DD280779A1 - Hochleistungskohleverteiler fuer festbettdruckvergaser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet einen Hochleistungskohleverteiler fuer Festbettdruckvergaser. Sie bezieht sich auf das Gebiet der Festbettdruckvergasung vorwiegend fester fossiler Brennstoffe mit unterschiedlichen Wassergehalten und Korngroessen. Das Wesen der Erfindung liegt darin, dass unter Beibehaltung der Geometrie des bekannten Festbettdruckvergasers und Einsatz eines axial im Oberteil des Vergasers befindlichen Kohleverteilers der Kegelmantel dieses Kohleverteilers von mindestens 4 gleichmaessig ueber den Umfang verteilten Fuellrohren, die unter einem Winkel von 50 zur Waagerechten nach unten geneigt im abgeschraegten Kegelmantel angeordnet sind und in den Gassammelraum hineinreichen, durchbrochen ist. Damit wird erfindungsgemaess der Ausbildung einer trichterfoermigen Schuettgutmulde unterhalb des Gassammelraumes entgegengewirkt und die Schuettgutbewegung ueber den gesamten Schachtquerschnitt des Vergasers vergleichmaessigt. Das aufstroemende Gas tritt somit auch mit annaehernd gleicher Geschwindigkeit aus der Oberflaeche der Brennstoffschuettung aus.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Festbettdruckvergasung von nicht- oder schwachbackender Braun- oder Steinkohle, insbesondere unter den Bedingungen hoher Schachtbelastungen und Kohlen mit unterschiedlichen Wassergehalten und unterschiedlichen Korngrößen, sowie auch bei Zumischung von flüssigen Kohlewertstoffen zur Herstellung eines Brenngases mit einem hohen Heizwert.

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/m²h 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 von Menge und Qualität des erzeugton Rohgases. Die Folge davon sind erhöhter Staubaustrag mit dem Rohgas, Verschlackung dor Generatorinnenwand und Leistungseinschränkungen. Es gibt eine Vielzahl von Vorschlägen sowie auch technisch erprobte Vergasungsverfaruen ;ur Herstellung von methanreichem Brenngas aus festen Brennstoffen, die aber im höheren Leistungsbereich nicht die gewünschte Stabilität bewirken. So sind in den WP 66243,110297,113769,119814,121796,132980,133817,135211,136505,138505,145402,168641,148642 und 150906 Vorrichtungen und Verfahren beschrieben, d'o die Gestaltung von Einbauten im Ober- und Mittelteil des Generators mit Mischgasabzug oder getrennter Abführung von Klar- und Schwelgas vorschlagen, welche die Kohleschutzhöhe 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 Loistungseinsenkungen kam.

Die im DD-WP 236031 beschriebene Lösung geht von zwei übereinanderliegenden, durch den Rohgasabzug (Gassammeiraum) voneinander getrennton Prozeßräumen aus, in denen Aufheizung, Trocknung, Vorentgasung einerseits sowie Teilentgasung und Vergasung andererseits ablaufen. Dieses technisch erprobte Verfahren hat jedoch einen entscheidenden Nachteil, der bei höheren Schachtbelastungen zu Instabilität im Prozeßablauf führt. Die trichterförmige Gasaustrittsfläche unter dem Kohleverteiler führt zu einer bevorzugten 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 Strömunos- 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 dor unterschiedlichen Brennstoffschütthöhen durch ein zentral angeordnetes Füllrohr zu beseitigen. Der Nachteil dieser Lösung ist, daß bei hohen 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 der spezifischen Schachtbelastung 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 Verändei ungen in der Gestaltung und in den Abmessungen einer im Querschnittsprofil bekannten Kohlsverteiierbauform mit geringem AuiSvand neue, die Betriebseigenschaften des Druckvergasers verbessernde Wirkungen zu erreichen und damit Voraussetzungen für eine weitere Steigerung der Vergaserleistung zu schaffen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Kuhleverteiler in der Gestalt eines rotaticnssymmetrischen kegelförmigen Daches mittig im Oberteil des Druckvergasers angeordnet wurde, dessen Kegelschale von mindestens 4 am Umfang gleichmäßig oder annähernd gleichmäßig verteilten Füllrohren durchbrochen ist. Die Mittelachse der Füllrohre ist unter einem Winkel von 50 bis 60" bezogen auf die Wagenreste im Gassammelraum schräg nach unten geneigt und ist in der Draufsicht radial gerichtet. Die in den Gassammelraum hineinragende Länge der Füllrohre und die Abschrägung ihrer Auslaufmündung sind so festgelegt, daß durch die Brennstoffschüttung eine hinreichend eingeebnete Gasaustrittsfläche gebildet wird. Der Querschnitt der Füllrohre kann kreisrund oder oval sein. Bei runden Füllrohren ist deren lichter Durchmesser mindestens gleich dom 5,5fachen maximalen Korndurchmesser des Brennstoffes, jedoch nicht kleiner als 450mm. Bei ovalen Füllrohren ist der kleine Durchmesser mindestens 450mm und in der senkrechten Achse anzuordnen. Der große Durchmesser des ovalen Querschnittes (waagerechte lichte Weite) beträgt mindestens 550mm, ist jedoch nicht kleiner als der 5,5fache maximale Korndurchmesser dos Brennstoffes auszuführen.

