DE971077C - Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von Brenngas aus staubfoermigen oder feinkoernigen Brennstoffen - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von Brenngas aus staubförmigen oder feinkörnigen Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Erzeugung von Brenngas aus staubförmigen oder feinkörnigen Brennstoffen .durch Vergasen in der SchwebemitLu.ft und gegebenenfalls Wasserdampf. Im besonderen betrifft die Erfindung ein solches Vergasungsverfahren, bei dem der feinzerteilte Brennstoff mittels Vergasungsluft in denReaktionsraum eingeblasen wird.
• Soweit man bisher bei der Schwebevergasung von feinzerteilten Brennstoffen eine Suspension des Brennstoffes mit der Vergasungsluft in den Reaktionsraum eingeblasen hat, benutzte man verhältnismäßig ausgedehnte Reaktionsräume, um dem Brennstoff und der kalten Vergasungsluft eine ausreichende Zeit zur Verfügung zu stellen, um auf die für die Vergasungsreaktion notwendigeTemperatur zu kommen. Diese bekannte Arbeitsweise ist jedoch mit mehreren wesentlichen Nachteilen verbunden. Ein Nachteil besteht darin, .daß die Reaktionszone in welcher die exothermen und endothermen Umsetzungen zwischen dem Brennstoff, den Vergasungsmitteln und einem Teil der Reaktionsprodukte stattfinden, eine vergleichsweise große Ausdehnung erhält, so daß die für eine maximale Temperatur erforderliche Konzentrierung der Wärme nicht möglich ist. Ferner besteht die Gefahr, daß sich ein Teil des erzeugten Brenngases mit dem noch nicht verbrauchten Sauerstoff des Vergasungsmittels umsetzt, wodurch dieGasausbeute verschlechtert wird. Insgesamt äußern sich diese Nachteile der bekannten Arbeitsweise darin, daß der Gehalt des. Nutzgases an Kohlendioxyd vergleichsweise hoch ist.
• Würde man statt kalter Vergasungsluft eine solche verwenden wollen, die auf eine hohe Temperatur vorgewärmt ist, so wäre eine Vermischung desBrennstoffes mit dem hocherhitztenVergasungsmittel erst innerhalb des Reaktionsraumes möglich. Auch in. diesem Falle wäre es also nicht erreichbar, daß die Vergasungsreaktionen in einer räumlich engbegrenzten Zone stattfinden.
• Die Erfindung verwendet für die Schwebevergasung von feinzerteilten Brennstoffen teilweise @hocherhitzte Vergasungsluft und macht somit von der Möglichkeit, die Reaktionstemperaturen durch eine entsprechende Vorerhitzung der Vergasungsmitted zu steigern, Gebrauch. Andererseits erfolgt dieVermischung des Brennstoffes mit den Vergasungsmitteln unter solchen Bedingungen, daß eine möglichst starke Konzentrierung der Wärme auf eine räumlich engbegrenzte Zone innerhalb .des Reaktionsraumes erreicht wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß für das Verblasen des Brennstoffes ein kalter oder nur mäßig vorgewärmter Teilstrom der Vergasungsluft verwendet und die Brennstoff-Luft-Suspension einer in den Reaktionsraum führenden gekühlten Mischdüse zugeführt wird, in welcher sich das Brennstoff-Luft-Gemisch mit dem hoch vorerhitzten Hauptstrom der Vergasungsluft und dem gegebenenfalls zugesetzten Wasserdampf bei einer solchen Strömungsgeschwindigkeit mischt, daß die Reaktion erst nach Austritt des Gemisches aus der Mischdüse im Reaktionsraum einsetzt.
• Vorteilhaft wird dabei dem in dieMischdüse eintretenden Strom des Brennstoff-Luft-Gemisches und dem hoch vorerhitzten Hauptstrom des Vergasungsmittels ein Drall erteilt, wobei die Drallrichtungen der beiden Ströme einander entgegengesetzt sind, so daß in und an der Mischdüse eine für die Reaktion vorteilhafte, starke turbulente Strömung der festen und gasförmigen Reaktionsteilnehmer herrscht.
• Die erfindungsgemäße Durchführung der Staubvergasung ergibt., daß die Vergasungsreaktion auf kürzestem Raum vor sich geht. Die bei der Kohlenoxydhildung im Vergasungsprozeß frei werdende Wärme wird zusammengehalten. und weitgehend für die endotherme Wassergasbil.dung ausgenutzt, so daß ein Nutzgas von hohem Heizwert entsteht. Die innige Gemischbildung sichert einen gleichmäßigen Abbau der. Brennstaubkörner und eine weitgehende Ausnutzung des im Brennstaub enthaltenen Kohlenstoffs.
