-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verschlackenden
Vergasung fester Bennstoffe unter Druck.
-
Bei
den bekannten Verfahren der Wirbelschichtvergasung werden körnige,
kohlenstoffhaltige (C-haltige) Vergasungsstoffe mit Vergasungsmitteln, die
Sauerstoffe enthalten und sogar überwiegend aus Sauerstoff
bestehen, in Wirbelschichtvergasern bei hohen Temperaturen zu dem
eigentlichen Vergasungsprodukt Rohgas und den Vergasungsrückständen
Bodenprodukt und Staub umgewandelt. Die Bodenprodukte werden unterseitig
des Wirbelschichtvergasers abgezogen.
-
Die
Stäube werden aus den staubbeladenen Rohgasen, die den
Zyklon des Wirbelschichtvergasers oberseitig verlassen, abgetrennt
und ebenfalls abgezogen. Bodenprodukte und Stäube bestehen aus
Aschen, Schlacken und Restkoksen und sind kohlenstoffhaltig (C-haltig).
Daraus ergibt sich der Nachteil der Verfahren der Wirbelschichtvergasung gegenüber
den konkurrierenden Verfahren der Flugstromvergasung, der darin
besteht, dass der Kohlenstoffumsatz (C-Umsatzgrad) unvollständig
bleibt. Üblicherweise werden C-Umsatzgrade, bezogen auf den
mit den Vergasungsstoffen eingebrachten Kohlenstoff, von nur 90%
oder sogar darunter, erreicht.
-
Um
selbst diese noch unbefriedigenden Werte der C-Umsatzgrade zu erzielen,
ist ein hoher apparatetechnischer Aufwand erforderlich, der darin
besteht, eine vergaserinterne Staubrezirkulation aufrecht zu erhalten,
mittels derer die Verweilzeit der C-haltigen Stäube in
der Wirbelschicht erhöht wird. Zu diesem Zweck werden die
am oberen Ende des Vergasungsraumes des Wirbelschichtvergasers über den
Rohgasabgang abgezogenen, staubbeladenen Rohgase sofort in einen
Heißgaszyklon eingeleitet, in dem etwa 95 Ma.-% und mehr
der aus der Wirbelschicht ausgetragenen Stäube aus den
Rohgasen abgeschieden und auf direktem Wege ohne nennenswerte Abkühlung
wieder zurück in die Wirbelschicht geleitet werden.
-
Die
C-haltigen Vergasungsrückstände müssen,
um umweltgerecht deponiert werden zu können, oxidativ nachbehandelt
werden. Die Nachbehandlung besteht aus einer Nachvergasung und einer Nachoxidation,
wobei durch Nachvergasung der C-Gehalt auf tolerierbare Restgehalte
(z. B. < 2 Ma.-%)
abgesenkt und durch Nachoxidation die unter Umgebungsbedingungen
nicht stabilen Oxide und Verbindungen (insbesondere Eisenoxide und
Sulfide) auf eine unter Umgebungsbedingungen dauerstabile Oxidationsform
gebracht werden. Die Nachbehandlung kann außerhalb oder
innerhalb des Wirbelschichtvergasers erfolgen (interne oder externe Nachbehandlung).
-
Im
ersteren Fall wird die Nachverbrennung in einer Wirbelschichtfeuerung,
vorzugsweise einer atmosphärischen zirkulierenden Wirbelschicht,
durchgeführt. Diese Verfahrensweise ist anlagen- und betriebstechnisch
sehr aufwendig sowie effizienzmindernd.
-
Verschiedene
Vorschläge zur internen Nachbehandlung waren bisher nicht
erfolgreich. Die Patentschrift
DE 103 43 582 A1 betrifft die Anordnung eines
Schlackebades unterhalb der Wirbelschicht, wobei zwischen Schlackebad
und Wirbelschicht als Trennzone ein Trennbett vorgesehen ist. Die
strömungstechnische Beherrschung der Trennzone gestaltet
sich in großen Reaktionsräumen nicht einfach. Insbesondere
können Schräglagen und Ungleichmäßigkeiten
der Durchströmung nicht vermieden werden. Solche Schräglagen
werden primär verursacht durch lokale Ansammlungen von
Schlacken im Trennbett, die lokale Verlegungen des Gasweges verursachen.
