DE10115379A1 - Verfahren zur Abhitzenutzung heißer Rohgase aus einer mit festen Brennstoffen betriebenen Vergasungsanlage sowie Anlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abhitzenutzung heißer Rohgase aus einer mit festen Brennstoffen betriebenen Vergasungsanlage. Die Rohgase werden an Wärmeübertragungsflächen eines Abhitzekessels gekühlt. Feinteilige Feststoffe werden aus dem gekühlten Gasstrom abgeschieden. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung im Abhitzekessel werden dem Rohgasstrom erfindungsgemäß staubförmige Additive zugegeben. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abhitzenutzung heißer Rohgase aus einer mit festen Brennstoffen betrie­ benen Vergasungsanlage.

Je nach Ausführung der Vergasungsanlage erfolgt die Ver­ gasung drucklos oder unter Druck in einem Druckbereich zwischen 10 und 100 bar. Bei der Vergasung sind Vergasungs­ temperaturen bis 2000°C möglich. Als Brennstoffe für die Vergasung werden beispielsweise Kohle, Petrolkoks, Bio­ masse, Abfälle und Müll/Restmüll eingesetzt. Die Auswahl richtet sich im Wesentlichen nach ökonomischen Gesichts­ punkten. Dabei entscheidet die Abhitzenutzung der heißen Rohgase, die den Vergasungsreaktor verlassen, über die Höhe des Wirkungsgrades der Gesamtanlage.

Die Menge an Flugstaub, die gemeinsam mit dem Rohgas aus dem Vergasungsreaktor ausgetragen wird, kann bei dem Be­ trieb einer großtechnischen Vergasungsanlage kaum beein­ flusst werden. Flugstaub besitzt negative Eigenschaften, da er sich an den Wärmeübertragungsflächen eines Abhitze­ kessels absetzt und den Wärmeübergang behindert. Ande­ rerseits wirken die Flugstaubpartikel jedoch auch als Kondensationskeime für die Kondensation dampfförmiger Stoffe, z. B. von Schwermetallen, anorganischer oder organi­ scher Verbindungen, die unter Vergasungsbedingungen ver­ dampfen und an den Wärmeübertragungsflächen des Abhitze­ kessels kondensieren. Gemische aus Flugstaub und Konden­ sationsprodukten lassen sich von den Wärmeübertragungs­ flächen des Abhitzekessels häufig nur schlecht entfernen.

Die sich ausbildenden Deckschichten an den Wärmeüber­ tragungsflächen behindern den Wärmeübergang und haben zur Folge, dass der Wirkungsgrad des Abhitzekessels deutlich schlechter wird und die Leistung der Vergasungsanlage ab­ gesenkt werden muss, um Auslegungsgrenzen nicht zu über­ schreiten.

Bei Feuerungen ist es bekannt, Additive in die Flamme oder den Brennerraum einzublasen, um die Schlackenbildung zu be­ einflussen und Anbackungen an Wärmeaustauscherflächen zu reduzieren (US 4 377 118, GB 1 335 462). Ferner ist es bei der Vergasung von feinkörnigen Brennstoffen bekannt, Flug­ asche aus dem Rohgasstrom, der den Vergasungsreaktor ver­ lässt, abzuscheiden, zurückzuführen und dem Brennstoff zuzumischen (DE 41 05 227). Auf den Wirkungsgrad eines Ab­ hitzekessels in einer Vergasungsanlage haben diese Maß­ nahmen keinen Einfluss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad des Abhitzekessels einer Vergasungsanlage zu verbessern.