• Ferner .erstreckt sich die Erfindung auf eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Staubvergasungsverfahrens besonders geeignete Einrichtung, deren wesentliches Kennzeichen. darin liegt, daß einer in den Reaktionsraum mündenden, mit Wasserkühlung versehenen Mischdüse ein vorteilhaft ebenfalls gekühltes, außen jedoch wärmeisoliertes Mischrohr zugeordnet ist, welches mit der Staubzuführung und dem Eintritt für den zum Verblasen des Brennstaubes dienenden Teilstrom der Vergasungsluft verbunden ist und den ZufühT-kanal für den hocherhitzten Hauptstrom der Vergasungsmittel durchsetzt. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung können vorteilhaft, falls Luft und Wasserdampf getrennt vorgewärmt werden, für den Eintritt des Wasserdampfes in denReaktions.raum besondere Öffnungen vorgesehen werden, die unabhängig von der Mischdüse sind, durch welche der Brennstaub und der Hauptstrom der vorerhitzten Vergasungsluft eintreten.
• Weitere wesentliche Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, die in der Zeichnung teilweise in einem senkrechten Schnitt dargestellt ist.
• In der Zeichnung ist mit i der Reaktionsraum bezeichnet, der vorzugsweise konische Form besitzt und- von feuerfestem Mauerwerk 2 umgeben ist, das in einem gasdichten Gehäuse 3 angeordnet ist. Den Abschluß des Reaktionsraumes bildet eine Öffnung 6, in deren Zug die Mischdüse 7 liegt. Von dieser aus erweitert sich der Reaktionsraum stufig, wie bei q. und 5 angedeutet. Die stufig ausgeführte Erweiterung des Reaktionsraumes hat sich wegen der speziellen Beanspruchung des Mauerwerks gerade an dieser Stelle als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Mischdüse 7 ist mit einem Mantel 8 ausgestattet, der einen von Kühlwasser durchströmten Raum 9 bildet.
• Außen an die Mischdüse schließt sich ein aus feuerfestem Mauerwerk io gebildeter Kanal i i an, in welchem das Mischrohr 12 liegt, das mit einem Kühlmantel 13 versehen ist. Der Kühlmantel 13 hat außen. eine Bekleidung 14 aus feuerbeständigem, die Wärme schlecht leitendem Material. An dem aus dem Gehäuse 15 des Mauerwerks io vorragenden Ende des Mischrohres 12 ist eine Mischeinrichtung 16 angeflanscht, in welche die inj ektorartige Düse 17 mündet, die mit der Rohrleitung 18 für einen kalten oder mäßig, beispielsweise auf Zoo bis 25o° C vorgewärmten Teilstrom der Vergasungsluft verbunden ist. Von oben mündet in die Mischkammer 16 das Brennstaubrohr i9, dem Brennstaub aus dem Bunker 2o mittels einer Schnecke 21 oder eines sonst geeigneten Fördermittels zugeführt wird. Diese Ausbildung der Mischeinrichtung verhindert, daß sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel durch das Brennstaubrohr i9 und die Schnecke 21 in den Bunker strömt, indem im Rohr ig ein gewisser Unterdruck hervorgerufen wird. Infolge dieser Wirkung ist die Mischeinrichtung besonders vorteilhaft in solchen Fällen, in welchen die Vergasung mittels reinen Sauerstoffs oder an Sauerstoff angereicherter Luft durchgeführt wird, und zwar auch unabhängig von der sonstigen Ausbildung der Vergasungseinrichtung.
• Der das Mischrohr 12 umgebende Kanal i i geht in einen seitwärts geführten, feuerfest ausgem,auerten Kanal 22 über, welcher unter Zwischenschaltung von Steuerorganen mit einem regenerativen Erhitzer bzw. einer Gruppe von solchen Erhitzern verbunden ist.
• Die in den Regenerataren erhitzte Vergasungsluft oder das Gemisch von Vergasungsluft und Wasserdampf gelangt vorzugsweise mit einer Temperatur von i ioo bis i2oo° C in den Kanal 22 und strömt dann in den zur Mischdüse 7 führenden Kanal i i, der mit schraubenlinienförmigen Leitwänden 23 ausgestattet ist, um dem Strom des Vergasungsmittels einen Drall zu erteilen. Ähnlich kann auch das Mischrohr 12 mit Drallflächen od. dgl. ausgestattet werden, deren Verlauf vorzugsweise dem der Leitflächen 23 entgegengesetzt ist. Durch. Anpassung des Abstandes der Mischdüse 7 vor dem Ende des Mischrohres 12, das hierzu vorteilhaft axial verschiebbar in dem Gehäuse 15 angebracht ist, läßt sich. die Gemischbildung in derMischdüse7 beeinflussen. Ähnlich wirkt auch eine Veränderung des freien Querschnittes des Mischrohres 12 an seinem Austrittsende.
