
Begünstigt wird dieser für die Verfahrenstechnik negative Effekt durch die Anzahl und
Anordnung der Absaugvorrichtungen für das Rohgas, die in Verbindung mit der Chargie
rungsart und daraus folgend mit dem Aufbau der Schüttungssäule im Ofenschacht ober
halb der oberen Injektorebene durch Unterschiede bei der Materialart und -beschaf
fenheit, wie beispielsweise durch die Stückgröße, zu Entmischungserscheinungen füh
ren.
Dadurch bilden sich beim Vergasungs- und Schmelzprozeß lokale Strömungskanäle in
der Schüttung aus, die wiederum das Einsacken vergleichsweise kalter Falschluft von
oben nach unten und/oder das Aufsteigen von CO- und H2-reichen Ofengasen von unten
nach oben fördern.
Dies hat negative Wirkungen auf die Analyse und somit auf den unteren Heizwert des
seitlich zwischen der Hochtemperaturzone H und der Reduzier-/Crackzone Z, d. h. zwi
schen den Injektoren, abgezogenen Rohgases zur Folge. Diese Veränderungen der
Rohgasparameter haben auch sehr negative Wirkungen auf die Wirtschaftlichkeit und
Betriebssicherheit derartiger Schacht-Schmelz-Vergaser.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen mit geringem anla
gen-, steuerungs- und sicherheitstechnischen Aufwand realisierbaren Schacht-Schmelz-
Vergaser zur Synthesegasherstellung durch eine stoffliche und thermische Behandlung
und Verwertung von Wasser und organische Komponenten enthaltenden festen Materia
lien und ein Verfahren zum Betreiben dieses Schacht-Schmelz-Vergasers zu schaffen,
die eine unkontrollierte Zufuhr von Falschluft über die Begichtungsöffnung und eine Zün
dung der Pyrolysegase und somit eine Verbrennung der Materialien bereits unmittelbar
unterhalb der Begichtungsöffnung sicher verhindern.
Die Aufgabe wird durch die technischen Merkmale der spezifischen Ausgestaltung des
Schacht-Schmelz-Vergasers nach Anspruch 1 und durch das Verfahren zum Betreiben
dieses Schacht-Schmelz-Vergasers gemäß den Ansprüchen 2, 3 und 4 gelöst.
Der erfindungsgemäße Schacht-Schmelz-Vergaser ist in der zugehörigen Zeichnung im
Schnitt dargestellt.
Auf einer Bodenplatte 1 ist ein doppelwandiges zylindrisches Ofenschachtteil 2 mit An
schlüssen 3 für eine Standwasserkühlung und der Absticheinrichtung 4 für Schlacke und
Eisen sowie einem nicht dargestellten Mannloch installiert.
An das Ofenschachtteil 2 schließt sich ein doppelwandiges, sich konisch nach oben er
weiterndes Ofenschachtteil 5 an, das mehrere, gleichmäßig über den Umfang verteilte
Stutzen 6 zur Aufnahme nicht dargestellter, von mit Luft und Sauerstoffzuführungen
komplettierten Injektoren mit in den Ofeninnenraum ragenden wassergekühlten Kupfer
düsen hat. Am oberen Ende des Ofenschachtteiles 5 sind Stutzen 7 für die Verbindung
mit dem darüber liegenden zylindrischen, doppelwandigen Ofenschachtteil 8 installiert.
Abgeschlossen wird der Ofenschachtteil 8 am oberen Ende durch einen Flansch. Das
Ofenschachtteil 8 ist ebenfalls am unteren Ende mit einem Flansch versehen und zur
Aufnahme von Stabilisierungselementen 9 sowie zur Aufnahme von mehreren, regelmä
ßig über den Umfang verteilten in das Ofeninnere ragenden Stutzen 10 für die Aufnahme
von Schaulöchern und/oder Brenner- bzw. Gaszuführungs- und/oder Reinigungseinrich
tungen und/oder Flüssigkeitszuführungseinrichtungen und/oder
Feststoffzuführungseinrichtungen ausgelegt.
Es mündet in ein doppelwandiges, mit kleinerem Durchmesser ausgeführtes, zylindri
sches Ofenschachtteil 11, das mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte, in zwei
Ebenen übereinander angeordnete Stutzen 12; 13 zur Aufnahme nicht dargestellter, von
mit Luft und Sauerstoffzuführungen komplettierten Injektoren mit in den Ofeninnenraum
ragenden, wassergekühlten Kupferdüsen hat.
Am oberen Ende schließt das Ofenschachtteil 11 ebenfalls mit einem Flansch ab und ist
weiter mit nicht dargestellten Rohrstutzen für eine Verbindung mit dem sich darüber an
schließenden Ofenschachtteil 14 im Bereich 15 der Doppelwandigkeit ausgerüstet und
hat im Ofeninneren vorzugsweise am Übergang von Ofenschachtteil 8 zum Ofenschacht
teil 11 die Halterung für die ringförmige Ofeninnenkühlung 16.
Das am unteren Ende mit einem Flansch abgeschlossene, im Bereich 15 doppelwandig
ausgeführte und sich konisch nach oben verjüngende Ofenschachtteil 14 ist mit dem
Ofenschachtteil 11 verbunden. Das Ofenschachtteil 14 schließt am oberen Ende mit ei
nem Flansch ab und ist am unteren Ende unmittelbar oberhalb des Flansches mit mehre
ren gleichmäßig über den Umfang verteilten Stabilisierungselementen 17 zur Aufnahme
einer nicht dargestellten Abhängeeinrichtung versehen und im Bereich der Doppelwan
digkeit 15 über nicht dargestellte Rohrbögen und Flansche mit dem Doppelmantel des
Ofenschachtteiles 11 verbunden.
Das sich daran anschließende und weiter konisch nach oben verjüngende Ofenschacht
teil 18 ist doppelwandig mit darin enthaltener spiralförmig nach oben führender Zwangs
führung 19 versehen, nach außen mit einer Isolation 20 ausgeführt, durch einen Flansch
mit dem darunter liegenden Ofenschachtteil 14 verbunden, am unteren Ende mit einem
Rohrstutzen mit Flansch 21 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Heißwindzuführung
und am oberen Ende mit einem Flansch und einem Rohrstutzen mit Flansch 22 zur Auf
nahme einer nicht dargestellten Heißwindabführung sowie mit mehreren gleichmäßig
über den Umfang verteilten Rohrstutzen 23 zur Aufnahme von in das Ofeninnere ragen
den nicht dargestellten Zuführungseinrichtungen für Heißwind und/oder Brennereinrich
tungen und/oder Heißgas und/oder Zuführung von flüssigen und/oder festen Materialien,
mit einem Stutzen zur Aufnahme der Füllstandsanzeige 26 und unmittelbar unterhalb des
oberen Flansches mit mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten, in den Dop
pelmantel ragenden Rohrstutzen 24 zur Verbindung des darüber anschließenden quader
förmig ausgeführten Ofenschachtteiles 25 versehen.
