DE102012217547B4

DE102012217547B4 - Quenchraum mit verbesserter Abscheidung von Feststoff und Flüssigkeiten aus dem Gasstrom

Info

Publication number: DE102012217547B4
Application number: DE201210217547
Authority: DE
Inventors: Manfred Jänig; Andreas Meissner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-09-04
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: DE102012217547A1

Abstract

Quencheinrichtung zum Abkühlen und Reinigen von Rohgas, das im Zuge einer Flugsromvergasung aus Asche-haltigen, Schlacke-bildenden, fein gemahlenen Brennstoffen bei Temperaturen bis 1900°C und Drücken bis 10 MPa gewonnen ist, bei der – der Quenchraum durch ein druckfestes Gehäuse (6) begrenzt ist, – am Boden des Quenchraumes ein Wasserbad vorgehalten ist, dessen Wasserspiegel (10) geregelt ist, – ein zentraler Rohgas- und Schlackeabgang (8) zur Zuführung von Rohgas von oben, oben im Quenchraum angeordnet ist, – in dem Quenchraum zentrisch unter dem Rohgas- und Schlackeabgang (8) ein Trichter (1) angeordnet ist, derart, dass der Trichter mit seinem Wasserrohr (4) in das Wasserbad eintaucht und der Trichterrand seitlich einen Spalt zu dem Gehäuse (6) belässt, – der Rohgasabgang (3) in dem Gehäuse (6) oberhalb des Wasserspiegels (10) des Wasserbades und unterhalb des Spaltes angeordnet ist, – das Rohgas über den Spalt zwangsgeführt ist und – eine Rohgasabgangshaube (2), die nach oben und seitlich mit dem Gehäuse abschließt, den Rohgasabgang (3) überdeckt derart, dass über der Oberfläche des Wasserbades (10) umgelenktes Rohgas (9) aufsteigend von unten in die Rohgasabgangshaube (2) eintritt und den Rohgasabgang (3) passiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Quencheinrichtung zum Abkühlen und Reinigen von Rohgas, das im Zuge einer Flugstromvergasung aus Asche-haltigen, Schlacke-bildenden, fein gemahlenen Brennstoffen bei Temperaturen bis 1900°C und Drücken bis 10 MPa gewonnen ist.
Die Flugstromvergasung wird für die verschiedensten aschehaltigen Brennstoffe eingesetzt. Das erzeugte heiße Rohgas verlässt zusammen mit den Schlacke- und Rußteilchen den Reaktionsraum und wird im Quenchraum durch Eindüsen von Wasser abgekühlt. Dabei wird beim Vollquench mit einem gewissen Überschuss an Quenchwasser gearbeitet, um einen Durchbruch des heißen Rohgases in die nachfolgenden Systeme zu verhindern. Auf diese Weise entsteht ein Gemisch aus gesättigtem Rohgas, Schlacke- und Rußteilchen sowie feststoffbeladenen Wassertropfen. Ein großer Teil der Feststoffe fällt in das Wasserbad am Boden des Quenchraumes und wird über das Schlackeaustragssystem bzw. das Rußwassersystem ausgeschleust.
Je nach Größe der erzeugten Schlacketeilchen und Umsetzungsgrad entsteht auch ein Anteil feiner und feinster Feststoffpartikel die zum großen Teil im Gasstrom verbleiben. Im nachgeschalteten Wäscher wird das Gas vom Feststoff gereinigt. Entstehen bei der Vergasung viele feine Schlackepartikel steigt auch die Feststoffbeladung im Gasstrom zum Wäscher. Beim Betrieb der Wäscher führt dies zu Problemen bei der Ableitung des feststoffbeladenen Waschwassers. Die Verwendung des Abwassers aus dem Wäscher als Quenchwasser wird durch den hohen Feststoffgehalt ebenfalls problematisch. Feine Schlackebestandteile sedimentieren auch schlechter und werden daher auch vermehrt über das Flashsystem ausgetragen, was zu vermehrtem Verschleiß der Flasharmaturen führt.
Aus der DE 10 2008 012 734 A1 ist ein Vergasungsreaktor zur Flugstromvergasung bekannt, bei dem ein trichterförmiger Schlackesammelbehälter fast vollständig in das Wasserbad am unteren Ende des Quenchers eingetaucht ist und bei dem das Rohgas in einer zylinderförmigen Trennwand durch einen Spalt zwischen Wasseroberfläche und Trennwand zu einem oberhalb des trichterförmigen Schlackesammelbehälters angeordneten Gasaustritt geführt wird.
Aus der DE 10 2008 035 295 A1 ist eine Vergasungsverfahren bekannt, bei dem in einem dem Vergasungsraum nachgeordneten Kühl- und Quenchraum Wasser tangential zum Rohgasstrom eingespritzt wird.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Quencheinrichtung so weiterzubilden, dass das gewonnene Rohgas eine erheblich verringerte Beladung mit Feststoffen und Schlackepartikeln aufweist.
Das Problem wird durch eine gattungsgemäße Quencheinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch einen zusätzlich oberhalb des Rohgasabganges in den Quenchraum einzubringenden Prallkörper 1 wird das gequenchte Rohgas zwangsgeführt, so dass eine Kurzschlussströmung zum Rohgasabgang verhindert wird. Der Prallkörper wird trichterförmig ausgeführt und zentral im Quenchraum angebracht. Der Ablauf des Trichters wird mittig als Ablaufrohr 4 bis unter die Wasseroberfläche 10 abgetaucht. Das Verhältnis des Durchmessers am oberen Ende des Trichters zu Durchmesser des Ablaufrohres 4 liegt zwischen 1 zu 5 bis 1 zu 10, vorzugsweise bei 1 zu 7. Das Rohgas prallt auf den Trichter und Feststoff und Flüssigkeitstropfen sammeln sich auf der Trichterwand und werden in den Ablauf gespült. Zur Verbesserung des Abtransportes kann zusätzlich tangential Spülwasser zugeführt werden.
Das vom groben Feststoff und Flüssigkeitsbestandteilen gereinigte Rohgas muss über den Spalt zwischen Wand des Quenchraumes und Trichterrand strömen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen vertikalen Schnitt des erfindungsgemäßen Quenchraumes und
2 einen horizontalen Schnitt des erfindungsgemäßen Quenchraumes.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
Durch den Aufprall des Rohgases auf den Trichter 1 werden Feststoff und Flüssigkeitstropfen auf Grund der Trägheit an die wasserbenetzte Trichterwand geschleudert und in den Ablauf gespült. Durch die anschließende Zwangsführung wird die turbulente Strömung vergleichförmigt. Das Anströmen der benetzten Wand des Quenchraumes bietet erneut die Möglichkeit, dass sich Flüssigkeitströpfchen und Staubpartikel niederschlagen und vom Gas getrennt an der Wand nach unten ablaufen. Unterhalb des Trichters vergrößert sich der Strömungsquerschnitt erheblich, so dass die Geschwindigkeit des über den gesamten Umfang des Quenchers verteilten Gasstromes herabgesetzt wird. Die langsamere gleichförmigere Strömung begünstigt das Absetzen von feinen Tropfen und Schlackepartikeln, bevor der Gasstrom zum Rohgasabgang gelangt. Die Beladung des Rohgases mit Feststoff und Rußwasser wird so erheblich reduziert und damit die Gefahr der Verblockung vermindert.
Der abgetauchte Trichterablauf führt den feststoffreichen Wasserstrom unmittelbar zum Schlackebrecher, d. h. zur Schlackeschleuse. Der Rußwasserabgang befindet sich oberhalb des Trichterauslaufes, so dass entgegen der Schwerkraft nur wenige grobe Partikel mit dem Rußwasser ausgetragen werden. Der Verschleiß der Flasharmaturen kann so reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: Trichter
2: Rohgasabgangshaube
3: Rohgasabgang
4: Ablaufrohr
5: Abgang Rußwasser
6: Wand Quenchraum
7: Tangentiale Spüldüsen
8: Rohgas- und Schlackeabgang aus Reaktionsraum
9: Rohgas
10: Wasserspiegel Wasserbad am Boden des Quenchers
11: Russwasser
12: Schlacke zum Schlackebrecher

