DD285989B5 - Verfahren zur Inbetriebnahme von Vergasungsreaktoren - Google Patents
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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 Festbettdruckvergasungsreaktoren, 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 Zündbrennstoff dem Reaktor zugeführt und entweder schon vor Zuführung gezündet oder durch ein Zündinitial im Reaktor gezündet.
Danach wird Anfahrluft in den Reaktor eingeblasen, 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 mittels Dampfes bis über die Selbstentzündungstemperatur des Vergasungsstoffes aufgeheizt und schließlich mit einem Luft-Dampf-Gemisch gezündet.
Die Beurteilung der vollzogenen Zündung erfolgt durch die Bestimmung des Gv und CGyGehaltes im Anfahrrohgas. Bei erreichten festgelegten Grenzwerten erfolgt eine Steigerung der Menge des Luft-Dampf-Gemisches.
Aus sicherheitstechnischen 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 %
Rohgasaustrittstemperatur > 200 0C und
Reaktordruck < 0,6 MPa
vom Fackelbetrieb auf ein Rohgasanfahrsystem umgestellt. In diesem System wird das Anfahrrohgas auf den üblichün Netzdruck verdichtet 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 ein extra dafür notwendiges druckloscs 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-Gemisches werden die Verfahrensschritte, wie Fährweise 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-Sauerstoff-Gemisch bei der Inbetriebnahme der Reaktoren zu verwenden. Als Vorteile werden die Verkürzung des Anfahrvorganges, geringerer Anlagenaufwand und Wegfall des Umstellvorganges von sinem Dampf-Luft-Gemisch auf ein Dampf-Sauerstoff-Gemisch und damit ein erwarteter sicherheitstechnischer Vorteil angegeben. Die oben genannten Nachteile können jedoch nicht beseitigt werden.
Auch befassen sich einige Patentschriften mit dem Problem der Inbetriebnahme von Vergasungsreaktoren.
Nach DE 3709 225 wird vorgeschlagen, den Reaktor im Anfahrprozeß mit überhitztem Wasserdampf auf den Vergasungsdruck zu bespannen. Der Einsatz von CO; im Anfahrvergasungsmittelgemisch wird ebenfalls beschrieben.
Nach DD 200892 ist im Inbetriebnahmeprozeß von Vergasungsreaktoren eine Überprüfung des Sauerstoffanteils im Rohgas vorzunehmen und ein Grenzwert von kleiner 1 Vol.-% einzuhalten.
Ziel dor 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 Kohledruckvergasungsreaktoren frei von Emissionsqueüen, speziell von Schadstoffemissionsquellen zu gestalten und die Inbetriebnahme über die Fackel und die Rohgasanfahrtaitung 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-Anfahr-Vergasungsmittelgemisch in seiner Zusammensetzung während des Inbetriebnahmevorganges variiert wird, wobei zu Beginn des Inbetriebnahmevorganges die Zusammensetzung des Zünd-Anfahr-Vergasungsmittelgemisches so gestaltet wird, daß der Sauerstoffanteil gerade so hoch ist, 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-Anfahr-Vergasungsmittelgemisch wird in unterkritischer Zusammensetzung eingestellt, wobei als kritische Zusammensetzung der O2-Gehalt im Inertgas zu verstehen ist, der bei NichtUmsetzung im Reaktor gerade ausreichen würde, im Anfahrrohgas bzw. im Gemisch Anfahrrohgas und Rohgas ein explosibles Gasgemisch zu bilden. Um das zu erreichen, werden für das Zünd-Anfahr-Vergasungsmittelgemisch Inertgaskomponenten eingesetzt, die eine Kondensationstemperatur bei gegebenen Prozeßdrücken von unter 273K haben. Zusätzlicher Dampf als Wärmeträger ist einsetzbar.
8ei Verwendung von N2 oder CO2 als Inertgaskomponente sollte der Volumenanteil des Sauerstoffes 5% in den ersten 30 min der Inbetriebnahme nicht überschreiten und 2,5% nicht unterschreiten.
Die Druckerhöhung im Reaktor erfolgt bei Zündprozessen schon in der Aufheizphase mit Dampf, indem alle Ausblaseleitungen geschlossen werden und bei der Inbetiiebnahme unter Feuer stehender Reaktoren in den ersten Minuten der '.ibetriebnahmo durch die natürliche Druckerhöhung infolge der Einleitung des Zünd-Anfahr-Vergasungsmittelgemisches. Mit Hilfe einer kontinuierlich arbeitenden OyAnalysenmessung wird eine Überprüfung des G2-Gehaltes im Rohgas vorgenommen. Nach 30 min anstehender Volumenanteile des Sauerstoffes im Rohgas von kleiner 1 % wird der OyAnteil im trockenen Zünd-Anfahr-Vergasungsmittelgemisch auf 9% durch die Zugabe von Sauerstoff erhöht. Beträgt der Volumenanteil des Sauerstoffes nach 30 min < 1 % im Rohgas, wird auf ein Vergasungsmittel umgestellt, das nur noch aus Dampf und Sauerstoff besteht.
Danach erfolgt in Abständen von 15 min eine Belastungssteigerung von 100m3 i. N. Oj/h bis zu einer Sauerstoffbelastung von 1600m3 i. N. O2/h bei Einhaltung eines vorgegebenen, den Kohleeigenschaften 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.
Die Erfindung wird nachstehend mittels zweier Beispiele näher erläutert, wobei Beispiel 1 einen Zündvorgang darstellt und Beispiel 2 einen Anfahrvorgang.
