DD223613A3

DD223613A3 - Verfahren zur vergasung/verbrennung staubfoermiger brennstoffe

Info

Publication number: DD223613A3
Application number: DD82240571A
Authority: DD
Inventors: Horst Kretschmer; Manfred Schingnitz; Peter Goehler; Guenter Tietze; Manfred Froehlich; Jens Lahr; Klaus Scheidig; Rolf Guether
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1982-06-09
Filing date: 1982-06-09
Publication date: 1985-06-12
Also published as: ATA119683A; AT385766B; CS266353B1; CS353683A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung staubfoermiger Brennstoffe durch Vergasung oder durch Verbrennung mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxydationsmittel, insbesondere unter erhoehtem Druck, wobei die Zufuehrung und Dosierung des staubfoermigen Brennstoffes zur Brennkammer als Staub-Traegergas-Suspension mit sehr hohen Staub-Traegergas-Verhaeltnissen, in der Regel mit Verhaeltniswerten 300 kg/m3 Traegergas (im Betriebszustand) erfolgt. Ziel der Erfindung ist die weitere Verbesserung des Dichtstrom-Einspeis- und Dosiersystems, insbesondere fuer den Einsatz schwer durchstroembarer staubfoermiger Brennstoffe, kleine Durchsaetze und Schwachlastbetrieb. Erfindungsgemaess wird dazu einer im Unterteil eines Dosierbehaelters befindlichen, durch Einleitung des Traegergasstromes oertlich begrenzt aufgelockerten bzw. in eine partielle Wirbelschicht ueberfuehrten Schuettung des staubfoermigen Brennstoffes eine Vibrationsbewegung ueberlagert, indem im ersten Drittel des Foerderrohres ein im Vergleich zum konstanten Traegergasstrom kleiner Steuergasstrom mit einer Pulsationsfrequenz von 0,5 bis 10 s 1 eingefuehrt wird.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Vergasung/Verbrennung staubförmiger Brennstoffe

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung, staubförmiger Brennstoffe durch Vergasung zur Erzeugung von CO- und Hp-haltigen Gasen oder durch Verbrennung, insbesondere unter erhöhtem Druck. Unter staubförmigen Brennstoffen sind sowohl auf Staubfeinheit zerkleinerte Braunkohle, Steinkohle, Schwelkoka.und Hochtemperaturkoks, als auch feste kohlenstoffhaltige Rückstände der Kohleveredlung und der Erdölaufbereitung so7/ie staubfein zerkleinerte feste, kohlenstoffhaltige organische Materialien anderer Herkunft, wie Holzabfälle, Altreifen und Kunststoff abfalle zu verstehen.

Charakterisierung der bekannten technischen lösungen

Uicht zuletzt wegen der breiten Brennstoffpalette hat sich in der Technik der Synthesegaserzeugung aus festen Brennstoffen die Vergasung nach dem Prinzip der Partialoxydation mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxydationsmittel als besonders vorteilhaft erwiesen. Der Brennstoff wird dabei staubförmig eingesetzt. Soll diese Vergasung unter höherem Druck, beispielsweise bei 3 bis 5 MPa, erfolgen, so ist die sichere Einspeisung des staubförmigen Brennstoffes in das Drucksystem und seine gleichmäßige Dosierung ein besonderes technisches Problem.

Das gleiche gilt für die Verbrennung staubförmiger Brennstoffe bei erhöhtem Druck, beispielsweise in Verbindung mit einer Gasturbine. Sowohl bei der Vergasung als auch bei der Verbrennung wird der staübförmige Brennstoff in einem fluiden Medium suspendiert, einem oder mehreren Brennern einer Brennkammer zugeführt, in der der Umsatz mit dem Oxydationsmittel erfolgt, das ebenfalls über den oder die Brenner eingeführt wird. Verbrennungs- und Vergasungsprozesse unterscheiden sich dabei im Grunde nur durch das Verhältnis von freiem Sauerstoff im Oxydationsmittel zum staubförmigen Brennstoff, das bei Verbrennungsprozessen gleich oder größer, bei Vergasungsprozessen deutlich kleiner als das zu vollständigem Umsatz des Brennstoffes zu COp und H₂O erforderliche stöchiometrische Verhältnis gewählt wird. Wenn auch Verbrennungsprozesse in der Regel mit luft, Vergasungsprozesse mit Gemischen von technischem Sauerstoff mit Wasserdampf als Oxydationsmittel betrieben werden, sind Verbrennungsprozesse mit technischem Sauerstoff oder säuerstoffangereichert er Luft und Vergasungsprozesse mit Luft als.Oxydationsmittel bekannt.

