DD144276A5

DD144276A5 - Kohlevergasungsanlage

Info

Publication number: DD144276A5
Application number: DD79213661A
Authority: DD
Inventors: Charles T Brooks
Original assignee: British Gas Corp
Priority date: 1978-09-08
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1980-10-08
Also published as: PL216355A1; SU923373A3; EP0008847B2; CA1111253A; PL116168B1; ZA792746B; AU4794379A; EP0008847B1; JPS5554395A; AU511977B2; DE2960573D1; GB2029946B; CS221507B2; US4192654A; GB2029946A; EP0008847A1; JPS5839467B2

Description

Kohlevergasungsanlage Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kohlevergasungsanlage und im besonderen auf eine schlackenbildende Kohlevergasungsanlage, bei der die Kohle oder andere kohlenstoffhaltige Brennstoffe in den oberen Teil eines kolonnenartigen "Vergasungsbehälters eingebracht und unter hohem Druck und bei hoher Temperatur mit Hilfe eines Gases, beispielsweise durch Sauerstoff oder Dampf, eingeführt in die Brennstoffschicht durch Düsen, vergast werden. Die Rückstandsasche sammelt sich als eine geschmolzene Schicht aus Schlacke und Eisen in dem Gestell des Vergasungsbehälters, von wo aus ein periodischer Austrag (allgemein bekannt als Schlackenabstich) in Richtung nach unten durch ein Schlackenabstichloch oder eine Schlackenabstichöffnung in einem mit V/asser gefüllten Löschkammerbehälter erfolgt. Meistens wird ein Schmelzbad aus geschmolzener Schlacke und Eisen in dem Gestell aufrechterhalten, indem heiße Verbrennungsprodukte von einem Brenner, d_er sich unterhalb des Schlackenabstichloches befindet, auf die Abstichöffnung gerichtet werden, um das Schmelzbad aus Schlacke und Eisen in dem Gestell zurückzuhalten. Dabei wird das Abstechen der geschmolzenen Schlacke und des Eisens durch Unterbrechen oder Reduzieren der Brennerleistung und durch Reduzieren

-2- 3.9.1979

55 65p / 16

des Druckes in der Löschkammer durch eine kontrollierte Entlüftung über das vorhandene Entlüftungssystem initiiert und überwacht, um einen entsprechenden Differenzdruck zwischen der Löschkammer und dem Vergasungsbehälter hervorzurufen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Beispiele für eine derartige schlackenbildende Vergasungsanlage sind in dem britischen Patent Nr. 977122 und in der The Gas Council Research Communication Urn. GC 50 und GC 112 beschrieben.

In der britischen Patentanmeldung Nr₀ 11445/76 wird eine Vergasungsanlage vorgeschlagen, bei der sich die Öffnung zur Entfernung der Schlacke in der Mitte des Gestelles der Vergasungsanlage befindet. Zu dieser Öffnung gehört zur Entfernung der Schlacke eine entfernbare ringförmige Gestellanordnung, Vielehe in der V/eise angebracht ist, daß sie auf dem Schlackenabstichloch und in dessen Umgebung sitzt. Die Anordnung besteht aus einer festen Masse hoher Wärmeleitfähigkeit mit einem zusammenhängenden Durchgang für die Zirkulation einer Kühlflüssigkeit durch diese Masse sowie mit einem Zu- und Abfluß nach außen.

Während des Betriebes derartiger Vergasungsanlagen unterliegen der Schlackenabstich und das Gestell einer aggressiven Erosion und Korrosion sowie einem thermischen Angriff durch die geschmolzene Schlacke und das schmelzflüssige . Eisen. Die hohe Temperatur und Beweglichkeit der Schlacke und des Eisens während der Vorgänge des Schlackenabstiches und der Schlackenzurückhaltung setzen die Behälterwerkstoffe

-3- 3.9.1979

- 55 650 /

des Schlackenabstichloches und die direkte Umgebimg der Gestellbereiche in erster Linie einer Erosion und einer thermischen Belastung aus.

Ziel der Erfindung;

Es ist Ziel der Erfindung, durch Verbesserung der Gestellanordnung im Schlackenaufnahme- und -ausstoßbereich einer Kohlenvergasungsanlage die Lebensdauer dieser Anaige zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kohlenvergasungsanlage das Gestell im Schlackenauffang und -abstichbereich so zu gestalten, daß die thermische Belastung herabgesetzt wird und Erosions- und Korrosionsschäden vermieden v/erden.

Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Gestell der Vergasungsanlage des weiteren eine entfernbare flüssigkeitsgekühlte ringförmige Gestellanordnung ausweist, welche sich über dem Schlackenabstichelement befindet. Die Öffnungen des Schlackenabstichelementes und der ringförmigen Gestellanordnung sind dabei senkrecht ausgerichtet, um den Austrag der Schlacke durch die Öffnungen zu ermöglichen. Vorzugsweise sitzt die ringförmige Gestellanordnung auf dem oberen Teil des Schlackenabstichelementes derart auf, daß eine Verbindung zwischen ihren sich gegenseitig berührenden Oberflächen gebildet wird. Die Gestellanordnung kann mit einem sich nach unten erstreckenden Teil im unteren Bereich seiner Öffnung versehen werden, um damit eine Abdichtung der Verbindung su erreichen, durch die der Eintritt von geschmolzener Schlacke verhindert wird_o

-4- 3.9.1979

55 650 / 16

Vorteilhafterweise kann der sich nach unten erstreckende Teil der Gestellanordnung die Form einer ringförmigen schnabel- oder lippenförmigen Verlängerung aufweisen, deren äußere periphere Oberfläche mit der inneren peripheren Oberfläche der besagten Öffnung des Schlackenabstiches übereinstimmt, um auf diese Y/eiseeine abdichtende Berührung zu erzielen.

Die Widerstandsfähigkeit der ringförmigen Gestellanordnung und des Schlackenabstichelementes gegen Erosion hängt von kritischen Faktoren der Konstruktion ab. Zu diesen Faktoren zählen u.a.: Die Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Werkstoffes, die Form und die Geometrie seiner metallischen Masse, die Größe und Form der Öffnung sowie die Größe, Länge und Lage der Durchgänge der Kühlflüssigkeit mit Bezug auf die Oberflächen, die dem Wärmeangriff ausgesetzt sind.

Die Menge und der Durchsatz der Kühlflüssigkeit stellen ebenfalls einen wesentlichen Faktor bei einer Konstruktion der ringförmigen Gestellanordnung und des Schlackenabstichelementes dar, denn die dem Wärmeangriff ausgesetzten Oberflächen müssen in wirksamer Weise gekühlt werden, um akzeptable Oberflächentemperaturen aufrechtzuerhalten. Andererseits ist es aber wichtig, daß keine übermäßig großen Wärmemengen aus dem Gestell entweichen können. Typischerweise werden Strömungsgeschwindigkeiten der Kühlflüssigkeit in der Größenordnung von 6-9 m/sec. bevorzugt, um zu einer konstanten Temperatur der Wände des Durchganges zu gelangen.

Vorzugsweise werden die Konstruktionselemente für das Schlackenabstichloch und die ringförmige Gestellanordnung aus Kupfer oder aus Kupfer und einem Legierungsmetall hergestellt»

-5- 3.9.1979

55 650 /16

Vorzugsweise weisen die Durchgänge für die Kühlflüssigkeit eine Spiralform auf, deren Windungen sich wenigstens um die dem Wärmeangriff ausgesetzten Oberflächen und in der Nähe dieser Oberflächen der ringförmigen Gestellanordnung und des Schlackenabstichelementes erstrecken.

Bequemerweise können die Durchgänge für die Kühlflüssigkeit aus einem Metallrohr in Spiralform bestehen, deren Enden aus der umgebenden Metallmasse herausragen, um einen Zu- und Abfluß zu ermöglichen.

Vorzugsweise weist die obere ringförmige Oberfläche der Gestellanordnung eine gewölbte Form auf und ihre imiere periphere 'Wand ist in der Form einer Rotationsoberfläche ausgeführt, deren Profil entweder einen divergenten oder einen konvergenten Trichter definiert, wobei eine Übereinstimmung mit dera inneren Profil der Öffnung des Schlackenabstiches zu verzeichnen ist.

