DE2743549A1

DE2743549A1 - Kohlevergaser und verfahren zu seinem betrieb

Info

Publication number: DE2743549A1
Application number: DE19772743549
Authority: DE
Inventors: David Frank Eales
Original assignee: British Gas Corp
Current assignee: British Gas PLC
Priority date: 1977-09-28
Filing date: 1977-09-28
Publication date: 1979-03-29
Also published as: DE2743549C3; DE2743549B2

Description

Kohlevergaser und Verfahren
zu seinem Betrieb Die Erfindung bezieht sich auf Kohlevergasungsanlagen und insbesondere auf eine Brenner- und Löschkammeranordnung für die Verwendung bei einem Verschlackungs-Kohlevergaser derjenigen Bauart, bei welcher Kohle oder ein anderer kohlenstoffhaltiger Brennstoff in den oberen Teil eines säulenartigen Vergasungskessels eingeführt und unter hohem Druck und hoher Temperatur mittels Sauerstoff und Dampf, die nahe dem Brennstoffbett über Blasdüsen eingegeben werden, vergast wird. Die Restasche sammelt sich als Schlacken- und Eisenschmelze im Feuerraum des Vergaserkessels, aus welchem sie periodisch nach unten durch einen Schlackenauslaß bzw. eine Schlackenabstichöffnung im Feuerraum in Wasser abgelassen wird, das in einer Löschkammer enthalten ist (allgemein bekannt als Schlackenabstich). Gewöhnlich wird das Schlacken- und Eisenschmelzbad dadurch im Feuerraum gehalten, daß heiße Verbrennungsprodukte von einem unterhalb der Schlackenabstichöffnung angeordneten Brenner durch die Abstichöffnung nach oben gerichtet werden, um Schlacke und Eisen im Feuerraum zurückzuhalten, wobei der Abstich der Schlacken-und Eisenschmelze dadurch eingeleitet und gesteuert wird, daB der Brennerausgang gestoppt oder reduziert und der Druck in der Löschkammer durch kontrolliertes Entlüften zur Atmosphäre über ein Entlüftungssystem reduziert wird, um eine Druckdifferenz zwischen der Löschkammer und dem Vergaserkessel zu erzeugen.
Beispiele derartiger Schlackenvergaseranlagen sind in der GB-PS 977 122 sowie in den Gas Council Research Communications Nummer GC 50 und GC 112 beschrieben.
Einige Ausführungsformen von Schlackenabstichbrennern,die zur Verwendung in derartigen Vergasern gebaut sind, sind vom Tangentialdüsen-Mischtyp, d.h. von der Bauart, bei welcher brennbare Produkte separat dem Brenner zugeführt und außerhalb der Brennerteile gemischt werden, um eine stabile Flamme zu erzeugen.
Schwierigkeiten traten in den oberen Bereichen der Löschkammer oberhalb des Wasserspiegels bei Verwendung dieser Ausführungsformen von Brennern insofern auf, als diese die Tendenz zeigten,einen Teil der Flamme in den Bereich oberhalb des Wasserspiegels nach unten zu richten, wodurch eine Überhitzung der Löschkammerwandung und anderer Bereiche in der oberen Kammer verursacht wurde.
Eine weitere Schwierigkeit bei solchen Brennern besteht darin, daB die Verbrennungsprodukte vom Brenner, die oberhalb des Wasserspiegels zirkulieren, bevor sie durch das Schlackenabstichloch hindurchgelangen, das Bestreben haben, die Produkte zu kühlen und daher beim Durchtritt durch das Loch die geschmolzene Schlacke zu kühlen und feste Schlacke innerhalb des Abstichloches zu bilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Löschkammer- und Brenneranordnung zu schaffen, die den oben erwähnten Schwierigkeiten weniger ausgesetzt ist.
Dies wird bei einem Verschlackungs-Kohlevergaser der oben genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daB eine Sekunda"rzufuhr von die Verbrennung unterstützendem Gas, das mindestens einen Teil des für die Verbrennung am Brenner benötigten Sauerstoffs enthält, von einer Stelle innerhalb der Kammer und oberhalb des darin enthaltenen Wasserspiegels sowie entfernt vom Brenner vorgesehen ist, wodurch der Strömungsweg des die Verbrennung unterstützenden Gases so eingerichtet wird, daß es in einem Raum in der Löschkammer zwischen dem Schlackenabstichloch und dem Wasserspiegel zirkuliert und eine Gasschicht zwischen den Wänden der Kammer und den Verbrennungsprodukten vom Brenner her bildet, und wodurch außerdem die Aufwärtsströmunig des die Verbrennung unterstützenden Gases in Richtung auf das Schlackenabstichloch die Abwärtsströmung der Verbrennungsprodukte des Brenners einschränkt und die Löschkammerwandung kühlt.