Das quaderförmige Ofenschachtteil 25 ist am unteren Ende mit einem Flansch und mit
dem darunter liegenden Ofenschachtteil 18 verbunden und mit mehreren, im Inneren
feuerfest isolierten Abgasabsaugstutzen 27 mit Aufnahmestutzen 28 für Schaulöcher und
weiter mit nicht dargestellten Stutzen zur Anbindung von ebenfalls nicht dargestellten
Gasleitungen und darüber hinaus mit mehreren Stutzen 29 zur Aufnahme von Stützbren
nern und mit mehreren Aufnahmestutzen 30 zur Verbindung mit den Rohrstutzen 24 des
Ofenschachtteiles 18 versehen und schließt am oberen Ende mit einem Flansch als Ver
bindungselement für den darüber anschließenden Schieber 31 ab.
Oberhalb an das quaderförmige Ofenschachtteil 25 schließt ein Schieber 31 an, oberhalb
des Schiebers 31 ist ein Ofenschachtteil 32 als ein sich nach oben verjüngender Pyra
midenstumpf mit einem Stutzen 33 zur Aufnahme einer Füllstandsanzeige mittels eines
Verbindungselementes angeordnet und daran anschließend ist ein Schieber 34 mit ei
nem nicht dargestellten Einwurftrichter installiert.
Durch die geometrische Gestaltung der Ofenschachtteile 5; 8; 11 und der im Ofeninne
ren am Übergang von Ofenschachtteil 8 zum Ofenschachtteil 11 liegenden Halterung mit
der ringförmigen Ofeninnenkühlung 16 sowie durch mehrere am Übergangsbereich zwi
schen Ofenschachtteil 8 und Ofenschachtteil 11 installierte Rohgasabsaugeinrichtungen
36 wird eine Absaugkammer 35 gebildet.
Am Übergangsbereich zwischen Ofenschachtteil 8 und 11 sind mehrere, gleichmäßig
über den Umfang verteilte, senkrecht nach oben führende doppelwandige, durch Flan
sche segmentierte Rohgasabsaugeinrichtungen 36 installiert, die in einen Rohgasab
saugring 37 führen, der nicht dargestellte Übergabestutzen zur Verbindung mit der nicht
dargestellten Rohrleitung der nicht dargestellten Gaswirtschaft und/oder Heißwinderzeu
gung sowie in Achsrichtung der Rohgasabsaugeinrichtungen 36 oben angeordnete Stut
zen 38 zur Aufnahme von nicht dargestellten Reinigungseinrichtungen und/oder Zuführ
einrichtungen für flüssige, gasförmige Medien sowie Feststoffe hat.
Unterhalb der Bodenplatte 1 sind mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Stütz
einrichtungen 39 mit nicht dargestellten pneumatischen oder hydraulischen Druckeinrich
tungen angeordnet, wobei die Stützeinrichtungen 39 auf einem Verfahrwagen 40 oder al
ternativ direkt auf einem nicht dargestellten Fußboden angeordnet sind.
Die beiden Ofenschachtteile 2 und 5 enthalten im Inneren eine Feuerfestzustellung 41,
die mit der Absaugkammer 35 im unteren Ofenbereich den Herd 42 bilden.
Die Halterung mit der Ofeninnenkühlung 16, das Ofenschachtteil 11 und das Ofen
schachtteil 14 sind innen mit Feuerfestmaterial 43 versehen und bilden einen sich nach
unten, zunächst konisch öffnenden und danach zylindrisch in den Bereich der Absaug
kammer 35 ragenden hohlen Schacht.
Die Stabilisierungselemente 17 sind mit nicht dargestellten Zugankern mit dem nicht dar
gestellten Stahlbau des Ofengerüstes verbunden und der untere Teil des Schacht-
Schmelz-Vergasers bis zum Ofenschachtteil 14 ist als demontierbares Shuttle-System 44
ausgeführt.
Nach Gießereilexikon (Schiele & Schön, 1997, 17. Auflage, S. 753) werden Shuttle-
Systeme bei Kupolöfen zum bedarfsweisen, einfachen Wechsel von Teilen des Ofen
schachtes eingesetzt, die während des Betriebes einem besonders hohen Verschleiß
unterliegenden.
Von der Synthesegasleitung zum Synthesegasverbraucher führt eine Bypassleitung zum
Schacht-Schmelz-Vergaser zurück, die im Bereich der Stutzen 29 zur Aufnahme von
Stützbrennern an den nicht dargestellten Stutzen zur Anbindung von Gasleitungen an
schließt. In dieser Bypassleitung sowie im Bereich der Synthesegasleitung zwischen By
passleitung und Synthesegasverbraucher ist je ein gasdicht schließendes Schnell
schlussventil angeordnet.
Für die Funktionsfähigkeit und Betriebssicherheit des Schacht-Schmelz-Vergasers zur
Synthesegasherstellung ist verfahrensgemäß von Bedeutung, dass nach dem Füllen des
Schacht-Schmelz-Vergasers mit Füllkoks, dem Anbrennen des Füllkokses und dem
Hochheizen auf Betriebsbedingungen, d. h. auf Weißglut, dem nachfolgenden zügigen
Füllen des Schacht-Schmelz-Vergasers mit dem zum Einsatz kommenden Wasser und
organische Komponenten enthaltenden festen Materialien zunächst der untere Schieber
31 geschlossen wird, danach das Ofenschachtteil 32 weiter mit dem zu verarbeitenden
Material gefüllt wird und danach der obere Schieber 34 ebenfalls geschlossen wird.
Vorteilhafterweise bilden dadurch die beiden Schieber 31; 34 und der Ofenschachtteil 32
eine gasdichte Schleuse, durch die eventuell unmittelbar im Bereich des unteren Schie
bers 31 temperatur- und zeitabhängig gebildete Pyrolyseprodukte nicht in die Umgebung
entweichen können. Abhängig von den durch die Füllstandskontrolle 26 überwachten
Leistungsparametern des Schacht-Schmelz-Vergasers bewirkt das Absinken der Schüt
tung im Ofen einen Schließ- und Öffnungsrhythmus der beiden Schieber 31 und 34, wo
durch eine quasikontinuierliche Chargierung über eine Schleuse realisierbar wird.
Der Füllungsgrad der Schleuse wird von der Füllstandsanzeige 33 überwacht.
Unterhalb des Schiebers 31 wird der dort im Aufnahmestutzen 29 installierte Stützbren
ner ständig im Betrieb gehalten.
Bei Störungen des Ofenganges oder beim Anfahr- und beim Abfahrregime wird das aus
der Schüttung nach oben entweichende Pyrolysegas vollständig nachverbrannt, und über
den Abgasstutzen 27 werden nur vollständig ausgebrannte Abgase über einen in der
Zeichnung nicht dargestellten Notkamin an die Umgebung abgegeben.
