DE3430210C1 - Setting device for setting an electrode contour - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gaserzeugung aus festen
Brennstoffen durch Vergasen mit einem oder mehreren üblichen Vergasungsmitteln
mittels Wirbelschicht- und Flugstaubvergasung, bei einem Druck von 1 bis 40
bar, wobei der feste Rohbrennstoff und Vergasungsmittel in die Wirbelschicht
eingebracht werden, feste Vergasungsrückstände unten aus der Wirbelschicht
ausgetragen werden und das aus der Wirbelschicht aufsteigende Produktgas den
Wirbelschichtreaktor nach Passieren eines Beruhigungs- und Nachreaktionsraumes
verläßt,
der im Produktgas enthaltene Flugstaub außerhalb des Wirbelschichtreaktors
separiert wird,
der separierte Flugstaub und Vergasungsmittel einem vom Wirbelschichtreaktor
räumlich getrennten Stauvergasungsreaktor zugeführt und dort bei Temperaturen
oberhalb des Ascheschmelzpunktes vergast wird, die dabei erzeugten Produktgase
in die Wirbelschicht zurückgeführt werden, und die Schlacke aus dem
Staubvergasungsreaktor abgeführt wird.
The present invention relates to a method for gas generation from solid fuels by gasification with one or more conventional gasification agents by means of fluidized bed and fly ash gasification, at a pressure of 1 to 40 bar, the solid raw fuel and gasification agent being introduced into the fluidized bed, solid gasification residues below the fluidized bed are discharged and the product gas rising from the fluidized bed leaves the fluidized bed reactor after passing through a calming and post-reaction space,
the flue dust contained in the product gas is separated outside the fluidized bed reactor,
the separated fly ash and gasification agent is fed to a stagnation gasification reactor spatially separated from the fluidized bed reactor and is gasified there at temperatures above the ash melting point, the product gases generated are returned to the fluidized bed, and the slag is discharged from the dust gasification reactor.
Verfahren zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen, festen Brennstoffen in Reaktoren mit integrierter Festbett-, Wirbelschicht- und Staubvergasungsstufe sind aus einer Reihe von Druckschriften bekannt. Process for the gasification of carbonaceous, solid Fuels in reactors with integrated fixed bed, The fluidized bed and dust gasification stages are from a series of Known publications.
Eine Kombination mit einer Wirbelschicht als Hauptstufe, eine darunter angeordneten Festbettstufe und einer über der Wirbelschicht angeordneten Staubvergasungsstufe in einem Reaktor wird in der DE-AS 26 40 180 beschrieben. Der eigentliche Vorteil einer solchen Kombination, nämlich der Wärmeaustausch zwischen den sehr heißen Staubvergasungsprodukten und der erheblich kälteren Wirbelschicht wird darin aber nicht erwähnt. In der Staubvergasungserzeugung wird durch Einblasen eines Gases eine Umwälzung mit einer im Inneren eines rohrförmigen Einbaues abwärts gerichteten Bewegung erzeugt. A combination with a fluidized bed as the main stage, a fixed bed stage below and one above the fluidized bed arranged dust gasification stage in a reactor is described in DE-AS 26 40 180. Of the real advantage of such a combination, namely the Heat exchange between the very hot Dust gasification products and the considerably colder fluidized bed but not mentioned therein. In the generation of dust gasification is through Injection of a gas one circulation with one inside a tubular fitting downwards directed movement generated.
Gemäß DE-OS 27 42 222 soll im Wirbelschichtreaktor an der oberen Begrenzung des Raumes oberhalb der Wirbelschicht zentral im Reaktionsraum ein Zyklon angeordnet werden, in dem die Trennung von Produktgas und Koksstaub erfolgt. Während das Gas nach oben aus dem Reaktor abgezogen wird, soll der Koksstaub nach unten durch den Zyklon in einen Injektor einlaufen, für den als Treibmittel Sauerstoff und Waserdampf benutzt wird und an den sich eine allerdings völlig unzureichende gekühlte Vergasungskammer anschließt, weshalb die für die Staubvergasung zur Verfügung stehenden Vergasungszeiten nicht ausreichen. According to DE-OS 27 42 222 is to be in the fluidized bed reactor upper limit of the space above the fluidized bed a cyclone can be arranged centrally in the reaction chamber, in where the separation of product gas and coke dust takes place. While the gas is being withdrawn from the top of the reactor, the coke dust is supposed to go down through the cyclone into a Injector running in for oxygen as propellant and steam is used and to which a however completely inadequate refrigerated Gasification chamber is connected, which is why it is used for dust gasification available gasification times sufficient.
Die DE-OS 29 25 441 beschreibt ein Verfahren, bei dem sich zwischen dem Zyklonabscheider und der Brennkammer für den Koks eine Schleuse zur Überwindung des Druckverlustes befindet und die Staubvergasungskammern schräg im Wirbelschichtreaktor angeordnet sind. Durch die schräge Anordnung der Staubvergasungskammern müssen die gasförmigen Staubvergasungsprodukte die Wirbelschicht mit schrägem Druckangriff ausschieben, was Anlaß zu Problemen gibt, da kein gleichmäßiger Kräfteangriff des Gasstromes auf die Wirbelschicht erfolgt. Auch müssen druckdichte Schleusenarmaturen, die in der Lage sind, einen Koksstaubstrom von 1000°C in ein höheres Druckgebiet zu transportieren, noch entwickelt werden. DE-OS 29 25 441 describes a method in which between the cyclone separator and the combustion chamber for the Coke a sluice to overcome the pressure loss and the dust gasification chambers at an angle in the Fluidized bed reactor are arranged. Due to the inclined arrangement of the dust gasification chambers must be the gaseous ones Dust gasification products the fluidized bed with oblique pressure attack postpone what gives rise to problems, there no uniform force attack of the gas flow on the fluidized bed he follows. Pressure-tight lock fittings that are in are capable of a coke dust flow of 1000 ° C in a higher Transport pressure area is still to be developed.
