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Verfahren zum Vergasen von staubförmigen Brennstoffen mit Hilfe von
hocherhitztem Umwälzgas Wenn es sich um dieVergasung von Brennstoffen zwecks Herstellung
eines stickstofffreien oder stickstoffarmen Gases, z. B. von Wassergas, handelt,
so geht man auch heute noch in erster Linie von stückigem Koks aus. Beim Kokseinsatz
hat man ja den Vorteil, beim Heißblasen eine Wärmemenge im glühenden Koksbett speichern
zu können, die ausreichend ist, um die zum Vergasen mit Wasserdampf, entsprechend
den beiden Gleichungen C+H.O=CO+H" C+aH,0=CO.+:2 H" nötige Wärmemenge zu liefern.
Unter gewissen Umständen, vor allem bei Verarbeitung von Braunkohle und ähnlichen
Brennstoffen, die wegen ihres weniger festen Gefüges sich nicht für die Speicherung
der Reaktionswärme eignen, kann es zweckmäßig sein, die Vergasung bei feinkörniger
oder staubförmiger Beschaffenheit der Kohle vorzunehmen. Vorzugsweise wird man dieKohle,
um eine möglichst große Oberfläche zu erhalten, in staubförmiger Beschaffenheit,
etwa wie Braunkohlenstaub, verwenden. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß man
bei staubförmiger Kohle eine sehr schnelle Vergasung erzielen kann bei gleichzeitigem
großen Durchsatz an Kohlenstaub.
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Die zur Vergasung nötige Wärmemenge kann man, wenn von der wenig leistungsfähigen
und -teuren Außenbeheizung abgesehen wird, entweder durch Innenbeheizung mit hochprozentigem
Sauerstoff oder mit aufgeheiztem Umwälzgas einbringen. Da die erste Methode als
Nachteil .die hohen Sauerstoffkosten und den hohen Gehalt an Kohlenoxyd und Kohlensäure
im erzeugten Gas besitzt, so kommt allein die Erzeugung der Reaktionswärme mit hocherhitztem
Umwälzgas, bestehend aus Wasserdampf oder einer Mischung von Wasserdampf und Nutzgas,
in Frage, wenn das erzeugte Gas :einen möglichst geringen Gehalt an Kohlensäure
und Kohlen-.Z2> haben soll. Bei diesen Anforderungen an -die Gaszusammensetzung
ist also die Aufgabe zu lösen, feinkörnige und vorzugsweise: staubförmige Brennstoffe
mittels Umwälzgas zu vergasen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind nun eine Reihe von Maßnahmen erforderlich.
Zunächst ist die Kohle zu trocknen und dann auf Staubfeinheit zu vermahlen. Die
Staubkohle muß dann in den .eigentlichen Vergaser gebracht und hier vergast «-erden,
wobei die hocherhitzten Umwälzgase die Reaktionswärme liefern. Nach Austritt aus
dem Vergaser muß die Restkohle, die nicht vergast wurde, zusammen mit der Asche
aus dem um eine gewisse Temperaturspanne abgekühlten Umwälzgas ausgeschieden werden.
Dann wird das Umwälzgas wieder nach vorheriger Abtrennung
der frisch
erzeugten Gasmengen hochgeheizt und gelangt mit neuer Staubkohle wieder zur Reaktion.
Der ganze Prozeß spielt sich dabei natürlich vollkommen kontinuierlich ab.
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Bei der Vergasung von staubförmigen Brennstoffen ergeben sich nun
folgende grundsätzliche Schwierigkeiten: Die Hauptschwierigkeit liegt darin, daß
eine Trennung von unvergaster und vergaster Kohle aus der Natur der Sache heraus
im Vergaser nicht gelingen kann, und zwar wegen der im Vergaser nötigen ständigen
Bewegung des mit Kohlenstaub vermischten Umwälzgases, d. h. also, die im verschiedenen
Vergasungszustand befindlichen Staubteilchen, also z. B. sehr wenig vergaste Staubteilchen
neben fast vollständig vergasten Staubteilchen, gelangen mit dem Umwälzgasstrom
zusammen aus dem Vergaser heraus. Aus diesem Grunde ist es sehr schwierig, eine
vollkommene Vergasung des Kohlenstaubes zu erreichen. Die Vergasung erfordert mit
zunehmendem Vergasungsgrad sehr stark ansteigende Zeiten und damit große Vergasungsräume.
