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Uberwachungsanlage für Einrichtungen zur Erzeugung von Brenngas aus
staubförmigen festen oder flüssigen Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf
eine überwachungsanlage für Einrichtungen zur Erzeugung von Brenngas aus staubförmigen
festen oder flüssigen Brennstoffen in der Schwebe mit Sauerstoff und gegebenenfalls
Wasserdampf bei hohen Temperaturen, wobei im Falle ungewollter Änderungen der Betriebsbedingungen
Impulsnehmer beeinflußt «-erden, die eine selbsttätige Unterbrechung der Vergasungsreaktion
in der Vergasungseinrichtung herbeiführen.
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Unter Vergasung in der Schwebe wird hier eine Arbeitsweise verstanden,
bei welcher der feinverteilte Brennstoff, vorzugsweise nachdem er vorher mit Sauerstoff
homogen gemischt ist, im wesentlichen im Gleichstrom mit den Vergasungsmedien bewegt
wird, ohne ein zusammenhängendes Brennstoffbett zu bilden. Diese Art der Vergasung
eignet sich insbesondere zur Verwertung jener großen Mengen feinkörniger bzw. mulmiger
Brennstoffe, die keine backenden Eigenschaften besitzen und infolgedessen nicht
wie Koksl<.ohlen in stückige Brennstoffe umgewandelt werden können. Es ist bereits
vorgeschlagen worden, derartige Brennstoffe mit Sauerstoff in der Schwebe zu vergasen,
um wertvolle Gase zu erzeugen, die entweder zur Beheizung oder Beleuchtung oder
auch zur Svnthese von Kohlenwasserstoffen dienen können.
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Einc wesentliche Aufgabe bei der Schwebevergasung von feinverteilten
Brennstoffen mit Sauerstoff besteht darin, ausreichende Sicherheit dafür zu schaffen,
daß bei ungewollten Zustandsänderungen im Vergasungsverfahren die Reaktion selbsttätig
unterbrochen wird. Diese Forderung gilt z. B. in bezug auf die stetige Zuführung
des feinverteilten Brennstoffes, so daß sich der zugeführte Sauerstoff umsetzen
kann und nicht etwa unter Bildung explosiver Gas-Sauerstoff-Gemische in die Ableitungen
für die Reaktions- bzw. die nachgeschaltete Gasbehandlungsapparatur gelangt.
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Ferner ist es auch wesentlich, eine Sicherung gegen überhöhte Temperatur
im Reaktionsraum zu erreichen und eine Sicherung gegen ein Ausbleiben der Sauerstoffzufuhr,
wobei die Reaktion zum Erlöschen und unter Umständen, namentlich bei längeren Betriebsunterbrechungen,
nicht wieder von selbst in Gang kommen kann. Schließlich bedeutet auch die Unterbrechung
der zentralen Stromversorgung eine Störung und muß als solche in die Überwachung
einbezogen werden.
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Die auf die Lösung dieser Aufgaben sich beziehende Erfindung folgt
dem Leitgedanken, die gesamte Einrichtung für die Erzeugung von Brenngas in dem
erwähnten Schwebevergasungsverfahren bei ungewollten Zustandsänderungen im Reaktionsraum
selbsttätig in eine Neutralstellung zu fahren, in welcher die Reaktion unterbrochen
wird, und zwar unter Absperren der Zuleitungen für die Reaktionsmedien und geigneter
Ableitung der Reaktionsprodukte bzw. Absperrung der sich in den Reaktionsraum anschließenden
Gaswege. Gleichzeitig damit sollen der Reaktionsraum und die damit verbunden bleibenden
Gaswege mit einem inerten Stoff geflutet werden, in dessen Anwesenheit alle homogenen
oder heterogenen Reaktionen zum Erliegen kommen.