Die DE-OS 29 47 222 betrifft ein Verfahren, bei dem Wirbelschicht- und Flugstaubvergasung in einen gemeinsamen Reaktionsraum integriert und dort zusammen ablaufen. Nach diesem Verfahren kann der aus der Wirbelschicht herausgeführte Flugstaub nach seiner Abscheidung in einer Mahlanlage aufgemahlen und danach der Flugstaubvergasung wieder zugeführt werden. Eine Aufmahlung und Rückführung der nach unten austretenden festen Vergasungsrückstände ist nicht vorgesehen. DE-OS 29 47 222 relates to a method in which fluidized bed and Flue dust gasification integrated into a common reaction space and run there together. After this procedure, the Airborne dust carried out in a fluidized bed after its separation The grinding plant is ground up and then fed back to the fly ash gasification will. A grinding and return of the solid emerging downwards Gasification residues are not provided.
Die DE-A 27 29 764 betrifft ein Verfahren zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material in einem Wirbelschichtgenerator, bei welchem die aus dem Wirbelschichtgenerator ausgetragene Asche in einer Mühle zerkleinert und in einer in einer gesonderten Brennkammer angeordneten weiteren Wirbelschicht mit Sauerstoff verbrannt wird. Das dabei erzeugte Gasgemisch aus Kohlendioxid und Wasserdampf wird als zusätzliches Vergasungsmedium dem Gesamtverfahren zugeführt. DE-A 27 29 764 relates to a method for gasifying carbonaceous material in a fluidized bed generator, in which the from the ash discharged from the fluidized bed generator is crushed in a mill and in a further one arranged in a separate combustion chamber Fluidized bed is burned with oxygen. The gas mixture generated in the process Carbon dioxide and water vapor are added to the overall process as additional gasification media.
In "Freiberger Forschungshefte", A 69, 1957, Seiten 20 bis 22, wird ein Vergasungsverfahren beschrieben, bei welchem der aus der Wirbelschicht ausgetragene Staub in einer Schmelzkammer verbrannt wird und die heißen Verbrennungsgase dem Winklergenerator wieder zugeführt werden. Die Verbrennung erfolgt mit Sauerstoff, um die Schmelztemperatur zu erreichen und um stickstofffreies Verbrennungsgas, d. h. CO2 und Wasserdampf dem Winklergenerator zur Erzeugung von Synthesegas zuzuführen. Das dabei entstehende Rauchgas aus CO2 und Wasserdampf wird der Vergasungsanlage dann als Vergasungsmittel zugeführt. Bei dem gleichen Verfahren soll auch der in der am unteren Ende des Generators ausgetragenen heißen Asche verbliebene Kohlenstoffgehalt durch Umsetzung mit Dampf für die Gaserzeugung nutzbar gemacht werden. Hierbei findet zunächst keine aktive Vergasung statt; es wird lediglich die in der heißen Asche enthaltene Wärmeenergie ausgenutzt. Die restliche Vergasung wird in einem Nachvergaser ebenfalls mit Dampf durchgeführt. In "Freiberger Forschungshefte", A 69, 1957, pages 20 to 22, a gasification process is described in which the dust discharged from the fluidized bed is burned in a melting chamber and the hot combustion gases are fed back to the Winkler generator. The combustion takes place with oxygen in order to reach the melting temperature and to supply nitrogen-free combustion gas, ie CO 2 and water vapor, to the Winkler generator to generate synthesis gas. The resulting flue gas from CO 2 and water vapor is then fed to the gasification plant as a gasification agent. In the same process, the carbon content remaining in the hot ash discharged from the lower end of the generator should be made available for gas generation by reacting with steam. There is initially no active gasification; only the thermal energy contained in the hot ash is used. The remainder of the gasification is also carried out in a post-gasifier with steam.
Die bekannten Verfahren mit mehreren integrierten Vergasungsstufen sind technisch aufwendig, was ihre Anfälligkeit erhöht und ihre Verfügbarkeit beeinträchtigt. Bei Ausfall von einer Vergasungsstufe können die jeweils anderen allein nicht mehr betrieben werden. Die einzelnen Vergasungsstufen sind wechselseitig voneinander abhängig. Jede Reparatur einer Einzelstufe führt zur Stillegung der gesamten Anlage und vermindert deren Verfügbarkeit. Die Verfügbarkeit ist aber ein ganz entscheidender Faktor, weil davon die nachgeschalteten Produktionsanlagen abhängen. The known methods with several integrated Gasification stages are technically complex, which is their susceptibility increases and affects their availability. If one gasification stage can be done by the others alone can no longer be operated. The individual gasification stages are mutually dependent on each other. Every repair one Single stage leads to the shutdown of the entire plant and reduces their availability. The availability is however a very decisive factor because of it the depend on downstream production facilities.
