DE4013739A1

DE4013739A1 - Verfahren zur inbetriebnahme von vergasungsreaktoren

Info

Publication number: DE4013739A1
Application number: DE19904013739
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Duerlich; Heinz Enders; Olaf Dipl Ing Wehner; Hartmut Findeisen; Gerd Thieme; Walter Dr Sc Techn Toufar; Guenter Dr Ing Scholz; Karl Dipl Ing Sowka; Hermann Dipl Ing Graf; Heinz Polensky; Juergen Dipl Chem Gasde; Horst Dipl Ing Muehlig; Knut Kallmeier
Original assignee: Gaskombinat Schwarze Pumpe VEB
Current assignee: Energiewerke Schwarze Pumpe AG
Priority date: 1989-07-24
Filing date: 1990-04-28
Publication date: 1991-01-31
Also published as: CS359790A3; CN1038597C; DD285989B5; CZ280247B6; CN1049024A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Verfahren zur Fest bettdruckvergasung fester fossiler Brennstoffe und da bei speziell auf die Inbetriebnahme von Festbettdruck vergasungsreaktoren, wobei sich die Inbetriebnahme so wohl auf das Zünden aus dem kalten Zustand als auch auf das Anfahren unter Feuer stehender Festbettdruckverga sungsreaktoren bezieht.

Das Zünden von Festbettdruckvergasungsreaktoren zur Vergasung von Kohle wird gegenwärtig nach zwei grund sätzlichen technischen Lösungen vorgenommen.

Einmal wird ein Zündbrennstoff dem Reaktor zugeführt und entweder schon vor Zuführung gezündet oder durch ein Zündinitial im Reaktor gezündet.

Danach wird Anfahrluft in den Reaktor eingeblasen, spä ter Vergasungsstoff zugegeben und auf ein Luft-Dampf- Gemisch umgestellt.

Das Anfahrrohgas wird über eine Fackel in die Atmos phäre geleitet bis der Volumenanteil des Sauerstoffs 0,6% beträgt.

Bei einer anderen Lösung wird der Reaktor mit Verga sungsstoff gefüllt oder teilgefüllt, danach mittels Dampf bis über die Selbstentzündungstemperatur des Ver gasungsstoffes aufgeheizt und schließlich mit einem Luft-Dampf-Gemisch gezündet.

Die Beurteilung der vollzogenen Zündung erfolgt durch die Bestimmung des O₂- und CO₂-Gehaltes im Anfahrroh gas. Bei erreichten festgelegten Grenzwerten erfolgt ei ne Steigerung der Menge des Luft-Dampf-Gemisches. Aus sicherheitstechnischen Gründen wird das Anfahrrohgas bis zu einem Volumenanteil des Sauerstoffs von 0,6% über ein Fackelsystem abgeleitet.

Gemäß beider technischen Lösungen wird beim Erreichen der folgenden Grenzwerte:

Volumenanteil des Sauerstoffs <0,6%
Volumenanteil des CO₂ im Rohgas <23%
Rohgasaustrittstemperatur <200°C und
Reaktordruck <0,6 MPa

vom Fackelbetrieb auf ein Rohgasanfahrsystem umgestellt. In diesem System wird das Anfahrrohgas auf den üblichen Netzdruck verdichtet und dem Rohgasansatz zugeführt. Die Nachteile dieser technischen Lösungen sind eine hohe Schadstoffbelastung der Umgebung während des mehrere Stunden dauernden Fackelbetriebes, der erforderliche Energieaufwand bei der Verdichtung des Anfahrrohgases und daß vom Beginn der Inbetriebnahme bis zur Netzschal tung des Reaktors die anfallenden Gaskondensate in ein extra dafür notwendiges druckloses Gaskondensatsystem abgeführt werden müssen.

Aufgrund der nicht voll geschlossenen Auslegung des drucklosen Kondensatsystems ist die Einleitung der hei ßen Gaskondensate auch mit einer erheblichen Schadstoff emission verbunden. Der Anfahrprozeß unter Feuer abge stellter Generatoren unterscheidet sich vom Zündprozeß nur dadurch, daß die Handlungsschritte bis zur Zündung des Vergasungsstoffes entfallen. Nach der Zuführung des Luft-Dampf-Gemisches werden die Verfahrensschritte, wie Fahrweise über die Fackel, Fahrweise über die Rohgasan fahrleitung und Netzschaltung analog der beim Zündvor gang beschriebenen Technologie vorgenommen. Die be schriebenen Nachteile treten demnach ebenfalls auf. Es wurde weiter vorgeschlagen, anstelle eines Dampf- Luft-Gemisches ein Dampf-Sauerstoff-Gemisch bei der In betriebnahme der Reaktoren zu verwenden. Als Vorteile werden die Verkürzung des Anfahrvorganges, geringerer Anlagenaufwand und Wegfall des Umstellvorganges von ei nem Dampf-Luft-Gemisch auf ein Dampf-Sauerstoff-Gemisch und damit ein erweiterter sicherheitstechnischer Vorteil angegeben.