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Zu diesem Zweck verwendet die Erfindung das an sich bekannte Prinzip,
einzelne Betriebsbedingungen durch Meßgeräte überwachen zu lassen und die von den
Meßgeräten erzeugten Impulse zurn mehr oder weniger selbsttätigen Unterbrechen der
Reaktion zu benutzen. Dieses bekannte Prinzip wird durch die Erfindung so ausgebaut
und verbessert, daß es, wie die Praxis inzwischen gezeigt hat, auch den erschwerten
Bedingungen, die insbesondere beim Arbeiten mit Kohlenstaub, Sauerstoff und brennbaren
Gasen auftreten, unter allen Umständen gerecht wird.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist so aufgebaut. daß jeweils zwischen
den Impulsnehmern an den zu überwachenden Stellen und den Schaltorganen für die
Betätigung (Umsteuerung; Schaltung) von Schiebern, Umschaltern oder ähnlichen Organen
zwei von einem Kraftmittel (Drucköl-, -was,.-,er, -luft, elektrische Spannung) beherrschte
Stromkreise vorgesehen sind, von denen der erste (Impulskreis) von dem Impulsnehmer
der Überwachungsstelle beeinflußt wird und im Normalbetrieb den zweiten Kraftmittelkreis
(Steuerkreis) geschlossen hält, wobei letzterer im Normalbetrieb ein Steuerorgan
beeinflußt, daß die Versorgung der Mediumleitungen in der für den normalen Betriebsfall
beabsichtigten Weise aufrechterhalten wird, während bei Störung des Normalbetriebes
der Steuerkreis geöffnet wird und dadurch das Steuerorgan so beeinflußt, daß die
Versorgung der Mediumleitungen in der für den Störungsfall beabsichtigten Weise
erfol-t
Die erfindungsgemäße Überwachungsanlage vermeidet also bewußt
eine unmittelbare Heranziehung der an einer Meßstelle bei Störungen auftretenden
Impulse zur Schaltung von Regel- bzw. Schließorganen, d. h. das Arbeitsstromprinzip.
Vielmehr wird bei der Erfindung vermittels der bei Störungen auftretenden Impulse
ein Ruhestromkreis (Steuerkreis) unterbrochen, dessen Unterbrechung erst die Kräfte
für die Betätigung der Regel- bz«-. Schließorgane freisetzt. Es ist dadurch möglich,
theoretisch beliebig viele Meßpunkte zur Beeinflussung des Steuerkreise heranzuziehen
und jederzeit aus dem Steuermechanismus herauszunehmen bzw. ihm einzufügen, ohne
daß an den einzelnen Regel- bzw. Schließorganen Änderungen vorgenommen zu werden
brauchen.
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Um das Arbeiten der erfindungsgemäßen Überwachungsanlage zti vervollkommnen.
wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dem Schaltorgan. «-elches aktiv und
eindeutig auf die Schieber, U m schalter oder ähnliche Organe einwirkt, ein Kraftspeicher
zugeordnet, der unabhängig von der zentralen elektrischen Energieversorgung die
Kraft für die Betätigung bzw. Umsteuerung der Schieber usw. liefert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin. die die
Zu- und Ableitungen für die Reaktionsmedien bzw. -produkte beherrschenden Regel-bzw.
Schließorgane durch Schaltorgane unter Beinutzung eines Kraftspeichers zu steuern
und die Schaltorgane selbst durch ein Steuermittel. -r..1-3. hydraulischer oder
pneumatischer Art, zu betätigen, das selbst in einem Druckmittelkreis liegt, der
ini Normalfall als Ruhestromkreis (Steuerkreis) anzusehen ist und außer dem Steuermittel
und der Druckmittelquelle auch eine Reihe von mit ihren Schaltkontakten in Serie
geschalteten Relais umfaßt, die finit je einem der Impulsgeber (Meßstelle) verbunden
sind, so daß beim Erregen auch nur eines Relais der Steuerkreis unterbrochen und
das Steuermittel betätigt wird. Dabei ist außer den den einzelnen Meßstellen zug°ordneten
Relais auch noch eines mit in Serie geschaltet, welches auf den Netzausfall :als
solchen. und zwar mit einer gewissen kurzzeitigen Verzögerung, anspricht und somit
den Steuerkreis unterbricht.
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Im Sinne des Vorstehenden wird beispielsweise erfindungsgemäß in den
Vorratsbunkern für den feinverteilten festen Brennstoff, die den Verblasedüsen des
Reaktionsraumes zugeordnet sind, ein Impulsgeber angeordnet, der in Aktion tritt,
sobald die Füllung des Bunkers unter ein noch zulässiges niedrigstes Niveau fällt.
