DE102005048488C5 - Verfahren und Vorrichtung für Flugstromvergaser hoher Leistung - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 13 bis 21 zur Vergasung von Brennstaub-Wasser-Slurry oder Brennstaub-Öl-Slurry oder festen Brennstoffen im Flugstrom mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel durch partielle Oxidation bei Drücken zwischen Umgebungsdruck und 8 MPa, Temperaturen zwischen 1.200 und 1.900°C sowie hohen Reaktorleistungen bei der- ein Hochleistungsvergasungsreaktor (2) mehrere am Kopf angeordnete Vergasungsbrenner (2.1) sowie einen Zünd- und Pilotbrenner (2.2) aufweist,dadurch gekennzeichnet, dass- jedem Vergasungsbrenner (2.1) ein eigenes Brennstoff- Zuführungssystem zugeordnet ist,- eine Anordnung am Vergasungsbrenner (2.1) zum Messen und Regeln der zufließenden Brennstoff- und Sauerstoffmengen gegeben ist und- eine integrale Überwachung und Regelung der dem Vergasungsreaktor (2) insgesamt zufließenden Brennstoff- und Sauerstoffmenge gegeben ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Flugstromvergasung sehr hoher Leistung, wie sie zur Synthesegasversorgung von Großsynthesen eingesetzt werden können. Die Erfindung erlaubt, zu Brennstaub aufbereitete Brennstoffe wie Braun- und Steinkohlen, Petrolkokse, feste mahlbare Rückstände aber auch Feststoff-Flüssig-Suspensionen, sogenannte Slurries in Synthesegas umzuwandeln. Dabei wird der Brennstoff bei Temperaturen zwischen 1.200 bis 1.900°C mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel bei Drucken bis 8 MPa durch Partialoxidation in CO- und H2-haltige Gase umgesetzt. Dies geschieht in einem Vergasungsreaktor, der sich durch eine Mehrbrenneranordnung und durch einen gekühlten Vergasungsraum auszeichnet.
- In der Technik der Gaserzeugung ist die autotherme Flugstromvergasung von festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffen langjährig bekannt. Das Verhältnis von Brennstoff zu sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln wird dabei so gewählt, dass aus Gründen der Synthesegasqualität höhere Kohlenstoffverbindungen zu Synthesegaskomponenten wie CO und H2 vollständig aufgespalten werden und die anorganischen Bestandteile als schmelzflüssige Schlacke ausgetragen werden, siehe J. Carl, P. Fritz, NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN, EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH, 1996, S. 33 und S. 73.
- Nach verschiedenen in der Technik eingeführten Systemen können dabei Vergasungsgas und schmelzflüssige Schlacke getrennt oder gemeinsam aus dem Reaktionsraum der Vergasungsvorrichtung ausgetragen werden, wie
DE 197 18 131 A1 zeigt. Für die innere Begrenzung der Reaktionsraumstruktur des Vergasungssystems sind sowohl mit feuerfester Auskleidung versehene oder gekühlte Systeme eingeführt, sieheDE 4446 803 A1 . -
EP 0677 567 B1 undWO 96/17904 -
DE 3534015 A1 zeigt ein Verfahren, bei dem die Vergasungsmedien Feinkohle und sauerstoffhaltiges Oxidationsmittel über mehrere Brenner so in den Reaktionsraum eingeführt werden, dass sich die Flammen gegenseitig ablenken. Dabei strömt das Vergasungsgas feinstaubbeladen nach oben und die Schlacke nach unten in ein Schlackekühlsystem. In der Regel ist oberhalb des Vergasungsraumes eine Vorrichtung zur indirekten Kühlung mit Nutzung der Abwärme vorgesehen. Durch mitgerissene flüssige Schlackepartikel besteht jedoch die Gefahr der Ablagerung und Belegung der Wärmetauscherflächen, was zur Behinderung des Wärmeübergangs und gegebenenfalls zur Verstopfung des Rohrsystems bzw. zur Erosion führt. Der Gefahr der Verstopfung wirkt man entgegen, indem das heiße Rohgas mit einem im Kreislauf geführten Kühlgas abgeführt wird. - Von Ch. Higman und M. van der Burgtwird in „Gasification“, Seite 124, Verlag Elsevier 2003, ein Verfahren vorgestellt, bei dem das heiße Vergasungsgas gemeinsam mit der flüssigen Schlacke den Vergaser verlässt und direkt in einen senkrecht darunter angeordneten Abhitzekessel eintritt, in dem das Rohgas und die Schlacke unter Nutzung der
- Abwärme zur Dampferzeugung abgekühlt werden. Die Schlacke sammelt sich in einem Wasserbad, das gekühlte Rohgas verlässt den Abhitzekessel seitwärts. Dem Vorteil der Abhitzegewinnung nach diesem System steht eine Reihe von Nachteilen gegenüber. Genannt seien hier besonders die Bildung von Ablagerungen auf den Wärmetauscherrohren, die zur Behinderung des Wärmeüberganges sowie zur Korrosion und Erosion und damit zu mangelnder Verfügbarkeit führen.