Der senkrechte 'Vbstand zwischen dem tiefsten Punkt der Füllrohröffnung in der Kegelschale und dem unteren äußeren Rand des Kohleverteilers beträgt 400 bis 550mm. Der radiale Abstand zwischen dem äußeren Rand des Kohleverteilers und dem Innendurchmesser des Druckvergasers beträgt mindestens 500mm.

In Abhängigkeit von der vorgesehenen größtmöglichen Vergaserleistung ist die Höhenlage des Kohleverteilers im Druckvergaser so festzulegen, daß bei geschlossenem Kegelverschluß zur Kohleschleuse und noch vollständig gefülltem Druckvorgaser die Brennstoffmenge bis zum oberen Grenzfüllstand an den Füllrohron so groß ist, daß sie für mindestens einen BekohlungszyV.lus ausreicht.

Erfindungsgemäß ist außerdem der mittlere senkrechte Abstand zwischen der Ebene der Gasaustrittsfläche im Gassammelraum (Hohlraum) unter dem Kohleverteiler und der Unterkante des lichten Durchmussers des Rohgasabzuges mindestens 1000mm. Weiterhin entspricht der lichte Durchmesser des Kohleverteilers in Höhe des Rohgasabzuges mindestens dem 2fachen Durchmesser des Rohgasabzuges. Und der senkrechte Abstand zwischen der obersten Ebene der Ausströmöffnungen des Vergasungsmittels am Drehrost und den tiefsten Bereichen der Gasaustrittsfläche am Kohleverteiler entspricht mindestens dem 0,7fachen Innendurchmesser des Druckvergasers.

Mit den dargestellten erfindungsgemäßen geometrischen Forderungen zur Gestaltung des Kohleverteilers und seiner Anordnung im Druckvergaser werden folgende Wirkungen erreicht:

- Durch dia Verwendung einos Kohleverteilers mit Füllrohren wird erreicht, daß die sich bei bekannten Kohlevorteilerbauformon darunter ausbildende trichterförmige Schüttgutmulde soweit aufgefüllt wird, daß die Brennstoffschüttung in Vergasermitte nicht unter dem Stand der Schüttung am äußeren Ringspalt zwischen Kohleverteiler und Vergaserinnendurchmesser absinkt. Die Gasaustrittsfläche verläuft annähernd in einer Ebene. Der tiefste Bereich ist nunmehr eine kreisförmige Rinne, die sich durch die Schüttungsböschungen zwischen der Unterkante des Kohlaverteilers und den Mündungen der in den Gassammelraum hineinragenden Fiillrohre bildet. Weiterhin wird durch die Anordnung dor Füllrohre erreicht, daß der Feinkornantei! in der Brennstoffschüttung ebenso wie das Grobkorn gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Vergasers verteilt werden. Damit wird eine unerwünschte „Mittengängigkeit" beim Vergasungsprozeß, ein bevorzugter Reaktionsablauf in der Vergasermitte, vermieden. Die Brennstoffschüttung sinkt bei der Vergasung gleichmäßig über dem gesamten Querschnitt ab. Die Durchströmbarkeit der Brennstoffschüttung bleibt durch die Homogenisierung annähernd gleichmäßig, so daß das aufsteigende Brenngas mit annähernd gleicher Geschwindigkeit aus der Schüttung (Gasaustrittsfläche) in den Gassammelraum strömt.

Mit den Festlegungen zum Querschnitt der Füllrohre soll ein Verstopfen während des Vergaserbetriebes mit hoher Sicherheit vermieden werden. Durch die Festlegungen zum Mindestdurchmesser werden Brückenbildungen und durch den eckenfreien Querschnitt Anbackungen verhindert, da der Selbstreinigungseffekt durch den Schüttgutdurchfluß im gerundeten Querschnitt über den gesamten Umfang des Füllrohres gleichmäßig wirkt.