Sobald die heißen, aufwärts strömenden
Gase die Innenwände des Vergasers, die das Trennbett umhüllen,
berühren, kommt es sowohl zu massiven Schlackeablagerungen,
die die Durchströmung des Trennbettes stören,
als auch zum schädigenden Angriff der Innenwände
durch unreagierten, freien Sauerstoff. Letzterer Fall ist für
den sicheren Betrieb des Vergasers kritisch, da ein Durchbrennen des
metallischen Innenmantels möglich ist. Hinzu kommt, dass
die Gase, die durch die Oberfläche des Trennbettes in die
darüber liegende Wirbelschicht eintreten, nahezu beliebig über
den Querschnitt verteilt ausströmen. Die Funktion der Basisfluidisierung der
Wirbelschicht wird dadurch nicht erfüllt. Die Strömungsschräglagen
setzen sich mit den genannten negativen Folgen in der Wirbelschicht
fort. Das Erfordernis einer weitgehend gleichmäßigen
Durchströmung des Trennbettes wird am ehesten erfüllt,
wenn Brennstoffe eingesetzt werden, die hinsichtlich ihres Körnungsaufbaus
eine gut durchströmbare Schüttung ausbilden. Dies
ist jedoch in den meisten Anwendungsfällen nicht gegeben.
-
DE 26 40 180 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Vergasung fester Brennstoffe, wobei der Brennstoff
in übereinander angeordneten Vergasungsräumen,
zu unterst in einer ruhenden oder quasi ruhenden Schicht und darüber
in einer Wirbelschicht, vergast wird. Es wird ein trockener Ascheabzug
mittels eines Drehrostes vorgeschlagen, der alternativ als Abstichgenerator
ausgelegt werden kann. Auch hier ermangelt es einer Lösung
für den verschlackungsfreien Betrieb der quasi ruhenden
Schicht und der Wirbelschicht.
-
Eine
Abhilfe wird gemäß Patentanmeldung
DE 10 2006 005 626.4 darin gesehen,
dass über der Schlackebad-Vergasungszone zwei Spouted-bed-Vergasungszonen
und darüber eine Flugstrom-Vergasungszone eingerichtet
werden. Dadurch sollen verschiedenste Festbrennstoffe mit einem breiten
Kömungsband bei gleichzeitiger Erzielung eines nahezu vollständigen
Kohlenstoffumsatzes einsetzbar werden. Hier ist zu befürchten,
dass die in Rede stehende randgängige Abwärtsströmung,
die überwiegend aus Feststoff bestehen soll, sich nicht ausbildet,
oder mit anderen Worten „einfriert", somit große
Teile des wandnahen Strömungsquerschnittes des Vergasers
bis oberhalb der dritten Düsenebene unbewegt im Vergaser
stehen bleiben und nicht mehr an den Vergasungsreaktionen teilnehmen.
Letztlich würde kein oder zu wenig C-haltiger Feststoff
mindestens in die unteren Bereiche des Vergasers, die als Schlackebad-Vergasungszone
und als erste Spouted-bed-Vergasungszone bezeichnet werden, gelangen,
mit der Folge, dass das Schlackebad einfriert.
-
Verschiedentlich
wurde versucht, die Gleichmäßigkeitsanforderungen
der Fluidisierung in der Wirbelschicht zu umgehen, indem gezielt
Reaktionsbereiche mit starker und Reaktionsbereiche mit schwacher
Durchströmung eingerichtet werden. Hierfür wurden
so genannte Spouted-bed (Sprudelbett)-Verfahren oder auch Jet-bed
(Jet-Bett)-Verfahren vorgeschlagen, die jedoch den Nachteil aufweisen,
dass in erster Linie nur staubförmig aufbereitete Brennstoffe
eingesetzt werden können.
