DD239419A1

DD239419A1 - Integriertes pyrolyse-verbrennungsverfahren

Info

Publication number: DD239419A1
Application number: DD27860885A
Authority: DD
Inventors: Bernd Meyer; Dieter Eidner; Siegfried Paul
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1985-07-16
Filing date: 1985-07-16
Publication date: 1986-09-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur energetischen und stofflichen Nutzung von Kohle, bei dem der Kohle vor der Verbrennung zum Zwecke der Dampferzeugung die fluechtigen Bestandteile durch Schwelung entzogen werden. Das Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Oekonomie einer Vorschaltschwelung. Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, beinhaltet ein Verfahren, bei dem die fluechtigen Bestandteile der Kohle vor der Verbrennung durch eine direkt mit der Verbrennung gekoppelte Schwelung entzogen werden. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass Schwelung und Verbrennung parallel unter den Bedingungen einer stationaeren oder zirkulierenden Wirbelschicht durchgefuehrt werden, wobei sowohl gleichartige als auch unterschiedliche Wirbelschichtarten fuer Schwelung und Verbrennung eingesetzt werden und der Waermebedarf der Schwelung durch Ueberfuehrung heisser Asche aus der Brennkammer in den Schwelreaktor gedeckt wird.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur energetischen und stoffwirtschaftlichen Nutzung von Kohle, insbesondere Braunkohle, bei dem der Kohle vor ihrer Verbrennung zum Zwecke der Dampferzeugung die flüchtigen Bestandteile durch Schwelung entzogen werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Schwelung von Kohle, insbesondere von Braunkohle, zur Gewinnung von Teer, Leichtöl und Gas ist seit langem bekannt und es existiert eine ganze Reihe von Schwelprozessen. Wesentlich für die Entwicklung der Braunkohlenschwelindustrie war der Einsatz des bei der Schwelung anfallenden Kokses in Dampferzeugern mit Staubfeuerungen. In der neueren Zeit gewinnt die Schwelung der Kohle durch die Verteuerung und Verknappung des Erdöles erneut an Bedeutung. Besondere Bedeutung hat dabei die stoffwirtschaftliche Nutzung der in den Kraftwerken eingesetzten erheblichen Kohlemengen. Es liegen deshalb bereits Lösungsvorschläge zur stoffwirtschaftlichen Nutzung der in den Kraftwerken eingesetzten Kohlen vor der Verbrennung im Dampferzeuger in Form von Patentschriften vor.

So wird z. B. in der Patentschrift DD-WP 214141 vorgeschlagen, daß bei einem rostgefeuerten Kessel vorgetrocknete Kohle vom Rostanfang und Glut vom Rostende entnommen und einem Schwelreaktor zugeführt werden. Der im Schwelreaktor gebildete Schwelkoks soll dem Rost wieder zugeführt werden.

In einer weiteren Patentschrift DD-WP 214140 wird für kohlenstaubgefeuerte Kessel vorgeschlagen, daß der in der Schwelstufe eingesetzte Staub als Teilstrom aus dem in den Mühlen des Kessels erzeugten Staub-Rauchgasgemisch entnommen wird und daß die Beheizung der Schwelreaktoren mit Rauchgas erfolgt.

Eine technische Realisierung dieser vorgeschlagenen Verfahren ist jedoch schwierig, weil bei der Lösung nach Patent DD-WP 214141 die Entnahme und die Förderung der Glut vom Rost zum Schwelreaktor und der Transport des Schwelkokses vom Schwelreaktor zum Rost technisch noch nicht gelöst sind und bei der Lösung nach dem Patent DD-WP 214140 die Beheizung der Schweler mit Rauchgas aus dem staubgefeuerten Kessel problematisch ist.

So ist bei der rekuperativen Beheizung des Schwelers mit einer Versetzung des rauchgasführenden Systems durch mitgeführten Staub zu rechnen und bei der regenerativen Beheizung ist die Umschaltung des Rauchgases aufwendig und infolge des mitgeführten Staubes ebenfalls schwierig.

