DE112005002983B4

DE112005002983B4 - Festbettkohlevergaser

Info

Publication number: DE112005002983B4
Application number: DE112005002983.2T
Authority: DE
Inventors: Jacobus Andreas Stadler; Eric Graham van de Venter; Paul Smit Baumann
Original assignee: Sasol Technology Pty Ltd
Current assignee: Sasol Technology Pty Ltd
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2025-12-01
Also published as: CN101072851B; WO2006061738A3; ZA200703027B; AU2005313041A1; US20090158658A1; WO2006061738A2; DE112005002983T5; AU2005313041B2; CN101072851A; US8192514B2

Abstract

Festbettkohlevergaser, umfassend: eine aufrechte zylindrische Wand, die eine Kohlevergasungskammer festlegt, in welcher sich Kohle in Form eines Kohlefestbetts vergasen läßt, um Synthesegas sowie Asche in einem Aschebett unterhalb des Kohlebetts zu erzeugen; eine Kohleschleuse über der Kammer, wobei die Kohleschleuse eine zentral angeordnete Kohleentleerungsöffnung aufweist, die mit der Kohlevergasungskammer in Verbindung steht und ein verstellbares Verschlußteil zum Verschließen der Kohleentleerungsöffnung aufweist, wobei sich das Verschlußteil zwischen einer geschlossenen Stellung, in der es die Kohleentleerungsöffnung verschließt, und einer geöffneten Stellung, in der die Kohleentleerungsöffnung unbedeckt oder offen ist, verstellen läßt, so daß Kohle durch die Schwerkraft von der Kohleschleuse durch die Kohleentleerungsöffnung in die Kohlevergasungskammer gelangen kann; eine statische Kohleverteilungsvorrichtung innerhalb der Kohlevergasungskammer, wobei die statische Kohleverteilungsvorrichtung einen hohlen Kohleverteiler mit einem oberen offenen Ende im Abstand zur Kohleentleerungsöffnung aufweist, der sich abwärts nach außen gerichtet von seinem oberen Ende zu einem unteren offenen Ende desselben aufweitet, und ohne daß eine statische Kohleverteilungsvorrichtung zwischen dem oberen Ende des Kohleverteilers und der Kohleentleerungsöffnung bereitgestellt ist, abgesehen möglicherweise von dem Verschlussteil; eine Schürze, die abwärts vom Inneren des Kohleverteilers abhängt, so daß eine Gassammelzone zwischen der Schürze und dem Kohleverteiler festgelegt ist, wobei das Oberteil der Gassammelzone abgeschlossen ist, während das Bodenteil derselben in Verbindung mit der Kohlevergasungskammer steht; und mindestens einen Gasauslaß im Kohleverteiler, wobei der Gasauslaß mit der ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Festbettkohlevergaser und ein Verfahren zum Betreiben eines Festbettkohlevergasers.
Festbettkohlevergaser, wie Festbett-Trockenbodenvergaser, sind auch als Bewegtbett-Vergaser oder Bewegtbett-Trockenaschevergaser bekannt.
Die DD 1 33 817 A1 beschreibt einen Festbettdruckgasgenerator, welcher die Schütthöhe des Brennstoffes entsprechend der Reaktivität so festlegt, dass es nicht zur Ausbildung von Kanälen in den Brennstoffschichten kommt. Auch eine Rückführung des Staubes wird realisiert.
In der DD 2 80 777 A1 wird ein Kohledruckvergaser für Braunkohle mit einem Kohleverteiler beschrieben. Die Unterseite des ringkanalförmigen Kohleverteilers ist offen und dient als Gasabzug. Im Ringkanal gesammeltes Rohgas wird aus dem Oberteil des Ringkanals über einen Rohgasabzug abgeführt. Durch die Form des Kohleverteilers wird keine Schüttmulde der Brennstoffschüttung ausgebildet.
WO 99/10 094 A1 beschreibt ein Gefäß, welches Material, insbesondere Asche, gleichmäßig ringförmig abgibt. Hierbei wird auf einen Festbettvergaser mit einem entsprechenden Drehrost Bezug genommen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Festbettkohlevergaser geschaffen, der umfaßt:
eine in der Regel aufrechte zylindrische Wand, die eine Kohlevergasungskammer festlegt, in welcher sich Kohle in Form eines festen Kohlebetts vergasen läßt, um Synthesegas sowie Asche in einem Aschebett unterhalb des Kohlebetts zu erzeugen;
eine Kohleschleuse über der Kammer, wobei die Kohleschleuse eine mehr oder weniger zentral angeordnete Kohleentleerungsöffnung aufweist, die mit der Kohlevergasungskammer in Verbindung steht und ein verstellbares Verschlußteil zum Verschließen der Kohleentleerungsöffnung aufweist, wobei sich das Verschlußteil zwischen einer geschlossenen Stellung, in der es die Kohleentleerungsöffnung verschließt, und einer geöffneten Stellung, in der die Kohleentleerungsöffnung unbedeckt oder offen ist, verstellen läßt, so daß Kohle durch die Schwerkraft von der Kohleschleuse durch die Kohleentleerungsöffnung in die Kohlevergasungskammer gelangen kann;
eine statische Kohleverteilungsvorrichtung innerhalb der Kohlevergasungskammer, wobei die statische Kohleverteilungsvorrichtung einen hohlen Kohleverteiler mit einem oberen offenen Ende im Abstand zur Kohleentleerungsöffnung aufweist, der sich abwärts nach außen gerichtet von seinem oberen Ende zu einem unteren offenen Ende desselben aufweitet, und ohne daß eine statische Kohleverteilungsvorrichtung zwischen dem oberen Ende des Kohleverteilers und der Kohleentleerungsöffnung bereitgestellt ist, abgesehen möglicherweise von dem Verschlussteil; eine Schürze, die abwärts vom Inneren des Kohleverteilers abhängt, so daß eine Gassammelzone zwischen der Schürze und dem Kohleverteiler festgelegt ist, wobei das Oberteil der Gassammelzone abgeschlossen ist, während das Bodenteil derselben in Verbindung mit der Kohlevergasungskammer steht; und mindestens einen Gasauslaß im Kohleverteiler, wobei der Gasauslaß mit der Gassammelzone in Verbindung steht, und daher ein erster Kohlekanal zwischen dem Kohleverteiler und der zylindrischen Wand definiert ist, während ein zweiter Kohledurchgang entlang des Innenraums der Schürze festgelegt ist;
einen vom Gasauslaß der Kohleverteilungsvorrichtung ausgehenden Gasabzugskanal;
einen Ascheableitungsauslaß, der von der Kammer auf einer niedrigen Ebene wegführt; und
einen drehbaren Rost oberhalb des Ascheableitungsauslasses, wobei der drehbare Rost zumindest eine nach oben hervorstehende Finger- oder Störvorrichtung umfaßt, um das Aschebett zu stören, welches sich im Betrieb oberhalb des drehbaren Rostes und um diesen herum bildet, wenn der drehbare Rost gedreht wird.
Typischerweise umfaßt der Vergaser eine Ascheschleuse, die in Verbindung mit dem Ascheableitungsauslaß steht.
Das Verschlußteil der Kohleschleuse kann senkrecht verstellbar sein, wobei seine geschlossene Stellung eine obere Lage und seine geöffnete Stellung eine untere Lage ist. Somit kann sich das obere offene Ende des Kohleverteilers in ausreichendem Abstand vom Kohleschleusenverschlußteil befinden, wenn es in seiner unteren offenen Stellung ist, so daß Kohle zwischen dem Kohleschleusenverschlußteil und dem oberen Ende des Kohleverteilers passieren kann.
Der drehbare Rost weist typischerweise eine vertikale Dimension und eine radiale Richtung auf und ist um eine vertikale Achse des Ascheableitungsauslasses drehbar, wobei sich ein unterer Umfang des drehbaren Rosts unterhalb einer Spitze oder eines oberen Endes des drehbaren Rosts befindet. Die Fingervorrichtung ist typischerweise von der Drehachse des drehbaren Rosts beabstandet und steht bis zu ungefähr derselben Höhe oder kurz unterhalb der Spitze oder des oberen Endes des drehbaren Rosts aufwärts hervor.
Der drehbare Rost kann eine sich nach oben und innen verjüngende Außenfläche aufweisen. Die sich nach oben und innen verjüngende Außenfläche kann in einem vertikalen Querschnitt gesehen versetzt oder gestuft sein und vertikal und radial beabstandete Terrassen festlegen. Die Fingervorrichtung befindet sich vorzugsweise auf der untersten äußersten Terrasse, wobei deren Höhe mehr oder weniger gleich dem Niveau der obersten innersten Terrasse ist.
Die sich nach oben und innen verjüngende Außenfläche des drehbaren Rostes kann durch eine drehbare Rostkomponente festgelegt sein. Der Vergaser kann somit die drehbare Rostkomponente (die nachstehend als die einzige drehbare Rostkomponente bezeichnet wird) in der Kohlevergasungskammer umfassen, mit einem ersten ringförmigen Bereich bzw. Teil eines Ascheableitungskanals, der zwischen der Wand, der Vergasungskammer und der drehbaren Rostkomponente bereitgestellt ist, wobei sich die Rostkomponente um die vertikale Achse des Ascheableitungskanals drehen läßt und die Rostkomponente geeignet ist, daß im Betrieb das Zerkleinern der Schlacke in dem ersten ringförmigen Bereich des Ascheableitungskanals beim Rotieren des Rostbauteils erfolgt;
eine stationäre Stützkomponente an einem unteren Ende des ersten ringförmigen Bereichs des Ascheableitungskanals, wobei die stationäre Stützkomponente eine Ascheaufnahmefläche bereitstellt oder festlegt; und
zumindest ein Hauptschaber, der geeignet ist, um beim Rotieren der Rostkomponente Asche auf der Ascheaufnahmefläche der Stützkomponente nach Innen oder nach Außen entlang eines zweiten Bereichs des Ascheableitungskanals zu drängen, wobei der Ascheableitungskanal an einen Boden der Vergasungskammer angrenzt.