-
Beispielhaft
sei der Vorschlag des Spouted-bed-Vergasers gemäß
JP 57174391 A näher
betrachtet. Über zwei vertikal übereinander angeordneten
Düsenebenen wird Vergasungsmittel gemeinsam mit pulverisierter
Kohle eingeblasen. Die untere Düsenebene wird mit Sauerstoffüberschuss
und die obere Düsenebene mit Dampf betrieben. Vor den Düsen
bildet sich ein Strahl aus, in dem die Vergasungsreaktionen bevorzugt
ablaufen und die keinen direkten Kontakt mit der Wand haben. Die
sich im unteren Bereich bildende Schlacke fließt an den
Wänden abwärts und wird abgezogen. Der Nachteil
der Lösung gemäß
JP 57174391 A besteht darin,
dass nur pulverisierte und pneumatisch förderbare Brennstoffe
eingesetzt werden können. Des Weiteren ist dem Patent keine
Lehre zu entnehmen, wie die Vergaserinnenwand im Übergangsbereich
zwischen unterseitiger Verbrennung und oberseitiger endothermer
Vergasung im Dauerbetrieb verschlackungsfrei gehalten und wie vermieden
werden kann, dass unvergaster Restkoks mit der Schlacke abgezogen
wird.
-
Um
das Körnungsspektrum zu erweitern, soll der Reaktionsraum
der Vergasung gemäß
JP 59053592 A in einen oben
angeordneten Jet-bed-Reaktionsraum und einen darunter angeordneten
Wirbelschicht-Reaktionsraum getrennt werden, wobei beide Reaktionsräume
durch eine eingeschnürte Öffnung miteinander verbunden
sind. Der obere Jet-bed-Reaktionsraum wird mit pulverisierter Kohle
versorgt, während dem unteren Wirbelschicht-Reaktionsraum
gröbere Wirbelschichtkohle zugeführt wird. Flüssigschlacke
soll aus dem oberen Jet-bed-Reaktionsraum in den unteren Wirbelschicht-Reaktionsraum
fließen, der bei moderaten Temperaturen unterhalb des Ascheerweichungspunktes
betrieben wird. Das aus dem unteren Wirbelschicht-Reaktionsraum
durch die gleiche Öffnung nach oben strömende
staubbeladene Rohgas bildet gemeinsam mit dem über die
Vergasungsmitteldüsen seitlich zugeführten Vergasungsmittel-Kohle-Gemisch
einen Vergasungs-Jet. Hierbei bleibt wiederum ungeklärt,
wie der Jet-bed-Reaktionsraum verschlackungsfrei betrieben werden
kann. Zudem ist keine Lehre gegeben, wie Flüssigschlacke
entgegen dem „kalten" Gasstrom nach unten fließen
kann, ohne zu erstarren und ohne die eingeschnürte Öffnung
zu blockieren. Das aus dem Wirbelschicht-Reaktionsraum unten abgezogene
Bodenprodukt enthält außerdem unvergasten Restkohlenstoff.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur verschlackenden Vergasung fester Bennstoffe unter Druck bereitzustellen,
bei denen die Vergasung verschiedenster körniger, C-haltiger
Vergasungsstoffe mit einem breiten Körnungsband bei gleichzeitiger
Gewährleistung eines nahezu vollständigen Kohlenstoffumsatzes
so durchgeführt werden kann, dass ein sicherer und verlegungsfreier
Betrieb des Vergasers gewährleistet wird.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur verschlackenden
Vergasung fester Bennstoffe unter Druck gelöst, bei dem
die Vergasung mit Vergasungsmitteln, die freien Sauerstoff enthalten,
in einem Vergasungsraum, aus dem unterseitig Flüssigschlacken
in ein Schlackebad und oberseitig staubbeladene Rohgase abgezogen
werden, durchgeführt wird, bei dem die Vergasungsmittel
in annähernd einer horizontalen Ebene kurz über
der Oberfläche des Schlackebades so eingedüst
werden, dass mit den Vergasungsmitteln die weitgehend vollständige
Vergasung der Vergasungsstoffe durchgeführt wird, Temperaturen
am Rohgasabgang eingestellt werden, die 0 bis 100 K unter der Ascheverlegungstemperatur
liegen, sowie Strömungsgeschwindigkeiten der Rohgase im
Vergaser von 0,5 bis 3 m/s eingestellt werden und bei dem die Vergasungsstoffe
soweit oberhalb der Ebene der Eindüsung der Vergasungsmittel
eingebracht werden, dass der Vergasungsraum in Höhe des
Eintrags der Vergasungsstoffe und darüber keinen freien
Sauerstoff mehr aufweist.