Ausgehend von einem Verfahren zur Abhitzenutzung heißer Rohgase aus einer mit festen Brennstoffen betriebenen Vergasungsanlage, bei dem die Abgase an Wärmeübertragungs­ flächen eines Abhitzekessels gekühlt und feinteilige Fest­ stoffe aus dem gekühlten Gasstrom abgeschieden werden, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Roh­ gasstrom staubförmige Additive zur Verbesserung der Wärme­ übertragung im Abhitzekessel zugegeben werden. Die erfin­ dungsgemäße Zugabe von staubförmigen Additiven in den heißen Rohgasstrom, der aus einem Vergasungsreaktor austritt, wirkt sich in mehrfacher Hinsicht überraschend vorteilhaft auf den Wirkungsgrad des Abhitzekessels aus. Durch die Zugabe staubförmiger Additive wird die Zahl der Kondensationskeime im Rohgasstrom erhöht, was die Konden­ sation dampfförmiger Schwermetalle sowie dampfförmiger organischer und anorganischer Verbindungen begünstigt. Die staubförmigen Additive verändern ferner die Eigenschaften des originären, im Rohgasstrom bereits enthaltenem Flug­ staubes und beeinflussen den Aufbau und die Konsistenz von an den Wärmeübertragungsflächen sich bildender Deck­ schichten. Die im Rohgasstrom enthaltenen Partikel zer­ stören eine sich ausbildende gleichförmige Foulingschicht und bewirken, dass Ablagerungen sich leichter lösen lassen.

Die Zugabe der Additive kann auf verschiedene Weise er­ folgen. Die Additive können vor dem Abhitzekessel und/oder innerhalb des Abhitzekessels in Strömungsbereichen vor Wärmeübertragungsflächen dem Rohgasstrom dosiert zugegeben werden. Sofern ein Quenchgasstrom aus dem gekühlten Rohgas abgezweigt und in den aus einem Vergasungsreaktor austre­ tenden heißen Rohgasstrom zurückgeführt wird, um schmelz­ flüssig aus dem Vergasungsreaktor austretende Flugstrompar­ tikel vor Eintritt in den Abhitzekessel durch Kühlung zu verfestigen, bietet es sich an, die Additive oder einen Teil der Additive dem Quenchgasstrom zuzugeben und mit diesem dem Rohgasstrom zuzuführen. Die Additive können pneumatisch gefördert und mit einem Fördergasstrom in den Rohgasstrom und/oder Quenchgasstrom eingespeist werden. Daneben besteht auch die Möglichkeit, die Additive als Feststoffstrom durch mechanische Zuteileinrichtungen, z. B. unter Verwendung von Förderschnecken oder Zellenrädern, zuzuführen.

Als Additive kommen beispielsweise Flugstaub, zu vergasende Einsatzstoffe, Schlacke oder schlackeähnliche Stoffe, Kalk­ stein, Mergel, Tone, Kiesabbrand, Bauxit oder Diatomeenerde sowie Mischungen der vorgenannten Materialien in Betracht. Zweckmäßig werden Additive mit einer mittleren Korngröße zwischen 5 µm und 100 µm verwendet und in einem Mengenstrom dosiert aufgegeben, der dem 0,1- bis 5-Fachen des im Rohgas enthaltenen Flugstaubes entspricht.

Die aus dem gekühlten Rohgas abgeschiedenen, feinteiligen Feststoffe werden entweder ausgeschleust oder in den Ver­ gasungsreaktor zurückgeführt.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage nach Anspruch 1 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Eine weitere Ausgestaltung dieser Anlage ist in Anspruch 11 be­ schrieben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 das Blockschema einer Vergasungsanlage mit erfin­ dungsgemäßen Einrichtungen zur Abhitzenutzung heißer Rohgase, und

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Abhitzekessel der in Fig. 1 dargestellten Anlage mit einer zugeordneten Zuteileinrichtung für staubförmige Addi­ tive.

