DE4307462C2 - Einrichtung für die Vergasung feinkörniger bis staubförmiger Brennstoffe und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents
Einrichtung für die Vergasung feinkörniger bis staubförmiger Brennstoffe und Verfahren zu deren BetriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Vergasung fein
körniger bis staubförmiger Brennstoffe in der Schwebe mit sauer
stoffhaltigen Vergasungsmitteln unter erhöhtem Druck bei Tempera
turen oberhalb des Schlackeschmelzpunktes, bei der der Verga
sungsreaktor und das darüber liegende Abhitzesystem zur
Kühlung des heißen Rohgases in einem gemeinsamen, mit Wasser
rohren innengekühlten Druckbehälter untergebracht sind, sowie
ein Verfahren zu deren Betrieb.
Bei der Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen
hat in den letzten beiden Jahrzehnten eine Entwicklung stattge
funden, bei der die unter Normaldruck verlaufende Vergasung durch
eine Arbeitsweise unter erhöhtem Druck, insbesondere Drücken zwi
schen 15 und 50 bar, abgelöst wurde. Es liegt auf der Hand, daß
dieser Wandel auch einen erheblichen Einfluß auf die konstruktive
Gestaltung der Vergasungseinrichtung ausgeübt hat, da damit die
Festigkeitsanforderungen an die einzelnen Konstruktionselemente
ganz erheblich erhöht werden mußten.
Um diesen veränderten Bedingungen gerecht zu werden, ist in der
DE 23 42 079 A1 bereits eine Vergasungseinrichtung der eingangs
genannten Art vorgeschlagen worden. Hierbei wird das aus dem Ver
gasungsreaktor austretende, heiße Gas zunächst im Bereich der
Austrittsöffnung mit Wasserdampf gequencht, der bei der Kühlung
des Vergasungsreaktors anfällt. Danach gelangt das Gas in einen
sogenannten Beruhigungsraum, in dem durch eine plötzliche Querschnittserweiterung
eine starke Verringerung der Gasgeschwin
digkeit eintritt. Da die Innenseite des Druckbehälters hierbei
mit Wasserrohren zur Dampferzeugung ausgekleidet ist, wirkt die
ser sogenannte Beruhigungsraum gleichzeitig als Strahlungskühl
teil. Anschließend passiert das Gas einen Konvektionskühlteil
sowie einen Speisewasservorwärmer, die beide im Oberteil des
Druckbehälters angeordnet sind, und wird sodann über Kopf aus
dem Druckbehälter abgezogen.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß die bei der bekannten Vergasungs
einrichtung im sogenannten Beruhigungsraum erfolgende Strahlungs
kühlung des Gases unter bestimmten Betriebsbedingungen auch uner
wünschte Nebeneffekte aufweist. Außerdem erfordert die bekannte
Einrichtung, bei der Strahlungs- und Konvektionskühlteil räumlich
getrennt übereinander angeordnet sind, einen verhältnismäßig gro
ßen Druckbehälter, der natürlich entsprechend teuer ist und be
sondere Anforderungen an die Aufstellung stellt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Vergasungs
einrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß da
mit sowohl eine kompaktere und damit kostengünstigere Bauweise
mit vereinfachter Aufstellungsmöglichkeit als auch eine verbes
serte Kühlung des heißen Rohgases erreicht wird.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zum Betrieb der Vergasungseinrichtung
anzugeben.
Die der Lösung dieser Aufgabe dienende Vergasungseinrichtung ist
erfindungsgemäß gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- a) Der Rohgasaustritt des Vergasungsreaktors ist unmittel bar mit einem zentral im Druckbehälter angeordneten und mit Eintrittsöffnungen für die Zufuhr eines Quenchgases ver sehenen Quenchrohr verbunden,
- b) das Quenchrohr erstreckt sich bis in den Oberteil des Druckbehälters und ist konzentrisch von Konvektionskühl flächen umgeben, die zur Wärmerückgewinnung genutzt werden,
- c) oberhalb des Quenchrohres ist im Druckbehälter ein Unlenk raum für das Gas vorgesehen, und
- d) für den Abzug des gekühlten Gases aus dem Druckbehälter sind im Unterteil desselben etwa in Höhe des Rohgasaustrittes eine oder mehrere Austrittsöffnungen angeordnet.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vergasungseinrichtung
ergeben sich aus den vorliegenden Unteransprüchen und sollen
nachfolgend an Hand der Abbildungen erläutert werden. Hierbei
zeigen in vereinfachter Darstellung:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine als
Ausführungsbeispiel dienende Vergasungseinrichtung
und
Fig. 2 einen horizontalen Schnitt entlang der Linie
II-II' in Fig. 1.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Vergasungseinrichtung ist der
Vergasungsreaktor 2 im Unterteil des Druckbehälters 1 angeordnet.