Es ist ein Vorteil, den Brenner dadurch betreiben zu können, daß das die Verbrennung unterstützende Gas entfernt vom Brenner zugeführt wird, wobei vorzugsweise das die Verbrennung unterstützende Gas zwischen 10 und 90 % des für die Verbrennung am Brenner benötigten Sauerstoffs enthält.
Es ist möglich, den Brenner mit einem die Verbrennung unterstützenden Gas zu betreiben, welches ein Gemisch aus Kohlendioxid und Sauerstoff oder Luft ist, und das Gas wird mit etwa Raumtemperatur zugeführt.
Vorzugsweise enthält ein Gerät zur Ausführung dieser Betriebsweise einen Brenner in der Nähe der Unterseite der Schlackenabstichöffnung innerhalb der Löschkammer sowie eine Einrichtung zum Zuführen des die Verbrennung unterstützenden Gases zum Brenner in einem Strömungsweg, der in dem Raum in der Kammer zirkuliert, wobei diese Einrichtung innerhalb der Kammer oberhalb des Wasserspiegels und entfernt vom Brenner angeordnet ist.
Es ist ein Vorteil für das die Verbrennung unterstützende Gas, wenn es die gesamte Länge des Raumes zwischen dem Wasserspiegel und dem Schlackenabstichloch zurücklegt, und daher wird vorzugsweise das die Verbrennung unterstützende Gas von Stellen in der Nähe der Wandung der Kammer und unmittelbar oberhalb des Wasserspiegels zugeführt.
Vorzugsweise wird das die Verbrennung unterstützende Gas von einer Zuführeinrichtung zugeführt, die ein rohrförmiger Ring ist, welcher mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungßn versehen ist, die in gleichmäßigen Abständen um dessen Oberfläche herum angeordnet sind.
Auch ist vorzugsweise der rohrförmige Ring innerhalb der Kammer und in der Nähe der Wand derselben sowie oberhalb des Wasserspiegels angeordnet.
Während des Schlackenabstichs ist es erwünscht, daß der Ring nicht von herabfallender Schlacke getroffen wird, und daher ist der Ring gegen herabfallende Schlacke während des Abstichs abgeschirmt.
Vorzugsweise ist der Brenner ein Ringdüsen-Mischbrenner.
Der Brenner weist vorteilhaft separate Kammern für ein Brenngas und für eine Primärluftzufuhr auf, wobei jede Kammer mindestens einen EinlaB und eine Vielzahl von AuslaBöffnungen aufweist, die um den Innenumfang des Ringes herum angeordnet sind.
Weiterhin ist in vorteilhafter Weise der Innenumfang des Ringbrenners mit schräg verlaufenden Wänden versehen, in welchen sich die Öffnungen befinden, und die Anordnung ist so getroffen, daß bei Gebrauch des Brenners das Brenngas und die Auslaßzufuhr konvergierende Ströme von Brenngas und Primärluftzufuhr in-dem durch den Ring gebildeten Raum heryorrufen.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigen Fig. 1 in einem allgemeinen Längsschnitt einen Teil eines Schlackenvergasers, Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt des oberen Bereiches einer Löschkammer, die Fign. 3 und 4 Flußdiagramme der Strömungsmuster von zirkulierenden Gasen im oberen Teil der Löschkammer und Fig. 5 eine Seitenansicht des Brenners im Schnitt.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist ein Vergaser eine feuerfest ausgekleidete, unter Druck gesetzte Vergasungskammer 1 auf, in die Kohle von oben eingefüllt wird. Sauerstoff und Dampf werden in die Kammer 1 über Blasdüsen 2 eingebracht, um die Vergasung der Kohle zu begünstigen. Bei Gebrauch des Vergasers sammelt sich ein Schmelzbad von geschmolzener Schlacke in einem abgeschrägten Feuerraum 3 und wird periodicch über einen Abstichauslaß oder ein Abstichloch 4 in einen Wasservorrat 5 abgelassen, der in einer Löschkammer 6 enthalten ist, wo die Schlacke gelöscht wird, bevor sie zu einem Fülltrichter (nicht dargestellt) in Form einer dichten kleinkörnigen Fritte befördert wird. Die Löschkammer 6 ist am unteren Ende der Vergasungskammer 1 über einen Abstandsbauteil oder Einsatzflansch 7 befestigt.