Die Zuführung von Heißwind aus dem doppelwandigen und mit Heißwind beaufschlagten
Ofenschachtteil 18 in den Bereich der Stutzen 29 zur Aufnahme von Stützbrennern un
terstützt diese Nachverbrennungsprozesse.
Durch den Rohrstutzen 23 können bei Bedarf flüssige, gasförmige oder feste Materialien
direkt in den oberen Bereich der Schüttung eingebracht werden.
Durch Installation einer Verbrennungseinrichtung oder bei Zufuhr von Heißwind direkt in
die Schüttung werden die Pyrolyseprozesse bereits im oberen Schachtbereich über das
bekannte Maß der Wirkung dieses mit Heißwind beaufschlagten Ofenschachtteiles 18
hinaus unterstützt.
Von der durch die Schieber 34 und 31 und dem Ofenschachtteil 32 gebildeten Schleuse
wird erreicht, dass die Begichtung des Schacht-Schmelz-Vergasers unabhängig von der
Zuführungsart der Materialien zum oberhalb des Schiebers 34 angeordneten, in der
Zeichnung nicht dargestellten Materialauffangtrichter durch eine Zentralbegichtung er
folgt, die sicher die Entmischungserscheinungen in der Schüttung und dadurch die Aus
bildung der Strömungskanäle verhindert und gleichzeitig so den unkontrollierten Falsch
lufteinbruch über die Begichtung während des Vergasungs- und Schmelzprozesses mi
nimiert. Daraus ergibt sich vorteilhafterweise, dass Zündungen unmittelbar unterhalb der
Begichtung und ein Anbrennen des Materials ausgeschlossen sind, und weiter werden
dadurch die negativen Wirkungen auf die Abnahmeparameter des Rohgases sicher aus
geschlossen und die Einhaltung der relevanten Gesetzgebung auch im Dauerbetrieb ge
währleistet.
Die Installation von zwei Injektordüsenreihen 12 und 13 oberhalb der Absaugkammer 35
führt darüber hinaus vorteilhafterweise dazu, dass die Umsetzungsprozesse der mit der
Schüttung nach unten wandernden Materialien im Ofen verstärkt werden, so dass hier
durch die Vergasungs- und Schmelzprozesse durch Erweiterung dieses oberen, durch
die Injektordüsenreihen 12 und 13 gebildeten Umsatzraumes besser steuerbar sind und
effektiver ablaufen. Damit wird die Bereitstellung eines Rohgases, respektive Synthese
gases in festgelegter Qualität und Menge, an die Gaswirtschaft gesichert und führt somit
zu einer höheren anlagentechnischen, verfahrenstechnischen und wirtschaftlichen Ak
zeptanz. Die erforderliche Qualität und Quantität des Synthesegases werden im Dauer
betrieb verfahrenstechnisch durch einen Steuer- und Regelalgorithmus garantiert.
Während im Ofeninneren der Bereich, der in der Ebene durch die am doppelwandigen,
sich konisch nach oben erweiternden Ofenschachtteil 5 angeordneten, gleichmäßig über
den Umfang verteilten Stutzen 6 zur Aufnahme der nicht dargestellten, mit Luft und Sau
erstoffzuführungen komplettierten Injektoren mit in den Ofeninnenraum ragenden was
sergekühlten Kupferdüsen entsteht, als Reduzier-/Crackzone Z bezeichnet wird, wird der
durch die oberen Injektordüsenreihen 12 und 13 gebildete Umsatzraum als Hochtempe
raturzone H bezeichnet.
Die Wirkung der vergleichsweise großen Analyse- und Konsistenzschwankungen der
Einsatzstoffe auf das Synthesegas wird durch in der Zeichnung nicht dargestellte unmit
telbar vor dem Synthesegasverbraucher installierte Meß- und Regeltechnik zur Bestim
mung der Parameter Druck, Temperatur, Volumenstrom und Analyse, respektive des
unteren Heizwertes des Ofengases, erfaßt. Gleichzeitig ist von der Synthesegasleitung
eine in der Zeichnung nicht dargestellte Bypassleitung zum Schacht-Schmelz-Vergaser
an den nicht dargestellten Stutzen zur Anbindung von ebenfalls nicht dargestellten Gas
leitungen im Bereich der Stutzen 29 zur Aufnahme von Stützbrennern geführt und in die
se Bypassleitung sowie in den Bereich der Synthesegasleitung zwischen Bypassleitung
und Synthesegasverbraucher je ein gasdicht schließendes Schnellschlussventil, z. B. ein
Magnetventil, installiert.
Im Havariefall werden zunächst gleichzeitig die Sauerstoff und Luftversorgung der Injek
tordüsen am Schacht-Schmelz-Vergaser unterbrochen und das Roots-Gebläse gestoppt.
Roots-Gebläse sind spezielle Ausführungsformen von Kapselwerken (DUBBELs Ta
schenbuch für den Maschinenbau, Springer-Verlag 1953, Bd. II, S. 235-236).
Die durch Eigengasung des Schacht-Schmelz-Vergasers entstehende Ofengasmenge
wird während des Zeitraumes des sich daran anschließenden mechanischen Nachlau
fens des Roots-Gebläses von der Druckseite des Förderorganes aus in den Schacht-
Schmelz-Vergaser zurückgeführt, indem die beiden Magnetventile in der Zuführungslei
tung für das Synthesegas zu den Gasmotoren bzw. in der Bypassleitung schlagartig
schließen bzw. öffnen. Vorteilhafterweise erfolgt damit sicher die Umleitung dieses Syn
thesegases in den Schacht-Schmelz-Vergaser.
Weiter entstehende, aber zeitabhängig abnehmende Ofengasmengen aus der Eigenga
sung des Schacht-Schmelz-Vergasers werden nach Stillstand des Roots-Gebläses durch
die Gasthermik im Schacht nach oben geführt und sicher durch die Stützbrenner 29 voll
ständig verbrannt. Dadurch wird das Sicherheitsrisiko erheblich gemindert, und eine Ge
fährdung der Umwelt wird ausgeschlossen.
Wenn die Feuerungsleistung des Schacht-Schmelz-Vergasers, durch Veränderungen der
Konsistenz und Analytik der Einsatzstoffe bedingt, außerhalb zulässiger Schwankungen
für den Gasverbraucher, bspw. für das Blockheizkraftwerk (BHKW) liegt, erfolgt durch
Variation der Zuführung von Luft und Sauerstoff über die Injektoren 12, 13 und 6 eine
Korrektur der Umsatzprozesse im Schacht-Schmelz-Vergaser, mit dem Ziel, den unteren
Heizwert und damit die Schwankung der Feuerungsleistung zu minimieren. Vorteilhafter
weise wird dadurch die Produktionssicherheit des Verfahrens erhöht.