Einzelheiten des Vergasungsreaktors 2 sind in der Abbildung nicht
dargestellt, da es sich hierbei um eine bekannte Konstruktion
handelt, die zur Vergasung der eingesetzten Brennstoffe unter den
eingangs genannten Verfahrensbedingungen geeignet ist. Die Stut
zen 3 und 4 dienen der Aufnahme der Vergasungsbrenner. In an sich
bekannter Weise kann der Vergasungsreaktor 2 dabei zwei oder mehr
als zwei Vergasungsbrenner aufweisen. Die bei der Vergasung an
fallende Schlacke wird entweder über den Schlackenabzug 5 im
schmelzflüssigen Zustand abgezogen, oder es ist auch eine Ausfüh
rungsform möglich, bei der diese Schlacke in ein innerhalb des
Druckbehälters 1 angeordnetes Wasserbad fällt. Der Rohgasaustritt
6 des Vergasungsreaktors 2 ist unmittelbar mit einem Quenchrohr 7
verbunden, das zentral um die Mittelpunktachse des Druckbehälters
1 angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die
Zufuhr des Quenchgases über die Leitung 8, und das Quenchgas
tritt über die Eintrittsöffnung 9, die in diesem Fall als ring
förmiger Spalt ausgebildet ist, von unten in das Quenchrohr 7
ein. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen für
die Quenchgaszufuhr möglich, bei denen die Eintrittsöffnungen 9
auf verschiedenen Ebenen im Quenchrohr 7 angeordnet sind. Das
Quenchrohr 7 endet im Oberteil des Druckbehälters 1. Oberhalb des
Quenchrohres 7 ist im Druckbehälter 1 der Umlenkraum 10 vorgese
hen. In diesem wird der aus dem Rohgas und dem Quenchgas beste
hende Gasstrom, der das Quenchrohr von unten nach oben durch
strömt hat, um 180 Grad umgelenkt. Dadurch findet gleichzeitig
eine Vermischung des Rohgases und Quenchgases statt, was zu einer
Vergleichmäßigung der Temperaturen und des Staubgehaltes führt
sowie günstigere Strömungsbedingungen an den Konvektionskühlflä
chen 11 schafft. An diesen wird der Gasstrom anschließend von
oben nach unten entlanggeführt. Die Konvektionskühlflächen 11
sind in dem Ringraum zwischen dem Quenchrohr 7 und der gasdicht
ausgeführten Innenwand 18 angeordnet.
Diese umgibt innerhalb des Druckbehälters 1 das Quenchrohr 7 mit
den Konvektionskühlflächen 11. Diese können in geeigneter Weise,
z. B. mittels der Traversen 19, außen um das Quenchrohr 7 befestigt
werden. Das Gewicht des Quenchrohres 7, der Konvektionskühlflä
chen 11 und der Innenwand 18 wird von der Tragbaukonstruktion 12
aufgenommen und beispielsweise über Konsolen 13 in die Wand des
Druckbehälters 1 abgeleitet. Die Tragkonstruktion 12 und die Kon
sole befinden sich dabei in der Nähe der Austrittsöffnungen 15.
Es ist aber auch eine Anordnung in einer beliebigen, anderen
Höhenposition möglich. Da die Konvektionskühlflächen 11 zur
Wärmerückgewinnung genutzt werden sollen, sind sie selbstver
ständlich in der Praxis mit den erforderlichen Leitungen für die
Zu- und Abfuhr eines Wärmeübertragungsmittels oder von Wasser
bzw. Wasserdampf sowie gegebenenfalls einem Dampfsammler ver
bunden, die in der Abbildung nicht dargestellt sind. Die Wärme
rückgewinnung aus dem Gas kann durch die Konvektionskühlflächen
11 in den einzelnen Ebenen bei unterschiedlicher Temperatur
erfolgen. Sofern die Wärmerückgewinnung zur Dampferzeugung genutzt
wird, kann hierbei in den einzelnen Ebenen Dampf mit unterschied
lichen Drücken erzeugt werden. Die untersten Konvektionskühlflä
chen 11 können in diesem Falle als Economizer dienen. Das gekühl
te Gas gelangt nach Passieren der Konvektionskühlflächen 1 in den
Auslaufraum 14, der so gestaltet ist, daß die vom Gas mitgeführ
ten Staubpartikel restlos ausgetragen werden. Der Auslaufraum 14
kann hierbei vorteilhafterweise schnecken- bzw. spiralförmig aus
gebildet werden. Anschließend wird das über die Austrittsöffnun
gen 15 aus der Einrichtung abgezogen. Der Druckbehälter 1 und die
Innenwand 18 sind von oben durch demontierbare Deckel 16 ver
schlossen, wodurch eine gute Zugänglichkeit zu den Einbauten ge
währleistet ist. Für Inspektionszwecke sind in den Deckeln 16 die
Mannlöcher 17 angeordnet.