Wie auch aus den Fign. 2 und 5 hervorgeht, ist ein Metallrohr 8 am Flansch 7 befestigt, erstreckt sich von diesem nach oben und ist am oberen Ende an einem ringförmigen Metallblock 9 befestigt, der einen ringförmigen Brenner 10 konzentrisch unterhalb des Schlackenabstichloches 4 trägt.
Vorzugsweise ist der Brenner (der nachfolgend noch beschrieben wird) vom Düsenmischringty und besteht allgemein aus einem Gasring 11 mit Gasauslässen 12 und einem Luftring 13 mit Luftauslässen 14. Der Brenner wird von einem Metallring 19 gehalten, der einen Flansch 20 enthält. Der Flansch 20 (und daher auch der Ring 19) ist am Metallblock 9 durch Schrauben 21 lösbar befestigt.
Bei Gebrauch des Vergasers werden sekundäre, die Verbrennung unterstützende Gase oder Gasgemische dem Brenner 10 von einem rohrförmigen Ring 15 mit Auslaßöffnunge 16 an entsprechenden gleichmäßig beabstandeten Stellen um den Ring herum zugeführt. Der Strömungsweg dieser Gase verläuft aufwärts in Richtung zum Brenner 10 und erzeugt Strömungswege, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind. Die Gase oder Gasgemische zirkulieren um den oberen Teil der Löschkammer 14 und im Bereich 18, welcher der durch den Einsatzflansch 7 und das Metallrohr 8 gebildete Bereich ist.
Vorher traten Schwierigkeiten bei Vergasern insofern auf, als ein Teil der Verbrennungsprodukte vom Schlackenabstichbrenner her sich in die Bereiche 17 und 18 bewegten und eine Überhitzung der die Bereiche umgebenden Wandung verursachte.
Diese Abwärtsströmung eines Teils der Verbrennungsprodukte des Brenners sind in Fig. 3 dargestellt. Erfindungsgemäß hat die Aufwärtsströmung der Gase und Gasgemische vom rohrförmigen Ring 15 her das Bestreben, die Abwärtsströmung der Verbrennungsprodukte vom Brenner her zu hindern und auf diese Weise weitgehend jegliche Erhitzung der die Bereiche 17 und 18 umgebenden Wandung zu vermeiden. Außerdem haben die vom rohrfnrmigen Ring 15 her strömenden Gase einen Kühleffekt auf diese Wandung.
Eine bevorzugte Ausführungsform des vorerwähnten Schlackenabstichbrenners 10 ist in Fig. 5 dargestellt und weist einen Körper 22 mit ringförmigen Gas- und Luftkanälen 23 und 24 auf, die übereinander angeordnet sind und jeweils mit Gas und Luft über Einlässe 25 bzw. 26 versorgt werden. Eine innere ringförmige schräg verlaufende Wand 28 des Brennerkörpers 22 hat eine Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten Gas-und Luftauslaßöffnungen 12 und 14,die in zwei Reihen übereinander angeordnet sind, wobei jede Reihe mit dem entsprechenden Gas- oder Luftkanal 23, 24 in Verbindung steht. Beim Schlackenabstich fällt Schlacke durch die Schlackenabstichöffnung 27 hindurch und durch die Mitte des Brenners 10. In der Vergangenheit traten Schwierigkeiten auf, wenn die Schlacke den Brenner verschmutzte und ihn beschädigte. Der bevorzugte, oben beschriebene Ringbrenner hat eine schräg verlaufende Fläche 28 und meidet den Weg der geschmolzenen Schlacke, und es tritt somit keine Verschmutzung des Brenners auf.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Brenner in separaten Betriebsweisen betrieben werden kann, d. h. er kann zwischen gasreichen und sauerstoffreichen Gemischzuständen betrieben werden.