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Eine weitere Schwierigkeit, die aber durch entsprechenden apparativen
Aufwand leichter behoben werden kann, liegt ferner darin, daß das Umwälzgas wieder
entstaubt werden muß, bevor es von neuem aufgeheizt wird, einmal um überhaupt den
ausreagierten Staub zu entfernen, hauptsächlich jedoch, um eine Verstaubung desjenigen
Teiles der Vergasungsanlage zu verhindern, die die Aufheizung des Umwälzgases besorgt.
Zum Aufheizen der Umwälzgase kann man entweder Rekuperatoren oder Regeneratoren
anwenden. Die Rekuperatoren, die weniger häufig in Frage kommen, werden durch Verstaubung
und Verschlackung bald an Wirksamkeit verlieren, wenn die Umwälzgase vor Eintritt
in den Rekuperator nicht entsprechend gereinigt -werden. Ähnlich verhält es sich
mit den Regeneratoren, die in erster Linie allein in Frage kommen und die bei ungereinigtem
Umwälzgas nicht nur verstauben und verschlacken, sondern auch durch Schlackenfluß
bald zerstört werden würden.
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Zu der für die Vergasung nötigen Apparatur kommt noch die vorgeschaltete
Apparatur für die Trocknung und die Vermahlung der zu vergasenden Kohle. Es hat
sich nun herausgestellt, daß man, da ja eine feinkörnige bzw. staubförmige Kohle
zur Vergasung kommen soll, mit Vorteil für Trocknung und Vermahlung Umlauftrockner
mit kombinierter Materialzerkleinerung vorsehen kann. Diese Trockner arbeiten gewöhnlich
mit einem durch eine besondere Feuerung erzeugten Strom von heißen Rauchgasen, die
meistens durch eine Steig- oder Falleitung strömen. In diesen schnell fließenden
Rauchgasstrom wird die vorgebrochene Kohle eingeführt. Durch die dirzkte Berührung
mit den schnell strömenden, hocherhitzten Rauchgasen sowie durch die infolge Reibung
und Prall auf der einen Seite und von Oberflächentrocknung und Wärmespannung auf
der anderen Seite hervorgerufene fortwährende Zerkleinerung der Kohleteilchen findet
eine sehr schnelle Trocknung der Kohle statt. Die genügend feinen, also vorzugsweise
staubfeinen, trockenen Kohleteilchen werden durch Windsichtung abgeschieden, während
die gröberen und noch nicht trockenen Teilchen unter nochmaligem Durchgang durch
eine gröbere oder feinere Zerkleinerungsapparatur den Trockenweg so lange durchlaufen,
bis Feinheit und Trocknungsgrad genügend sind. Aus den abziehenden Gasen wird die
Staubkohle oder Feinkohle durch meistens mehrere hintereinandergeschaltete Entstaubungsvorrichtungen
abgeschieden und die vom Staub befreiten abgekühlten Rauchgase ins Freie ausgestoßen.
Die Staubabscheidung erfordert natürlich auch bei der Umlauftrocknung besondere
Sorgfalt. Meistens schaltet man hinter einen oder mehrere Zentrifugalabscheider
noch eine elektrische Staubreinigung, so daß oft drei und mehr Entstaubungsanlagen
hintereinandergeschaltet vorliegen.
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Bei der Wassergaserzeugung mit Umwälzgasheizung ist es schon vorgeschlagen
, worden, den in Schichten liegenden Rohbrennstoff durch im Kreislauf geführten
überhitzten Dampf vorzutrocknen; dabei wird der für diese Trocknung benutzte Kreisstrom
von dem bei der nachfolgenden Schwelung erzeugten Gas-Dampfgemisch getrennt gehalten.
Endlich ist es bei der Wassergaserzeugung auch schon j#rorgeschlaaM worden, den
vorzutrocknenden feuchten B ennstöf-f#direkt in die den Gaserzeuger verlassenden
heißen Gase einzuführen. Dabei wird die Gaserzeugung aber mit Hilfe einer Brennstoffschicht
vorgenommen, derart, daß sich in den erzeugten Gasen höchstens Ascheteile als Staub
vorfinden können. Die dabei in Frage kommenden Gasmengen sind im Verhältnis zur
aufgegebenen Kohlenmenge bedeutend geringer als die Gasmengen, die beim Umwälzgasverfahren
zur Verfügung stehen. Demnach können -die Abgase bei diesem Verfahren nur zu einer
Vor- oder Nachtrocknung dienen, nicht aber zur vollständigen Entfernung des ganzen
Wassergehaltes, insbesondere wenn es sich um die Verwendung von feuchter Rohbraunkohle
handelt, die bis zu So und 6o1/0 Wasser enthält. Es ist ferner auch bereits vorgeschlagen
worden, bei der Wassergaserzeugung aus sIaübforrmigen Brennstoffen nach dem Wälzgas-erfahren
den vom Staub bereits befreiten
Gasstrom für die Umlauftrocknung
zu verwenden und im übrigen die Asche unmittelbar im Anschluß an die Vergasung abzuführen.