Aufgabe der Erfindung ist es, bestehende Nachteile und Unzulänglichkeiten bekannter Verfahren zu überwinden. Insbesondere soll die im Verfahren freigesetzte Wärme für den Vergasungsprozeß selbst möglichst vollständig genutzt und der Vergasungswirkungsgrad bekannter Verfahren durch möglichst vollständige Umsetzung der eingesetzten Brennstoffe weiter erhöht werden. The object of the invention is to overcome existing disadvantages and shortcomings known procedures to overcome. In particular, in the procedure released heat for the gasification process itself as completely as possible used and the gasification efficiency of known processes through as possible full implementation of the fuels used can be further increased.
Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der eingangs geschilderten Art gelöst, in dem die aus dem Wirbelschichtreaktor unten austretenden festen Vergasungsrückstände aufgemahlen und ebenfalls dem Staubvergasungsreaktor zugeführt werden. This object is achieved with the method according to the invention described type solved, in which from the fluidized bed reactor below emerging solid gasification residues ground up and also the Dust gasification reactor are fed.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann für die Erzeugung von Synthesegas für die chemische Industrie, von Reduktionsgasen für metallurgische Prozesse und von Heizgasen für Kraftwerke, insbesondere von Gasturbinen/Dampfturbinen- Prozessen, sowie für andere Brennstellen verwandt werden. The inventive method can be used for the production of Synthesis gas for the chemical industry, from Reducing gases for metallurgical processes and of heating gases for Power plants, especially of gas turbines / steam turbine Processes, as well as for other burning points.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden gegenüber bekannten Verfahren eine Reihe wichtiger Vorteile erzielt. Es ermöglicht die Kopplung mehrerer Vergasungsstufen bei optimaler Auslegung der Einzelvergasungsstufen. Weiter ist eine weitgehende Entkopplung der Einzelvergasungsstufen möglich; ein Ausfall einer Einzelvergasungsstufe führt nicht mehr zur Stillegung der Gesamtanlage. Schließlich ermöglicht das Verfahren auch die Nutzung der fühlbaren Wärme der Staubvergasungsprodukte für die Gaserzeugung in der Wirbelschichtstufe. With the method according to the invention are opposite known method achieved a number of important advantages. It enables the coupling of several gasification stages optimal design of the individual gasification stages. Further is an extensive decoupling of the Single gasification stages possible; failure of a single gasification stage no longer leads to the decommissioning of the entire plant. Finally, the method also enables the use of the sensible heat of the dust gasification products for the Gas generation in the fluidized bed stage.
Ein Teil der Abwärme kann für die Erzeugung und Vorwärmung von Vergasungsmedien verwandt werden. Die Kohleaufbereitungskosten sind gering, der Kohlenstoffumsatz ist höher als in jedem Einzelverfahren. Es treten im Produktgas keine kondensierbaren Bestandteile auf. Gasaustrittstemperaturen, Schlackeaustrittstemperaturen und Sauerstoffbedarf entsprechen jeweils den Werten normaler Wirbelschichtvergasungsverfahren und sind geringer als in reinen Staubvergasungsanlagen. Part of the waste heat can be used for generation and Preheating of gasification media can be used. the Coal processing costs are low, the carbon turnover is higher than in any individual procedure. It occurs in the Product gas does not contain any condensable components. Gas outlet temperatures, slag outlet temperatures and Oxygen requirements correspond to the values more normal Fluidized bed gasification process and are lower than in pure dust gasification systems.
Der Vergasungswirkungsgrad ist aber höher als sowohl in reinen Wirbelschicht- als auch in reinen Staubvergasungsanlagen. The gasification efficiency is higher than both in pure fluidized bed as well as pure Dust gasification plants.
Verfahrensgemäß eingesetzt werden feste Brennstoffe, beispielsweise Braunkohlen, Steinkohlen, Torf und Holz. Bevorzugte Brennstoffe sind Braunkohlen und Steinkohlen. Schließlich können auch flüssige Brennstoffe eingesetzt oder den festen Brennstoffen zugesetzt werden. According to the procedure, solid fuels are used, for example lignite, hard coal, peat and wood. Preferred fuels are lignite and hard coal. Finally, liquid fuels can also be used or the solid fuels are added.
Die Wirbelschichtstufe wird bei Braunkohlen beispielsweise mit 800 bis 850°C betrieben und bei Steinkohlen mit 950 bis 1050°C. Die Temperaturgrenze wird hierbei gesetzt durch den Erweichungspunkt der Asche, von dem die Wirbelschichttemperatur wenigstens noch 100 bis 150°C entfernt sein sollte, um Ablagerungen an den Reaktorwänden und nachgeschalteten Einrichtungen zu vermeiden. The fluidized bed stage is used for lignite, for example operated with 800 to 850 ° C and with hard coal with 950 up to 1050 ° C. The temperature limit is set by this the softening point of the ash from which the Fluidized bed temperature at least 100 to 150 ° C away should be to avoid debris on the reactor walls and to avoid downstream facilities.
Der Wirbelschichtreaktor wird so gestaltet, wie er für die Vergasung des jeweiligen Brennstoffs, beispielsweise Stein- oder Braunkohle, am wirtschaftlichsten arbeitet. Der Wirbelschichtstufe kann dabei durchaus eine direkt darunter angeordnete Festbettstufe zugeordnet sein. The fluidized bed reactor is designed as it is for the Gasification of the respective fuel, for example stone or lignite, works most economically. Of the The fluidized bed stage can definitely have one directly below it be assigned arranged fixed bed stage.