Normalerweise fällt die Gestellfläche, die die ringförmige Gestellanordnung umgibt, in Richtung nach unten ab und setzt sich aus einer Schicht zusammen, die aus feuerfestem Material besteht. In diesem Material befinden sich flüssigkeitsgekühlte Rohrleitungen, die darin eingebettet sind. V/o jedoch zum Beispiel das sich neigende Gestell ausgekleidet ist oder zusätzlich eine Reihe von sich teilweise überlappenden ringförmigen Schichten aus feuerfesten Steinen aufweist, kann die ringförmige Gestellanordnung mit der untersten ringförmigen Schicht der Steine bedeckt werden, die bequemerweise durch die gegenseitige Berührung mit der flüssigkeit sgekühlten Gestellanordnung gekühlt werden können, auf der die Steine aufliegen. .

-β- 3.9.1979

55 650 / 16

Aus führung s Tj ei spiel

An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 den Längsschnitt durch eine schlackenbildende Vergasungsanlage mit einem festen Bett und einer Gestellanordnung und Pig. 2 den vergrößerten Längsschnitt durch eine ringförmige Gestellanordnung.

Die in Pig· 1 dargestellte Vergasungsanlage weist eine mit feuerfestem Material ausgekleidete, unter Druck stehende Vergasungskammer 10 auf, in die Kohle aus einem Aufgabetrichter 12 mit eingebauter Schleuse eingebracht und dann durch drehbare Verteiler 14 verteilt wird. Sauerstoff und Dampf werden in die Brennstoffschicht (nicht wiedergegeben) durch Düsen 16 eingeblasen, um die Vergasung der Kohle zu beschleunigen. Beim Betrieb der Vergasungsanlage sammelt sich die geschmolzene Schlacke in dem sich neigenden Gestell 18 an und wird von dort periodisch über ein Schlackenabstichloch oder eine Schlac^gnabstichöffnung 20 in ein mit Wasser 22 gefüllte Löschkammer 24 abgelassen. In diesem Wasser kühlt sich die Schlacke rasch ab, ohne im Wasser eine Turbulenz zu erzeugen.

Das Kühlwasser wird durch einen perforierten röhrenförmigen Löschring 26 zugeführt. Die Abkühlung der Schlacke geht vor sich, bevor diese nach Öffnen eines Ventils 30 in Form einer dichten, feinkörnigen Masse unter Einschluß geringer Mengen an Löschwasser in einen Aufnahmetrichter 28 mit eingebauter Schleuse gelangt. Die Masse wird aus dem Aufnahmetrichter 28 durch die Schleuse auf abh bewegende Fördereinrichtungen 32 ausgetragen. Das Wasser, welches dem Löschring 26 durch eine Zuführung 34 zugeleitet wird,· wird teil-

2 ? 3 6

-7- 3.9.1979

55 650 /16

weise durch die ADfiüsse 36 und 38 aus der Löschkammer 24 bzw. aus dem Schlackenaufnahmetrichter 28 durch Pumpen und Filter (nicht wiedergegeben) in den Kreislauf zurückgeführt. Der Bereich des Gestelles in der Umgebung des Schlackenabstichloches 20 weist-eine ringförmige Gestellanordnung 40 auf.

In Pig. 2 ist die Löschkammer 24 gasdicht am Boden der Vergasungskammer 10 durch einen entfernbaren Verbundflansch angebracht. Dieser besteht aus einer zylindrischen Stahlhülse 42 mit einem dicken Stahlflansch 44, der an das untere Ende der Hülse 42 angeschweißt ist, sowie aus einem ringförmigen Stahlblock 46, der an das obere Ende der Hülse 42 angeschweißt ist. Die Schlackenabstichöffnung 20 wird durch den Block 46 mit Hilfe von Schrauben 47 gehalten. Das Kühlwasser v/ird spiralförmigen Wasserdurchgängen 51 zugeleitet, die sich in der Schlackenabstichöffnung 20 befinden. Der Zuleitung und dem Abfluß dienen die Rohrleitungen 52 und 54, deren äußere Anschlüsse 56 und 58 durch den Plansch 44 hindurchlaufen. Die ringförmige Gestellanordnung 40 liegt auf dem oberen Teil der Schlackenabstichöffnung 20 auf dem ringförmigen Block 46 auf. Kühlwasser wird ebenfalls durch spiralförmige Wasserdurchgänge 67 dem Gußkörper der ringförmigen Gestellanordnung 40 zugeleitet. Der Zuleitung und dem Abfluß dienen die Rohrleitungen 68 und 69, deren äußere Anschlüsse ebenfalls durch den Plansch 44 hindurchlaufen. Ein ringförmiger Kreuzstrombrenner 60 ist koaxial unterhalb der Schlackenabstichöffnung 20 um die Öffnung des Schlackenabstiches herum angeordnet» Die Zuführung der Luft und/oder des Sauerstoffs und des Gases zu dem Kreuzstrombrenner 60 erfolgt über seitliche Anschlüsse des Plansches 44 durch Rohrleitungen 61. -