Die in Fig. 1 dargestellte Vergasungsanlage weist einen Vergasungsreaktor 1 für fest Brennstoffe, einen Abhitze­ kessel 2 zur Kühlung des aus dem Vergasungsreaktor aus­ tretenden Rohgases und eine Vorrichtung 3 zur Ausscheidung feinteiliger Feststoffe aus dem gekühlten Rohgas auf. Der Abhitzekessel 2 ist mit in Fig. 2 angedeuteten Wärmeüber­ tragungsflächen 4 für einen indirekten Wärmeaustausch aus­ gerüstet. Dem Blockschaltbild in Fig. 1 entnimmt man, dass ein Quenchgasstrom 5 aus dem gekühlten Rohgas abgezweigt und in den aus dem Vergasungsreaktor austretenden heißen Rohgas zurückgeführt wird, um schmelzflüssig aus dem Ver­ gasungsreaktor 1 austretende Flugstaubpartikel vor Eintritt in den Abhitzekessel 2 durch Kühlung zu verfestigen. Ferner entnimmt man der Darstellung in Fig. 1, dass ein Teil 6 der aus dem gekühlten Rohgas abgeschiedenen feinteiligen Fest­ stoffe in den Vergasungsreaktor 1 zurückgeführt und dem Brennstoff zugemischt wird. Vorgesehen ist ferner eine Zuteilvorrichtung 7 für staubförmige Additive, die dem Roh­ gasstrom zugeführt werden und die Wärmeübertragung im Ab­ hitzekessel 2 verbessern.

Die Aufgabe der Additive erfolgt an Aufgabestellen 8 vor dem Abhitzekessel 2 oder innerhalb des Abhitzekessels 2, wobei die Aufgabestellen 8 in Strömungsbereichen vor Wärme­ übertragungsflächen 4 angeordnet sind. Ferner können die Additive oder ein Teil der Additive dem Quenchgasstrom 5 zugegeben und mit diesem dem Rohgasstrom zugeführt werden. Die staubförmigen Additive bilden Kondensationskeime für dampfförmige Stoffe, z. B. Schwermetalle, anorganische und organische Verbindungen, die im Vergasungsreaktor 1 unter Vergasungsbedingungen verdampfen und bei Kühlung im Ab­ hitzekessel 2 kondensieren. Die Kondensationskeime ver­ bessern den Wärmeübergang und verändern Eigenschaften des originären, sich bereits im Rohgas befindlichen Flugstau­ bes. Die staubförmigen Additive verhindern ferner, dass sich schwer abzulösende Deckschichten an den Wärmeübertra­ gungsflächen 4 bilden. Sogenannte Foulingschichten an den Wärmeübertragungsflächen werden durch die Additive zer­ stört; zumindest aber wird die Tendenz zu Bildung solcher Foulingschichten reduziert. Im Ergebnis kann der Wirkungs­ grad des Abhitzekessels 2 deutlich verbessert werden.

Vorzugsweise werden Additive mit einer mittleren Korngröße zwischen 5 µm und 100 µm verwendet und in einem Mengenstrom dosiert aufgegeben, der dem 0,1- bis 5-Fachen des im Rohgas enthaltenen Flugstaubes entspricht. Als Additive eignen sich beispielsweise Flugstaub, zu vergasende Einsatzstoffe, Schlacke oder schlackeähnliche Stoffe, Kalkstein, Mergel, Tone, Kiesbrand, Bauxit oder Diatomeenerde oder Mischungen aus diesen Stoffen. Die Auswahl des Additivs sowie die Additivmenge richten sich nach den Foulingbedingungen an den Wärmeübertagungsflächen 4 des Abhitzekessels 2.

Die Additive können als Feststoffstrom durch mechanische Zuteileinrichtungen dem Rohgasstrom und/oder dem Quench­ gasstrom 5 zugeführt werden. Geeignet sind beispielsweise Förderschnecken und Zellenräder. Ferner können die Additive pneumatisch gefördert und mit einem Fördergasstrom in den Rohgasstrom und/oder Quenchgasstrom 5 eingespeist werden.

