DE3941816A1 - Verfahren zum betrieb einer anlage fuer die vergasung fester brennstoffe - Google Patents

Description

Das Hauptpatent (Patentanmeldung P 38 37 587.7) betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage für die Vergasung feinkörniger bis staubförmiger fester Brennstoffe, - mit

• Vergasungsreaktor, der mit Vergasungsbrennern ausgerüstet ist,
  Einrichtung für die Flugstaubabscheidung aus dem Rohgas,
  Flugstaubsammelbehälter und Einrichtung für die Flugstaubrückführung in den Vergasungsreaktor,

wobei die Vergasungsbrenner mit einem am Vergasungsbren­ neraustritt rotationssymmetrischen Brennstoff/Reaktions­ mittel-Strahl in den Vergasungsreaktor hineinbrennen und von den Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen in dem Verga­ sungsreaktor eine Primärreaktionszone hoher Temperatur ge­ bildet wird.

Dem Verfahren nach dem Hauptpatent liegt dabei die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so zu führen, daß der aus dem Roh­ gas trocken abgeschiedene Flugstaub ohne besondere Aufbe­ reitung und ohne störende Beeinflussung des Vergasungspro­ zesses vollständig in der Schlacke eingebunden wird, wobei gleichzeitig der im Flugstaub enthaltene Restkohlenstoff vollständig verbrannt werden soll. Zur Lösung dieser Auf­ gabe wird im Hauptpatent vorgeschlagen, daß der Flugstaub mit seinem Gehalt an Rohgas und seinem Restkohlenstoff durch einen Fördergasstrom in die Achse von zumindest einem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl eingeführt, von dem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in die Primärreak­ tionszone eingebracht und in dieser eingeschmolzen wird.

Hierbei kann gemäß einer Variante des Hauptpatentes mit Vergasungsbrennern gearbeitet werden, die einen zur Bren­ nerachse koaxialen Zuführungskanal für Primärsauerstoff, einen umgebenden Ringkanal für die Brennstoffzuführung und einen diesen umgebenden Ringkanal für die Zuführung von Sekundärsauerstoff aufweisen. Die Zuführung des Flugstau­ bes soll in diesem Falle durch einen besonderen Zufüh­ rungskanal (Lanze) erfolgen, der in der Achse des Zufüh­ rungskanals für den Primärsauerstoff angeordnet ist. Be­ züglich der Aufteilung der beiden Sauerstoffteilströme werden im Hauptpatent jedoch keine näheren Angaben ge­ macht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vor­ stehend beschriebene Verfahrensvariante des Hauptpatentes im Bezug auf ihre Betriebsbedingungen zu optimieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschla­ gen, daß mit einem Massenverhältnis von Primärsauerstoff zu Sekundärsauerstoff von 1 : 1 bis 1 : 4, vorzugsweise 1 : 1 bis 1 : 3, gearbeitet wird.

Der Primärsauerstoff sorgt dabei in erster Linie dafür, daß der im Ringkanal mit hoher Förderstromdichte aber geringer Geschwindigkeit dosierte Brennstoff ausreichend beschleunigt und verwirbelt wird. Durch diese Verwirbelung des Brennstoffstromes erhalten die Brennstoffteilchen im erforderlichen Umfange Sauerstoff zur Reaktion angeboten, die unmittelbar am Brennermund als Verbrennung zu CO₂ ab­ läuft. Der im Zentrum des Vergasungsbrenners ebenfalls mit hoher Förderstromdichte und geringer Geschwindigkeit do­ sierte Flugstaub gelangt daher am Brennermund in eine Zone hoher Temperatur, die die Reaktion des im Flugstaub ent­ haltenen Restkohlenstoffes begünstigt.

Der Sekundärsauerstoff soll den Brennstoffstrom von außen auflockern und beschleunigen. Außerdem wird durch den mit hoher Geschwindigkeit aus dem Vergasungsbrenner austreten­ den Sekundärsauerstoff sowie durch die anderen Stoffströme das bereits erzeugte Rohsynthesegas aus dem Reaktionsraum des Vergasungsreaktors zum Brennermund rezirkuliert.