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Demgegenüber arbeitet die Erfindung, soweit die Umlauftrocknung angewandt
wird und in Frage kommt, derart, daß zwecks Vereinfachung des ganzen Verfahrens
der feuchte Rohbrennstoff zwecks Trocknung und Zerkleinerung direkt in den noch
mit ganz oder teilweise verasfem -täü@b---beladenen @ Gasstrom eingeführt wird.
Die -dabei in Frage kommenden Gasmengen genügen zur v ollständigen Trocknung. Daraus
ergeben sich natürlich bedeutende bauliche Vereinfachungen und wärmetechnische Vorteile.
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Erfindungsgemäß wird unter Verwendung eines solchen Umlauftrockners
eine bedeutende Vereinfachung und Verbesserung bei der Vergasung von Staubkohle
mit Umwälzgas für die Erzeugung der trockenen Staublkohle dadurch erreicht, daß
man folgendermaßen arbeitet: Fig. i. In den Vergaser a wird der zu vergasende Staub
bei b eingeführt, der sich in dem Vergaser während der Vergasung in Schwebe befindet.
Bei c tritt das heiße Umwälzgas ein, während bei d der mehr oder weniger vergaste
Staub zusammen mit dem abgekühlten Umwälz-as austritt. Nunmehr werden diese mit
den mehr oder weniger vergasten Staubteilchen beladenen Umwälzgasmengen dazu benutzt,
um die frische Kohle nach dem Umlaufverfahren zu trocknen und zu zerkleinern. Zu
diesem Zweck wird aus dem Bunker e durch eine Vorrichtung (in der Figur eine Schnecke)
f, die evtl. vorzerkleinerteKohle in den Strom des heißen Umwälzgases eingegeben
und in bekannter sowie zum Teil beschriebener Weise auf die erforderliche Feinheit
zerkleinert und getrocknet.
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Die Umlauftrocknung arbeitet so, daß ein hocherhitzter Gasstrom, -der
eine Temperatur von 6oo bis 8oo° C angenommen hat, durch ein aufsteigendes Rohr
geführt wird, in das der stückige Brennstoff, also z. B. stückige Rohbraunkohle,
eingegeben ist. Durch die plötzliche Erhitzung der Kohle in dem schnell bewegten
Gasstrom trocknet die äußere Schicht und platzt dabei durch die große Verschiedenheit
des spezifischen Volumens zwischen trockener und feuchter Kohle in dünnen Schichten
ab. Die getrocknete Kohle wird also hierdurch schon verhältnismäßig feinkörnig erhalten.
Die Temperatur nimmt in Aem aufsteigenden Rohr sehr schnell ab. Am Ende des Rohres
werden durch einen Windsichter die feinen trocknen Teile abgeschieden, während die
gröberen, noch nicht ganz trocknen Teile zurückfallen und erneut in den aufsteigenden
Gasstrom gelangen. Die Zerkleinerungswirkung, -die mit der Trocknung -automatisch
verbunden ist, kann unterstützt werden durch eine Schlägermühle, die die rücklaufenden
zu großen Teile durch eine kurze, kräftige Schlägerwirkung zerschmettert. Eine eigentliche
Mühle, so wie sie bei Kohlenstaubmahlung üblich ist, ist jedenfalls nicht :bei dieser
Trocknungsart vorhanden. Die trockene und vorzugsweise staubfeine Kohle wird nun
durch mehrere hintereinandergeschaltete Entstaubungsvorrichtungen abgeschieden,
und zwar in der Figur zunächst durch einen Zyklon g und sodann durch .eine elektrische
Staubabscheidung h. Die aus k austretenden Gase gelangen sodann' in einen
Wäscher 1, um hier gleichzeitig abgekühlt und von den letzten Spuren Staub befreit
zu werden; aus 1 werden die Umwälzgase abgesaugt und verdichtet durch einen Ventilator
oder ein Gebläse m. Danach werden sie wieder in die Vorrichtung n gedrückt, wo die
Wiedererhitzung des Umwälzgases stattfindet. Von n aus gelangen die hocherhitzten
Umwälzgase in den Vergaser, womit der Kreislauf geschlossen ist. Das Nutzgas
wird bei p abgezogen.
