DD285990A5

DD285990A5 - Verfahren zur vergasung fester brennstoffe sowie fuer diesen betrieb eingerichtete anlage

Info

Publication number: DD285990A5
Application number: DD89334112A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Dutz; Adolf Linke; Norbert Ullrich
Original assignee: Krupp Koppers Gmbh,De
Priority date: 1988-11-05
Filing date: 1989-11-01
Publication date: 1991-01-10
Also published as: EP0370201B1; CN1025867C; DE3837587C1; ES2033504T3; DE3941816A1; DK548489D0; DK548489A; DE58901693D1; EP0370201A1; PL161778B1; CN1042560A; ZA897381B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung feinkoerniger bis staubfoermiger fester Brennstoffe mit einem Vergasungsreaktor, der mit Vergasungsbrennern ausgeruestet ist, einer Einrichtung fuer die Flugstaubabscheidung aus dem Rohgas, einem Flugstaubsammelbehaelter und eine Einrichtung fuer die Flugstaubrueckfuehrung in den Vergasungsreaktor und eine Anlage zur Durchfuehrung des Verfahrens. Die Vergasungsbrenner brennen mit einem am Vergasungsbrenneraustritt rotationssymmetrischen Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in den Vergasungsreaktor hinein. Der Flugstaub mit seinem Gehalt an Rohgas und seinem Restkohlenstoff wird durch einen Foerdergasstrom in die Achse von zumindest einem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl eingefuehrt, von dem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in die Primaerreaktionszone eingebracht und in dieser eingeschmolzen. Figur{Vergasung; Brennstoffe; Vergasungsreaktor; Vergasungsbrenner; Flugstaubsammelbehaelter; Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl; Flugstaub; Restkohlenstoff; Primaerreaktionszone}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung feinkörniger bis staubförmiger fester Brennstoffe. Feste Brennstoffe sind insbesondere Steinkohle, Koks, Petrolkoks und dergleichen. Die Vergasung geschieht mit Sauerstoff und/oder Luft und gegebenenfalls Wasserdampf im Flugstrom und führt zu einem Rohgas aus hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Das Rohgas führt Flugstaub mit, der einen Anteil an Restkohlenstoff aufweist. Die Vergasung ist eine Druckvergasung. Das Verfahren "indet beim Betrieb einer Anlage für die Vergasung feinkörniger und staubförmiger fester Brennstoffe mit Vergasungsreaktor, der mit Vergasungsbrennern ausgerüstet ist, Einrichtung für die Flugstaubabscheidung aus dem Rohgas, Flugstaubsamrnelbehälter und Einrichtung für die Flugstaubrückführung in den Vergasungsreaktor, wobei die Vergasungsbrenner mit einem am Vergasungsbrenneraustritt rotationssymmetrischen Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl In den Vergasunflsreaktor hineinbrennen und von den Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen in dem Vergasungsreaktor eine Primirreaktionszone hoher Temperatur gebildet wird, Verwendung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage, die für den Betrieb entsprechend diesem Verfahren besonders eingerichtet ist. - In dem Ausdruck Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl bezeichnet Reaktionsmittel sowohl die Oxidationsmittel als auch bereits gebildete Reaktionsprodukte und gegebenenfalls auch Moderatorgas sowie Trägergas.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Im Rahmen der bekannten Maßnahmen, von denen die Erfindung ausgeht, entsprechend dem EP 0072457 B1, sowie dem EP 0109109 B1, wird der Flugstaub dem frischen Brennstoff beigemischt und zusammen mit dem Brennstoff den Vergasungtbrennern zugeführt. Das ist aufwendig und erfordert eine besondere Aufbereitung des Flugstaubes, nämlich umfangreiche und komplizierte technische Einrichtungen mit großen Sicherheitsvorkehrungen. Der Porenraum oder

