DD243292A1 - Verfahren fuer die festbettdruckvergasung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren fuer die Festbettdruckvergasung von Kohle. Das Ziel der Erfindung besteht in der Verbesserung der Oekonomie der Festbettdruckvergasung sowie der Erhoehung der Leistungsfaehigkeit und der zeitlichen Verfuegbarkeit der Druckgasgeneratoren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches es gestattet, Stoerungen in der Durchstroembarkeit der Generatorschuettung ohne Leistungsminderung schnell zu beseitigen. Erfindungsgemaess wird bei Stoerungen in der Durchstroembarkeit der Generatorschuettung die Vergasungsmittelzufuhr fuer ein kurzes Zeitintervall von vorzugsweise weniger als einer Minute auf vorzugsweise weniger als 50% der urspruenglichen Menge reduziert und im Anschluss daran die urspruengliche Generatorleistung wieder eingestellt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Festbettdruckvergasung von Kohle.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Schüttschicht des Festbettgenerators bildet sich bei normalen Betriebsverhältnissen eine vertikale Zonenfolge, bestehend aus Aschezone, Vergasungs- und Entgasungszone und Trocknungszone, aus. Das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel durchströmt von unten die Aschezone und reagiert in der Vergasungszone mit dem Kohlenstoff, wobei sich der Sauerstoff vollständig umsetzt. Hohe Generatorleistungen und hohe energetische Wirkungsgrade sind dann erreichbar, wenn sich das Zonenprofil normal ausbildet und die gesamte Schüttung gleichmäßig gut durchströmbar ist.

In Abhängigkeit von den Rohstoffeigenschaften, dem Zerfallsverhalten, der Staubbildungsneigung der Kohle und den Eigenschaften der entstehenden Asche sowie in bestimmten Betriebssituationen kommt es zu Störungen und Verwerfungen des Zonenprofiles und zu kanalartiger, nichtregulärer Durchströmung der gesamten Schüttung.

Das Ergebnis sind hohe Staubausträge, unzulässig hohe Gasaustrittstemperaturen, eine Verschlechterung der Gasqualität und das Ansteigen des Sauerstoffgehaltes im Rohgas auf sicherheitstechnisch kritische Werte.

Vielfach besteht die einzige Möglichkeit, den Schüttgutzustand des Generators zu normalisieren, in einer drastischen Reduzierung der Generatorleistung und dem Betrieben des Generators bei niedriger Leistung. Um die Generatorleistung schrittweise auf das ursprüngliche Niveau wieder anzuheben, vergehen normalerweise mehrere Stunden.

Wegen der damit verbundenen Leistungsminderung ist man bestebt, solche Lasteinsenkungen erst dann durchzuführen, wenn es durch andere Maßnahmen nicht vermieden werden kann. Aus der Betriebserfahrung bei der Vergasung von Weichbraunkohle mit niedrigschmelzenden und sehr feinkörnigen Aschen ist bekannt, daß die Gefahr von Verschlackungen und Wandansatzbildungen insbesondere dann hoch ist, wenn der Generator längere Zeitabschnitte mit schlecht durchströmbarer Schüttung, d.h. mit schlechtem Generatorgang, betrieben wird. Niedrige Generatorleistungen, d.h. geringe Schüttgutbewegungen, wirken sich ebenfalls begünstigend auf die Verschlackung aus. In der Folge müssen die Generatoren vielfach abgestellt, mit hohem Aufwand ausgetragen und von Schlackewänden befreit werden.

Das häufige Abstellen der Generatoren belastet die Ökonomie der Festbettdruckvergasung, vermindert die zeitliche Auslastung der Generatoren und führt zu apparatetechnischen und materialseitigen Folgeschäden, insbesondere an der Innenausmauerung der Generatoren.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Verbesserung der Ökonomie der Festbettdruckvergasung sowie der Erhöhung der Leistungsfähigkeit und der zeitlichen Verfügbarkeit der Druckgasgeneratoren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches es gestattet, Störungen in der Durchströmbarkeit der Generatorschüttschicht nahezu ohne Leistungsminderung rechtzeitig und schnell zu beseitigen. Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Störungen in der Durchströmbarkeit der Generatorschüttung, die durch zu hohe Druckverluste über der Generatorschüttung oder durch andere Meßgrößen charakterisiert sind, die Menge des Vergasungsmittels für ein kurzes Zeitintervall von vorzugsweise weniger als einer Minute stark reduziert bzw. die Zufuhr des Vergasungsmittels vollständig unterbrochen wird, daß im Anschluß daran die ursprüngliche Generatorleistung wieder eingestellt wird und daß dieser Vorgang so oft wiederholt wird, bis sich normale Durchströmungsund Schüttgutverhältnisse eingestellt haben.