Das Verfahren zum Betreiben des Schacht-Schmelz-Vergasers soll nachfolgend am Bei
spiel der thermischen Behandlung und Verwertung von einer Gesamtmenge von 1 t/h
Durchsatz Altholz mit Metallteilen, Bahnschwellen und Spanplatten erläutert werden.
Der Schacht-Schmelz-Vergaser wird vor Prozessbeginn mit Füllkoks bis ca. 500 mm
oberhalb der Injektoren 6 gefüllt. Jetzt erfolgt wie bei herkömmlichen klassischen Kupol
öfen das Anbrennen mit natürlichem Zug, gegebenenfalls mit Unterstützung durch Zuga
be von Sauerstoff mittels der Injektoren 12 und 13.
Nach dem Anbrennen, dies bedeutet, dass der Füllkoks durchgebrannt und weißglühend
ist, erfolgt das Setzen der Beschickung, welche aus den Zuschlägen 0.04 t/h Koks und
0,04 t/h Kalk sowie aus 1 t/h Altholz mit Metallanteilen, Bahnschwellen und Spanplatten
besteht, mittels der nicht dargestellten Begichtungseinrichtung über den nicht dargestell
ten Begichtungstrichter zunächst bis kurz oberhalb der Füllstandskontrolle 26. Danach
wird der Schieber 31 zugefahren und die Begichtung erfolgt weiter bis zur Füllstandskon
trolle 33. Dann wird der Schieber 34 zugefahren. Die installierten Injektoren 6; 12 und 13
werden in Betrieb genommen. Zuvor wird die periphere Anlagentechnik von der Gaswirt
schaft bis zu dem Synthesegasverbraucher, hier ein Blockheizkraftwerk, angefahren und
entsprechend den Inbetriebnahmevorschriften in Reihenfolge gestartet. Durch die Injekto
ren 6; 12 und 13 werden 273 m3/h Sauerstoff in den Ofenschacht eingeblasen.
In der Hochtemperaturzone reagieren die in den Abfallstoffen enthaltenen organischen
Bestandteile mit dem eingedüsten Sauerstoff. Die mineralischen und metallischen Be
standteile der Abfallstoffe schmelzen und fließen oder tropfen nach unten ab. Gleichzeitig
werden die durch thermochemische Umsatzreaktionen entstehenden heißen gasförmigen
Reaktionsprodukte mit den absinkenden, nicht oder nicht vollständig verbrannten organi
schen Bestandteilen des Abfallstoffes durch die Rohgasabsaugeinrichtungen 36 im
Gleichstrom in Richtung Herd 42 geführt und unterliegen einer pyrolytischen Zersetzung.
Der sich während der Absetzzeit in der Reduzier-/Crackzone bildende Pyrolysekoks wird
durch den von den Injektoren 6 eingebrachten Sauerstoff verbrannt, wobei sich Schlacke
und Metall im Herd 42 sammeln.
Der von den Injektoren 9 eingebrachte Sauerstoff ist als eine wichtige Voraussetzung für
den gesamten Prozess der Schmelzvergasung anzusehen. Mit der Verbrennung des Py
rolysekokses kann der Energiebedarf des Systems dahingehend gesichert werden, dass
die Fließfähigkeit von Metall und Schlacke bei normalem Einsatz von Satzkoks gewähr
leistet ist und die für die Pyrolyse und die Reduktionsarbeit erforderlichen Temperaturen
im Pyrolysekoksbett aufrecht erhalten werden. Dies schafft die Voraussetzungen dafür,
dass eine vollständige thermische Zersetzung sowohl der eingebrachten als auch der
während des Prozesses neu gebildeten temperaturbedingt, gasförmigen organischen
Schadstoffe stattfindet.
Das Rohgas setzt sich aus den in der Hochtemperaturzone und der Reduzier-/Crackzone
gebildeten gasförmigen Reaktionsprodukten zusammen. Es wird gleichzeitig im Gegen
strom, im Gleichstrom und quer zu den Strömungsrichtungen der Ofengase seitlich zwi
schen der Hochtemperaturzone und der Reduzier-/Crackzone abgesaugt.
Die Rohgasabsaugeinrichtungen 36, bspw. Quenche oder Sprühabsorber, fördern
ca. 1600 Nm3/h Rohgas, das 334 l/h Wasser enthält, welches auskondensiert wird.
Von einer nicht dargestellten Gasreinigung werden somit 1183 Nm3/h Brenngas mit einer
Heizleistung von 2,99 MW und einem Heizwert von 2,5 kWh/m3 mit etwa 20% H2,
54% CO, 9% CO2 und ca. 17% N2 erzeugt. Dieses Brenngas kann beispielsweise von
einem Blockheizkraftwerk genutzt werden.
Der Umsatz der Einsatzstoffe in der Hochtemperaturzone H und der Reduzier-
/Crackzone Z führt zu einem kontinuierlichen Absinken der Schüttsäule unterhalb der
Füllstandsanzeige 26. Jetzt wird der Schieber 31 geöffnet und das Materialvolumen der
Schleuse 31, 32, 34 rutscht zentral in Achsrichtung des Schacht-Schmelz-Vergasers in
den Schachtbereich 18. Der Schieber 31 wird geschlossen, der Schieber 34 wird geöffnet
und die Schleuse 31, 32, 34 wird bis zum Erreichen der Füllstandsanzeige 34 gefüllt. Da
nach erfolgt das Schließen des Schiebers 34. Abhängig von der Leistung des Schacht-
Schmelz-Vergasers, welche die Absinkgeschwindigkeit der Schüttung definiert, wird ein
gegenseitiger Schließungs- und Öffnungsrhythmus der Schieber 31 und 34 eingestellt,
der einerseits eine kontinuierliche Füllung des Schachtes gewährleistet und andererseits
einen unkontrollierten Falschlufteinbruch verhindert.
Ca. 0.09 t/h metallische und ca. 0,07 t/h mineralische Komponenten der Abfallstoffe wer
den durch die Abstichvorrichtungen 3 aus dem Schacht-Schmelz-Vergaser abgezogen.
Alle rohgasförmigen Organika und Gaskomponenten werden vollständig zu CO, CO2,
H2, H2O sowie abhängig von der Analyse der eingesetzten Abfallstoffe zu Spurenkom
ponenten wie CS2, COS, SO2, NOx, H2S und HCl reduziert.