Lückenraum des aus dem Rohgas abgezogenen Flugstaubes ist mit dem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Rohgas gefüllt, welches erst durch mehrmaliges Beaufschlagen und Umpumpen mit inertgas bis unter die Gefahrengrenze verdünnt oder entfernt werden muß. Auch die Behandlung des aus dem Flugstaub abgetrennten Rohgases ist umständlich und aufwendig, da es häufig schwefelhaltig ist und aus Gründen des Umweltschutzes weder abgefackelt noch sonstwie verbrannt oder an die Atmosphere abgegeben werden kann. Im übrigen stört, daß der dem frischen Brennstoff beigemischte Flugstaub den Heizwert des Brennstoffes reduziert, was die Thermodynamik um! die Reaktionskinetik des Vergasungsprozesses beeinflußt. Grundsätzlich ist es bekannt, Flugstaub ineinen Vergas jngsreaktor zurückzuführen (DE 2409 008 C2i, und zwar über besondere, von den Vergasungsbrennern getrennte Zuführungsdüsen. Das beeinträchtigt die Vergasungsreaktion und hat in die Praxis kaum Eingang gefunden. In der Praxis ist es eher üblich (DE-AS 2325204), den Flugstaub in einem Reaktor auf die Schlacke aufzublasen, wobei im allgemeinen auch der mitgeführte Restkohlenstoff in die Schlacke geht.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Anlage zur Vergasung fester Brennstoffe zur Anwendung zu bringen, mit denen eine hohe Wirtschaftlichkeit des Prozeßverlaufes gewährleistet ist.

Da/.i sung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vergasung feinkörniger bis staubförmiger, fester Brennstoffe sowie eine Anlage, die für den Betrieb entsprechend dem Verfahren besonders eingerichtet ist, zu schaffen, mittels denen ohne besondere Aufbereitung des Flugstaubes sowie ohne störende Beeinflussung der Thermodynamik oder Reaktionskinetik des Vergasungsprozesses eine ausreichend vollständige Einbindung des Flugstaubes in die Schlacke erreicht werden kann, und zwar bei gleichzeitiger Verbrennung des Reetkohlenstoffes.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Flugstaub mit seinem Gehalt an Rohgas und seinem Restkohlenstoff durch einen Fördergasstrom in die Achse von zumindest einem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl eingeführt, von diesem in die Primärreaktionszone eingebracht und in dieser eingeschmolzen wird. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird der Flugstaub durch die Achse des jeweiligen Vergasungsbrenners eingeführt. Die Erfindung nutzt vorteilhaft die Tatsache, daß bei einer Vergasung mit rotationssymmetrischen Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen, dio zur Vergasung fester Brennstoffe eingesetzt werden, die Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen in gasdynamischer Hinsicht sehr stabil sind und einen Flugstaubmengenstrom in die Primärreaktionszone hineintragen können. Die Vergasungsreaktion beginnt bekanntlich bereits in dem Brennstr if-Reaktionsmittel-Strom und wird hier sowie in der Primärreaktionszone durch den Flugstaub nicht gestört, wozu beiträgt, daß auch deren Restkohlenstoff vergast wird. Der Mengenstrom an Flugstaub darf allerdings nicht zu groß gewählt werden. In der Primärreaktionszone entstehen die üblichen hohen Temperaturen von beispielsweise 2000⁰C und mehr, die für das Einschmelzen des Flugstaubes erforderlich sind. Überraschenderweise wird trotz der erfindungsgemäßen Flugstaubrückführung aus der Primärreaktionszone der Flugstaub kaum stärker ausgetragen als üblich und ohne die beschriebene Rückführung von Flugstaub. Im ungereinigten Rohgas reichert sich der Flugstaub nicht störend an, so daß die beschriebene Kreislaufführung möglich ist.

