DE4102965C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Fördern eines feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffes in einen unter erhöhtem Druck stehenden Vergasungsreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fördern eines feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffes in einen unter erhöhtem Druck stehenden Vergasungsreaktor, in dem der Brennstoff im Flugstrom mit Sauerstoff und/oder Luft sowie gegebenenfalls Wasserdampf vergast wird, bestehend aus einem zentralen Zuteilbehälter, von dem alle Brenner des Vergasungsreaktors mit Brennstoff versorgt werden und der unter einem gegenüber dem Druck im Vergasungsreaktor leicht erhöhten Differenzdruck gehalten wird, wobei dem Zuteilbehälter mindestens zwei Schleusbehälter zugeordnet sind, die wechselweise drucklos mit Brennstoff befüllt und anschließend mit einem geeigneten Gas unter Druck gesetzt und danach in den Zuteilbehälter entleert werden. Gleich­ zeitig betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anwendung dieser Vorrichtung.

Bei der Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen, wie z. B. Kohlenstaub, Torf, Hydrierrückstän­ den und/oder Flugstaub mit hohem Kohlenstoffgehalt, unter erhöhtem Druck besteht die Notwendigkeit, den zu vergasen­ den Brennstoff aus einem unter Normaldruck stehenden Vor­ ratsbunker in den unter Vergasungsdruck stehenden Verga­ sungsreaktor zu fördern. Da hierbei normalerweise mit Ver­ gasungsdrücken gearbeitet wird, die im Bereich zwischen 10 und 100 bar, vorzugsweise zwischen 25 und 45 bar, liegen, stellt dies ein nicht einfach zu lösendes technisches Pro­ blem dar, zu dessen Lösung bereits in der Vergangenheit unterschiedliche Vorschläge unterbreitet wurden.

Aus der DE-OS 38 10 404 ist hierbei bereits ein Verfahren zum pneumatischen Fördern eines feinkörnigen bis staubför­ migen Brennstoffes in einen unter erhöhtem Druck stehenden Vergasungsreaktor bekannt, das mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art arbeitet. Durch die dort beschrie­ bene Arbeitsweise gelingt es, die Brennstoffzufuhr zum Zu­ teilbehälter kontinuierlich in der Weise durchzuführen, daß die Brennstoffzufuhr der Brennstoffentnahme angepaßt ist, wobei gleichzeitig die Brennstoff-Förderung gleich­ mäßig erfolgen kann. Das in dieser Veröffentlichung be­ schriebene Verfahren stellt deshalb im Prinzip eine brauchbare Lösung des anstehenden Problems dar.

Es hat sich allerdings gezeigt, daß es bei der bekannten Vorrichtung unter Umständen zu einer unzulässigen Verdich­ tung des im Schleusbehälter befindlichen Brennstoffes kom­ men kann, da bei ihr die Druckbeaufschlagung des Schleus­ behälters in der Weise erfolgt, daß das Gas überwiegend von oben in den Schleusbehälter eingeleitet wird, wobei das Rohr für die Gaseinleitung am Behältermantel endet. Dadurch wird der ungestörte und reibungslose Auslauf des Brennstoffes aus dem Schleusbehälter beeinträchtigt. Außerdem wird bei der bekannten Vorrichtung nur ein Teil des bei der Entspannung der Schleusbehälter freiwerdenden Gases zum Transport des vom Vorratsbunker kommenden Brenn­ stoffes genutzt, während der Rest des Gases ungenutzt bleibt und wegen der darin enthaltenen Brennstoffpartikel vor dem Ablassen in die Atmosphäre in einem Zyklonfilter gereinigt werden muß. Für die Druckbeaufschlagung der Schleusbehälter wird bei der bekannten Vorrichtung dagegen stets frisches Gas verwendet, wobei es sich vorzugsweise um CO₂ handelt, das aus dem bei der Vergasung erzeugten Produktgas abgetrennt wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Vor­ richtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbes­ sern, daß eine unzulässige Verdichtung des Brennstoffes während der Druckbeaufschlagung der Schleusbehälter ver­ mieden wird. Gleichzeitig soll es mit der erfindungsgemäßen­ Vorrichtung möglich sein, das bei der Entspannung der Schleusbehälter freigesetzte Gas besser zu nutzen, wobei auf eine Abreinigung dieses Gases in besonderen Reini­ gungseinrichtungen, wie z. B. Zyklonfiltern, verzichtet werden soll.

Die der Lösung dieser Aufgabe dienende Vorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Schleusbehältern jeweils ein der Gaszufuhr und -abfuhr dienendes Rohr angeordnet ist, das abschnitts­ weise aus einem porösen Material besteht und das sich vom oberen Ende des Schleusbehälters bis in die Nähe des Aus­ laufes erstreckt.