Stattdessen kann die sich nach oben und innen verjüngende Außenfläche des drehbaren Rosts durch eine erste drehbare Rostkomponente festgelegt werden. Der Vergaser kann somit die erste drehbare Rostkomponente in der Kohlevergasungskammer umfassen, wobei ein erster ringförmiger Bereich eines ersten Ascheableitungskanals zwischen der Wand der Vergasungskammer und der ersten Rostkomponente festgelegt ist, die erste Rostkomponente um die vertikale Achse des ersten Ascheableitungskanals drehbar ist, und die erste Rostkomponente geeignet ist, daß im Betrieb das Zerkleinern der Schlacke im ersten ringförmigen Bereich des ersten Ascheableitungskanals beim Rotieren der ersten Rostkomponente erfolgt;
eine stationäre Stützkomponente an einem unteren Ende des ersten ringförmigen Bereichs des ersten Ascheableitungskanals, wobei die stationäre Stützkomponente eine Ascheaufnahmefläche bereitstellt oder festlegt; und
zumindest einen Hauptschaber, der geeignet ist, um beim Rotieren der ersten Rostkomponente Asche auf der Ascheaufnahmefläche der Stützkomponente nach Innen oder nach Außen entlang eines zweiten Bereichs des ersten Ascheableitungskanals zu drängen, wobei der erste Ascheableitungskanal an den Boden der Vergasungskammer angrenzt; und
ein zweite zentral angeordnete stationäre Rostkomponente, wobei ein zweiter Ascheableitungskanal zwischen der ersten und zweiten Rostkomponente festgelegt wird, der an den Boden angrenzt, wobei die erste Rostkomponente um die zweite Rostkomponente herum drehbar ist und die ersten und zweiten Rostkomponente geeignet sind, daß im Betrieb das Zerkleinern der Schlacke in einem ersten ringförmigen Bereich des zweiten Gasauslaßkanals beim Rotieren der ersten Rostkomponente erfolgt.
Der Vergaser kann ein Niedrigtemperatur-Trockenasche-Bewegtbettvergaser ähnlich einem Trockenasche-Bewegtbettvergaser des Typs Lurgi (Handelsname) sein, bei dem das Ascheentladungsmittel die Form eines (im Grundriß gesehen) kreisförmigen Rostes aufweist, der montiert ist, um sich oberhalb des Ascheableitungsauslasses zu drehen, und in dem der Ascheableitungsauslaß ringförmig ist.
Der zweite Ascheableitungskanal ist, falls vorhanden, somit auch wenigstens teilweise ringförmig, und wenigstens ein Bereich davon befindet sich, im Grundriß betrachtet, konzentrisch innerhalb wenigstens eines Bereichs des ersten Ascheableitungskanals. Die Bereiche des ersten Ascheableitungskanals können sich auf verschiedenen Ebenen befinden, ebenso wie Bereiche des zweiten Ascheableitungskanals. Außerdem kann zumindest ein Bereich des ersten Ascheableitungskanals sich auf einer zu zumindest einem Bereich des zweiten Ascheableitungskanals unterschiedlichen Ebene befinden.
Die stationäre Stützkomponente schafft somit eine aufwärts gerichtete Ascheaufnahmefläche, und kann nach innen radial aus der Wand herausragen. Zumindest ein äußerer Pflug oder Hauptpflug oder Schaber ragt aus der einzigen oder ersten Ableitungs- oder Rostkomponente heraus und ist geeignet, um Asche innen entlang der Aufnahmefläche zu leiten, während sich die einzige oder erste Entladungs- oder Rostkomponente dreht.
Der zweite Ascheableitungskanal kann, falls vorhanden, einen mehr oder weniger ringförmigen ersten Bereich bzw. Abschnitt, einen zweiten Bereich, der sich radial nach außen hin vom unteren Ende des ersten Bereichs erstreckt, und ein dritter ringförmiger Bereich, der in Verbindung mit dem zweiten Bereich steht, umfassen. Die zweite stationäre zentrale Ableitungs- oder Rostkomponente kann, falls vorhanden, eine zentrale Säule und zumindest einen stationären Innen- oder Sekundärpflug umfassen, der aus der Säule in den zweiten Bereich des Ascheableitungskanals herausragt. Wenn eine zweite Rostkomponente nicht vorhanden ist, kann der Vergaser immer noch eine zentrale Säule umfassen, die allerdings typischerweise kürzer ist.
Die erste drehbare Rostkomponente und die zweite stationäre zentrale Rostkomponente bilden somit zusammen einen Rost.
Eine Vielzahl der Haupt- oder Außenpflüge, die um die Drehachse der einzigen oder ersten Rostkomponente herum versetzt oder beabstandet sind, kann bereitgestellt sein. In ähnlicher Weise kann eine Vielzahl der stationären Sekundär- oder Innenpflüge bereitgestellt sein, die um die Säule herum versetzt oder beabstandet sind, falls diese als Teil der zweiten Rostkomponente vorhanden ist.
Die zentrale Säule kann einen Vergasungsmittelkanal umfassen, der sich über ihre Länge erstreckt, wobei das untere Ende des Kanals am unteren Ende der Säule offen und mittels einer Rohrleitung an eine Vergasungsmittelzufuhreinrichtung angeschlossen ist. Die Vergasungsmittelrohrleitung weist einen oder mehrere Vergasungsmittelauslässe auf. Wenn der Vergaser die zweite Rostkomponente umfaßt, kann die zentrale Säule zumindest einen Vergasungsmittelauslaß am oberen Ende der in die Vergasungskammer hineinragende Säule oder in der Nähe von diesem umfassen, wobei dieser Auslaß in Verbindung mit dem ersten Bereich des zweiten Kanals steht; und zumindest einen weiteren Vergasungsmittelauslaß in der Säule zwischen ihren Enden, wobei der weitere Auslaß in Verbindung zum ersten Bereich steht. Vorzugsweise gibt es jedoch keinen Vergasungsmittelauslaß am oberen Ende der Säule oder in dessen Nähe.
Die erste oder einzige Rostkomponente kann eine um die Säule drehbare hohle Stützkomponente umfassen, wobei der weitere Vergasungsmittelauslaß oder ein Vergasungsmittelauslaß in der Säule in Verbindung mit dem hohlen Inneren der ersten oder einzigen Rostkomponente steht; einen äußeren Schild, der mindestens einen Bereich der Stützkomponente bedeckt, und zumindest einen Vergasungsmittelauslaß in oder neben dem äußeren Schild für das Einleiten von Vergasungsmittel vom Inneren der Stützkomponente in die Vergasungskammer bei Rotation der ersten oder einzigen Rostkomponente um die Säule. Die Außenfläche des äußeren Schilds der ersten oder einzigen Rostkomponente kann sich von den Außenpflügen nach oben und innen verjüngen. Der Winkel, den die Außenfläche mit der Horizontalen bildet, kann größer als der Reibungswinkel von Kohlenasche sein.
Insbesondere kann die Außenfläche der ersten oder einzigen Rostkomponente im vertikalen Querschnitt gesehen versetzt oder gestuft sein, wobei jede Stufe oder Schicht aus einer Vielzahl von peripheren aneinander liegenden oder einander überlappenden Schildplatten bestehen, die sich nach oben und innen verjüngen. Die verschiedenen Schichten der Schildplatten bilden zusammen den äußeren Schild. Eine periphere Vergasungsmittelöffnung oder ein Vergasungsmittelauslaß kann auf jeder Stufe oder Schicht derartig bereitgestellt sein, daß das Vergasungsmittel unterhalb der Unterkanten der äußeren Schildplatten jeder Stufe oder Schicht entlangströmt.
Der drehbare Rost kann vier periphere senkrecht und radial beabstandete Vergasungsmittelauslässe umfassen, die sich von einem höchsten, radial innersten zu einem untersten, radial äußersten Vergasungsmittelauslaß erstrecken und einen zweithöchsten und einen dritthöchsten Auslaß umfassen.
Die Vergasungsmittelauslässe können so dimensioniert werden, daß Vergasungsmittel bei einem gemeinsamen Versorgungsdruck gemäß den folgenden Anteilen abgelassen wird:
unterster, radial äußerster: 30% bis 50%
dritthöchster: 20% bis 40%
zweithöchster: 10% bis 30%
höchster, radial innerster: 5% bis 15%
Brecherrippen können in Bereichen der Säule und der ersten Rostkomponente bereitgestellt sein, die zwischen ihnen den ersten ringförmigen Bereichs des zweiten Ascheableitungskanals festlegen, wobei das Zerkleinern der Schlacke im ersten ringförmigen Bereich des zweiten Ascheableitungskanals zwischen den Brecherrippen erfolgt.
Die Kohleentleerungsöffnung in der Kohleschleuse kann kreisförmig sein, und das Kohleschleuseverschlußteil kann daher im Grundriß kreisförmig sein. Der Verschluß kann typischerweise scheibenförmig sein.
Der hohle Kohleverteiler kann im Wesentlichen kegelstumpfförmig und am Ende offen sein, so daß er eine kleinere kreisförmige und eine größere kreisförmige Öffnung hat. Seine kleinere Öffnung bildet dabei sein oberes Ende, während seine größere Öffnung sein unteres Ende bildet. Die Öffnungen des Kohleverteilers können auf die Kohleentleerungsöffnung der Kohleschleuse ausgerichtet werden. Der Kegelwinkel des Kohleverteilers ist derart ausgebildet, daß eine Brückenbildung gehemmt und den Mengenfluß der Kohle über den Kohleverteiler erleichtert wird. Daher soll der Neigungswinkel von zumindest einem größeren Bereich des Kohleverteilers typischerweise etwa 60° zur Horizontalen betragen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der Durchmesser der kleineren Öffnung des Kohleverteilers größer als der Durchmesser der Entleerungsöffnung der Kohleschleuse sein. Das obere Ende der Schürze kann sich dann in der Nähe der kleineren Öffnung des Kohleverteilers befinden. Das Verhältnis des Durchmessers der kleineren Öffnung zur größeren Öffnung des Kohleverteilers beträgt dann typischerweise etwa 1:2.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann jedoch der Durchmesser der kleineren Öffnung des Kohleverteilers etwa gleich dem Durchmesser der Entleerungsöffnung der Kohleschleuse sein. Das obere Ende der Schürze kann sich dann ungefähr in der Mitte zwischen den oberen und unteren Enden des Kohleverteilers befinden. Das Verhältnis des Durchmessers der kleineren zur größeren Öffnung des Kohleverteilers kann dann typischerweise etwa 1:6 sein.
Die Schürze kann im Wesentlichen von zylindrischer Form sein. Ein Bereich am unteren Ende der Schürze kann vom unteren Ende des Kohleverteilers hervorragen, so daß sich das untere Ende der Schürze auf einer relativ zum unteren Ende des Kohleverteilers unteren Ebene befindet.
Der Vergaser kann eine zweite Schürze um die andere oder erste Schürze herum und im Abstand von dieser umfassen. Das obere Ende der zweiten Schürze kann von der Innenseite des Kohleverteilers abhängen, und sein unteres Ende kann sich auf einer Ebene unterhalb des unteren Endes des Kohleverteilers befinden. Die zweite Schürze kann sich nach unten und innen verjüngen, so daß sich die Form eines umgekehrten hohlen Kegelstumpfs mit offenem Ende ergibt.