-
Vorteilhaft
werden die Vergasungsstoffe in einem vertikalen Abstand von etwa
1 bis 10 m über den Vergasungsmitteln seitlich in den Vergaser
eingebracht. Die Vergasungsmittel werden nach einer bevorzugten
Ausführung des Verfahrens dem Vergasungsraum seitlich,
in annähernd einer horizontalen Ebene, in Höhe
der Oberfläche eines Schlackebades oder kurz darüber,
d. h. bis etwa 1 m über der Oberfläche des Schlackebades
mit Strömungsgeschwindigkeiten von 20 bis 100 m/s zugeführt.
-
Die
Vergasungsmittel bestehen hauptsächlich aus Sauerstoff,
Wasserdampf und/oder Kohlendioxid. Der Eintrag der Vergasungsmittel
erfolgt mit mehreren Vergasungsmitteldüsen, die vorzugsweise gleichverteilt über
den Umfang des Vergasers sowie radial (strahlenförmig)
und leicht nach unten geneigt angeordnet sind. Die hohen Strömungsgeschwindigkeiten
von 20 bis 100 m/s am Austritt aus dm Vergasungsmitteldüsen
sind notwendig, dass sich vor den Mündungen der Vergasungsmitteldüsen
Flammen ausbilden, die sich im Bereich der Strömungsachse des
Vergasers konzentrieren und sich dort der Oberfläche des
Schlackebades nähern. Der dadurch überwiegend
horizontal ausgeprägte Flammenbereich vor den Vergasungsmitteldüsen,
der einer Flugstromvergasung nahe kommt, löst sich nach
oben hin in einen überwiegend vertikalen Bereich einer
verschlackenden Wirbelschichtvergasung auf.
-
In
der oberen Zone der verschlackenden Wirbelschichtvergasung, d. h.
in einem vertikalen Abstand von etwa 1 bis 10 m über der
Zuführung der Vergasungsmittel, werden die Vergasungsstoffe
mittels Eintragsschnecken oder Schwerkrafteintrag seitlich in den
Vergaser eingetragen. Die Eintragsmündungen können
sich in dieser Zone in unterschiedlicher Höhe und Verteilung über
den Umfang befinden.
-
Die
Strömungs- und Reaktionsverhältnisse im Flammenbereich
und im Bereich der verschlackenden Wirbelschichtvergasung werden
im Folgenden kurz beschrieben.
-
Der
freie Sauerstoff der eingetragenen Vergasungsmittel reagiert im
Flammenbereich vor den Mündungen der Vergasungsmitteldüsen
mit Restkoksen und brennbaren Gasen unter starker Wärmefreisetzung
und unter Bildung von Vergasungs- und Verbrennungsgasen. Im Flammenbereich
herrschen Temperaturen von > 2000°C,
die die Aschefließtemperatur der Aschen der Vergasungsstoffe
weit übersteigen. Die sich bildenden schmelzflüssigen Aschen,
vermischt mit Restkoksen, sinken aus dem Flammenbereich nach unten
und gelangen in das Schlackebad. Die Restkokse schwimmen auf der Oberfläche
des Schlackebades auf, werden von den Vergasungsmittelstrahlen erfasst
und vergast; zurück bleiben nahezu C-freie Schlacken, die
unterseitig des Schlackebades abgezogen werden.
