DE2617897A1

DE2617897A1 - Verfahren und vorrichtung zur vergasung von gemahlener kohle in einem zyklon

Info

Publication number: DE2617897A1
Application number: DE19762617897
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Ing Noack; Helmut Dipl Ing Wiehn; Rudolf Dipl Ing Willach
Original assignee: Deutsche Babcock AG
Current assignee: Deutsche Babcock AG
Priority date: 1976-04-23
Filing date: 1976-04-23
Publication date: 1977-11-03
Also published as: DE2617897C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von gemahlener
Kohle in einem Zyklon Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine dazugehörende Vorrichtung zur Vergasung von gemahlener Kohle in einem Zyklon, dessen mit einer feuerfesten Verkleidung versehene Wand durch Rohre gekühlt und dem eine Vorbrennkammer zur Vorvergasung der Kohle vorgeschaltet ist, von der aus das vorvergaste Gemisch tangential in den Zyklon eingeblasen wird.
Eine bekannte Vorrichtung der genannten Art ist so eingerichtet, daß sie nur mit Normaldruck betrieben werden kann. Die Vergasung unter einem erhöhten Druck ist bei einem Verfahren bekannt, bei dem die zu vergasende Kohle und das Vergasungsmittel im Gegenstrom geführt werden. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß die Kohle von dem abziehenden heißen Rohgas vorgewärmt und vergast werden kann, so daß ein hoher Prozentsatz der erzeugten Wärme für den Vergasungsprozeß zu nutzen ist. Dafür muß aber der Nachteil einer geringen spezifischen Leistung in Kauf genommen werden. Außerdem kann nur stückige Kohle verwendet werden.
Diese Nachteile werden vermieden, wenn die Vergasung im Gleichstrom von Kohle und Vergasungsmittel durchgeführt wird. Hierbei bringt man Kohle und Sauerstoff in einem Brenner zur Reaktion und läßt die Reaktionspartner in einer Kammer ausreagieren. Da bei der Gleichstromvergasung die Kohle im Schwebezustand gehalten werden muß, können nur feinkörnige Kohlefraktionen verwendet werden. Der Zwang zur Verwendung von feinkörniger Kohle bringt einen hohen Staubanteil im Rohgas mit sich, der durch einen hohen technischen Aufwand getrennt werden muß. Es sind zwar Vorschläge bekannt geworden, auch die Vergasung unter Gleichstromführung unter einem erhöhten Druck durchzuführen, jedoch wurden alle bisher betriebenen Anlagen dieser Art nur auf Normaldruck ausgelegt.
Die Erfindung geht daher wieder auf das eingangs genannte Verfahren zurück, das einen Zyklon mit Vorbrennkammer zur Vergasung von Kohle verwendet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren im Sinne einer Leistungssteigerung und einer Verfahrensverbesserung weiter zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vergasung im Zyklon und in der Vorbrennkammer unter einem Überdruck von 20 - 35 atü vorgenommen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich gegenüber dem bekannten Verfahren auf Grund der Anwendung eines erhöhten Druckes durch eine höhere spezifische Leistung aus. Der Zyklon wirkt gleichzeitig als Nachbrennkammer und Abscheider.
Durch die Zentrifugalkräfte erhalten die Kohleteilchen im Zyklon große Geschwindigkeitskomponenten relativ zur Gasströmung, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit nochmals vergrößert und die Kohle vollständig vergast wird. Die Ascheteilchen werden durch die Zentrifugalbeschleunigung ausgeschleudert und in den Schlackeschmelzfluß auf den Wänden eingebunden. Es sind Primäreinbindungen von 80 bis 9o % zu erreichen. Der Schlackeschmelzfluß schützt außerdem die feuerfeste Wand vor Erosion, so daß huhe Temperaturen von 1 500 -17ovo0 C eingestellt werden können.
Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zyklon und die Vorbrennkammer von einem druckfesten, auf den Vergasungsdruck von 20 - 30 atü ausgelegten Mantel umgeben sind. Dabei ist es zweckmäßig, daß die mit einer feuerfesten Verkleidung versehene und durch Rohre gekühlte Wand der Vorbrennkammer venturiartig eingezogen ist und daß das kohle- und trägergasführende Rohr innerhalb der Vorbrennkammer von im Luft- oder Sauerstoffstrom liegenden Dralleinbauten umgeben ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Reaktionspartner in der Vorbrennkammer intensiv verwirbelt werden.
Infolge der so erzeugten Turbulenz in der Vorbrennkammer sowie im nachgeschalteten Zyklon und durch eine Zentralbeschleunigung der Kohleteilchen entstehen große Relativgeschwindigkeiten zwischen Kohle und Gas und damit hohe Stoff- und Wärmeübergangszahlen. Der Wärmeübergang wird durch die starke Wärmestrahlung der geschmolzenen Schlacke auf den Wänden noch erheblich gesteigert. Da die Kohle feingemahlen eingeblasen wird, sind alle Voraussetzungen für größte Reaktionsgeschwindigkeiten gegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Vergasungseinrichtung gemäß der Erfindung im Längsschnitt Figur 2 den Schnitt II-II nach Figur 1 und Figur 3 eine Vergasungseinrichtung mit Abhitzekessel.