Die Vergasung wird zweckmäßigerweise unter Druck durchgeführt, vorzugsweise bei einem Druck von 1 bis 40 bar. Es ist aber auch möglich, unter Normaldruck zu arbeiten. The gasification is expediently under pressure carried out, preferably at a pressure of 1 to 40 bar. It but it is also possible to work under normal pressure.
Als Vergasungsmittel werden Sauerstoff, sauerstoffhaltige Vergasungsmedien und/oder Dampf sowie Mischungen derselben eingesetzt. Bevorzugt werden Sauerstoff oder Luft und Dampf verwandt. Die Zufuhr der Vergasungsmedien Sauerstoff und Wasserdampf erfolgt im unteren konischen Teil des Wirbelschichtbereiches in bekannter Art und Weise. Bevorzugt werden die Vergasungsmittel der Wirbelschicht in verschiedenen Ebenen über mehrere über den Umfang verteilte Vergasungsmitteldüsen zugeführt. The gasification agent used is oxygen, which contains oxygen Gasification media and / or steam and mixtures same used. Oxygen or air are preferred and steam related. The supply of the gasification media Oxygen and water vapor takes place in the lower conical Part of the fluidized bed area in a known manner. The gasification agents of the fluidized bed in are preferred different levels over several distributed over the perimeter Gasification agent nozzles supplied.
Die Zufuhr des festen Brennstoffes kann auf herkömmliche Weise erfolgen, beispielsweise über eine normale Schnecke, bei der die Kohle haufenweise in die Wirbelschicht eingeschoben wird. Bevorzugt ist aber eine schnell laufende Schnecke (z. B. 1500 U/min), durch die das einzelne Kohlenkorn in die Wirbelschicht geschleudert bzw. geschossen wird. Damit wird erreicht, daß die Kohle als Einzelkorn in den Bereich der Wirbelschicht mit hohen Wärmeübergangszahlen gerät, so daß mit einer sehr schnellen Aufheizung gerechnet werden kann. Je größer die Aufheizgeschwindigkeit ist, um so weniger kommt die Backfähigkeit der Kohle zum Tragen, da die an der Oberfläche der Kohle austretenden bzw. entstehenden backfähigen Anteile schnell verdampfen und nicht mehr backfähige Koksrandschichten entstehen. Der Backbereich der Kohle liegt im allgemeinen zwischen 300 bis 500°C, insbesondere in der Nähe von 400°C. Diesen Temperaturbereich gilt es möglichst schnell zu überschreiten. Vermieden werden auf diese Weise auch Anbackungen an der Wand des Wirbelschichtreaktors, durch die er von außen nach innen "zuwachsen" könnte. The supply of solid fuel can be conventional Way, for example via a normal snail, in which the coal in heaps in the fluidized bed is inserted. A fast running one is preferred Screw (e.g. 1500 rpm) through which the individual Coal grain thrown or shot into the fluidized bed will. This ensures that the coal as a single grain in the area of the fluidized bed with high Heat transfer coefficients device, so that with a very rapid heating can be expected. The greater the heating rate is, the less the charcoal can be baked Wear, as the discharges on the surface of the coal or evaporate quickly and Coke surface layers that can no longer be baked arise. Of the The baking range of the coal is generally between 300 and 500 ° C, especially in the vicinity of 400 ° C. This one It is important to exceed the temperature range as quickly as possible. This also prevents caking on the Wall of the fluidized bed reactor through which it looks from the outside could "grow over" inside.
Die Vergasungsmedien Sauerstoff und Wasserdampf werden der Wirbelschicht bevorzugt in verschiedenen Ebenen über eine möglichst große Zahl von Zugabestellen am Umfang zugeführt, um eine gleichmäßige Wirbelschicht, d. h. eine gleichmäßige Anströmung der Feststoffe zu erreichen. Dabei kann beispielsweise im unteren Bereich der Wirbelschicht ausschließlich Wasserdampf in den Reaktor geführt werden, um eine Kühlung der nach unten aus der Wirbelschicht austretenden Feststoffanteile zu bewirken, wenn kein Festbett unterhalb der Wirbelschicht vorgesehen ist. The gasification media oxygen and water vapor are the Fluidized bed preferably in different levels over one as large a number of addition points as possible on the circumference, a uniform fluidized bed, d. H. an even To achieve the flow of solids. Here can for example in the lower area of the fluidized bed exclusively Water vapor can be fed into the reactor to a Cooling of the downward emerging from the fluidized bed To effect solid fractions, if no fixed bed is provided below the fluidized bed.
Oberhalb der Wirbelschicht ist im Wirbelschichtreaktor ein beliebig großer und hoher Beruhigungs- und Nachreaktionsraum angeordnet, um unter Zugabe von Vergasungsmittel, insbesondere Sauerstoff, oberhalb der Wirbelschicht eine Obervergasung durchzuführen. Dies ist für die Braunkohlevergasung von besonderer Bedeutung. Above the fluidized bed is in the fluidized bed reactor an arbitrarily large and high calming and Post-reaction space arranged to with the addition of Gasification agent, especially oxygen, above the fluidized bed to carry out an over-gassing. This is for that Lignite gasification of particular importance.