Dank des erfindungsgemäßen Massenverhältnisses von Primär­ sauerstoff zu Sekundärsauerstoff ist das Angebot an Sekun­ därsauerstoff an das Rohsynthesegas aber beschränkt. Im Rohsynthesegas, das zu 90% aus CO+H₂ besteht, kann des­ halb nur im sehr begrenzten Umfange eine weitere Verbren­ nungsreaktion zu CO₂+H₂O stattfinden. Bei Einhaltung des beanspruchten Massenverhältnisses von Primärsauerstoff zu Sekundärsauerstoff kann daher der CO₂-Gehalt im durch die Vergasung erzeugten Synthesegas bei den meisten Brennstof­ fen im Bereich zwischen 1 und 3% gehalten werden.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es von Vorteil, wenn den Sauerstoffströmen Wasserdampf zu­ gesetzt wird, der als Temperaturmoderator in der Reakti­ onszone dient, wobei das Massenverhältnis von Sauerstoff (gesamt) zu Wasserdampf im Bereich von 1 : 0,1 bis 1 : 0,6 liegen soll. Hierbei soll der Wasserdampf vorzugsweise dem Sekundärsauerstoff zugesetzt werden. Unter Umständen kann auch CO₂ als Temperaturmoderator anstelle von Wasserdampf verwendet werden, wenn dadurch nicht die gewünschte Zusammensetzung des erzeugten Partialoxidationsrohgases negativ beeinflußt wird.

Anstelle von technisch reinem Sauerstoff kann bei der Ver­ gasung selbstverständlich auch unreiner Sauerstoff mit z. B. 15% N₂+Ar oder stark vorgewärmte Luft als Sauer­ stoffträger verwendet werden, wobei sich die weiter oben angegebenen Zahlenwerte selbstverständlich immer auf den reinen Sauerstoff beziehen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorteilhafterweise auch mit einem Vergasungsbrenner gear­ beitet werden, bei dem im Gegensatz zu der im Hauptpatent beschriebenen Brennerkonstruktion die Zuführung des Flug­ staubes nicht über eine in der Achse des Zuführungskanals für den Primärsauerstoff angeordnete Lanze, sondern über einen entsprechend angeordneten Ringkanal erfolgt. Dadurch wird der Strom des Primärsauerstoffes auf zwei Kanäle ver­ teilt, und zwar auf einen ersten Kanal im Zentrum des Ver­ gasungsbrenners und auf einen Ringkanal, der den Zufüh­ rungskanal für den Flugstaub von außen umschließt. Die Verteilung des Primärsauerstoffes auf den ersten und zwei­ ten Kanal erfolgt dabei auf Grund der Druckverluste etwa im Verhältnis 1 : 2. Dadurch wird erreicht, daß der Flug­ staub besser mit dem Primärsauerstoff reagieren kann.

Bei der Zuführung des Flugstaubes durch einen Ringkanal muß allerdings in den meisten Fällen die Förderstromdichte des Flugstaubes durch Zugabe eines Trägergases herabge­ setzt werden. Hierfür kann beispielsweise N₂ und/oder CO₂ oder auch ein Teil des erzeugten Synthesegases verwendet werden. Um Verstopfungen im Ringkanal zu vermeiden, darf die Korngröße der Flugstaubpartikel nicht mehr als 1 mm betragen. Überkorn muß deshalb vor der Einleitung des Flugstaubes in den Vergasungsbrenner durch geeignete Maß­ nahmen entfernt werden.

