DD283834A5 - Vorrichtung fuer die vergasung von feinkoernigen bis staubfoermigen brennstoffen - Google Patents

Abstract

Bei der Vorrichtung fuer die Vergasung von feinkoernigen bis staubfoermigen Brennstoffen werden alle Brenner des Vergasungsreaktors von einem einzigen Zuteilbehaelter ueber einen Verteiler mit Brennstoff versorgt, wobei die dafuer vorgesehenen Leitungen eine unterschiedliche Laenge und/oder Leitungsfuehrung aufweisen. Der dadurch bedingte Druckverlust wird durch den Einbau von Drosseln oder Regelventilen in der Weise ausgeglichen, dasz beim Eintritt des Brennstoffes in die Brenner die Druckdifferenz zwischen dem Verteiler und dem jeweiligen Brenner in allen Faellen gleich ist. Fig. 1{Brennstoff, feinkoernig, staubfoermig; Vergasung; Brenner; Vergasungsreaktor; Verteiler; Leitungen; Druckverlust; Regelventil; Druckdifferenz}

Description

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Vergasung von feirkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen in der Flugstaubwolke mit Sauerstoff und/oder Luft sowie gegebenenfalls Wasserdampf in einem Vergasungsreaktor, der mindestens zwei in einer Ebene in der Seitenwand des Reaktors angeordnete Brenner aufweist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die autotherme Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen mit einer mittleren Korngröße von etwa 50pm in der Flugstaubwolke mit Sauerstoff und/oder Luft sowie ggf. Wasserdampf ist bereits seit langer Zeit unter dem Namen Koppers-Totzek-Verfahren bekannt. Hierbei werden der zu vergasende Brennstoff und die Reaktionsmedien über die Brenner in einen leeren Vergasungsreaktor eingeblasen und dort bei Temperaturen oberhalb des Schlackeschmelzpunktes durch Partialoxidation in ein Rohgas umgewandelt, das entweder zu Synthesegas oder zu Brenngas aufgearbeitet werden kann. Soweit dieses Verfahren unter Normaldruck durchgeführt wird, kann die Zufuhr das Brennstoffes "J Jen Brennern über Schneckenförderer erfolgen, die eine gute Mengenregelung zulassen. Hierbei wird der Brennstoff durch die Schneckenförderer zunächst einem sogenannten Mischkopf zugeführt und von dort durch den Strom der gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien über die Brennerköpfe in den Vergasungsreaktor eingeblasen. In neuerer Zeit geht die Tendenz jedoch dahin, dieses Verfahren so weiterzuentwickeln, daß die Vergasung unter erhöhtem Druck zwischen 10 und 100bar, vorzugsweise zwischen 25 und 45bar,

betrieben werden kann. Die Druckversion des Koppers-Totzek-Verfahrens wird dabei als PRENFLO-Verfahren bezeichnet. In diesem Falle sind Schneckenförderer für den Transport des Brennstoffes zu den Brennern wenig geeignet. Stattdessen wi^rd vielmehr eine pneumatische Förderung mit einem vorzugsweise inerten Fördergas angewendet. Die Vergasung in der Flugstaubwolke erfordert eine genaue Zuordnung von Brennstoff und Reektionsmedien. Vergasungsreaktoren mit hoher Durchsatzleistung werden vorzugsweise mit zwei oder mehr Brennern ausgerüstet. Für ein optimales Betriebsergebnis muß für eine möglichst gleichmäßige und gleichförmige Brennstoffzufuhr zu allen Brennern des Vergasungsreaktors gesorgt werden. Hierbei soll im Normalfall der Schwankungsbereich der Förderstromdichte bei der Brennstoffzufuhr nur etwa ±2% betragen.

Zur Lösung dieses Problems ist in der DE-OS 35 09 221 bereits vorgeschlagen worden, daß je zwei Brenner eines Vergasungsreaktors von einer gemeinsamen Brennstoffzufuhreinrichtung über symmetrisch angeordnete Leitungen versorgt werden. Diese Lösung erfordert Jedoch für die Aufstellung der Brennstoffzufuhreinrichtung bzw. für die Leitungsführung bestimmte Symmetriebedingungen zu dem Vergasungsreaktor und bei mehr als zwei Vergasungsbrennern die Aufstellung zusätzlicher Brennstoffzufuhreinrlchtiingen. Diese Bedingungen haben entsprechende Investitions- und damit Betriebskosten zur Folge und stellen keine optimale Lösung des anstehenden Problems dar.

Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung Ist es, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden. Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, daß eine gleichmäßige und gleichförmige Brennstoffversorgung aller Brenner des Vergasungsreaktors gewährleistet ist. Die der Lösung dieser Aufgabe dienende Vorrichtung soll sich dabei gleichzeitig durch einen möglichst geringen apparativen Aufwand auszeichnen und soll außerdem hinsichtlich der Leitungsführung für die Brennstoffzufuhr zu den Brennern einen möglichst weitgehenden Gestaltungsspielraum zulassen.