-
Die
heißen Vergasungs- und Verbrennungsgase strömen
aus der Flammenzone überwiegend in einer Zentralströmung
nach oben in die verschlackende Wirbelschichtvergasung. In der unteren
Zone der verschlackenden Wirbelschichtvergasung vergleichmäßigt
sich das radiale Strömungsprofil auf dem Strömungsweg
der Gase, d. h. die aufwärtsgerichtete Zentralströmung
geht unter intensiver Rückvermischung in das für
eine Wirbelschicht typische Strömungsprofil, die sog. Nierenströmung, über,
die aus einer zentralen Aufwärts- und einer wandnahen Abwärtsströmung
besteht. In der unteren Zone der verschlackenden Wirbelschichtvergasung
setzt sich der noch unreagierte Restsauerstoff der Vergasungsmittel
unter Wärmefreisetzung vollständig um, wobei Temperaturen
herrschen, die überwiegend oberhalb des Ascheschmelzpunktes
liegen. Die Schmelzanteile gelangen an die gekühlte Innenwand
des Vergasers, erstarren und bilden eine schützende Schlackeschicht.
Die Dicke der Schlackeschicht beträgt einige Millimeter
bis wenige Zentimeter. Sie regelt sich entsprechend der resultierenden
Temperaturgradienten von selbst. Abschmelzende Schlacke fließt
nach unten in das Schlackebad. Auch die in der unteren Zone der
verschlackenden Wirbelschichtvergasung sich bildenden schmelzflüssigen
Aschen, vermischt mit Restkoksen, sinken nach unten und gelangen
in das Schlackebad.
-
Die
untere Zone der verschlackenden Wirbelschichtvergasung, in der noch
freier Restsauerstoff vorliegt, hat eine horizontale. Ausdehnung
in der Größenordnung von 1 bis 5 m. Die hohe Ausdehnung ist
niedrigflüchtigen bzw. hochinkohlten Vergasungsstoffen
(z. B. Steinkohlen), die niedrige Ausdehnung hochflüchtigen
bzw. niedriginkohlten Vergasungsstoffen (z. B. Biomassen) zuzuordnen.
-
Die
obere Zone der verschlackenden Wirbelschichtvergasung ist dadurch
gekennzeichnet, dass kein freier Restsauerstoff mehr vorhanden ist,
die Temperaturen aber noch überwiegend gleich oder größer
als der Ascheschmelzpunkt sind. Ihre vertikale Ausdehnung beträgt
nochmals mindestens einen bis einige wenige Meter. In dieser Zone,
d. h. in einem vertikalen Abstand von etwa 1 bis 10 m über
der Ebene der Eindüsung der Vergasungsmitteln, werden die
Vergasungsstoffe seitlich in den Vergaser eingebracht. Durch Einhaltung
dieser Höhendistanzen wird der direkte Kontakt der Vergasungsstoffe
mit freiem Restsauerstoff am Eintritt der Vergasungsstoffe in den
Vergaser und somit ein „Zurückbrennen" in die
Eintragseinrichtungen vermieden.
-
Der
Eintrag der festen Vergasungsstoffe erfolgt mittels Eintragsschnecken
oder Schwerkraft über Schrägrohre. Es ist auch
möglich, flüssige Vergasungsstoffe, wie Öle,
Slurries etc. bis zu überwiegenden Anteilen an den Vergasungsstoffen
einzubringen. Die hohen Temperaturen bewirken eine sehr schnelle
Aufheizung der eingebrachten Vergasungsstoffe, verbunden mit einer
spontanen Freisetzung von Pyrolysegasen. Die festen Pyrolyserückstände gelangen
mit der wandnahen Abwärtsströmung nach unten und
mischen sich in die heiße Aufwärtsströmung
der unteren Zone der verschlackenden Wirbelschichtvergasung ein.
-
Die
obere Zone der verschlackenden Wirbelschichtvergasung geht an ihrem
oberen Ende in die nichtverschlackende Wirbelschichtvergasung über. In
der nichtverschlackenden Wirbelschichtvergasung werden die Temperaturen
infolge endothermer Reaktionen auf Werte abgesenkt, die 0 bis 100
K unter der Ascheverlegungstemperatur liegen. Die Rohgase werden
mit dieser Temperatur in einem vertikalen Abstand von 5 bis 15 m über
dem am höchsten gelegenen Eintrag der Vergasungsstoffe
aus dem Vergaser abgezogen. Die großen Abstände
gelten für hochinkohlte, wenig reaktive Brennstoffe (z.
