DE102008035294B4

DE102008035294B4 - Mehrstufiges Staubdosiersystems für hohe Drücke mittels Schleusen

Info

Publication number: DE102008035294B4
Application number: DE102008035294.2A
Authority: DE
Inventors: Volker Kirchhübel; Dr. Schingnitz Manfred; Günter Tietze; Heidrun Toth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: DE202008016646U1; DE102008035294A1

Abstract

Verfahren zur Bespannung von Staubschüttungen mit Gas auf einen hohen Betriebsdruck bis 10 MPa in einem Staubeintragsystem, aufweisend – eine erste Schleuse (2) eines ersten Betriebsdrucks, der zwischen dem Atmosphärendruck und dem zweiten, hohen Betriebsdruck liegt, wobei der ersten Schleuse (2) über eine erste absperrbare Staubleitung (16) Staub zuführbar ist, – eine zweite Schleuse (3) eines zweiten, des hohen Betriebsdrucks, – eine absperrbare Verbindungsleitung (9) und eine zweite absperrbare Staubleitung (14), die die zweite Schleuse (3) mit der ersten Schleuse (2) verbinden, wobei die zweite Schleuse (3) über eine dritte absperrbare Staubleitung (15) und eine absperrbare Druckausgleichsleitung (13) mit einem Ziel- beziehungsweise Dosiergefäß (4), das mit dem zweiten, hohen Betriebsdruck beaufschlagbar ist, verbunden ist, demzufolge – die zweite Staubleitung (14) und die Verbindungsleitung (9) zwischen der ersten Schleuse (2) und der zweiten Schleuse (3) gesperrt werden, – die zweite Schleuse (3) über die Bespannungsleitung (10) mit Gas des hohen Betriebsdrucks beaufschlagt wird, – der Staubinhalt der zweiten Schleuse (3) über die dritte Staubleitung (15) dem Ziel- beziehungsweise Dosiergefäß (4) zugeführt wird, – die dritte Staubleitung (15), und die Bespannungsleitung (10) sowie die Druckausgleichsleitung (13) der zweiten Schleuse (3) gesperrt werden, – sämtliche Gas führenden Leitungen, nämlich die erste Staubleitung (16), die Entspannungsleitung (7) und die Auflockerungsleitung (8), der ersten Schleuse (2) gesperrt werden, – die Verbindungsleitung (9) zwischen der zweiten Schleuse (3) der ersten Schleuse (2) zwecks Druckausgleich geöffnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bespannung von Staubschüttungen mit Gas auf einen hohen Betriebsdruck bis 10 MPa in einem Staubeintragsystem.
In vielen technischen Prozessen ist es erforderlich, Stäube auf ein sehr hohes Druckniveau anzuheben. Genannt sei beispielsweise die Kohlenstaubvergasung mit Vergasungsdrücken bei pneumatischer Staubförderung, die bisher auf ca. 4 MPa (40 bar) beschränkt ist. Nach dem Stand der Technik benutzt man zur Überwindung dieser Drücke bei der Staubdruckvergasung ein einstufiges Schleusensystem, wie es in „NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN ZUR VERWERTUNG UND ENTSORGUNG VON ABFÄLLEN”, EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH, 1996, Seite 34 beschrieben ist. Dabei wird der Brennstaub aus einem unter Umgebungsdruck stehenden Vorratsbunker Schleusen zugeführt, die anschließend durch Zuführung eines kondensatfreien Inertgases auf den erforderlichen Betriebsdruck bespannt werden. Durch Schwerkraftförderung gelangt nunmehr der unter Druck stehende Brennstaub in ein gleichen Druck aufweisendes Dosiergefäß, das unter den Druckschleusen angeordnet ist. Im Unterteil des Dosiergefäßes wird durch Zuführung eines gleichfalls inerten Fluidisierungsgases eine sehr dichte Wirbelschicht erzeugt, in die eine oder mehrere Staubförderleitungen eintauchen. Durch Anlegen einer Druckdifferenz zwischen dem Dosiersystem und dem Empfänger des Brennstaubes, z. B. einem Vergasungsreaktor, fließt der Brennstaub diesem als dichte Staub-Gassuspension zu. Diese Förder- und Dosiertechnologie hat sich in der Praxis bewährt, besitzt aber den Nachteil, dass der Druck auf ca. 40 bar begrenzt ist, unter anderem um den Verbrauch an Bespannungsgas zu begrenzen. Weiterhin bedeuten die großen Druckunterschiede in den Schleusen zwischen Umgebungsdruck bei Befüllung der Schleusen und der Bespannung auf den gewünschten Betriebsdruck eine hohe Belastung der staubführenden Armaturen, was erheblichen Verschleiß zur Folge hat. Ist ein Vergasungsprozess bei höheren Drücken von beispielsweise 40 bis 100 bar durchzuführen, so ging man zum Einsatz von Kohlenstaub-Wasser-Suspensionen, sogenannten Slurries über, wie es beispielsweise in Dürrfeld u. a., „Förderung und Dosierung von Kohle/Wassersuspensionen”, Chem.