Bei Durchführung einer solchen Obervergasung werden bei der Steinkohlenvergasung etwa 40 bis 50% des eingesetzten Kohlenstoffes und bei der Braunkohlenvergasung etwa 10 bis 15% als Staub aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragen. Diesen Anteil zu vergasen ist Aufgabe des dem Wirbelschichtreaktor nachgeordneten Staubvergasungsreaktors. When carrying out such a top gasification in hard coal gasification about 40 to 50% of the used carbon and in the Lignite gasification takes about 10 to 15% as dust from the Fluidized bed reactor discharged. This part is to be gasified Task of the downstream fluidized bed reactor Dust gasification reactor.
Die Vergasung des aus der Wirbelschicht ausgetragenen Flugstaubes erfolgt in einem Staubvergasungsreaktor mit aufgesetztem Staubvergasungsbrenner, in den Vergasungsmittel und der zu vergasende Feststoff eingeführt, gemischt und gleichzeitig gezündet werden. The gasification of the discharged from the fluidized bed Fly dust takes place in a dust gasification reactor with attached dust gasification burner, in the gasification agent and the solid to be gasified introduced, mixed and be ignited at the same time.
Vorzugsweise werden der Staubvergasungsreaktor und der Wirbelschichtreaktor räumlich getrennt voneinander so aufgestellt, daß der Gasaustritt aus dem Staubvergasungsreaktor höher liegt als die Oberfläche der Wirbelschicht, wobei die Staubvergasungsprodukte der Wirbelschicht über eine Verbindungsleitung zugeführt werden. Dabei sind die Strömungsrichtungen der Produktgase gegenläufig. Die Produktgase der Wirbelschicht strömen nach oben ab, die der Staubvergasung nach unten. The dust gasification reactor and the Fluidized bed reactor spatially separated from each other like this set up that the gas outlet from the dust gasification reactor higher than the surface of the fluidized bed, where the dust gasification products of the fluidized bed via a Connecting line are fed. There are those Direction of flow of the product gases in opposite directions. the Product gases of the fluidized bed flow upwards, those of the Dust gasification down.
Der getrennt vom Wirbelschichtreaktor aufgestellte Staubvergasungsreaktor ist hinsichtlich Formgebung und Auslegung völlig unabhängig vom Wirbelschichtreaktor. Beispielsweise kann diese Kammer ungekühlt ausgeführt werden, sie kann aber auch eine entsprechende Kühlung erhalten. Bei gekühlten Kammern wird eine erhebliche Wärmemenge dem Prozeß entzogen und auf Kühlwasser übertragen und geht damit verloren. Erfolgt die Übertragung in Form einer Siedekühlung, so ist eine Nutzung für die Dampferzeugung möglich. Der Vorteil eines ungekühlten Systems ist, daß die im Reaktor zur Verfügung stehende Wärme nahezu 100%ig dem Vergasungsprozeß zugute kommt. Es liegt aber auch eine hohe Beanspruchung der Ausmauerung vor. The one separated from the fluidized bed reactor installed dust gasification reactor is concerning Shaping and design completely independent of the Fluidized bed reactor. For example, this chamber run uncooled, but it can also be a receive appropriate cooling. When the chambers are cooled a considerable amount of heat withdrawn from the process and on Transferring cooling water and is thus lost. He follows the transfer in the form of evaporative cooling is one Can be used for steam generation. The advantage of one uncooled system is that available in the reactor standing heat almost 100% benefit the gasification process comes. But there is also a high level of stress on the Lining in front.
Der Flugstaub wird in den Staubvergasungsreaktor in heißem Zustand eingeführt, d. h. mit einer Temperatur von 600 bis 900°C, wenn der Transport mit Hilfe eines gasförmigen Fördermediums, bevorzugt Vergasungsmittel und besonders bevorzugt Dampf, jedoch können auch andere Gase, beispielsweise CO2, verwandt werden, erfolgt. The fly ash is introduced into the dust gasification reactor in a hot state, ie at a temperature of 600 to 900 ° C, if the transport is carried out with the aid of a gaseous conveying medium, preferably gasifying agents and particularly preferably steam, but other gases, for example CO 2 , can also be used , he follows.
Der Staub kann aber auch mit einer hochsiedenden, vergasungsfähigen Flüssigkeit, beispielsweise Schweröl oder Teer, gemischt als Mischung in den Staubvergasungsreaktor eingespritzt und dort mit Hilfe von Vergasungsmitteln vergast werden. Da er der Flüssigkeit in heißem Zustand zugemischt wird, muß die Flüssigkeit einen so hohen Verdampfungspunkt aufweisen, daß die Maische, bestehend aus Feststoff und Flüssigkeit, pumpfähig bleibt und in den Reaktor eingespritzt werden kann. The dust can also be mixed with a high-boiling, gasifiable liquid, for example heavy oil or Tar mixed as a mixture in the dust gasification reactor injected and there with the help of gasification agents to be gassed. Because he's the liquid in a hot state is mixed, the liquid must be so high Have evaporation point that the mash consisting of Solid and liquid that remains pumpable and in the Reactor can be injected.
Bei der Flugstaubvergasung werden die gleichen Vergasungsmittel eingesetzt, wie bei der Wirbelschichtvergasung. Bevorzugt werden Sauerstoff und Dampf verwandt, es können aber auch andere geeignete Vergasungsmittel eingesetzt werden. The same thing happens with fly ash gasification Gasification agents used, as in fluidized bed gasification. Oxygen and steam are preferably used, it can but other suitable gasification agents are also used will.