Die vorgeschlagenen Lösungen sind somit für eine Kopplung von Pyrolyse und Verbrennung nicht geeignet.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Ökonomie einer Vorschaltschwelung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur stoffwirtschaftlichen und energetischen Nutzung von Kohle zu schaffen, bei dem die in der Kohle enthaltenen flüchtigen Bestandteile vor der energetischen Nutzung durch Schwelung abgetrennt werden und die Deckung des Wärmebedarfs der Schwelung durch direkte Kopplung mit dem Verbrennungsprozeß erfolgt Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schwelung und die Verbrennung parallel unter den Bedingungen einer stationären oder zirkulierenden Wirbelschicht durchgeführt werden, wobei sowohl gleichartige als auch verschiedenartige Wirbelschichtarten für Schwelung und Verbrennung angewandt werden und beide Wirbelschichtarten sowohl unter atmosphärischen als auch unter Druckbedingungen betrieben werden können und der Wärmebedarf der Schwelung durch Überführung heißer Asche aus der Brennkammer gedeckt wird und das aus dem Schwelreaktor ausgetragene und vom Schwelgas getrennte Aschekoksgemisch als Brennstoff in der Brennkammer dient. Es entspricht dem Wesen der Erfindung, daß die Systeme der Brenn- beziehungsweise Schwelgasführung durch Spülgaszuführungen von den Systemen des Brennstofftransportes getrennt sind, so daß gefahrbringende Situationen wie zum Beispiel ein Druckbruch sauerstoffhaltiger oder brennbarer Gase in die Brennstofftransporteinrichtungen sicher vermieden werden. Zu diesem Zweck sind an den Koks- oder Brennstaubaustritten der als Abscheider eingesetzten Zyklone Spülgasleitungen zur Inertgasspülung beim Weitertransport des Brennstoffes und/oder der heißen Asche angeordnet. Die Vorteile der Erfindung kommen besonders in einer erheblichen Senkung des apparativen Aufwandes des Gesamtverfahrens und der Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades zum Ausdruck. Durch die Erfindung ist die Erzeugung eines Schwelgases mit Starkgasqualität möglich. Weiterhin ist durch die Verbrennung des hochreaktiven Schwelkokses die Einhaltung einer niedrigen Verbrennungstemperatur möglich, wodurch die Verwertung von salzhaltigen Braunkohlen ermöglicht wird und keine ΝΟχ-Bildung eintritt. Aufgrund des niedrigeren Schwefelgehaltes des Schwelkokses gegenüber Braunkohle ist zur Erzielung gleicher Entschwefelungsgrade ein geringerer Kalkadditiveinsatz erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch mögliche hohe Rauchgasentschwefelungsgrade umweltfreundlich und durch die verfahrenstypischen Merkmale sowohl im anlagenspezifischen als auch im betriebswirtschaftlichen Aufwand kostengünstig.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend anhand von 3 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Figuren 1 bis 3 sind dargestellt:

Figur 1: Kombination zirkulierende Wirbelschichtschwelung/zirkulierende Wirbelschichtverbrennung Figur 2: Kombination zirkulierende Wirbelschichtschwelung/stationäre Wirbelschichtverbrennung Figur 3: Kombination stationäre Wirbelschichtschwelung/zirkulierende Wirbelschichtverbrennung

