DE2801574B1

DE2801574B1 - Wirbelschichtschachtgenerator zum Vergasen feinkörniger Brennstoffe

Info

Publication number: DE2801574B1
Application number: DE2801574A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. Dr. 6900 Heidelberg Flesch
Original assignee: Davy Powergas GmbH
Current assignee: Davy Powergas GmbH
Priority date: 1978-01-14
Filing date: 1978-01-14
Publication date: 1978-12-21
Also published as: IN149228B; US4349354A; BR7900213A; AU528931B2; JPS6239193B2; TR20644A; GB2012933B; GB2012933A; ZA787310B; AU4333179A; GR65595B; JPS54103402A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wirbelschicht-Schachtgenerator zum Vergasen feinkörniger Brennstoffe unter gewöhnlichem oder erhöhtem Druck, mit indirekter Kühlung des Gasweges oberhalb der Nachvergasungszone.

Es ist bekannt, körnige, insbesondere feinkörnige Brennstoffe unter gewöhnlichem oder erhöhtem Druck in einer Wirbelschicht zu vergasen, wobei endotherm reagierende Vergasungsmittel in den untersten Teil der Schicht und exotherm reagierende Vergasungsmittel in einem Abstand darüber in die Brennstoffschicht < >o eingeführt werden. Die mit dem in der Wirbelschicht erzeugten Gas hochgerissenen Brennstoffteilchen werden in der Zone über der Wirbelschicht durch dort eingeführte Vergasungsmittel nachvergast. Die Höhe des Wirbelbettes wird durch kontinuierliche Frisch- "'· brennstoffzufuhr in das Wirbelbett konstant gehalten.

Bei dieser Verfahrensweise muß dafür gesorgt werden, daß den mit dem Produktionsgas hochsteigenden geschmolzenen Flugaschen vor Erreichen des Gasabganges soviel Wärme entzogen wird, daß dort keine Ansinterungen entstehen können, die zu vorzeitiger Außerbetriebnahme des Generators führen. Andererseits soll der Wärmeentzug nicht größer sein als zur Vermeidung von Ansinterungen notwendig ist, da er sich sonst nachteilig auf die Aufrechterhaltung der Vergasungstemperatur in der darunter befindlichen Nachvergasungszone auswirkt

Für diesen Wärmeentzug eignen sich (vgL »Brennstoff-Wärme-Kraft«, 1976, S. 57 bis 60, u. DE-AS 14 21 655) im Oberteil des Schachtes angeordnete wassergekühlte Flächen eines Abhitzekessels in Gestalt eines Strahlrohrkessels mit geschlossenem Wasserkreislauf und kleinem Wasservolumen, da neben dem Vorteil einer guten Abwärmenutzung auch im Falle eines Rohrreißers kein gefährlicher Temperatursturz im Wirbelbett auftreten kann und die Kühlwirkung außer durch die Kühlflächendimensionierung auch durch die Wahl des Betriebsdruckes des Strahlrohrkessels beeinflußbar ist Mit der Kühlwirkung auf das vorbeiziehende Gas ist zwangsläufig auch eine Kälteslrahiung in die Vergasungszone verbunden, die unerwünscht ist, weil man zur Erreichung eines hohen Flugaschenausbrandes speziell in der Nachvergasungszone eine hohe Temperatur anstrebt Um die Nachteile der Kältestrahlung in die Vergasungszone in wirtschaftlichen Grenzen zu halten, muß die Höhe der Kühlfläche auf den Durchmesser des Schachtes, in dem sie angeordnet ist, beschränkt bleiben. Dies begrenzt auch die Kühlwirkung auf das vorbeiziehende Gas und bedeutet, daß die Vergasungstemperatur nur um 120⁰C höher liegen darf als der Sinterungspunkt der Flugasche beträgt was selbst bei Vergasung von reaktionsfähigen Kohlen zu einem Flugaschenausbrand von maximal nur 80% führt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Wirbelschicht-Schachtgenerator in der Weise zu verbessern, daß einerseits die zur restlosen Vergasung der Brennstoffteilchen oberhalb der Wirbelschicht erforderlichen erhöhten \e:gasungstemperaturen von bis zu etwa 1300⁰C erreicht werden, andererseits aber die im hochtemperierten Produktgas mitgeführten flüssigen Aschenteilchen durch die Kältestrahlung in der Kühlflächenzone ohne wesentliche Beeinträchtigung der genannten Vergasungstemperatur soweit gekühlt werden, daß sie nicht mehr im oberen Teil des Vergaserschachtes und im nachgeschalteten Gasweg ansintern können. Dies bedeutet, daß die fllüssigen Aschenteilchen wesentlich stärker als bisher, nämlich um bis zu 300° C gekühlt werden müssen.

