DD280778B5

DD280778B5 - Vorrichtung zur homogenisierung einer brennstoffschuettung

Info

Publication number: DD280778B5
Application number: DD32697189A
Authority: DD
Inventors: Peter Dipl-Ing Krieg; Joachim Mueller; Emil Reichl; Petra Dipl-Ing Schwartze; Andreas Dipl-Ing Hunger; Dieter Eidner; Simone Beyerlein; Reinhard Exner; Klaus Israel
Original assignee: Schwarze Pumpe Energiewerke Ag; Deutsches Brennstoffinst
Priority date: 1989-03-29
Filing date: 1989-03-29
Publication date: 1994-01-05
Also published as: DD280778A1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Festbett Druckvergasung von nicht- oder schwachbackender Braun- oder Steinkohle, insbesondere unter den Bedingungen hoherSchachtbelastungen und Kohlen mit unterschiedlichen Wassergehalten und unterschiedlichen Korngrößen, sowie auch bei Zumischung von flüssigen Kohlewertstoffen zur Hersteilung eines Brenngases mit einem hohen Heizwort.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Stabilität des Prozesses der Vergasung im Festbett bei hohen spezifischen Schachtbelastungen, vor allem solcher über 4000m³ i.N. Rohgas/mVh wird bekannterweise entscheidend durch die Eigenschaften des eingesetzten Brennstoffes, sowie dessen Bewegung im Strom des aufsteigenden Rohgas-Dampf-Gemisches beeinflußt. Instabilitäten dieses Prozesses zeigen sich vor allem in Schwankungen der Prozeßtemperaturen, sowie in Menge und Qualität des erzeugten Rohgasas. Dio Folge davon sind erhöhter Staubaustrag mit dem Rohgas, Verschlackung der Generatorinnenwand und Leistungseinschränkungen. Es gibt eine Vielzahl von Vorschlägen, sowie auch technisch erprobte Vergasungsverfahten zur Herstellung von methanreichem Brenngas aus festen Brennstoffen, die aber im höheren Leistungsboreich nicht die gewünschte Stabilität bewirken. So sind in den DD-WP 66243, 110297,113769, 119814,121 796, 132980,133817,135211, 136505, 138505,145402,168641,148642 und 150906 Vorrichtungen und Verfahren beschrieben, die die Gestaltung von Einbauten im Ober-und Mittelteil des Generators mit Mischgasabzug oder getrennter Abführung von Klar- und Schwelgas vorschlagen, welche die Kohleschütthöhe im Generator mit oder ohne Kohleverteiler zwangsläufig oder automatisch steuern. Praktische Versuche haben aber immer wieder gezeigt, daß es zu instabilen Strömungsverhältnissen, zu erhöhtem Staubaustrag, zu hohen Rohgastemperaturen und dadurch bedingt zu Leistungseinsenkungen kam.

Die im DD-WP 236031 beschriebene Lösung geht von zwei übereinanderliegenden, durch den Rohgasabzug (Gassammeiraum) voneinander getrennten Prozeßräumen aus, in denen Aufhaizung, Trocknung, Vorentgasung einerseits, sowie Teilentgasung

und Vergasung andererseits ab'aufen. Dieses technisch erprobte Verfahren hat jedoch einen entscheidenden Nachteil, der bei höheren Schachtbelastungen zu Instabilität im Prozeßablauf führt. Die trichterförmige Gasaustrittsfläche unter dom Kohleverteiler führt zu einer bevorzugton Durchströmung der tiefliegenden Trichterspitze, wodurch erhöhte Rohgastemperaturen und hohe örtliche Gasgeschwindigkeiten mit zwangsläufig erhöhtem Staubgehalt im Gasstrom unvermeidlich sind. Diese Wirkungen verhindern aus sicherheitstechnischen Gründen eine weitere Leistungssteigerung des Verfahrens. Außerdem wird damit der Mechanismus der Rohgasaufteilung aus dem unteren Raum auf Ringraum und Gassammeiraum unterbrochen. Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Vorrichtung ist deren geometrische Gestaltung. Bei Einsatz von inhomogenen Brennstoffen, insbesondere bei der Mischkohlefahrweise von Braunkohlenbriketts und Rohbraunkohleknorpel treten beim Auffüllen des Vergasers Entmischungen auf, die unregelmäßige Strömungs- und Reaktionsbedingungen innerhalb der Brennstoffschüttung hervorrufen.