• Das in der Zeichnung nicht dargestellte Ende des Reaktionsraumes i kann feuerfest ausgemauert sein, jedoch ist auch möglich, den Reaktionsraum von einer gewissen Zone ab aus gekühlten Wandflächen, z. B. in Form eines Dampfkessels, zu bilden, wobei dann die der Mischdüse 7 benachbarte, aus feuerfestem Mauerwerk bestehende Zone des Reaktionsraumes eine solche Länge erhält, daß in ihr die Reaktion zu Ende gehen kann. Es ist ferner möglich, den Reaktionsraum i an beiden Enden so auszubilden, wie in der Zeichnung dargestellt, wobei dann das Nutzgas und die Brennstaubasche etwa in der Mitte durch eine oder mehrere Öffnungen abgezogen werden. Wird Wasserdampf in den Reaktionsraum besonders eingeführt, so mag dies vorteilhaft in einer der Eintrittsrichtung der aus der Mischdüse 7 kommenden Medien entgegengesetzten Richtung erfolgen, wodurch die turbulente Strömung in dem Reaktionsraum und die Relativbewegung zwischen festen und gasförmigen Reaktionsmedien unterstützt wird.
• In der Zeichnung ist das Mischrohr 12 mit einer zylindrischen Höhlung .dargestellt. Statt dessen ist es aber auch möglich!, den Querschnitt des Mischrohres 12 nach seinem derMischdüse 7 zugewandten Ende zu etwas zu erweitern, wodurch unter Umständen die Gemischbildung wesentlich verbessert wird.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzeugung von Brenngas aus staubförmigen oder feinkörnigen Brennstoffen durch Vergasen in der Schwebe mittels Luft und gegebenenfalls Wasserdampfes, bei dem der Brennstoff mittels Vergasungsluft in den Reaktionsraum eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verblasen des Brennstoffes ein kalter oder nur mäßig vorgewärmter Teilstrom der Vergasungsluft verwendet und die Brennstoff-Luft-Suspension einer in den Reaktionsraum führenden gekühlten Mischdüse zugeführt wird, in welcher sich das Brennstoff-Luft-Gemisch mit dem hoch vorerhitzten Hauptstrom der Vergasungsluft und dem gegebenenfalls zugesetzten Wasserdampf bei einer solchen Strömungsgeschwindigkeit mischt, daß die Reaktion erst nach Austritt des Gemisches aus der Mischdüse im Reaktionsraum einsetzt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstoff-Luft-Gemisch und dem Hauptstrom der Vergasungsluft ein Drall erteilt wird, wobei die Drallrichtungen der beiden Ströme einander entgegengesetzt sind.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, d.aß hoch vorerhitzter Wasserdampf in den Reaktionsraum durch eine von der Mischdüse unabhängige Öffnung, vorzugsweise im Gegenstrom zu den aus der Mischdüse austretenden Medien, eingeführt wird.
4. 4. Einrichtung zur Durchführung des VerfahTens nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Reaktionsraum (i) mündenden, mit Wasserkühlung versehenen Mischdüse (7) ein gekühltes, wärmeisoliertes Mischrohr (12) zugeordnet ist, welches mit der Brennstoffzuführung (ig) und dem Eintritt (17) für einen Teilstrom der Vergasungsluft verbunden ist und den Zuführkanal (i i) für den hoch vorerhitzten Hauptstrom der Vergasungsluft durchsetzt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (12) gegenüber der Mischdüse (7) axial verschiebbar angeordnet ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß außen an das Mischrohr (12) ein Mischraum (16) angeschlossen ist, der mit dem Brennstoffzuführrohr (ig) und einer Injektordüse (17) versehen ist, welche derart zum B.rennstoffzufüh.rrohr (ig) angeordnet ist, daß durch Austritt der Vergasungsluft aus der Injektordüse (17) ein Unterdruck im Brennstoffzuführrohr (ig) erzeugt wird.
7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 his 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum sich von der Mischdüse (7) aus stufenweise erweitert. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift N r. 427 286; deutsche Patentanmeldung L 92992 (bekanntgemacht am 19. 2. 1942); J. H. P e r r y , »Chemical Engineers' Handbook«, New York und London, 1934, S. igio und 2004; W. J. M ü 11 e r und E. G r a f, »Kurzes Lehrbuch der Technologie der Brennstoffe«, Wien, 1939, S. 88 und 412; A. B. H e 11) i g, »Brennstaub, Aufbereitung und Verfeuerung«, Halle, 1924, S. 110; F. Wirth, »Brennstoffchemie«, Berlin, 1922, S. ig,