Ausführungsbeispiel 1

Zur Erläuterung des I.Beispieles dient Figur 1. Das Ausführungsbeispiel 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Schwelung als auch die Verbrennung unter der Bedingung der zirkulierenden atmosphärischen Wirbelschicht abläuft. Dem Schwelreaktor 1 wird die zu schwelende Trockenkohle über den Trockenkohleeintritt 19 zugeführt. Der Wassergehalt der Trockenkohle sollte vorzugsweise im Bereich von 0-5% und die Körnung vorzugsweise im Bereich von 0,25 bis 0,8 mm liegen. Dem Schwelreaktor 1 wird im Unterteil über die Heißascheleitung 11 heiße Asche aus der Brennkammer 2 zugeführt. Diese heiße Asche dient im Schwelreaktor 1 als Wärmeträger. Der im Schwelreaktor 1 durch Schnellerhitzung der Kohle auf 500-600⁰C Koksstaub wird gemeinsam mit der als Wärmeträger dienenden Asche mit dem Wirbelgas ausgetragen und im Abscheidezyklon 3 aus dem Wirbelgas abgeschieden. Als Wirbelgas im Schwelreaktor 1 dient vorzugsweise Schwelgas. Die Zuführung dieses Wirbelmediums zum Schwelreaktor 1 erfolgt über den Wirbelmediumeintritt 8. Die Abführung des Wirbelgases aus dem Abscheidezyklon 3 erfolgt über den Schwelgasabgang 6. Das im Abscheidezyklon 3 abgeschiedene Gemisch aus Schwelkoks und Asche wird über die Koksleitung 10 der Brennkammer 2 zugeführt. In der Brennkammer 2 erfolgt bei 800-900⁰C der Umsatz des Schwelkokses mit Luft, die über den Verbrennungslufteintritt 9 zugeführt wird. Die aus der Brennkammer 2 mit dem Rauchgas ausgetragenen Reste an Kohlenstoff und Asche werden im Rückführzyklon 4 vom Rauchgas, welches über den Rauchgasabgang 7 abgeführt wird, getrennt und entweder über die Heißascheleitung 11 dem Schwelreaktor 1 oder über die Heißascherückführleitung 12 der Brennkammer 2 oder über die Heißaschezuleitung 13 dem Fließbettkühler 5 zugeführt. Zur Trennung der Brenngas und freien Sauerstoff führenden Systeme wird über den Spülgasanschluß 17 Inertgas zugeführt. Die umlaufende Wärmeenergie für den Schwelreaktor 1 beträgt vorzugsweise das 2- bis 3fache der eingesetzten Trockenkohlemenge. Für die umlaufende Feststoffmenge in der Brennkammer 2 ist der Koksausbrand maßgebend, der bei etwa 95 bis 99% liegen sollte. Der Fließbettkühler 5, der unter der Bedingung der stationären Wirbelschicht betrieben wird, besitzt eine Ascheableitung 16, den Wirbelmediumeintritt 14 und den Wirbelmediumaustritt 15. Wirbelmedium für den Fließbettkühler 5 sollte vorzugsweise Dampf sein.

Zur Kühlung des Fließbettkühlers 5 ist die.Tauchheizfläche 18 vorhanden, die zur Dampferzeugung und Vorwärmung der Wirbelmedien dient.

Die aus der Brennkammer 2 in den Rückführzyklon 4 strömenden Rauchgase gelangen über den Rauchgasabgang 7 in die nachgeschalteten Könvektionsheizflächen des Dampferzeugers. Fördereinrichtung 21 am Rückführzyklon 4 dient zur Förderung und Dosierung von Heißasche. Fördereinrichtung 22 am Abscheidezyklon 3 dient zur Förderung und Dosierung des Schwelkokses in die Brennkammer 2.

Ausführungsbeispiel 2

Dieses Beispiel wird anhand von Figur 2 erläutert. Im Ausführungsbeispiel 2 wird die Schwelung in einer zirkulierenden atmosphärischen Wirbelschicht betrieben, während die Verbrennung in einer stationären atmosphärischen Wirbelschicht abläuft.

Über den Trockenkohleeintritt 19 gelangt Trockenkohle mit einem Wassergehalt von vorzugsweise w = 0 bis 5% in den Schwelreaktor 1. Durch die Heißascheleitung 11 erfolgt die Einspeisung heißer Bettasche aus der Brennkammer 2 in den Schwelreaktor 1. Die Bettasche mit einer Temperatur von vorzugsweise 800—900⁰C dient als Wärmeträger für den Pyrolyseprozeß. Die Körnung der Bettasche und Trockenkohle soll vorzugsweise 0,2 bis 0,8 mm betragen. Das Wirbelmedium, vorzugsweise Kreislaufgas, strömt über den Wirbelmediumeintritt 8 in den Schwelreaktor 1. Die Strömungsgeschwindigkeit im Schwelreaktor 1 beträgt vorzugsweise 4 bis 8m/s. Das Wirbelmedium, die eingetragene heiße Bettasche und die zugeführte Trockenkohle bilden eine zirkulierende atomosphärische Wirbelschicht mit einer Feststoffbeladung von vorzugsweise 4-10 kg Feststoff pro Nm³ Wirbelmedium. Die umlaufende Bettaschemenge beträgt vorzugsweise etwa das dreifache der aus der eingetragenen Trockenkohle entstehenden Koksmenge. Im Abscheidezyklon 3 wird der Feststoff, bestehend aus Koks und Bettasche abgetrennt, und über die Koksleitung 10 der Brennkammer 2 zugeführt. In der Brennkammer 2 verbrennt der Koks in einer stationären atmosphärischen Wirbelschicht. Als Wirbelmedium dient Verbrennungsluft, die durch den Verbrennungslufteintritt 9 zugeführt wird. Die Kühlung desWirbelbetteserfolgtdurch Tauchheizflächen 18, die vorzugsweise als Verdampferheizflächen arbeiten. Über den Rauchgasabgang 7 verlassen die heißen Rauchgase die Brennkammer 2 und strömen in die Nachschaltheizflächen des Dampferzeugers.