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Der erzeugte Staub gelangt durch die Leitungen q1 und q.> aus den
Staubabscheidern in ein Staubsilo mit Überlauf o. Die größte Menge des Staubes wird
nun von einer Staubpumpe, z. B. von einer Fullerpumpe r, abgezogen und durch die
Staubleitung s bei b in den Vergaser gedrückt. Ein gewisser Teil des insgesamt erzeugten
Staubes wird jedoch bei t durch eine besondere Leitung abgezogen und gelangt an
irgendeine besondere Verbrauchstelle von Kohlenstaub.
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Die Vorteile, die mit der Erfindung verbunden sind, sind folgende:
i. Die Apparatur wird bedeutend einfacher als bei Verwendung von normaler Umlauftrocknung
und normaler Staubvergasung mit Umwälzgas. Während nämlich bei der Noranalausführung
sowohl die Umlauftrocknung als auch die Staubvergasung je eine sorgfältig durchgebildete
Entstaubung besitzen muß, ist r nunmehr statt der :beiden Entstaubungen nur; eine
einzige,__und__zwar hinter der) Umlaü_f-t öcknün # -nöti . _ g 2.
Die Vergasungsapparatur kann bedeutend kleiner gehalten werden, da
es nunmehr nicht mehr äüf -eine mögliclhst weitgehende Vergasung des Kohlenstaubes
ankommt. Wenn nämlich der Vergasungsgrad der Kohle bei einmaligem Durchsatz geringer
wird, so verinehrt sich selbsttätig die von neuem in den Vergaser aufgegebene Staubmenge,
so daß also an die Stelle einer intensiveren Vergasung der Umlauf einer etwas größeren
Staubmenge tritt. Um jedoch zu verhindern, daß sich der Aschegehalt im Umlauf allzuhoch
einstellt, wird .immer ein gewisser Teil
der Staubkohle abgezogen
und dadurch zusammen mit der Asche aus dem Umlauf herausgenommen. Dieser Teil fier
Staubkohle wird irgendeinem anderen Zweck zugeführt. Die aus dem Umlauf herausgezogenen
Staubmengen brauchen jedoch, um den durchschnittlichen Aschegehalt niedrig zu halten,
nicht besonders groß zu sein, wie folgendes Beispiel zeigt: Es sollen stündlich
durch den Staubvergaser 30 t trockener Kohlenstaub mit 8 1/0 Asche durchgesetzt
werden. Es sollen jedoch zum Zwecke der Ascheabscheidung zusätzlich so viel Kohlen
getrocknet werden, wie etwa iot Kohlenstaub stündlich von normaler Beschaffenheit
entspricht, also mit 80j0 Asche, was etwa 9,2t aschefreier Staubkohle entspricht,
d. h. also, es müssen stündlich insgesamt q.ot Kohlenstaub mit 8 °f° Asche eingesetzt
werden. Die gesamte Asche beträgt demnach stündlich 3,2t. Diese 3,2t Asche müssen
entfernt werden mit dem zusätzlichen 9,:2t aschefreiem Kohlenstaub, der ja für anderweitige
Zwecke herausgezogen wird. Es müssen also abgezogen werden: 9,2 -1- 3,2
i?-,4t
Kohlenstaub mit einem durchschnittlichen Aschegehalt von a60/0. Mit diesem Aschegehalt
kann man diesen Kohlenstaub, -der aus dem Umlauf herausgezogen wird, ohne weiteres
verwenden, soweit es sich um Brennzwecke handelt. Andererseits ist der mittlere
Aschegehalt in der zur Vergasung gelangenden Kohle ebenso -hoch. Aber auch die Vergasung
läßt sich mit einem derartigen Aschegehalt der Kohle noch gut durchführen. Es ist
also ersichtlich, daß durch die angegebene Arbeitsweise, also- durch die dauernde
Rückführung des aus der Vergasung austretenden Staubes, verbunden mit einer u- cichzeitig
gen Abziehungeines Staubgernisches aus frisch getrocknetem Staub und aus der Vergasung
rückgeführten Staubes, der Aschegehalt des in den Vergaser eintretenden Staubes
auf einer. befriedigenden Höhe gehalten werden kann. Hiermit ist eine bedeutende
Leistungssteigerung des Staubvergasers verbunden, da es jetzt nicht mehr auf einen
hohen Vergasungsgrad ankommt, denn bei weniger hohem Vergasungsgrad erhöht sich
ja die rücklaufende und damit auch wieder die neu eingesetzte Staubmenge.