Um zu verhindern, daß dann die Vergasungsainlage weiter in Betrieb bleibt, wird
dieser Impulsgeber mit einem Relais in dein erwähnten Steuerkreis verbunden, so
daß bei Aktivierung des Impulsgebers der Steuerkreis unterbrochen und damit der
hvdratilische Antrieb für das die Sauerstoffzufuhr beherrschende Ventil unter Schließen
desselben betätigt wird, während gleichzeitig das eine Stickstoffleitung beherrschende
Ventil geöffnet wird, so daß die Sauerstoffzuleitungen und der Reaktionsraum mit
Stickstoffgas beflutet «-erden.
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Gleichzeitig damit wird durch die Unterbrechung des Steuerkreises
eine Reihe anderer Absperr- bzw. Umschaltorgane betätigt, die ein Gasweg hinter
dem Vergaser liegen und die verhindern, daß einerseits vorher erzeugtes Brenngas
in die Einrichtung zurückströmt und andererseits das inerte Schutzgas in die Produktionsgasapparaturgelangt.
Diese Aufgabe kann beispielsweise in zweckmäßiger Form dadurch 1,-)e-
wirkt
werden, daß das inerte Schutzgas unter Öffnen eines entsprechenden Absperrorgans
ins Freie abgeblasen wird, während die Gaswege des normalen Betriebszustandes geschlossen
werden.
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In ähnlicher Weise wird erfindungsgemäß die Zufuhr von gespanntem
Sauerstoff in die Gesamtbetriebssicherung eingebaut, indem bei Unterbrechung des
Steuerkreises auch der Antrieb der Sauerstoffkompressoren bzw. der Sauerstofferzeugungsanlage
abgeschaltet wird.
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In den Fällen, in denen es vorteilhaft ist. den Reaktionsraum nach
L'ntjrhreciien der Reaktion mit einem inerten Schutzgas zu füllen, wird ein Schutzgasvorratsbehälter
zur Verfügung gehalten, aus dein bei Übergang des Systems in die Neutralstellung
und gegebenenfalls Stillegung der Stickstoffverdichter ein Stickstoffstrom niedriger
Spannung zum Fluten des Reaktionsraumes und der anschließenden Leitungen entnommen
werden kann.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Vergasungsvorgang
automatisch und unabhängig von der üblichen Betriebskontrolle überwacht wird, und
-zwar nicht mir hinsichtlich der ordnungsmäßigen Zuleitung der Reaktionsstoffe und
Ableitung der Reaktionsprodukte, sondern auch in bezug auf die Einhaltung optimaler
Reaktionsbedingungen bzw. die Vermeidung kritischer Zustandsänderungen. Dies ist
namentlich dann von Vorteil, wenn ein Gas he"tiinnitei- gleichbleibender Zusammensetzung
oder ein G;is l:cstiinmtei- Temperatur od. dgl. erzeugt wercLn soll oder andere
bestimmte 13etrielishedingun@reii eingehalten «-erd:a sollen. h;ese automatische
Cberwachung ist durch die Anordnung des Kraftspeicher: auch unabhängig von denn
im \ornialbetrieb zur Speisung der Antri-elisinotoreii ti. d@`1. dienei:clen Netz.
d. h.. auch bei Ausfall der Netzspannung wird die Anlage selbsttätig in die Neutralstellung
gefahren.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung in ihrer Anwendung
auf die Vergasung eines staubförmigen Brennstoffes mit Sauerstoff und Wasserdampf
in einem Prinzipschaltbild dargestellt. Um die Übersicht über die Zusammenhänge
der einzelnen Organe nicht zu erschweren, sind alle nicht unbedingt zum Verständnis
gehörigen technischen Details aus der Abbildung weggelassen.
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Mit 1 ist der Teil einer Reaktionskammer bezeichnet. in den die Düsen
2 und 3 eininünrleii. die das l;reiinstoft-Sauerstoff-Getniscli bzw. den Wasserdampf
in den Reaktionsrauen einführen. Für die Aufrechterhaltung eines ordnungsgemäßen
Betriebes hat ich unter anderem die Überwachung der Kohlenstoffs s
zufuhr
in der Leitung 5a an der Meßstelle8, die Überwachung der Sauerstoff- bzw. Stickstoffzufuhr
in der Leitung 23 an der Meßstelle 7, die Überwachung der Gemischzufuhr an der Meßstelle
9, die t1ierwachung der MVasserclanipfzufuhr durch Düsen 3 an der Meßstelle 10 und
die Überwachung der Temperatur ein P#eaktionsraum an der 1Zeßstelle 6 als notwendig
erwiesen. Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, auch weitere Betriebsbedingungen
zu überwachen, beispielsweise die Menge des erzeugten -Nutzgases, dessen Austrittstemperatur
und Zusaininensetzung u. dgl.