Selbstverständlich werden alle im Hochtemperaturbereich liegenden
Bauteile der erfindungsgemäßen Einrichtung gekühlt. Das gilt auch
für die Konturen des Vergasungsreaktors 2 sowie für das Quench
rohr 7 und die gasdichte Innenwand 18.
Die Konturen des Vergasungsreaktors 2 werden zusätzlich in an
sich bekannter Weise mit Feuerfestmaterialien beschichtet, um die
metallischen Werkstoffe vor der Korrosion durch die flüssige Koh
leschlacke zu schützen. Alle nichtbeschichteten Kühlflächen kön
nen durch Klopfeinrichtungen bzw. Rußbläser abgereinigt werden.
Der abgestoßene Flugstaub fällt dabei entweder in den Vergasungs
reaktor 2 zurück, oder er wird mit dem Gasstrom über die Aus
trittsöffnungen 15 ausgetragen und in der nachgeschalteten Gas
reinigung abgeschieden. Diese Nebeneinrichtungen sind in der Ab
bildung nicht dargestellt.
Der in Fig. 2 dargestellte, horizontale Schnitt entlang der Linie
II-II' in Fig. 1 läßt die konzentrische Anordnung der Konvekti
onskühlflächen 11 um das Quenchrohr herum sowie die Abordnung der
beiden Austrittsöffnungen 15 erkennen. Da die Bezugszeichen
selbstverständlich mit denen in Fig. 1 übereinstimmen, bedarf
diese Figur hierzu keiner weiteren Erläuterung.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe
mit den erfinderischen Merkmalen des Patent
anspruchs 6 gelöst.
Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung werden innerhalb
des Druckbehälters folgende Verfahrensschritte nacheinander
durchgeführt:
- - Vergasung bei ca. 1400-1800°C,
- - Mischkühlung des heißen Rohgases im Quenchrohr 7 bis auf 600-1000°C, vorzugsweise bis auf ca. 800°C und
- - weitere Abkühlung des Gases durch die Konvektions kühlflächen 11 bis auf ca. 150-450°C, vorzugs weise 250°C.
Ein wesentliches Verfahrensmerkmal ist hierbei darin zu sehen,
daß auf die Kühlung des heißen Rohgases in einem Strahlungskühler
verzichtet wird und stattdessen eine Mischkühlung im Quenchrohr 7
erfolgt. Damit in dieser Verfahrensstufe befriedigende Ergebnisse
erzielt werden, ist es erforderlich, daß im Quenchrohr 7 eine im
Bereich zwischen 3 und 30 m/Sekunde, vorzugsweise zwischen 6 und
8 m/Sekunde, liegende Strömungsgeschwindigkeit eingestellt wird,
wobei sich die Menge des zugeführten Quenchgases nach dessen Gas
temperatur richtet. Sofern das Rohgas im Quenchrohr 7 bis auf ca.
800°C abgekühlt werden soll, beträgt bei einer Quenchgastempera
tur von ca. 250°C die erforderliche Quenchgasmenge ca. das 1,6-fa
che der Rohgasmenge. Als Quenchgas können hierbei Produktgas,
Stickstoff und/oder Wasserdampf verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht durch die integrierte
Kompaktbauweise der einzelnen Anlageteile eine außerordentlich
hohe Raumausnutzung des Druckbehälters 1.
Dadurch werden nicht nur Anlagekosten eingespart, sondern es wird
gleichzeitig auch eine sichere Betriebsweise ermöglicht. Gefähr
dungen durch verschlackungsempfindliche Umlenkrohre, wie sie bei
vergleichbaren Systemen vielfach üblich sind, gibt es in diesem
Falle nicht. Im Vergleich zu nichtintegrierten Systemen weist die
erfindungsgemäße Einrichtung außerdem noch folgende Vorteile auf:
Problemlose Aufstellung bei geringem Raumbedarf und Fortfall von starren Verbindungsleitungen, die alle Kräfte, Wärmedehnungen sowie Fremdeinwirkungen durch Wind oder Erdbeben aufnehmen müs sen. Gleitfugen zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen in verschlackungsgefährdeten Bereichen existieren ebenfalls nicht.