Das entstandene Gas wird mit Temperaturen von mindestens 800°C aus der Schüttung
abgesaugt und in eine Gaswirtschaft zur Weiterverarbeitung geleitet. Durch kontinuierli
che online - Ermittlung der Parameter Temperatur, Druck, Volumenstrom und Analyse
des nach der Gasanalyse und dem Roots-Gebläse den Gasmotoren des BHKW zur Ver
fügung gestellten Synthesegases und deren interne rechentechnische Verarbeitung in
nerhalb der Prozeßvisualisierung zur Überwachung aller relevanten Prozessdaten wird
online die Feuerungsleistung des Schacht-Schmelz-Vergasers überwacht und bei Unter-
bzw. Überschreitung der Grenzwerte, die durch untere Heizwerte zwischen 2,0 und 2,5 kWh/Nm3
Synthesegas definiert werden, wird über die rechentechnisch abgeleitete Ände
rung des Verhältnisses der über die Injektoren 6, 12 und 13 eingebrachten Sauerstoff-
und Heißwindmengen durch den Schacht-Schmelz-Vergaser auf diese Veränderungen
reagiert.
1
Bodenplatte
2
Ofenschachtteil
3
Anschlüsse
4
Absticheinrichtung
5
Ofenschachtteil
6
Stutzen
7
Stutzen für die Verbindung
8
Ofenschachtteil
9
Stabilisierungselemente
10
Stutzen
11
Ofenschachtteil
12
Stutzen
13
Stutzen
14
Ofenschachtteil
15
Bereich der Doppelwandigkeit
16
Halterung ringförmiger Ofeninnenkühlung
17
Stabilisierungselemente
18
Ofenschachtteil
19
Zwangsführung
20
Isolation
21
Rohrstutzen mit Flansch
22
Rohrstutzen mit Flansch
23
Rohrstutzen
24
Rohrstutzen
25
Ofenschachtteil, quaderförmig
26
Füllstandsanzeige
27
isolierter Abgasabsaugstutzen
28
Aufnahmestutzen für Schaulöcher
29
Stutzen
30
Aufnahmestutzen
31
Schieber
32
Ofenschachtteil
33
Stutzen zur Aufnahme einer Füllstandsanzeige
34
Schieber
35
Absaugkammer
36
Rohgasabsaugeinrichtungen
37
Rohgasabsaugring
38
Stutzen
39
Stützeinrichtungen
40
Verfahrwagen
41
Feuerfestzustellung
42
Herd
43
Feuerfestmaterial
44
demontierbares Shuttle-System
H Hochtemperaturzone
Z Reduzier-/Crackzone
H Hochtemperaturzone
Z Reduzier-/Crackzone
Claims (4)
1. Schacht-Schmelz-Vergaser zur Synthesegasherstellung durch eine stoffliche
und thermische Behandlung und Verwertung von Wasser und organische
Komponenten enthaltenden festen Materialien, bestehend aus einer Boden
platte (1) und einem darauf aufgesetzten, den Herd (42) bildenden zylindrischen
Ofenschachtteil (2) mit Abstichvorrichtungen (4) für Schlacke und Eisen und
direkt anschließend mehreren verschiedenartig geometrisch gestalteten zylind
rischen Ofenschachtteilen (5; 8; 11; 14; 18; 25) und dem als Ofenschachtteil
fungierenden Pyramidenstumpf (32), wobei der konische Ofenschachtteil (11) in
einen sich an den Ofenschachtteil (5) anschließenden schachterweiternden
Ofenschachtteil (8) ragt und so einen schüttungsfreien Raum mit hierin liegen
den Rohgasabsaugeinrichtungen (36) bildet und bei dem oberhalb des Herdes
(42) und oberhalb des schüttungsfreien Raumes jeweils mehrere um den Um
fang verteilte Stutzen (6; 12; 13) zur Aufnahme für Injektoren zur gemeinsamen
Zuführung von Sauerstoff und Luft angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass das auf der Bodenplatte (1) installierte Ofenschachtteil (2), das mit An
schlüssen (3) für eine Standwasserkühlung und mit einer Absticheinrichtung (4)
für Schlacke und Eisen sowie einem Mannloch versehen ist, doppelwandig aus
geführt ist,
sich an das doppelwandige zylindrische Ofenschachtteil (2) ein doppelwandiges, sich konisch nach oben erweiterndes Ofenschachtteil (5) anschließt, an dem mehrere, gleichmäßig über den Umfang verteilte Stutzen (6) zur Aufnahme der mit Luft und Sauerstoffzuführungen komplettierten Injektoren mit in den Ofenin nenraum ragenden wassergekühlten Düsen sowie am oberen Ende Stutzen (7) für die Verbindung mit dem darüber liegenden zylindrischen, doppelwandigen Ofenschachtteil (8) installiert sind, und das durch einen Flansch am oberen En de abgeschlossen ist,
der zylindrisch doppelwandig ausgeführte Ofenschachtteil (8) ebenfalls am unte ren Ende mit einem Flansch versehen und mit dem darunter liegenden koni schen nach oben erweiterten Ofenschachtteil (5) verbunden ist und zur Auf nahme von Stabilisierungselementen (9) sowie zur Aufnahme von mehreren, regelmäßig über den Umfang verteilten in das Ofeninnere ragenden Stutzen (10) für die Aufnahme von Schaulöchern und/oder Brenner- und/oder Gaszu führungs- und/oder Reinigungseinrichtungen und/oder Flüssigkeitszuführungs einrichtungen und/oder Feststoffzuführungseinrichtungen ausgeführt ist,
das Ofenschachtteil (8) in ein doppelwandiges, mit kleinerem Durchmesser aus geführtes, zylindrisches Ofenschachtteil (11) mündet, das mit mehreren gleich mäßig über den Umfang verteilten, in mindestens zwei Ebenen übereinander angeordneten, Stutzen (12; 13) zur Aufnahme der mit Luft und Sauerstoffzufüh rungen komplettierten Injektoren mit in den Ofeninnenraum ragenden wasser gekühlten Düsen versehen ist und das am oberen Ende mit einem Flansch ab schließt sowie weiter am oberen Ende mit Rohrstutzen für eine Verbindung mit dem sich darüber anschließenden Ofenschachtteil (14) im Bereich (15) der Doppelwandigkeit ausgerüstet ist und das im Ofeninneren am Übergang von Ofenschachtteil (8) zum Ofenschachtteil (11) die Halterung für die ringförmige Ofeninnenkühlung (16) hat,