-Ing.-Technik 56 (1984)6, S. 496–497 beschrieben ist. Diese Technologie besitzt den Nachteil, dass erhebliche Wassermengen dem Vergasungsprozess zugeführt werden mit Wirkungsgradverlusten bis zu 10%.
Aus der EP0101098B1 ist ein Verfahren zum Transportieren von teilchenförmigem festen Brennstoff von einem unter Atmosphärendruck stehenden Vorratsbehälter mittels eines Schleusensystems zu einem Reaktor bekannt, bei dem zwei kaskadiert angeordnete Schleusen gegeben sind, wobei die erste Schleuse mit einem ersten Inertgas unter Atmosphärendruck und die zweite Schleuse mit einem zweiten Inertgas mit dem hohen Betriebsdruck beaufschlagt werden.
Aus der AT378199B ist es bekannt, Schleusensysteme für Vergasungsdruckreaktoren mit mehreren, parallel geschalteten Linien auszuführen, sie phasenverschoben betrieben werden, so dass der Vergasungsprozess kontinuierlich mit Brennstoff versorgt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bespannung von Staubschüttungen mit Gas auf einen hohen Betriebsdruck bis 10 MPa in einem pneumatischen Staubeintragsystem anzugeben, bei dem trotz der Schleusung des Staubes auf Drücke von 4 bis 10 MPa (40 bis 100 bar) sowohl die benötigte Menge des Bespannungsgases, als auch die Belastung der Armaturen begrenzt wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bespannung von Staubschüttungen mit Gas auf einen hohen Betriebsdruck bis 10 MPa in einem mehrstufigen Schleusensystem nach Anspruch 1 gelöst, bei dem das Entspannungsgas der Schleusen mit den höheren Drücken zur Bespannung der Schleusen mit den niedrigeren Drücken genutzt wird.
In vorteilhafter Weise können die Entspannungsgase der 2. Druckstufe mit dem höheren Druck für die Bespannung der ersten Druckstufe mit dem niedrigeren Druck genutzt werden.
Die Erfindung reduziert zum Einen die benötigte Menge an Bespannungsgas und zum Anderen die Belastung der Armaturen.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung mündet die Bespannungsleitung 10 im unteren Bereich der zweiten Schleuse 3 bzw. mündet die absperrbare Verbindungsleitung 13 im unteren Bereich der zweiten Schleuse 3 bzw. mündet die Auflockerungsleitung 8 im unteren Bereich der ersten Schleuse 2 und als Auflockerungsleitung 10 im unteren Bereich der Schleuse 3. Durch diese Maßnahmen wird die Fluidisierung des Staubes in den zugehörigen Schleusen verbessert.
Vorteilhafte Lösungen des Anmeldegegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Anmeldungsgegenstand wird im nachfolgenden Ausführungsbeispiel unter Zuhilfenahme von 1 in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang erläutert:
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bespannungssystem, Staubeintragsystem mit mehreren Druckstufen
Ein Reaktor zur Vergasung von Brennstaub soll unter einem Druck von 6 MPa (60 bar) betrieben werden. Die Reaktorleistung soll 200 MW betragen, so dass eine Staubmenge von ca. 30 Mg/h zuzuführen ist. Das Staubeintragsystem arbeitet bei einem Betriebsdruck von ca. 63 bar. Zur Überwindung der Druckdifferenz zwischen dem praktisch drucklosen Betriebsbunker 1 und dem durchgängig unter dem erforderlichen Betriebsdruck von etwa 63 bar arbeitenden Ziel-/Dosiergefäß 4 wird ein System aus zwei zweistufigen Eintragsträngen gewählt. Jeder Eintragstrang umfasst die zwei Staubschleusen 2 (1. Druckstufe) und 3 (2. Druckstufe).
Die Arbeitsweise eines Eintragstranges wird nachfolgend auf der Basis des folgenden Ausgangszustands beschrieben:

– Staubschleuse 2 (1. Druckstufe): gefüllt und drucklos
– Staubschleuse 3 (2. Druckstufe): gefüllt und auf den Betriebsdruck des Dosiergefäßes 4 bespannt.

4

3

4

13

3

4

3

2

15

13

3

9

2

3

2

Nach vollständigem Druckausgleich zwischen den beiden Schleusstufen wird auch die Absperrarmatur in der Staubleitung 14 zwischen der Staubschleuse 2 und der Staubschleuse 3 geöffnet und der Staubinhalt der Staubschleuse 2 wird durch Schwerkraftförderung in die Staubschleuse 3 überführt. Zur Unterstützung des Staubaustrags kann der Staubschleuse 2 über die Auflockerungsleitung 8 Inertgas zugeführt werden. Das bei der Staubübernahme aus der Staubschleuse 3 zu verdrängende Gas gelangt über die Verbindungsleitung 9 in die Staubschleuse 2. Nach vollständiger Staubübernahme werden die Absperrarmaturen in der Verbindungsleitung 9 sowie in der Staubleitung 14 zwischen den beiden Schleusstufen geschlossen. Anschließend wird die Staubschleuse 3 durch Inertgaszuführung über die Bespannungsleitung 10 vom momentan anliegenden Druckausgleichsniveau auf den Betriebsdruck des Dosiergefäßes 4 bespannt. Damit steht die Staubschleuse 3 zur erneuten Staubübergabe in das Dosiergefäß 4 bereit. Gleichzeitig mit der Bespannung der Staubschleuse 3 wird der Druck in der nunmehr von Staub entleerten Staubschleuse 2 durch Gasabführung über die Entspannungsleitung 7 vom Druckausgleichsniveau auf Umgebungsdruck abgesenkt. Damit kann die Staubschleuse 2 erneut mit Vergasungsstaub aus dem praktisch drucklos arbeitenden Betriebsbunker 1 befüllt werden und der Ausgangszustand des erläuterten Schleuszyklus ist wieder erreicht.
Die Staubbevorratung im Betriebsbunker 1 wird über die Staubzuführung 5 aus einer Mahltrocknungsanlage oder aus einem Staubsilo ständig gewährleistet. Durch Einleitung von Inertgas 6 in den Auslaufkonus wird der Betriebsbunker 1 inertisiert; gleichzeitig wird dadurch das Auslaufverhalten des Staubs verbessert.
Im Unterteil des Dosiergefäßes 4 wird durch die Wirbel- bzw. Fördergaszuführung 11 eine partielle Wirbelschicht erzeugt, aus der die zum Vergasungsreaktor führenden Staubförderleitungen 12 gespeist werden.
Die einzelnen Eintragstränge eines Eintragsystems arbeiten prinzipiell unabhängig voneinander. Da jedoch Dosiersysteme in der Regel so konzipiert werden, dass jeweils nur der Staubinhalt einer Staubschleuse in das Dosiergefäß 4 übernommen wird, ergibt sich ohnehin eine zeitliche Staffelung der einzelnen Takte in parallel arbeitenden Eintragsträngen. Die beiden Eintragstränge arbeiten vorzugsweise mit einem Phasenversatz von π. Es können auch eine Vielzahl (n = 3, 4, 5 ...) von Eintragsträngen angeordnet sein, die vorzugsweise mit einem Phasenversatz von 2π/n arbeiten.
Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Staubeintragsystems ist gegeben durch ein Verfahren zur Druckförderung von Brennstoff-Gas-Suspensionen bei Drücken bis 100 bar, wobei Brennstoffe fein aufgemahlene Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, Petrolkokse, Rest- und Abfallstoffe oder Biomassen sein können, wie sie bei der Staubdruckvergasung mit freiem Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmitteln zum Einsatz kommen, demzufolge die erforderliche Druckerhöhung in mehreren Druckstufen erfolgt, wobei die Entspannungsgase der 2. Druckstufe für die Bespannung der ersten Druckstufe genutzt werden.
In einer besonderen Ausgestaltung erfindungsgemäßen Staubeintragsystems wird bei Staubbedarf im Dosiergefäß 4 der Staubinhalt der Staubschleuse 3 in das Dosiergefäß 4 übernommen und das aus dem Dosiergefäß 4 verdrängte Gas gelangt über die Druckausgleichsleitung 13 in die Staubschleuse 3.
In einer besonderen Ausgestaltung erfindungsgemäßen Staubeintragsystems wird der Gasinhalt der vollständig von Staub entleerten, aber noch unter dem Druckniveau des Dosiergefäßes 4 stehenden Staubschleuse 3 zur Vorbespannung der mit Staub gefüllten, aber noch drucklosen Staubschleuse 2 genutzt wird, wobei über die Verbindungsleitung 9 zwischen den Staubschleusen 2 und 3 Druckausgleich herbeigeführt wird.
In einer besonderen Ausgestaltung erfindungsgemäßen Staubeintragsystems wird nach vollständigem Druckausgleich zwischen den Staubschleusen 2 und 3 die Absperrarmatur in der Staubleitung 14 geöffnet und der Staubinhalt der Staubschleuse 2 durch Schwerkraftförderung in die Staubschleuse 3 überführt.
In einer besonderen Ausgestaltung erfindungsgemäßen Staubeintragsystems wird nach Überführung des Brennstaubes in die Staubschleuse 3 durch Inertgaszuführung über die Bespannungsleitung 10 das gleiche Druckniveau wie im Dosiergefäß herbeigeführt, so dass die Staubschleuse 3 zur erneuten Staubübergabe an das Dosiergefäß 4 bereit steht.
In einer besonderen Ausgestaltung erfindungsgemäßen Staubeintragsystems wird gleichzeitig zur Bespannung der Staubschleuse 3 der Druck in der entleerten Staubschleuse 2 durch Gasabführung über die Entspannungsleitung 7 auf Umgebungsdruck abgesenkt und die Staubschleuse 2 erneut mit Vergasungsstaub aus dem Betriebsbunker 1 befüllt.
In einer besonderen Ausgestaltung erfindungsgemäßen Staubeintragsystems wird im Unterteil des Dosiergefäßes 4 durch die Wirbel- und Fördergaszuführung 11 eine partielle Wirbelschicht erzeugt, aus der zu einem Vergasungsreaktor führende Förderleitungen gespeist werden.
In einer besonderen Ausgestaltung erfindungsgemäßen Staubeintragsystems sind zur Erreichung des Betriebsdruckes in jedem Strang mehrere Staubschleusen untereinander angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Betriebsbunker
2: Staubschleusen 1. Druckstufe
3: Staubschleusen 2. Druckstufe
4: Ziel- bzw. Dosiergefäß
5: Staubzuführung
6: Inertgas
7: Entspannungsleitung
8: Auflockerungsleitung
9: Verbindungsleitung zwischen den Staubschleusen 1. und 2. Druckstufe
10: Bespannungsleitung
11: Wirbel- und Fördergaszuführung
12: Staubförderleitung zum Empfänger
13: Druckausgleichsleitung
14: Staubleitung zwischen den Schleusen 1. und 2. Druckstufe
15: absperrbare Staubleitung
16: absperrbare Staubleitung