Vielfach wird als.fluides Medium für den Transport des staubförmigen Brennstoffs zum Brenner ein Gas, im folgenden als Trägergas bezeichnet, verwendet. Als Trägergas dient in der Regel ein inertes Gas, wie Stickstoff, doch werden bei der Vergasung von staubförmigen Brennstoffen auch rückgeführte brennbare Gase eigener Erzeugung, bei der Verbrennung gelegentlich Luft als Trägergase verwendet.

Mit DD-WP 147 188 wird- ein Verfahren'zur Druckvergasung staubförmiger Brennstoff beschrieben, dessen Staubzuführungssystem mit Staub-Trägergas-Verhältniswerten von mehr als 300 kg/nn Trägergas im Betriebszustand arbeitet, und das sich durch gute Dosiergenauigkeit und hohe Gleichmäßigkeit der Brennstoffzuführung zum Brenner auszeichnet.

Nach dieser Schrift wird der staubformige Brennstoff über ein Druckschleusensystem einem Dosierbehälter zugeführt, in dessen Unterteil über einen Anströmboden Trägergas eingeblasen wird, das die im Unterteil des Dosierbehälters befindliche Schüttung von staubförmigem Brennstoff soweit auflockert, daß der staubförmige Brennstoff gemeinsam mit dem eingeblasenen Trägergas über eine im Unterteil des Dosierbehälters, oberhalb des Anströmbodens beginnende Förderleitung dem oder einem Brenner der Brennkammer des Vergasungsreaktors zuströmt. Die Auflockerung des staubförmigen Brennstoffes im Unterteil des Dosierbehälters kann dabei soweit gehen, daß von einer partiellen, örtlich auf das Unterteil des Dosierbehälters beschränkten Wirbelschicht gesprochen werden kann. Dabei ist es kennzeichnend, daß die im oberen Teil des Dosierbehälters befindliche Menge an staubförmigem Brennstoff den Charakter einer ruhenden Schüttung hat, die entsprechend der Abförderung zum Vergasungsreaktor langsam nach unten rutscht und im Regelfall nur von der relativ geringen Gasmenge durchströmt wird, die dem Peststoffvolumen der aus dem Dosierbehälter abgeförderten Staubmenge entspricht. Unter dem in DD WP 147 188 genannten näheren Bedingungen läßt sich der dem Brenner zufließende Staubstrom (in kg staubförmiger Brennstoff je Zeiteinheit) sehr genau durch Variation der dem Unterteil des Dosierbehälters zugeführten Trägergasmenge steuern, wobei in weitem Bereich das "Beladungsverhältnis" von Staub zu Trägergas konstant bleibt. Bei einem typischen Betriebsfall für die Vergasung von Braunkohlenstaub unter einem Druck von 3 MPa wurde beispielsweise ein Braunkohlenstaub-Trägergas-Verhältnis von 4OO kg/nr im Betriebszustand erreicht. Die Geschwindigkeit der Staub-Trägergas-Suspension.im Förderrohr betrug 3,4 m/s.

Das im DD-WP 147 188 offenbarte Verfahren ist für die Vergasung von staubförmigen Brennstoffen zugeschnitten. Die darin enthaltenen Dichtstrom-Sinspeis- und Dosiertechnologie ist jedoch auch voll auf die Verbrennung von staub-

förmigen Brennstoffen, insbesondere unter erhöhtem Druck übertragbar, wobei die niedrige Transportgesehwindigkeit der Staub-Trägergas-Suspension eine erheblich niedrigere Verschleißquote verursacht als normale pneumatische Fördersysteme im Dünnstrom.