Bei einer starken Reduzierung oder bei einer Unterbrechung der Vergasungsmittelzufuhr zu einem bei normaler Leistung betriebenen Druckgasgenerator kommt es durch die Verringerung des Anströmdruckes vor der Schüttungzu plötzlichen Bewegungen und Absenkungen in der Schüttung und es stellt sich ein neuer Durchströmungszustand ein.

In Modelluntersuchungen wurde gefunden, daß die Schüttgutveränderungen um so stärker sind, je höher der die Durchströmbarkeit der Generatorschutz ng charakterisierende Druckverlust der Schüttung ist. Die Schüttung wird durch diese Maßnahme aufgelockert und in ihrer Durchströmbarkeit verbessert.

Schüttungen mit sehr feinkörniger, stark verdichteter Aschezone, die vom Vergasungsmittel angehoben wurden, Hohlräume bilden, und die nicht mehr direkt auf dem Rost aufliegen, senken sich durch diese Maßnahme ab und die Funktionsweise des Drehrostes ist wieder gewährleistet. Die Schüttgutveränderungen sind nach einer kurzen Zeit von weniger als ca. einer Minute weitgehend abgeschlossen. Die ursprüngliche Vergasungsmittelmenge kann sofort wieder eingestellt werden, ohne daß sich der Steuer- und Regelzustand des Generators und der nachgeschalteten Anlagen verändert.

Im Normalfall ist eine Reduzierung auf 50% der ursprünglichen Vergasungsmittelmenge, d. h. eine Reduzierung des Anströmdruckes vor der Schüttung auf ca. 25% ausreichend. Die Verstellung der Regelarmaturen für das Vergasungsmittel erfolgt im Falle des Einsatzes von Steuerrechnern automatisch.

Maximale Effekte durch Schüttgutveränderungen werden erreicht, wenn die Vergasungsmittelzufuhr zum Generator plötzlich unterbrochen und plötzlich wieder in Betrieb genommen wird. Die gefahrlose Absperrung des Vergasungsmittels ist möglich durch das Betätigen der schnellschließenden Absperrarmaturen des Notaus-Systems in den Zuführungsleitungen für das Vergasungsmittel.

In der Phase der Unterbrechung und in der darauffolgenden Rückstellzeit werden durch ein geeignetes Rechner-Steuersystem die vor der Unterbrechnung vorhandenen Ventilstellungen der Regelarmaturen des Vergasungsmittels unverändert festgehalten und die Funktion der durch die Unterbrechung ausgelösten Sicherheitsgrenzwerte kurzzeitig unterdrückt.

Wenn die Absperrarmaturen wieder geöffnet werden, stellt sich der ursprüngliche Zustand der Vergasungsmittelzuführung zum Generator in kurzer Zeit vollständig wieder ein.

Das Verfahren der Vergasungsmittelreduzierung bzw. -unterbrechung wird in der erfindungsgemäßen Weise dann durchgeführt, wenn die Grenzwerte bestimmter Prozeßgrößen erreicht bzw. überschritten werden. Ein direktes Maß für die Durchströmbarkeit der Generatorschüttung ist der auf die Vergasungsmittelmenge bezogene Druckverlust über der Generatorschüttung. Weitere indirekte Indikatoren für schlechte Durchströmungsverhältnisse in der Generatorschüttung sind

z. B. Veränderungen in der Gasanalyse des Rohgases, Veränderungen bzw. starke Schwankungen der Gasaustrittstemperaturen und Schwankungen der Temperaturen in der Schüttung.

Um den verbesserten Durchströmungszustand der Schüttung für den weiteren Betrieb des Druckgasgenerators zu stabilisieren, sind die bekannten Maßnahmen der heißen Fahrweise an der Schlackegrenze sowie der Bekohlungs-, Entaschungs- und Drehroststeuerung anzuwenden und entsprechend den Änderungen der Kohlequalität anzupassen.

In der erfindungsgemäßen Weise wird erreicht, daß mit geringem steuerungs- und regelungstechnischen Aufwand und nahezu ohne Leistungsminderung der Durchströmungszustand und damit die Leistungsfähigkeit von Druckgasgeneratoren mit schlecht durchströmbarer Generatorschüttung schnell und wirkungsvoll verbessert und die zeitliche Verfügbarkeit erhöht worden.

Ausführungsbeispiel

Im Druckgasgenerator wird Weichbraunkohle vergast, deren Asche im ungeschmolzenen Zustand eine sehr feinkörnige, schlecht durchströmbare Aschezone bildet. Die Durchströmbarkeit der Aschezone wird im Normalfall dadurch verbessert, daß mit Hilfe des Dampf/Sauerstoff-Verhältnisses so hohe Temperaturen in der Vergasungszone eingestellt werden, daß ein Teil der Asche durch Schmelzgranulierung vergröbert wird. Bei einer Sauerstoff belastung des Generators von 3000 m³i.N./h und einem Dampf/Sauerstoff-Verhältnis von 7,5 kg/m³ i. N. beträgt unter diesen Bedingungen der Druckverlust über der Schüttung 4 bis 7kPa. Durch natürliche Schwankungen der Zusammensetzung und des Schmelzverhaltens der Kohleasche kann es zu einer derartigen Zunahme des Aschefeinanteiles kommen, daß der Druckverlust der Schüttung auf 11 kPa und darüber ansteigt. Die Schüttung wird zunehmend kanalartig, nichtregulär durchströmt. Es bilden sich Hohlräume aus. Die Gefahr von Sauerstoffdurchbrüchen in das Rohgas steigt stark an.

