DD285989A5 - Verfahren zur Inbetriebnahme von Vergasungsreaktoren - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Inbetriebnahme von Vergasungsreaktoren. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Inbetriebnahme von Vergasungsreaktoren, das hauptsächlich in der Kohlefestbettdruckvergasung angewendet werden kann. Durch ein neues Inbetriebnahmeverfahren, welches die Nutzung der Fackel, der Rohgasanfahrleitung und der drucklosen Gaskondensatleitung ausschließt, wird eine emissionsfreie Inbetriebnahme erreicht. Das erfolgt durch den Einsatz eines Anfahrvergasungsmittelgemisches, dessen Zusammensetzung so gestaltet ist, dass der O ind 2-Anteil gerade so hoch ist, um eine stete Temperaturerhöhung im Reaktor zu erreichen, andererseits aber ein explosibles Gasgemisch, selbst bei Nichtumsetzung des O ind 2-Anteiles im Reaktor, nicht entstehen kann. Die unterkritische Zusammensetzung des Anfahrvergasungsmittelgemisches erfolgt durch den Einsatz von Stickstoff mit einem Volumenanteil des Sauerstoffes von 2,5 - 5 % oder CO ind 2. Durch die Vergasungsstoffaufheizung im geschlossenen Drucksystem erfolgt eine bessere Ausnutzung der Dampfenthalpie und eine sichere Zündung als bei druckloser Aufheizung. Die Dampfemission in die Atmosphäre beim Aufheizvorgang wird beseitigt.{Festbettdruckvergasung; Vergasungsreaktor; Inbetriebnahme; Anfahrvergasungsmittelgemisch; Stickstoff; Sauerstoff; Dampf}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Verfahren zur Festbettdruckvergasung fester fossiler Brennstoffe und dabei speziell auf die Inbetriebnahme von FeMbettdruckvergasungsreaktoren, wobei sich die Inbetriebnahme sowohl auf das Zünden aus dem kalten Zustand als auch auf das Anfahren unter Feuer stehender Festbettdruckvergasungsreaktoren bezieht.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Das Zünden von Festbettdruckvergasungsreaktoren zur Vergasung von Kohle wird gegenwärtig nach zwei grundsätzlichen technischen Lösungen vorgenommen.

Einmal wird ein Zi. ndbrennstoff dem Reak.or zugeführt und entweder schon vor Zuführung gezündet oder durch ein Zündinitial im Reaktor jezünde..

Danach wird Anfahrlbi'( in den Reaktor eingebiasen, später Vergasungsstoff zugegeben und auf ein Luft-Dampf-Gemisch umgestellt.

Das Anfahrrohgas wird über eine Fackel in die Atmosphäre geleitet bis der Volumenanteil des Sauerstoffes 0,6% beträgt.

Bei einer anderen Lösung wird der Reaktor mit Vergasungsstoff gefüllt oder teilgefüllt, danach mittete Dampf bis über die Selbstentzündungstemperotur des Vergasungsstoffes aufgeheizt und schließlich mit einem Luft-Dampf-Gemisch gezündet.

Die Beurteilung der vollzogenen Zündung erfolgt durch die Bestimung des Or und COj-Gehaltes im Anfahrrohgas. Bei erreichten festgelegten Grenzwerten erfolgt eine Steigerung der Menge des Luft-Dampf-Gemisches.

Aus elcherheitstechnischen Gründen wird das Anfahrrohgas bis zu einem Volumenanteil des Sauerstoffes von 0,6% über ein Fackelsystem abgeleitet. Gemäß beider technischen Lösungen wird beim Erreichen der folgenden Grenzwerte: Volumenanteil des Sauerstoffes < 0,6% Volumenanteil des CO₂ im Rohgas > 23% Rohgasaustrittsternperatur > 200⁰C und Reaktordruck < 0,6 M Pa

vom Fackelbetrieb auf ein Rühgasanfahrsystem umgestellt. In diesem System wird das Anfahrrohgas auf den üblichen Netzdruckverdichtet und dem Rohgasnetz zugeführt.

