DE102012215898A1 - Vorrichtung zur zuverlässigen Füllstandsregelung in einer der Flugstromvergasung nachgeschalteten Quenchkammer mit Inertgasspülung der Druck aufnehmenden Messstelle - Google Patents
Vorrichtung zur zuverlässigen Füllstandsregelung in einer der Flugstromvergasung nachgeschalteten Quenchkammer mit Inertgasspülung der Druck aufnehmenden Messstelle Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zuverlässigen Messung und Regelung des Füllstandes im Quenchersumpf eines dem Vergasungsraum nachgeordneten Quenchraumes. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die den Druck des Gasraums aufnehmende Messstelle mit Inertgas gespült wird, dient der störungsfreien Erfassung der Drücke im Quenchraum und am Boden des Quenchersumpfes, deren Differenz als Regelgröße für den Füllstand genutzt wird.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zuverlässigen Füllstandsregelung in einem Quencher, der das heiße Rohgas und die flüssige Schlacke aus einem Flugstromvergasungsreaktor aufnimmt und durch das Einspritzen von Wasser im Überschuss kühlt.
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Technologie zur Flugstromvergasung, bei der feste und flüssige Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel unter Drücken bis 10 MPa und Temperaturen bis 1.850°C in ein H2- und CO-reiches Rohgas umgesetzt werden. Die Technologie ist ausführlich in „Die Veredelung und Umwandlung von Kohle”, herausgegeben von der Deutschen Wissenschaftlichen Gesellschaft für Erdöl, Ergas und Kohle e.V., Kapitel 4.4.3, GSP-Vergasung, beschieben worden.
- Demnach wird das Rohgas
15 , das den Reaktionsraum mit Temperaturen bis 1.850°C gemeinsam mit Flugstaub und der zu Schlacke aufgeschmolzene Brennstoffasche verlässt, in einem Quenchraum durch das Einspritzen von Wasser im Überschuss gewaschen und bis zur Wasserdampfsättigung gekühlt, was bei einem Vergasungsdruck von beispielsweise 4 MPa einer Temperatur von ca. 210°C entspricht. Die Schlacke sammelt sich im Wassersumpf des Quenchraumes und wird gemeinsam mit Schlackewasser ausgeschleust. Das Überschusswasser aus der Quenchung wird gemeinsam mit Waschwässern und anfallenden Kondensaten als Russwasser einer Abscheidung der Feststoffe unterzogen, um es im Kreislauf dem Quench- und Waschprozess wieder zuführen zu können. - Von besonderer Bedeutung ist eine sichere Messung des Füllstandes des aus überschüssigem Quenchwasser gebildeten Quenchersumpfes
2 im Quenchraum1 . Der Quenchraum1 ist, wie1 zeigt, über einen Rohgas- und Schlackeeintritt15 einer dort nicht dargestellten Vergasungskammer nachgeschaltet. Die Füllstandmessung und -regelung verhindert ein zu starkes Absinken oder Übersteigen des vorgesehenen Wasserstandes. Im ersten Fall gelangt Rohgas in die Überschusswasserleitung3 , im zweiten Fall läuft Überschusswasser über den Rohgasabgang4 in nachgeschaltete Anlagenteile. Ein eventueller Rohgasdurchbruch in die Überschusswasserleitung3 stellt ein sicherheitstechnisches Problem dar, da die nachgeschaltete Russwasseranlage nicht für Synthesegas ausgelegt ist. - Zur Feststellung des Füllstandes werden die Drücke im Oberteil des Quenchraumes
1 sowie am unteren Ende des Quenchersumpfes gemessen, wobei die über einen Differenzdrucktransmitter6 aufgenommene Druckdifferenz ein Maß für die geodätische Höhe der Wassersäule und damit für den Füllstand5 darstellt und die Signale für die Regelung zur Abführung von Überschusswasser erzeugt. Zur Messung des Druckes im Quenchraum1 ist er mit einer Seite des Differenzdrucktransmitters6 verbunden. Auf der anderen Seite des Differenzdrucktransmitters steht über eine wassergefüllte Leitung9 der Druck des Quenchraumes1 gemeinsam mit dem aus der geodätischen Höhe des Quenchersumpf2 resultierenden Druck an. Die Erfassung der genannten Drücke sind durch die Bildung von Ablagerungen und damit verbundenen Verstopfungen der zum Transmitter6 führenden Messleitungen sowohl zum Quenchersumpf2 als auch aus dem Quenchraum1 störanfällig, so dass die Messwerte ausfallen oder verfälscht sind, was zu oben genannten Betriebsstörungen führen kann. - Die Erfindung stellt sich die Aufgabe einer verbesserten Zuverlässigkeit der Füllstandsregelung durch Messung der als Regelgrößen genutzten Drücke im Quenchraum auch unter der Gefahr von Verblockungen durch Ablagerungen der Meßstellen.
- Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs gelöst.
- Die Erfindung bringt durch Spülung der Messstelle eine erhöhte Sicherheit und Zuverlässigkeit der Messung der Füllstandshöhe im Quenchraum mit sich, wodurch die Gefahr eines Rohgaseintritts in den Überlauf
3 oder ein Überlauf des Wasserbades in den Rohgasabgang4 erheblich reduziert sind. - Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion des Wasserspiegels in der Quencheinrichting eines Flugstromvergasers, -
2 eine Quencheinrichting entsprechend1 mit besonderer Ausgestaltung der Quenchdüsen, -
3 eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Ermittlung des Drucks im Quenchraum durch Detektion des Drucks in der Skirtspülung und -
4 eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zweigeteilter Skirtspülung - In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
- Die in
1 dargestellte Quencheinrichtung für einen Flugstromvergaser ist mit einem äußeren Druck-tragenden Mantel gebildet, der einen inneren Mantel als Skirt13 aufnimmt. Zwischen dem äußeren Mantel und dem inneren Mantel ist eine Skirtspülung16 gegeben, deren Überlauf am oberen Ende des inneren Mantels in das Innere des Skirts erfolgt. Im unteren Teil des Skirts ist ein Wasserbad2 , das zwischen einem minimalen Wasserstand Min, dem normalen Wasserstand Norm und dem maximalen Wasserstand Max geregelt wird. Im oberen Bereich des Quenchers sind auf den Umfang verteilt mehrere Quenchdüsen7 verteilt, die Quenchwasser durch den äußeren Mantel und den inneren Mantel hindurch in den Quenchraum1 eindüsen. - Ein Differenzdrucktransmitter (
6 ) liefert aus der Messung des Differenzdruckes zwischen Gasraum1 und Boden des Wasserbades (9 ) als Maß für die geodätische Höhe des Wasserbades ein Informationssignal, das als Regelgröße für die Abführung des Überschussquenchwassers (3 ) ausgewertet wird. - In der Leitung, die den Gasraum
1 des Quenchers mit dem Differenzdrucktransmitter6 verbindet werden erfindungsgemäß Verstopfungen vermieden, indem die Zuführung in den Quenchraum mit Inertgas8 gespült wird. - Zur Messung des Druckes im Quenchraum
1 wird eine Inertgasspülung8 über eine Quenchdüse7 aufgegeben, die mit einer Seite des Differenzdrucktransmitters6 verbunden ist. - In einer Ausgestaltung nach
1 und2 ist die Leitung zwischen Gasraum1 und Differenzdrucktransmitter6 mit der Inertgaszuführung8 einer Quenchlanze7 verbunden. Die Quenchlanze7 ist durch eine Hülse11 geschützt, die sowohl vom Inertgas als auch vom Quenchwassser freigespült wird. - Die Schutzhülse
11 kann nach2 bis in den Quenchraum1 soweit vorgezogen sein, dass sie den Düsenkopf12 der Sprühdüse14 um das 1 bis 4-fache des Düsendurchmessers überragt. Es ist entsprechend1 möglich, die Sprühdüse14 bis hinter einen vorgesehenen inneren Mantel13 zurückzuziehen und die Schutzhülse11 mit dem inneren Mantel13 abschließen zu lassen. - In einer Ausgestaltung nach
3 kann die Inertgaszufuhr8 direkt mit dem inneren Mantel13 verbunden sein. - In einer besonderen Variante nach
4 ist die Skirtspülung in eine obere Ebene und eine untere Ebene geteilt, wobei die Inertgas-gespülte Verbindung zum Differenzdrucktransmitter durch eine Zuführung17 in die Skirtspülung der unteren Ebene nahe dem Überlauf (am oberen Ende der Skirtspülung) gegeben ist. Durch Anordnung der Überlaufsöffnungen unter den Quenchdüsen ist eine Freihaltung des Überlaufs von Verschmutzungen gegeben. - An der Messstelle, die den Quenchersumpf