-
CN 2700718 Y beschreibt einen „Solid Pulverized Fuel Gasifier“, bei dem der Kohlenstaub pneumatisch zugeführt wird und Vergasungsgas und verflüssigte Schlacke über ein zentrales Rohr zur weiteren Abkühlung in ein Wasserbad eingeleitet werden. Diese zentrale Abführung im genannten Zentralrohr ist anfällig gegen Verstopfungen, die den Gesamtbetrieb stören und die Verfügbarkeit der Gesamtanlage mindern. - Die Leistung der verschiedenen dargelegten Vergasungstechnologien ist auf ca. 500 MW begrenzt.
- Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Vergasung von Brennstaub-Wasser-Slurry oder Brennstaub-Öl-Slurry festen Brennstoffen im Flugstrom sowie ein Verfahren zur Durchführung in dieser Vorrichtung zu schaffen, die bei einer zuverlässigen und sicheren Betriebsweise höchste Leistungen von 1.000 bis 1.500 MW erlauben.
- Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Vergasung von Brennstaub-Wasser-Slurry oder Brennstaub-Öl-Slurry festen Brennstoffen im Flugstrom nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Durchführung in dieser Vorrichtung nach Anspruch 13 gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungen der Erfindung wieder.
- Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu nutze, dass die Brennstoffzuführung zum Vergasungsreaktor einen Engpass für die Leistungsfähigkeit des Vergasungsreaktors bildet.
- Das Vergasungsverfahren zur Vergasung von festen aschehaltigen Brennstoffen bei sehr hohen Leistungen mit einem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel basiert auf einem Flugstromreaktor dessen Reaktionsraumkontur durch ein Kühlsystem begrenzt wird, wobei der Druck im Kühlsystem immer höher gehalten wird als der Druck im Reaktionsraum. Für die Vorbereitung des Brennstoffes und die Zuführung zu den Vergasungsbrennern wird wie folgt verfahren: Bei trockener pneumatischer Zuführung nach dem Prinzip der Dichtstromförderung wird der Brennstoff getrocknet, auf eine Körnung < 200 µm zerkleinert und über Betriebsbunker Druckschleusen aufgegeben, in denen durch Zuführung eines nicht kondensierenden Gases wie N2 oder CO2 der staubförmige Brennstoff auf den gewünschten Vergasungsdruck gebracht wird. Es können dabei gleichzeitig verschiedene Brennstoffe eingesetzt werden. Durch Anordnung mehrerer dieser Druckschleusen kann abwechselnd befüllt und mit Druck beaufschlagt werden. Anschließend gelangt der unter Druck gesetzte Staub in Dosiergefäße, in denen im unteren Teil durch Zuführung gleichfalls eines nicht kondensierenden Gases eine sehr dichte Wirbelschicht erzeugt wird, in die ein oder mehrere Förderrohre eintauchen und in den Brennern des Vergasungsreaktors münden. Jedem Hochleistungsbrenner ist dabei ein separates Zuführungs- und Dosiersystem zugeordnet. Durch Anlegen einer Druckdifferenz zwischen den Dosiergefäßen und den Brennern des Vergasungsreaktors fließt der fluidisierte Brennstaub den Brennern zu. Durch Mess- und Überwachungseinrichtungen wird die strömende Brennstaubmenge gemessen, geregelt und überwacht.