Der Vergaser kann an der zylindrischen Wand eine Vielzahl von nach innen gerichteten, über den Umfang beabstandeten Kohleverteilungsrippen ungefähr in Höhe des unteren Endes des Kohleverteilers umfassen, wobei die Rippen dergestalt angepaßt sind, daß die Kohle von der Innenfläche der Wand weg verteilt wird. Jede Rippe kann eine obere Kohleablenkungsfläche umfassen, die von der Wand weg abwärts geneigt ist und im Betrieb dazu dient, Kohle abwärts von der Innenfläche der Wand weg zu verteilen.
Die Höhen des Kohleverteilers und der Schürze sind derart, daß sich im Betrieb ihre unteren Enden unterhalb des normalen Niveaus des Kohlebetts in der Vergasungskammer befinden.
Die Kohleverteilungsvorrichtung kann an der zylindrischen Wand befestigt sein. Die Wand kann Außen- und Innenhüllen umfassen, die beabstandet sind, so daß ein Hohlraum zwischen ihnen geschaffen wird, wobei der Hohlraum normalerweise Wasser enthält, so daß die Innenhülle und der wassergefüllte Hohlraum einen Wassermantel auf der Innenseite der Außenhülle bilden.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Festbettkohlevergasers entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt, wobei das Verfahren umfaßt:
Beschicken der Kohlevergasungskammer mit Kohle durch die Kohleschleuse und Verteilen der Kohle im Inneren der Kohlevergasungskammer mittels besagter Kohleverteilungsvorrichtung, um ein festes Kohlebett auszubilden;
Beschicken der Vergasungskammer mit einem Vergasungsmittel;
Vergasen der Kohle in der Vergasungskammer, um Synthesegas sowie Asche in einem Aschebett unterhalb des Kohlebetts zu erzeugen; und
Drehen des drehbaren Rosts, um Asche durch den Ascheableitungsauslaß zu entfernen und um das Aschebett mit Hilfe von zumindest einer Finger- oder Störvorrichtung zu stören.
Der drehbare Rost kann eine erste Rostkomponente oder eine alleinige Rostkomponente, wie hierin weiter oben beschrieben, umfassen, insbesondere eine erste Rostkomponente oder eine einziges Rostkomponente, die eine Außenfläche aufweist, die in vertikalem Querschnitt gesehen versetzt oder gestuft ist, wobei ein peripherer Vergasungsmittelauslaß an zumindest einigen Stufen oder Schichten bereitgestellt wird, typischerweise an jeder Stufe oder jeder Schicht, und die Vergasungsmittelauslässe vertikal und radial beabstandet sind. Das Verfahren kann umfassen, daß Vergasungsmittel durch die peripheren Vergasungsmittelauslässe einschließlich eines unteren, radial äußersten Vergasungsmittelauslasses am Boden der radial äußersten Stufe oder Schicht, in die Vergasungskammer eingespeist wird. Das Vergasungsmittel kann im Verhältnis zur radialen Position eines Vergasungsmittelauslasses eingespeist werden. Daher kann der radial äußerste Vergasungsmittelauslaß am meisten Vergasungsmittel einspeisen und ein radial innerster Vergasungsmittelauslaß am wenigsten Vergasungsmittel einspeisen.
Typischerweise wird kein Vergasungsmittel durch das obere Ende der zentralen Säule eingespeist.
Der drehbare Rost kann vier periphere Vergasungsmittelauslässe umfassen, die vertikal und radial beabstandet sind und sich von einem höchsten, radial innersten bis zu einem untersten, radial äußersten Vergasungsmittelauslaß erstrecken, einschließlich einem zweithöchsten und einem dritthöchsten Auslaß. Das Vergasungsmittel kann durch die Auslässe entsprechend den folgenden Anteilen eingespeist werden:
Unterster, radial äußerster: 30% bis 50%
Dritthöchster: 20% bis 40%
Zweithöchster: 10% bis 30%
Höchster, radial innerster: 5% bis 15%
Vorzugsweise wird das Vergasungsmittel durch die Auslässe entsprechend den folgenden Anteilen eingespeist:
Unterster, radial äußerster: 35% bis 45%
Dritthöchster: 25% bis 35%
Zweithöchster: 15% bis 25%
Höchster, radial innerster: 5% bis 15%
Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben.
In den Zeichnungen gilt:
1 zeigt teilweise eine Längs- oder Vertikalschnittansicht eines Festbettkohlevergasers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine Längs- oder Vertikalschnittsansicht ähnlich 1, wobei die Vergasungskammer des Vergasers ein Kohlefestbett umfaßt;
3 zeigt eine vergrößerte Teilansicht eines Vergasers ähnlich dem in 2 gezeigten Vergaser, der aber eine sich vertikal erstreckende Schürze aufweist;
4 zeigt eine Schnittansicht durch IV-IV in 2 und 3;
5 zeigt eine Längs- oder Vertikalschnittansicht eines Festbettkohlevergasers gemäß einer anderen Ausführungsform die Erfindung;
6 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer der in 5 gezeigten Kohleverteilungsrippen;
7 zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Teils des Festbettkohlevergasers von 1 oder 5, der einen Rost umfaßt;
8 zeigt in Teilschnittansicht eine dreidimensionale Ansicht des Rosts von 7, wobei Bereiche aus Gründen der Klarheit weggelassen worden sind, und
9 zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Teils des Festbettkohlevergasers von 1 oder 5 mit einem anderen Rost.
Bezug nehmend auf 1 bis 4 bezeichnet das Bezugszeichen 300 generell einen Festbettkohlevergaser des Typs Lurgi (Warenzeichen) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Der Vergaser 300 umfaßt eine aufrechte kreisförmige zylindrische Wand, auf die generell mit dem Bezugszeichen 312 bezeichnet ist. Die Wand 312 umfaßt eine Außenhülle 314 und eine Innenhülle 316, die von der Außenhülle 314 beabstandet ist, so daß ein Hohlraum 318 zwischen den Hüllen 314 und 316 festgelegt ist. Der Hohlraum 318 enthält normalerweise Wasser. Mit anderen Worten bilden die Hülle 316 und der wassergefüllte Hohlraum 318 einen Wassermantel im Inneren der Außenhülle 314. Die Wand 312 legt eine Kohlevergasungskammer fest, die generell mit dem Bezugszeichen 320 bezeichnet ist.
Die Wand 312 ist an ihrem oberen Ende mittels eines ellipsenförmigen Kopfes abgesperrt, auf den generell mit dem Bezugszeichen 322 verwiesen wird. Der Kopf 322 ist ebenfalls doppelwandig, womit er auch eine Außenhülle 314, eine Innenhülle 316 und einen wassergefüllten Hohlraum 318, der eine Erweiterung des Hohlraums 318 der Wand 312 darstellt, umfaßt. Eine geflanschte kreisförmige Verbindung 324, die eine kreisförmige Öffnung festlegt, ist an der Mitte des Kopfes 322 bereitgestellt.
Eine geflanschte Verbindung 326, die einen Gasauslaßweg 328 bereitstellt, ist in der Wand 312 auf einer hohen Ebene, d. h. nahe dem oberen Ende des Vergasers 300, bereitgestellt.
Der Vergaser 300 umfaßt auch eine Kohleschleuse, auf die generell mit dem Bezugszeichen 330 verwiesen wird und die sich oberhalb des Kopfes 322 befindet. Die Kohleschleuse 330 wird nur teilweise gezeigt und umfaßt eine untere geflanschte Verbindung 332, die mit der geflanschten Verbindung 324 in Verbindung steht.
Die Kohleschleuse 330 umfaßt eine Komponente 334, die eine zentral angeordnete Kohleentleerungsöffnung 336 festlegt, die in Verbindung mit der Vergasungskammer 320 steht. Ein kreisförmiges, scheibenförmiges Verschlußglied 338 sperrt die Entleerungsöffnung 336 ab. Eine Betätigungsstange 340 ragt aufwärts vom Verschlußglied 338 hervor. Mittels der Stange 340 läßt sich das Verschlußglied 338 von einer oberen, geschlossenen Stellung (wie in 1 mit durchgezogener Linie gezeigt), in der sie die Kohleentleerungsöffnung 336 absperrt, zu einer unteren, offenen Stellung verstellen (wie in der gestrichelten Linie in 1 gezeigt), in der die Kohleentleerungsöffnung 336 geöffnet ist, so daß Kohle durch die Schwerkraft von der Kohleschleuse 330 durch die Öffnung 336 in die Kohlevergasungskammer 320 gelangen kann.
Der Vergaser 300 umfaßt innerhalb der Kohlevergasungskammer 320 auch eine feste oder statische Kohleverteilungsvorrichtung, auf die generell mit dem Bezugszeichen 350 verwiesen wird. Die Kohleverteilungsvorrichtung 350 umfaßt einen hohlen, im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Kohleverteiler mit offenem Ende, auf den generell mit dem Bezugszeichen 352 verwiesen wird. Der Kohleverteiler 352 hat somit eine kleinere Öffnung, auf die generell mit dem Bezugszeichen 354 verwiesen wird und die nach oben gerichtet ist, d. h., die sich am oberen Ende 356 des Kohleverteilers 352 befindet. Sie hat auch eine größere Öffnung, auf die generell mit dem Bezugszeichen 358 verwiesen wird. Die größere Öffnung 358 ist demgemäß am unteren Ende 360 des Kohleverteilers bereitgestellt.
Der Kohleverteiler 352 besteht aus einem unteren, hohlen kegelstumpfförmigen oder abgestumpften kegelförmigen Abschnitt 362 mit offenem Ende, der an der Hülle 316 von Wand 312 mittels über seinen Umfang beabstandeten Gewindeverbindungen 368 befestigt ist. Er umfaßt auch einen an einem oberen Endbereich des Abschnitts 362 befestigten hohlen kegelstumpfförmigen Mittelabschnitt 364 mit offenem Ende sowie einen an einem oberen Endbereich des Abschnitts 364 befestigten oberen hohlen kegelstumpfförmigen Abschnitt 366 mit offenem Ende. Das obere Ende des Abschnitts 366 stellt somit das obere Ende 356 des Kohleverteilers 352 bereit, während das untere Ende des unteren Abschnitts 362 das untere Ende 360 des Kohleverteilers 352 bereitstellt.
Die Kohleverteilungsvorrichtung 350 umfaßt auch eine kreisförmige zylindrische Schürze 370 um das Innere des Kohleverteilers 352 herum. Ein oberer Endbereich der Schürze 370 wird mit dem Kohleverteiler 352 mittels geflanschter Verbindungen 372 ungefähr in der Mitte zwischen dem oberen Ende 356 und dem unteren Ende 360 des Kohleverteilers 352 verbunden. Das untere Ende 374 der Schürze 370 ragt über das untere Ende 360 des Kohleverteilers 352 hinaus.