Der getrennt aufgestellte Staubvergasungsreaktor ist unabhängig von der Größe des Wirbelschichtreaktors entsprechend der notwendigen Vergasungszeit ausgelegt, beispielsweise auf Vergasungszeiten von etwa 4 s. Bei den bekannten Kombinationen von Wirbelschichtstufe und Staubvergasungsstufe in einem Reaktor hat man diesen Freiheitsgrad nicht; Wirbelschichtstufe und Staubvergasungsstufe müssen aufeinander abgestimmt und dem gemeinsamen Reaktorgehäuse angepaßt sein. The separately installed dust gasification reactor is regardless of the size of the fluidized bed reactor designed according to the necessary gasification time, for example on gasification times of about 4 s known combinations of fluidized bed stage and This is the dust gasification stage in a reactor Degree of freedom not; Fluidized bed stage and dust gasification stage must be coordinated and shared Reactor housing to be adapted.
Auf dem Staubvergasungsreaktor sitzt ein Staubvergasungsbrenner, mit dessen Hilfe die Vergasungsmedien Sauerstoff und Dampf einschließlich des zu vergasenden Feststoffs eingeführt, gemischt und gleichzeitig gezündet werden. Es können aus anderen Staubvergasungsverfahren bekannte Brennertypen verwandt werden, sofern sie sich für die vorgegebene Aufgabe eignen. Erfindungsgemäß wird bevorzugt ein Drallbrenner verwandt. A sits on top of the dust gasification reactor Dust gasification burner, with the help of which the gasification media is oxygen and steam including the solid to be gasified introduced, mixed and ignited at the same time. It can be known from other dust gasification processes Burner types are used, provided they are suitable for the suit the given task. According to the invention is preferred a swirl burner related.
Bevorzugt werden die Vergasungsmittel nur über den Brenner in den Staubvergasungsreaktor geführt, jedoch kann Vergasungsmittel durch zusätzliche Düsen auch auf der Länge des Staubvergasungsreaktors zugeführt werden, um ein gleichmäßig hohes Temperaturgebiet über längere Strecken aufrechtzuerhalten. The gasification agents are preferred only via the burner led into the dust gasification reactor, but can Gasification agent through additional nozzles also along the length of the dust gasification reactor are fed to a evenly high temperature area over long distances maintain.
Die aus der Staubvergasungsstufe austretenden Staubvergasungsprodukte, das sind etwa 1500°C heißes Produktgas, Restfeststoffe gleicher Temperatur und flüssige Schlacke mit einer Temperatur von etwa 1300 bis 1400°C, werden über eine Verbindungsleitung in die Wirbelschicht eingeführt, wo sie ihren Wärmeinhalt bis zur Temperatur der Wirbelschicht an diese abgeben, beispielsweise also die Wärmedifferenz zwischen 1500 und 1000°C. Bei der erheblich niedrigeren Temperatur der Wirbelschicht verfestigt sich die flüssig eingebrachte Schlacke und fällt infolge ihres Eigengewichtes nach unten aus der Wirbelschicht aus. Those emerging from the dust gasification stage Dust gasification products, i.e. product gas with a temperature of around 1500 ° C, Residual solids at the same temperature and liquid slag with a temperature of about 1300 to 1400 ° C, are about a connecting line introduced into the fluidized bed, where their heat content up to the temperature of the Deliver fluidized bed to this, for example so the Heat difference between 1500 and 1000 ° C. At the considerably lower temperature of the fluidized bed solidifies the liquid introduced slag and falls as a result of it Dead weight down from the fluidized bed.
Die in der Wirbelschicht verwertbare Wärme der Schlacke aus der Staubvergasung trägt allerdings mit weniger als 0,5% zum Vergasungswirkungsgrad des Gesamtsystems bei, so daß es unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten vertretbar sein kann, die Flüssigschlacke nicht zur Wirbelschicht zurückzuführen, sondern am Austritt des Staubvergasungsreaktors in ein Wasserbad ablaufen zu lassen, wo sie granuliert und ausgeschieden wird, und nur das Produktgas und den davon mitgeführten Restfeststoff aus dem Staubvergasungsreaktor in die Wirbelschicht zurückzuführen. The heat from the slag that can be used in the fluidized bed from the dust gasification contributes less than 0.5% to the gasification efficiency of the overall system, so it is from an economic point of view can be justifiable, the liquid slag not to the fluidized bed but at the exit of the Dust gasification reactor to drain into a water bath where they granulated and excreted, and only the product gas and the residual solids entrained therefrom from the Dust gasification reactor returned to the fluidized bed.
Bei den im folgenden beschriebenen Verfahrensvarianten ist eine Rückführung der Flüssigschlacke in die Wirbelschicht aufwendig und deshalb weniger sinnvoll. Der Verlust der in der Flüssigschlacke enthaltenen fühlbaren Wärme kann aber durch die im folgenden genannten Verfahrensvarianten trotzdem vermieden und diese Wärme für das Gesamtverfahren nutzbar gemacht werden. In the process variants described below is a return of the liquid slag to the Fluidized bed expensive and therefore less useful. Of the Loss of the palpable contained in the liquid slag However, heat can be achieved by the following Process variants avoided anyway and this heat for the Overall process can be made usable.