Obwohl mit der dargelegten bekannten Technologie in den meisten Fällen gute Ergebnisse erzielt wurden, ist es bei einigen Sorten von staubförmigen Brennstoffen schwierig, unter allen Betriebszuständen eine gleichmäßige Auflockerung bzw.. Wirbelschichtbildung im Unterteil des Dosierbehälters zu erreichen. Insbesondere im Schwachlastbereich und bei kleineren Förderrohr-Durchmessern kann es dann zu Schwankungen von Staubdurchsatz und Beladungsverhältnis kommen. Solche Schwierigkeiten treten vor allem bei Stäuben in Erscheinung, bei denen die einzelnen Staubpartikel infolge besonders hoher Feinheit und Uahkräfte unterschiedlichster Art die Tendenz haben, aneinander zu haften, so daß der Strömungswiderstand der Schuttung eines solchen Staubes sehr hoch wird. Es besteht Sann die Gefahr, daß einzelne Kanäle in der Schüttung freigeblasen werden, die Hauptmenge jedoch ungenügend oder gar nicht aufgelockert bzw, aufgewirbelt wird.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Vergasung oder Verbrennung von staubförmigen'Brennstoffen mit einem verbesserten Dichtstromeinspeis- und -dosiersystem, das auch bei schwierig durchströmten staubförmigen Brennstoffen und bei kleineren Durchsätzen bzw, im Schwachlastbereich mit hoher Gleichmäßigkeit, hoher Betriebssicherheit, geringem spezifischen Trägergasbedarf und guter Regelbarkeit arbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren •für die Einspeisung und Dosierung von staubförmigen Brennstoffen bei-der Vergasung bzw. Verbrennung zu schaffen,

d.aU selbst bei schwierig durchströmbaren und schlecht fließfähigen Stäuben unter allen Betriebszuständen und in weiten·Leistungsbereichen eine weitgehend homogene Aufwirbelung des Brennstoffes im Unterteil des.Dosierbehälters zu erreichen gestattet, um eine gleichmäßige, betriebssichere, gut regelbare Brennstoffzuführung 'zum Brenner bzw. zu den Brennern der Brennkammer bei minimalem Trägergasbedarf zu gewährleisten.

Die Erfindung geht von den bekannten Verfahren zur Vergasung bzw. Verbrennung staubförmiger Brennstoffe durch Umsatz mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxydationsmittel in einer Brennkammer, insbesondere unter erhöhtem Druck, aus, bei dem die Zuführung und Dosierung des staubförmigen Brennstoffes zu dem oder zu den Brennern der Brennkammer mittels eines Trägergasstromes erfolgt und dabei Peststoff-Trägergas-Beladungsverhältnisse von in der Regel mehr, als 300 kg je m Trägergas (im Betriebszustand) erreicht werden. Bei diesem Verfahren wird der staubförmige Brennstoff mittels eines Schleusensystems in einem Dosierbehälter eingebracht, in dem ein um einen ' Betrag Δ P höherer Druck herrscht, als' in der Brennkammer. In diesem Dosierbehälter rutscht der staubförmige Brennstoff unter der Wirkung der Schwerkraft, in ein Unterteil des Dosierbehälters, wird dort durch Einblasen eines Trägergases über einen Anströmboden, der das genannte Unterteil nach unten abschließt, örtlich begrenzt aufgelokkert bzw. in eine partielle Wirbelschicht überführt, und tritt schließlich gemeinsam mit dem Trägergas als dichte Suspension mit hohem Verhältnis von staubförmigem Brennstoff zu Trägergas-Volumenstrom in ein oder mehrere FÖrderrohre ein, in denen die Suspension unter der Wirkung der herrschenden Druckdifferenz dem Brenner oder den Brennern der Brennkammer zufließt, wobei die in der Zeit ein- · heit der Brennkammer zugeführte Menge an staubförmigen Brennstoffen durch Veränderung des Trägergasstromes geregelt wird.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der örtlich begrenzten Auflockerung des im Unterteil des Dosierbehälters befindlichen staubförmig gen Brennstoffes bzw. der Bildung einer partiellen Wirbelschicht im genannten Unterteil eine Vibrationsbewegung überlagert wird»

Ss wurde gefunden, daß die genannten Vibrationen im Unterteil des Dosierbehälters mit pneumatischen Mitteln erzeugt v/erden können.

Die Puisationsfrequenz liegt nach der Erfindung zwischen 0,5 und 10 s~V

Erfindungsgemäß wird zur pneumatischen Vibrationserregung ein pulsierendem Steuergasstrom, dessen zeitlicher Mittelwert klein ist, verglichen mit dem Trägergasstrom, benutzt. Dieser Steuergasstrom kann zwar direkt in das Unterteil des Dosierbehälters, oberhalb des Anströmbodens eingeführt.werden, es hat sich ,-jedoch erfindungsgemäß bewährt, wann dieses Steuergas pulsierend direkt in das Förderrohr geführt wird, und zwar in der Regel in der Mähe der Stelle, an der das Förderrohr aus dem Dosierbehälter austritt. Auf ,ieden Pail sollte die !inbindungsstelle im ersten Drittel des Förderrohres liegen, gemessen von s-einern Beginn im Unterteil des Dosierbehälters, Unter diesen Bedingungen pflanzen sich die durch die pulsierende Einführung des Steuergases entstehenden Druckimpulse im Pörderrohr rückwärts bis zum Einlauf des Förderrohres fort und übertragen sich in der gewünschten Weise auf die im Unterteil des Dosierbehälters befindliche partielle Wirbelschicht,

