DE102012215899B4

DE102012215899B4 - Vorrichtung zur zuverlässigen Füllstandsregelung in einer der Flugstromvergasung nachgeschalteten Quenchkammer mit Frischwasserspülung der Druck aufnehmenden Messstelle

Info

Publication number: DE102012215899B4
Application number: DE102012215899.5A
Authority: DE
Inventors: Norbert Fischer; Frank Hannemann; Tino Just; Friedemann Mehlhose; Jörg Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2032-09-08
Also published as: DE102012215899A1

Abstract

Vorrichtung zur zuverlässigen Füllstandsregelung in einem Quenchraum (1), bei der- der Quenchraum (1) mit einem drucktragenden Mantel gebildet ist,- der Quenchraum (1) das heiße Rohgas und die flüssige Schlacke aus einem Flugstromvergasungsreaktor, der feste aber auch flüssige Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel unter Drücken bis 10 MPa und Temperaturen bis 1.850°C in ein H- und CO- reiches Rohgas umgesetzt, aufnimmt und durch das Einspritzen von Wasser im Überschuss kühlt,- das überschüssige Quenchwasser im Unterteil des Quenchraumes (1) ein Wasserbad (2) bildet, dessen Höhe zwischen einem Minimal- (Min) und einem Maximalstand (Max) regelbar ist,- sich der Rohgasabgang (4) oberhalb des Wasserspiegels (5) des Wasserbades (2) befindet,- ein Differenzdrucktransmitter (6) eine erste Druckaufnahmestelle zur Beaufschlagung mit dem Druck im Gasraum (1) des Quenchraumes und eine zweite Druckaufnahmestelle zur Beaufschlagung mit dem Druck am Boden des Wasserbades (9) aufweist,- der Differenzdrucktransmitter (6) ein Informationssignal als Maß für die geodätische Höhe des Wasserbades (2) zur Verfügung stellt,- die die zweite Druckaufnahmestelle mit dem Boden des verbindende Leitung (9) mit Frischwasser (10) spülbar ist,- die die erste Druckaufnahmestelle mit dem Gasraum (1) verbindende Leitung mit Inertgas (8) spülbar ist,- Wasserbades (2) in einer unteren Ebene sowie eine zweite Mantelspülung (16) in einer oberen Ebene angeordnet sind und- die die erste Druckaufnahmestelle mit dem Gasraum (1) verbindende Leitung mit einer Zuführung von Inertgas (17) in die erste Mantelspülung (16) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zuverlässigen Füllstandsregelung in einem Quencher, der das heiße Rohgas und die flüssige Schlacke aus einem Flugstromvergasungsreaktor aufnimmt und durch das Einspritzen von Wasser im Überschuss kühlt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Technologie zur Flugstromvergasung, bei der feste und flüssige Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel unter Drücken bis 10 MPa und Temperaturen bis 1.850°C in ein H2- und CO- reiches Rohgas umgesetzt werden. Die Technologie ist ausführlich beschrieben in: SCHINGNITZ, Manfred: Gaskombinat Schwarze Pumpe-Verfahren (GSP). In: Die Veredelung und Umwandlung von Kohle. Hamburg: DGMK, 2008. S. 537-553. - ISBN 978-3-936418-88-0.
Demnach wird das Rohgas 15, das den Reaktionsraum mit Temperaturen bis 1.850°C gemeinsam mit Flugstaub und der zu Schlacke aufgeschmolzene Brennstoffasche verlässt, in einem Quenchraum durch das Einspritzen von Wasser im Überschuss gewaschen und bis zur Wasserdampfsättigung gekühlt, was bei einem Vergasungsdruck von beispielsweise 4 MPa einer Temperatur von ca. 210°C entspricht. Die Schlacke sammelt sich im Wassersumpf des Quenchraumes und wird gemeinsam mit Schlackewasser ausgeschleust. Das Überschusswasser aus der Quenchung wird gemeinsam mit Waschwässern und anfallenden Kondensaten als Russwasser einer Abscheidung der Feststoffe unterzogen, um es im Kreislauf dem Quench- und Waschprozess wieder zuführen zu können.