Der Kopf eines zur Durchführung dieser Verfahrensvariante geeigneten Vergasungsbrenners ist in der Abbildung als Axialschnitt dargestellt. Hierbei ist der Brennermantel 1 mit einem umlaufenden Kühlkanal 2 und einem Ringkanal 3 für die Einleitung von Schutzgas versehen. Der Ringkanal 4 dient der Zuführung des Sekundärsauerstoffes und der Ring­ kanal 5 der Zuführung des Brennstoffes. Wie die Abbildung erkennen läßt, sind dabei die Austrittsöffnungen der Ring­ kanäle 3 bis 5 zur Brennerachse hin geneigt. Erfindungsge­ mäß erfolgt hier die Zuführung des Flugstaubes durch den Ringkanal 6, der im Bereich der zentralen Zuführung des Primärsauerstoffes angeordnet ist, so daß dieser durch den zentralen Zuführungskanal 7 und den Ringkanal 8 eingelei­ tet wird. Im Zuführungskanal 7 und im Ringkanal 8 können dabei die Drallkörper 9 angeordnet sein, durch die die Verwirbelung des Primärsauerstoffes mit dem Flugstaub und dem Brennstoff verbessert wird. Dieser Effekt wird außer­ dem dadurch unterstützt, daß die Austrittsöffnungen der Ringkanäle 3 bis 5 zur Brennerachse hin geneigt sind. Durch die Schutzgaszufuhr über den Ringkanal 3 wird die Sauerstoffkonzentration am gekühlten Brennermund 10 ver­ ringert.

Die zentrale Zuführung von Primärsauerstoff über den Zu­ führungskanal 7 hat außerdem den Vorteil, daß im Zentrum des Vergasungsbrenners der Lichtleiter 11 eines außerhalb des Vergasungsbrenners installierten Flammenwächters angeordnet sein kann.

Der vorstehend beschriebene Vergasungsbrenner kann auch als Zündbrenner verwendet werden, wenn durch den Ringkanal 6 anstelle von Flugstaub ein gasförmiges Zündme­ dium, wie z. B. Erdgas oder Propan, eingeleitet wird. Diese Brennerkonstruktion ist deshalb auch hervorragend für den Anfahrbetrieb des Vergasungsreaktors geeignet.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betrieb einer Anlage für die Vergasung feinkörniger bis staubförmiger fester Brennstoffe, mit

• Vergasungsreaktor, der mit Vergasungsbrennern ausgerüstet ist,
  Einrichtung für die Flugstaubabscheidung aus dem Rohgas,
  Flugstaubsammelbehälter und Einrichtung für die Flugstaubrückführung in den Vergasungs­ reaktor,

wobei mit Vergasungsbrennern gearbeitet wird, die einen zur Brennerachse koaxialen Zuführungskanal für Primärsauerstoff, einen umgebenden Ringkanal für die Brennstoffzuführung und einen diesen umgebenden Ring­ kanal für die Zuführung von Sekundärsauerstoff auf­ weisen und wobei der aus dem Rohgas abgeschiedene Flugstaub in die Achse von zumindest einem Brenn­ stoff/Reaktionsmittel-Strahl eingeführt, von diesem in die Primärreaktionszone des Vergasungsreaktors eingebracht und in dieser eingeschmolzen wird, nach Patent (Patentanmeldung P 38 37 587.7), dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Massenverhältnis von Primärsauerstoff zu Sekundärsauerstoff von 1 : 1 bis 1 : 4, vorzugsweise 1 : 1 bis 1 : 3, gearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Sauerstoffströmen Wasserdampf als Tempera­ turmoderator zugesetzt wird, wobei das Massenver­ hältnis von Sauerstoff (gesamt) zu Wasserdampf im Be­ reich von 1 : 0,1 bis 1 : 0,6 liegen soll.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wasserdampf vorzugsweise dem Sekundärsauerstoff zugesetzt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Flugstaub über einen innerhalb des Primärsauerstoffstromes angeordneten Ringkanal eingeleitet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Zuführung des Flugstaubes über einen Ringkanal die Förderstromdichte des Flugstaubes durch Zugabe eines Trägergases herabgesetzt und seine Korngröße auf Werte von < 1 mm begrenzt wird.