Die obengenannten Nachteile können jedoch nicht besei tigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Inbetriebnahme bzw. Wiederinbetriebnahme von Kohledruckvergasungsreaktoren wirtschaftlicher und umweltfreundlicher zu gestalten und das Anfahren bzw. Wiederanfahren von Kohledruckver gasungsreaktoren frei von Emissionsquellen, speziell von Schadstoffemissionsquellen zu gestalten und die In betriebnahme über die drucklose Gaskondensatleitung auszuschließen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Inbetriebnahme, sowohl für den Zündvorgang als auch für das Anfahren von unter Feuer stehenden Kohledruck vergasungsreaktoren das zugeführte Zünd-Anfahrvergasungs mittelgemisch in seiner Zusammensetzung während des In betriebsnahmevorganges die Zusammensetzung des Zünd-An fahrvergasungsmittelgemisches so gestaltet wird, daß der Sauerstoffanteil gerade so hoch ist, daß eine stete Er höhung des Temperaturniveaus im Reaktor möglich ist, andererseits aber ein explosibles Gasgemisch, selbst bei Nichtumsetzung des Sauerstoffanteiles im Reaktor, nicht entstehen kann. Das Zünd-Anfahrvergasungsmittelge misch wird in unterkritischer Zusammensetzung eingestellt, wobei als kritische Zusammensetzung der O₂-Gehalt im Inertgas zu verstehen ist, der bei Nichtumsetzung im Reaktor gerade ausreichen würde, im Anfahrrohgas bzw. im Gemisch Anfahrrohgas und Rohgas ein explosibles Gas gemisch zu bilden.

Um das zu erreichen, werden für das Zünd-Anfahrverga sungsmittelgemisch Inertgaskomponenten eingesetzt, die eine Kondensationstemperatur bei gegebenen Prozeßdrücken von unter 273 K haben.

Zusätzlicher Dampf als Wärmeträger ist einsetzbar. Bei Verwendung von N₂ oder CO₂ als Inertgaskomponente sollte der Volumenanteil des Sauerstoffes 5% in den er sten 30 Min. der Inbetriebnahme nicht überschreiten und 2,5% nicht unterschreiten.

Die Druckerhöhung im Reaktor erfolgt bei Zündprozessen schon in der Aufheizphase mit Dampf, indem alle Ausbla seleitungen geschlossen werden und bei der Inbetrieb nahme unter Feuer stehender Reaktoren in den ersten Mi nuten der Inbetriebnahme durch die natürliche Drucker höhung infolge der Einleitung des Zünd-Anfahrvergasungs mittelgemisches.

Mit Hilfe einer kontinuierlich arbeitenden O₂-Analysen messung wird eine Überprüfung des O₂-Gehaltes im Rohgas vorgenommen. Nach 30 Min. anstehender Volumenanteile des Sauerstoffs im Rohgas von kleiner 1% wird der O₂- Anteil im trockenen Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisch auf 9% durch die Zugabe von Sauerstoff erhöht. Beträgt der Volumenanteil des Sauerstoffs nach 30 Min. kleiner 1% im Rohgas, wird auf ein Vergasungsmittel umgestellt, das nur noch aus Dampf und Sauerstoff besteht.

Danach erfolgt in Abständen von 15 Min. eine Belastungs steigerung von 100 m³ i. N. O₂/h bis zu einer Sauerstoff belastung von 1600 m³ i. N. O₂/h bei Einhaltung eines vor gegebenen, den Kohleeigenschaften entsprechenden Dampf- Sauerstoff-Verhältnisses. Bei dieser Belastung erfolgt 4 Stunden lang eine Stabilisierung des Aschebettes. Da nach wird die gewünschte Belastung schrittweise einge stellt.

