DD261280A3

DD261280A3 - Apparat zur vergasung von kohlenstaub

Info

Publication number: DD261280A3
Application number: DD30267887A
Authority: DD
Inventors: Ernest Gudymov; Boris Rodionov; Peter Goehler; Wolfgang Fuhrmann
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1987-05-12
Filing date: 1987-05-12
Publication date: 1988-10-26
Also published as: CS273188A1; CS272299B1; DE3815377A1; DE3815377C2; JPS63308093A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Apparat zur Vergasung von Kohlenstaub unter Einsatz von Dampf und sauerstoffhaltigem Gas und kann in der chemischen Industrie zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid aus festen Brennstoffen eingesetzt werden. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Oekonomie des Apparates zur Vergasung von Kohlenstaub. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter den Bedingungen der Partialoxydation von Brennstoffen unter Druck den Apparat konstruktiv so zu gestalten, dass Kohlen mit niedrigschmelzender Asche eingesetzt werden koennen. Erfindungsgemaess enthaelt der Apparat das Gehaeuse mit der Waermeisolation, zwei Stutzen zur Abfuehrung des Generatorgases und der granulierten Schlacke, den Kohlenstaubbrenner, das Ueberlaufrohr zur Wasserstandshaltung, eine feuerfeste Ausmauerungswand, horizontale Gaskanaele, den gasdichten Rohrkuehlschirm mit Wendeschleifen, den Eingangs- und Ausgangskollektor, den Dampfverteiler, die Steigrohre und die Dampfduesen. Fig. 1

Description

Das Prinzip dieses Apparates ermöglicht die Führung der Vergasungsreaktionen bei Temperaturen, bei denen die mineralischen Bestandteile der Kohle zwar erweichen oder teilweise schmelzen, aber noch nicht eine voll fließfähige, an der Wand des Reaktionsraumes ablaufende Schlacke bilden und damit eine deutliche Senkung des spezifischen Sauerstoffverbrauches. Nach dem gleichen Grundprinzip ist ein weiterer bekannter Apparat zur Vergasung von Kohlenstaub aufgebaut. Bei diesem Apparat erweitert sich die feuerfeste Wand des Reaktionsraumes nach unten zu stufenförmig, wobei durch weitere Kanäle unterhalb jeder Stufe der Kaltgasfilm erneuert wird. Unterhalb der feuerfesten Wand ist ein gasdicht verschweißter Rohrkühlschirm angeordnet, an dem sich das erzeugte Generatorgas durch Strahlungswärmeaustausch abkühlt, wobei die übertragene Wärme zur Dampferzeugung im Kühlschirm dient. Die Einlaufe der Kanäle zur Rückführung von vorgekühltem Generatorgas mit den zugehörigen Dampfinjektionsdüsen sind unterhalb des Kühlschirmes, aber oberhalb des Gasaustrittsstutzens und des Wasserbades im Sumpf des Apparates angeordnet.