Wenn der Brenner mit einem sauerstoffarmen Gasmisch betrieben wird, findet eine Kohlenstoffbildung statt, und diese ist insofern nützlich, als die Flamme eine Kohlenstoffschicht auf der Unterseite des Schlackenabstiches erzeugen kann, um einen Schutzüberzug zu bilden, der einen Angriff auf die Unterseite durch das bei der Vergasung erzeugte Eisen verhindert.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung ist darin zu sehen, daß, wenn der Brenner in einer sauerstoffreichen Betriebsweise sich befindet, der überschüssige Sauerstoff mit dem in der Schlacke gelösten Kohlenstoff reagiert, so daß eine exothermische Reaktion erzeugt wird, die die Temperatur der geschmolzenen Produkte im Feuerraum erhöht. Dadurch wird offensichtlich die Aktivität der rückständigen Bestandteile im Vergasungsprozess erhöht.
Wenn der Brenner vor dem Schlackenabstich gedrosselt wird, ist es vorteilhaft, wenn die Primärluft, die von den Luftauslaßöffnungen 14 her zugeführt wird, reduziert wird auf eine niedrige Grenze, und wenn der Sauerstoff, der zur Aufrechterhaltung der Verbrennung am Brenner 10 erforderlich ist, durch den Zuführring 15 für das die Verbrennung unterstützende sekundäre Gas zugeführt wird. Dies geschieht deshalb, weil, wenn die Luft dem Brenner von der Primärluftzufuhr zugeführt wird, diese einen übermäBigen Aufwärtsschub durch die Schlackenöffnung hervorruft, welcher zu einer Dispersion des Schlackenstroms während des Schlackenabstichs führt.Wenn der Sauerstoff aus dem sekundären Gaszufuhrring 15 zugeführt wird, wird diese Dispersion sehr stark reduziert.
Ferner hat die Anordnung den Vorteil, daB bei einem Brenner, dem Sauerstoff durch eine primäre und eine sekundäre Zuführeinrichtung zugeführt wird, die Flamme des Brenners eine bessere Stabilität und festere Erscheinungsform aufweist.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Betrieb eines Kohlenvergasers mit Schlackenbildung, bei dem ein Brenner innerhalb einer Löschkammer in der Nähe der Unterseite der Schlackenablaßoffnung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sekundärzufuhr von die Verbrennung unterstützendem Gas, welches mindestens einen Teil des für die Verbrennung am Brenner (10) erforderlichen Sauerstoffs enthält, von einer Stelle aus vorgesehen ist, die innerhalb der Löschkammer (6) oberhalb des Pegels von darin enthaltenem Wasser entfernt vom Brenner (10) liegt, daß der Strnmungsweg des die Verbrennung unterstützenden Gases so eingerichtet wird, daß er in einem Raum (17, 18) in der Löschkammer (6) zwischen dem Schlackenablaß (4) und dem Wasserpegel zirkuliert und eine Schicht von Gas zwischen der Wand der Kammer (6) und den vom Brenner (10) ausgehenden Verbrennungsprodukten bildet, und daß die Aufwärtsströmung des die Verbrennung unterstützenden Gases in Richtung zur SchlackenablaB-öffnung (27) die Abwärtsströmung der vom Brenner (10) herrührenden Verbrennungsprodukte einschränkt und die Löschkammerwandung kühlt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daR das die Verbrennung unterstützende Gas zwischen 10 und 90 % des für die Verbrennung am Brenner (10) benötigten Sauerstoffs enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Verbrennung unterstützende Gas ein Gemisch aus Kohlendioxid und Sauerstoff ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Verbrennung unterstützende Gas Luft ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Verbrennung unterstützende Gas von Stellen in der Nähe der Wandung der Löschkammer (6) und unmittelbar oberhalb des darin befindlichen Wasserpegels zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Verbrennung unterstützende Gas mit etwa Raumtemperatur zugeführt wird.