Die Forderung von mindestens 1000mm senkrechtem Abstand zwischen Rohgasabzug und Gasaustrittsfläche gewährleistet in Verbindung mit Ebenheit und Größe der Gasaustrittsfläche einen vergleichsweise geringen Staubaustrag. Der geforderte Mindestdurchmesser des Kohlfverteilers in Höhe des Rohgasabzuges soll eine annähernd gleichmäßige Einströmung des Gases in die Mündung des Rohgasabzuges ergeben, um asymmetrischen Verschleiß oder Anbackungen im Rohgasabzugsrohr zu vermeiden.

Die festgelegte Mindesthöhe dor Reaktionszone zwischen Drehrost und Gasaustrittsfläche geht von einer Aschebetthöhe aus, die eine maximale Schichthöhe von 1000mm über der obersten Ebene der Ausströmöffnungen des Vergasungsmittels an Drehrost erreichen darf, wobei ein Innendurchmesser des Druckvergasers von mindestens 2500mm zugrunde gelegt wurde. Unter diosen Voraussetzungen ist bei Anwendung des erfindungsgemäßen Hochleistiingskohleverteilers eine Mindesthöhe der Reaktionszone, die dem 0,7fachen Vergaserinnendurchmesser entspricht, für sehr hohe Vergasungsleistungen ausreichend.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindungsgomäße Lösung soll im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in

Fig. 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung im Längsschnitt des Druckvergasers und in Fig. 2: einen Schnitt in der Draufsicht.

Der Kohloverteiler 2 ist im Schacht des festbettdruckvergasers 1 axial angeordnet. Die Höhenlage ist so gewählt, daß die Brennstoffschüttung 6 bei voll ausgefülltem Vergaser und maximaler Leistung innerhalb der Zeitdauer eines Bekohiungszyklusses nicht unter den oberen Grenzfüllstand 8 absinkt.

Die Kegelschale des Kohleverteilers 2 ist unter einem Winkel von 50° zur Waagerechten abgeschrägt, ihr unterer Rand ist mit einem Durchmesser von 2250 mm ausgeführt. Die Kegfelschale ist von 5 gleichmäßig am Umfang verteilten runden Füllrohren 5 durchbrochen, die ebenfalls unter einem Neigungswinkel von 50° ausgehend von der Waagerechten schräg nach unten gerichtet sind. Der Innendurchmesser der Füllrohre 5 ist 580mm, der senkrechte Abstand zwischen dem tiefsten Punkt der Füllrohröffnung in der Kegelschale und dem unteren äußeren Rand des Kohleverteilers beträgt 400mm. Die Schüttungshöhe im Gassammeiraum 4 wird durch die in den Gassammalraum 4 hineinragende Länge der Fülirohre 5 und die Abschrägung ihrer Auslaufmündung festgelegt. Im Ausführungsbeispiel sind die obere Mantellinie der Füllrohre 5600mm und die untere Mantellinie 400mrr. lang. Der Kohleverteiler 2 umschließt den Gassammeiraum 4, an dem der Rohgasabzug 3 angeschlossen ist. Der Rohgasabzug 3 hat eine Nennweite von 350mm, der Kohleverteiler 2 hat in Höhe des Rohgasabzuges 3 einen lichten Durchmesser von 800mm. Durch die Geometrie des Kohleverteilers 2 mit den Füllrohren 5 und den sich darunter ausbildenden Schüttungsböschungen werden der Gassammeiraum 4 und die Gasaustrittsfläche 7 gebildet. Ihr tiefster Bereich ist eine großflächige, kreisförmige Rinne mit annähernd gleichem Höhenniveau, in die das gebildete Rohgas bevorzugt einströmt. Da damit auch bereits die bevorzugte Strömungsrichtung des aus dom Drehrost 11 austretenden Vergasungsmittels festgelegt wird, führt diese Gestaltung der Gasaustrittsfläche 7 zu einer wesentlichen Homogenisierung der Vergasungsreaktionen über den Querschnitt des Festbettdruckvergasers 1.