In dem für die Gaszufuhr und -abfuhr verwendeten Rohr sol­ len dabei die Abschnitte aus porösem Material möglichst gleichmäßig über die gesamte Rohrlänge verteilt sein. Der Anteil der Abschnitte aus porösem Material, der durch den erforderlichen Volumenstrom des in den Schleusbehälter austretenden Gases bestimmt wird, sollte aus Kostengründen allerdings möglichst klein gehalten werden. In der Praxis wird man davon ausgehen können, daß dieser Anteil zwischen 25 und 75%, vorzugsweise zwischen 40 und 60%, der Ge­ samtlänge des Rohres liegt. Für die Herstellung der Ab­ schnitte aus porösem Material wird vorzugsweise Sinterme­ tall mit einer Porosität von 3 bis 10 µm verwendet. Die Wandstärke und/oder Porosität kann in den einzelnen Ab­ schnitten des Rohres unterschiedlich sein, wobei die Werte so gewählt werden, daß der Gesamtwiderstand beim Gasaus­ tritt, der sich aus dem Widerstand der Schüttung im Schleusbehälter, dem Widerstand des porösen Materials und der Reibung innerhalb des Rohres ergibt, über die gesamte Rohrlänge annähernd gleich bleibt. Im Interesse einer mög­ lichst leichten Montierbarkeit und Demontierbarkeit ist es schließlich angebracht, das Rohr aus einzelnen Segmenten zusammenzusetzen, wobei sich Segmente aus gasundurchlässi­ gem und porösem Material immer abwechseln.

Normalerweise wird das Rohr zentrisch in der Mittelpunkts­ achse des Schleusbehälters, der sich in an sich bekannter Weise in seinem unteren Teil zum Auslaufende hin konisch verjüngt, angeordnet. Wenn es die Bedingungen auf der An­ lage erforderlich machen, kann das Rohr aber auch schräg im Schleusbehälter montiert werden, wobei das untere Rohr­ ende in der Mittelpunktsachse des Schleusbehälters und das obere Rohrende außerhalb der Mittelpunktsachse liegt.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung so­ wie des Verfahrens zum Betrieb derselben sollen nachfol­ gend an Hand der Abbildung erläutert werden. Diese zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor­ richtung in vereinfachter Darstellung. Hierbei sind dem zentralen Zuteilbehälter 1, von dem alle Brenner des nicht dargestellten Vergasungsreaktors versorgt werden, die bei­ den Schleusbehälter 2 und 3 zugeordnet, die abwechselnd befüllt und entleert werden.

In den Schleusbehältern 2 und 3 ist erfindungsgemäß ein Rohr 4 für die Gaszufuhr und -abfuhr angeordnet. Dieses Rohr 4, das sich in diesem Falle jeweils in der Mittel­ punktsachse der Schleusbehälter 2 und 3 befindet, ist aus einer Vielzahl von Segmenten zusammengesetzt, wobei sich Segmente aus gasundurchlässigem Material 5 und Segmente aus porösem Material 6 immer abwechseln. Die Segmente aus porösem Material 6 sind in der Abbildung durch ihre Schraffierung zu erkennen. Die Rohre 4 erstrecken sich jeweils vom oberen Ende der Schleusbehälter 2 und 3 bis in den Bereich des sich konisch verjüngenden Auslaufes. Bei der in der Abbildung dargestellten Ausführungsform sind die Schleusbehälter 2 und 3 oberhalb des Zuteilbehälters 1 angeordnet, so daß die Entleerung der Schleusbehälter 2 und 3 in den Zuteilbehälter 1 über die Leitungen 7 und 8 jeweils unter dem Einfluß der Schwerkraft erfolgen kann. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die Schleus­ behälter neben dem Zuteilbehälter anzuordnen, wobei dann der Transport des Brennstoffes aus den Schleusbehältern in den Zuteilbehälter durch Differenzdruckförderung erfolgen muß. Die Schleusbehälter 2 und 3 werden jeweils drucklos über die Leitung 9 bzw. 10 von oben mit Brennstoff be­ füllt. In der Abbildung ist der Schleusbehälter 2 als leer und der Schleusbehälter 3 als befüllt dargestellt.