Obwohl durch den Ersatz einer direkten Vorkühlung mittels Wasserinjektion durch indirekte Kühlung mittels Kühlschirm und durch die stufenweise Erneuerung des Kaltgasfilmes eine weitere Verbesserung der Energieökonomie und der Funktionstüchtigkeit erreicht wird, bleibt als Nachteil ein relativ hoher Bedarf an Dampf für den Betrieb der Dampfinjektionsdüsen. Bei den gegenwärtig technisch und wirtschaftlich möglichen Fertigungs- und Montagelängen gelingt es nicht, die Temperatur des Generatorgases am Kühlschirm aufwerte kleiner 800 bis 900⁰C abzusenken. Damit ist der Einsatz von Brennstoffen problematisch, die einen niedrigen Erweichungspunkt der Schlacke aufweisen. Außerdem ist wegen der relativ hohen Temperatur des Rezirkulationsgases die zur Aufrechterhaltung des stabilen Kaltgasfilmes erforderliche Rezirkulationsmenge hoch.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Verbesserung der Ökonomie beim Betrieb des Apparates.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Beibehaltung des Prinzips eines Kaltgasfilmes an der Wand eines feuerfest ausgekleideten Reaktionsraumes, unter den Bedingungen der Partialoxydation von staubförmigen Brennstoffen unter Druck einen Apparat zu schaffen, der die Vergasung von Kohlen rffit niedrig schmelzender Asche ermöglicht und zu einer weiteren Verbesserung der Energieökonomie führt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Apparat zur Vergasung von Kohlenstaub, der in an sich bekannter Weise besteht aus einem Gehäuse, das mit einer inneren Wärmeisolation und einem seitlichen Stutzen zur Abführung des Generatorgases versehen ist, einem axial im oberen Teil des Gehäuses angeordneten Kohlenstaubbrenner, einer feuerfesten, einen Reaktionsraum begrenzenden Wand, die sich nach unten stufenförmig erweitert, einer Vielzahl von horizontalen Gaskanälen, die in Höhe der Mündung des Kohlenstaubbrenners und unterhalb jeder stufenförmigen Erweiterung des Reaktionsraumes die feuerfeste Wand durchdringen und tangential zur Achse des Apparates in den Reaktionsraum münden, einem Rohrkühlschirm mit ringförmigen Kollektoren zur Zu- bzw. Abführung des Kühlmittels und einem Wasserbad im Unterteil des Gehäuses. Erfindungsgemäß ist zwischen der WärmeTsolation und der feuerfesten Wand ein nach unten offener ringförmiger Hohlraum angeordnet, von dessen oberen Teil der seitliche Stutzen zur Abführung des Generatorgases ausgeht und in dem sich der Kühlschirm an der feuerfesten Wand anliegend und sich über diese hinaus nach unten fortsetzend befindet, wobei der Kühlschirm mindestens in seinem unterhalb der feuerfesten Wand liegenden Teil gasdicht gestaltet und oberhalb des Wasserbades ein mit dem genannten ringförmigen Hohlraum kommunizierender Durchgang für das Generatorgas vorgesehen ist. Erfindungsgemäß sind weiter in dem ringförmigen Hohlraum vor den Eingangsenden der horizontalen Gaskanäle Dampfdüsen angeordnet, deren Ausblasöffnung in Achsrichtung der horizontalen Kanäle zeigen und die mit Zuführungsrohren verbunden sind, welche von einem Dampfverteiler ausgehen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Rohrkühlschirm zweiseitig mit einer unteren Wendeschleife ausgeführt und die zugehörigen Ringkollektoren zur Zu- bzw. Abführung des Kühlmittels sind im Oberteil des Gehäuses untergebracht. Die Wendeschleife ist in einem Abstand oberhalb des Spiegels des Wasserbades angeordnet und bildet so den mit dem ringförmigen Hohlraum kommunizierenden Durchgang für das Generatorgas. In bekannter Weise kann der Spiegel des Wasserbades mit Hilfe eines Überlaufrohres konstant gehalten werden.

Schließlich ist es vorteilhaft, den genannten Dampfverteiler im Oberteil des Gehäuses, oberhalb des seitlichen'Stutzens zur Abführung des Generatorgases anzuordnen und die Zuführungsrohre für die Dampfdüsen vor den horizontalen Gaskanälen vertikal innerhalb des ringförmigen Hohlraumes zu führen.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, ihre Wirkungsweise und die erzielten Vorteile seien an Hand eines Ausführungsbeispieles gemäß Figur 1 und 2 näher erläutert. Dabei ist in Figur 1 ein schematischer Längsschnitt, in Figur 2 ein Querschnitt des Apparates dargestellt. Der zur Vergasung von Kohlenstaub unter erhöhtem Druck bestimmte Apparat enthält das Gehäuse 1 mit der Wärmeisolation 2, dem Stutzen 3 zur Abführung des Generatorgases und dem Stutzen 4 zur Abführung der granulierten Schlacke, den Kohlenstaubbrenner 5, das Überlaufrohr 6 zur Bildung eines Wasserbades 7 mit konstantem Wasserstand, die feuerfeste, einen Reaktionsraum begrenzende Wand 8, die horizontalen Gaskanäle 9, den Rohrkühlschirm 10 mit den Wendeschleifen 11 und den Eingangs- und Ausgangskollektoren 12 und 13, den Dampfverteiler 14, die Zuführungsrohre 15 und die Dampfdüsen 16.

Der Apparat arbeitet in folgender Weise:

Über den Brenner 5 werden der Kohlenstaub, der Wasserdampf und das sauerstoffhaltige Gas als Vergasungsmittel zugeführt.

Demzufolge bildet sich im Reaktionsraum entlang der Apparateachse eine Flamme aus, in der die Vergasung des Kohlenstaubes stattfindet. Am Ausgang des durch die feuerfeste Wand 8 begrenzten Reaktionsraumes ist die Vergasung beendet und die Generatorgase kühlen sich hauptsächlich durch Abgabe von Strahlungswärme an den Kühlschirm 10, der in dem Teil unterhalb der feuerfesten Wand 8 gasdicht verschweißt ist, bis auf die Temperatur von 800-900°C ab. Danach werden die Gase an der Wendeschleifell umgelenkt und gelangen in den ringförmigen Hohlraum zwischen dem Kühlschirm 10 und der Wärmeisolation 2.