Erfindungsgemäß ist die der Lösung dieser Aufgabe dienende Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß alle Brenner des Vergasungsreaktors von einem einzigen Zuteilbehälter über einen Verteiler mit Brennstoff versorgt werden, wobei die Leitungen für die Brennstoffzufuhr vom Verteiler zu den einzelnen Brennern eine unterschiedliche Länge und/cder Leitungsführung aufweisen.

Das heißt, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in Abkehr von der Lehre nach der DE-OS 35 09 221 auf symmetrische Leitungen für die Brennstoffzufuhr zu den Brennern des Vergasungsreaktors verzichtet. Diese Leitungen können vielmehr eine unterschiedliche Länge und/oder Leitungsführung aufweisen, so daß die besonderen betrieblichen Gegebenheiten sowie die-Erfordernisse der Wartung und Bedienung in optimaler Weise berücksichtigt werden können. Der hierbei auftretende, durch die Länge und/oder Leitungsführung (Zahl der Umlenkungen) bedingte Druckverlust, der natürlich in diesem Falle in jeder Leitung unterschiedlich groß sein kann, wird durch den Einbau spezieller Drosseln egalisiert. Anstelle dieser Drosseln können hierbei ggf. auch Regelventile herkömmlicher Bauart verwendet werden. Dabei kann in der Leitung mit dem zu erwartenden höchsten Druckverlust auf den Einbau einer Drossel ganz verzichtet werden. Außerdem ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, daß alle Brenner des Vergasungsreaktors von einem einzigen Zuteilbehälter mit Brennstoff versorgt werden. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Vergasungsreaktor mehr als zwei Brenner aufweist. Bei mode» nen, dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Großanlagen wird man davon ausgehen können, daß der Vergasungsreaktor mit mehr als zwei Brennern, die vorzugsweise paarweise angeordnet sind, ausgerüstet ist. Istdie Zahl der Brenner größer, beispielsweise > 6, dann kann auch auf eine paarweise Anordnung der Brenner verzichtet werden. Diese können dann vielmohr gleichmäßig über den gesamten Umfang des Vergasungsreaktors verteilt in einer Ebene angeordnet werden. In allen genannten Fällen bedeutet die Brennstoffversorgung der Brenner über nur einen einzigen Zuteilbehälter eine deutliche Einsparung an Anlage- und Betriebskosten. Hierbei ist Insbesondere zu berücksichtigen, daß jedem Zuteilbehälter auch die erforderlichen Förder- und Schleuseinrichtungen zugeordnet sein müssen, mit Hilfe derer der von der Aufbereitungsanlage kommende Brennstoff auf den erforderlichen Betriebsdruck gebracht und in dan Zuteilbehältar überführt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind riie Leitungen für die Brennstoffzufuhr zu den Brennern an einen Verteiler angeschlossen, der vom Zuteilbehälter mit Brennstoff versorgt wird. Dieser Verteiler ist dabei senkrecht und möglichst dicht unter dem Auslauf des Zuteilbehälters angeordnet und mit diesem durch eine starre Förderleitung verbunden, wobei auf eine Zugabe von Fördergas in diese Leitung verzichtet wird. Vom Verteiler gehen hierbei im Normalfall vier Leitungen für die Brennstoffzufuhr zu den Brennern ab. Ist dagegen die Zahl der Brenner im Vergasungsreaktor größer als vier, so können zwei oder - bei entsprechend großer Brennerzahl - mohr als zwei Verteilet vorgesehen sein, wobei der zweite und jeder weitere Verteiler In einer Leitunr für die Brennstoffzufuhr vom ersten Verteiler zu den Brennern angeordnet ist. Selbstverständlich weisen diese zusätzlichen Verteiler ebenfalls Leitungen für die Brennstoffzufuhr zu den ihnen zugeordneten Brennern auf. Die Drossel besteht aus einem zylindrischen Mantel mit einer Auskleidung aus einem verschleißfesten Material, wobei innerhalb der Auskleidung ein Verdrängungskörper aus verschleißfestem Material so angeordnet ist, daß zwischen der Auskleidung und dem Verdrängungskörper ein ringförmiger Spalt gebildet wird.

Vorteilhaft weist der Verdrängungskörper eine Formgebung auf, bei der sich seine beiden Enden kegelförmig verjüngen, während sich in der Mitte ein zylindrischer Teil befindet. Anstelle der Drosseln können auch Regelventile herkömmlicher Bauart verwendet werden.