Die Kohleverteilungsvorrichtung 350 umfaßt auch zweite Schürze 376, die die Schürze 370 umgibt und von dieser beabstandet ist. Das obere Ende 378 der Schürze 376 ist an dem Inneren des Kohleverteilers 352 in der Nähe von dessen unterem Ende 360 angebracht. Das untere Ende 380 der Schürze 376 befindet sich auf einem niedrigeren Niveau als das untere Ende 360 des Kohleverteilers 352. Die Schürze 376 verjüngt sich nach unten und innen, so daß sie die Form eines umgekehrten hohlen Kegelstumpfes mit offenem Ende aufweist.
Ein ringförmiger äußerer Kohledurchgang, auf den generell mit dem Bezugszeichen 382 verwiesen wird, wird zwischen dem Kohleverteiler 352 und der Innenhülle 316 der Wand 312 bereitgestellt. Ein zentraler Kohledurchgang, auf den generell mit dem Bezugszeichen 384 verwiesen wird, wird durch die Innenseite der Schürze 370 bereitgestellt. Eine ringförmige Gassammelzone, auf die generell mit dem Bezugszeichen 386 verwiesen wird, wird zwischen den Schürzen 370 und 376 festgelegt. Das Oberteil der Sammelzone 386 wird somit vom Abschnitt 362 des Kohleverteilers 352 abgeschlossen; jedoch steht dessen Boden in Verbindung mit Kohlevergasungskammer 320. Ein Gasauslaß, auf den generell mit dem Bezugszeichen 388 verwiesen wird, wird im Kohleverteiler 352 bereitgestellt. Eine Rohrleitung 390 verbindet den Gasauslaß 388 mit dem Gasauslaßkanal 328 des Anschlusses 326 in der Wand 312.
Die Abmessungen der Kohleverteilungsvorrichtung 350, z. B. die Höhe des Kohleverteilers 352 und die Höhen der Schürzen 370 und 376 sind derart, daß sich die unteren Enden des Kohleverteilers und der Schürzen normalerweise innerhalb eines Kohlebetts 392 in Vergasungskammer 320 befinden. Das minimale Niveau des Kohlebetts wird durch die gestrichelte Linie 394 angezeigt.
Die Abschnitte 362, 364 des Kohleverteilers 350 verjüngen sich nach oben und innen in einem Winkel von etwa 60° zur Horizontalen. Der Durchmesser der oberen Öffnung 354 des Kohleverteilers 352 ist typischerweise etwa 0,5 Meter, während der Durchmesser seiner unteren Öffnung 358 typischerweise etwa 3,4 Meter beträgt.
Auf der Hülle 316 der Wand 312 ist eine Vielzahl von nach innen gerichteten, über den Umfang verteilte Kohleverteilungsrippen, auf die jeweils generell mit dem Bezugszeichen 396 verwiesen wird, in Höhe des unteren Endes 360 des Kohleverteilers 352 bereitgestellt. Jede Verteilungsrippe 396 weist eine obere Kohleablenkungsfläche 398 auf, die sich abwärts von Wand 312 weg neigt.
Im Betrieb umfaßt die Vergasungskammer 320 das Kohlefestbett 392, wie in 2 gezeigt. Die Kohle wird in einem (nicht gezeigten) Feuerbett brennen, das sich am Boden des Kohlebetts befindet, wobei sich Asche in einem (nicht gezeigten) Aschebett unterhalb des Feuerbetts ansammelt. Das Brennen der Kohle wird mit Hilfe eines Vergasungsmittels, d. h. einer Mischung aus Sauerstoff und Dampf bewirkt, das durch Aus- oder Ablaßöffnungen in einem (nachfolgend detaillierter beschriebenen) Drehrost, der sich unterhalb des Feuerbetts und über dem Ascheableitungsauslaß befindet, in den Boden der Vergasungskammer eintritt. Beim Passieren durch das Kohlebett reagiert das Vergasungsmittel derartig mit der Kohle, daß Rohgas gebildet wird, welches nach oben durch das Kohlebett strömt, sich in der Gassammelzone 386 sammelt und den Vergaser durch den Gasauslaß 388, die Rohrleitung 390 und den Gaskanal 328 verläßt.
Um die Vergasungskammer 320 mit Kohle zu beschicken, wird die Entleerungsöffnung 336 der Kohleschleuse 330 durch Bewegung des Verschlußglieds bzw. Verschlußglieds bzw. Verschlussteils 338 von dessen geschlossener Stellung in dessen geöffnete Stellung geöffnet, wenn das Kohlebettniveau, d. h. die Oberseite des Kohlebetts in Kammer 320, ungefähr in Höhe von Linie 394 ist. Es ist ersichtlich, daß sich die unteren Enden des Kohleverteilers 352 und der Schürzen 370 und 376 dann immer noch innerhalb des Kohlebetts befinden.
Kohle, die von Kohleschleuse 330 abgelassen wird, fällt anfangs im freien Fall in den äußeren Kohledurchgang 382, wie durch Pfeil 400 in 1 angezeigt, bis die Oberseite des Kohlebetts mehr oder weniger auf derselben Höhe wie das obere Ende 356 des Kohleverteilers 352 ist. Danach gelangt die Kohle in den zentralen Kohledurchgang 384, wie durch den Pfeil 402 angezeigt. Das Kohlebett wird gleichmäßig über die Kohlekanäle 382 und 384 mit Kohle beschickt, d. h., der Kohlestand in den Kohledurchgänge 382 und 384 bleibt beim Passieren der Kohle durch diese ins Kohlebett mehr oder weniger derselbe.
Bezug nehmend auf 5 und 6 verweist das Bezugszeichen 200 generell auf einen Festbettkohlevergaser des Typs Lurgi (Warenzeichen) entsprechend einer anderen Ausführungsform die Erfindung.
Auf Teile des Vergasers 200, die gleich oder ähnlich denen des Vergasers 300 sind, wird durch dieselben Bezugszeichen verwiesen.
Im Vergaser 200 ist der Kohleverteiler 352 an Hülle 316 der Wand 312 mittels einer sich horizontal erstreckenden zylindrischen Montagekomponente oder Stützrohrs 202 statt der Verbindungsstücke 368 angebracht. Die Komponenten 202 erstrecken sich somit von den über den Umfang von Abschnitt 362 beabstandeten Öffnungen in Abschnitt 362 bis zur einer Klammer 204, die an der Hülle 316 der Wand 312 befestigt ist.
Im Vergaser 200 wurde auf den oberen Abschnitt 366 des Kohleverteilers 352 verzichtet. Das obere Ende 356 des Kohleverteilers 352 ist damit das obere Ende des Abschnitts 364.
Die Kohleverteilungsrippen 396 des Vergasers 200 sind in Aussehen und Bau etwas anders als die des Vergasers 300; jedoch haben sie dieselbe Funktion.
Der Anmelder weiß von bekannten Lurgi-Festbettvergasern, die eine zylindrische oder nach innen zulaufende, d. h. hohle umgekehrte kegelstumpfförmige Schürze mit offenem Ende aufweisen und vom Dach oder dem Kopf des Vergasers abhängen, so daß Kohle, die von der Kohleschleuse abgelassen wird, sich entlang der Innenseite der Schürze bewegt, um im Kohlebett verteilt zu werden, wobei sich das untere Ende der Schürze typischerweise innerhalb des Kohlebetts befindet. Eine ringförmige Gassammelzone wird zwischen der Schürze und der Wand der Vergasungskammer bereitgestellt, wobei das Rohgas, das sich in der Zone ansammelt, von dieser durch einen Gasauslaß abgezogen wird. Solch eine Schürze ist auch als ”Bosman”-Schürze bekannt.
Jedoch tritt in diesen bekannten Vergasern eine Entmischung der Kohle, die von der Kohleschleuse in die Kohlevergasungskammer eintritt, in gröbere und feinere Anteile auf. Dieses Problem entsteht, wenn die Kohle von der Kohleschleuse in die Vergasungskammer während des normalen Beschickungszyklus des Vergasers eingespeist wird.
Die Entmischung der Kohle in gröbere und feinere Anteile ist das Ergebnis der folgenden Entmischungsmechanismen:

(a) wenn sich die Kohle von einem Bereich mit einer kleineren Querschnittsfläche zu einem Bereich mit einer größeren Querschnittsfläche in einem geschlossenen Kanal bewegt, so erfolgt eine gewisse Entmischung in gröbere und feinere Anteile, weil Feinstoffe durch den sich bewegenden Kohlekörper hindurch gefiltert werden; und
(b) wenn sich die Kohle von einem Bereich mit einer kleineren Querschnittsfläche in einen Bereich mit einer größeren Querschnittsfläche in einem offenen Raum bewegt, d. h. nicht durch einen die Kohle umschließenden Kanal eingeschränkt, so erfolgt aufgrund größerer oder größter Partikel, die zur Außenseite hin „rollen”, eine Entmischung der Kohle in gröbere und feinere Anteile.

Mechanismus (b), d. h. der freie Fall der Kohle, tritt in der ersten Hälfte eines Kohlebeschickungszyklus des Vergasers, d. h. sofort nachdem die Kohleschleuse geöffnet wurde, auf und ist normalerweise mit einer gut homogenisierten Kohlepartikelgrößenverteilung aufgrund der „Turbulenzen” des Kohlestroms verbunden. Die zweite Hälfte des Kohlebeschickungszyklus ist mit einer „langsamen” Abwärtsbewegung der Kohle von der Kohleschleuse verbunden, wobei Mechanismus (a) dann bestimmend ist.
Der Anmelder hat festgestellt, daß sich bei der Bosman-Schürze ein an groben Partikeln reicher Kohleanteil an der Wand der Vergasungskammer, d. h. in einer nahen Außendurchmesserzone 404 (in Mantelnähe) ansammelt, wie in 2 und 3 dargestellt, wobei sich ein an feinen Partikeln reicher Kohleanteil in einer ringförmigen Zone ansammelt, welche direkt an die nahe Außendurchmesserzone 404 angrenzt. Innerhalb dieser ringförmigen Zone gibt es dann eine zentrale Zone, welche eine mehr oder weniger normale Kohlepartikelverteilung von groben Kohlepartikeln (56–100 mm), mittleren Kohlepartikeln (28–56 mm) und feinen Kohlepartikeln (5–28 mm) umfaßt. Typischerweise ist die nahe Außendurchmesserzone etwa 0,25 m stark. Es wird angenommen, daß der an groben Partikeln reiche Kohleanteil in der nahen Außendurchmesserzone zumindest teilweise auf die Entmischung von Kohlepartikeln durch das „Rollen” der größten Kohlepartikel zum Außendurchmesser der Kohlevergasungszone hin zurückzuführen ist, d. h. aufgrund von Mechanismus (b).