Die im DD-WP 19960 beschriebene Lösung ähnelt der im DD-WP 236031 genannten, schlägt aber vor, die vorher aufgeführten Mängel der unterschiedlichen Brennstoffschütthöhen durch ein zentral angeordnetes Füllrohr zu beseitigen. Der Nachteil dieser Lösung ist, daß bei hoher. Schachtbelastungen durch die hochliegende Einfüllöffnung die Brennstoffzufuhr zum Füllrohr nicht ständig gewährleistet ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Lösung, mit der eine Erhöhung dor spezifischen Schachtbolastung des Festbettdruckvergasers bei verringertem spezifischen Verbrauch der Einsatzstoffe, auch bei Verwendung von Mischbrennstoffen, beispielsweise bestehend aus Braunkohlenbriketts und Rohbraunkohlenknorpeln, denen wahlweise flüssige Brennstoffe zugemischt werden können, erreicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, durch Veränderungen in der Gestaltung und in den Abmessungen einer im Querschnittsprofil bekannten Kohleverteilerbauform mit geringem Aufwand neue, die Betriebseigenschaften des Druckvergasers verbessernde Wirkungen zu erreichen und damit eine weitere Steigerung der Vergaserleistung bei unverändertem Schachtquerschnitt zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Oberteil des Druckvergasers ein Kohleverteilor in Gestalt eines runden, kegelförmigen Daches axial angeordnet wurde, in dessen Kegelschale in einer bestimmten Höhe mindestens zwei, vorzugsweise vier horizontal verlaufende Verteileröffnungen eingebracht wurden und an deren unterem Rand innen ein Schurrentrichter anschließt, der mit dem Unterteil der Kegelschale einen ringförmigen Hohlraum erzeugt, der als unterer Gassammeiraum dient. Die auf der Mantellinie der Kegelschale gemessene Breite der Verteileröffnungen beträgt mindestens 400mm. Die Verteileröffnungen werden durch Gaskanäle seitlich begrenzt. Diese können einmal so ausgeführt sein, daß zwischen den Verteileröffnungen in der Kegelschale ein Steg von 200 bis 400 mm Breite verbleibt, der jeweils seitlich mit ainem nach innen gerichteten Stegblech versehen ist, so daß sich ein nach innen offenes U-förmiges Profil ergibt, welches innerhalb der Schüttung einen freien Querschnitt erzeugt. Oder es werden als Gaskanäle Rohre eingesetzt. Die Querschnittsfläche jedes Gaskanals entspricht mindestens dem 0,8fachen Querschnitt des Gasabzuges. In beiden Fällen sind diese Gaskanäle mit der unteren Öffnung am Schurrentrichter angeschlossen, der an den Anschlußstellen jeweils einen dem Querschnittsprofil des Gaskanals entsprechenden Ausschnitt aufweist. Die obere Mündung des Gaskanals reicht bis in den oberen Gassammeiraum, an den der Gasabzug anschließt. Der Kohleverteiler ist so hoch angeordnet, daß der vertikale Abstand zwischen seinem unteren äußeren Rand und der Oberkante des Drehrostes 2900 bis 4000mm beträgt. Die Neigung der Kegelschale beträgt etwa 50° bezogen auf die Waagerechte. Der Durchmesser des Kohieverteilers ist so gewählt, daß der verbleibende Ringspalt zum Innendurchmesser des Druckvergasers nicht kleiner als 500 mm ist. Weiterhin ist der Freiraum über dem Kohleverteiler so groß, daß die über dem Niveau der Verteileröffnungen auffüllbare Brennstoffmenge bei maximaler Leistung mindestens für einen Bekohlungszyklus ausreicht. Der senkrechte Abstand zwischen der mittleren Ebene der Gasaustrittsflächen in den Gassammeiräumen und der Unterkante des Gasabzuges ist mit mindestr.is 1000mm auszuführen. Außerdem ist der lichte Durchmesser des Kohleverteilers in Höhe des Gasabzuges mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser des Gasabzuges zu bemessen.