Bei Erreichen des Druckverlustgrenzwertes von 11 kPa wird das Vergasungsmittel automatisch für ein Zeitintervall von einer Minute auf 40% der ursprünglichen Menge reduziert und im Anschluß daran automatisch wieder auf den Ausgangswert erhöht. Die Steuerung der Vergasungsmittelmenge übernimmt der Steuerrechner für die Vergasungsmittelmischung. Der Durchströmungszustand der Schüttung verbessert sich durch diese Maßnahme. Es stellt sich ein Druckverlust von 9kPa ein. Nach einer Betriebszeit von einer halben Stunde wird noch einmal die Vergasungsmittelmenge in gleicher Weise reduziert. Der Druckverlust über der Generatorschüttung beträgt danach 8 kPa. \

Durch die weitere Anwendung der bekannten Maßnahmen zur Verbesserung der Durchströmbarkeit der Generatorschüttung, wie z. B. der zielgerichteten Anpassung der Drehrostbewegung, des Bekohlungs- und Entaschungsalgorithmus und des Dampf/ Sauerstoff-Verhältnisses, wird der normale Durchströmungszustand der Generatorschüttung in kurzer Zeit wieder erreicht. Ergeben sich durch die oben beschriebene Reduzierung der Vergasungsmittelmenge keine positive Effekte bezüglich der Durchströmbarkeit der Generatorschüttung, wird eine kurzzeitige, vollständige Unterbrechung der Vergasungsmittelmenge vorgenommen. Mit Hilfe des Vergasungsmittel-Steuerrechners werden die schnellschließenden Absperrarmaturen des Notaus-Systems in den Zuführungsleitungen für das Vergasungsmittel automatisch geschlossen. Die Vergasungsmittelzufuhr wird für die den Zeitraum von einer halben Minute mit Ausnahme einer geringen Sicherheitsdampfmenge von 0,5t/h praktisch vollständig unterbrochen. In der Phase der Unterbrechung und der darauffolgenden Rückstellzeit werden vom Vergasungsmittel-Steuerrechner die vor der Unterbrechung vorhandenen Ventilstellungen der Regelarmaturen des Vergasungsmittels unverändert festgehalten und die Funktion der durch die Unterbrechung ausgelösten Sicherheitsgrenzwerte kurzzeitig unterdrückt. Nach Öffnen der Absperrarmaturen stellt sich in einem Zeitraum von etwa fünf Minuten derursprüngliche Steuer- und Regelzustand des gesamten Generators selbständig wieder ein. Durch die starken Veränderungen in der Schüttgutstruktur der Generatorschüttung wird die Durchströmbarkeit verbessert.

In der erfindungsgemäßen Weise werden die sonst notwendigen Lastabsenkungen über Zeiträume von mehreren Stunden und weitere daraus resultierende negative Folgen für den Generatorbetrieb auf einfache Art und Weise vermieden.

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren für die Festbettdruckvergasung von stückigen Kohlen, insbsondere von Kohlen, die bei bestimmten Betriebssituationen zur Ausbildung einer schlecht durchströmbaren Generatorschüttung neigen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Störungen in der Durchströmbarkeit der Generatorschüttung eines bei normaler Leistung betriebenen Druckgasgenerators die Vergasungsmittelzufuhr für ein kurzes Zeitintervall von vorzugsweise weniger als einer Minute auf vorzugsweise weniger als 50% der ursprünglichen Menge reduziert wird und daß im Anschluß daran die ursprüngliche Generatorleistung wieder eingestellt wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasungsmittelzufuhr kurzzeitig vollständig unterbrochen wird.
3. 3. Verfahren nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Phase der vollständigen Unterbrechung des Vergasungsmittels und in der darauffolgenden Rückstellzeit die vor der Unterbrechung vorhandenen Ventilstellungen der Regelarmaturen des Vergasungsmittels unverändert festgehalten und die Funktionen der durch die Unterbrechung ausgelösten Sicherheitsgrenzwerte unterdrückt werden.
4. 4. Verfahren nach den Punkten 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzzeitige Reduzierung bzw. Unterbrechung der Vergasungsmittelzufuhr durchgeführt wird, wenn der die Durchströmbarkeit der Generatorschüttung charakterisierende Druckverlust den Grenzwert für die zugehörige Generatorleistung überschreitet.