Nach Beendigung des unter Normaldruck ablaufenden Füllvor­ ganges muß im Schleusbehälter 3 der Druck dem im Zuteilbe­ hälter 1 herrschenden Druck angepaßt werden. Erfindungsge­ mäß ist hierbei vorgesehen, daß diese Druckbeaufschlagung durch ein Computerprogramm derart gesteuert wird, daß die Drucksteigerung am Anfang sehr langsam und später mit steigendem Druck schneller erfolgt. Beispielsweise kann die Drucksteigerung nach folgendem Schema ablaufen:

Drucksteigerung von 1 bar bis auf 3 bar mit 1 bar/Minute
Drucksteigerung von 3 bar bis auf 8 bar mit 3 bar/Minute
Drucksteigerung von 8 bar bis auf 20 bar mit 5 bar/Minute
Drucksteigerung von 20 bar bis auf 40 bar mit 10 bar/Minute

Der Druckaufbau im befüllten Schleusbehälter 3 wird dabei normalerweise wie folgt herbeigeführt:

In der ersten Stufe wird das im kurz vorher entleerten Schleusbehälter 2 befindliche Gas genutzt, da dieser Schleusbehälter zunächst noch unter erhöhtem Druck steht. Zu diesem Zweck wird nach Schließung des Ventiles 11 die Gaszufuhr zum Schleusbehälter 2 durch Schließung der Ven­ tile 21 und 22 unterbrochen. Anschließend wird das Ventil 13 in der Verbindungsleitung 14 geöffnet. Dadurch kann das im Schleusbehälter 2 befindliche Gas über die Segmente aus porösem Material 6 dieses Schleusbehälters in das Innere des Rohres 4 gelangen. Von dort strömt das Gas über die Leitung 15, die Verbindungsleitung 14 sowie die Leitung 16 in das im Schleusbehälter 3 befindliche Rohr 4, aus dem es über die Segmente aus porösem Material 6 austritt. Die Pfeile in der Abbildung lassen diesen Sachverhalt klar erkennen.

Sobald die Druckdifferenz zwischen den Schleusbehältern 2 und 3 bis auf einen Wert von ca. 1 bar abgesunken ist, wird das Ventil 13 geschlossen. Danach erfolgt die weitere Bespannung des Schleusbehälters 3 mit frischem Gas, das über die Leitung 17 in die Leitung 18 eingespeist wird. Über diese Leitung kann das Gas sowohl über das Rohr 4 als auch am Auslauf des Schleusbehälters 3 eingeleitet werden. Die Regelkreise 19 und 20 mit den Ventilen 21 und 22 steu­ ern hierbei die Gaszufuhr in der Weise, daß über den Re­ gelkreis 20 nur so viel Gas zugeführt wird, daß eine Ver­ dichtung des Brennstoffes mit der Gefahr einer Brückenbil­ dung im Bereich des Auslaufes des Schleusbehälters 3 ver­ mieden wird.

Das noch im Schleusbehälter 2 befindliche Restgas wird über die Leitung 23 in einen in der Abbildung nicht dar­ gestellten Pufferbehälter abgeleitet. Dieses Restgas kann dann entweder zum Transport des Brennstoffes aus der nicht dargestellten Mahlanlage zu den Schleusbehältern oder auch zur Vorbespannung der Schleusbehälter genutzt werden.

Nachdem der Druck im Schleusbehälter 3 dem Druck im Zu­ teilbehälter 1 angeglichen worden ist, wird das Ventil 12 in der Leitung 8 geöffnet und der Inhalt des Schleusbehäl­ ters 3 in den Zuteilbehälter 1 überführt. Während des Ent­ leerungsvorganges muß der Druck im Schleusbehälter 3 selbstverständlich durch entsprechende Gaszufuhr auf dem Wert gehalten werden, der bei Beginn des Entleerungsvor­ ganges vorhanden war. Sobald die Entleerung des Schleusbe­ hälters 3 abgeschlossen ist, wird das Ventil 12 geschlos­ sen und die Gaszufuhr unterbrochen. Anschließend erfolgt die Druckbeaufschlagung und Entleerung des Schleusbehäl­ ters 2, der in der Zwischenzeit im drucklosen Zustande mit Brennstoff gefüllt worden ist. Dies erfolgt in der glei­ chen Weise, wie es weiter oben beim Schleusbehälter 3 be­ schrieben wurde. Der Schleusbehälter 2 zeigt in spiegel­ symmetrischer Anordnung das gleiche System für die Gaszu­ fuhr wie der Schleusbehälter 3, wobei übereinstimmende Be­ zugszeichen bei beiden Schleusbehältern die gleiche Bedeu­ tung haben.