Die Nachteile dieser technischen Lösungen sind eine hohe Schadstoffbelastung der Umgebung während des mehrere Stunden

dauernden Fackelbetriebes, der erforderliche Energieaufwand bei der Verdichtung des Anfahrrohgases und daß vom Beginn der

Inbetriebnahme bis zur Netzschaltung des Reaktors die anfallenden Gaskondensate in eine extra dafür notwendiges druckloses Gaskondensatsystem abgeführt werden müssen. Aufgrund der nicht voll geschlossenen Auslegung des drucklosen Kondensatsystems ist die Einleitung der heißen Gaskondensate auch mit einer erheblichen Schadstoffemission verbunden. Der Anfahrprozeß unter Feuer abgestellter Generatoren unterscheidet sich vom Zündprozeß nur dadurch, daß die Handlungsschritte bis zur Zündung des Vergasungsstoffes entfallen. Nach der Zuführung des Luft-Dampf-Gemischess werden die Verfahrensschritte, wie Fahrweise

über die Fackel, Fahrweise über die Rohgasanfahrleitung und Netzschaltung analog der beim Zündvorgang beschriebenen

Technologie vorgenommen. Die beschriebenen Nachteile treten demnach ebenfalls auf. Es wurde weiter vorgeschlagen, anstelle eines Dampf-Luft-Gemisches ein Dampf-Sauerstcff-Gemisch bei der Inbetriebnahme

der Reaktoren zu verwenden. Als Vorteile werden die Verkürzung des Anfahrvorganges, geringerer Anlagenaufwand und

Wegfall des Umstellvorganges von einem Dampf-Luft-Gemisch auf ein Dampf-Sauerstoff-Gemisch und damit ein erwarteter

sicherheitstechnischer Vorteil angegeben. Die oben genannten Nachteile können jedoch nicht beseitigt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Inbetriebnahme bzw. Wiederinbetriebnahme von Kohledruckvergasungsreaktoren ökonomischer und umweltfreundlicher zu Gestalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, das Anfahren bzw. Wiederanfahren von Kchledruckvergasungsreaktoren frei von Emissionsquellen, speziell von Schadstoffemissionsquellen zu gestalten und die Inbetriebnahme über die Fackel und die Rohgaeanfahrleitung sowie über die drucklose Gaskondensatleitung auszuschließen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Inbetriebnahme, sowohl für den Zündvorgang als auch für das Anfahren von unter Feuer stehenden Kohledruckvergasungsreaktoren das zugeführte Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisch in

seiner Zusammensetzung während des Inbetriebnohmevorganges variiert wird, wobei zu Beginn des Inbetriebnahmevorgangesdie Zusammensetzung des Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisches so gestaltet wird, daß der Sauerstoffanteil gerade so hochist, daß eine stete Erhöhung des Temperaturniveaus im Reaktor möglich ist, andererseits aber ein explosibles Gasgemisch,selbst bei NichtUmsetzung des Sauerstoffanteiles im Reaktor, nicht entstehen kann.

Das Zünd-Anfahivergaeungsmittelgemisch wird in unterkritischer Zusammensetzung eingestellt, wobei als kritische Zusammensetzung der Oj-Gehalt im Inertgas zu verstehen ist, der bei NichtUmsetzung im Reaktor gerade ausreichen würde, im Anfahrrohgas bzw. im Gemisch Anfahrrohgss und Rohgas ein explosibles Gasgemisch zu bilden. Um das zu erreichen, werden für das Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisch Inertgaskomponenten eingesetzt, die eine Kondensationstemperatur bei gegebenen Prozeßdrücken von unter 273 K haben. Zusätzlicher Dampf als Wärmeträger ist einsetzbar. Bei Verwendung von N₂ oder CO₂ als Inertgaskomponente sollte der Volumenanteil des Sauerstoffes 5% in den ersten 30min der Inbetriebnahme nicht überschreiten und 2,6 % nicht unterschreiten. Die Druckerhöhung Im Reaktor erfolgt bei Zündprozessen schon in der Aufheizphase mit Dampf, indem alle Ausblaseleitungen

geschlossen werden und bei der Inbetriebnahme unter Feuer stehender Reaktoren in den ersten Minuten der Inbetriebnahmedurch die natürliche Druckerhöhung infolge der Einleitung des Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisches.

Mit Hilfe einer kontinuierlich arbeitenden O₂-Analysenmessung wird eine Überprüfung des 02-Gehaltes im Rohgas

vorgenommen. Nach 30 min anstehender Volumenanteile des Sauerstoffes im Rohgas von kleiner 1 % wird der O₂-AMeII imtrockenen Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisch auf 9% durch die Zugabe von Sauerstoff erhöht. Beträgt der Volumenanteildes Sauerstoffes nach 30min kleiner 1 % im Rohgas, wird auf ein Vergasungsmittel umgestellt, das nur noch aus Dampf und

Sauerstoff besteht. Danach erfolgt in Abständen von 15min eine Belastungssteigerung von 100m¹ i.N. O₂/h bis zu einer Sauerstoffbelastung von

1600m¹!. N. O₂/h bei Einhaltung eines vorgegebenen, den Kohleeigonschaften entsprechenden Dampf-Sauerstoff-

Verhältnisses. Bei dieser Belastung erfolgt 4 Stunden lang eine Stabilisierung des Aschebettes. Danach wird die gewünschte Belastung schrittweise eingestellt. Bei Anfahrvorgängen von unter Feuer stehenden Reaktoren entfällt die Stabilisierungsphase des Aschebettes. Dieses Verfahren hat folgende Vorteile:

- Die Zünd- und Anfahrvorgänge erfolgen emissionsfrei.