Von besonderer Bedeutung ist eine sichere Messung des Füllstandes des aus überschüssigem Quenchwasser gebildeten Quenchersumpfes 2 im Quenchraum 1. Der Quenchraum 1 ist, wie 1 zeigt, über einen Rohgas- und Schlackeeintritt 15 einer dort nicht dargestellten Vergasungskammer nachgeschaltet. Die Füllstandmessung und -regelung verhindert ein zu starkes Absinken oder Übersteigen des vorgesehenen Wasserstandes. Im ersten Fall gelangt Rohgas in die Überschusswasserleitung 3, im zweiten Fall läuft Überschusswasser über den Rohgasabgang 4 in nachgeschaltete Anlagenteile. Ein eventueller Rohgasdurchbruch in die Überschusswasserleitung 3 stellt ein sicherheitstechnisches Problem dar, da die nachgeschaltete Russwasseranlage nicht für Synthesegas ausgelegt ist.
Zur Feststellung des Füllstandes werden die Drücke im Oberteil des Quenchraumes 1 sowie am unteren Ende des Quenchersumpfes gemessen, wobei die über einen Differenzdrucktransmitter 6 aufgenommene Druckdifferenz ein Maß für die geodätische Höhe der Wassersäule und damit für den Füllstand 5 darstellt und die Signale für die Regelung zur Abführung von Überschusswasser erzeugt. Zur Messung des Druckes im Quenchraum 1 ist er mit einer Seite des Differenzdrucktransmitters 6 verbunden. Auf der anderen Seite des Differenzdrucktransmitters steht über eine wassergefüllte Leitung 9 der Druck des Quenchraumes 1 gemeinsam mit dem aus der geodätischen Höhe des Quenchersumpf 2 resultierenden Druck an. Die Erfassung der genannten Drücke sind durch die Bildung von Ablagerungen und damit verbundenen Verstopfungen der zum Transmitter 6 führenden Messleitungen sowohl zum Quenchersumpf 2 als auch aus dem Quenchraum 1 störanfällig, so dass die Messwerte ausfallen oder verfälscht sind, was zu oben genannten Betriebsstörungen führen kann.
Aus der DE 10 2007 043 428 A1 ist ein Pilotbrenner bekannt, der in einen Kohlenstaubkombinationsbrenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe integrierbar ist und der ein zentral angeordnetes, inertgas-, insbesondere stickstoffgespültes, Rohr als optische Einblicksöffnung für die außerhalb des Brenners befindliche Flammenüberwachungseinrichtung aufweist.
Aus der DE 34 47 201 C1 ist eine Prüf- und Spülvorrichtung für ein Differenzdrucksystem bekannt, bei dem zu einem Differenzdruckaufnehmer ein Rückschlagventil parallel angeordnet ist und in eine der beiden Meßleitungen eine Pumpe derart eingebaut ist, dass zum Spülen und Prüfen ein Flüssigkeitsstrom entgegen der Betriebsströmungsrichtung als Differenzdruck entsteht.
Aus der DE 10 2006 031 816 A1 ist eine einem Vergasungsreaktor nachgeordnete Kühlkammer bekannt, in die eine Metallschürze eingebracht ist. In den Ringspalt zwischen drucktragender Behälterwand und Metallschürze wird am Boden Kühlwasser eingespeist, das am oberen Ende der Metallschürze überläuft und an der Innenseite nach unten strömt.
Aus der JP 2001 - 241 994 A ist eine Vergasungseinrichtung bekannt, die einen Behälter aufweist, in dem der Spiegel einer Flüssigkeit mittels einer Flüssigkeitsstand-Meßeinrichtung überwacht wird. Der obere und der untere Meßanschluss der Flüssigkeitsstand-Meßeinrichtung werden mit einer Waschflüssigkeit gewaschen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Zuverlässigkeit der Füllstandsregelung im Quenchraum zu verbessern auch unter der Gefahr von Verblockungen durch Ablagerungen an den Messstellen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung bringt durch Spülung der Messstelle, auch während des laufenden Messvorgangs, eine erhöhte Sicherheit und Zuverlässigkeit der Messung der Füllstandshöhe im Quenchraum mit sich, wodurch die Gefahr eines Rohgaseintritts in den Überlauf 3 oder ein Überlauf des Wasserbades in den Rohgasabgang 4 erheblich reduziert sind.
Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren erläutert. Dabei zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion des Wasserspiegels in der Quencheinrichting eines Flugstromvergasers,
2 eine Quencheinrichting entsprechend 1 mit besonderer Ausgestaltung der Quenchdüsen,
3 eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Ermittlung des Drucks im Quenchraum durch Detektion des Drucks in der Skirtspülung und
4 eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zweigeteilter Skirtspülung