Aus dem Zuteilbehälter 1 gelangt der Brennstoff über die Leitung 24 zum Verteiler 25, von dem die Leitungen 26 bis 29 zu den einzelnen Brennern des in der Abbildung nicht dargestellten Vergasungsreaktors abgehen. Auf Einzelheiten der konstruktiven Ausgestaltung des Zuteilbehälters 1 so­ wie der Einstellung des erforderlichen Differenzdruckes zwischen dem Zuteilbehälter 1 und dem Vergasungsreaktor braucht hier nicht näher eingegangen zu werden, da dies nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Zur Verbesserung der Entleerung der in den Schleusbehäl­ tern 2 oder 3 befindlichen Brennstoffschüttung können die Schleusbehälter mit einem Vibrator 30 ausgerüstet werden. Dadurch kann die Schüttdichte der Brennstoffschüttung um bis zu 30% erhöht werden, weshalb die Schleusbehälter dann bei gleichbleibender Dimensionierung entsprechend mehr Brennstoffstaub aufnehmen können. Selbstverständlich führt dies zu einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Anlage. Voraussetzung für die Verwendung des Vibrators 30 ist allerdings die erfindungsgemäße Gaszufuhr über das Rohr 4 in der weiter oben beschriebenen Art und Weise. Andernfalls würde durch die Verwendung eines Vibrators eine unzulässige Verdichtung der Brennstoffschüttung er­ reicht werden, durch die der störungsfreie Auslauf des Brennstoffes aus dem Schleusbehälter beeinträchtigt werden würde.

Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ge­ lingt es nicht nur, diese unzulässige Verdichtung der Brennstoffschüttung im Schleusbehälter generell zu vermei­ den. Gleichzeitig kann auch, wenn das Verfahren zum Be­ trieb der Vorrichtung in der weiter oben beschriebenen Art und Weise durchgeführt wird, der Gas- und Energiebedarf für den Druckaufbau im gefüllten Schleusbehälter auf etwa 40% gesenkt werden. Da bei diesem Verfahren außerdem das bei der Entspannung des entleerten Schleusbehälters frei­ gesetzte Gas wiederverwendet wird, können die üblichen Einrichtungen für die Gasversorgung sowie die Abreinigung des nicht mehr nutzbaren Gases wesentlich kleiner ausge­ führt werden als bisher.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Fördern eines feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffes in einen unter erhöhtem Druck stehenden Vergasungsreaktor, in dem der Brenn­ stoff im Flugstrom mit Sauerstoff und/oder Luft so­ wie gegebenenfalls Wasserdampf vergasbar ist, besteh­ end aus einem zentralen Zuteilbehälter, von dem alle Brenner des Vergasungsreaktors mit Brennstoff ver­ sorgbar sind und der unter einem gegenüber dem Druck im Vergasungsreaktor leicht erhöhten Differenzdruck haltbar ist, wobei dem Zuteilbehälter mindestens zwei Schleusbehälter zugeordnet sind, die wechsel­ weise drucklos mit Brennstoff befüllbar, anschlies­ send mit einem geeigneten Gas unter Druck setzbar und danach in den Zuteilbehälter entleerbar sind, dadurch bekennzeichnet, daß in den Schleusbehältern (2 und 3) jeweils ein der Gaszufuhr und -abfuhr dienendes Rohr (4) angeordnet ist, das abschnittsweise aus einem porösen Material (6) besteht und das sich vom oberen Ende der Schleusbehälter (2 und 3) bis in die Nähe des Auslaufes erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rohr (4) die Abschnitte aus porösem Mate­ rial (6) gleichmäßig über die gesamte Rohrlänge ver­ teilt sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die Abschnitte aus porösem Ma­ terial (6) Sintermetall mit einer Porosität von 3 bis 10 µm verwendet wird.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke und/oder Porosi­ tät in den einzelnen Abschnitten des Rohres (4) unterschiedlich ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anteil der Abschnitte aus po­ rösem Material (6) zwischen 25 und 75% der Gesamt­ länge des Rohres (4) beträgt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rohr (4) aus mehreren Segmen­ ten zusammengesetzt ist, wobei sich Segmente aus gasundurchlässigem Material (5) und porösem Material (6) immer abwechseln.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rohre (4) in den Schleusbehäl­ tern (2 und 3) über eine absperrbare Verbindungslei­ tung (14) miteinander verbunden sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Schleusbehältern (2 und 3) ein Vibrator (30) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rohr (4) zentrisch in der Mit­ telpunktsachse der Schleusbehälter (2 und 3) angeord­ net ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rohr (4) schräg in den Schleusbehältern (2 und 3) angeordnet ist, wobei das untere Rohrende in der Mittelpunktsachse und das obere Rohrende außerhalb der Mittelpunktsachse der Schleusbehälter liegt.

11. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach den An­ sprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung des jeweils mit Brennstoff ge­ füllten Schleusbehälters in der Weise erfolgt, daß die Drucksteigerung am Anfang sehr langsam und spä­ ter mit steigendem Druck schneller erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Druckbeaufschlagung des jeweils mit Brennstoff gefüllten Schleusbehälters das Gas mit­ verwendet wird, das bei der Entspannung des jeweils entleerten Schleusbehälters freigesetzt wird.