Die aus dem Schwelreaktor 1 rückgeführte Asche heizt sich im Wirbelbett der Brennkammer 2 erneut auf und fließt als Wärmeträger durch die Heißascheleitung 11 in den Schwelreaktor 1. Die Asche wird überwiegend als feine Flugasche mit dem Rauchgas aus der Brennkammer 2 ausgetragen. Der kleinere Grobascheanteil wird durch die Ascheableitung 16 aus dem Wirbelbett entfernt. Zur Trennung des Verbrennungs- und Pyrolyseteils wird Inertgas am Inertgaseintritt 20 zum Spülen der Heißascheleitung 11 zugeführt. Die Koksleitung 10 wird über den Spülgasanschluß 17 wird Inertgas gespült. Die Fördereinrichtung 22 dient zur Förderung und Dosierung des Schwelkokses in die Brennkammer 2.

Ausführungsbeispiel 3

Die Erfindung wird anhand von Figur 3 erläutert.

Im Ausführungsbeispiel 3 wird die Schwelung in einer stationären atmosphärischen Wirbelschicht betrieben, während die Verbrennung in einer zirkulierenden atmosphärischen Wirbelschicht stattfindet.

Trockenkidnle mit einem Wassergehalt von vorzugsweise w = 0 bis 5% gelangt über den Trockenkohleeintritt 19 in den Schwelreaktor 1. Die Körnung der Trockenkohle liegt vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 1 mm. Durch die Heißascheleitung 11 erfolgt die Einspeisung des Wärmeträgers Heißasche in den Schwelreaktor 1. Die Heißasche hat vorzugsweise eine Temperatur von 800-900⁰C. Die umlaufende Heißaschemenge entspricht vorzugsweise etwa dem 3fachen der aus der Einsatzkohle erzeugten Schwelkoksmenge. Der Schwelreaktor 1 wird mit einer stationären atmosphärischen Wirbelschicht betrieben, wobei das Wirbelgas, vorzugsweise Kreislaufgas, durch den Wirbelmediumeintritt 8 zuströmt. Im Schwelreaktor 1 verläuft die Aufheizung, Resttrocknung und Entgasung der eingesetzten Trockenkohle bei einer Prozeßtemperatur von vorzugsweise 500 bis 600⁰C. Das Schwelgas verläßt über der Schwelgasabgang 6 den Schwelreaktor 1 und wird im Abscheidezyklon 3 von Feinstaub vorgereinigt. Der abgeschiedene Feinstaub wird der Einsatztrockenkohle für den Schwelreaktor 1 zugemischt. Der Austrag aus dem Abscheidezyklon 3 erfolgt über die Fördereinrichtung 23 für Rückführkoks. Über die Schwelgasableitung 24 strömt das Schwelgas in Feinentstaubungsapparate und weiter in die Kondensation. Ein Gemisch von erzeugten Schwelkoks und Asche verläßt den Schwelreaktor 1 über die Koksleitung 10 und wird in die Brennkammer 2 eingetragen. In der Brennkammer 2 erfolgt die Verbrennung des Schwelkokses in einer zirkulierenden atmosphärischen Wirbelschicht. Die Verbrennungsluft strömt als Wirbelmedium durch den Verbrennungslufteintritt 9 in die Brennkammer 2. Die mit Heißasche beladenen heißen Rauchgase verlassen die Brennkammer 2 und strömen in den Rückführzyklon 4, wo die Heißasche abgetrennt wird. Über den Rauchgasabgang 7 verlassen die heißen Rauchgase den Rückführzyklon 4 und strömen in die Nachtschaltheizflächen des Dampferzeugers. Die Heißasche aus dem Rückführzyklon 4 teilt sich in die Menge für den Wärmeträgerstrom des Schwelreaktors 1 und in eine über den Fließbettkühler 5 in die Brennkammer 2 zirkulierende Aschemenge. Durch die Heißaschezuleitung 13 gelangt die Heißasche in den Fließbettkühler 5, gibt Wärme an die Tauchheizflächen 18 ab und strömt durch die Heißascherückführleitung 12 in die Brennkammer 2. Über