- Es besteht mit dem vorgeschlagenen Reaktor auch weiterhin die Möglichkeit, den ungetrockneten Brennstoff ebenfalls auf eine Körnung < 200 µm zu zerkleinern und den Brennstaub mit Wasser oder Öl zu vermischen und als Slurry den Brennern des Vergasungsreaktors zuzuführen. Das Verfahren zur Zuführung, welches an dieser Stelle nicht beschrieben ist, gestaltet der Fachmann nach den ihm bekannten Mitteln aus.
- Den Brennern wird gleichzeitig ein freien Sauerstoff enthaltendes Oxidationsmittel aufgegeben und das Slurry durch partielle Oxidation in ein Rohsynthesegas überführt. Die Vergasung findet bei Temperaturen zwischen 1.200 und 1.900°C bei Drucken bis zu 80 bar statt. Der Reaktor besitzt eine gekühlte Reaktionsraumkontur, die durch einen Kühlschirm gebildet wird. Dieser besteht aus einem gasdicht verschweißten Rohrschirm, der bestiftet und mit einem gut temperaturleitfähigen Material belegt ist.
- Das im Vergasungsreaktor erzeugte Rohgas verlässt gemeinsam mit der aus der Brennstoffasche gebildeten flüssigen Schlacke den Vergasungsreaktor und gelangt in einen senkrecht darunter angeordneten Raum, in dem durch Einspritzen von Wasser eine Abkühlung des heißen Rohgases und der flüssigen Schlacke erfolgt. Die Abkühlung kann vollständig bis zum Taupunkt des Gases durch Einspritzen von Wasser im Überschuss erfolgen. In Abhängigkeit vom Druck liegt die Temperatur danach zwischen 180 und 240°C. Es ist jedoch auch möglich, nur eine begrenzte Kühlwassermenge zuzuführen und Rohgas und Schlacke durch eine Teilkühlung auf beispielsweise 700 bis 1.100°C abzukühlen, um anschließend in einem Abhitzekessel die fühlbare Wärme des Rohgases zur Dampferzeugung zu nutzen. Durch die Teilquenchung bzw. Teilkühlung wird die Gefahr des Anbackens von Schlacke an die Rohre des Abhitzekessels verhindert oder stark begrenzt. Das für die vollständige oder Teilkühlung erforderliche Wasser oder rückgeführte Gaskondensat wird über Düsen zugeführt, die sich direkt am Mantel des Kühlraumes befinden. Die abgekühlte Schlacke wird in einem Wasserbad gesammelt und aus dem Verfahren ausgeschleust. Das auf Temperaturen zwischen 200 bis 300°C abgekühlte Rohgas gelangt anschließend in eine Rohgaswäsche, die zweckmäßiger Weise als Venturiwäsche ausgebildet ist.
- Hierbei wird der mitgeführte Staub bis zu einer Korngröße von ca. 20 µm entfernt. Dieser Reinheitsgrad reicht noch nicht aus, um anschließend katalytische Prozesse wie beispielsweise eine Rohgaskonvertierung durchzuführen. Dabei ist weiter zu bedenken, dass zusätzlich Salznebel im Rohgas mitgeführt werden, die während der Vergasung aus dem Brennstaub entbunden und mit dem Rohgas abgeführt werden. Um sowohl den Feinststaub < 20 µm als auch die Salznebel zu entfernen wird das gewaschene Rohgas einer Kondensationsstufe zugeführt, in der das Rohgas indirekt um 5 bis 10°C abgekühlt wird. Dabei wird aus dem wasserdampfgesättigten Rohgas Wasser kondensiert, das die beschriebenen feinen Staub- und Salzpartikel aufnimmt. In einem anschließenden Abscheider wird das die Staub- und Salzpartikel enthaltene kondensierte Wasser aus dem Rohgas entfernt. Das so gereinigte Rohgas kann danach direkt beispielsweise einer Entschwefelungsanlage zugeführt werden.