Es genügt nach der Erfindung, wenn der mittlere Steuergasstrom, definiert als zeitlicher Mittelwert des Steuergasvolumens .ie Zeiteinheit, 20 % des Trägergasstromes nicht überschreitet. Ein bevorzugter Bereich liegt zwischen 3 und 10 % des Trägergasstromes,

Es wurde weiter gefunden, daß es vorteilhaft ist, einen geringen Steuergasstrom - unabhängig von der Pulsation ständig aufrecht zu.erhalten. Damit wird gewährleistet, daß die Injektionsstelle für das Steuergas in jedem Moment mit Gas gespült und ein Eindringen von Staubpartikeln, die im Laufe der Zeit zu Verstopfungen führen können, vermieden wird.

Die Einführung des Steuergases erfolgt daher in einer Weise, daß die bei der Pulsation auftretenden Minima des Steuergas-Volumenstromes einen unteren, von Hull verschiedenen Grenzwert nicht unterschreiten. Dieser Grenzwert ivird vorzugsweise zu etwa 20 % des mittleren Steuergasstromes gewählt. Erreichen läßt sich diese Art der Zuführung, wie bekannt, beispielsweise mittels eines periodisch öffnenden und schließenden Yentils im Zuführungsanschluß für das Steuergas und einer dieses Yentil umgebenden Bypass-Leitung mit einer geeigneten Drosselscheibe.

Die Pulsationsfrequenz des Steuergasstromes beträgt erfindungsgemäß 0,5 bis 10 s" und entspricht damit dem Frequenzbereich, der bei der Erzeugung der Vibration durch pulsierende Zuführung des Trägergasstroaes zu wählen ist.

Ausführungsbeispiel

Die Figur zeigt das Schema des Verfahrens bei pneumatischer Vibrationserregung

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Pigur wird staubförmiger Brennstoff in die Schleusenkammer 4 gebracht, durch Einleiten eines Gases über nicht dargestellte Anschlüsse unter einen Druck von ca. 3 MPa gesetzt und anschließend in den Dosierbehält er 1 überführt, in dem der gleiche Druck herrscht * Im verjüngten Unterteil 2 des Dosierbehälters ist ein gasdurchlässiger Anströmboden 3 angeordnet, der über den Zuführungsan-

Schluß für Trägergas 5 tnit einem inerten Gas beaufschlagt wird. Beginnend im Unterteil 2 führt eine Förderleitung 6 zum Brenner 7 der "Brennkammer 9 eines Verr gasungsreaktors, in der ein Druck von ca, 2,8 MPa herrscht. Über den ZuführungsanSchluß für Oxydationsmittel 8 wird außerdem ein Oxydationsmittel, bestehend aus einem Gemisch von technischem Sauerstoff und Wasserdampf dem Brenner 7 bei ausreichend hohem Druck zugeführt. Durch die Zuführung des Trägergases über den Anströmboden 3 'wird der im Unterteil 2 befindliche stabförmige Brennstoff örtlich begrenzt aufgelockert, wobei diese Auflockerung so weit geht, daß sich eine partielle, auf das Unterteil 2 begrenzte Wirbelschicht von staubförmigem Brennstoff und Trägergas bildet. Unter der Wirkung des Differenzdruckes z?d. sehen Dqsierbehält er 1 und Brennkammer 9 fließt eine dichte Suspension von staubförmigem Brennstoff und Trägergas durch das Fdrderrohr 6 zum Brenner 7 und setzt sich mit dem Oxydationsmittel in der Brennkammer 9 bei Temperaturen um 15QO ⁰C zu einem CO- und Hp-haltigen Gas um. . · . Die Vibration wird im Unterteil 2 des Dosierbehälters 1 mit pneumatischen Mitteln erreicht. Der Trägergasstrom über Zuführungsanschluß 5 wird pulsationsfrei eingeführt, Sin pulsierender zusätzlicher Steuergasstrom wird über den Zuführungsanschluß 13 in das Pörderrohr β injiziert. Im Zuführungsanschluß 13 ist ein Pulsationsventil 14 in Form eines Magnetventils installiert, das über einen Impulsgeber 10 gesteuert wird. Das Pulsationsventil 10 ist mit einer.-Bypass-*·Leitung 11 mit einer Drosselsclieibe 12 versehen. .