Wirbelmediumeintritt 14 und -austritt 15 strömt das Wirbelmedium, vorzugsweise Rauchgas, durch den Fließbettkühler 5. Die Inertisierung der Heißascheleitung 11 geschieht über den Spülgasanschluß 17, die der Koksleitung 10 über den Inertgaseintritt 20. Die Fördereinrichtung 21 dient zur Förderung und Dosierung von Heißasche aus dem Rückführzyklon 4. Die Fördereinrichtung 22 dient zur Förderung und Dosierung des Schwelkokses für die Brennkammer 2. Der Grobascheabzug aus dem Fließbettkühler 5 geschieht über die Ascheableitung 16, während der Feinkornanteil der Asche durch den Rauchgasabgang 7 in die Nachschaltheizflächen des Dampferzeugers strömt und dort abgeschieden wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Integriertes Pyrolyse-Verbrennungsverfahren, wobei einer zur Verbrennung vorgesehenen Kohle durch Schwelung die flüchtigen Bestandteile entzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelung und die Verbrennung der Einsatzkohle parallel unter den Bedingungen einer stationären oder zirkulierenden Wirbelschicht unter atomosphärischen oder Druckbedingungen durchgeführt wird, daß für Schwelung und Verbrennung gleichartige oder unterschiedliche Wirbelschichtarten angewandt werden und der Wärmebedarf der Schwelung durch Überführung heißer Asche aus der Brennkammer in den Schwelreaktor gedeckt wird und daß das im Schwelreaktor entstandene Gemisch aus Asche und Schwelkoks als Brennstoff aus dem Schwelreaktor in die Brennkammer überführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz einer zirkulierenden Wirbelschicht für Schwelung und Verbrennung das Schwelgas in einem Abscheidezyklon vom Schwelkoks-Asche-Gemisch getrennt wird und dieses nach Intertgas-Zuführung direkt in das Unterteil der Brennkammer transportiert wird, daß in einem der Brennkammer nachfolgenden Rückführzyklon heiße Asche und Rauchgas getrennt werden und die heiße Asche nach Intergas-Zuführung dem Unterteil des Schwelreaktors und/oder Fließbettkühler und/oder dem Unterteil der Brennkammer zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz einer zirkulierenden Wirbelschicht für die Schwelung und einer stationären Wirbelschicht für die Verbrennung das Schwelgas in einem Abscheidezyklon vom Schwelkoks-Aschegemisch getrennt und dieses nach Inertgaszuführung dem Unterteil der Brennkammer zugeführt wird, daß in der Brennkammer durch Einsatz von Tauchheizflächen das Wirbelbett gekühlt und die heiße Asche über eine mit Inertgas gespülte Heißascheleitung dem Schwelreaktor zugeführt oder gekühlt aus der Brennkammer abgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz einer stationären Wirbelschicht für die Schwelung und einer zirkulierenden Wirbelschicht für die Verbrennung das Koks-Asche-Gemisch aus dem Schwelreaktor nach Inertgas-Zuführung direkt in das Unterteil der Brennkammer eingeführt wird, daß das aus der Brennkammer austretende Rauchgas-Asche-Gemisch in einem Rückführzyklon getrennt und die Asche nach Inertgas-Zuführung dem Schwelreaktor und/oder einem Fließbettkühler und/oder der Brennkammer zugeführt wird und daß die aus dem Schwelreaktor austretenden Schwelgase einem Abscheidezyklon zugeleitet werden und der aus dem Schwelgas abgetrennte Feinstaub derTrockenkohle vor Eintritt in den Schwelreaktor zugesetzt wird.