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Die Zeichnung bezieht sich auf eiirr Ausführungsbei--spiel, bei dein
die Anwendung der Erfindung auf die I?berwachung der Zufuhr des staubförmigen Brennstoffes
zuin lZeaktionsraum dztrgistellt ist. Der Satierstoff kommt aus Leitung 22 in das
U nischaltorgan 21, z. B. ein Zweiwegeventil, und gelangt dann durch Leitung23 an
der lleßstelle7 t"orl)ei in die Düsenleitung2,
wo der Sauerstoff
auf den Brennstoff stößt, der durch Leitung 5 zugeführt, in einer kleinen abgezweigten
Menge Sauerstoff suspendiert und durch Leitung 5a. herausgeführt wird. Es entsteht
eine Suspension aus Brennstoff und Sauerstoff, deren Bewegung in der Düsenleitung
2 an der Meßstelle 9 kontrolliert wird. Das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch tritt
in den auf hoher Temperatur befindlichen Reaktionsraum 1 ein, wird dort sofort gezündet,
wobei eine heftige Reaktion zwischen dem Sauerstoff und dem Brennstoff einsetzt.
Gleichzeitig wird aus den Düsen 3 Wasserdampf, vorzugsweise auf etwa 400 bis 500°
C vorgewärmt, in den Reaktionsraum so eingeblasen, daß sich längs der Wände des
Reaktionsraumes eine zusammenhängende I-Iülle aus Wasserdampf bildet, die sich im
wesentlichen in der gleichen Richtung wie das primäre Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch
bewegt. Diese endotherm reagierende Wasserdampfhülle dient einmal dazu, die Reaktionsraumwände
vor einer zu heftigen Wärmeeinstrahlung aus der exothermen Zone zu schützen. Ferner
dient sie dazu, Ascheteilchen, die nach außen geschleudert «,>erden, so weit abzukühlen,
daß sie beim Auftreffen auf die Reaktionsraumwände auf jeden Fall fest sind. Schließlich
ist es noch Aufgabe dieser Hülle, mit dem in der primären Reaktion nicht umgesetzten
Brennstoff unter Bildung von Was-sergas zu reagieren.
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In das Umschaltorgan 21 mündet gleichzeitig eine Stickstoffleitung24
ein. Das Umschaltorgan ist so aufgebaut, daß bei Abschalten der Sauerstoffleitung
22 auf die Stickstoffleitung 24 umgeschaltet wird, so daß dann an Stelle von Sauerstoff
Stickstoff in den Reaktionsraum und die vor- und nachgeschalteten Leitungen gelangt.
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An der Meßstelle 8 wird beispielsweise durch den Druck der Sauerstoffströmung
an dieser Stelle ein Impuls erzeugt, der an sich beliebiger Natur sein kann. Es
kann sich beispielsweise um die Erzeugung einer kleinen elektrischen Spannung handeln
oder auch um einen Druck eines Druckmittels, z. B. Öl oder Wasser. Die an der Meßstelle
unmittelbar entstehenden Impulse sind an sich meist zu klein, um größere Schaltorgane
zu betätigen. weshalb der Meßstelle 8 ein sogenannter Impulstransformator 8a nachgeschaltet
ist, der den kleinen Anfangsimpuls vergrößert, gegebenenfalls auch in eine andere
Kraftart umwandelt.
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Der vom Impulstransformator 8 a verstärkte Impuls gelangt auf ein
Relaisorgan 8 b. Dieses Relaisorgan 8 b ist so beschaffen, daß es dann, wenn der
bei 8 gemessene Impuls der normalen Betriebsbedingung entspricht, einen Kontakt
8 c geschlossen hält.
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Idas Kraftmittel, welches im Impulstransformator 8a verstärkt und
in dein Relaisorgan 8 b wirksam geivorden ist, stammt aus einer Kraftmittelquelle
13 und läuft in einem durch 12 angedeuteten Kreis, dem sogenannten Impulskreis um.