Eine Vorrichtung für die Zuteilung und Dosierung der Additive ist in Fig. 2 dargestellt. Die dort dargestellte Vorrichtung umfasst einen drucklosen Vorratsbehälter 10, Förderbehälter 11 sowie einen druckbeaufschlagten Zuteil­ behälter 12. Die Additive werden in den drucklosen Vor­ ratsbehälter 10 gebracht, von wo sie unter Schwerkraft in die wechselweise betriebenen Förderbehälter 11 gelangen. Nach Befüllung eines Förderbehälters 11 wird dieser mit Inertgas, vorzugsweise N₂ oder CO₂, druckbeaufschlagt. Durch Inertgas erfolgt auch die Förderung der staubförmigen Additive zum Zuteilbehälter 12 und vom Zuteilbehälter eine oder mehrere Aufgabestellen 8 im Abhitzekessel 2. Anstelle des in Fig. 2 dargestellten pneumatischen Eintrags kann auch eine Zuteilschnecke zum Einsatz kommen, wobei die gleichmäßige Verteilung des Additivs durch Verwirbelung mit dem Rohgas erfolgt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Abhitzenutzung heißer Rohgase aus einer mit festen Brennstoffen betriebenen Vergasungsanlage, wobei die Rohgase an Wärmeübertragungsflächen eines Abhitzekes­ sels gekühlt und feinteilige Feststoffe aus dem gekühlten Gasstrom abgeschieden werden, dadurch gekenn­ zeichnet, dass dem Rohgasstrom staubförmige Additive zur Verbesserung der Wärmeübertragung im Abhitze­ kessel (2) zugegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive vor dem Abhitzekessel (2) und/oder innerhalb des Abhitzekessels (2) in Strömungsbereichen vor Wärme­ übertragungsflächen (4) dem Rohgasstrom dosiert zugegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass ein Quenchgasstrom (5) aus dem gekühlten Rohgas abgezweigt und in den aus einem Vergasungsreaktor (1) austretenden heißen Rohgasstrom zurückgeführt wird, um schmelzflüssig aus dem Vergasungsreaktor (1) austretende Flugstrompartikel vor Eintritt in den Abhitzekessel (2) durch Kühlung zu verfestigen, und dass die Additive oder ein Teil der Additive dem Quenchgasstrom (5) zugegeben und mit diesem dem Rohgasstrom zugeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive pneumatisch gefördert und mit einem Fördergasstrom in den Rohgasstrom und/oder Quenchgasstrom (5) eingespeist werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive als Feststoffstrom durch mechanische Zuteileinrichtungen dem Rohgasstrom und/oder dem Quenchgasstrom (5) zugeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Additive Flugstaub, zu vergasende Einsatzstoffe, Schlacke oder schlackeähnliche Stoffe, Kalk­ stein, Mergel, Tone, Kiesabbrand, Bauxit oder Diatomeenerde oder Mischungen aus diesen Stoffen verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive in einem Mengenstrom dosiert aufgegeben werden, der dem 0,1- bis 5-Fachen des im Rohgas enthaltenen Flugstaubes entspricht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive mit einer mittleren Korn­ größe zwischen 5 µm und 100 µm verwendet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem gekühlten Rohgas abge­ schiedenen feinteiligen Feststoffe in den Vergasungsreaktor (1) zurückgeführt werden.

10. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit
einem Vergasungsreaktor (1) für feste Brennstoffe,
einen Abhitzekessel (2) zur Kühlung des aus dem Ver­ gasungsreaktor (1) austretenden Rohgases und
einer Vorrichtung (3) zur Abscheidung feinteiliger Feststoffe aus dem gekühlten Rohgas,
wobei der Abhitzekessel (2) Wärmeübertragungsflächen (4) für einen indirekten Wärmeaustausch aufweist, gekennzeich­ net durch eine Zuteilvorrichtung (7, 8) für staubförmige Additive, die dem Rohgasstrom vor Eintritt in den Ab­ hitzekessel (2) und/oder innerhalb des Abhitzekessels (2) in Strömungsbereichen vor Wärmeübertragungsflächen (4) zugeführt werden.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuteilvorrichtung (7, 8) eine Einrichtung für eine pneumatische Förderung der Additive oder eine mechanische Einrichtung zur Förderung eines Feststromes aufweist.