Claims

Quencheinrichtung zum Abkühlen und Reinigen von Rohgas, das im Zuge einer Flugsromvergasung aus Asche-haltigen, Schlacke-bildenden, fein gemahlenen Brennstoffen bei Temperaturen bis 1900°C und Drücken bis 10 MPa gewonnen ist, bei der – der Quenchraum durch ein druckfestes Gehäuse (6) begrenzt ist, – am Boden des Quenchraumes ein Wasserbad vorgehalten ist, dessen Wasserspiegel (10) geregelt ist, – ein zentraler Rohgas- und Schlackeabgang (8) zur Zuführung von Rohgas von oben, oben im Quenchraum angeordnet ist, – in dem Quenchraum zentrisch unter dem Rohgas- und Schlackeabgang (8) ein Trichter (1) angeordnet ist, derart, dass der Trichter mit seinem Wasserrohr (4) in das Wasserbad eintaucht und der Trichterrand seitlich einen Spalt zu dem Gehäuse (6) belässt, – der Rohgasabgang (3) in dem Gehäuse (6) oberhalb des Wasserspiegels (10) des Wasserbades und unterhalb des Spaltes angeordnet ist, – das Rohgas über den Spalt zwangsgeführt ist und – eine Rohgasabgangshaube (2), die nach oben und seitlich mit dem Gehäuse abschließt, den Rohgasabgang (3) überdeckt derart, dass über der Oberfläche des Wasserbades (10) umgelenktes Rohgas (9) aufsteigend von unten in die Rohgasabgangshaube (2) eintritt und den Rohgasabgang (3) passiert.
Quencheinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Quenchraum Düsen zum Eindüsen von Quenchwasser angeordnet sind.
Quencheinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Spüldüsen (7) zum tangentialen Eindüsen und Benetzen der Innenseite des Trichters mit Wasser angeordnet sind.
Quencheinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Ablaufrohres (4) im Wesentlichen gleich ist wie der Durchmesser des Rohgas- und Schlackeabganges (8).
Quencheinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zentral unter dem Quenchraum eine Schlackeschleuse angeordnet ist.
Quencheinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers am oberen Ende des Trichters zu Durchmesser des Ablaufrohres (4) zwischen 1 zu 5 bis 1 zu 10 liegt.
Quencheinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers am oberen Ende des Trichters zu Durchmesser des Ablaufrohres (4) im Wesentlichen sieben beträgt.