Außerdem wurde festgestellt, daß sich feine Kohlepartikel an der Innenfläche der Bosman-Schürze aufgrund des „Filterns” feiner Kohlepartikel durch größere Kohlepartikel während der Abwärtsbewegung des Kohlebetts ansammeln, d. h. aufgrund von Mechanismus (a). Diese feinen Kohlepartikel kommen an der untersten Kante der Schürze mit Rohgas in Kontakt, wo das Rohgas aufgrund des verringerten Querschnittsdurchmessers der Gassammelzone im Vergleich zum Querschnittsdurchmesser der Vergasungskammer eine erhöhte Geschwindigkeit hat. Somit können feine Gas- oder Kohlepartikel, die vom Rohgasstrom mitgenommen werden, sich nur schwerlich aus dem Rohgas lösen und werden mit dem vom Vergaser abgezogenen Rohgas fortgetragen.
Diese entmischte Partikelgrößenverteilung (engl. particle size distribution, „PSD”) führt zu bevorzugten Gasstrompfaden, die sich in größeren Vergaser-Instabilitäten und „Hot Spots” aufgrund dieses Kanalisierungsphänomens zeigen. Mit anderen Worten haben Vergasungsmittel und Rohgas die Tendenz, den aufwärts strebenden Pfaden oder Kanälen mit dem geringsten Widerstand durch das Kohlebett zu folgen. Des Weiteren strömt das Gas bevorzugt durch gröbere Kohlepartikel, welche einen Pfad des geringsten Widerstands durch das Kohlebett bieten, so daß es zu einer Kanalisierung in der nahen Mantelzone und folglich zur Bildung von Zonen hohen lokalen Wärmestroms kommt. Der Patentanmelder hat festgestellt, daß dies zu Überhitzung und folglich zu Beschädigung der Mantelwand, zu mangelhaftem Vergaserbetrieb, wie extremen Feuerbettfluktuationen, häufigen Beschickungseinschränkungen aufgrund von Temperaturinstabilitäten bei hoher Vergaserbeschickung und hoher Empfindlichkeit des Vergasers gegen zu viel Feinbestandteile in der Kohle, beschädigten Rostpflügen aufgrund Überhitzung usw. führt.
Der Anmelder hat festgestellt, daß mittels der Kohleverteilungsvorrichtung 350 und der Kohleverteilungsrippen 396 der vorliegenden Erfindung eine wesentlich gleichmäßigere Partikelgrößenverteilung (PSD) der Kohlepartikel im oberen Bereich des Kohlebetts erreicht wird. Insbesondere verteilt die Kohleverteilungsvorrichtung 350 gleichzeitig Kohle sowohl vom ringförmigen Durchlaß oder von Zone 382 als auch vom zentralen Durchlaß oder von der zentralen Zone 384 ins Kohlebett, wie in 1 dargestellt. Die Kohleverteilungsvorrichtung 350 ermöglicht auch, daß aufsteigendes entgegenströmendes Rohgas aus dem Querschnitt der Vergasungszone 320 durch die ringförmige Zone 386 und von dort durch den einzelnen Gasauslaß 388 austreten kann. Das Gas wird folglich in eine ringförmige Zone abgezogen, die sich in einem Abstand von der Wand 312 befindet.
Es wurde festgestellt, daß mit der Kohleverteilungsvorrichtung 350 eine gleichmäßigere Partikelgrößenverteilung (PSD) im Kohlebett unterhalb der Kohleverteilungsvorrichtung 350 erreicht werden kann.
Weiterhin wird die Menge der Feinanteile, die mit dem Rohgas an dem Punkt, an dem das Rohgas das Kohlebett verläßt, in Kontakt kommen, im Vergleich zur Bosman-Schürzen-Konfiguration reduziert, was zu einer geringeren Mitnahme von Feinkohlepartikeln durch den Rohgasstrom führt. Das läßt sich darauf zurückführen, daß es keine Ansammlung von Feinkohlepartikeln in einer Schicht oder Zone an oder nahe dem Punkt gibt, an welchem das Rohgas aus dem Kohlebett abgesondert wird.
Des Weiteren besteht die Funktion der Kohleverteilungsrippen 396 darin, daß sie gröbere Kohlepartikel in den Bereich unterhalb der durch den unteren Randabschnitt des Kohleverteilers 352 geschaffenen Auskragung drängen, während Feinkohlepartikel zwischen angrenzende Rippen hindurch in die nahen Mantelzone gelangen, wie Bezugszeichen 404 in 2 und 3 anzeigt. Folglich tritt eine Anhäufung von Feinpartikeln in der nahen Mantelzone 404 auf. Feinkohlepartikel stellen für dem Gasstrom einen erhöhten Widerstand dar, so daß eine wesentlich geringere Kanalisierung in der nahen Mantelzone auftritt, was zu einer wesentlich verminderten Hot-Spot-Bildung an der Innenhülle (Mantel) 316 führt. Die Feinkohlepartikel bilden außerdem eine Isolationsschicht an der Innenhülle 316. Aufgrund ihrer Form und Anordnung behindern oder blockieren die Rippen 396 nicht den Weg der Kohlepartikel in Kanal oder Zone 382.
Typischerweise sind die Rippen an der Innenwand 316 mit einem Abstand von 130 mm angebracht. Bei einem Innendurchmesser der Vergasungskammer 320 von 4 m werden somit insgesamt 93 solcher Rippen geschaffen. Die Zwischenräume zwischen benachbarten Rippen werden somit bei der Innenhülle 316 klein genug sein, um die Passage von Feinkohlepartikeln (5–28 mm) zu erlauben, während sie die Passage grober Partikel (58–100 mm) nicht erlauben.
Der erfindungsgemäße Kohlevergaser ist weiterhin dadurch charakterisiert, daß er weder eine sogenannte Bosman-Schürze noch eine statische Kohleverteilungsvorrichtung zwischen dem oberen Ende 356 des Kohleverteilers 352 und dem Verschlußteil 338 der Kohleschleuse aufweist.
Aufgrund vergleichender Testläufe, die mit bekannten Lurgi-Vergasern und einem erfindungsgemäßen Lurgi-Vergaser durchgeführt wurden, wurden die folgenden Vorteile des erfindungsgemäßen Vergasers, insbesondere im Vergleich zu den bekannten Lurgi-Vergasern, identifiziert:

– reduzierte Kanalisierung und Hot-Spot-Bildung am Wassermantel
– stabileres flaches und gleichmäßig dickes Feuerbett
– reduzierte Anzahl bevorzugter Flußpfade aufgrund von Unterdruckabfall-Zonen im Kohlebett
– Reduktion des Wärmeflusses durch den Wassermantel, wie der reduzierte Verbrauch von Dampferzeugerspeisewasser im Wassermantel zeigt, d. h. reduzierte Dampferzeugung im Mantel
– Verringerung der Anzahl von Lastsenkungen wegen Prozeßinstabilität
– stabilerer Rostbetrieb und gute Kontrolle des Rostbetriebs
– stabilere Kohleschleusentemperaturen, typischerweise innerhalb des Bereichs von 140°C bis 180°C
– weniger Mitnahme von Feinkohlepartikeln mit dem Rohgas
– stabilere und besser steuerbare (innerhalb enger Grenzen) Gasaustrittstemperaturen (typischerweise 480°C bis 530°C) und Aschetemperaturen (typischerweise 290°C bis 330°C)
– nachhaltige und möglicherweise erhöhte Maximalvergaserlasten bei minimaler negativer Auswirkung auf die Anlage
– verbesserte Prozeßstabilität und wirkungsvolle Reaktionen in der ganzen Reaktionszone.

Zusätzlich können die Kohleverteilungsvorrichtung 350 und/oder die Rippen 396 einen oder mehrere der folgenden Vorzüge bewirken:

– Fähigkeit zur Handhabung der Kohlelasten und komplexen thermischen Erweiterungserfordernisse des Vergasers
– einen Grad an Höheneinstellung innerhalb der Kohlevergasungskammer
– wirksame Kühlung der Vorrichtung, weil Kohle Kontakt mit allen Metalloberflächen der Kohleverteilungsvorrichtung 350 hat
– wirksame Gasdichtheit und minimale thermische Auswirkung aufgrund der Art, in welcher der Gasauslaß 388 mit dem Gasauslaßweg 328 verbunden ist, wie in 5 gezeigt
– Entfernbarkeit von Abschnitt 366 erlaubt leichten Zugang in den Vergaser und leichtes Entfernen von Vergaserrostkomponenten
– die Neigungswinkel der Abschnitte des Kohleverteilers 352 sichern guten Kohlemengenfluß entlang des Kohlekanals
– wenige oder keine Blockierung oder Brückenbildung von Kohlepartikeln in den Kohlekanällen 382 und 384 oder im Kohlebett
– Kohleentmischung von der Kohleentleerungsöffnung 336 der Kohleschleuse 330 zum unteren Ende der Kohleverteilungsvorrichtung 350 wird reduziert oder minimiert.

Obwohl die Kohleverteilungsvorrichtung 350 und die Rippen 396 erwiesenermaßen eine viel einheitlichere Verteilung der Kohlepartikelgrößen über dem radialen Querschnitt des Vergasers schaffen als die Bosman-Schürze, wurde festgestellt, daß es beim Vergaserbetrieb immer noch einen unannehmbar weiten Instabilitätsbereich, einschließlich thermischer Extreme in einem oberen Bereich des Vergasers, gibt. Eine Reihe von Versuchen an einem skalierten Modell hat gezeigt, daß sich im Betrieb der Kohleverteilungsvorrichtung 350 ein unerwarteter ringförmiger Bereich an gröberem Materials bildete. Dieses Problem ist mit der vorliegenden Erfindung durch Änderung des drehbaren Rosts erfolgreich angegangen worden, um eine aufwärts hervorragende Finger- oder Störvorrichtung zum Stören des Aschebetts im Vergaser zu schaffen. Der in Verbindung mit der Kohleverteilungsvorrichtung 350 verwendete drehbare Rost wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
Bezug nehmend auf 7 umfaßt der Vergaser 300 auch einen sich nach innen verjüngenden Außenboden 20, der am unteren Ende der Hülle 314 befestigt ist, sowie einen Innenboden 22, der an der Hülle 316 befestigt ist. Ein Zwischenraum 318 wird solchermaßen zwischen den Böden 20 und 22 aufrechterhalten. In der Zone, wo der Boden 22 an der Wand 316 befestigt ist, wird eine Stützkomponente bzw. Stützbauteil geschaffen, auf das generell mit dem Bezugszeichen 24 verwiesen ist. Die Stützkomponente 24 weist einen horizontal angeordneten Bereich 26 auf, der sich im Umfang radial nach innen vorstehend erstreckt und eine obere horizontale Ascheaufnahmefläche 28 schafft bzw. bereitstellt, wie auch einen Bereich 30, der sich gleichfalls im Umfang erstreckt und sich zwischen der inneren Peripherie des Bereichs 26 und dem oberen Ende des Bodens 22 befindet.