das am unteren Ende mit einem Flansch abgeschlossene, im Bereich (15) dop pelwandig ausgeführte sich konisch nach oben verjüngende Ofenschachtteil (14) mit dem Ofenschachtteil (11) verbunden ist und am oberen Ende mit einem Flansch abschließt sowie am unteren Ende unmittelbar oberhalb des Flansches mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Stabilisierungselemente (17) zur Aufnahme der Abhängeeinrichtung installiert sind und im Bereich (15) der Doppelwandigkeit über Rohrbögen und Flansche mit dem Doppelmantel des Ofenschachtteiles (11) verbunden ist,
das sich daran anschließende, sich weiter konisch nach oben verjüngende Ofenschachtteil (18), das doppelwandig mit darin enthaltener spiralförmig nach oben führender Zwangsführung (19) und nach außen mit einer Isolation (20) ausgeführt ist, durch einen Flansch mit dem darunter liegenden Ofenschachtteil (14) verbunden ist und am unteren Ende mit einem Rohrstutzen mit Flansch (21) zur Aufnahme einer Heißwindzuführung versehen ist und am oberen Ende mit einem Flansch und einem Rohrstutzen mit Flansch (22) zur Aufnahme einer Heißwindabführung sowie mit mehreren gleichmäßig über den Umfang verteil ten Rohrstutzen (23) zur Aufnahme von in das Ofeninnere ragenden Zufüh rungseinrichtungen für Heißwind und/oder Brennereinrichtungen und/oder Heißgas und/oder Zuführung von flüssigen und/oder festen Materialien und mit einem Stutzen zur Aufnahme der Füllstandsanzeige (26) sowie unmittelbar unterhalb des oberen Flansches mit mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten, in den Doppelmantel ragenden Rohrstutzen (24) zur Verbindung mit dem darüber anschließenden quaderförmig ausgeführten Ofenschachtteil (25) versehen ist,
das Ofenschachtteil (25) am unteren Ende mit einem Flansch und mit dem darunter liegenden Ofenschachtteil (18) verbunden ist und mit mehreren, im Inneren feuerfest isolierten Abgasabsaugstutzen (27) mit Aufnahmestutzen (28) für Schaulöcher und Stutzen zur Anbindung von Gasleitungen versehen ist so wie mit mehreren Stutzen (29) zur Aufnahme von Stützbrennern und mit mehre ren Aufnahmestutzen (30) zur Verbindung mit den Rohrstutzen (24) des Ofen schachtteiles (18) versehen ist und am oberen Ende mit einem Flansch als Verbindungselement für den darüber anschließenden Schieber (31) abschließt,
oberhalb des Schiebers (31) als Ofenschachtteil (32) ein sich nach oben verjün gender Pyramidenstumpf mit einem Stutzen (33) zur Aufnahme einer Füll standsanzeige mittels eines Verbindungselementes angeordnet ist,
daran fest verbunden und anschließend ein Schieber (34) mit Einwurftrichter in stalliert ist,
durch die geometrische Gestaltung der Ofenschachtteile (5; 8; 11) und der ringförmigen Ofeninnenkühlung (16) im Ofeninneren sowie durch mehrere am Übergangsbereich zwischen Ofenschachtteil (8) und Ofenschachtteil (11) instal lierte Rohgasabsaugeinrichtungen (36) eine Absaugkammer (35) ausgebildet ist,
die Rohgasabsaugeinrichtungen (36) am Übergangsbereich zwischen Ofen schachtteil (8) und (11) gleichmäßig über den Umfang verteilt sind sowie senk recht nach oben führend und doppelwandig durch Flansche segmentiert ausge führt sind,
die Rohgasabsaugeinrichtungen (36) in einen Rohgasabsaugring (37) führen, der Übergabestutzen zum Verbinden mit einer Rohrleitung der Gaswirtschaft und/oder Heißwinderzeugung hat, sowie in Achsrichtung der Rohgasabsaugein richtungen (36) Stutzen (38) zur Aufnahme von Reinigungseinrichtungen und/oder Zuführeinrichtungen für flüssige, gasförmige Medien sowie Feststoffe angeordnet sind,
unterhalb der Bodenplatte (1) mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Stützeinrichtungen (39) mit pneumatischen oder hydraulischen Druckeinrichtun gen angeordnet sind,
die Stützeinrichtungen (39) auf einem Verfahrwagen (40) oder auf dem Fußbo den angeordnet sind,
die beiden Ofenschachtteile (2) und (5) im Inneren eine Feuerfestzustellung (41) enthalten, die mit der Absaugkammer (35) im unteren Ofenbereich den Herd (42) bilden,
die Ofeninnenkühlung (16) und die Ofenschachtteile (11; 14) innen mit Feuer festmaterial (43) versehen sind und einen sich nach unten, zunächst konisch öffnenden und danach zylindrisch in den Bereich der Absaugkammer (35) ragenden hohlen Schacht bilden,
die Stabilisierungselemente (17) mit Zugankern mit dem Stahlbau des Ofenge rüstes verbunden sind
der untere Teil des Schacht-Schmelz-Vergasers bis zum Ofenschachtteil (14) als demontierbares Shuttle-System (44) ausgeführt ist,
vor dem außerhalb des Schacht-Schmelz-Vergasers extern angeordneten Synthesegasverbraucher Mess- und Regeltechnik zur Erfassung der Parameter Druck, Temperatur, Volumenstrom und Analyse, insbesondere des unteren Heizwertes des Synthesegases, installiert ist,
von der Synthesegasleitung zum Synthesegasverbraucher eine Bypassleitung zum Schacht-Schmelz-Vergaser führt, die im Bereich der Stutzen (29) zur Auf nahme von Stützbrennern an den Stutzen zur Anbindung von Gasleitungen an schließt und dass in dieser Bypassleitung sowie in dem Bereich der Synthese gasleitung zwischen Bypassleitung und Synthesegasverbraucher je ein gasdicht schließendes Schnellschlussventil angeordnet ist.