- Im Folgenden wird die Erfindung an 5 Figuren und zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
-
1 : Blockschema der Technologie -
2 : Dosiersystem für Brennstaub -
3 : Vorrichtung der Brennstaubzuführung für Hochleistungsgeneratoren -
4 : Vergasungsreaktor mit Vollquenchung -
5 : Vergasungsreaktor mit Teilquenchung - Die
1 zeigt in einem Blockschema die Verfahrensschritte pneumatisches Dosieren von Brennstaub, Vergasen in einem Vergasungsreaktor mit gekühlter Reaktionsraumstruktur2 , Quenchkühlung3 , Rohgaswäsche4 , wobei zwischen der Quenchkühlung3 und der Rohgaswäsche4 ein Abhitzekessel4.1 angeordnet sein kann und der Rohgaswäsche4 eine Kondensation oder Teilkondensation5 folgt. - Die
2 zeigt ein Dosiersystem für Brennstaub, bestehend aus einem Bunker1.1 , dem zwei Druckschleusen1.2 nachgeschaltet sind, in die Leitungen1.6 für Inertgas führen und in deren oberen Teil Entspannungsleitungen1.7 herausführen, wobei die Druckschleusen1.2 nach unten Leitungen zum Dosiergefäß1.3 verlassen. An den Druckschleusen1.2 sind Armaturen zur Überwachung und Regelung angeordnet. In das Dosiergefäß führt von unten eine Leitung1.5 für Wirbelgas, welches dafür sorgt, daß der Brennstoff fluidisiert wird und über die Förderleitung1.4 der fluidisierte Brennstaub einem Vergasungsreaktor2 zugeführt wird. - Die
3 zeigt eine andere Ausgestaltung der Vorrichtung zur Brennstaubzuführung für Hochleistungsgeneratoren2 , wobei ein Bunker1.1 mit drei Abführungen für Brennstaub jeweils zu Druckschleusen1.2 führt, wobei jeweils drei Druckschleusen Brennstaubströme zu drei Dosiergefäßen1.3 fördern, von denen Förderleitungen1.3 zu den Staubbrennern1.2 mit Sauerstoffzuführung des Reaktors führen. Am Reaktor2 sind jeweils drei Staubbrenner2.1 mit Sauerstoffführung angeordnet, wobei ein Zünd- und Pilotbrenner2.2 vorhanden ist, um die Reaktion in Gang zu setzen. Durch derart intensive fluidisierte Brennstoffströme und das Vorhandensein von drei Brennern2.1 ist es möglich, bei einer zuverlässigen und sicheren Betriebsweise höchste Leistungen von 1.000 bis 1.500 Megawatt zu erreichen. - Die
4 zeigt einen Vergasungsreaktor2 mit Vollquenchung3 , wobei im Kopf des Reaktors2 mittig der Zünd- und Pilotbrenner2.2 und die Staubbrenner2.1 angeordnet sind, durch die Wirbelgas oder eine Maische von Brennstoff und Flüssigkeit in den Reaktor geleitet werden. Der Reaktor weist einen Vergasungsraum2.3 mit einem Kühlschirm2.4 auf, dessen Austrittsöffnung2.5 zum Quenchkühler3 führt, dessen Quenchraum3.1 Quenchdüsen3.2 ,3.3 aufweist und einen Rohgasabgang3.4 , durch den das fertige Rohgas den Quenchkühler3 verlassen kann. Am unteren Ende des Quenchkühlers wird im Wasserbad3.5 die Schlacke gekühlt, die durch eine Austrittsöffnung3.6 den Quenchkühler verläßt. - Die
5 zeigt einen Vergasungsreaktor2 mit Teilquenchung, wobei im oberen Teil der Vergasungsreaktor angeordnet ist, in dem Staubbrenner2.1 den Staub aus der Förderleitung1.4 vergasen und mittig ein Zünd- und Pilotbrenner2.2 angeordnet ist. Der Vergasungsreaktor2 weist nach unten eine Öffnung in den Quenchraum3.1 auf, in den beiderseitig Quenchdüsen3.2 führen, wobei unterhalb dieser Abhitzekessel4.1 angeordnet sind. - An einem ersten Beispiel soll die Funktion anhand von Stoffströmen und verfahrenstechnischen Vorgängen erläutert werden:
