DE112009000649B4 - Verfahren zum Betreiben einer Vergasungsanlage - Google Patents

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Abstract

Beim Kaltstart einer Vergasungsanlage wird Wirbelschichtluft 10 einem Verbrennungsofen 9 zugeführt, um eine Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 zu bilden, während ein Vorheizbrennstoff 22 dem Verbrennungsofen zugeführt wird, um die Wirbelschicht 11 auf die Selbstentzündungstemperatur von Kohle vorzuheizen. Anschließend wird Kohle 23 dem Verbrennungsofen 9 zugeführt, um die Wirbelschicht 11 zu erwärmen, und Bettmaterial wird zwischen dem Verbrennungsofen 9 und dem Vergasungsofen 1 zur Erwärmung im Kreislauf geführt. Beim Start und beim Abschalten der Vergasungsanlage wird Dampf 2 aus einem Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler 20 unter Wärmeaustausch mit Abgas 15 aus dem Verbrennungsofen 9 dem Vergasungsofen 1 zugeführt, um den Vergasungsofen 1 und einen Ausleitungskanal 6 mit dem Dampf 2 unter Verwertung der Abgaswärme zu spülen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vergasungsanlage.
  • Stand der Technik
  • Bisher wurden verschiedene Vergasungsanlagen vorgeschlagen. Beispielsweise gibt es eine sogenannte Doppelturm-Wirbelschicht-Zirkulationsvergasungsanlage, die Vergasungs- und Verbrennungsöfen umfasst (vergl. Patentliteratur 1).
  • Im Vergasungsofen der Doppelturm-Vergasungsanlage wird Dampf von unten zugeführt, um eine Wirbelschicht von Bettmaterial (wie Quarzsand oder Kalkstein) zur Vergasung eines Ausgangsmaterials (wie Kohle, Biomasse oder Reifenschnitzel), das von oben zugeführt wird, bereitzustellen, um dadurch ein Produktionsgas und nicht-umgesetztes verkohltes Material (Kohlematerial) zu erzeugen. Das im Vergasungsofen erzeugte Produktionsgas wird durch einen Ausleitungskanal nach außen geführt und ein Gemisch aus dem im Vergasungsofen erzeugten, nicht-umgesetzten Kohlematerial und dem Bettmaterial wird über eine Zufuhrleitung in den Verbrennungsofen eingeleitet.
  • Im Verbrennungsofen der Doppelturm-Vergasungsanlage wird Blasluft von unten zugeführt, um eine Wirbelschicht zur Verbrennung des nicht-umgesetzten Kohlematerials aus dem Vergasungsofen bereitzustellen, um dadurch das Bettmaterial zu erwärmen. Blas-Verbrennungsabgas wird in einen Materialabscheider, z. B. einen Heißzyklon, geleitet, wo es in Bettmaterial und Abgas aufgetrennt wird. Das abgetrennte Bettmaterial wird dem Vergasungsofen zugeführt.
  • Ein Merkmal der vorerwähnten Doppelturm-Vergasungsanlage besteht darin, dass die Vergasung von Ausgangsmaterial verlängert werden kann, indem man das Fassungsvermögen des Vergasungsofen erhöht, um dadurch in effektiver Weise das Ausgangsmaterial zu vergasen, und zwar selbst dann, wenn es sich beim Ausgangsmaterial beispielsweise um Kohle mit einem großen Anteil an fixiertem Kohlenstoff handelt.
  • Beim Anfahren der Doppelturm-Vergasungsanlage, insbesondere beim Anfahren in kaltem Zustand, muss zunächst das Bettmaterial auf eine Temperatur erwärmt werden, die die Vergasung des Ausgangsmaterials ermöglicht. Üblicherweise wird für einen derartigen Erwärmungsvorgang Brennstoff, wie LNG, LPG oder Leichtöl, verbrannt. Problematisch dabei ist jedoch, dass erhebliche Kosten für die Erwärmung des Bettmaterials anfallen, da eine große Menge an Brennstoff, wie LNG, LPG oder Leichtöl, erforderlich ist, um eine große Menge an Bettmaterial, das sich in den Vergasungs- und Verbrennungsöfen mit großem Fassungsvermögen, wie in der Doppelturm-Vergasungsanlage, befindet, auf eine Temperatur zu erwärmen, die die Vergasung des Ausgangsmaterials ermöglicht. Derartiger Brennstoff ist relativ teuer. Außerdem müssen beim Anfahren und Abstellen der Vergasungsanlage, die ein brennbares Produktionsgas erzeugt, der Vergasungsofen und der Ausleitungskanal für das erzeugte Gas mit Inertgas gespült (gereinigt) werden, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Herkömmlicherweise wird für einen derartigen Spülvorgang ein inertes Gas, wie Stickstoff (N2), zugeführt. Dies stellt jedoch insofern ein Problem dar, als dass die Kosten für die Spülung ansteigen, da die Spülung des Vergasungsofens im Allgemeinen eine Menge an Inertgas erfordert, die etwa das 5-fache des Fassungsvermögens des Vergasungsofens beträgt, so dass viel Stickstoff erzeugt werden muss.