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Eine besondere Möglichkeit bietet sich bei der beschriebenen Arbeitsweise,
wenn die Erhitzung des Umwälzgases mittels Regeneratoren geschieht (Fig. II). In
diesem Falle ist der Staubvergaser wiederum a, während bei b
.der zu
vergasende Staub und bei e das hocherhitzte Umwälzgas eintritt. Bei d tritt ver=
gaster Staub und abgekühltes Umwälzgas aus, während aus dem Silo e durch .die Vorrichtung
f die zu trocknende Kohle in den Umlauftrockner eingeführt wird. Die Staubabscheider
g und k besorgen wieder die Reinigung des Umwälzgases. Im Wäscher I wird das Gas
endabgekühlt und nochmals gewaschen, ehe das Gebläse bzw. der Ventilator in. das
Umwälzgas von "neuem in den Kreislauf bringt. Bei p wird wie in das Nutzgas abgenommen.
Das kalte Umwälzgas tritt bei x1 und x2 in die beiden Regeneratoxen z, und z, ein.
Die hocherhitzten Gase treten aus den Regeneratoren abwechselnd bei y,, und y2 aus
und gelangen wiederum bei c in den Vergaser, womit der Kreislauf geschlossen ist.
Für .die Aufheizung der Regeneratoren wird bei u1 und zt, hocherhitzte Luft und
bei w1 und w, ein Heizgas eingeführt, wobei die Rauchgase bei v1 und v. während
der Heizperiode entweichen. Die Hochheizung der Verbrennungsluft geschieht in einem
Lufterhitzer n, Ein Ventilator i saugt die Luft an und drückt sie durch den Lufterhitzer
hindurch in den gerade zu heizenden Regenerator. Der Lufterhitzer n1 wird gefeuert
mit einer Kohlenstaubflamme. Der für diese Feuerung nötige Kohlenstaub wird aus
dem Sammelsilo entnommen. Der Kohlenstaub gelangt nämlich aus den Staubabscheidern
wiederum durch die Leitungen q1 und q2 in einen Staubbunker o. Der größte Teil des
Staubes wird durch eine Staubpumpe oder eine andere Vorrichtung, z. B. durch eine
Fullerpumpe, mittels Leitung s bei b in den Staubvergaser gepumpt.
Die Staubpumpe t zieht einen gewissen Teil des Staubes aus dem Umlauf heraus und
fördert ihn in die Feuerung zur Heizung des Lufterhitzers.
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Wenn es sich herausstellen sollte, daß der Aschegehalt des Staubes
aus den einzelnen Staubabscheidern verschieden sein sollte, so kann zweckmäßigerweise
die Staubmenge, die aus dem Umlauf entnommen wird, von demjenigen Staubabscheid.er
bezogen werden, dessen Staub den höchsten Aschegehalt besitzt. Auf diese Weise wird
der Aschegehalt im umlaufenden und im in den Vergaser eingesetzten Staub weiter
erniedrigt.
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Grundsätzlich .ist also für das neue Verfahren charakteristisch, daß
in der Vergasungs- und Trocknungsapparatur dauernd ein Staubstrom kreist, also der
schon in der Vergasung gewesene Staub, der aber nur entgast und zum Teil vergast
worden ist, immer wieder zusammen mit dem neu hinzugekommenen und in der Umlauftrocknung
erzeugten Staub in die Vergasung ' eingesetzt wird. Dieser Staubstrom führt
nebeny der W_ärmel des Umwälzgases noch eine ganz erhebliche Wärmemenge -mit,n_die
Trocknung, ein, Von dieseiri-ümräufer%derifäubström wü-d immer ein Teil abgezogen,
so daß .dadurch dauernd Asche aus -dem Prozeß herausgeführt wird. Die Asche wird
nicht in Form von Reinasche
herausgeführt, sondern in Form einer
Mischung, die aus Kohlenstaub, Grudestaub;. schwach vergastem Grudestaub, stark
vergastem Grudestaub und schließlich sogar aus ziemlich hochprozentiger Asche besteht.