Ausführungsbeispiel

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sollen nachfolgend anhand der Abbildungen erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1: ein Fließschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Verteiler; Fig. 2: einen Schnitt durch eine Drossel.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ber.teht aus dem Zuteilbehälter 1, in dem sich der zu vergasende Brennstoff befindet. Der Zuteilbehälter 1 steht dabei so unter Druck, daß ein pneumatischer Transport des Brennstoffes über die nachgeschalteten Leitungen zu den Brennern 3 bis 6 im Vergasungsreaktor 2 möglich ist. Zu diesem Zweck wird der Brennstoff aus dem Zuteilbehälter 1 über die Förderleitung 7 abgezogen und gelangt in do η Verteiler 8. Dieser ist dabei relativ dicht unterhalb des trichterförmigen Auslaufes des Zuteilbehälters 1 angeordnet. Wie aus der Abbildung zu erkennen ist, können sowohl der Zuteilbehälter 1 als auch der Verteiler 8 in einigem Abstand vom Vorgasungsreaktor 2 angeordnet sein. Vom Verteiler 8 gehen die Leitungen 9,10,11 und 12 für die Brennstoffzufuhr zu den Brennern 3,4,6 und 6 ab. Wie in der Abbildung schematisch dargestellt ist, weisen diese Leitungen eine unterschiedliche Länge und Leitungsführung auf. Der daraus resultierende unterschiedliche Druckverlust In den Leitungen 9,10,11 und 12 wird erfindungsgemäß durch den Einbau von Drosseln 13 in der Weise ausgeglichen, daß beim Eintritt des Brennstoffes in die Brenner 3,4,5 und 6 der Druckverlust zwischen dem Verteiler 8 und dem jeweiligen Brenner in allen Fällen gleich ist. Das heißt, in der Leitung, die aufgrund ihrer Länge und Leitungsführung den geringsten Druckverlust aufweist, muß die Wirkung der Drossel 13 am stärksten sein, während umgekehrt in die Leitung mit dem höchsten Druckverlust überhaupt keine Drossel 13 eingebaut zu werden braucht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dies die Leitung 10. Auf konstruktive Einzelheiten der Drossel 13 wird weiter unten noch eingegangen werden. Änderungen in der Leitung des Vergasungsreaktors 2 können durch entsprechende Sollwertveränderung des Differenzdruckreglers 20 erfolgen. Durch diesen Differenzdruckregler 20 wird die Druckdifferenz zwischen dem Zuteilbehälter 1 und dem Vergasungsreaktor 2 geregelt.

Alternativ können die Drosseln 13 durch geeignete Regelventile herkömmlicher Bauart ersetzt werden, die es ermöglichen, den Brennstoffstrom zu jedem Brenner gleich oder unterschiedlich einzustellen. In diesem Fall wird der Differenzdruck zwischen Zuteilbunker 1 und Vergasungsreaktor 2 konstant gehalten.

Die Abbildung in Fig. 1 zeigt nur die zur Erläuterung der Erfindung notwendigen Anlagenteile in schematischer Darstellung. Auf die konstruktive Ausgestaltung dieser Anlagenteile, das heißt insbesondere des Zuteilbehälters ,1, des Vergasungsreaktors 2, des Verteilers 8 sowie der Brenner 3,4,5 und 6 wurde dabei nicht näher eingegangen, da dies nicht Gegenstand der Erfindung ist. Es kann aber davon ausgegangen werden, daß es sich hierbei um bekannte, für diesen Zweck geeignete Konstruktionen handelt. Selbstverständlich muß der Zuteilbehälter 1 auch mit entsprechenden Einrichtungen für das Nachfördern des Brennstoffes sowie das Konstanthalten des Druckes ausgerüstet sein, die in der Abbildung ebenfalls nicht dargestellt sind. Auch hierbei kann es sich um für diesen Zweck bekannte Aggregate, wie z. B. Drucktopfförderer oder Schleusbunker, handeln. Die konstruktiven Einzelheiten der Drossel 13 sind der Abbildung in Fig. 2 zu entnehmen, die einen Schnitt durch eine derartige Drossel zeigt. Die Drossel besteht dabei aus einem zylindrischen Mantel 14, dessen äußerer Durchmesser etwa dem Flanschdurchmesser der Rohrleitung entspricht, in der die Drossel eingebaut ist. Da die Drossel in diese Rohrleitung eingeflanscht ist, ist es außerdem vorteilhaft, wenn der zylindrische Mantel 14 aus dem gleichen metallischen Material besteht wie die Rohrleitung. An seinem vorderen und hinteren Ende weist der zylindrische Mantel 14 einen inneren Durchmesser d| auf, der dem inneren Durchmesser der angeschlossenen Rohrleitung entspricht. Innerhalb dos zylindrischen Mantels 14 ist die Auskleidung 15 angeordnet, die aus einem verschleißfesten Material, wie z.B. Keramik, besteht und ggf. aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein kann. Die Auskleidung 15 ist in ihrer Formgebung so ausgestaltet, daß sie den Verdrängungskörper 16 aufnehmen kann. Dieser besteht ebenfalls aus einem verschleißfesten Material und ist mittels der Stege 17 so innerhalb der Auskleidung 15 befestigt, daß zwischen der Auskleidung 15 und dem Verdrängungskörper 16ein ringförmiger Spalt 18 gebildet wird, der der Höhe der Stege 17 entspricht. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, weist der Verdrängungskörper 16 eine Formgebung auf, bei der sich seine beiden Enden kegelförmig verjüngen, während sich in der Mitte ein zylindrischer Teil befindet. Die Dichtringe 19 dienen der Abdichtung der Auskleidung 15 innerhalb des zylindrischen Mantels 14. Durch den Vorsprung 21 am Flansch der anzuschließenden Rohrleitung wird die Auskleidung 15 im Mantel 14 angepreßt. Der Druckverlust in der Drossel richtet sich nach der Breite und Länge des ringförmigen Spaltes 18 sowie der Brennstoff-/ Fördergasgeschwindigkeit im Ringquerschnitt des Spaltes 18, die größer ist als in der mit dem Durchmesser d, ausgeführten Rohrleitung.