- Einem Vergasungsreaktor mit einer Bruttoleistung von 1500 MW wird eine Kohlenstaubmenge von 240 Mg/h zugeführt. Dieser durch Trocknung und Mahlung aus Rohsteinkohle hergestellte Brennstaub besitzt einen Feuchtigkeitsgehalt von 5,8%, einen Aschegehalt von 13 Ma% und einen Heizwert von 24.700 kJ/kg. Die Vergasung findet bei 1.550°C statt, die benötigte Sauerstoffmenge beträgt 208.000 m3 i. N./h. Die Rohkohle wird zunächst einer dem Stand der Technik entsprechende Trocknungs- und Mahlanlage zugeführt, in der der Wassergehalt auf 1,8 Ma% reduziert wird. Das nach der Mahlung vorhandene Körnungsband des aus der Rohkohle hergestellten Brennstaubes liegt zwischen 0 und 200 µm. Danach wird der gemahlene Brennstaub (
1 ) dem Dosiersystem zugeführt, dessen Funktionsprinzip in2 gezeigt ist. Das Dosiersystem besteht aus drei gleichen Einheiten wie das3 zeigt, wobei jede Einheit1 /3 der Gesamtstaubmenge, also 80 Mg/h, je einem Staubbrenner zuführt. Die drei dazugehörigen Staubbrenner befinden sich am Kopf des Vergasungsreaktors, dessen Prinzip4 zeigt. Der einsatzfähige Brennstaub gelangt nach2 . die eine Einheit des Staubdosiersystems zeigt, aus dem Betriebsbunker1.1 in wechselseitig betriebene Druckschleusen1.2 . In jeder Einheit sind 3 Druckschleusen angeordnet. Die Aufpufferung auf den Vergasungsdruck geschieht mit einem inerten Gas wie beispielsweise Stickstoff, der über die Leitung1.6 zugeführt wird. Nach der Aufpufferung wird der unter Druck stehende Brennstaub dem Dosiergefäß1.3 zugeführt. Die Druckschleusen1.2 werden über die Leitung1.7 entspannt und können erneut mit Brennstaub befüllt werden. Die3 genannten Druckschleusen in jeder Einheit werden wechselseitig befüllt, bespannt, in das Dosiergefäß entleert und entspannt. Danach beginnt dieser Vorgang erneut. Durch Zuführung eines als Fördergas dienenden trockenen Inertgases, beispielsweise gleichfalls Stickstoff über die Leitung1.5 wird im Unterteil des Dosiergefäßes1.3 eine dichte Wirbelschicht erzeugt, in die 3 Staubförderleitungen1.4 hineinragen. Die in den Förderleitungen1.4 fließende Brennstaubmenge wird überwacht, gemessen und in Relation zum Vergasungssauerstoff geregelt. Der Vergasungsreaktor2 ist in3 gezeigt und näher erläutert. Die Förderdichte beträgt 250-420 kg/m3. Der Vergasungsreaktor2 ist in3 gezeigt und näher erläutert. Der über die Förderleitungen1.4 dem Vergasungsreaktor2 zufließende Brennstaub wird (3 ) in 3 Dosiersysteme mit einer Kapazität von je 80 Mg/h geschleust. Die insgesamt 9 Förderleitungen1.4 führen jeweils in Dreiergruppen zu 3 am Kopf des Reaktors2 angeordneten Vergasungsbrennern4.1 . Gleichzeitig werden jedem Vergasungsbrenner1 /3 der Gesamtsauerstoffmenge von 208.000 Nm3/h zugeführt. Die Staubbrenner sind symmetrisch im Winkel von 120° angeordnet, im Zentrum befindet sich ein Zünd- und Pilotbrenner, der dem Aufheizen des Vergasungsreaktors2 und der Zündung des Staubbrenners4.1 dient. Im Vergasungsraum2.3 , der sich durch eine gekühlte Reaktionsraumkontur2.4 auszeichnet, findet die Vergasungsreaktion, also die partielle Oxidation bei Temperaturen von 1.550°C statt. Die überwachten und gemessenen Brennstaubmengen werden einer