DD235884A5

DD235884A5 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von mitteldruckdampf bei der kuehlung eines kohlenvergasers

Info

Publication number: DD235884A5
Application number: DD85279246A
Authority: DD
Inventors: Hans Ch Pohl
Original assignee: ��@��@��k��
Priority date: 1984-08-25
Filing date: 1985-08-01
Publication date: 1986-05-21
Also published as: US4655793A; TR22781A; DE3431392A1; PL255072A1; PL145334B1; ZA852987B; GR851280B; JPS6164789A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mitteldruckdampf bei der Kuehlung eines Kohlevergasers. Waehrend es das Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren zur Erzeugung von Mitteldruckdampf unter Verwendung eines Kohlevergasers einfacher und kostenguenstiger Bauart zur Verfuegung zu stellen, besteht die Aufgabe darin, bei einem Kohlevergasungsverfahren die Kuehlung des Kohlevergasers so zu verbessern, dass hierbei Mitteldruckdampf mit einem Druck von 30 bis 80 bar erzeugt werden kann, wobei gleichzeitig eine einfache Bauweise des Kohlevergasers, die die Verwendung eines Druckgefaesses ausschliesst, beibehalten werden soll. Bei diesem Verfahren wird der Kohlevergaser erfindungsgemaess durch ein Waermetraegeroel gekuehlt, dessen Waermeinhalt anschliessend in einem externen Waermeaustauscher zur Erzeugung von Mitteldruckdampf genutzt wird und das nach erfolgter Abkuehlung in den Kuehlmantel des Kohlevergasers wieder eingeleitet wird. Zur Durchfuehrung des Verfahrens ist insbesondere ein sogenannter Doppelmantelvergaser geeignet, in dessen Kuehlmantel Leitbleche angeordnet sind.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zurErzeugung von Mitteldruckdampf von 30 bis 80 bar bei der Kühlung eines bei einer Temperatur von 1200⁰C bis. 1600°C und einem Druck von 1 bis 3 bar arbeitenden Kohlevergasers sowie eine spezielle Ausführungsform desselben, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Verfahren zur Vergasung von Kohle, die im vorstehend genannten Temperatur- und Druckbereich arbeiten, sind bekannt. Ein besonders bekanntes und bewährtes Verfahren ist hierbei das Koppers-Totzek-Verfahren, bei dem die feinkörnige bis staubförmige Kohle im Flugstrom mit den übrigen Reaktionskomponenten umgesetzt wird. Die Vergasungstemperatur im Kohlevergaser wird dabei so eingestellt, daß dieselbe oberhalb des Schmelzpunktes der Kohleasche liegt und daher die anfallende Schlacke im geschmolzenen Zustand aus dem Vergaser abgezogen werden kann. Je nach dem Temperaturbereich, innerhalb dessen die verschiedenen Kohlesorten schmelzen und je nach Reaktivität der Kohle muß deshalb die Vergasungstemperatur erhöht oder tiefer gelegt werden. Bei reaktionsträgen Kohlen wird man die Vergasungstemperatur so hoch ansetzen, wie es mit Rücksicht auf die Haltbarkeit der Feuerfestzustellung des Vergasers möglich ist. Je intensiver die Kühlung des Reaktionsraumes des Vergasers ist, desto