B. Steinkohlen), die niedrigen für hochflüchtige
bzw. niedriginkohlte Vergasungsstoffe (z. B. Biomassen). Durch die Bereitstellung
einer ausreichend hohen Verweilzeit wird sichergestellt, dass der
geforderte hohe C-Umsatz stattfindet und die Austrittstemperatur
der Rohgase nahe der Gleichgewichtstemperaturen liegt. Dementsprechend
werden die Strömungsgeschwindigkeiten bezogen auf den freien
Querschnitt des Vergasungsraumes bei Werten von 0,5 bis 3 m/s eingestellt.
-
Die
Ascheverlegungstemperatur ist die Temperatur, bei der es unter den
jeweiligen Vergasungsbedingungen zu betriebsstörenden Anbackungen von
Asche an den Wänden des Vergasers oder des Rohgasabganges
kommt. Die Ascheverlegungstemperatur liegt in der Nähe
des Ascheschmelzpunktes und ist neben anderen Einflussgrößen
vom Mengenanteil und der Körnung der freien Asche am kohlenstoffhaltigen
Material abhängig.
-
Die
staubbeladenen Rohgase werden vorzugsweise durch indirekte Wärmeabführung
soweit abgekühlt, dass sie in einem Warmgasfilter abgetrennt
und zwecks vollständiger Vergasung in den Vergaser zurückgeführt
werden können. Die Rückführung der Staubpartikel
erfolgt analog der Zufuhr der Ausgangsvergasungsstoffe oberhalb
der Vergasungsmitteleindüsung in den keinen freien Sauerstoff aufweisenden
Teil des Vergasungsraumes, vorzugsweise auf gleicher Höhe
der Zufuhr der Ausgangsvergasungsstoffe.
-
Die
Rohgase werden in einem vertikalen Abstand von 5 bis 15 m über
dem am höchsten gelegenen Eintrag der Vergasungsstoffe
aus dem Vergaser abgezogen.
-
Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur verschlackenden Vergasung fester
Bennstoffe unter Druck auf Basis eines Flugstromvergasers gelöst,
dessen zylindrisches, kühlbares und mit Hitzeschutz ausgerüstetes
Druckgefäß einen Vergasungsraum umschließt,
mit einem oberseitigen Rohgasabgang und einem unterseitigen Schlackeabzug
für ein Schlackebad, bei dem Vergasungsmitteldüsen
zur Eindüsung von freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmitteln
annähernd einer horizontalen Ebene kurz über der
Oberfläche des Schlackebades am Umfang des Flugstromvergasers so
angeordnet und ausgebildet sind, dass mit den Vergasungsmitteln
eine weitgehend vollständige Vergasung der Vergasungsstoffe
durchführbar, dass Temperaturen am Rohgasabgang, die 0
bis 100 K unter der Ascheverlegungstemperatur liegen, und dass Strömungsgeschwindigkeiten
der Rohgase im Vergaser von 0,5 bis 3 m/s einstellbar sind, und
bei dem mindestens ein Eintrag für Vergasungsstoffe soweit oberhalb
der Vergasungsmitteldüsen am Umfang des Flugstromvergasers
angeordnet ist, dass der Eintrag der Vergasungsstoffe in einen keinen
freien Sauerstoff aufweisenden Teil des Vergasungsraumes erfolgt.
-
Die
Vergasungsmitteldüsen sind so ausgelegt, dass sie eine
Vergasungsmittelzufuhr mit Strömungsgeschwindigkeiten von
20 bis 100 m/s erlauben. Der Eintrag für Vergasungsstoffe
ist in einem vertikalen Abstand von etwa 1 bis 10 m oberhalb der Vergasungsmitteldüsen
angeordnet.
-
Der
Rohgasabgang ist mit einem Wärmetauscher und einem Filter
zur Abtrennung mitgeführter Stäube verbunden.