Dies wird dadurch erreicht, daß die aus dem Staubvergasungsreaktor abgeführte flüssige Schlacke in eine gesonderte Wirbelschicht abgegeben wird, die mit einem inerten Feststoff und Wasserdampf als Fluidisierungsmittel betrieben wird, woraus der Wasserdampf zusammen mit den Produkten des Staubvergasungsreaktors in den Wirbelschichtreaktor eingeführt wird. This is achieved by removing the from the dust gasification reactor discharged liquid slag is discharged into a separate fluidized bed, those with an inert solid and water vapor as fluidizing agents is operated, from which the water vapor together with the products of the Dust gasification reactor is introduced into the fluidized bed reactor.
Dazu wird dem Staubvergasungsreaktor eine besondere Wirbelschichtstufe nachgeordnet, die mit einem inerten Feststoff, beispielsweise Schlacke, und Wasserdampf als Fluidisierungsmittel betrieben wird. Zwischen Staubvergasungsstufe und Inertstoffwirbelschicht befindet sich ein Abgang für das Produktgas sowie die davon mitgeführten feinen Restkohlenstoffteile, die beide der normalen Wirbelschichtvergasungsstufe zugeführt werden, während die flüssige Schlacke aus der Staubvergasungsstufe nach unten in die Inertstoffwirbelschicht gelangt, sich dort verfestigt und nach unten ausgeschieden wird. Die der flüssigen Schlacke entzogene Wärme wird auf den als Fluidisierungsmittel dienenden Dampf übertragen, der dann mit dem Produktgas aus der Staubvergasung in den Wirbelschichtreaktor geführt wird. For this purpose, the dust gasification reactor is given a special one Downstream of the fluidized bed stage, which is filled with an inert solid, for example slag, and water vapor as Fluidizing agent is operated. Between dust gasification stage and Inert material fluidized bed is an outlet for the Product gas as well as the fine entrained therefrom Residual carbon, both of the normal Fluidized bed gasification stage are fed while the liquid slag is out the dust gasification stage down into the Inert material fluidized bed arrives, solidifies there and moves down is eliminated. The one withdrawn from the liquid slag Heat is applied to the steam, which acts as a fluidizing agent transferred, which then with the product gas from the Dust gasification is passed into the fluidized bed reactor.
Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe zusätzlicher Wärmetauscherflächen in der Inertstoffwirbelschicht Dampf zu produzieren. Furthermore it is possible with the help of additional Heat exchanger surfaces in the inert material fluidized bed steam to produce.
Die Staubvergasungsstufe kann einmal als Flugstromstufe, wie vorstehend beschrieben, ausgebildet sein, sie kann aber auch mit einem flüssigen Medium arbeiten. Als flüssige Medien können beispielsweise Schlacke oder Eisen verwandt werden. In diesem Falle wird der zu vergasende Flugstaub und Vergasungsmittel in oder auf das flüssige Medium geblasen, wobei Vergasungsmittel und Flugstaub sehr schnell auf die Temperatur des umgebenden flüssigen Mediums aufgeheizt werden. Diese Temperatur liegt im Bereich von etwa 1600°C; die Reaktionen laufen dort entsprechend schnell ab. Bei Verwendung von Flüssigschlacke wird diese zweckmäßigerweise aus der Kohlenasche gebildet, bei Verwendung eines Flüssigeisenbades besteht dies beispielsweise aus Roheisen. The dust gasification stage can be used as an entrained flow stage, be designed as described above, it can but also work with a liquid medium. As a liquid Media can for example be related to slag or iron will. In this case, the airborne dust to be gasified becomes and gasifying agents in or on the liquid medium blown, taking gasoline and fly ash very quickly on the temperature of the surrounding liquid medium be heated up. This temperature is in the range of about 1600 ° C; the reactions there are correspondingly fast away. When using liquid slag this will expediently formed from the coal ash when in use a liquid iron bath this consists of, for example Pig iron.
Wird die Schlacke aus der Staubvergasungsstufe nicht in die Wirbelschichtvergasungsstufe zurückgeführt, sondern nur das Staubvergasungsgas, so fällt in der Wirbelschichtvergasungsstufe nur etwa 1/5 bis 1/6 der im Gesamtverfahren anfallenden Kohlenasche nach unten aus, und zwar in Form grober Teile und verwachsen mit Kohlenstoff. If the slag is not recycled from the dust gasification stage in the fluidized bed gasification stage, only the dust gasification gas so falls into the fluidized bed gasification stage only about 1 / 5-1 / 6 incurred in the overall process coal ash downwards out, in the form of coarse pieces and fused with carbon .
Erfindungsgemäß werden die aus dem Wirbelschichtreaktor nach unten ausgeschiedenen, noch kohlenstoffhaltigen Vergasungsrückstände unter Betriebsdruck aufgemahlen und als Staub zusätzlich zu dem Koksstaub aus der Wirbelschichtvergasung der Staubvergasung zugeführt, wobei der Restkohlenstoff vergast und die Kohlenasche geschmolzen und als Schlacke abgezogen wird. Schlacke ist leichter zu deponieren als Asche, zumal letztere noch durch Wasser ausgewaschen werden kann. According to the invention, those from the fluidized bed reactor are down excreted, still carbon-containing gasification residues under operating pressure ground up and as dust in addition to the coke dust from the Fluidized bed gasification supplied to the dust gasification, with the residual carbon gasified and the coal ash is melted and drawn off as slag. Slag is easier to deposit than ash, especially since the latter is still through Water can be washed out.