höhere Vergasungstemperaturen können erreicht werden, ohne daß die maximal zulässige Wandinnentemperatur des Feuerfestmaterials im Reaktionsraum überschritten wird. Es ist deshalb bekannt, den Vergaser bzw. den Reaktionsraum mit einem Doppelmantel aus Stahlblech zu versehen, dessen innerer Mantel den eigentlichen Reaktionsraum begrenzt und der mit einer feuerfesten Zustellung versehen ist. Der Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Mantel dient dabei als Kühlmantel und wird zur Erzeugung von Niederdruck- bzw. von Sattdampf von 3 bis 5bar genutzt. Bei Arbeiten innerhalb des eingangs genannten Druckbereiches ist es nicht erforderlich, den Vergaser bzw. dessen Reaktionsraum als Druckgefäß auszuführen. Für Kohlen mit guter Reaktionsfähigkeit steht damit ein technisch einfaches und apparativ billiges Verfahren zur Kohlevergasung zur Verfügung. Um teure Druckgefäße zu vermeiden, bleibt aber auch der Dampfdruck des Vergaserkühlsystems auf ca. 3 bis 5 bar beschränkt. Zwar bleibt der Vergasungsprozeß an sich davon unberüht. Als Nachteil kann es sich jedoch herausstellen, daß der Niederdruckdampf weniger wirtschaftlich weiterverwendet werden kann. In bisher ausgeführten Vergasungsanlagen der genanten Art beträgt das Verhältnis der Erzeugung von Hochdruckdampf, der in einem dem Vergaser nachgeschalteten Abhitzkessel erzeugt wird, zu dem im Kühlmantel des Vergasers erzeugten Niederdruck- bzw'Sattdampf etwa 1:1. Je nach Reaktorgröße liefert beispielsweise ein Koppers-Totzek-Vergaser Hochdruck- und Niederdruckdampf von je 5 bis 20t/h. Derzwangsweise anfallende Niederdruckdampf hat deshalb bisher die Gesamtwirtschaftlichkeit von Anlagen mit Koppers-Totzek-Vergasern immer dann belastet, wenn für den Niederdruckdampf keine vernünftige wirtschaftliche Verwendungsmöglichkeit gegeben war. Zur Lösung dieses Problems ist zwar bereits vorgeschlagen worden, den Koppers-Totzek-Vergaser als Röhrenkessel auszubilden, was die Erzeugung höherer Dampfdrucke bei der Vergaserkühlung ermöglicht. Der; Nachteil dieser Lösung ist jedoch darin zu sehen, daß die Investitionskosten für einen derarigen Vergaser etwa das Fünffache dessen betragen, was für einen einfachen Doppelmantel-Vergaser aufgewendet werden muß.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erzeugung von Mitteldruckdampf unter Anwendung eines Kohlevergasers einfacher und kostengünstiger Bauart zur Verfügung zu stellen, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Vergasungsprozesses erhöht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem unter den eingangs genannten Betriebsbedingungen arbeitenden Kohlevergasungsverfahren die Kühlung des Kohlevergasers so zu verbessern, daß hierbei Mitteldruckkampf mit einem Druck von 30 bis 80 bar erzeugt werden kann, wobei gleichzeitig eine einfache Bauweise des Kohlevergasers, die die Verwendung eines Druckgefäßes ausschließt, beibehalten werden soll.

Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß für die Kühlung des Kohlevergasers ein Wärmeträgeröl verwendet wird, das anschließend mit einer Temperatur von 300 bis 350°C einem externen Wärmeaustauscher zugeführt und dort unter Erzeugung von Mitteldruckdampf bis auf eine Temperatur von 240 bis270°C abgekühlt wird, worauf zwecks Wiederverwendung seine Rückführung in den Kühlmantel des Kohlevergasers erfolgt. Das heißt, erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, für die Kühlung des Kohlevergasers anstelle von Wasserdampf ein Wärmeträgeröl einzusetzen, das gewissermaßen als Wärmeüberträger wirkt und dessen fühlbare Wärme anschließend in einem externen Wärmeaustauscher zur Mitteldruckdampferzeugung genutzt wird. Hierbei kann ein einfacher Doppelmantelvergaser zur Anwendung gelangen, wie er weiter oben kurz beschrieben worden ist. Für ein einwandfreies Funktionieren des Verfahrens sind jedoch folgende Bedingungen einzuhalten:

Die Temperatur des Wärmeträgeröls im Kühlmantel des Kohlevergasers darf 350°C nicht überschreiten, damit die Materialtemperatur der Vergasergefäßwandung unterhalb von 500°C bleibt. Ferner darf der Druck des Wärmeträgeröles im · Kühlsystem nicht mehr als 5 bar betragen, damit auf die Anwendung eines Druckgefäßes verzichtet werden kann. Um die für die Vergaserkühlung erforderlichen Wärmestromdichten durch die Vergaserwandung hindurch sicherzustellen, ist es außerdem erforderlich, daß das Wärmeträgeröl im Kühlsystem Strömungsgeschwindigkeiten von 2 bis 3 m/s aufweist. Dies kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß der Kühlmantel des Kohlevergasers durch das Anbringen von Leitblechen so unterteilt wird, daß Strömungskanäle entstehen, in denen sich automatisch die gewünschten Strömungsgeschwindigkeiten einstellen. Hierbei ist es jedoch nicht erforderlich, die entstehenden Strömungskanäle dicht zu schweißen. Im Gegensatz zu der bisher bekannten Arbeitsweise, bei der die Vergaserkühlung mit Wasserdampf durchgeführt wurde, macht die Verwendung eines Wärmeträgeröls, das bekanntlich brennbar ist, besondere Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, damit bei einem Ausfall von Komponenten des Kühlsystems bzw. einer Undichtheit des Vergaserkühlmantels eine Explosions- bzw. Brandgefahr vermieden wird. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist deshalb vorgesehen, daß der Druck des Wärmeträgeröles im Kühlsystem laufend überwacht wird und daß bei einem Druckabfall um ca. 2 bar unter den jeweiligen Betriebsdruck ein Sicherheitssystem den Kohlevergaser stillsetzt, wobei derWärmeträgerölkreislauf vom Kohlevergaser getrennt und derselbe unter Anwendung eines mit Wasser und/oder Dampf betriebenen Notkühlsystems zum Stillstand gebracht wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Wärmeträgeröle geeignet, deren Einsatzbereich zwischen 0 und 35O⁰C liegt, damit ein Funktionieren des Kühlsystems auch im Bereich niedrigererTemperaturen, das heißt, beim Stillstand oder Anfahren des Kohlevergasers, gewährleistet ist.

Ausführungsbeispiel

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen nachfolgend an Hand der Abbildung erläutert werden, die ein Fließschema zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Im Fließschema ist der Kohlevergaser 1 mit einem Kühlmantel 2 versehen, dessen Innenseite eine Feuerfestzustellung 3 aufweist. Das Wärmeträgeröl wird über die Leitung in den Kühlmantel 2 des Kohlevergasers 1 eingeleitet und im erwärmten Zustand über die Leitung 5 aus diesem abgezogen. Über die genannten Leitungen 4; 5 steht der Kohlevergaser 1 mit dem externen Wärmeaustauscher 6 in Verbindung, indem die fühlbare Wärme des auf ca. 340⁰C erwärmten Wärmeträgeröls im indirekten Wärmeaustausch zur Erzeugung von Mitteldruckdampf genutzt wird. Das erforderliche Kesselspeisewasser wird hierbei von der Pumpe 9 über die Leitung 7 in den Wärmeaustauscher 6 eingeleitet, während der erzeugte Mitteldampfdruck durch die Leitung 8 abgezogen wird. Das auf ca. 250⁰C abgekühlte Wärmeträgeröl wird von der Pumpe 10 über die Leitung wieder in den Kühlmantel 2 des Kohlevergasers 1 zurückgefördert. Vorder Pumpe 10 sind im Verlauf der Leitung 4 der Anschluß 11 sowie der Filter 12 angeordnet. Vom Anschluß 11 zweigt dabei die Leitung 13 ab, durch die die Leitung 4 mit dem Expansionsgefäß 14 verbunden ist. Etwaige Verluste an Wärmeträgeröl im Kühlsystem können dadurch ausgeglichen werden, daß frisches Wärmeträgeröl aus dem Vorratsbehälter 15 nach Öffnen des Ventils 16 über die Leitung 17 abgezogen und in die Leitung 5 eingespeist wird. Verbrauchtes Wärmeträgeröl kann demgegenüber über die Leitung 18 aus dem Kreislauf ausgeschleust und nach Öffnung des Ventils 19 in den Behälter 20 abgezogen werden.

Der Druck des Wärmeträgeröls im Kühlsystem wird durch den Druckmesser 21 laufend überwacht, wobei die ermittelten Werte auf die Steuereinheit 22 übertragen werden. Im Falle eines Druckabfalls um ca. 2bar unter den Betriebsdruck werden durch die Steuereinheit 22 automatisch folgende Reaktionen ausgelöst: Die Zufuhr der Reaktionsmedien in den Kohlevergaser 1 wird durch Schließen der Ventile 23; 24 unterbrochen. Gleichzeitig werden die Ventile 25; 26 geschlossen, während das Ventil 27 in der Verbindungsleitung 40 geöffnet wird. Dadurch wird der Wärmeträgerölkreislauf vom Kühlmantel 2 des Kohlevergasers 1 getrennt.

