DE102014218833A1 - Notquenchsystem für Vergasungsreaktoren - Google Patents

Abstract

Für eine Vergasungeinrichtung, bei der feste oder flüssige Brennstoffe bei Vergasungstemperaturen bis 1850°C und Verfahrensdrücken bis zu 10 MPa zu Rohgas vergast werden und das Rohgas in einem Quencher durch Eindüsung von Quenchwasser abgekühlt und gereinigt wird, wird vorgeschlagen, im Falle eines Notquench Gas, insbesondere Inertgas, in den Quencher einzuführen. In einer besonderen Ausgestaltung wird das für eine pneumatische Einspeisung des Brennstoffs bevorratete Inertgas als Gas für den Notquench eingesetzt. Das erfindungsgemäße Notquenchsystem erspart den Aufwand für einen bislang vorzuhaltenden Notquenchwasserbehälter.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Notquenchsystem für eine Vergasungeinrichtung bei der feste oder flüssige Brennstoffe bei Vergasungstemperaturen bis 1850°C und Verfahrensdrücken bis zu 10 MPa zu Rohgas vergast werden und das Rohgas in einem Quencher durch Eindüsung von Quenchwasser abgekühlt und gereinigt wird.
• Die Flugstromvergasung wird für verschiedenste aschehaltige Brennstoffe, wie zum Beispiel Kohlenstaub, eingesetzt. Das erzeugte heiße Rohgas verlässt zusammen mit den Schlacke- und Rußteilchen den Reaktionsraum und wird im sich anschließenden Quenchraum durch Eindüsen von Wasser schnell abgekühlt, was als Quenchung bezeichnet wird. Dabei wird beim Vollquenchsystem mehr Quenchwasser zugegeben, als für die Abkühlung des heißen Rohgases rechnerisch notwendig wäre, um eine sichere Abkühlung sicherzustellen und um einen eventuellen 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. Die Quenchung kann als Freiraumquench oder als Tauchquench ausgeführt sein. Dabei wird das notwendige Quenchwasser über Düsenringe eingebracht. Ein Ausfall der Quenchwasserversorgung führt zum Abschalten des Brenners und zur Entspannung des Reaktors. Um die nachfolgenden Systeme vor dem heißen Rohgas, welches sich nach der Abschaltung noch im Reaktionsraum befindet, zu schützen steht ein sogenanntes Notquenchsystem zur Verfügung. Dieses besteht bisher aus einem gasgepuffertem Wasservorrat, um auch bei Energieausfall die notwendige Quenchwassermenge zum sicheren Abfahren des Systems zur Verfügung zu stellen. Für die Wirksamkeit des Notquenchsystems ist nicht nur die Menge des Wassers entscheidend, sondern auch die Verteilung in Form kleiner Tropfen. Dafür darf entsprechend der Düsenkennlinie ein gewisser Differenzdruck nicht unterschritten werden. Das Verhältnis von Gas- und Wasservolumen, Pufferdruck und Reaktordruck muss genau eingehalten werden, um die erforderliche Menge über die notwendige Zeitdauer zur Verfügung stellen zu können.
• Die Düsen müssen im Normalbetrieb eine recht große Wassermenge zuführen, so dass auch für den minimal zulässigen Differenzdruck eine entsprechend hohe Wassermenge erforderlich ist. Zur effektiven Regelung und aus Platzgründen werden die Quenchdüsen über ein oder zwei Ringe versorgt. Um eine gleichmäßige Verdüsung über die Quenchringe für eine definierte Zeitdauer aufrecht zu erhalten, müssen die Notquenchbehälter sehr groß sein. Mit steigender Vergaserleistung wird das Problem noch verstärkt.
• Das Problem wird durch ein Notquenchsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Erfindungsgemäß kommt in einem Vergasungsreaktor im Falle eines Notquench Gas, insbesondere Inergas, zum Einsatz.
• Der bisherige Notquenchbehälter kann entfallen, wenn im Falle des Quenchwasserausfalles nicht mit Wasser sondern mit Gas gequencht wird.