2 über die Leitung9 mit dem Differenzdrucktransmitter6 verbindet, werden Verstopfungen vermieden, indem die Leitung9 mit Frischwasser10 gespült wird. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Quenchraum
- 2
- Quenchersumpf, Wasserbad
- 3
- Überschusswasserleitung
- 4
- Rohgasabgang
- 5
- Füllstand, Wasserspiegel Wasserbad
- 6
- Differenzdrucktransmitter
- 7
- Quenchlanze
- 8
- Inertgasspülung
- 9
- Wassergefüllte Leitung zum Boden des Wasserbades
- 10
- Spülleitung für Frischwasser
- 11
- Schutzhülse mit innerer Spülung
- 12
- Düsenkopf
- 13
- Innerer Mantel, Skirt
- 14
- Sprühdüse
- 15
- Rohgas und Schlackeeintritt
- 16
- Skirtspülung
- 17
- Zuführung von Inertgas in die Skirtspülung
Claims (10)
- Vorrichtung zur zuverlässigen Füllstandsregelung in einem Quenchraum, der das heiße Rohgas und die flüssige Schlacke aus einem Flugstromvergasungsreaktor aufnimmt und durch das Einspritzen von Wasser im Überschuss kühlt, wobei das überschüssige Quenchwasser im Unterteil des Quenchraumes ein Wasserbad (
2 ) bildet, das zwischen einem Minimal-(Min) und einem Maximalstand (Max) regelbar ist, wobei sich der Rohgasabgang (4 ) oberhalb des Wasserspiegels (5 ) des Wasserbades befindet, bei der – ein Differenzdrucktransmitter (6 ) eine erste Druckaufnahmestelle zur Beaufschlagung mit dem Druck im Gasraum (1 ) des Quenchraumes und eine zweite Druckaufnahmestelle zur Beaufschlagung mit dem Druck am Boden des Wasserbades (9 ) aufweist, – der Differenzdrucktransmitter ein Informationssignal als Maß für die geodätische Höhe des Wasserbades zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass die die erste Druckaufnahmestelle mit dem Gasraum (1 ) verbindende Leitung mit Inertgas (8 ) spülbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Quenchraum einen inneren Mantel (
13 ) als Skirt aufweist, wobei zwischen dem äußeren drucktragenden Mantel und dem inneren Mantel eine Skirtspülung (16 ) gegeben ist und die die erste Druckaufnahmestelle mit dem Gasraum verbindende Leitung mit einer Zuführung von Inertgas (17 ) in die Skirtspülung verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Skirtspülung in einer unteren Ebene sowie eine zweite Skirtspülung in einer oberen Ebene angeordnet sind und die die erste Druckaufnahmestelle mit dem Gasraum (
1 ) verbindende Leitung mit einer Zuführung von Inertgas (17 ) in die erste Skirtspülung verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Inertgas in die Skirtspülung in der Nähe zum Überlauf der Skirtspülung gegeben ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die erste Druckaufnahmestelle mit dem Gasraum (
1 ) verbindende Leitung mit der Inertgasspülung (8 ) einer Quenchdüse verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Quenchdüse ummantelnde Hülse (
11 ) angeordnet ist und die Inertgasspülung durch die Hülse gegeben ist. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse mit dem Skirt (
13 ) plan abschließt. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse mindestens so weit in den Gasraum (
1 ) hineinragt wie der Düsenkopf (12 ) der Sprühdüse (14 ). - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (
11 ) bis in den Gasraum (1 ) soweit vorgezogen ist, dass sie den Düsenkopf (12 ) der Sprühdüse (14 ) um das 1 bis 4-fache des Düsendurchmessers überragt. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die zweite Druckaufnahmestelle mit dem Boden des Wasserbades verbindende Leitung (
9 ) mit Frischwasser (10 ) spülbar ist.
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