Der für einen Durchsatz von 10 t/h Braunkohlenstaub bestimmten Anlage 7ü.rd über Zuführungsanschluß 5 ein Träg.ergasstrom von 25 m-^/h, ' entsprechend etwa'7TQ m^J/h im Uorma!zustand, zugeführt. Über die Bypass-Leitung 11 und die entsprechend den Vordruck.beclingungen ausgelegte Ds>?usselscheibe 12 wird ein ständiger Steuergasstrom von 0,3 ai /h_f entsprechend etwa 9 m /h im Normalzustand, in

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das Förderrohr 6 eingeleitet. Mit einer Frequenz von 2 s wird das Pulsationsventil 14 mittels Impulsgeber 10 stoßweise soweit geöffnet und wieder geschlossen, daß bei jedem Stoß etwa 0,15 dnr Steuergas (entsprechend etwa 4,5 dm unter Hormalbedingungön) in das Förderrohr 6 zusätzlich injiziert v/erden. Im zeit Iichen Mittelwert sind das etwa 1,1 nr/h oder 33 nr/h unter liortnalbedingungen. Die insgesamt injizierte Steuergasmenge beträgt damit 1,4 si /h im Betriebszustand, entsprechend etwa 5,δ % des Trägergasstromes, Das erreichte Ergebnis entspricht den vorangegangenen Beispielen.

Die Absenkung des Staub-Trägergas-Yerhältnisses durch die zusätzliche Steüergasmenge ist unerheblich. Der "Vorteil liegt darin, daß kleine Gasströme zur Pulsation zu bringen sind und deshalb kleine, leicht beherrschbare Armaturen verwendet werden können.

Claims

Patentanspruch .

Verfahren zur Vergasung bzw, Verbrennung staubförmig er Brennstoffe durch Umsatz mit einem freien Sauerstoff enthaltenen Oxidationsmittel in einer Brennkammer, insbesondere unter erhöhtem Druck, mit Zuführung und Dosierung des staubförmigen Brennstoffes zu dem oder den Brennern der Brennkammer mittels eines Tragergasstrora.es, wobei der staubfcrmige Brennstoff mittels eines Schieusensystems (4) in einen Dosierbehälter (1) eingebracht wird, in dem ein um einen Betrag ZlP höherer Druck herrscht, als in der Brennkammer (9)_; und in welchem er als eine quasi ruhende Schüttung unter Wirkung der Schwerkraft in ein Unterteil (2) des Dosierbehälters rutscht, durch Einblasen eines Trägergases über einen Anströmboden (3)'"in das Unterteil (2) örtlich begrenzt aufgelockert bz-tf., in eine partielle Wirbelschicht überführt wird, gemeinsam mit dem Trägergas bei hohem Verhältnis von Brennstoff'zu Trägergasvolumen, d. h« im Dichtstrombereich, in ein öder mehreren Pörderrohreii ' (δ), die im Unterteil (2) des Dosierbehälters beginnen, eintritt und so dem bzw, den Brennern (T) zugeführt wird, wobei in die Förderleitung ein Steuergas zugeführt und der örtlich begrenzten Auflockerung bzw. partiellen Wirbelschicht im Unterteil (2) des Dosierbehalters (1) eine Vibrationsbewegung überlagert wird, dadurch gekennzeichnet , .daß die Vibrationsbe^egung bei konstantem Trägergasstrom durch pulsierende Einführung' eines im Vergleich zum Trägergasstrom kleinen Steuergasstromes mit einer Pulsationsfrequenz von 0,5 bis IC s im ersten Drittel

des Fö'rderrohres (6)," gemessen von Beginn des Förderrohres (6) im Unterteil (2) des Dosierbehält ers (1)
erfolgt, daß der als zeitlicher Mittelwert des Steuergasvolumens definierte mittlere Steuergasstrom .je Zeit einheit bis zu 20 % vorzugsweise 3 bis 10 % des Träger gasstromes beträgt und daß die bei den Pulsationen auf tretenden Minima des Steuergasstromes einen unteren,
von Null verschiedenen Grenzwert, vorzugsweise etwa 20 bezogen auf den mittleren Steuergasstrom, nicht unterschreiten«

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