Eine innere stationäre Stützkonstruktion, auf die generell mit dem Bezugszeichen 32 verwiesen wird, ragt nach innen vom Boden 22 hervor und hat eine zylindrische Komponente 34, durch welche sich eine mit einer Vergasungsmittelversorgungseinrichtung verbundene Leitung oder ein solcher Kanal 35 zur Versorgung mit Vergasungsmittel erstreckt. Das Vergasungsmittel ist solchermaßen typischerweise eine Mischung aus Sauerstoff und Wasserdampf. Eine Stützplatte 36 ist auf der Stützkonstruktion 32 und der Komponente 34 montiert.
Wie vorstehend erwähnt, umfaßt der Vergaser 300 auch einen Rost, auf den generell mit dem Bezugszeichen 40 verwiesen wird und der sich innerhalb von der Hülle 316 am durch die Hülle 316 definierten unteren Ende der Vergasungskammer 320 befindet.
Der Rost 40 umfaßt eine erste äußere drehbare Rostkomponente bzw. Rostbauteil, auf die generell mit dem Bezugszeichen 43 verwiesen wird, sowie eine zweite, stationäre innere Rostkomponente bzw. Rostbauteil, auf die generell mit dem Bezugszeichen 44 verwiesen wird.
Die stationäre Rostkomponente 44 umfaßt eine aufrechtstehende Säule 44, die an Stützplatte 36 montiert ist. Die Säule 46 hat einen zentralen Vergasungsmittelkanal 48, der einen Einlaß am unteren Ende der Säule hat, wobei der Einlaß in Verbindung mit der Vergasungsmittelspeiseleitung 35 steht; jedoch wird das obere Ende des Kanals 48 mittels eines Venturibauteils 50 abgesperrt, um das Eindringen von Asche in den Kanal 48 zu verhindern. Das Bauteil 50 umfaßt Endplatten 52, die das obere Ende des Kanals 48 gegen das Eindringen von Asche absperren, und kann mit einem Auslaß 54 für Vergasungsmittel versehen werden, um Vergasungsmittel vom Kanal 48 in eine Zone unterhalb einer Schutzkappe 56 abzulassen, wobei das Vergasungsmittel dann nach außen in die Vergasungskammer 320 entlang der unteren peripheren Kante von der Kappe 56 geleitet wird, wie durch Pfeile 58 angezeigt. Vorzugsweise ist jedoch Auslaß 54 blockiert. Eine Venturi-Einheit 57 befindet sich unterhalb der Endplatten 52, um einen strömungsinduzierten Unterdruck zu erzeugen und um Vergasungsmittel herauszuziehen, das zwischen der stationären inneren Rostkomponente 44 und der äußeren drehbaren Rostkomponente 43 austritt, wenn der Auslaß 54 nicht blockiert ist.
Eine Anzahl von peripher versetzten stationären Innenpflügen 60 ragt nach außen von Säule 46 hervor. Brecherrippen 62 werden um den oberen Bereich der Säule 46 herum, d. h. den Bereich der Säule zwischen den Pflügen 60 und dem Endverschlußteil 50, geschaffen.
Eine Vielzahl von vertikalen und peripher beabstandeten Vergasungsmitteldurchlässen 64 wird in Säule 46 unterhalb der Pflüge 60 geschaffen.
Die äußere drehbare Rostkomponente 43 umfaßt eine hohle drehbare Stützkonstruktion 66, die drehbar an der Säule 46 mittels Axiallager 68 und Radiallager 70 und 72 montiert ist. Die Stützkonstruktion 66 umfaßt ein Ringzahnrad 74, das in ein Antriebsrad (nicht gezeigt) eingreift, welches an eine Antriebswelle eines (nicht gezeigten) Getriebes montiert ist, welche von einem (nicht gezeigten) Elektromotor variabler Geschwindigkeit angetrieben wird, um die Rostkomponente 43 zu drehen, typischerweise bei einer Drehzahl zwischen 2 und 12 U/Std. Zwei Sätze der Antriebsräder, Getriebe und Motoren sind bereitgestellt.
Das Innere von der Stützkonstruktion 66 steht mit den Kanälen 64 in der Säule 46 in Verbindung. Die Außenfläche der Rostkomponente 43 ist kegelförmig und gestuft oder versetzt, um vier 'Schichten' oder Terrassen zu schaffen, auf die generell mit Bezugszeichen 76, 78, 80 beziehungsweise 82 verwiesen wird, wobei die Schicht oder der Bereich 76 den größten Durchmesser und die Schicht oder der Bereich 82 den kleinsten Durchmesser haben. Jede Stufe oder Schicht 76 bis 82 umfaßt eine Vielzahl von peripher angeordneten, aneinander anliegenden oder einander überlappenden äußeren Schildplatten 84. Die Schildplatte 84 ist in jeder Schicht oder Stufe nach aufwärts und innen geneigt. Der durch die Schildplatten 84 definierte Winkel der Außenfläche der Rostkomponente 43 liegt im Bereich von 55° zur Horizontalen, ist also größer als der Reibungswinkel von Asche, der etwa 35° zur Horizontalen beträgt. Mit 'Reibungswinkel' ist der maximale Neigungswinkel gemeint, bei dem eine angehäufte Masse loser Kohleasche stabil bleibt, ohne daß Partikel dieses Gefälle hinuntergleiten.
Die Schildplatten 84 in den Schichten oder Bereichen 76 und 78 werden an einem unteren Stützring 83 befestigt und bilden einen Teil der Rostkomponente 43, während die Schildplatten in den Schichten oder Bereichen 80 und 82 an einem oberen Stützring 85 befestigt sind und auch Teil der Rostkomponente 43 bilden. Jeder Stützring umfaßt typischerweise drei Segmente, die aneinandergefügt sind.
Sich peripher erstreckende Vergasungsmittelauslässe sind in der Rostkomponente 43 dergestalt geschaffen, daß das Vergasungsmittel unter den Unterkanten der äußeren Schildplatten 84 jeder Ebene oder Stufe strömen kann, wie durch Pfeile 86 angezeigt. Die Konfiguration der Schildplatten sichert somit den Vergasungsmittelfluß und verhindert auch das Eindringen von Asche in die Rostkomponente 43. Ein zusätzlicher peripherer Vergasungsmittelauslaß 88 kann auch am oberen Ende der Rostkomponente 43 geschaffen werden, so daß Vergasungsmittel auch durch diesen verteilt werden kann, wie durch Pfeil 90 angezeigt. Typischerweise wird dies jedoch nicht bevorzugt.
Außerdem kann eine vernachlässigbare Menge an Vergasungsmittel zwischen der rotierenden Stützkonstruktion 66 und der stationären Säule 46 auch über eine Verbindungsleitung 92 passieren, um ebenfalls durch ein Venturi-Element 57 und die Konstruktion 50 abgeführt zu werden.
Die Stützkonstruktion 66 umfaßt eine ringförmige Bodenplatte 93 unmittelbar unterhalb der Unterkanten der Pflüge 60, so daß Pflüge als Schaber wirken, wenn im Betrieb die Platte unterhalb von ihnen rotiert.
Ein innerer Brecherring 95 mit Rippen 94 wird um einen oberen Bereich 15 des Stützrings 85 herum geschaffen, während ein äußerer Brecherring 98 mit Rippen 96 auf der Stützkonstruktion 66 geschaffen wird.
Drei peripher beabstandete Außenpflüge 100 sind an der äußeren Rostkomponente 43 angebracht und so angeordnet, daß sie sich mit beschränktem Freiraum über der Aschesammlungsfläche 28 der Komponente 26 bewegen.
Ein erster Ascheableitungskanal 102 ist zwischen der Hülle 316, der Stützkomponente 24 und der Rostkomponente 43 festgelegt bzw. definiert. Der erste Ascheableitungskanal 102 umfaßt einen ersten, zwischen Schildplatten 84, Rostkomponente 43 und Hülle 316 definierten ringförmigen Bereich 104 sowie einen zweiten Bereich 106, der radial nach innen vom unteren Ende des Bereichs 104 entlang der Oberfläche 28 und entlang einer Abnutzungsplatte 108 ragt.
Die Abnutzungsplatte 108 ragt von der Komponente 26 nach innen und wird mit einem Kragenbereich 110 geschaffen, das auch mit Brecherrippen 112 ausgestattet wird.
Die Brecherrippen 62 und Brecherring 94 definieren zwischen ihnen einen ersten zylindrischen Bereich 116 eines zweiten Ascheableitungskanals 114. Ascheableitungskanal 114 hat auch einen zweiten Bereich, auf den generell mit Bezugszeichen 118 verwiesen wird, der radial nach außen vom unteren Ende des Bereichs 116 ragt, sowie einen dritten ringförmigen Bereich, auf den generell mit Bezugszeichen 120 verwiesen wird und der mit Bereich 118 in Verbindung steht.
Die Brecherringe 96, 112 definieren zwischen ihnen einen ringförmigen Ascheableitungskanal, auf den generell mit Bezugszeichen 122 verwiesen wird, und in den Asche vom Bereich 106 des Kanals 102 eingeleitet wird. Der Bereich 120 des Kanals 114 leitet ebenfalls Asche in den Ascheableitungskanal 122.
Es ist ersichtlich, daß Asche, die durch die Kanäle 102, 114 und 122, welche sich somit nahe den Böden 22 befinden oder an diese angrenzen, eingeleitet wird, in eine Bodenzone des Vergasers 300 fällt und durch einen am unteren Ende des Vergasers geschaffenen (nicht gezeigten) Ascheauslaß abgeführt wird.
Der Rost 40 umfaßt eine aufwärts hervorragende Finger- oder Störvorrichtung 500 (nur in 8 der Zeichnungen gezeigt), die auf der radial äußersten, untersten Schicht, Stufe oder Terrasse 76 montiert ist. Finger 500 hat eine Höhe, die etwas geringer als die Höhe der Säule 46 ist.
Im Betrieb des Vergasers 300 wird Kohle chargenweise durch Kohleschleuse 330 in das Oberteil des Vergasers 300 eingebracht, während Vergasungsmittel, wie zuvor beschrieben, kontinuierlich in den Boden der Reaktionszone durch die hier zuvor beschriebenen Vergasungsmittelauslässe eingelassen wird, wodurch Kohle vergast wird, die sich in einem sich langsam bewegenden Bett innerhalb der Vergasungskammer 320 befindet. Asche wird kontinuierlich vom Boden der Vergasungszone durch die Rotation der Vergaserkomponente 43 abgezogen und zu den Pflügen 100 geleitet, die kontinuierlich rotieren und Asche durch den Aschekanal 102 abführen. Gleichzeitig wird Asche durch den Kanal 114 abgeführt.