Diese Kraftmittelquelle kann beispielsweise eine elektrische Batterie sein; sie
kann aber auch ein Druckluft- oder Druckflüssigkeitsbehälter sein oder auch ein
großes Gewicht, dessen potentielle Energie ausreicht, um die Relaisorgane zu betätigen.
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Entsprechend der Impulsmessung an der Meßstelle8 sind auch an den
anderen Meßstellen Impulsgeber vorgesehen, die der jeweiligen Meßaufgabe angepaßt
sind. Die dort entstehenden Impulse werden über ent-#prechende Impulstransformatoren
an jeweils zugehörige Relaisorgane 6 b, 7 b, 9 b und 10 b gegeben und schalten dort
ebenfalls im Falle normaler Betriebsbedingungen einen Relaiskontakt 6 c, 7 c, 9
c und 10 c. Außer den bisher beschriebenen Relaisorganen 6 bis 10 ist noch ein weiteres
Relaisorgan 11 vorgesehen, welches unmittelbar auf die Netzspannung anspricht, d.
h. welches den Kontakt 11 c schaltet, wenn die Netzspannung in ihrem vollen Wert
vorhanden ist. Sobald an einer der Meßstellen eine dem normalen Betrieb nicht entsprechende
Bedingung auftritt, reagiert das zugehörige Meßorgan so, daß der Kontakt geöffnet
wird. Dadurch tritt eine Unterbrechung in dem Kraftmittelkreis 14, dem sogenannten
Steuerkreis, ein, der aus der Kraftmittelquelle 15, dem Steuerorgan 16 und den hintereinandergeschalteten
Kontakten sämtlicher Relaisorgane besteht. In dem Steuerkreis 14 fließt also ein
sogenannter Ruhestrom, der, solange er fließt, den ordnungsgemäßen Betrieb der Anlage
bestätigt. Sobald eines der Relaisorgane 6 b bis 11 nicht mehr den für den ordnungsgemäßen
Betrieb vorgesehenen Impuls von der Meßstelle bekommt, wird einer der zugehörigen
Kontakte 6 c bis 11c geöffnet, wodurch eine Unterbrechung des Kraftmittelstromes
in dem Steuerkreis 14 eintritt. Dadurch wird das Steuerorgan 16 erregt, welches
seinerseits auf ein zugehöriges Schaltorgan 17a einwirkt. Das Schaltorgan 17a wirkt
über eine Kraftleitung 20 auf das Regelorgan 21 ein. durch welches dieses in dem
gewünschten Sinne betätigt wird. In dem hier betrachteten Falle würde das Umschaltorgan
21 geschlossen werden, wenn an der Meßstelle 8 festgestellt wird, daß aus irgendeinem
Grunde die Brennstoffzufuhr gestört ist. In einem solchen Falle würde ja der Sauerstoff,
ohne durch Reaktion mit Brennstoff verbraucht zu werden, in den Reaktionsraum bzw.
die nachgeschalteten Gasleitungen und Gassammeleinrichtungen gelangen und dort mit
dem heißen Gas unter Bildung von E@:plosionen reagieren. Gleichzeitig mit der Abschaltung
der Sauerstoffleitung durch das Umschaltorgan 21 wird die Stickstoffleitung 24 auf
die Leitung 23 geschaltet, so daß statt Sauerstoff Stickstoff in die ganze Anlage
gegeben wird. Dadurch wird erreicht, daß auch Sauerstoff bzw. Luft, die durch Undichtigkeiten
gegebenenfalls einströmen könnte, wegen der Stickstoffflutung wirkungslos bleibt.
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Da die Einrichtung auch dann das -Manöver der Sauerstoffabschaltung
und Stickstoff flutung ausführen soll, wenn die Energieversorgung durch das Netz
unterbrochen ist, wird dem Schaltorgan 17a. eine Energiequelle 17b zugeordnet, die
zum mindesten so viel Energie enthält, wie notwendig ist, um die Schieber in der
Sauerstoffleitung 22 zu schließen bzw. in der Stickstoffleitung 24 zu öffnen.
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Das Steuermittel 16, welches bei der Unterbrechung des Kraftmittelstromes
im Steuerkreis 14 anspricht, kann gegebenenfalls auch weitere Schaltorgane 18a,
19a usw. betätigen, die ihrerseits auf andere Regel-und Schließorgane, insbesondere
auch Motoren od. 4g1.. einwirken.