Der Kohleverteiler ist innerhalb der Schüttung angeordnet und bedingt durch seine Bauform die Ausbildung einer weitgehend homogenen Oberfläche der Brennstoffschüttung ohne trichterförmige Schüttmulde. Durch seine Höhenlage im Vergaserschacht werden zwei überoinanderliegende Prozeßräume geschaffen, in denen Aufheizung, Trocknung und Vorentgasung einerseits sowie Teilentgasung und Vergasung andererseits ablaufen. Der Kohleverteiler bewirkt weiterhin, dsß der Kohlestrom vom Eintritt in den Vergaser bis zur Reaktionszone so gelenkt und geteilt wird, daß eine Entmischung des Brennstoffes nicht auftritt. Die homogene Brennstoffschüttung gewährleistet, daß der Weg des Gasstromes zwischen Drehrost und Gasaustrittsfläche über dem Querschnitt der Reaktionszone annähernd gleich ist. Dadurch werden unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und damit lokale Überhitzungen verhindert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll im folgenden an einem Beispiel näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung den neuen Kohleverteiler in seiner Einbaulage.

Fig. 1: zeigt einen Längsschnitt durch den Druckvergaser, wobei der Schnitt links von der Mittellinie durch eine Verteileröffnung

und rechts von der Mittellinie durch einen Gaskanal verläuft Fig. 2: zeigt den Querschnitt des Druckvergasers in Höhe des Gasabzuges und mit Figur 3 wird der Querschnitt eines Gaskanals dargestellt.

In einem Festbettdruckvergaser 1 üblicher Bauart ist im Oberteil ein Kohleverteiler 2 in der Form eines kegelförmigen Daches axial angeordnet. Seine Höhenlage im Vergaserschacht ist so festgelegt, daß der senkrechte Abstand von seinem unteren äußeren Rand zur Oberkante des Drehrostes 10 3000mm beträgt.

Zwischen dem Außendurchmesser am unteren Kegelschalenrand des Kohleverteilers 2 und dem Innenmantel 9 ist der äußeie Ringspalt 12 mit einer Breite von 650mm festgelegt. Die äußere Kegelschale des Kohleverteilers 2 weist am Umfang 4 waagerecht verlaufende Verteileröffnungen 8 auf, die in ihrer waagerechten Ausdehnung lediglich durch 350mm breite Gaskanäle 5 unterbrochen sind. Die Neigung der Kegelschale beträgt 50" bezogen auf die Waagerechte. Die Gaskanäle 5 werden durch den 350mm breiten Steg in der Kegelschale, an dem seitlich an den Stegkanten parallel zueinander und nach innen gerichtet Stegbleche angesetzt sind, so daß sie mit dom Steg ein U-Profil ergeben, gebildet. Die Stegbleche sind weiterhin unten am Schurrentrichter 7 befestigt, zwischen den Stegblechen ist am Schurrentrichter jeweils eine Öffnung, die dem ι

Querschnittsprofil des Gaskanals 5 entspricht, eingebracht. Durch das ringförmige Dach, welches durch den unteren Teil der Kegelschale des Kohleverteilers 2 und dem an der Unterkante der Verteileröffnungen anschließenden Schurrentrichter 7 gebildet wird, entsteht zusammen mit den darunter sich ausbildenden Schüttungsböschungen der untere Gassammel.-aum. Der Querschnitt der Gaskanäle 5 entspricht jeweils etwa dem des Gasabzuges 3, dessen lichter Durchmesser etwa 350 mm ist. Die auf der Mantellinie der Kegelschale gemessene Breite der Verteileröffnungen 8 beträgt 500mm. Der vertikale Abstand zwischen der Unterkante der Verteileröffnungen 8 und dem untoren äußeren Rand des Kohleverteilers 2 ist mit 480mm ausgeführt. Der lichte Durchmesser des Kohleverteilers 2 in Höhe des Gasabzuges 3 beträgt 800mm und der vertikale Abstand von dort bis zum unteren äußeren Rand des Kohleverteilers 2 ist 1 300mm.