Bei Anfahrvorgängen von unter Feuer stehenden Reaktoren entfällt die Stabilisierungsphase des Aschebettes. Dieses Verfahren hat folgende Vorteile:

- Die Zünd- und Anfahrvorgänge erfolgen emissionsfrei.
- Durch eine unterkritische Zusammensetzung des Anfahr vergasungsmittels in der Anfangsphase ist eine gefahr lose Technik realisiert.
- Die Gasableitung über die Fackel und die Rohgasanfahr leitung wird nicht mehr vorgenommen. Damit werden Gas verluste und Gasverdichtungsaufwendungen vermieden.
- Die Gaskondensatableitung erfolgt bei Nutzung des Gas kondensatdrucksystems störungsfrei und ohne die Schad stoffemissionen, die beim Stopsystem auftreten.
- Durch die Vergasungsstoffaufheizung im geschlossenen Drucksystem erfolgt eine bessere Ausnutzung der Dampf enthalpie und eine sicherere Zündung als bei druckloser Aufheizung. Die Dampfemission in die Atmosphäre wäh rend des Aufheizvorganges wird beseitigt.

Die Erfindung wird nachstehend mittels zweier Beispiele näher erläutert, wobei Beispiel 1 einen Zündvorgang dar stellt und Beispiel 2 einen Anfahrvorgang. Die für beide Beispiele zutreffende Fig. 1 zeigt ein Verfahrensschema.

Beispiel 1

Der Zündvorgang wird durch folgende, nacheinanderablau fende Verfahrensschritte charakterisiert:

1. Vollschleusen des Reaktors 4 mit Kohle
2. Inertisierung des mit Kohle gefüllten Reaktors 4 einschließlich des aus Waschkühler 5, Abhitzekessel 6 und Rohgasleitung 7 bestehenden Rohgasweges bis hin zum Inertisierungsstutzen 8 vor dem geschlossenen Trennschieber 9 in der Rohgasleitung mit Inertgas, bestehend aus N₂ oder CO₂, das über die entsprechen de Stickstoff- oder CO₂-Leitung 1 herangeführt wird, über den Injektor 2 und die Vergasungsmittelgemisch leitung 3.
3. Bespannung des mit Kohle gefüllten Reaktors mit Ver gasungsdampf über die Treibdampfleitung 10 mit einer Dampfmenge von 5 t/h bis zum Betriebsdruck. Dabei sind alle aus dem Rohgassystem abführenden Leitungen ge schlossen.
4. Netzschaltung des Reaktors 4 bei Erreichung des Netz druckes im Reaktor.
5. Vorwärmen der Kohle im Reaktor 4 mit einer Vergasungs dampfmenge von 15 t über die Treibdampfleitung 10, den Injektor 2 und die Vergasungsmittelgemischleitung 3.
6. Zünden des Vergasungsstoffes nach einer Aufheizzeit von einer Stunde bei einer Dampftemperatur nach dem Reaktor von über 523 K mittels eines Zünd-Anfahrver gasungsmittelgemisches mit unterkritischer Zusammen setzung von 2000 m³ i. N. N₂/h und einem Volumenan teil des Sauerstoffs von 4% über die N₂-Leitung 1 und der Mengenregelung 12. Die Dampfzuführung wird ausgesetzt.
7. Vergasungsmittelgemischeinstellung nach folgendem Programm:
Der Volumenanteil des Sauerstoffs im Anfahrrohgas 30 Min. lang unter 1% liegt.
Bleibt bei einem Volumenanteil des Sauerstoffs von 9% im Zünd-Anfahrvergasungsmittel 30 Min. lang der Volumenanteil des Sauerstoffs im Anfahrrohgas unter 1%, wird auf ein reines Dampf-Sauerstoff-Gemisch Leitung 10 und 11 von 200 m³ i. N. O₂/h und 1,5 t Dampf/h umgestellt.
8. Die Einstellung der Reaktorbelastung bzw. des Normal betriebes wird durchgeführt, wenn bei der letztge nannten Einstellung gemäß Punkt 7 in einem Zeitraum von 30 Min. der Volumenanteil des Sauerstoffes im An fahrrohgas unter 0,6% und die Rohgasaustrittstempe ratur 503 K beträgt. Die Erhöhung der O₂-Menge er folgt in Schritten von 15 Min. um jeweils 100 m³ i. N. O₂/h bei Einhaltung eines Dampf-Sauerstoff-Verhält nisses von 7,5 kg Dampf/m³ i. N. O₂, wobei die Höhe des Dampf-Sauerstoff-Verhältnisses dem Ascheschmelz verhalten angepaßt wird.

Beispiel 2

Der Unterschied zum Zündvorgang resultiert aus den sich unterscheidenden Ausgangsbedingungen im Reaktor. Ist zum Beginn eines Zündvorganges der Reaktor noch völlig leer, so befindet sich bei Einleitung eines Anfahrvorganges schon ein gezündeter Vergasungsstoff im Reaktor. Der artige Bedingungen entstehen meist, wenn Generatoren zum Zwecke der Erledigung bestimmter Reparaturarbeiten außer Betrieb genommen werden müssen.