Verhältnisregelung mit dem zugeführten Sauerstoffe unterzogen, die dafür sorgt, dass das Verhältnis von Sauerstoff zu Brennstoff einen Bereich von λ = 0,35 bis 0,65 nicht unter- oder überschreitet. Der λ-Wert stellt dabei das Verhältnis der benötigten Sauerstoffmenge bei der gewünschten Partialoxidation zu der Sauerstoffmenge dar, die bei vollständiger Verbrennung des eingesetzten Brennstoffes erforderlich wäre. Die entstandene Rohgasmenge beträgt 463 000 Nm3/h und zeichnet sich durch folgende Analyse aus: - Das
1 .550°C heiße Rohgas verlässt gemeinsam mit der flüssigen Schlacke den Vergasungsraum2.3 über Ablauf2.5 und wird im Quenchraum3.1 durch Einspritzen von Wasser über die Düsenreihen3.2 und3.3 bis auf 212°C gekühlt und gelangt über den Abgang3.4 in die Rohgaswäsche4 , die als Wasserwäsche der Staubentfernung dient. Die gekühlte Schlacke sammelt sich in einem Wasserbad3.5 und wird nach unten ausgeschleust. Das wassergewaschene Rohgas gelangt nach der Wasserwäsche4 in eine Teilkondensation5 , um Feinstaub < 20 µm sowie in der Wasserwäsche4 nicht abgeschiedene Salznebel zu entfernen. Dazu wird das Rohgas um ca. 5°C abgekühlt, wobei sich in den kondensierten Wassertröpfchen die Salzpartikel lösen. Das gereinigte, wasserdampfgesättigte Rohgas kann danach direkt einer katalytischen Rohgaskonvertierung oder anderen Behandlungsstufen zugeführt werden. - Nach einem Beispiel 2 soll der Vorgang der Brennstaubzuführung nach
2 und3 sowie die eigentliche Vergasung gleichen dem Beispiel 1 erfolgen. Das heiße Rohgas sowie die heiße flüssige Schlacke gelangen über die Abführung2.5 gleichfalls in einen Quenchraum3.1 , in dem nicht mit Überschusswasser sondern nur durch Einspritzen einer begrenzten Wassermenge über Düsenringe3.2 eine Abkühlung des Rohgases auf Temperaturen von 700-1.100°C geschieht, um anschließend im Abhitzekessel4.1 die fühlbare Wärme des Rohgases zur Dampferzeugung zu nutzen, (5 ). Die Temperatur des teilgekühlten Rohgases wird dabei so gewählt, dass sich die mitgeführten Schlackepartikel so abgekühlt haben, um Ablagerungen an den Wärmetauscherrohren zu vermeiden. Wie im Beispiel 1 wird das auf ca. 200°C gekühlte Rohgas anschließend der Wasserwäsche und Teilkondensation zugeführt. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Pneumatische Dosiersysteme für Brennstaub
- 1.1
- Bunker
- 1.2
- Druckschleuse
- 1.3
- Dosiergefäß
- 1.4
- Förderleitung
- 1.5
- Leitung für Wirbelgas
- 1.6
- Leitung für Inertgas in
1.2 - 1.7
- Entspannungsleitung aus
1.2 - 2
- Vergasungsreaktor mit gekühlter Reaktionsraumstruktur
- 2.1
- Staubbrenner mit Sauerstoffzuführung
- 2.2
- Zünd- und Pilotbrenner
- 2.3
- Vergasungsraum
- 2.4
- Kühlschirm
- 2.5
- Austrittsöffnung
- 3
- Quenchkühler
- 3.1
- Quenchraum
- 3.2
- Quenchdüsen
- 3.3
- Quenchdüsen
- 3.4
- Rohgasabgang
- 3.5
- Wasserbad mit Schlacke
- 3.6
- Unterer Abgang von
3 - 3.7
- Auskleidung
- 4
- Rohgaswäsche
- 4.1
- Abhitzekessel
- 5
- Kondensation, Teilkondensation
H2 | 19,8 Vol.% |
CO | 70,3 Vol.% |
CO2 | 5,8 Vol.% |
N2 | 3,8 Vol.% |
NH3 | 0,03 Vol.% |
HCN | 0,003 Vol.% |
COS | 0,04 Vol.% |
H2S | 0,4 Vol.% |
Claims (21)
- Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den