Beim Umlenken fällt der Hauptteil der Schlacke in das Wasserbad 7 und wird über den Stutzen 4 abgeführt.

Durch eine nicht dargestellte Wasserzuleitung und das Überlaufrohr 6 wird das Wasserbad mit konstantemWasserstand aufrechterhalten.

Beim Aufstieg des Generatorgases durch den ringförmigen Hohlraum bis zum Stutzen 3, durch den das Generatorgas den Apparat verläßt, erfolgt eine weitere Abkühlung des Gases durch den Kontakt mit dem Kühlschirm 10, dem über den Kollektor 12 Wasser zugeführt wird, das nach Durchgang durch die Rohre des Kühlschirmes aufgeheizt, gegebenenfalls teilweise verdampft über Kollektor 13 austritt.

Über den Dampfverteiler 14 wird Dampf in die vertikal im ringförmigen Hohlraum angeordneten Zuführungsrohre 15 eingeleitet, der über die Dampfdüsen 16 in die horizontalen Kanäle 9 eintritt und dabei injektorartig vorgekühltes Generatorgas aus dem ringförmigen Hohlraum zwischen der Wärmeisolation 2 und der feuerfesten Wand 8 durch den Kühischirm 10 hindurch mitreißt.

Da die horizontalen Kanäle, wie Figur 2 zeigt ( der schematische Längsschnitt nach Figur 1 entspricht etwa dem Schnitt x-x), tangential angestellt sind, legt sich das aus den Kanälen austretende Gemisch aus kalten Gasen und Wasserdampf aufgrund der Wirkung der Zentrifugalkraft an die feuerfeste Wand 8 oder den Anfangsabschnitt des freien Teils des Kühlschirmes 10 an und bildet eine Kaltgasschicht, die verhindert, daß Schlacke im flüssigen oder plastischen Zustand auf die Wand gelangt. Dadurch wird die Verschlackung der feuerfesten Wand 8 und des Kühlschirmes 10 verhindert.

Bei einer weiteren Strömung der Gase entlang der innenliegenden Oberfläche des Kühlschirmes 10 kühlt sich das Gas durch Wärmeabstrahlung an den Kühlschirm und Vermischung mit Rezirkulationsgasen auf Temperaturen unterhalb einer möglichen Verschlackung ab.

Im Vergleich zu einem bekannten Vergasungsapparat nach DD-WP C1OJ 2963811 wird durch die niedrigere Temperatur des durch die horizontalen Kanäle 9 rückgeführten vorgekühlten Generatorgases und durch die geringe Länge der Kanäle 9 eine erhebliche Energieeinsparung erreicht. In der folgenden Tabelle sind Vergleichsdaten des bekannten Apparates und des Apparates gemäß dieser Erfindung dargestellt.

	Bekannter	Vorgeschlage
	Apparat	ner Apparat
— Durchsatzvon Generatorgas,
m³i.N./h	100 000	100000
— Temperatur des Rezirkula-
tionsgases,°C	900	600
— Erforderlicher Durchsatz von
Rezirkulationsgas bei
p = 3MPa,m³/h	12 890	8 593
— Mittlere Länge der Kanäle,
m	50	0,5
— erforderlicher Dampfdurchsatz
(p = 4 MPa; t = 450 ⁰C), kg/h	10 000	1200
— Jahresverbrauch an Dampf,
t/h	80000	9 600
— Jährliche Dampfeinsparung,
t/a	—	70 400
— Jährliche Dampfeinsparung,
Gcal/a		5,6-10⁴

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, führt die Anwendung des vorgeschlagenen Apparates bei gleicher Produktivität zur Senkung der Temperatur und des Verbrauches von Rezirkulationsgas um 30% und zur Senkung des Dampfverbrauches um das lOfache, was zu einer bedeutenden Einsparung von Betriebskosten führt.