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
Die in 1 dargestellte Quencheinrichtung für einen Flugstromvergaser ist mit einem äußeren Druck-tragenden Mantel gebildet, der einen inneren Mantel als Skirt 13 aufnimmt. Zwischen dem äußeren Mantel und dem inneren Mantel ist eine Skirtspülung 16 gegeben, deren Überlauf am oberen Ende des inneren Mantels in das Innere des Skirts erfolgt. Im unteren Teil des Skirts ist ein Wasserbad 2, das zwischen einem minimalen Wasserstand Min, dem normalen Wasserstand Norm und dem maximalen Wasserstand Max geregelt wird. Im oberen Bereich des Quenchers sind auf den Umfang verteilt mehrere Quenchdüsen 7 verteilt, die Quenchwasser durch den äußeren Mantel und den inneren Mantel hindurch in den Quenchraum 1 eindüsen.
Ein Differenzdrucktransmitter 6 liefert aus der Messung des Differenzdruckes zwischen Gasraum 1 und Boden des Wasserbades 9 als Maß für die geodätische Höhe des Wasserbades ein Informationssignal, das als Regelgröße für die Abführung des Überschussquenchwassers 3 ausgewertet wird.
In der Leitung, die den Gasraum 1 des Quenchers mit dem Differenzdrucktransmitter 6 verbindet werden erfindungsgemäß Verstopfungen vermieden, indem die Zuführung in den Quenchraum mit Inertgas 8 gespült wird.
Zur Messung des Druckes im Quenchraum 1 wird eine Inertgasspülung 8 über eine Quenchdüse 7 aufgegeben, die mit einer Seite des Differenzdrucktransmitters 6 verbunden ist.
In einer Ausgestaltung nach 1 und 2 ist die Leitung zwischen Gasraum 1 und Differenzdrucktransmitter 6 mit der Inertgaszuführung 8 einer Quenchlanze 7 verbunden. Die Quenchlanze 7 ist durch eine Hülse 11 geschützt, die sowohl vom Inertgas als auch vom Quenchwassser freigespült wird.
Die Schutzhülse 11 kann nach 2 bis in den Quenchraum 1 soweit vorgezogen sein, dass sie den Düsenkopf 12 der Sprühdüse 14 um das 1 bis 4- fache des Düsendurchmessers überragt. Es ist entsprechend 1 möglich, die Sprühdüse 14 bis hinter einen vorgesehenen inneren Mantel 13 zurückzuziehen und die Schutzhülse 11 mit dem inneren Mantel 13 abschließen zu lassen.
In einer Ausgestaltung nach 3 kann die Inertgaszufuhr 8 direkt mit dem inneren Mantel 13 verbunden sein.
In einer besonderen Variante nach 4 ist die Skirtspülung in eine obere Ebene und eine untere Ebene geteilt, wobei die Inertgas-gespülte Verbindung zum Differenzdrucktransmitter durch eine Zuführung 17 in die Skirtspülung der unteren Ebene nahe dem Überlauf (am oberen Ende der Skirtspülung) gegeben ist. Durch Anordnung der Überlaufsöffnungen unter den Quenchdüsen ist eine Freihaltung des Überlaufs von Verschmutzungen gegeben.
An der Messstelle, die den Quenchersumpf 2 über die Leitung 9 mit dem Differenzdrucktransmitter 6 verbindet, werden Verstopfungen vermieden, indem die Leitung 9 mit Frischwasser 10 gespült wird.
Bezugszeichenliste