Ansprüchen 13 bis21 zur Vergasung von Brennstaub-Wasser-Slurry oder Brennstaub-Öl-Slurry oder festen Brennstoffen im Flugstrom mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel durch partielle Oxidation bei Drücken zwischen Umgebungsdruck und 8 MPa, Temperaturen zwischen 1.200 und 1.900°C sowie hohen Reaktorleistungen bei der - ein Hochleistungsvergasungsreaktor (2) mehrere am Kopf angeordnete Vergasungsbrenner (2.1) sowie einen Zünd- und Pilotbrenner (2.2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - jedem Vergasungsbrenner (2.1) ein eigenes Brennstoff- Zuführungssystem zugeordnet ist, - eine Anordnung am Vergasungsbrenner (2.1) zum Messen und Regeln der zufließenden Brennstoff- und Sauerstoffmengen gegeben ist und - eine integrale Überwachung und Regelung der dem Vergasungsreaktor (2) insgesamt zufließenden Brennstoff- und Sauerstoffmenge gegeben ist. - Vorrichtung nach
Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass einem Vergasungsbrenner (2.1) über eine Mehrzahl von Förderleitungen (1.4) von einem individuell zugeordneten Dosiergefäß (1.3) Brennstaub als Brennstoff zuführbar ist. - Vorrichtung nach
Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein Dosiergefäß (1.3) durch eine Mehrzahl von individuell zugeordneten Druckschleusen (1.2) mit Brennstaub speisbar ist. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche 2 bis3 dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschleusen (1.2) von einem einer Mehrzahl von Vergasungsbrennern gemeinsamen Bunker mit Brennstaub speisbar sind. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Vergasungsreaktor drei am Kopf symmetrisch angeordnete Vergasungsbrenner (2.1) aufweist.
- Vorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche 2 bis5 dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergasungsbrenner (2.1) über drei Förderleitungen (1.4) mit seinem Dosiergefäß (1.3) verbunden ist. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche 2 bis6 dadurch gekennzeichnet, dass ein Dosiergefäß (1.3) mit drei zugeordneten Druckschleusen (1.2) verbunden ist. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche 2 bis7 dadurch gekennzeichnet, dass ein Quenchraum (3) zur Kühlung des im Vergasungsreaktor (2) erzeugten Rohgases und der Schlacke angeordnet ist. - Vorrichtung nach
Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass an den Quenchraum (3) sich eine Kombination mit einer Rohgaswäsche (4) und eines Kühlers (5) zur Durchführung einer Teilkondensation anschließt. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche 2 bis7 dadurch gekennzeichnet, dass ein Quenchraum (3) zur Teilkühlung des im Vergasungsreaktor (2) erzeugten Rohgases und der Schlacke mit einer anschließenden Kombination mit einem Abhitzekessel zur Gewinnung von Dampf bei weiterer Abkühlung von Rohgas und Schlacke sowie einer anschließenden Wasserwäsche und Teilkondensation angeordnet sind. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche 2 bis6 dadurch gekennzeichnet, dass dem Vergasungsreaktor (2) eine Teilkühlung auf Temperaturen zwischen 700 -1.100°C und eine Abhitzegewinnung durch Dampferzeugung aus der fühlbaren Wärme des Rohgases nachgeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Vergasungsreaktor eine gekühlte Reaktionsraumkontur aufweist.