sich an das doppelwandige zylindrische Ofenschachtteil (2) ein doppelwandiges, sich konisch nach oben erweiterndes Ofenschachtteil (5) anschließt, an dem mehrere, gleichmäßig über den Umfang verteilte Stutzen (6) zur Aufnahme der mit Luft und Sauerstoffzuführungen komplettierten Injektoren mit in den Ofenin nenraum ragenden wassergekühlten Düsen sowie am oberen Ende Stutzen (7) für die Verbindung mit dem darüber liegenden zylindrischen, doppelwandigen Ofenschachtteil (8) installiert sind, und das durch einen Flansch am oberen En de abgeschlossen ist,
der zylindrisch doppelwandig ausgeführte Ofenschachtteil (8) ebenfalls am unte ren Ende mit einem Flansch versehen und mit dem darunter liegenden koni schen nach oben erweiterten Ofenschachtteil (5) verbunden ist und zur Auf nahme von Stabilisierungselementen (9) sowie zur Aufnahme von mehreren, regelmäßig über den Umfang verteilten in das Ofeninnere ragenden Stutzen (10) für die Aufnahme von Schaulöchern und/oder Brenner- und/oder Gaszu führungs- und/oder Reinigungseinrichtungen und/oder Flüssigkeitszuführungs einrichtungen und/oder Feststoffzuführungseinrichtungen ausgeführt ist,
das Ofenschachtteil (8) in ein doppelwandiges, mit kleinerem Durchmesser aus geführtes, zylindrisches Ofenschachtteil (11) mündet, das mit mehreren gleich mäßig über den Umfang verteilten, in mindestens zwei Ebenen übereinander angeordneten, Stutzen (12; 13) zur Aufnahme der mit Luft und Sauerstoffzufüh rungen komplettierten Injektoren mit in den Ofeninnenraum ragenden wasser gekühlten Düsen versehen ist und das am oberen Ende mit einem Flansch ab schließt sowie weiter am oberen Ende mit Rohrstutzen für eine Verbindung mit dem sich darüber anschließenden Ofenschachtteil (14) im Bereich (15) der Doppelwandigkeit ausgerüstet ist und das im Ofeninneren am Übergang von Ofenschachtteil (8) zum Ofenschachtteil (11) die Halterung für die ringförmige Ofeninnenkühlung (16) hat,
das am unteren Ende mit einem Flansch abgeschlossene, im Bereich (15) dop pelwandig ausgeführte sich konisch nach oben verjüngende Ofenschachtteil (14) mit dem Ofenschachtteil (11) verbunden ist und am oberen Ende mit einem Flansch abschließt sowie am unteren Ende unmittelbar oberhalb des Flansches mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Stabilisierungselemente (17) zur Aufnahme der Abhängeeinrichtung installiert sind und im Bereich (15) der Doppelwandigkeit über Rohrbögen und Flansche mit dem Doppelmantel des Ofenschachtteiles (11) verbunden ist,
das sich daran anschließende, sich weiter konisch nach oben verjüngende Ofenschachtteil (18), das doppelwandig mit darin enthaltener spiralförmig nach oben führender Zwangsführung (19) und nach außen mit einer Isolation (20) ausgeführt ist, durch einen Flansch mit dem darunter liegenden Ofenschachtteil (14) verbunden ist und am unteren Ende mit einem Rohrstutzen mit Flansch (21) zur Aufnahme einer Heißwindzuführung versehen ist und am oberen Ende mit einem Flansch und einem Rohrstutzen mit Flansch (22) zur Aufnahme einer Heißwindabführung sowie mit mehreren gleichmäßig über den Umfang verteil ten Rohrstutzen (23) zur Aufnahme von in das Ofeninnere ragenden Zufüh rungseinrichtungen für Heißwind und/oder Brennereinrichtungen und/oder Heißgas und/oder Zuführung von flüssigen und/oder festen Materialien und mit einem Stutzen zur Aufnahme der Füllstandsanzeige (26) sowie unmittelbar unterhalb des oberen Flansches mit mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten, in den Doppelmantel ragenden Rohrstutzen (24) zur Verbindung mit dem darüber anschließenden quaderförmig ausgeführten Ofenschachtteil (25) versehen ist,
das Ofenschachtteil (25) am unteren Ende mit einem Flansch und mit dem darunter liegenden Ofenschachtteil (18) verbunden ist und mit mehreren, im Inneren feuerfest isolierten Abgasabsaugstutzen (27) mit Aufnahmestutzen (28) für Schaulöcher und Stutzen zur Anbindung von Gasleitungen versehen ist so wie mit mehreren Stutzen (29) zur Aufnahme von Stützbrennern und mit mehre ren Aufnahmestutzen (30) zur Verbindung mit den Rohrstutzen (24) des Ofen schachtteiles (18) versehen ist und am oberen Ende mit einem Flansch als Verbindungselement für den darüber anschließenden Schieber (31) abschließt,
oberhalb des Schiebers (31) als Ofenschachtteil (32) ein sich nach oben verjün gender Pyramidenstumpf mit einem Stutzen (33) zur Aufnahme einer Füll standsanzeige mittels eines Verbindungselementes angeordnet ist,
daran fest verbunden und anschließend ein Schieber (34) mit Einwurftrichter in stalliert ist,
durch die geometrische Gestaltung der Ofenschachtteile (5; 8; 11) und der ringförmigen Ofeninnenkühlung (16) im Ofeninneren sowie durch mehrere am Übergangsbereich zwischen Ofenschachtteil (8) und Ofenschachtteil (11) instal lierte Rohgasabsaugeinrichtungen (36) eine Absaugkammer (35) ausgebildet ist,
die Rohgasabsaugeinrichtungen (36) am Übergangsbereich zwischen Ofen schachtteil (8) und (11) gleichmäßig über den Umfang verteilt sind sowie senk recht nach oben führend und doppelwandig durch Flansche segmentiert ausge führt sind,
die Rohgasabsaugeinrichtungen (36) in einen Rohgasabsaugring (37) führen, der Übergabestutzen zum Verbinden mit einer Rohrleitung der Gaswirtschaft und/oder Heißwinderzeugung hat, sowie in Achsrichtung der Rohgasabsaugein richtungen (36) Stutzen (38) zur Aufnahme von Reinigungseinrichtungen und/oder Zuführeinrichtungen für flüssige, gasförmige Medien sowie Feststoffe angeordnet sind,
unterhalb der Bodenplatte (1) mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Stützeinrichtungen (39) mit pneumatischen oder hydraulischen Druckeinrichtun gen angeordnet sind,
die Stützeinrichtungen (39) auf einem Verfahrwagen (40) oder auf dem Fußbo den angeordnet sind,
die beiden Ofenschachtteile (2) und (5) im Inneren eine Feuerfestzustellung (41) enthalten, die mit der Absaugkammer (35) im unteren Ofenbereich den Herd (42) bilden,
die Ofeninnenkühlung (16) und die Ofenschachtteile (11; 14) innen mit Feuer festmaterial (43) versehen sind und einen sich nach unten, zunächst konisch öffnenden und danach zylindrisch in den Bereich der Absaugkammer (35) ragenden hohlen Schacht bilden,
die Stabilisierungselemente (17) mit Zugankern mit dem Stahlbau des Ofenge rüstes verbunden sind
der untere Teil des Schacht-Schmelz-Vergasers bis zum Ofenschachtteil (14) als demontierbares Shuttle-System (44) ausgeführt ist,
vor dem außerhalb des Schacht-Schmelz-Vergasers extern angeordneten Synthesegasverbraucher Mess- und Regeltechnik zur Erfassung der Parameter Druck, Temperatur, Volumenstrom und Analyse, insbesondere des unteren Heizwertes des Synthesegases, installiert ist,
von der Synthesegasleitung zum Synthesegasverbraucher eine Bypassleitung zum Schacht-Schmelz-Vergaser führt, die im Bereich der Stutzen (29) zur Auf nahme von Stützbrennern an den Stutzen zur Anbindung von Gasleitungen an schließt und dass in dieser Bypassleitung sowie in dem Bereich der Synthese gasleitung zwischen Bypassleitung und Synthesegasverbraucher je ein gasdicht schließendes Schnellschlussventil angeordnet ist.