Claims

1. Apparat zur Vergasung von Kohlenstaub, bestehend aus einem Gehäuse mit einer inneren Wärmeisolation und einem seitlichen Stutzen zur Abführung des Generatorgases, einem axial im oberen Teil des Gehäuses angeordneten Kohlenstaubbrenner, einer feuerfesten, einen Reaktionsraum begrenzenden Wand im oberen Teil des Gehäuses, die sich nach unten stufenförmig erweitert, einer Vielzahl horizontaler Gaskanäle, die in Höhe der Mündung des Kohlenstaubbrenners und unterhalb jeder stufenförmigen Erweiterung des Reaktionsraumes die feuerfeste Wand durchdringen und tangential zur Achse des Apparates in den Reaktionsraum münden, einem Rohrkühlschirm mit ringförmigen Kollektoren zur Zu- bzw. Abführung des Kühlmittels und einem Wasserbad im Unterteil des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wärmeisolation (2) und feuerfester Wand (8) ein nach unten offener ringförmiger Hohlraum angeordnet ist, von dessen oberem Teil der seitliche Stutzen (3) zur Abführung des Generatorgases ausgeht und in dem sich der Kühlschirm (10) an der feuerfesten Wand (8) anliegend und sich über diese hinaus nach unten fortsetzend befindet, wobei der Kühlschirm (10) mindestens in seinem unterhalb der feuerfesten Wand (8) liegenden Teil gasdicht gestaltet und oberhalb des Wasserbades (7) ein mit dem ringförmigen Hohlraum kommunizierender Durchgang für das Generatorgas vorgesehen ist, und daß in dem ringförmigen Hohlraum vor den Eingangsenden der horizontalen Gaskanäle (9) Dampfdüsen (16) angeordnet sind, deren Ausblasöffnung in Achsrichtung der horizontalen Kanäle zeigen und die mit Zuführungsrohren (15) verbunden sind, welche von einem Dampfverteiler (14) ausgehen.

2. Apparat zur Vergasung von Kohlenstaub nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkühlschirm (10) zweireihig mit einer unteren Wendeschleife (11) ausgeführt ist, die in einem Abstand oberhalb des Spiegels des Wasserbades (7) angeordnet ist, und so den mit dem ringförmigen Hohlraum kommunizierenden Durchgang für das Generatorgas bildet.

3^;. Apparat zur Vergasung von Kohlenstaub nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsrohre (15) vertikal in dem ringförmigen Hohlraum zwischen Wärmeisolation (2) und feuerfester Wand (8) und der zugehörige Dampfverteiler (14) im Oberteil des Gehäuses (1), oberhalb des Stutzens (3) zur Abführung des Generatorgases untergebracht sind.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorgeschlagene Erfindung gehört zu den Apparaten zur Vergasung von Kohlenstaub unter Einsatz von Dampf und sauerstoffhaltigem Gas und kann in der chemischen Industrie zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid aus festen Brennstoffen eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein Apparat zur Vergasung von Kohlenstaub bekannt, der zur Verbessern ng der Generatorgasqualität, zur Reduzierung des Energieaufwands und Sicherung des Betriebes mit Kohlen mit Asche, die niedrigschmelzende Komponenten enthält, dient. Der Apparat ist mit einer Auskleidung oberhalb des Stutzens zur Generatorgasableitung versehen. Zwischen der Auskleidung und der Wärmeisolierung sind rechtwinklig abgebogene durchgehende Kanäle angeordnet, deren unterer Abschnitt vertikal längs der Gehäusewandungen und deren oberer Abschnitt tangential zur Apparateachse am Gehäusedeckel angeordnet sind, wobei die Austrittsöffnungen der genannten Kanäle am Gehäusedeckel auf der Höhe des Austrittsbereiches des Kohlenstaubbrenners angeordnet sind. Die Eintrittsöffnungen der Kanäle über den Dampfinjektionsstutzen sind koaxial dazu gelegen, während in den Wandungen des Gehäuses in mehreren über dessen Höhe verteilten Reihen Düsen zur Zufuhr von Wasser oder Dampf-Wasser-Emulsion angeordnet sind. Am unteren Ende des Reaktionsraumes sind Wasserdüsen angeordnet, mit deren Hilfe das erzeugte Gas auf 700 bis 800°C gekühlt wird. Außerdem wird im unteren Teil des Gehäuses ein Wasserbad zur Granulierung der anfallenden Schlacke aufrecht erhalten.

Charakteristisch für diesen Apparat ist, daß längs der Innenwand des Reaktionsraumes ein Film relativ kalten Gases erzeugt wird, der das Anbacken erweichter Schlackepartikel an der Wand verhindert. Zur Erzeugung dieses Filmes sind innerhalb der Auskleidung Kanäle vorgesehen, die im Unterteil des Gehäuses, aber oberhalb des Gasaustrittsstutzens beginnen und deren Enden horizontal angebracht sind und in Höhe der Brennermündung tangential in den Reaktionsraum münden. Durch Dampfinjektionsdüsen vor dem Einlauf in diese Kanäle wird vorgekühltes Gas aus dem Unterteil in diese Kanäle gesaugt und bildet nach Austritt aus den tangential angestellten horizontalen Enden der Kanäle den genannten Kaltgas-Film.