Die Erfindung geht demzufolge aus von einem Wirbelschicht-Schachtgenerator zum Vergasen feinkörniger Brennstoffe unter gewöhnlichem oder erhöhtem Druck, mit indirekter Kühlung des Gasweges oberhalb der Nachvergasungszone durch einen in den Vergaserschacht eingebauten, Teil einer Dampferzeugungsanlage bildenden Strahlungsrohrkessel mit gekühlten Innenflächen in Form von Strahlungsrohrheizflächen, der im Vergleich zum Wärmeinhalt des Brennstoffbettes einen kleinen Wasserinhalt besitzt und dessen Oberfläche so bemessen ist, daß die durch ihn erreichte Kühlwirkung nur so groß ist, daß die das Gas begleitenden Vergasungsrückstände im nachgeschalteten Gasweg nicht mehr ansintern.

Die oben genannte Aufgabe wird bei diesem Wirbelschicht-Schachtgenerator erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Schachtteil des Generators, in dem die Kühlflächen angeordnet sind, einen größeren

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Querschnitt hat als der darunter liegende, das Wirbelbett und die Nachvergasungszone enthaltende Schachtteil. Durch die Querschnittsvergrößerung in der Kühlzone wird die Verweilzeit des vorbeiziehenden Gases vergrößert Außerdem wird im Vergleich zu einem Schachtofen mit gleichem Querschnitt in der Vergasungs- und Kühlzone und gleicher Kühlflächendimensionierung durch die Verteilung der Kühlflächen auf einen größeren Querschnitt, d. h. eine Verringerung der Kühlflächendichte, eine Reduzierung der Kältestrahlung in die Nachvergasungszone erreicht Zweckmäßigerweise ist die Kühlfläche in der Schachterweiterung zurückgesetzt, so daß der Reaktionsgasstrom in der Kühlzone von den Strahlungsrohren ringförmig umgeben ist Durch diese Anordnung der Kühlflächen wird die Kältestrahlung in die Nachvergasungszone ebenfalls stark reduziert, was die Verwendung wirksamerer Kühlflächen zur Absenkung höherer Flugaschentemperaturen und damit die Anwendung höherer Vergasungstemperaturen ermöglicht

Vorzugsweise ist der Querschnitt des mit Kühlflächen versehenen Schachtieiis etwa doppelt so groß wie der darunter befindliche Schachtteil für die Ve. gasung bzw. Nachvergasung. Hierdurch wird die Verveilzeit des vorbeiziehenden Gases ebenfalls verdoppelt und die Kälteeinwirkung entsprechend erhöht Auch bei den üblichen Schwankungen der Brennstoffqualität und damit des Sinterungspunktes der Flugasche ist damit gewährleistet, daß es zu keinen Ansinterungen abströmseitig der Kühlzone kommt

Zweckmäßigerweise ist die Höhe der Kühlfläche dem Durchmesser des erweiterten Schachtteiles, in dem sie sich befindet, proportional. Gegenüber der bekannten Ausführungsform mit gleichem Schachtquerschnitt in beiden Zonen hat der erfindungsgemäße Ofen somit eine höhere Kühlfläche, was eine erhöhte Kühlwirkung auf den vorbeiziehenden Gasstrom zur Folge hat.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Schachtteil der Vergasungszone in den erweiterten Schachtteil der Kühlzone so übergeht, daß die mit der Schachterweiterung verbundene Erosionswirkung durch Gaswirbel an den Kühlrohrflächen vermieden wird. Auf diese Weise wird die Kältestrahlung in die Vergasungszone weiter verringert Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die beiden Schachtteile durch ein kegelförmiges Wandstück verbunden sind, das zur Ofenachse unter einem Winkel von 45° geneigt ist. Dabei treten einerseits keine Erosionen durch Gaswirbel an den Strahlungsrohren auf und andererseits wird unnötige Kältestrahlung in die Vergasungszone vermieden.

Der Strahlungsrohrkessel wird zweckmäßig als geschlossener Wasserkreislauf mit Naturwasserumlauf ausgebildet. Die Wärme des erzeugten Dampfes wird über einen Kondensator zur Dampferzeugung nutzbar gemacht, und zwar zweckmäßig durch Verbindung mit dem Wasserrohrkessel. Der Strahlungsrohrkesstl als geschlossener Wasserkreislauf erlaubt es, in diesem Teil der Dampferzeugungsanlage mit einem kleinen Wasservolumen auszukommen. Die Temperatur des Schachtinhalts verringert sich daher bei einem Rohrriß des Strahlungsrohrkessels durch das in den Schacht austretende Wasser nur geringfügig, so daß Sauerstoffdurchbräche infolge zu kalter Brennstoffschicht nicht zu befürchten sind. Das bei einem Rohrriß in den Vergaser einströmende Wasser soll beim Verdampfen und Erhitzen dem Brennstoffbett nicht mehr als etwa 20% seiner fühlbaren Wärme entziehen, damit die Reaktionstemperatur für die Umsetzung des Sauerstoffs mit dem Brennstoff nicht unterschritten wird.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wirbelschinht-Schachtgenerators vereinfacht dargestellt.