Die Brennstoffzuführung über die Füllrohre 5 bewirkt, daß die Brennstoffschüttung 6 in der Mitte des Festbettdruckvergasers 1 bei störungsfreiem Betrieb nicht unter den Stand der Schüttung im äußeren Ringspalt 10 absinken kann. Damit wird unabhängig von der jeweiligen Vergaserleistung über den gesamten Querschnitt des Festbettdruckvergasers 1 zwischen der obersten Ebene der Vergasungsmittel-Ausströmöffnungen am Drehrost 11 und der Ebene der Gasaustrittsfläche 7 ein Abstand von etwa 3000mm gesichert. Bei einem Vergaserinnendurchmesser von 3600mm werden damit die erfindungsgemäß dafür vorgegebenen Proportionen eingehalten. Bei der erfindungsgemäßen Lösung bleibt der bekannte „Thermikeffekt", der auf einer Zirkulationsströmung eines Teilstroms des heißen Vergasungsgases im brennstoffgefüllten Vergaseioberteil beruht und dort eine Teilentgasung und Aufheizung der Brennstoffschüttung 6 bewirkt, voll wirksam.

Beim Absinken der Brennstoffschüttung 6 im Obeneil werden vor Erreichen des oberen Grenzfüllstandes 8 zunächst die Füllrohre 5 nicht mehr vollständig gefüllt, so daß heißes Bronngas aus dem Gassammeiraum unmittelbar über die Füllrohre in den Freiraum über dem Kohleverteiler 2 strömen kann und dort zu einem meßbaren Temperaturanstieg führt. Damit wird das Erreichen des oberen Grenzfüllstandes 8 sicher angezeigt.

Der äußere Ringspalt 10 zwischen dem Kohleverteiler 2 und der Innenwand des Festbettdruckvergasers 1 ist mit 675mm so oimensioniert, daß boi gestörter Brennstoffzufuhr die Schüttung bis zum unteren Grenzfüllstand 9 absinken kann, ohne daß Gefährdungen für den Vergasungsprozeß auftreten.

Claims (7)

1. Hochleistungskohleverteiler für Festbettdruckvergasjr zur Vergasung fossiler, vorwiegend nicht- oder nur schwachbackender fester Brennstoffe mit unterschiedlichen Wassergehalten und Korngrößen bis 120mm, der axial im Druckvargaser angeordnet als Kohleverteilerund Gassammeiraum dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohleverteiler (2) am Umfang der Kegelschale mindestens 4 gleichmäßig oder annähernd gleichmäßig verteilte Füllrohre (5) mit rundem oder ovalem Querschnitt aufweist, wobei die Mittelachse der Füllrohre (5) unter 50° bis 60° zur Waagerechten geneigt ist, und deren lichter Durchmesser bei runder Ausführung mindestens gleich dem 5,5fachen maximalen Korndurchmesser entspricht, jedoch nicht kleiner ais 450mm ausgeführt wird.

2. Hochleistungskohleverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei ovalem Querschnitt der Füllrohre (5) der kleine Durchmesser in der senkrechten Achse anzuordnen ist und mindestens 450 mm beträgt, der große Durchmesser in der senkrechten Achse anzuordnen ist und mindestens 550 mm und nicht kleiner als der 5,5fache maximale Korndurchmesser ausgeführt wird.

3. Hochleistungskohleverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Abstand zwischen dem tiefsten Punkt der Füllrohröffnung in der Kegelschale und dem unteren äußeren Rand des Kohleverteilers (2) minimal 400 und maximal 550mm beträgt.

4. Hochleistungskohleverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand zwischen dem unteren äußeren Rand des Kohleverteilers (2) und dem Innendurchmesser des Druckvergasers (1) mindestens 500mm beträgt.

5. Hochleistungskohleverteiler 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 Grenzfüllstand (8) an den Füllrohren (5) ein Puffervolumen ergibt, dessen Brennstoffmenge bei maximaler Vergaserleistung für mindestens einen Bekohlurigszyklus ausreichend ist.

6. Hochleistungskohleverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere senkrechte Abstand zwischen der Ebene der Gasaustrittsfläche (7) und der Unterkante des lichten Durchmessers des Rohgasabzuges (3) mindestens 1000 mm ist und daß der lichte Durchmesser des Kohleverteilers (2) in Höhe des Rohgasabzuges (3) mindestens dem 2fachen Durchmesser des Rohgasabzuges (3) entspricht.

7. Hochleistungskohleverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Abstand zwischen der obersten Ebene der Ausströmöffnungen des Vergasungsmittels am Drehrost (11) und den tiefsten Bereichen der Gasaustrittsfläche (7) mindestens dem 0,7fachen Innendurchmesser des Druckvergasers (1) entspricht.