Außerdem ist der Kohleverteiler 2 im Druckvergaser 1 so angeordnet, daß die zwischen dem geschlossenen unteren Kegelverschluß der Kohleschleuse und dem oberen Rand der Verteileröffnungen 8 gespeicherte Brennstoffschüttung 13 bei maximaler Vergaserleistung mindestens für einen Bekohlungszyklus ausreicht. Die Vergasungskohle gelangt aus der Kohleschleuse in den Druckvergaser 1. Während der Schleusung erfolgt eine Entmischung, indem beim Auffüllen des freien Raumes das Grobkorn nach außen getragen wird. Die Vergasungskohle wird zunächst erwärmt, getrocknet und vorentgast. Dabei bewegt sie sich sowohl über den äußeren Ringspalt 12, a's auch über die Verteileröffnungen 8, den Volumenschwund in der Reaktionszone auffüllend, nach unten. Die durch die Verteileröffnungen 8 hervorgerufene radiale Schüttgutbewegung nach innen gleicht die vorangegangene Entmischung wieder weitgehend aus und führt zu der erwähnten Homogenisierung der Schüttung vor Erreichen der Reaktionszone. Gleichzeitig wird die Ausbildung eines Schüttungstrichters unter dem Kohleverteiler 2 vermieden.

Das erzeugte Brenngas strömt aus der Gasaustrittsfläche 11 in den unteren 4 und oberen Gassammeiraum 6. Über die Gaskanäle 5 wird das Brenngas aus dem unteren G assanmel raum 4 in den oberen Gassammeiraum 6 geleitet und verläßt über den Gasabzug 3 den Festbettdruckvergaser 1.

Claims

1. Vorrichtung zur Homogenisierung einer Brennstoffschüttung in einem Festbettdruckvergaser mit einem lichten Schachtdurchmesser von mindestens 3000 mm und der zur Vergasung von nicht- oder schwachbackenden Kotilen bestimmt ist, wobei die Vorrichtung mittig im Oberteil des Vergasers angeordnet als Kohleverteiler und Gassammeiraum dient, dadurch gekennzeichnet, daß die nach unten offene äußere Kegelschale des Kohleverteilers (2) mindestens zwei Verteileröffnungen (8) aüfwoist, die horizontal am Umfang nur durch Gaskanäle (5) unterbrechen sind, und daß am unteren Rund der Verteileröffnur.gen (8) ein Schurrent/ichter (7) anschließt, der mit dem unteren Randbereich des Kohleverteilers (2) und der Gasaustrittsfläche (11) den ringförmigen unteren Gassammelraum (4) bildet, wobei die Gaskanäle (5) über Öffnungen im Schurrentrichter (7) den unteren Gassammeiraum (4) mit dem oberen Gassammeiraum (6) verbinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileröffnungen (8) im Kohleverteiler (2) auf der Mantellinie der Kegelschale gemessen mindestens 400 mm breit sind und der vertikale Abstand zwischen der Unterkante der Verteileröffnungen (8) und dem unteren äußeren Rand des Kohleverteilers (2) 450 bis 600mm beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche jedes Gaskanals (5) mindestens dem 0,8fachen Querschnitt des Gasabzuges (3) entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abstand zwischen dem unteren äußeren Rand des Kohleverteilers (2) und der überkante des Drehrostes (10) 2800 bis 4000mm beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringspalt (12), als radialer Abstand zwischen dem unteren äußeren Rand des Kohleverteilers (2) und dem Innendurchmesser des Festbettdruckvergasers (1) mindestens 500mm beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohleverteiler (2) im Druckvergaser (1) in einer Höhe angeordnet ist, die zwischen dem geschlossenen unteren Kegelverschluß der Kohleschleuse und dem oberen Rand der Verteileröffnungen (8) im Kohleverteiler (2) ein Brennstoffvolumen ergibt, daß bei maximaler Vergaserleisiung für mindestens einen Bekohlungszyklus ausreicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Abstand zwischen der mittleren Ebene der Gasaustrittsfläche (11) und der Unterkante des Gasabzuges (3) mindestens 1000 mm beträgt und daß der lichte Durchmesser des Kohleverteilers (2) in Höhe des Gasabzuges (3) mindestens dem 2fachen Durchmesser des Gasabzuges (3) entspricht.