Die einzelnen Verfahrensschritte für einen Anfahrvorgang sind:

1. Inertisierung des Reaktors über die Inertisierungs leitung 13 am Reaktorkopf bis hin zum Inertisierungs stutzen 8 vor dem geschlossenen Trennschieber 9 in der Rohgasleitung mittels Inertgas. Der Volumenanteil des Sauerstoffs in der Rohgasleitung muß kleiner als 4% betragen.
2. Einleitung eines Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisches über die Leitung 1 mit unterkritischer Zusammensetzung von 2000 m³ i. N./h und einem Volumenanteil des Sauer stoffs von 4% mittels Mengenregelung 12 in den Reak tor 4. DAbei sind alle aus dem Rohgassystem abführen den Leitungen geschlossen.
3. Netzschaltung des Reaktors bei Erreichung des Netz druckes im Reaktor. Der Volumenanteil des Sauerstoffs im Anfahrrohgas muß kleiner 5% sein.
4. Die weiteren Verfahrensschritte verlaufen analog der Punkte 7. und 8. des Zündvorganges.

Verzeichnis der verwendeten Bezugszeichen

1 Stickstoff- bzw. CO₂-Leitung
2 Injektor
3 Vergasungsmittelgemischleitung
4 Reaktor
5 Waschkühler
6 Abhitzekessel
7 Rohgasleitung
8 Inertisierungsstutzen
9 Trennschieber
10 Treibdampfleitung
11 Sauerstoffleitung
12 Mengenregelung
13 Inertisierungsleitung am Reaktorkopf

Claims

1. Verfahren zur Inbetriebnahme von Vergasungsreaktoren der Festbettdruckvergasung sowohl für den Zündvor gang als auch für das Anfahren von unter Feuer ste henden Vergasungsreaktoren, gekennzeichnet dadurch, daß das zugeführte Zünd-Anfahrvergasungsmittelge misch in seiner Zusammensetzung während des Inbe triebnahmevorganges variiert wird, wobei zu Beginn des Inbetriebnahmevorganges die Zusammensetzung des Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisches so eingeregelt wird, daß eine stete Erhöhung des Temperaturniveaus im Reaktor (4) möglich ist, andererseits aber ein explosibles Gasgemisch, selbst bei Nichtumsetzung des Sauerstoffanteiles im Reaktor (4), nicht ent stehen kann, daß weiter nach einer Inertisierung des gefüllten Reaktors (4) einschließlich des Roh gasweges bis hin zum geschlossenen Trennschieber (9) in der Rohgasleitung (7) eine Bespannung des Systems mit Dampf beim Zündvorgang, bzw. mit N₂ oder CO₂ beim Anfahrvorgang auf Rohgasnetzdruck erfolgt und danach sofort die Netzschaltung vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Aufheizen des Vergasungsstoffes für den Zünd vorgang mit einer Vergasungsdampfmenge von 10 bis 20 t durchgeführt wird, wobei die Temperatur am Rohgasab gang des Reaktors am Ende der Aufheizung mindestens 523 K betragen muß.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß im Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisch Inertgaskompo nenten enthalten sind, die eine Kondensationstempera tur bei gegebenem Prozeßdruck von unter 273 K haben.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet da durch, daß die Inertgaskomponenten N₂ oder CO₂ sind, wobei zusätzlich Dampf als Wärmeträger eingesetzt werden kann.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß ein Volumenanteil des Sauerstoffs von 5% im trockenen Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisch nicht überschritten und ein Volumenanteil des Sauer stoffs von 2,5% nicht unterschritten wird, bis 30 Min. lang im Anfahrrohgas der Volumenanteil des Sauerstoffs kleiner 1% beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß nach 30 Min. anstehendem Volumenanteil des Sauer stoffs im Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisch auf 9% erhöht wird und wenn nach weiteren 30 Min. der Volu menanteil des Sauerstoffs im Rohgas kleiner 1% be trägt auf ein Vergasungsmittelgemisch umgestellt wird, das nur aus Dampf und Sauerstoff besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6 gekennzeichnet da durch, daß nach erfolgter Umstellung auf ein Dampf- Sauerstoff-Gemisch und Erreichung einer Rohgasaus trittstemperatur nach dem Reaktor von mindestens 503 K, in Abständen von 15 Min. eine Belastungsstei gerung von 100 m³ O₂ i. N./h bis zu einer Sauerstoff belastung von 1600 m³ i. N./h erfolgt, wobei die Ein haltung eines vorgegebenen, den Kohleeigenschaften entsprechenden Dampf-Sauerstoff-Verhältnisses not wendig ist.