In einem Generatorschacht 1 mit einem lichten Durchmesser von 4,40 m befir .!en sich etwa 201 giühende Kohlen der Körnung von 0 bis 6 rnrn. Mil dieser Kohle wird durch Vergasungsmittel, die durch die Düsen 3,4,5 in den Vergaser 1 eingeblasen werden, eine Wirbelschicht 2 unterhalten. Die Höhe des Wirüelbettes 2 wird durch kontinuierliche Frischkohleneinförderung durch die öffnung 8 konstant gehalten. In der Wirbelschicht 2 wird die Kohle bei 980⁰C teilweise vergast Die feineren, reaktionsträgeren Teilchen verlassen mit dem Gas die Wirbelschicht und werden in der von dem Schachtteil 9 umschlossenen Nachvergasungszone 6 mit durch die Düsen 7 zugeführtem Sauerstoff bei einer Temperatur von 1280° C restlos vergast

Im oberen Schachtteil 10 ist der zylindrische Schacht auf einen Durchmesser von 6,0 m erweitert In diesem die Kühlzone darstellenden Schachtteil sind nahe der Schachtwandung die Strahlungsrohrheizflächen 11 angeordnet. Schachtunterteil 9 und Schachtoberteil 10 sind durch ein kegelförmiges Wandstück 16 verbunden. Das bei der Vergasung zusammen mit der Flugasche entstehende Gas hat vor Eintritt in den Schachtteil 10 eine Temperatur von etwa 1250^C und beim Verlassen dieses Schachtteils am Reaktorausgang 18 noch eine Temperatur von 980° C. Der Strahlungsrohrkessel besteht aus den Strahlungsrohrheizflächen !1, dem durch die Leitungen 12 mit den Heizflächen 11 verbundenen Wassersammelbehälter 13 und dem an diesen durch Leitungen 17 angeschlossenen Kondensator 14. Der Strahlungsrohrkessel 11 bis 14 ist durch die Leitungen 15 mit dem Abhitzekessel (nicht dargestellt) verbunden, in dem das bei 18 abströmende Gas von 98O⁰C auf 180°C her?.bgekühlt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wirbelschicht-Schachtgenerator zum Vergasen feinkörniger Brennstoffe unter gewöhnlichem oder erhöhtem Druck, mit indirekter Kühlung des Gasweges oberhalb der Nachvergasungszone durch einen in den Vergaserschacht eingebauten. Teil einer Dampferzeugungsanlage bildenden Strahlungsrohrkessel mit gekühlten Innenflächen in Form von Strahlungsrohrheizflächen, der im Vergleich zum Wärmeinhalt des Brennstoffbettes einen kleinen Wasserinhalt besitzt und dessen Oberfläche so bemessen ist, daß die durch ihn erreichte Kühlwirkung nur so groß ist, daß die das Gas begleitenden Vergasungsrückstände im nachgeschalteten Gasweg nicht mehr ansintern, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtteil (10) des Generators (1), in dem die Kühlflächen (11) angeordnet sind, einen größeren Querschnitt hat als der darunter liegende, das Wirbelbett (2) und die Nachvergasungszone (6) enthaltende Schachtteii (9).

2. Wirbelschicht-Schachtgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des mit Kühlflächen versehenen Schachtteils (10) etwa doppelt so groß ist wie der darunter befindliche Schachtteil (9).

3. Wirbelschicht-Schachtgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Kühlfläche (11) dem Durchmesser des erweiterten Schachtteils (10), in dem sie sich befindet, proportional ist.

4. Wirbelschicht-Schachtr-nerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtteii (9) der Re~ ktionszone in den erweiterten Schachtteil (10) der Kühlzone so übergeht, daß die mit der Schachterweiterung verbundene Erosionswirkung durch Gaswirbel an den Kühlrohrflächen (11) vermieden wird.

5. Wirbelschicht-Schachtgenerator nach An- «o spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schachtteile (9, 10) durch ein kegelförmiges Wandstück (16) verbunden sind, das zur Schachtachse unter einem Winkel von 45° geneigt ist

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