Der Eintrag für Vergasungsstoffe umfasst auch einen Eintrag
zur Rückführung aus dem Rohgas abgetrennter Stäube.
-
Anhand
der stark vereinfachten schematischen Darstellung nach 1 wird
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
-
1 zeigt
einen Flugstromvergaser (1) mit einem Vergasungsraum (3).
Der Vergasungsraum (3) des Flugstromvergasers (1)
wird von einem zylindrischen Druckgefäß (4)
umfasst, das aus einem äußeren Druckmantel (5),
einem Wasserraum (6) und einem Innenmantel (7)
besteht. Der Innenmantel (7) ist bestiftet und mit SiC
als keramischen Schutz bestampft.
-
Am
oberen Ende des Flugstromvergasers (1) befindet sich der
Rohgasabgang (8) und am unteren Ende das Schlackebad (9),
von dem in 1 nur die Oberfläche
des Schlackebades (10) und der Schlackeabzug (11)
angedeutet sind, aus dem die Schlacke (12) abgezogen wird.
-
6
Vergasungsmitteldüsen (13), von denen in 1 zwei
dargestellt sind, dienen der Einspeisung der Vergasungsmittel (14).
Die Vergasungsmitteldüsen (13) sind gleichmäßig über
den Umfang des äußeren Druckmantels (5)
verteilt angeordnet. Sie sind radial und 20° nach unten
geneigt ausgerichtet.
-
In
der oberen Zone (19) der verschlackenden Wirbelschichtvergasung
(18), d. h. in einem vertikalen Abstand von 6 m über
der Zuführung der Vergasungsmittel (14), sind
seitlich des Flugstromvergasers Eintragsschnecken (20)
für den Vergasungsstoff angeordnet. Von den üblicherweise
mehrfach ausgeführten Zuführungseinrichtungen
für den Vergasungsstoff (2) ist in 1 beispielhaft
nur eine Zuführungseinrichtung als Eintragsschnecke (20)
dargestellt.
-
Der
Rohgasabgang (8) steht mit einem Abhitzewärmetauscher
(25) und einem Warmgasfilter (28) zur Abtrennung
der mitgeführten Stäube in Verbindung. Zur Rückführung
der abgetrennten Stäube mittels Dichtstromförderer
(28) ist ein Staubeintrag (29) in etwa gleicher
Höhe der Eintragsschnecken (20) am Flugstromvergaser
(1) angeordnet.
-
Die
staubbeladenen Rohgase (24), die den Flugstromvergaser
(1) mit einer Staubeladung von ca. 30 g/m3 i.N. über den Rohgasabgang (8)
verlassen, gelangen über den Abhitzewärmetauscher
(25), in dem sie auf 250°C abgekühlt
werden, in den Warmgasfilter (26). Dort werden die mitgeführten
Stäube (27) praktisch vollständig abgeschieden
und mittels einer Einrichtung zur Dichtstromförderung (28)
in die obere Zone (19) der verschlackenden Wirbelschichtvergasung
(18) zurückgeführt. Die staubfreien Rohgase
(29) werden den weiteren Stufen der Gasreinigung zugeführt.
-
Im
Flugstromvergaser (1) wird bei einem Druck von 33 bar Trockenbraunkohle
(2) der Körnung 0 bis 10 mm mit einem Wassergehalt
von 12 Ma.-%, einem Aschegehalt von 6 Ma.-%, einer Ascheverlegungstemperatur
von 1000°C, einer Ascheschmelztemperatur von 1200°C
und einer Aschefließtemperatur von 1280°C vergast.
Die Vergasungsmittel (14) werden mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 80 m/s und einer Temperatur von 280°C in den Vergasungsraum
(3) des Flugstromvergasers (1) eingedüst.
-
Die
mengenmäßige Zuführung der Vergasungsmittel
(14) wird im Folgenden der besseren Verständlichkeit
halber auf der Bezugsbasis von einem kg Trockenbraunkohle (2)
erläutert. Auf 1 kg Trockenbraunkohle (2) werden
insgesamt 0,367 m3(i.N.) Sauerstoff (15)
und 0,095 kg Wasserdampf (16) zugeführt.