Die für beide Beispiele zutreffende Figur 1 zeigt ein Verfahrensschema.
Der Zündvorgang wird durch folgende nacheinander ablaufende 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 Rohgas eitung 7 bestehenden Rohgasweges bis hin zum Inertisierungsstutzen 8 vor dem geschlossenen Trennschieber 9 in der Rohgasleitung mit Inertgas, bestehend aus N2 oder CO2, das über die entsprechende Stickstoff- oder CO2-Leitung 1 herangeführt wird, über den Injektor 2 und die Vergasungsmittelgemischleitung 3.
3. Bespannung des mit Kohle gefüllten Reaktors mit Vergasungsdampf über du Treibdampfleitung 10 mit einer Dampfmenge von 5t/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 Vergasungsdampfmenge von 15t über die Treibdampfleitung 10, den Injektor 2 und die Vergasungsmittelgemischleitung 3.
6. Zünden des Vergasungsstoffes nach einer Aufheizzeit von einer Stunde bei einer Dampftemperatur nach dem Reaktor von über 523K mittels 3ines Zünd-Anfahr-Vergasungsmittelgemisches mit unterkritischer Zusammensetzung von 2000m3 i. N. N2/h und einem Volumenanteil des Sauerstoffes von 4% über die N2-Leitung 1 und der Mengenrägelung 12. Die Dampfzuführung wird ausgesetzt.
7. Vergasungsmittelgemischeinstellung nach folgendem Programm:
Der Volumenanteil des Sauerstoffes im Zünd-Anfahr-Vergasungsmittelgemisch 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-Anfahr-Vergasungsmittel 30 min lang der Volumenanteil des Sauerstoffes im Anfahrrohgas unter 1 %, wird auf ein reines Dampf-Sauerstoff-Gemisch Leitung 10 und 11 von 200m3 i. N. O2/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 503K beträgt. Die Erhöhung der O2-Menge erfolgt in Schritten von 15 min um jeweils 100m1 i. N. O2/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.
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 Inertisierungsleilung 13 am Reaktorkopf bis hin zum Inertisierungsstutzen 8 vor dem geschlossenen Trennschieber 9 in der Rohgasleitung mittels Inertgas. Der Volumenanteil des Sauerstoffes in der Rohgasleitung muß kleiner als 4% betragen.
2. Einleitung eines Zünd-Anfahr-Vergasungsmittelgemisches über die Leitung 1 mit unterkritischer Zusammensetzung von 2COOm3 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.
Verzeichnis der verwendeten Bezugszeichen
1 Stickstoff- bzw. CGvLeitung
2 Injektor
3 Vergasungsmittelgemischleitung
4 Reaktor
5 Waschkühler
6 Abhitzekessel
7 Rohgasleitung
8 Inertisierungsstutzen
9 Trennschieber
10 Treibdampfleitung
11 Sauerstoffleitung
12 Mengenregelung
13 Inertisierungsleitung am Reaktorkopf
Claims (4)
1. Verfahren zur Inbetriebnahme von Vergasungsreaktoren der Festbettdruckvergasung, sowohl für den Zündvorgang, als auch für das Anfahren von unter Feuer stehenden Vergasungsreaktoren geeignet und bei Bespannung der Vergasungsreaktoren mit inerten Medien auf Netzdruck, dadurch gekennzeichnet, daß in den genannten Inbetriebnahmeprozessen ein Volumenantail des Sauerstoffs im trockenen Zünd-Anfahr-Vergasungsmittelgemisch zwischen 5% und 2,5% eingestellt wird, der nicht übar- bzw. unterschritten werden darf, bis 30 min lang im Anfahrrohgas der Volumenanteil des Sauerstoffs bekannterweise unter 1% liegt, wobei das unter Netzdruck stehende Anfahrrohgas sofort in das Rohgasnetz eingespeist wird, und daß nachdem dieser Sauerstoffvolumenanteil 30 min angestanden hat, der Sauerstoffvolumenanteil im Zünd-Anfahr-Vergasungsmittelgemisch auf 9% erhöht witd, und wenn dann nach weiteren 30 min der Volumenanteil des Sauerstoffs im Rohgas kleiner 1 % beträgt, wird auf ein Vergasungsmittelgemisch umgestellt, das nur aus Dampf und Sauerstoff besteht und daß weiter nach erfolgter Umstellung auf dieses Dampf-Sauerstoff-Gemisch und Erreichung einer Rohgasaustrittstemperatur nach dem Reaktor von mindestens 503Kin Abständen von 15 min eine Belastungssteigerung von 10Om3O2 i.N./h bis zu einer Sauerstoff belastung von 1600m3i.N./h erfolgt, wobei die Einhaltung eines vorgegebenen Dampf-Sauerstoff-Verhältnisses notwendig ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen des Vergasungsstoffes für den Zündvorgang mit einer Vergasungsdampfmenge von 10 bis 20t durchgeführt wird, wobei die Temperatur am Rohgasabgang des Vergasungsreaktors am Ende der Aufheizung mindestens 523 K betragen muß.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zünd-Anfahr-Vergasungsmittelgemisch Inertgaskomponenten enthalten sind, die eine Kondensationstemperatur bei gegebenem Prozeßdruck von unter 273 K haben.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Inertgaskomponenten N2 oder CO2 sind, wobei zusätzlich Dampf als Wärmeträger eingesetzt werden kann.
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