Die Vergasung des Flugstaubes ist auch in einer gekühlten Staubvergasungsstufe möglich. Bei einer gekühlten Staubvergasungsstufe ist bei vorgegebener Geometrie ein bestimmter Feststoffdurchsatz notwendig, um ein Erstarren der Schlacke zu verhindern und trotz der Wärmeabfuhr durch die Kühlung den Schlackenabfluß zu gewährleisten. The gasification of the fly ash is also in a cooled dust gasification stage possible. At a cooled dust gasification stage is given Geometry a certain solids throughput necessary to to prevent solidification of the slag and in spite of the Heat dissipation through the cooling to the slag drain guarantee.
Die Menge des feinen Koksstaubes, der aus der Wirbelschichtvergasungsstufe nach oben ausgetragen wird, ist nicht nur vom Druck abhängig, sondern insbesondere auch von der Art der eingesetzten Kohle, d. h. vom Zerfallsverhalten der Kohle in der Wirbelschicht. So zerfällt Braunkohle in der Wirbelschicht sehr viel schneller und feiner als Steinkohle, hochflüchtige Steinkohle wiederum besser als weniger flüchtige Kohle. The amount of fine coke dust released from the Fluidized bed gasification stage is discharged upwards is not only depending on the pressure, but in particular also on the type the coal used, d. H. from the decay behavior of the Coal in the fluidized bed. This is how lignite breaks down in the Fluidized bed much faster and finer than hard coal, highly volatile hard coal, on the other hand, is better than less volatile coal.
Verfahrensgemäß ist es möglich, die Staubvergasungsstufe nicht kontinuierlich, sondern diskontinuierlich zu betreiben, d. h. den aus der Wirbelschicht anfallenden Koksstaub in Vorrasbehältern, die thermisch isoliert sein können, zu sammeln und nur periodisch durch die Staubvergasungsstufe durchzusetzen. Weiterhin ist es möglich, die Flugstaubvergasung in mehreren, parallel betriebenen, um die Wirbelschichtvergasungsstufe angeordneten Staubvergasungsreaktoren durchzuführen, wobei die Leitung einer Staubvergasungsstufe dem geringsten zu erwartenden Auswurf aus der Wirbelschicht entsprechen sollte. Bei höherem Staubauswurf würden dann eine weitere oder noch weitere Staubvergasungsstufen zugeschaltet werden. In diesem Fall wäre allerdings eine gemeinsame Rückführung von Staubvergasungsgas und flüssiger Schlacke in die Wirbelschichtvergasungsstufe bevorzugt und nicht die Abtrennung der flüssigen Schlacke und deren besondere Behandlung. According to the method, it is possible to use the dust gasification stage not to operate continuously, but discontinuously, d. H. the coke dust arising from the fluidized bed in Vorrasbehältern, which can be thermally insulated, too collect and only periodically through the dust gasification stage enforce. It is also possible to use the Airborne dust gasification in several, operated in parallel to the Fluidized bed gasification stage arranged dust gasification reactors perform, with the line of a dust gasification stage the least expected ejection from the Fluidized bed should correspond. With higher dust emissions would then another or even more Dust gasification stages can be switched on. In this case it would be however a common return of Dust gasification gas and liquid slag into the Fluidized bed gasification stage is preferred and not the separation of the liquid slag and its special treatment.
Als Fluidisierungsmittel für die Inertstoffwirbelschicht wird Wasserdampf zugegeben, der durch den Entzug der Schlackenwärme aufgewärmt und in die Wirbelschicht gebracht wird. As a fluidizing agent for the inert material fluidized bed water vapor is added which passes through the extraction of the heat of the slag is warmed up and transferred to the Fluidized bed is brought.
Claims (2)
der im Produktgas enthaltene Flugstaub außerhalb des Wirbelschichtreaktors separiert wird,
der separierte Flugstaub und Vergasungsmittel einem vom Wirbelschicht reaktor räumlich getrennten Staubvergasungsreaktor zugeführt und dort bei Temperaturen oberhalb des Ascheschmelzpunktes vergast wird, die dabei erzeugten Produktgase in die Wirbelschicht zurückgeführt werden, und die Schlacke aus dem Staubvergasungsreaktor abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die aus dem Wirbelschichtreaktor unten austretenden festen Vergasungs rückstände aufgemahlen und ebenfalls dem Staubvergasungsreaktor zuge führt werden.1. Process for gas generation from solid fuels by gasification with one or more conventional gasifying agents by means of fluidized bed and fly dust gasification, at a pressure of 1 to 40 bar, the solid tube fuel and gasifying agent being introduced into the fluidized bed, solid gasification residues below from the fluidized bed are discharged and the product gas rising from the fluidized bed leaves the fluidized bed reactor after passing through a calming and after-reaction space,
the fly dust contained in the product gas is separated outside the fluidized bed reactor,
the separated flue dust and gasifying agent are fed to a spatially separate dust gasification reactor from the fluidized bed reactor and gasified there at temperatures above the ash melting point, the product gases produced in this way are returned to the fluidized bed, and the slag is removed from the dust gasification reactor, characterized in that
the solid gasification residues emerging from the fluidized bed reactor below are ground and likewise fed to the dust gasification reactor.
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