' -8» 3.9.1979

55 650 / 16

Vorzugsweise ist der Verbundflansch 41 durch Schrauben, die den Plansch der Löschkammer gegen den Plansch am Boden der Yergasungskammer derart andrücken, daß der Plansch dazwischen eingeklemmt wird, gasdicht angebracht* Mit dieser Anordnung können die Brenner 60, der Schlackenabstich 20 und die ringförmige Gestellanordnung 40 ohne weiteres zu Instandhaltungszwecken entfernt werden,. indem die Schrauben losgeschraubt werden und die Löschkammer von dem Vergasungsbehälter herabgelassen wird. Dabei wird dann der Verbundflansch 41 zurückgezogen.

Um das Eindringen von geschmolzener Schlacke in die Verbindungstelle zwischen der unteren Pläche der ringförmigen Gestellanordnung 40 und der oberen Pläche der Schlackenabstichöffnung 20 zu verhindern und Schaden in diesem Bereich zu verhindern, ist die Gestellanordnung 40 mit einem ringförmigen Schnabel versehen, dessen äußere periphere Oberfläche der abfallenden Oberfläche 71 der Schlackenabstichöffnung 20 angepaßt ist.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Öffnung der ringförmigen Gestellanordnung 40 ein konvergierendes Profil auf. Es ist aber auch möglich, diese Öffnung 72 mit einem divergierenden Profil auszuführen, um das Schlackenabstichelement gegen Turbulenzen zu schützen, die im Strömungskanai der Vergasungsanlage und beim Mnigen der Eisenschlacke entstehen können. Daneben wird die Bildung von Blasen und die Entstehung von Stoßvorgängen auf Grund der Wechselwirkung zwischen Brenner und flüssiger Schlacke verhindert.

Claims

-9- . 3.9.1979

55 650 / 16

Erfindungsanspruch , ·

1. Schlackenbildende Kohlevergasungsanlage,'bestehend aus einem Vergasungsbehälter, aus Einrichtungen für das Einführen der Kohle in den Vergasungsbehälter zum Zwecke der Vergasung, aus Einrichtungen zum Einführen von Sauerstoff und Dampf in den Vergasungsbehälter zum Zwecke der Vergasung der in dem behälter befindlichen Kohle, und bestehend aus einem-Gestell, welches sich am Boden des Vergasungsbehälters befindet und ein flüssigkeitsgekühltes Konstruktionselement für den Schlackenabstich mit einer Öffnung für die Entfernung der Schlacke beinhaltet, wobei sich die Öffnung für die Entfernung in der Mitte innerhalb des Gestells der Vergasungsanlage befindet, um die Schlacke aus dem Behälter zu entfernen, gekennzeichnet dadurch, daß das Gestell des v/eiteren eine entfernbare flüssigkeitsgekühlte ringförmige Gestellanordnung aufweist, welche sich über dem Schlackenabstichelement befindet, wobei die Öffnungen des Schlakkenabstichelementes und der ringförmigen Gestellanordnung senkrecht ausgerichtet sind, um den Austrag der Schlacke durch die öffnungen zu ermöglichen.
2. Kohlevergasungsanlage gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die ringförmige Gestellanordnung auf dem oberen Teil des Schlackenabstichelementes derart aufsitzt, daß eine Verbindung zwischen ihren sich gegenseitig berührenden Oberflächen gebildet wird; und daß die Gestellanordnung mit einem sich nach unten erstreckendenden Teil im unteren Bereich ihrer Öffnung versehen ist,

-10- . 3.9.1979

55 650/16

um damit eine Abdichtung der "Verbindung zu erreichen und den Eintritt von geschmolzener Schlacke zu verhindern.

Kohlevergasungsanlage gemäß Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß der sich nach unten erstreckende Teil die Form einer ringförmigen Schnabel- oder lippenförmigen Verlängerung aufweist, deren äußere periphere Oberfläche mit der inneren peripheren Oberfläche der Öffnung des Schlackenabstiches übereinstimmt, um auf diese Weise eine abdichtende Berührung zu erreichen.