- Durch eine unterkritische Zusammensetzung des Anfahrvergasungsmittels in der Anfangsphase ist eine gefahrlose Technik realisiert.

- Die Gasableitung über die Fackel und die Rohgasanfahrleitung wird nicht mehr vorgenommen. Damit werden Gasverluste und Gasverdichtungsaufwendungen vermieden.

- Die Gaskondensatableitung erfolgt bei Nutzung des Gaskondensatdrucksystems störungsfrei und ohne die Schadstoffemissionen, die beim Slopsystem auftreten.

- Durch die Vergasungsstoffaufheizung Im geschlossenen Drucksystem erfolgt eine bessere Ausnutzung der Dampfenthalpie und eine sichere Zündung als bei druckloser Aufheizung. Die Dampfemission in die Atmosphäre während des Aufheizvorganges wird beseitigt.

Autfuhrungtbeleplel Die Erfindung wird nachstehend mittels zweier Beispiele naher erläutert, wobei Beispiel 1 einen Zündvorgang darstellt und Beispiel 2 einen Anfahrvorgang. Die für beide Beispiele zutreffende Figur 1 zeigt ein Verfahrensschema. Beispiel 1 Der Zündvorgang wird durch folgende, nacheinanderablaufende Verfahrensschritte charakterisiert:

1. Vollschleusen des Reaktors 4 mit Kohle

2. Inertisierung des mit Kohle gefüllten Reaktors 4 einschließlich des aus Waschkühler 5, Abhitzekessel 6 und Rohgasleitung 7 bestehenden Rohgasweges bis hin zum Inertisierungsstutzen 8 vor dem geschlossenen Trennschieber 9 in der Rohgasleitung mit Inertgas, bestehend aus Nj odder CO], das Ober die entsprechende Stickstoff- oder COj-Leitung 1 herangeführt wird, über den Injektor 2 und die Vergasungsmittelgemischleitung 3.

3. Bespannung des mit Kohle gefüllten Reaktors mit Vergasungsdampf über die Treibdampfleitung 10 mit einer Dampfmenge von St/h bis zum Betriebsdruck. Dabei sind alle aus dem Rohgassystem abführenden Leitungen geschlossen.

4. Netzschaltung des Reaktors 4 bei Erreichung des Netzdruckes im Reaktor.

5. Vorwärmen der Kohle im Reaktor 4 mit einer Vergasungsdampf menge von 15t über die Treibdampfleitung 10, den In joktor 2 und die Vergasungsmittelgemischleitung 3.

β. Zünden des Vergasungsstoffes nach einer Aufheizzeit von einer Stunde bei einer Dampftemperatur nach dem Reaktor von Ober 523 K mittels eines ZOnd-Anfahrvergasungsmittelgemisches mit unterkritischer Zusammensetzung von 2000m³ i. N. Nj/h und einem Volumenanteil des Sauerstoffes von 4 % über die Nj-Leitung 1 und der Mengenregelung 12. Die Dampfzuführung wird ausgesetzt.

7. Vergasungsmittelgemischelnstellung nach folgendem Programm:

Der Volumenanteil des Sauerstoffes im Zünd-Anfahrvergasung;mittelgemisch wird um 5% erhöht, wenn der Volumenanteil des Sauerstoffes im Anfahrrohgas 30 min lang unter 1 % liegt.

Bleibt bei einem Volumenanteil des Sauerstoffes von 9% im Zünd-Anfahrvergasungsmittel 30min lang der Volumenanteil des Sauerstoffes im Anfahrrohgas unter 1 %, wird auf ein reines Dampf-Sauerstoff-Gemisch Leitung 10 und 11 von 200 m³ i. N. Oj/h und 1,5t Dampf/h umgestellt.

8. Die Einstellung der Reaktorbelastung bzw. des Normalbetriebes wird durchgeführt, wenn bei der letztgenannten Einstellung gemäß Punkt 7. in einem Zeitraum von 30 min der Volumenanteil des Sauerstoffes im Anfahrrohgas unter 0,6% und die Rohgasaustrittstemperatur 503 K beträgt. Die Erhöhung der O₂-Menge erfolgt in Schritten von 15min um jeweils 100m³ i. N. Oj/h bei Einhaltung eines Dampf-Sauerstoff-Verhältnisses von 7,5kg Dampf/m³ i. N. O₁, wobei die Höhe des Dampf-Sauerstoff-Verhältnisses dem Ascheschmelzverhalten angepaßt wird.