7. Kohlevergaser mit Schlackenbildung, bestehend aus einem säulenartigen Kessel, aus einer Einrichtung zum Einbringen von Kohle oder einem anderen kohlenstoffhaltigen Brennstoff in den oberen Teil des Kessels, aus einer Blasdüseneinrichtung zum Einbringen von Sauerstoff und Dampf in den Kessel zur Vergasung des darin befindlichen Brennstoffs, aus einem Feuer- oder Schmelzraum zum Sammeln von Schlacken- und Eisenschmelze, die während der Vergasung des Brennstoffs gebildet wird, wobei der Schmelzraum eine Schlackenabstichöffnung zum periodischen Ablassen von Schlacke nach unten aufweist, aus einer Löschkammer, die unterhalb der Schlackenabstichöffnung zum Löschen der durch diese abgelassenen Schlacke angeordnet ist, wobei die Löschkammer eine Masse von Löschflüssigkeit aufnimmt, aus einem innerhalb der Löschkammer angeordneten Brenner, der heiße Verbrennungsprodukte auf die Unterseite der Schlackenabstichöffnung richtet, um Schlacke und Eisen in der Schmelzkammer zu halten, sowie aus einer Einrichtung zum Einleiten des Abstichs der geschmolzenen Schlacke mit Mitteln zum Abstellen oder Reduzieren des Brennerausgangs und Mitteln zur Reduzierung des Drucks in der Löschkammer relativ zu demjenigen im Vergaserkessel,gekennzeichnet durch eine Einrichtung (15) zum Zuführen eines sekundären, die Verbrennung unterstützenden und mindestens einen Teil des für die Verbrennung am Brenner in der Löschkammer (6) benötigten Sauerstoffs enthaltenden Gases von einer Stelle innerhalb der Löschkammer (6) oberhalb des Spiegels einer darin befindlichen Löschflüssigkeit (5) und entfernt vom Brenner in der Löschkammer (6).
8. Kohlevergaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (15) die Form eines Rohrringes aufweist, der mit einer Vielzahl von auf dessen Oberfläche gleichmäßig verteilten Austrittslöchern (16) versehen ist.
9. Kohlevergaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (15) in der Nähe der Wand der Kammer (6) zum unteren Teil des Raumes (17) hin angeordnet ist, der sich unmittelbar oberhalb des darin befindlichen Wasserspiegels befindet.
10. Kohlevergaser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrring während des Abstichs beim Betrieb des Vergasers gegen herabfallende Schlacke abgeschirmt ist.
11. Kohlevergaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (10) ein Düsenmischringbrenner ist.
12. Kohlevergaser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (10) separate Kammern (23, 24) für ein Brenngas und für eine primäre Luftzufuhr aufweist, wobei jede Kammer (23, 24) zumindest einen Einlaß (25, 26) und eine Vielzahl von Auslaßöffnungen (12, 14) aufweist, die um den Innenumfang des Ringes herum angeordnet sind.
13. Kohlevergaser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenumfang des Ringes mit schräg verlaufenden Wänden (28) versehen ist, durch welche die Öffnungen (12, 14) hindurch verlaufen, die so angeordnet sind, daß sie Verbrennungsströme von Brenngas und Primärluftzufuhr in dem im Ring gebildeten Raum bilden.
14. Betrieb eines Kohlevergasern mit Verschlackung nach Anspruch 1, der einen Brenner in der Nähe der Unterseite der SchlackenablaBöffnung innerhalb der Löschkammer enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (15) für die Sekundärzufuhr von die Verbrennung unterstützendem Gas zum Brenner (10) in einem Strömungsweg liegt, der im Raum (17, 18) in der Kammer (6) zirkuliert, wobei die Einrichtung (15) für das die Verbrennung unterstützende Gas innerhalb der Kammer oberhalb des Wasserspiegels und entfernt vom Brenner (10) angeordnet ist, daß die Zufuhreinrichtung (15) in Form eines Rohrringes ausgebildet ist, der mit einer Vielzahl von auf dessen Oberfläche gleichmäßig verteilten Austrittsöffnungen (16) versehen ist, daß der Brenner (10) ein Oüsenmischringbrenner mit einem ringförmigen Körper (22) ist, der separate Brenngas- und Primärluft-Kammern (23, 24) aufweist, wobei jede Kammer mindestens einen Einlaß (25, 26) zum Zuführen von Brenngas bzw. Primärluft aufweist, wobei eine Vielzahl von Aus laßöffnungen (12, 14) in der Innenumfangswand des Brennerkörpers angeordnet ist und mit entsprechenden Kammern in Verbindung steht, und wobei durch die oeffnungen (12, 14) Ströme von Brenngas und Primärluft in dem durch den ringförmigen Körper (22) gebildeten.zentralen Raum verlaufen, und daß die Innenwand (28) nach unten und außen vom oberen Ende des Körpers (22) weg schräg verläuft.