DE2537948C2

DE2537948C2 - Vorrichtung zur Vergasung von Kohlenstoff enthaltenden Brennstoffstaub

Info

Publication number: DE2537948C2
Application number: DE2537948A
Authority: DE
Inventors: Gernot Amsterdam Staudinger
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1974-08-28
Filing date: 1975-08-26
Publication date: 1985-10-03
Also published as: DD119608A5; AU8426975A; JPS5176302A; DE2537948A1; FR2283208A1; ZA755442B; NL7411433A; PL96944B1; SU607554A3; IT1041932B; IN142680B; CA1069305A; NL175531B; FR2283208B1; NL175531C; GB1517765A; BE832561A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergasung von Kohlenstoff enthaltendem Brennstoffstaub mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf enthaltenden Gas, mit einem senkrecht angeordneten Reaktor, mit einer Auslaßöffnung für das Produktgas; wobei der Reaktor unten mit einer Verengung versehen ist, unter welcher sich eine Kammer befindet, die mit zentral in ihr angeordneten, vor der Verengung mündenden koaxialen Rohren für die Vergasungsmittel, mit einer Wassereinlaßöffnung für ein Wasserbad und mit einer Auslaßöffnung für feste Schlacketeilchen versehen sind.

Der Brennstoffstaub kann beispielsweise aus Antrazit, Steinkohle, Braunkohle, Lignit, Ruß und Koks gebildet sein.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 19 53 312) sind die koaxialen Rohre in der Kammer in mehreren getrennten Anordnungen vorgesehen, und jede einzelne Anordnung wird über einzelne Zuleitungen gespeist, die sich durch die Seitenwände der Kammer erstrecken. Im unteren Bereich der bekannten Vorrichtung ist eine gewisse Menge Wasser enthalten, in welche die aus dem Reaktor nach unten austretende Schlakke o. dgl. eintreten kann. Die Höhe des Wasserspiegels ist derart gehalten, daß weder die Zuleitungen noch die koaxiale Rohranordnung selbst benetzt werden. Bei der bekannten Vorrichtung sind die Zuleitungen für jede einzelne koaxiale Rohranordnung durch beide Seitenwände der Kammer hindurchgeführt, wodurch sich u. a. eine Schwächung der Kammerwände ergibt. Für die Anordnung aus koaxialen Rohren ist eine Kühlung nicht vorgesehen, so daß eine Überhitzung auftreten kann. Der den Kohlenstoff enthaltende Brennstoffstaub wird im Bereich des oberen Endes des Reaktorraumes in diesen eingeführt, und zwar unter Verwendung eines Schneckenförderers und eines Stromes aus Luft oder aus Produktgas. Das Produktgas wird auf der gegenüberliegenden Seite abgezogen.

Aufgabe der Erfindung isi es* eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu gestalten, daß die Gesamtausführung der koaxialen Rohre vereinfacht und gleichzeitig ausreichende Kühlung geschaffen ist, so daß die Vorrichtung auch bei hohen Drücken sicher betrieben werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die koaxialen Rohre sich durch den Boden der Kammer und die freie Oberfläche des in der Kammer befindliches Wasserbades hindurcherstrecken, und das innere Rohr die Zuleitung für ein Brennstoffstaub-Vergasungsmittel-Gemisch ist.

Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die Zuleitungen für das brennbare Gas, den Sauerstoff usw. bereits außerhalb der Kammer mit der aus koaxialen konzentrischen Rohren bestehenden Anordnung verbunden, so daß für jede Rohranordnung lediglich eine einzige öffnung im Boden der Kammer vorgesehen sein muß. Da weiterhin im Inneren der Kammer die Rohranordnungen weitgehend von dem in der Kammer enthaltenen Wasser umspült sind, ist in jedem Fall eine ausreichende Kühlung gewährleistet Weiterhin dient das innere Rohr jeder koaxialen oder konzentrischen Rohranordnung als Zuleitung für das Gemisch aus Brennstoffstaub und Vergasungsmittel. Zufolge der guten Kühlung im Bereich der koaxialen Rohre kann als Vergasungsmittel Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas gefahrlos verwendet werden und gleichzeitig kann der Reaktor auch bei hohen Drücken sicher betrieben werden, da keine Gefahr für das Auslecken von Gas aus dem Reaktor besteht.

Wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, liegen die Flammen- und die Reaktionszone vollständig innerhalb des Reaktors. Das aus den koaxialen Rohren austretende Gemisch aus Kohlenstaub und Gas bewegt sich in Form eines Strahles durch die Mitte der Verengung nach oben und zündet unmittelbar nach seinem Eintritt in den Reaktor. Im Reaktor wird Heißgas rezirkuliert, das zu Flammenstabilisierung führt. Die im ganzen Reaktor herrschende Temperatur ist so hoch, daß sich die Asche in flüssigem Zustand befindet und entlang den Reaktorwänden in Form flüssiger Schlacke herabströmt. Die Rezirkulation der Gase fördert das Herabströmen der Schlacke. Wichtig ist, daß der Reaktorbeden und die Wandung der Verengung eine sehr hohe Temperatur aufweisen. Dies wird durch die Rezirkulation von Gas bewirkt, das immer noch das Bestreben hat, durch die Verengung nach unten zu strömen und dann durch den vorerwähnten Strahl in entgegengesetzter Richtung mitgerissen wird. Überdies wird durch die von den Flammen ausgehende Wärmestrahlung Wärme an die Verengung abgegeben. An dieser kritischen Stelle des Reaktors, an der sich ansonsten die Schlacke ansammeln würde, bleibt dieselbe aufgrund der hohen Temperatur in flüssigem Zustand. Die flüssige Schlacke fällt von der Kante der Verengung nach unten und erreicht das in der Kammer befindliche Wasser. Die Schlacke erstarrt dann und kann die Kammer durch einen geeigneten Auslaß z. B. eine Druckschleuse, verlassen. Die freigegebene Wärme verwandelt Wasser in Dampf, der mit dem Strahl in den Reaktor mitgerissen wird. Bei Vergasung unter Hinzufügung von Dampf, der durch die Anordnung der Rohre zugeführt werden kann, ist dieser Dampfmenge Rechnung zu tragen. Der Druck in der Kammer ist gleich dem im Reaktor herrschenden

Druck, so daß der gebildete Dampf sofort verwendet werden kann. Die Vorrichtung ist für die Vergasung bei jedem gewünschten Druck geeignet Die Anordnung von Rohren für die Zufuhr von Kohlenstaub und Sauerstoff (oder Luft) wird durch das umgebende Wasser beträchtlich gekühlt Dies ist eine elegante Lösung für das häufig auftretende Problem der Überhitzung der aus Metall bestehenden Zufuhrrohre infolge der Flammenstrahlung. Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung würde sich dieses Problem besonders bemerkbar machen, da der Durchmesser der Verengung nicht zu klein gewählt wird, um den Austritt von Schlacke zu erleichtern. Der Durchmesser der Verengung ist vorzugsweise drei- bis zehnmal so groß wie der Durchmesser des Außenrohres der Anordnung der Rohre.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen schrägen Boden aufweist an dessen niedrigstem Punkt sich der Schlacken-Auslaß befindet Dies führ*, zu einem besseren Herabgleiten der festen Schlackenteilchen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in den Seitenwänden der Kammer um die Verengung herum in gleichmäßigen Abständen Einlaßöffnungen für Sauerstoff angeordnet sind. Durch diese Einlaßöffnungen kann beispielsweise 5% der gesamten Sauerstoffmenge dem Reaktor zugeführt werden. Die geringe Menge des obenerwähnten rezirkulierten Gases, die durch die Verengung herabströmt, wird durch diesen Sauerstoff gezündet, was dazu beiträgt, die Wandung der Verengung auf der gewünschten hohen Temperatur zu halten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer im Querschnitt runden Verengung; und

F i g. 2 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (mit einer im Querschnitt langgestreckten Verengung).