• Die Kapazität der vorhandenen Gaspuffer im Einspeisesystem der Flugstromvergaser ist für die Notquenchung ausreichend. Bei Quenchwasserausfall wird der Brenner abgeschaltet, so dass diese Puffer für die Einspeisung nicht benötigt werden und für den Notquench genutzt werden können.
• Die Einbindung des Gasnotquench kann, wie bei einem herkömmlichen Notquench mittels Notquenchwasser, in den Hauptquenchring erfolgen. Bei der Verwendung von Gas an Stelle von Wasser zur Notquenchung ist nur die eingebrachte Gasmenge und -temperatur entscheidend. Die Düsenkennlinie spielt keine Rolle, da eine Mindestzerstäubung, wie bei Wasser, nicht notwendig ist. Das Notquenchgas wird über alle Quenchdüsen mit hoher Geschwindigkeit über den gesamten Umfang des Quenchraumes verteilt eingebracht, so dass eine hinreichende Vermischung mit dem relativ langsam eintretenden heißen Rohgas sichergestellt ist.
• Der bisherige einzig für die Notquenchung vorzuhaltende große Druckbehälter mit Regelung und aufwendiger SIL-Überwachung (SIL: Safety Integrated Level) von Druck und Füllstand entfällt.
• Die Nutzung eines im Normalbetrieb ständig verwendeten Behälters im Gegensatz zu einem unter Umständen jahrelang im Standby stehendem System erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Notquenchung im Ernstfall tatsächlich einsatzbereit ist. Für die Wirksamkeit muss nur der Mindestdruck im Gaspuffer überwacht werden. Der Betriebsdruck des Gaspuffers liegt im Normalbetrieb über dem Mindestdruck, so dass die Einsatzbereitschaft des Notquenchsystem automatisch mit Erreichen des Normalbetriebs besteht. Zur Startfreigabe des regulären Vergasungsbetriebes ist lediglich der Mindestdruck im Gaspuffer abzufragen.
• Bei der bisherigen Notquenchung mit Wasser bestand die Gefahr, dass der Quenchraum überfüllt wird und feststoffhaltiges Wasser in die nachfolgende Rohgasreinigung gelangt. Dieses führt zur Störung der komplexen Wasserkreisläufe und Verzögerungen beim Wiederstart des Vergasers. Da man diesen Fall möglichst vermeiden will, wurde die Auslösung des Notquench neben dem Ausfall der Quenchwasserversorgung noch von zusätzlichen Kriterien wie zum Beispiel der Kühlschirmtemperatur abhängig gemacht. Diese zusätzlichen Kriterien lassen aber nur indirekt auf die Austrittstemperatur des Rohgases und damit auf die Notwendigkeit einer Quenchung schließen. Durch die Notquenchung mit Gas besteht die Gefahr der Überflutung des Quenchraumes nicht mehr, so dass zusätzliche unter Umständen sicherheitskritische Abfragen vor Auslösung des Notquench entfallen können.

Claims (5)

1. Notquenchsystem für eine Vergasungeinrichtung aufweisend – einen Reaktor zur Vergasung von festen oder flüssigen Brennstoffen bei Vergasungstemperaturen bis 1850°C und Verfahrensdrücken bis zu 10 MPa zu Rohgas und – einen Quencher zur Kühlung und Reinigung des Rohgases mittels Eindüsung von Quenchwasser, bei dem im Falle eines Notquench Gas in den Quencher eingeführt wird.
2. Notquenchsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Quencher Quenchdüsen aufweist, über die im regulären Vergasungsbetrieb das Quenchwasser eingedüst wird und über die im Falle des Notquench das Gas in den Quencher eingeführt wird.
3. Notquenchsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungeinrichtung durch einen Flugstromvergasungsreaktor gegeben ist.
4. Notquenchsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Gas durch ein Inertgas gegeben ist.
5. Notquenchsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungeinrichtung ein pneumatisches Einspeisesystem zur Zuführung des Brennstoffs mittels Inertgas aufweist und das Gas für den Notquench aus dem Vorrat für das Einspeisesystem entnommen wird.