Die Vergasungseinrichtung besteht aus einem Zyklon 1 mit im dargestellten Fall zwei voriesc,h,alt,etwn Vorbrennkammern 2.Der Zyklon 1 und die Vorbrennkammer 2 sind jeweils von einem druckfesten Mantel 3, 4 umgehen, der auf dem Vergasungsdruck ausgelegt ist.
Innerhalb des Mantels 3, 4 sind Rohre gewickelt, die von Wasser im Zwangslauf durchströmt werden. Auf der dem Inneren des Zyklons 1 und der Vorbrennkammer 2 zugewandten Seite sind die Rohre 5 bestiftet und mit einer feuerfesten Masse 6 bestampft.
Die feingemahlene Kohle wird über eine Druckschleuse mit Hilfe eines Trägergases z. B. Stickstoff der Vorbrennkammer 2 zugeführt und durch ein oder mehrere innerhalb der Vorbrennkammer 2 angeordnete Kohlezuführungsrohre 7 eingeblasen.
Das Vergasungsmittel wie Sauerstoff, Luft und/oder Wasserdampf wird um das Kohlezuführungsrohr 7 eingeblasen.
Trägergas und Vergasungsmittel werden dabei so hoch verdichtet, daß die Vergasung unter einem Druck von 20 - 35 atü durchgeführt werden kann.
In dem Luft- oder Sauerstoffweg sind Dralleinbauten 8 angeordnet und auf dem Kohlezuführungsrohr 7 befestigt. Hinter der Mündung des Kohlezuführungsrohres 7 ist die Innenwand der Vorbrennkammer 2 venturiartig eingeschnürt. Auf diese Weise wird eine intensive Verwirbelung von Kohle und Vergasungsmittel erreicht. Hinter der Einschnürung 9 sind in der Wand der Vorbrennkammer 2 Düsen 1o vorgesehen, durch die bei Bedarf zusätzlich Wasserdampf eingeblasen wird.
Das die Vorbrennkammer 2 verlassende Gas-Kohle-Gemisch tritt tangential in den Zyklon 1 ein. Der Zyklon 1 entspricht in seinem geometrischen Aufbau einem Feuerungszyklon bekannter Bauart. Durch die in einem solchen Zyklon der Gasströmung aufgezwungene Rotationsbewegung werden die Kohleteilchen relativ zum Gas beschleunigt und an die Innenwand des Zyklons 1 geschleudert. Das Gas-Kohle-Gemisch kann daher im Zyklon 1 weitgehend ausreagieren.
Die bei den im Zyklon 1 herrschenden Temperaturen von 1500 bis 17ovo0 C flüssig anfallende Asche wird in den Schlackeschmelzfluß an der Wand eingebunden und durch den Schlackeausfluß 11 im Boden des Zyklon 1 abgeführt. Die Schlacke wird mittels Wasser granuliert und wechselweise in zwei mit Druck beaufschlagte Behälter 12 gesammelt und abgefülirt.
In der Längsachse des Zylons 1 ist ein mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff betriebener Zündbrenner 13 angeordnet.
Das Rohgas verläßt den Zyklon 1 durch die öffnung 14 im Zyklonkragen.
Vor seiner Weiterbehandlung muß das Rohgas gekühlt und gereinigt werden. Dazu wird das Rohgas einem Abhitzekessel 15 zugeführt. Der Abhitzekessel 15 ist von einem druckfesten Mantel 16 umgeben und enthält einen Strahlungsteil 17 und Berührungsheizflächen, von denen zwei als Verdampfer 18 und eine als Speisewasservorwärmer 19 ausgebildet sind. Der Abhitzekessel 15 kann zur Erzeugung von Hochdruckdampf dienen. Anschließend wird das Rohgas in einem Waschkühler gereinigt.
Einem Abhitzekessel 15 sind beispielsweise 4 Zyklone 1 zugeordnet. Diese Zyklone 1 sind in einer Ebene jeweils um 900 gegeneinander versetzt angeordnet.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Vergasung von gemahlener Kohle in einem Zyklon, dessen mit einer feuerfesten Verkleidung versehene Wand durch Rohre gekühlt und dem eine Vorbrennkammer zur Vorvergasung der Rohle vorgeschaltet ist, von der aus das vorvergaste Gemisch tangential in den Zyklon eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasung im Zyklon und in der Vorbrennkammer unter einem Überdruck von 20 - 35 atü vorgenommen wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklon (1) und die Vorbrennkammer (2) von einem druckfesten, auf den Vergasungsdruck von 20 - 35 atü ausgelegten Mantel (3, 4) umgeben sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer feuerfesten Verkleidung (6) versehene und durch Rohre (5) gekühlte Wand der Vorbrennkammer (2) venturiartig eingezogen sind.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kohle- und trägergasführende Rohr (7) innerhalb der Vorbrennkammer (2) von im Luft-oder Sauerstoffstrom liegenden Dralleinbauten (8) umgeben ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zykon (1) ein druckgefeuerter Abhitzekessel (15) zur Erzeugung von Hochdruckdampf nachgeschaltet ist.