2. Verfahren zum Betreiben des aus einer Bodenplatte (1), einem darauf aufge
setzten Herdteil (2) und daran anschließenden mehreren verschiedenartig geo
metrisch gestalteten Ofenschachtteilen (5, 8, 11, 14, 18, 25, 32) bestehenden
Schacht-Schmelz-Vergasers nach Anspruch 1, bei dem das Rohgas gleichzeitig
im Gegenstrom, im Gleichstrom und quer zu den Strömungsrichtungen der
Ofengase seitlich zwischen der Hochtemperaturzone H und der Reduzier-
/Crackzone Z abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
nach dem Füllen des Schacht-Schmelz-Vergasers mit Füllkoks, dem Anbrennen des Füllkokses und dem Hochheizen auf Betriebsbedingungen, dies bedeutet auf Weißglut, dem nachfolgenden zügigen Füllen des Schacht-Schmelz- Vergasers mit dem zum Einsatz kommenden Wasser und organische Kompo nenten enthaltenden festen Materialien zunächst der untere Schieber (31) ober halb des quaderförmigen Ofenschachtteils (25) geschlossen wird, danach das als Pyramidenstumpf ausgebildete Ofenschachtteil (32) weiter mit dem zu ver arbeitenden Material gefüllt wird und danach der obere Schieber (34) am als Pyramidenstumpf ausgebildeten Ofenschachtteil (32) ebenfalls geschlossen wird,
abhängig von den Leistungsparametern des Schacht-Schmelz-Vergasers ein Schließ- und Öffnungsrhythmus der beiden Schieber (31) und (34) eingestellt wird,
der am Ofenschachtteil (25) im Aufnahmestutzen (29) installierte Stützbrenner ständig im Betrieb gehalten wird und
das ausgebrannte Gas der Stützbrenner (29) zur Vorwärmung der Schüttung im Pyrolyseschacht genutzt wird,
die Umsetzungsprozesse der mit der Schüttung nach unten wandernden Materialien im Ofen im oberen, durch die Injektordüsenreihen (12) und (13) ge bildeten Umsatzraum, verstärkt werden.
nach dem Füllen des Schacht-Schmelz-Vergasers mit Füllkoks, dem Anbrennen des Füllkokses und dem Hochheizen auf Betriebsbedingungen, dies bedeutet auf Weißglut, dem nachfolgenden zügigen Füllen des Schacht-Schmelz- Vergasers mit dem zum Einsatz kommenden Wasser und organische Kompo nenten enthaltenden festen Materialien zunächst der untere Schieber (31) ober halb des quaderförmigen Ofenschachtteils (25) geschlossen wird, danach das als Pyramidenstumpf ausgebildete Ofenschachtteil (32) weiter mit dem zu ver arbeitenden Material gefüllt wird und danach der obere Schieber (34) am als Pyramidenstumpf ausgebildeten Ofenschachtteil (32) ebenfalls geschlossen wird,
abhängig von den Leistungsparametern des Schacht-Schmelz-Vergasers ein Schließ- und Öffnungsrhythmus der beiden Schieber (31) und (34) eingestellt wird,
der am Ofenschachtteil (25) im Aufnahmestutzen (29) installierte Stützbrenner ständig im Betrieb gehalten wird und
das ausgebrannte Gas der Stützbrenner (29) zur Vorwärmung der Schüttung im Pyrolyseschacht genutzt wird,
die Umsetzungsprozesse der mit der Schüttung nach unten wandernden Materialien im Ofen im oberen, durch die Injektordüsenreihen (12) und (13) ge bildeten Umsatzraum, verstärkt werden.
3. Verfahren zum Betreiben des Schacht-Schmelz-Vergasers nach dem
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
unmittelbar an der Schnittstelle zu dem außerhalb des Schacht-Schmelz- Vergasers extern angeordneten Synthesegasverbraucher die Druck-, Temperatur- und Mengenmessung erfolgt,
je ein Magnetventil in der Zuführungsleitung für das Synthesegas zu dem au ßerhalb des Schacht-Schmelz-Vergasers extern angeordneten Synthesegas verbraucher und in einer Bypassleitung, die vor dem Magnetventil zwischen dem Roots-Gebläse, und dem Synthesegasverbraucher von der Synthesegas leitung abzweigt und in den oberen Schachtbereich des Schacht-Schmelz- Vergasers installiert ist, schaltet,
im Havariefall bei dem Synthegasverbraucher gleichzeitig die Sauerstoff- und Luftversorgung der Injektordüsen am Schacht-Schmelz-Vergaser unterbrochen und das Roots-Gebläse gestoppt werden,
die durch Eigengasung des Schacht-Schmelz-Vergasers entstehende Ofen gasmenge während des Zeitraumes des mechanischen Nachlaufens des Roots- Gebläses von der Druckseite des Roots-Gebläses aus in den oberen Schacht bereich des Schacht-Schmelz-Vergasers zurückgeführt wird.
unmittelbar an der Schnittstelle zu dem außerhalb des Schacht-Schmelz- Vergasers extern angeordneten Synthesegasverbraucher die Druck-, Temperatur- und Mengenmessung erfolgt,
je ein Magnetventil in der Zuführungsleitung für das Synthesegas zu dem au ßerhalb des Schacht-Schmelz-Vergasers extern angeordneten Synthesegas verbraucher und in einer Bypassleitung, die vor dem Magnetventil zwischen dem Roots-Gebläse, und dem Synthesegasverbraucher von der Synthesegas leitung abzweigt und in den oberen Schachtbereich des Schacht-Schmelz- Vergasers installiert ist, schaltet,
im Havariefall bei dem Synthegasverbraucher gleichzeitig die Sauerstoff- und Luftversorgung der Injektordüsen am Schacht-Schmelz-Vergaser unterbrochen und das Roots-Gebläse gestoppt werden,
die durch Eigengasung des Schacht-Schmelz-Vergasers entstehende Ofen gasmenge während des Zeitraumes des mechanischen Nachlaufens des Roots- Gebläses von der Druckseite des Roots-Gebläses aus in den oberen Schacht bereich des Schacht-Schmelz-Vergasers zurückgeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Heizwert des Synthesgases durch Variation der Zuführung von Luft und Sauer
stoff über die Injektoren (12, 13 und 6) des Schacht-Schmelz-Vergasers korri
giert wird.
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2005083041A1 (de) * | 2004-03-01 | 2005-09-09 | Kbi International Ltd. | Reaktor zur thermischen abfallbehandlung |
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WO2001062873A1 (de) * | 2000-02-25 | 2001-08-30 | Mitteldeutsche Feuerungs Und U | Schacht-schmelz-vergaser und ein verfahren zur thermischen behandlung und verwertung von abfallstoffen |
-
2001
- 2001-09-14 DE DE2001145460 patent/DE10145460C1/de not_active Expired - Fee Related
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
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|
8381 | Inventor (new situation) |
Inventor name: FEUSTL, HANS ULRICH, 04277 LEIPZIG, DE Inventor name: MALLON, JOACHIM, 04158 LEIPZIG, DE Inventor name: SCHAAF, MICHAEL, 04158 LEIPZIG, DE Inventor name: SCHEIDIG, KLAUS,DR.-ING., 07338 KAULSDORF, DE |
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