-
Über
der Oberfläche des Schlackebades (10) bildet sich
vor den Vergasungsmitteldüsen (13) der überwiegend
horizontal ausgeprägte Flammenbereich (17), der
einer Flugstromvergasung nahe kommt. Er löst sich nach
oben hin in einen überwiegend vertikalen Bereich einer
verschlackenden Wirbelschichtvergasung (18) auf. In der
oberen Zone (19) der verschlackenden Wirbelschichtvergasung (18),
d. h. in einem vertikalen Abstand von 6 m über der Zuführung
der Vergasungsmittel (14), wird die Trockenbraunkohle (2)
mittels Eintragsschnecken (20) seitlich in den Vergaser
(1) eingetragen. In der unteren Zone (21) der
verschlackenden Wirbelschichtvergasung (18) bildet sich
eine schützende Schlackeschicht (22) am Innenmantel
(7). Die Dicke der Schlackeschicht (22) beträgt
wenige Zentimeter. Die obere Zone (19) der verschlackenden
Wirbelschichtvergasung (18) geht an ihrem oberen Ende in die
nichtverschlackende Wirbelschichtvergasung (23) über.
In der nichtverschlackenden Wirbelschichtvergasung (23)
werden die Temperaturen aufgrund endothermer Reaktionen auf 950°C
abgesenkt.
-
Die
Rohgase (24) werden mit dieser Temperatur in einem vertikalen
Abstand von 15 m über den Eintragsschnecken (20)
abgezogen. Die Strömungsgeschwindigkeit bezogen auf den
freien Querschnitt des Vergasungsraumes (3) wird bei 2
m/s eingestellt, um mit einer mittleren Verweilzeit der Gase im
Vergasungsraum (3) von ca. 10 s ausreichend hohe C-Vergasungsgrade
zu erzielen.
-
Die
staubbeladenen Rohgase (24), die den Flugstromvergaser
(1) mit einer Staubeladung von ca. 30 g/m3(i.N.) über
den Rohgasabgang (8) verlassen, gelangen über
den Abhitzewärmetauscher (25), in dem sie auf
250°C abgekühlt werden, in den Warmgasfilter (26).
Dort werden die mitgeführten Stäube (27)
praktisch vollständig abgeschieden und mittels einer Einrichtung
zur Dichtstromförderung (28) in die obere Zone
(19) der verschlackenden Wirbelschichtvergasung (18)
zurückgeführt. Die staubfreien Rohgase (29)
werden den weiteren Stufen der Gasreinigung zugeführt.
-
- 1
- Flugstromvergaser
- 2
- Vergasungsstoffzufuhr
- 3
- Vergasungsraum
- 4
- zylindrisches
Druckgefäß
- 5
- äußerer
Druckmantel
- 6
- Wasserraum
- 7
- Innenmantel
- 8
- Rohgasabgang
- 9
- Schlackebad
- 10
- Oberfläche
des Schlackebades
- 11
- Schlackeabzug
- 12
- Schlacke
- 13
- Vergasungsmitteldüse
- 14
- Vergasungsmittel
- 15
- Sauerstoff
- 16
- Wasserdampf
- 17
- Flammenbereich
- 18
- verschlackende
Wirbelschichtvergasung
- 19
- obere
Zone der verschlackenden Wirbelschichtvergasung
- 20
- Eintragsschnecke
- 21
- untere
Zone der verschlackenden Wirbelschichtvergasung
- 22
- Schlackeschicht
- 23
- nichtverschlackende
Wirbelschichtvergasung
- 24
- Rohgase
- 25
- Abhitzewärmetauscher
- 26
- Warmgasfilter
- 27
- Staub
- 28
- Einrichtung
zur Dichtstromförderung
- 29
- staubfreie
Rohgase
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10343582
A1 [0007]
- - DE 2640180 A1 [0008]
- - DE 102006005626 [0009]
- - JP 57174391 A [0011, 0011]
- - JP 59053592 A [0012]