1: Quenchraum
2: Quenchersumpf, Wasserbad
3: Überschusswasserleitung
4: Rohgasabgang
5: Füllstand, Wasserspiegel Wasserbad
6: Differenzdrucktransmitter
7: Quenchlanze
8: Inertgasspülung
9: Wassergefüllte Leitung zum Boden des Wasserbades
10: Spülleitung für Frischwasser
11: Schutzhülse mit innerer Spülung
12: Düsenkopf
13: Innerer Mantel, Skirt
14: Sprühdüse
15: Rohgas und Schlackeeintritt
16: Skirtspülung, Mantelspülung
17: Zuführung von Inertgas in die Mantelspülung

Claims

Vorrichtung zur zuverlässigen Füllstandsregelung in einem Quenchraum (1), bei der - der Quenchraum (1) mit einem drucktragenden Mantel gebildet ist, - der Quenchraum (1) das heiße Rohgas und die flüssige Schlacke aus einem Flugstromvergasungsreaktor, der feste aber auch flüssige Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel unter Drücken bis 10 MPa und Temperaturen bis 1.850°C in ein H₂- und CO- reiches Rohgas umgesetzt, aufnimmt und durch das Einspritzen von Wasser im Überschuss kühlt, - das überschüssige Quenchwasser im Unterteil des Quenchraumes (1) ein Wasserbad (2) bildet, dessen Höhe zwischen einem Minimal- (Min) und einem Maximalstand (Max) regelbar ist, - sich der Rohgasabgang (4) oberhalb des Wasserspiegels (5) des Wasserbades (2) befindet, - ein Differenzdrucktransmitter (6) eine erste Druckaufnahmestelle zur Beaufschlagung mit dem Druck im Gasraum (1) des Quenchraumes und eine zweite Druckaufnahmestelle zur Beaufschlagung mit dem Druck am Boden des Wasserbades (9) aufweist, - der Differenzdrucktransmitter (6) ein Informationssignal als Maß für die geodätische Höhe des Wasserbades (2) zur Verfügung stellt, - die die zweite Druckaufnahmestelle mit dem Boden des verbindende Leitung (9) mit Frischwasser (10) spülbar ist, - die die erste Druckaufnahmestelle mit dem Gasraum (1) verbindende Leitung mit Inertgas (8) spülbar ist, - Wasserbades (2) in einer unteren Ebene sowie eine zweite Mantelspülung (16) in einer oberen Ebene angeordnet sind und - die die erste Druckaufnahmestelle mit dem Gasraum (1) verbindende Leitung mit einer Zuführung von Inertgas (17) in die erste Mantelspülung (16) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Inertgas (17) in die Mantelspülung (16) in der Nähe zum Überlauf der Mantelspülung (16) gegeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die erste Druckaufnahmestelle mit dem Gasraum (1) verbindende Leitung mit der Inertgasspülung (8) einer Quenchdüse verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Quenchdüse ummantelnde Hülse (11) angeordnet ist und die Inertgasspülung (8) durch die Hülse (11) gegeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (11) mit dem inneren Mantel (13) plan abschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse mindestens so weit in den Gasraum (1) hineinragt wie der Düsenkopf (12) der Sprühdüse (14).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (11) bis in den Gasraum (1) soweit vorgezogen ist, dass sie den Düsenkopf (12) der Sprühdüse (14) um das 1 bis 4-fache des Düsendurchmessers überragt.