Durch Öffnen der Ventile 28; 29; 30; ,31 sowie Schließung des Ventils 32 wird ein Notkühlsystem gebildet, in das über die Leitungen 36; 4 Wasser oder Dampf eingespeist wird, so daß eine ausreichende Vergaserkühlung bis zur Beendigung des Abfahrvorganges sichergestellt ist. Die Pumpe 33 sorgt dabei für den notwendigen Umlauf des Wassers im Notkühlsystem, während das aus dem Kühlmantel 2 austretende Gemisch aus Wasser und Wärmeträgeröl durch das geöffnete Ventil 31 in die Leitung 34 gelangt, die zum Ölabscheider 35 führt. In diesem werden das Wasser und das Wärmeträgeröl durch Phasenscheidung voneinander getrennt, wobei das Wärmeträgeröl über die Leitung 37 und das Wasser über die Leitung 38 abgezogen werden. Die in der Abbildung enthaltenen strichpunktierten Linien stellen die Verbindungsleitungen zwischen der Steuereinheit 22 und den einzelnen Ventilen dar, durch die die erforderlichen Steuerimpulse auf die Ventile übertragen werden. Die Ventile sind dabei natürlich mit entsprechenden, aus der Meß- und Regeltechnik bekannten Stellantrieben ausgestattet. Der Kohlevergaser 1, der in der Abbildung nur stark vereinfacht dargestellt ist, kann natürlich auch eine von der Abbildung abweichende Ausführungsform aufweisen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Anwendung eines sogenannten Doppelmantelvergasers, bei dem innerhalb des Kühlmantels 2 Leitbleche 39 angebracht sind, im vorliegenden Falle besonders vorteilhaft ist. Wie bereits weiter oben festgestellt wurde, wird der Kühlmantel 2 durch die Anbringung der Leitbleche 39 so unterteilt, daß Strömungskanäle entstehen, in denen sich automatisch Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 2 und 3m/s einstellen.

In den vorstehenden Ausführungen ist stets von einem Kohlevergaser gesprochen worden. Dies bedeutet natürlich nicht, daß die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ausschließlich auf die Kohlevergasung beschränkt ist. Statt dessen können selbstverständlich auch andere feste oder flüssige Brennstoffe als Einsatzmaterial für die Vergasung verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet dabei die Erzeugung von Mitteldruckdampf unter Anwendung eines Kohlevergasers einfacher Bauart, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Vergasungsprozesses bedeutend erhöht wird.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Erzeugung von Mitteldruckdampf von 30 bis 80 bar bei der Kühlung eines bei einer Temperatur von 1200⁰C bis 1 600°C und einem Druck von 1 bis 3 bar arbeitenden Kohlevergasers, gekennzeichnet dadurch, daß für die Kühlung des Kohlevergasers ein Wärmeträgeröl verwendet wird, das anschließend mit einer Temperatur von 300°C bis 350⁰C einem externen Wärmeaustauscher zugeführt und dort unter Erzeugung von Mitteldruckdampf bis auf eine Temperatur von 240⁰C bis 270⁰C abgekühlt wird, worauf zwecks Wiederverwendung seine Rückführung in den Kühlmantel des Kohlevergasers erfolgt. .
2. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß die Bedingungen im Kühlsystem so eingestellt werden, daß für das Wärmeträgeröl eine Temperatur von 35O⁰C und ein Druck von 5 bar nicht überschritten werden, während die Strömungsgeschwindigkeit desselben zwischen 2 und 3 m/s betragen soll.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Wärmeträgeröl mit einem Einsatzbereich zwischen 0°C und 350⁰C zur Anwendung gelangt.
4. Verfahren nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Druck des Wärmeträgeröls im Kühlsystem laufend überwacht wird und daß bei einem Druckabfall um ca. 2 bar unter den Betriebsdruck ein Sicherheitssystem den Kohlevergaser stillsetzt, wobei der Wärmeträgerölkreislauf vom Kohlevergaser getrennt und derselbe durch ein mit Wasser und/oder Dampf betriebenes Notkühlsystem zum Stillstand gebracht wird.
5. Kohlevergaser zur Durchführung des Verfahrens nach den Punkten 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß derselbe als sogenannter Doppelmantelvergaser ausgebildet ist. wobei innerhalb des Kühlmantels (2) Leitbleche (39) angeordnet sind.