Typischerweise werden durch Kanal 114 etwa 20% und durch Kanal 102 etwa 80% der Asche abgeführt. Beim Rotieren der Rostkomponente 43 wird Schlacke zwischen den Brecherrippen 62 und 94, zwischen den Schildplatten 84 und der Hülle 316 und zwischen den Brecherrippen 96 und 112 zerkleinert, wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird. Die Schildplatten 84 schützen auch den Rost 40 vor Abnutzung und hohen Aschetemperaturen.
Mit 'Schlacke' ist eine feste Ansammlung geschmolzener Asche gemeint, die zerkleinert bzw. gebrochen werden muß, damit sie aus dem Vergaser herausgeführt werden kann.
In die Vergasungskammer 320 gelangen anteilig am gesamten Vergasungsmittel typischerweise 0% unterhalb der Endkappenanordnung 50, eine unbedeutende Menge entlang Pfeil 90, etwa 10% durch den im peripheren Auslaß unterhalb der Unterkanten der äußeren Schildplatten 84 in Schicht oder Bereich 82, etwa 20% durch den entsprechenden Auslaß in Schicht oder Bereich 80, etwa 30% durch den ähnlichen Auslaß in Schicht oder Bereich 78 und etwa 40% durch den entsprechenden Auslaß in Schicht oder Bereich 76. Das Vergasungsmittel dient auch dazu, die Rostkomponenten, wie die äußeren Schildplatten 84, beim Durchströmen der rotierenden Rostkomponente 43 zu kühlen.
Die Anteile am Ascheabzug über die Kanäle 102 und 114 und die Vergasungsmittelanteile der verschiedenen Auslässe sind, wie oben angegeben, entsprechend den ringförmigen Querschnittsflächen unmittelbar über den Vergasungsmittelauslässen und den Ascheableitungskanalen aufeinander abgestimmt.
Wenn der Rost 40 gedreht wird, stört die Fingervorrichtung 500 das Aschebett und insbesondere jegliche Anhänge an Rost 40 und/oder an Hülle 316, wodurch das Brennstoffbett geöffnet wird. Homogenisierung der Asche und Kohle im gesamten Querschnitt des Brennstoffbetts führt zu verbesserter Dampf- und Sauerstoffverteilung, gesteigerter Vergaserstabilität infolge der Reduktion der bevorzugten Flußpfade und Hot Spots und, wie erwartet wird, auch zu einer Senkung des CO₂-Anteils im vom Vergaser erzeugten Gas führt. Die Verwendung der Fingervorrichtung 500 geht unerwartet das Problem thermischer Extreme im oberen Bereich des Vergasers an. Es wird angenommen, daß dies durch die das Bett homogenisierende Wirkung der Fingervorrichtung 500 verursacht wird. Die günstige Wirkung der Verwendung der Fingervorrichtung 500 wird weiterhin dadurch verbessert, daß, speziell Bereiche hohen Strömungswiderstands im Kohlebett durch Verteilung des Vergasungsmittels in diesen Bereichen adressiert werden, wie vorstehend beschrieben wurde. Auf diese Weise wird ein wesentlicher Teil des Vergasungsmittels im Gegensatz zu bekannten Vergaservorgängen jetzt näher an Hülle 316 in das Kohlebett eingespeist, um den äußeren Ring von Feinkohle in der nahen Mantelzone 404 zu durchdringen.
Unter anderem durch die Kontrolle der Ascheabzugsrate wird die (nicht gezeigte) Schnittstelle zwischen einem Kohleaschenbett, das sich in Richtung des Bodens der Kammer 320 befindet, und dem Kohlebett, das sich somit oberhalb der Schnittstelle befindet, in einer gewünschten Position gehalten. Ein Feuerbett bildet somit diese Schnittstelle.
Idealerweise sollte sich das Feuerbett zwecks guter Vergasersteuerung in einer mehr oder weniger horizontalen Linie über der Vergasungszone befinden und dadurch den gleichmäßigen Abzug des Aschenmassenstroms quer über den ganzen radialen Querschnitt der Vergasungskammer 320, d. h. den gleichmäßigen Ascheabzug mit gleichmäßiger Aschepartikelgeschwindigkeit, anzeigen. Mit anderen Worten sollte das Feuerbettprofil idealerweise stabil, flach und in einem Gleichgewichtszustand sein. Es sollte keine senkrechte Bewegung oder Verschiebung des Feuerbetts geben, d. h. das Feuerbett sollte sich in einer festen Lage innerhalb des Vergasers befinden, und die Feuerbettdicke sollte in der Vergasungszone durchweg gleichmäßig sein. Das Vergasungsmittel sollte sich idealerweise basierend auf einem Massenfluss aufwärts bewegen, d. h. im radialen Querschnitt des Reaktors durchweg gleichmäßig verteilt sein und überall im Querschnitt eine gleichmäßige Geschwindigkeit haben.
Bei dem Rost 40 ist das Feuerbettprofil, das von flacher W-Form ist, stabil und symmetrisch. Mit anderen Worten hat es ein Gleichgewichtsprofil. Die Feuerbettebene bewegt sich innerhalb eines eingeschränkten engen senkrechten Bereichs und ist daher stabil, während sie von relativ gleichmäßiger Dicke ist. Das Vergasungsmittel wird näherungsweise basierend auf einem Massenfluß aufwärts verteilt, während der Ascheabzug in ähnlicher Weise näherungsweise basierend auf einem Massenfluß abwärts erfolgt, wobei etwa 20% der Asche durch den Ascheableitungskanal 114 und etwa 80% durch den Ascheableitungskanal 102 abgeführt wird. Es wird angenommen, daß bis zu sechs der äußeren Pflüge 100 verwendet werden können, während bis zu vier der stationären Pflüge 60 verwendet werden können. Weiterhin beträgt der Winkel der durch die Schildplatten 84 geschaffenen Außenfläche der Rostkomponente 43 etwa 55° zur Horizontalen, d. h. er ist damit größer als der Reibungswinkel von Asche. Dies begünstigt, daß Asche, die auf den Schildplatten 84 aufliegt und sich abwärts in Richtung der Peripherie bewegt, von den Pflügen 100 entfernt wird, anstatt stagnierende Zonen zu schaffen.
Beim Rost 40 gibt es relativ große Kräfte, die die Asche abwärts und nach innen in den Bereich der Pflüge 100 und 60 drängen, während relativ geringe Kräfte die Asche aufwärts und über die Pflüge treiben, was zu einer geringeren Abnutzung der Pflüge und der äußeren Schildplatten 84 führt. Außerdem verteilt sich die Abnutzung über alle Schildplatten, und es besteht eine geringere Abnutzungsneigung aufgrund der Tatsache, daß 20% der Asche den Ascheableitungskanal 114 passiert und somit nicht über die Abnutzungsplatten 84 geht.
Es wird angenommen, daß mit dem Rost 40, womit eine periphere wie zentrale Ascheabführung bewirkt wird, ein wirksames primäres stufenweises Zerkleinern von Schlacke aufgrund des Rostwinkels bewirkt wird, der größer als der Reibungswinkel von Asche ist. Dies gilt für sowohl die inneren oder zentralen Brecherringe 94 als auch für die äußeren Brecher- oder Zerkleinerungsringe, die von den 'Schichten' 76, 78, 80 und 82 der äußeren Schildplatten 84 gebildet werden. Es gibt außerdem keine 'tote Zone' zwischen dem Reibungswinkel von Asche und dem Winkel der Rostoberfläche, weil der Rostwinkel mit typischerweise etwa 55° zur Horizontalen größer als der Reibungswinkel von Asche von etwa 35° zur Horizontalen ist. Die Brecherringe werden somit in positiver Weise im aktiven oder „lebhaften” Aschebereich des Aschebetts plaziert. Ascheaufwölbung und Brückenbildung der Schlacke treten, wenn überhaupt, wenig auf, so daß es nur geringen oder keinen Unterschied zwischen der theoretischen Geschwindigkeit des Ascheabzugs und der tatsächlichen Geschwindigkeit des Ascheabzugs gibt. Durch den Rost 40 ist die Vergasungsmittelverteilung beträchtlich gleichmäßiger, und es gibt somit eine gleichmäßigere nach oben gerichtete Geschwindigkeitskomponente des Feuerbetts aufgrund dessen, daß das Vergasungsmittel in einem weniger entmischten, Massenfluss-bewegten, von der Fingervorrichtung 500 homogenisierten Aschebett verteilt wird.
Bezug nehmend auf 9 der Zeichnungen wird der Vergaser 300 mit einem Rost 600 gezeigt, der sich in einiger Hinsicht vom in 7 und 8 gezeigten Rost 40 unterscheidet. Viele der Merkmale des Rosts 600 sind gleich oder ähnlich den Merkmalen des Rosts 40 und, wo möglich, wurden somit die selben Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile oder Merkmale zu verweisen. Statt der ersten äußeren drehbaren Rostkomponente 43, die einen Teil des Rosts 40 bildet, umfaßt der Rost 600 eine drehbare Rostkomponente 602, welche die einzige drehbare Rostkomponente ist. Für den Rost 600 gibt es somit keine zweite stationäre innere Rostkomponente 44.
In 9 werden ein Zahntriebwerk 604 und ein Ascheauslaß 606 gezeigt. Diese Merkmale werden nicht in 7 und 8 gezeigt.
In Folge der Abwesenheit der zweiten stationären Rostkomponente 44 hat der in 9 gezeigte Vergaser 300 nur einen Ascheableitungskanal 102 und keinen zweiten Ascheableitungskanal 114. Die Schutzkappe 56 schließt den Kanal 48 nicht. Stattdessen ist der Auslaß 54 offen, damit Vergasungsmittel durch die Rohrleitung 35 und den Kanal 48 ins hohle Innere der drehbaren Rostkomponente 602 strömen kann, wie durch Pfeile 610 angezeigt. Im Gegensatz zu dem Rost 40 hat der Rost 600 keine Vergasungsmittelkanäle 64 in der Säule 46.