Im einzelnon bestehen mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Vorteilhaft wird mit Vergasungsbrennern gearbeitet, die einen zur Vergasungsbrennerachse koaxialen Zuführungskanal für Primärsauerstoff, einen umgebenden Ringkanal für die Brennstoffzuführung und einen diesen mittelbar oder unmittelbar umgebenden Ringkanal für die Zuführung von Sekundärsauerstoff aufweisen. Hier empfiehlt die Erfindung, den Flugstaub in der Achse des Zuführungskanals für den Primärsauerstoff durch einen besonderen Zuführungskanal zuzuführen. Der Primärsauerstoffstrom kann in zwei konzentrische Teilströme aufgeteilt werden. Um die Vergasungsreaktion nicht zu beeinträchtigen, empfiehlt es sich, so vorzugehen, daß die Vergasungsbrenner für die Zuführung eines Flugstaubmengenstromes eingerichtet sind, der um einen Faktor von 0,01 bis 0,15 kleiner ist eis der Brennstoffmengenstrom. Das gilt praktisch proportional für andere Auslegungen des Vergasungsbrenners. Diese Abstimmung läßt sich bei üblichen Vergasungsreaktoren des eingangs beschriebenen Aufbaus ohne Schwierigkeiten dann verwirklichen, wenn der Flugstaub übor alle Vergasungsbrenner zugeführt wird. Zusätzliche Maßnahmen für die Sauerstoffzuführung und die Regelung der Sauerstoffzuführung-sind nicht erforderlich. Vielmehr genügt es, daß die Menge des Primärsauerstoffos und/oder des Sekundärsauerstoffes nach Maßgabe des Restkohlenstoffgehaltes im Flugstaub erhöht wird.

Es ist eine Ausgestaltungsform der Erfindung, daß die Vergasungsbrenner einen zentralen Zuführungskanal für den Flugstaub aufweisen, der von einem Ringkanal für die Zuführung von Primärsauerstoff umgeben ist und daß die zentralen Zuführungskanäle übet eine Dosiereinrichtung an den Flugstaubsammelbehälter angeschlossen sind.

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist eine Anlage schematisch dargestellt.

Die dargestellte Anlage besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Vergasungsreaktor 1, der mit Vergasungsbrennern 2 ausgerüstet ist, einer Einrichtung 3 für die Flugstaubabscheidung aus dem Rohgas, einem Flugstaubsammelbehälter 4 mit Einrichtung für die Flugstaubrückführung in den Vergasungsreaktor 1. Die Vergasungsbrenner 2 brennen mit am Vergasungsbrenneraustritt rotationssymmetrischem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl 5 in den Vergasungsreaktor 1 hinein und erzeugen in diesem eine Primärreaktionszone 6 hoher Temperatur. Wie sich aus dem vergrößerten Ausschnitt A ergibt, besitzen die Vergasungsbrenner 2 einen zentralen Zuführungskanal 7 (ür den Flugstaub. Dieser ist von einem Ringkanal 8 für die Zuführung von Primärsauerstoff umgeben. Die Anordnung ist fernerhin so getroffen, daß die zentralen Zuführungskanäle 7 über eine Doslereinrichtung 9 an den Flugstaubsammelbehälter 4 angeschlossen sind. - Es versteht sich, daß die Vergasungsbrenner 2 im übrigen wie bei der Vergasung von festen Brennstoffen üblich eingerichtet sein können.

Aus dem Vergasungereaktor 1 gelangt das mit Flugstaub beiadene Rohgas durch die Leitung 10 in die Einrichtung 3 für die Flugstaubabscheidung, die als Abscheidezyklon ausgeführt ist. Hier wird der Flugstaub abgetrennt. Der abgetrennte Flugstaub, der in seinem Porenraum oder Lückenraum noch Rohgas enthält, fällt durch die Leitung 11 in den Flugstaubsammelbehälter 4. Aus diesem Flugataubsammelbehälter 4 wird die Dosiereinrichtung 9 bedient. Zu ihr gehören zwei Zuteilbehälter 12. Periodisch werden aus dem Flugstaubsammelbehälter 4 durch freien Fall die beiden Zuteilbehälter 12 über Leitungen 13 gefüllt. Der jeweils mit Flugstaub gefällte Zuteilbehälter 12 wird durch eine Leitung 14 mit gereinigtem Rohgas oder Inertgas unter einer· Druck gesetzt, der nur unwesentlich Ober dem Druck im Vergasungsreaktor 1 liegt. Durch die Leitungen 15 wird der Flugstaub unter ausreichenden Druck Ober die Leitung 16 in die Leitungen eingeführt, die in den Vergasungsbrennern 2 münden. Sie münden in den zentralen Zuführungskanal 7 für den Flugstaub, der von dem Ringkanal 8 für die Zuführung von Primärsauerstoff umgeben ist. DiaLeltungen 17 sind Entspannungsleitungen für die jeweils geleerten Zuteilbehälter 12 und führen in die aus der Einrichtung 3 für die Flugstaubabscheidung abgehende Leitung 18 für das gereinigte Rohgas. - Es versteht sich, daß das Verfahren von den Hilfsmitteln der modernen Verfahrenstechnik begleitet werden muß. Dazu werden die üblichen Meß- und Regelorgann eingebaut und werden die erforderlichen Regel- und Steuerungsmaßnahmen rechnergestützt durchgeführt.