Problemlose Aufstellung bei geringem Raumbedarf und Fortfall von starren Verbindungsleitungen, die alle Kräfte, Wärmedehnungen sowie Fremdeinwirkungen durch Wind oder Erdbeben aufnehmen müs sen. Gleitfugen zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen in verschlackungsgefährdeten Bereichen existieren ebenfalls nicht.
Die innerhalb des Druckbehälters 1 angeordneten Anlagenteile sind
dabei in der Praxis trotzdem problemlos zugänglich, so daß sich
auch hieraus keine Nachteile gegenüber freistehenden Anlageteilen
ergeben.
Claims (6)
1. Einrichtung für die Vergasung feinkörniger bis staubförmiger
Brennstoffe in der Schwebe mit sauerstoffhaltigen Verga
sungsmitteln unter erhöhtem Druck bei Temperaturen oberhalb
des Schlackeschmelzpunktes, bei der der Vergasungsreaktor
und das darüber liegende Abhitzesystem zur Kühlung des hei
ßen Rohgases in einem gemeinsamen, mit Wasserrohren innenge
kühlten Druckbehälter untergebracht sind, gekennzeichnet
durch folgende Merkmale:
- a) Der Rohgasaustritt (6) des Vergasungsreaktors (2) ist unmittelbar mit einem zentral im Druckbehälter (1) angeordneten und mit Eintrittsöffnungen (9) für die Zufuhr eines Quenchgases versehenen Quenchrohr (7) verbunden,
- b) das Quenchrohr (7) erstreckt sich bis in den Ober teil des Druckbehälters (1) und ist konzentrisch von Konvektionskühlflächen (11) umgeben, die zur Wärmerückgewinnung genutzt werden,
- c) oberhalb des Quenchrohres (7) ist im Druckbehälter (1) ein Umlenkraum (10) für das Rohgas vorgesehen und
- d) für den Abzug des gekühlten Gases aus dem Druckbe hälter (1) sind im Unterteil desselben etwa in Höhe des Rohgasaustrittes (6) eine oder mehrere Austrittsöffnungen (15) angeordnet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Auslaufraum (14) für das gekühlte Gas schneckenförmig ausge
bildet ist.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die Konvektionskühlflächen (11)
über die gesamte Länge des Quenchrohres erstrecken.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß mehrere Konvektionskühlflächen (11) übereinan
der angeordnet sind, in denen eine Wärmerückgewinnung bei
unterschiedlichen Temperaturen erfolgt.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die untersten Konvektionskühlflächen (11) als
Economizer ausgebildet sind.
6. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach den Ansprüchen 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Quenchrohr (7) eine
Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Bereich zwischen 5 und
30 m/Sekunde, vorzugsweise zwischen 6 und 8 m/Sekunde, ein
gestellt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4307462A DE4307462C2 (de) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | Einrichtung für die Vergasung feinkörniger bis staubförmiger Brennstoffe und Verfahren zu deren Betrieb |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4307462A DE4307462C2 (de) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | Einrichtung für die Vergasung feinkörniger bis staubförmiger Brennstoffe und Verfahren zu deren Betrieb |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4307462A1 DE4307462A1 (de) | 1994-09-15 |
DE4307462C2 true DE4307462C2 (de) | 2002-10-17 |
Family
ID=6482365
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4307462A Expired - Fee Related DE4307462C2 (de) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | Einrichtung für die Vergasung feinkörniger bis staubförmiger Brennstoffe und Verfahren zu deren Betrieb |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4307462C2 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012518772A (ja) * | 2009-02-23 | 2012-08-16 | シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー | 廃熱ボイラ |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2342079A1 (de) * | 1973-08-21 | 1975-03-06 | Koppers Gmbh Heinrich | Einrichtung zur vergasung feinverteilter, insbesondere fester brennstoffe |
DE3929766A1 (de) * | 1989-09-07 | 1991-03-14 | Krupp Koppers Gmbh | Anlage fuer die erzeugung eines produktgases aus einem feinteiligen kohlenstofftraeger |
-
1993
- 1993-03-10 DE DE4307462A patent/DE4307462C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2342079A1 (de) * | 1973-08-21 | 1975-03-06 | Koppers Gmbh Heinrich | Einrichtung zur vergasung feinverteilter, insbesondere fester brennstoffe |
DE3929766A1 (de) * | 1989-09-07 | 1991-03-14 | Krupp Koppers Gmbh | Anlage fuer die erzeugung eines produktgases aus einem feinteiligen kohlenstofftraeger |
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DE4307462A1 (de) | 1994-09-15 |
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