Claims

Verfahren zur Bespannung von Staubschüttungen mit Gas auf einen hohen Betriebsdruck bis 10 MPa in einem Staubeintragsystem, aufweisend – eine erste Schleuse (2) eines ersten Betriebsdrucks, der zwischen dem Atmosphärendruck und dem zweiten, hohen Betriebsdruck liegt, wobei der ersten Schleuse (2) über eine erste absperrbare Staubleitung (16) Staub zuführbar ist, – eine zweite Schleuse (3) eines zweiten, des hohen Betriebsdrucks, – eine absperrbare Verbindungsleitung (9) und eine zweite absperrbare Staubleitung (14), die die zweite Schleuse (3) mit der ersten Schleuse (2) verbinden, wobei die zweite Schleuse (3) über eine dritte absperrbare Staubleitung (15) und eine absperrbare Druckausgleichsleitung (13) mit einem Ziel- beziehungsweise Dosiergefäß (4), das mit dem zweiten, hohen Betriebsdruck beaufschlagbar ist, verbunden ist, demzufolge – die zweite Staubleitung (14) und die Verbindungsleitung (9) zwischen der ersten Schleuse (2) und der zweiten Schleuse (3) gesperrt werden, – die zweite Schleuse (3) über die Bespannungsleitung (10) mit Gas des hohen Betriebsdrucks beaufschlagt wird, – der Staubinhalt der zweiten Schleuse (3) über die dritte Staubleitung (15) dem Ziel- beziehungsweise Dosiergefäß (4) zugeführt wird, – die dritte Staubleitung (15), und die Bespannungsleitung (10) sowie die Druckausgleichsleitung (13) der zweiten Schleuse (3) gesperrt werden, – sämtliche Gas führenden Leitungen, nämlich die erste Staubleitung (16), die Entspannungsleitung (7) und die Auflockerungsleitung (8), der ersten Schleuse (2) gesperrt werden, – die Verbindungsleitung (9) zwischen der zweiten Schleuse (3) der ersten Schleuse (2) zwecks Druckausgleich geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung in einem Staubeintragsystem, bei dem die absperrbare Verbindungsleitung (9) im unteren Bereich der ersten Schleuse (2) mündet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung in einem Staubeintragsystem, bei dem die absperrbare Druckausgleichsleitung (13) im unteren Bereich der zweiten Schleuse (3) mündet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schleuse (2) vor dem Schließen der ersten Staubleitung (16) Staub aus dem Betriebsbunker (1) übernimmt.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Druckausgleich der Staub aus der ersten Schleuse über die geöffnete zweite Staubleitung (14) in die zweite Schleuse (3), insbesondere durch Schwerkraftförderung, gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass über eine mit dem unteren Bereich der ersten Schleuse (2) verbundene Auflockerungsleitung (8) der Inhalt der ersten Schleuse (2) mit Gas des ersten Betriebsdrucks bespannt und auflockert wird.
Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass über die mit dem unteren Bereich der zweiten Schleuse (3) verbundene Bespannungsleitung (10) der Inhalt der zweiten Schleuse (3) mit Gas des zweiten, hohen Betriebsdrucks bespannt und auflockert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schleuse (3) über eine mit ihrem unteren Bereich verbundene Druckausgleichsleitung (13) mit Gas des hohen Betriebsdrucks beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Übernahme von Staub aus der Schleuse (3) in das Ziel- beziehungsweise Dosiergefäß (4) das aus dem Ziel- beziehungsweise Dosiergefäß (4) verdrängte Gas über die Druckausgleichsleitung (13) in die Schleuse (3) geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung in einem Staubeintragsystem, bei dem zwischen dem Betriebsbunker (1) und dem Ziel- beziehungsweise Dosiergefäß (4) mehrere Stränge, die jeweils mit einer ersten Schleuse und einer zweiten Schleuse gebildet sind, angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge phasenverschoben gegeneinander arbeiten.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der entleerten Schleuse (2), insbesondere gleichzeitig zur Bespannung der Schleuse (3), durch Gasabführung über die Entspannungsleitung (7) auf Umgebungsdruck abgesenkt wird und die Staubschleuse (2) erneut mit Staub aus dem Betriebsbunker (1) befüllt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung in einem Staubeintragsystem, bei dem im unteren Bereich des Ziel- beziehungsweise Dosiergefäß (4) eine Leitung (11) zur Wirbel- und Fördergaszuführung mit dem hohen Betriebsdruck mündet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als Gas ein kondensat- und sauerstofffreies Inertgas eingesetzt wird.