- Vergasungsverfahren zur Durchführung in einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche 1 bis12 , demzufolge - eine Vergasung von Brennstoffen, insbesondere feste Brennstoffen wie Steinkohlen, Braunkohlen sowie ihren Koksen, Petrolkoksen, Kokse aus Torf oder Biomasse, im Flugstrom mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel durch partielle Oxidation bei Drücken zwischen Umgebungsdruck und 8 MPa sowie Temperaturen zwischen 1.200 und 1.900°C bei hohen Reaktorleistungen zwischen 1.000 und 1.500 MW durchgeführt wird, - wobei die Teiltechnologien: Dosieren des Brennstoffes, Vergasungsreaktion in einem Vergasungsreaktor mit gekühlter Reaktionsraumkontur, Quenchkühlung, Rohgaswäsche, Teilkondensation eingesetzt werden, - ein Brennstaub mit einem Wassergehalt < 10 Ma% und einer Korngröße <200 µm mehreren gleichgeschalteten Dosiersystemen aufgegeben wird, die den Brennstaub über Förderrohre (1.4) mehreren am Kopf eines Reaktor (2) angeordneten Vergasungsbrennern (2.1) zuführen, die symmetrisch angeordnet sind und zusätzliche Sauerstoffzuführungen enthalten, - die Zündung mehrerer Staubbrenner (2.1) mit Sauerstoffzuführung im Kopf des Vergasungsreaktors (2) mittels Zünd- und Pilotbrenner (2.2) erfolgt, - eine mengenmäßige Erfassung des den Staubbrennern (2.1) zugeführten Brennstaubes und Sauerstoffs erfolgt, wobei die Gesamtsumme aller zugeführten Mengen an Brennstaub und Sauerstoff erfasst wird und ein Regelmechanismus sichert, dass die Sauerstoffverhältniszahl unabhängig von der Brennstaub- und Sauerstoffverteilung auf die Brenner (2.1) das Verhältnis 0,35 bis 0,65 nicht unter- oder überschreitet, - der Brennstaub im Vergasungsreaktor (2) bei Temperaturen zwischen 1.200 und 1.900°C und bei Drücken zwischen Umgebungsdruck und 8 MPa in ein Rohsynthesegas und eine Schlacke umgewandelt wird, - das 1.200 bis 1.900°C heiße Rohgas und die Schlacke gemeinsam in einem Quenchkühler (3) durch Einspritzen von Wasser bis zum Taupunkt bei Temperaturen zwischen 180°C und 240°C abgekühlt werden und - das gekühlte Rohgas weiteren Behandlungsstufen wie Wasserwäsche, Teilkondensation oder katalytischen Prozessen zugeführt wird. - Verfahren nach
Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, dass drei Dosiersysteme (1) fluidisierte Brennstaubströme über Förderrohre (1, 3) zu drei Staubbrennern (2.1) leiten. - Verfahren nach einem der vorstehenden
Ansprüche 13 bis14 , dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße des Brennstaubes < 100 µm beträgt. - Verfahren nach einem der vorstehenden
Ansprüche 13 bis15 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wassergehalt des Brennstaubes < 2 Ma% beträgt. - Verfahren nach einem der vorstehenden
Ansprüche 13 bis16 , dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstaub als Brennstaub-Wasser-Slurry zugeführt wird, wobei jeder Brenner (2.1) über ein eigenes Zuführungssystem verfügt. - Verfahren nach einem der vorstehenden
Ansprüche 13 bis17 , dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstaub als Brennstaub-Öl-Slurry dem Vergasungsreaktor (2) zugeführt wird, wobei der Brenner (2.1) über ein eigenes Zuführungssystem verfügt. - Verfahren nach einem der vorstehenden
Ansprüche 13 bis18 , dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mehrere Brennstoffsorten vergast werden. - Verfahren nach einem der vorstehenden
Ansprüche 13 bis19 , dadurch gekennzeichnet, dass über jeden Vergasungsbrenner (2.1) ein anderer Brennstoff vergast wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden
Ansprüche 13 bis20 , dadurch gekennzeichnet, dass über die Vergasungsbrenner (2.1) pneumatisch oder als Slurry zugeführte Brennstäube vergast werden.
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