Beispiel 2 Der Unterschied zum Zündvorgang resultiert aus den sich unterscheidenden Ausgangsbedingungen im Reaktor. Ist zum Beginn

eines Zündvorganges der Reaktor noch völlig leer, so befindet sich bei Einleitung eines Anfahrvorganges schon ein gezündeter

Vergasungsstoff im Reaktor. Derartige Bedingungen entstehen meist, wenn Generatoren zum Zwecke der Erledigung

bestimmter Reparaturarbeiten außer Betrieb genommen werden müssen.

Die einzelnen Verfahrensschritte für einen Anfahrvorgang sind:

1. Inertisierung des Reaktors über die Inertisierungr.leitung 13 am Reaktorkopf bis hin zum Inertisierungsstutzen 8 vor dem geschlossenen Trennschieber 9 in der Rohgasleilung mittels Inertgas. Der Volumenanteil des Sauerstoffes in der Rohgasleitung muß kleiner als 4% betragen.

2. Einleitung eines Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisches über die Leitung 1 mit unterkritischer Zusammensetzung von 2000m¹ i. N./h und einem Volumenanteil des Sauerstoffes von 4% mittels Mengenregelung 12 in den Reaktor 4. Dabei sind alle aus dem Rohgassystem abführenden Leitungen geschlossen.

3. Netzschaltung des Reaktors bei Erreichung des Netzdruckes im Reaktor. Der Volumenanteil des Sauerstoffes im Anfahrrohgas muß kleiner 5% sein.

4. Die weiteren Verfahrensschritte verlaufen analog der Punkte 7. und 8. des Zündvorganges.

Claims (7)

1. Verfahren zur Inbetriebnahme von Vergasungsreaktoren der Festbettdruckvergasuny sowohl für den Zündvorgang als auch für das Anfahren von unter Feuer stehenden Vergasungsreaktoren, gekennzeichnet dadurch, daß das zugeführte Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisch in seiner Zusammensetzung während des Inbetriebnahmevorganges variiert wird, wobei zu Beginn des Inbetriebnahmevorganges die Zusammensetzung des Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisches so eingeregelt wird, daß eine stete Erhöhung des Temperaturniveaus im Reaktor (4) möglich ist, andererseits aber ein explosibles Gasgemisch, selbst bei NichtUmsetzung des Sauerstoffanteiles im Reaktor (4), nicht entstehen kann, daß weiter nach einer Inertisierung des gefüllten Reaktors (4) einschließlich des Rohgasweges bis hin zum geschlossenen Trennschieber (9) in der Rohrgasleitung (7) eine Bespannung des Systems mit Dampf beim Zündvorgang, bzw. mit N₂ oder CO₂ beim Anfahrvorgang auf Rohgasnetzdruck erfolgt und danach sofort die Netzschaltung vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Aufheizen des Vergasungsstoffes für den Zündvorgang mit einer Vergasungsdampfmenge von 10 bis 20t durchgeführt wird, wobei die Temperatur am Rohgasabgang des Reaktors am Ende der Aufheizung mindestens 523 K betragen muß.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß im Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisch Inertgaskomponenten enthalten sind, die eine Kondensationstemperatur bei gegebenem Prozeßdruck von unter 273 K haben.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Inertgaskomponenten N₂ oder CO₂ sind, wobei zusätzlich Dampf als Wärmeträger eingesetzt werden kann.

5. Verfahren nach Anspruch 1,3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß ein Volumenanteil des Sauerstoffes von 5% im trockenen Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisch nicht überschritten und ein Volumenanteil des Sauerstoff von 2,5% nicht unterschritten wird, bis 30 min lang im Anfahrrohgas der Volumenanteil des Sauerstoffs kleiner 1 % beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß nach 30 min der anstehende Volumenanteil des Sauerstoffes im Rohgas von kleiner 1 % der Volumenanteil des Sauerstoffes im Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisch auf 9% erhöht wird und, wenn nach weiteren 30min der Volumenanteil des Sauerstoffes im Rohgas kleiner 1 % beträgt, auf ein Vergasungsmittelgemisch umgestellt wird, das nur aus Dampf und Sauerstoff besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß nach erfolgter Umstellung auf ein Dampf-Sauerstoff-Gemisch und Erreichung einer Rohgasaustrittstemperatur nach dem Reaktor von mindestens 503 K, in Abständen von 15 min eine Belastungssteigerung von 10Om³O₂ i. N./h bis zu einer Sauerstoffbelastung von 1600 m³i.N./h erfolgt, wobei die Einhaltung eines vorgegebenen, den Kohleeigenschaften entsprechenden Dampf-Sauerstoff-Verhältnisses notwendig ist.