Analyse des Brennstoffes (Kohle):	C	68,40Gew.-%wf
	H	4,40Gew.-%wf
	O	6,03Gew.-%wf
	N	1,e0Gew.-%wf
	S	1,10Gew.-%wf
	Cl	0,17Gew.-%wf
	Asche	18,30Gew.-%wf
	gesamt	100,OOGew.-%wf
Hu	27,1326	MJ/k_8wf
Kohlenstaubmenge	13006	kg*f/h
je Brenner
Chemische Wärmemenge	352860	MJ/h
der Kohle je Brenner
Flugstaubmenge	540	Wh
je Brenner
Chemische Wärmemenge	2824	MJ/h
des Flugstaubes je Brenner
Rohgasmenge im Lückenvolumen	17,25	m³„„/h
des Flugstaubes
Chemische Wärmemenge	192,8	MJ/h
des Rohgases

Diese Mengenrelationen ergeben sich aus folgenden Gründen:

80% der in den Vorgasungsreaktor mit dem Brennstoff eingesetzten Asche werden als Schlacke ausgetragen, 20% der Asche plus unvergaster Kohlenstaub werden mit dem Gas eusgetragen. 80% der im Gas enthaltenen Feststoffe (Flugstaub) werden in dem Flugstaubabscheider abgeschieden und unter den beschriebenen Bedingungen in die Vergasungsbrenner zurückgeführt.

Claims

1. Verfahren zur Vergasung feinkörniger bis staubförmiger fester Brennstoffe, - mit einem Vergasungsreaktor, der mit Vergasungsbrennern ausgerüstet ist, einer Einrichtung für die Flugstaubabscheidung aus dem Rohgas, sowie Flugstaubsammelbehälter und Einrichtung für die Flugstaubrückführung in den Vergasungsreaktor, wobei die Vergasungsbrenner mit einem am Vergasungsbrenneraustritt rotationssymmetrischen Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in den Vergasungsreaktor hineinbrennen und von den Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen in dem Vergasungsreaktor eine Primärreaktionszone hoher Temperatur gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugstaub mit seinem Gehalt an Rohgas und seinem Restkohlenstoff durch einen Fördergasstrom in die Achse von zumindest einem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl eingeführt, von dem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in die Primärreaktionszone eingebracht und in dieser eingeschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugstaub durch die Achse des jeweiligen Vergasungsbrenners eingeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei die Vergasungsbrenner einen zur Achse des Vergasungsbrenners koaxialen Zuführungskanal für Primärsauerstoff, einen umgebenden Ringkanal für die Brennstoffzuführung und einen diesen umgebenden Ringkanal für die Zuführung von Sekundärsauerstoff aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugstaub in der Achse des Zuführungskanals für den Primärsauerstoff durch einen besonderen Zuführungskanal zugeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasungsbrenner für die Zuführung eines Flugstaubmengenstromes eingerichtet sind, der um einen Faktor von 0,01 bis 0,15 kleiner ist als der Brennstoffmengenstrom.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Primärsauerstoffes und/oder des Sekundärsauerstoffes nach Maßgabe des Restkohlenstoffgehaltes im Flugstaub erhöht wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugstaub über alle Vergasungsbrenner zugeführt wird.

7. Anlage zur Vergasung feinkörniger bis staubförmiger, fester Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasungsbrenner (2) einen zentralen Zuführungskanal (7) für den Flugstaub aufweisen, der von einem Ringkanal (8) für die Zuführung von Primärsauerstoff umgeben ist, und daß die zentralen Zuführungskanäle (7) über eine Dosiereinrichtung (9) an den Flugstaubsammelbehälter (4) angeschlossen sind.