F i g. 1 zeigt eine zwischen einem Reaktor 2 und einem Zufuhrbereich 3 vorgesehene Verengung 1. Eine Kammer 4 ist mit einer Anordnung von Rohren 5 versehen, die aus einem Innenrohr 6 und einem koaxialen Außenrohr 7 besteht. Ein Pfeil 8 zeigt an, daß Kohlenstaub zusammen mit einem Teil des für die teilweise Verbrennung benötigten Sauerstoff durch das Innenrohr 6 zugeführt wird. Dies kann reiner Sauerstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft sein. Ein Pfeil 9 zeigt die Zufuhr von Sauerstoff und wahlweise zusatzlieh Dampf durch das Außenrohr 7 an. Das aus den Rohren 6,7 austretende Gemisch aus Kohlenstaub, Sauerstoff und wahlweise Dampf tritt in Form eines Strahls durch die Verengung 1 in den Reaktor 2 ein und zündet dort. Ein gestrichelter Pfeil 10 zeigt an, daß ein kleiner Teil des gebildeten heißen Gases den Reaktor 1 durch Rückführung verläßt und eine Stelle jenseits bzw. unterhalb der Verengung erreicht. Man kann auch Sauerstoff

11 durch am Umfang der Seitenwand verteilte Einlasse

12 zuführen und hiermit dieses Gas zünden. Durch Zufuhr von Wasser, die durch einen Pfeil 13 angedeutet ist, wird eine gewisse Wassermenge in der Kammer 4 beibehalten. Wie durch Pfeile 14 angedeutet ist, strömt flüssige Schlacke vom Rand der Verengung 1 herab und fällt in das Wasser. Erstarrte Schlacke wird am Boden 16 der Kammer 4 in Richtung eines Pfeiles 15 seitlich abgezogen. Freigegebener Dampf wird mit dem aus der Rohranordnung 5 austretenden Strahl in den Reaktor mitgerissen. In dem dargestellten Beispiel ist der Durchmesser der Verengung 1 viermal so groß wie der Durchmesser des Außenrohres 7. Der Boden 16 der Kammer 4 besteht aus einer gegenüber der Horizontalen geneigten Fläche.

in F i g. 2 ist die seitliche Wand der Verengung mit rechteckigem Querschnitt mit 17 bezeichnet d. h. der horizontale Querschnitt des Reaktors und der Kammer 4 wird langgestreckt ausgebildet sein. Ferner sind die Stirnseiten von drei Rohranordnungen 18 zu sehen. Diese sind in einer Reihe angeordnet, die bezüglich des Breitendurchmessers der Verengung zentral ist. Die Reihe erstreckt sich "jo vorzugsweise in Längsrichtung des Querschnittes der Verengung auf der halben Breite des Querschnittes der Verengung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Vergasung von Kohlenstoff enthaltendem Brennstoffstaub mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff und ggf. Wasserdampf enthaltenden Gas, mit einem senkrecht angeordneten Reaktor, mit einer Auslaßöffnung für das Produktgas, wobei der Reaktor unten mit einer Verengung versehen ist, unter welcher sich eine Kammer befindet, die mit zentral in ihr angeordneten, vor der Verengung mündenden koaxialen Rohren für die Vergasungsmittel, mit einer Wassereinlaßöffnung für ein Wasserbad und mit einer Auslaßöffnung für feste Schlakketeilchen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxialen Rohre (6, 7) sich durch den Boden (16) der Kammer (4) und die freie Oberfläche des in der Kammer (4) befindlichen Wasserbades hindurcherstrecken, und das innere Rohr (6) die Zuleitung für ein Brennstoffstaub-Vergasungsmittel-Gemisch ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (4) einen schrägen Boden (16) aufweist, an dessen niedrigstem Punkt sich der Schlackenauslaß (15) befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Seitenwänden der Kammer (4) um die Verengung (1) herum in gleichmäßigen Abständen Einlaßöffnungen (12) für Sauerstoff angeordnet sind.