Die Berechnung einer sich unter den Bedingungen der sogenannten Fließförderung als geeignet erweisenden Drossel ist aufgrund experimentell ermittelter Daten mit einer Genauigkeit von ±5% möglich. Der Einbau der Drossel hat neben dem gewünschten Druckverlust auch noch den Vorteil, daß dort gröbere, zu Verstopfungen führende Partikel im Brennstoff, wie z.B. Fasern, bereits festgehalten werden und nicht erst in den Brenner gelangen können, aus dem sie weit schwerer zu entfernen wären. Selbstverständlich muß bei der Auslegung der Drosseln darauf geachtet werden, daß ihre Wirkung nicht so groß ist, daß es zu einer Störung der Brennstoffzufuhr zum Brenner infolge Verstopfung der Leitung kommt.

Claims (8)

1. Vorrichtung für die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen in der Flugstaubwolke mit Sauerstoff und/oder Luft sowie gegebenenfalls Wasserdampf in einem Vergasungsreaktor, der mindestens zwei in einer Ebene in der Seitenwand das Reaktors angeordnete Brenner aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß alle Brenner (3,4,5 und 6) des Vergasungsreaktors (2) von einem einzigen Zuteilbehälter (1) über einen Verteiler (8) mit Brennstoff versorgt werden, wobei die Leitungen (9,10,11 und 12) für die Brennstoffzufuhr vom Verteiler (8) zu den einzelnen Brennern (3,4,5 und 6) eine unterschiedliche Länge und/oder Leitungsführung aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Länge und/oder Leitungsführung bedingte Druckverlust in den Leitungen (9,10,11 und 12) durch den Einbau von Drosseln (13) in der Weise ausgeglichen wird, daß beim Eintritt des Brennstoffes in die Brenner (3, 4,5 und 6) die D; uckdifferenz zwischen dem Verteiler (8) und dem jeweiligen Brenner in allen Fällen gleich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (10) für die Brennstoffzufuhr vom Verteiler (8) zum Brenner (4), die den höchsten Druckverlust aufweist, keine Drossel (13) eingebaut wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Verteiler in der Weise vorgesehen sind, daß der zweite und jeder weitere Verteiler in einer Leitung für die Brennstoffzufuhr vom ersten Verteiler (8) zu den Brennern (3,4,5 und 6) angeordnet ist und daß von diesem nachgeschalteten Verteiler wiederum Leitungen für die Brennstoffzufuhr zu weiteren Brennern abgehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (13) aus einem zylindrischen Mantel (14) mit einer Auskleidung (15) aus einem verschleißfesten Material besteht, wobei innerhalb der Auskleidung (15) ein Veränderungskörper (16) aus verschleißfestem Material so angeordnet ist, daß zwischen der Auskleidung (15) und dem Verdrängungskörper (16) ein ringförmiger Spalt (18) gebildet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (16) eine Formgebung aufweist, bei der sich seine beiden Enden kegelförmig verjüngen, während sich in der Mitte ein zylindrischer Teil befindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Drosseln (13) Regelventile herkömmlicher Bauart verwendet werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (8) senkrecht unter dem Zuteilbehälter (1) angeordnet ist und mit diesem über eine kurze Förderleitung (7) verbunden ist, wobei diese Förderleitung (7) keinen Anschluß für die zusätzliche Zufuhr von Fördergas aufweist.