Im Betrieb wird die Rostkomponente 602 gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Kohle wird chargenweise dem Kopfteil des Vergasers 300 zugeführt, und Vergasungsmittel wird in den Boden der Reaktionszone durch die Vergasungsmittelauslässe unter den Unterkanten der äußeren Schildplatten 84, wie vorstehend beschrieben, eingespeist, wodurch Kohle, die sich in einem sich langsam bewegenden Bett innerhalb der Vergasungskammer 320 befindet, vergast wird. Asche wird kontinuierlich vom Boden der Vergasungszone durch Rotation der drehbaren Rostkomponente 602 zu den Pflügen 100 abgezogen, die sich kontinuierlich drehen und Asche durch den Ascheableitungskanal 102 abführen. Der Aschefluß wird durch Pfeile 608 in 9 angezeigt. Beim Rotieren der Rostkomponente 602 wird Schlacke zwischen den Schildplatten 84 und der Hülle 316 und zwischen den Brecherrippen 96 und 112 zerkleinert.
Typischerweise werden vom gesamten Vergasungsmittel etwa 10% unterhalb der Unterkanten der äußeren Schildplatten 84 von der Schicht oder dem Bereich 82, etwa 20% unterhalb von der Schicht oder dem Bereich 80, etwa 30% unterhalb von der Schicht oder dem Bereich 78 und etwa 40% unterhalb von der Schicht oder dem Bereich 76 in die Vergasungskammer 320 geleitet. Während der Rotation der Rostkomponente 602 stört die Fingervorrichtung 500 das Aschebett, was, wie vorstehend beschrieben, zu verbessertem Vergaserbetrieb führt.
Wie bei Rost 40 stört die Fingervorrichtung 500 beim Drehen des Rosts 600 das Aschebett und insbesondere jegliche Anhänge am Rost 600 und/oder der Hülle 316, wodurch das Brennstoffbett geöffnet wird. Homogenisierung von der Asche und der Kohle im gesamten Querschnitt des Brennstoffbetts führt zu verbesserter Dampf- und Sauerstoffverteilung, gesteigerter Vergaserstabilität infolge der Reduzierung von bevorzugten Flußpfaden und Hot Spots und führt, wie erwartet wird, auch zu einer Senkung des CO₂-Anteils im vom Vergaser erzeugten Gas. Die Verwendung der Fingervorrichtung 500 geht unerwartet das Problem thermischer Extreme in der oberen Region des Vergasers an. Es wird angenommen, daß dies durch die das Bett homogenisierende Wirkung der Fingervorrichtung 500 verursacht wird. Die günstige Wirkung der Verwendung der Fingervorrichtung 500 wird weiterhin dadurch verbessert, daß, wie vorstehend beschrieben, speziell Bereiche hohen Strömungswiderstands im Kohlebett durch Verteilung des Vergasungsmittels in diesen Bereichen angegangen werden. Auf diese Weise wird ein wesentlicher Teil des Vergasungsmittels im Gegensatz zu bekannten Vergaservorgängen jetzt näher an Hülle 316 in das Kohlebett eingespeist, um den äußeren Ring von Feinkohle in der nahen Mantelzone 404 zu durchdringen.

Claims

Festbettkohlevergaser, umfassend: eine aufrechte zylindrische Wand, die eine Kohlevergasungskammer festlegt, in welcher sich Kohle in Form eines Kohlefestbetts vergasen läßt, um Synthesegas sowie Asche in einem Aschebett unterhalb des Kohlebetts zu erzeugen; eine Kohleschleuse über der Kammer, wobei die Kohleschleuse eine zentral angeordnete Kohleentleerungsöffnung aufweist, die mit der Kohlevergasungskammer in Verbindung steht und ein verstellbares Verschlußteil zum Verschließen der Kohleentleerungsöffnung aufweist, wobei sich das Verschlußteil zwischen einer geschlossenen Stellung, in der es die Kohleentleerungsöffnung verschließt, und einer geöffneten Stellung, in der die Kohleentleerungsöffnung unbedeckt oder offen ist, verstellen läßt, so daß Kohle durch die Schwerkraft von der Kohleschleuse durch die Kohleentleerungsöffnung in die Kohlevergasungskammer gelangen kann; eine statische Kohleverteilungsvorrichtung innerhalb der Kohlevergasungskammer, wobei die statische Kohleverteilungsvorrichtung einen hohlen Kohleverteiler mit einem oberen offenen Ende im Abstand zur Kohleentleerungsöffnung aufweist, der sich abwärts nach außen gerichtet von seinem oberen Ende zu einem unteren offenen Ende desselben aufweitet, und ohne daß eine statische Kohleverteilungsvorrichtung zwischen dem oberen Ende des Kohleverteilers und der Kohleentleerungsöffnung bereitgestellt ist, abgesehen möglicherweise von dem Verschlussteil; eine Schürze, die abwärts vom Inneren des Kohleverteilers abhängt, so daß eine Gassammelzone zwischen der Schürze und dem Kohleverteiler festgelegt ist, wobei das Oberteil der Gassammelzone abgeschlossen ist, während das Bodenteil derselben in Verbindung mit der Kohlevergasungskammer steht; und mindestens einen Gasauslaß im Kohleverteiler, wobei der Gasauslaß mit der Gassammelzone in Verbindung steht, und daher ein erster Kohledurchgang zwischen dem Kohleverteiler und der zylindrischen Wand festgelegt ist, während ein zweiter Kohledurchgang entlang des Innenraums der Schürze bereitgestellt ist; einen vom Gasauslaß der Kohleverteilungsvorrichtung durch die Wand der Kohlevergasungskammer führenden Gasabzugskanal; einen Ascheableitungsauslaß, der von der Kammer auf einer niedrigen Ebene wegführt; und einen drehbaren Rost oberhalb des Ascheableitungsauslasses, wobei der drehbare Rost zumindest eine nach oben hervorstehende Finger- oder Störvorrichtung umfaßt, um das Aschebett zu stören, welches sich im Betrieb oberhalb des drehbaren Rostes und um diesen herum bildet, wenn der drehbare Rost gedreht wird.
Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Rost eine vertikale Dimension und eine radiale Richtung aufweist und um eine vertikale Achse des Ascheableitungsauslasses drehbar ist, wobei sich ein unterer Umfang des drehbaren Rosts unterhalb einer Spitze oder eines oberen Endes des drehbaren Rosts befindet, und die Fingervorrichtung von der Drehachse des drehbaren Rosts beabstandet ist.
Vergaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fingervorrichtung bis zu ungefähr derselben Höhe oder kurz unterhalb der Spitze oder des oberen Endes des drehbaren Rosts aufwärts hervorsteht.
Vergaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Rost eine sich nach oben und innen verjüngende Außenfläche aufweist, die in einem vertikalen Querschnitt gesehen versetzt oder gestuft ist und vertikal und radial versetzte Terrassen festlegt, wobei sich die Fingervorrichtung auf der untersten äußersten Terrasse befindet.
Vergaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich nach oben und innen verjüngende Außenfläche des drehbaren Rosts durch eine drehbare Rostkomponente festlegt ist, so daß der Vergaser umfaßt: die drehbare Rostkomponente in der Kohlevergasungskammer mit einem ersten ringförmigen Bereich eines Ascheableitungskanals, bereitgestellt zwischen der Wand der Vergasungskammer und der drehbaren Rostkomponente, wobei sich die Rostkomponente um die vertikale Achse des Ascheableitungskanals drehen läßt und die Rostkomponente geeignet ist, daß im Betrieb das Zerkleinern der Schlacke in dem ersten ringförmigen Bereich des Ascheableitungskanals beim Rotieren der Rostkomponente erfolgt; eine stationäre Stützkomponente an einem unteren Ende des ersten ringförmigen Bereichs des Ascheableitungskanals, wobei die stationäre Stützkomponente eine Ascheaufnahmefläche bereitstellt oder festlegt; und zumindest einen Hauptschaber, der geeignet ist, um beim Rotieren der Rostkomponente Asche auf der Ascheaufnahmefläche der Stützkomponente nach Innen oder nach Außen entlang eines zweiten Bereichs des Ascheableitungskanals zu drängen, wobei der Ascheableitungskanal an einen Boden der Vergasungskammer angrenzt.
Vergaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Rost vier ihn umgebende Vergasungsmittelauslässe umfaßt, die vertikal und radial beabstandet sind und von einem höchsten, radial innersten bis zu einem niedrigsten, radial äußersten Vergasungsmittelauslaß reichen und einen zweithöchsten und einen dritthöchsten Auslaß umfassen.
Vergaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasungsmittelauslässe so dimensioniert sind, daß Vergasungsmittel bei einem gemeinsamen Versorgungsdruck entsprechend den folgenden Anteilen abgegeben wird: unterster, radial äußerster: 30% bis 50% dritthöchster: 20% bis 40% zweithöchster: 10% bis 30% höchster, radial innerster: 5% bis 15%
Verfahren zum Betreiben eines Festbettkohlevergasers nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren umfaßt: Beschicken der Kohlevergasungskammer mit Kohle durch die Kohleschleuse und Verteilen der Kohle im Inneren der Kohlevergasungskammer mittels besagter Kohleverteilungsvorrichtung, um ein festes Kohlebett auszubilden; Beschicken der Vergasungskammer mit einem Vergasungsmittel; Vergasen der Kohle in der Vergasungskammer, um Synthesegas sowie Asche in einem Aschebett unterhalb des Kohlebetts zu erzeugen; und Drehen des drehbaren Rosts, um Asche durch den Ascheableitungsauslaß zu entfernen und um das Aschebett mit Hilfe von zumindest einer Finger- oder Störvorrichtung zu stören.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Rost eine Rostkomponente umfaßt, welche eine in einem vertikalen Querschnitt gesehen versetzte oder gestufte Außenfläche aufweist, wobei ein peripherer Vergasungsmittelauslaß an zumindest einigen Stufen oder Schichten bereitgestellt wird, und die Vergasungsmittelauslässe vertikal und radial beabstandet sind; wobei das Verfahren weiterhin umfaßt, daß Vergasungsmittel durch die peripheren Vergasungsmittelauslässe einschließlich eines unteren, radial äußersten Vergasungsmittelauslasses am Boden der radial äußersten Stufe oder Schicht, in die Vergasungskammer eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergasungsmittel im Verhältnis zur radialen Position eines Vergasungsmittelauslasses eingespeist wird, so daß der radial äußerste Vergasungsmittelauslaß das meiste Vergasungsmittel und ein radial innerster Vergasungsmittelauslaß das wenigste Vergasungsmittel einspeist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Rost vier periphere Vergasungsmittelauslässe umfaßt, die vertikal und radial beabstandet sind und sich von einem höchsten, radial innersten zu einem niedrigsten, radial äußersten Vergasungsmittelauslaß erstrecken und einen zweithöchsten und einen dritthöchsten Auslaß umfassen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergasungsmittel durch die Auslässe entsprechend den folgenden Anteilen eingespeist wird: unterster, radial äußerster: 30% bis 50% dritthöchster: 20% bis 40% zweithöchster: 10% bis 30% höchster, radial innerster: 5% bis 15%