  • Somit ist für eine Vergasungsanlage die Entwicklung einer Technik wünschenswert, mit der die Kosten, die für die Erwärmung des Bettmaterials, insbesondere bei Anfahren der Vergasungsanlage in kaltem Zustand, erforderlich sind, verringert werden können und mit der in wirksamer und kostengünstiger Weise der Spülvorgang des Vergasungsofens und des Ausleitungskanals für das erzeugte Gas durchgeführt werden kann. Eine derartige Technik wurde bisher aber noch nicht vorgeschlagen.
    • [Patentliteratur 1] JP-2005-041959A
  • Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
  • Technische Probleme
  • Die Erfindung geht vom vorstehenden Sachverhalt aus. Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben einer Vergasungsanlage, mit der es möglich ist, die Kosten, die für die Erwärmung eines Bettmaterials, insbesondere beim Anfahren der Vergasungsanlage in kaltem Zustand, anfallen, zu verringern und eine wirksame und kostengünstige Spülung des Vergasungsofens und des Ausleitungskanals für das Produktionsgas zu gewährleisten.
  • Lösung der Probleme
  • Die Erfindung ist auf Verfahren zum Betreiben einer Vergasungsanlage, die Folgendes umfasst, abgestellt: einen Vergasungsofen zum Vergasen eines Ausgangsmaterials, um ein Produktionsgas und nicht-umgesetztes Kohlematerial zu erzeugen, und zum Ausleiten des erzeugten Gases durch einen Ausleitungskanal; einen Verbrennungsofen zum Erwärmen eines Bettmaterials durch Zuführen und Verbrennen des nicht-umgesetzten Kohlematerials aus dem Vergasungsofen und zum Abtrennen des Bettmaterials von einem Verbrennungsabgas und zum Einleiten desselben in den Vergasungsofen; und einen Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler zur Erzeugung von Dampf durch Wärmeaustausch mindestens mit dem Abgas aus dem Verbrennungsofen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
    beim Anfahren der Vergasungsanlage in kaltem Zustand:
    eine Luftspülungsstufe, bei der eine Wirbelschicht bildende Luft (Wirbelschichtluft) dem Verbrennungsofen und dem Vergasungsofen zugeführt wird, um den Verbrennungsofen und den Vergasungsofen mit Luft zu spülen;
    eine Verbrennungsofen-Wirbelschicht-Vorheizstufe, bei der eine Wirbelschicht bildende Luft dem Verbrennungsofen zugeführt wird, um eine Verbrennungsofen-Wirbelschicht zu bilden, während Vorheizbrennstoff dem Verbrennungsofen zugeführt wird, um die Verbrennungsofen-Wirbelschicht bis zur Selbstentzündungstemperatur von Kohle vorzuheizen;
    eine Verbrennungsofen-Kohlebeschickungs-/Vorheizbrennstoff-Beendigungsstufe, bei der Kohle dem Verbrennungsofen zugeführt wird, nachdem die Verbrennungsofen-Wirbelschicht die Selbstentzündungstemperatur der Kohle erreicht hat, um die Verbrennungsofen-Wirbelschicht durch Verbrennung der Kohle zu erwärmen, während die Zufuhr des Vorheizbrennstoffes allmählich verringert und beendet wird;
    eine Zirkulationsstartstufe, bei der Wirbelschichtluft dem Vergasungsofen zugeführt wird, um eine Vergasungsofen-Wirbelschicht zu bilden und dadurch das Bettmaterial im Vergasungsofen dem Verbrennungsofen zuzuführen, während Blasluft dem Verbrennungsofen zugeführt wird, um das Bettmaterial in der Verbrennungsofen-Wirbelschicht zum Vergasungsofen zirkulieren zu lassen;
    eine Startspülstufe, bei der allmählich die dem Vergasungsofen zugeführte Wirbelschichtluft verringert wird, während der Dampf aus dem Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler, der beim Wärmetausch mit dem Abgas aus dem Verbrennungsofen entsteht, allmählich in steigendem Maße dem Vergasungsofen zugeführt wird, um den Vergasungsofen und den Ausleitungskanal für das erzeugte Gas mit dem Dampf zu spülen;
    eine Vergasungsausgangsmaterial-Beschickungsstufe, bei der ein Ausgangsmaterial dem Vergasungsofen zugeführt wird, um die Vergasung des Ausgangsmaterials mit dem Dampf zu beginnen, wenn die Temperatur der Verbrennungsofen-Wirbelschicht die für die Vergasung erforderliche Solltemperatur erreicht hat; und
    eine Ausgangsmaterial-Vergasungsbetriebsstufe, bei der die Zufuhr der Kohle zum Verbrennungsofen allmählich verringert und beendet wird, so dass die Solltemperatur in der Verbrennungsofen-Wirbelschicht aufrechterhalten wird, wenn das nicht-umgesetzte Kohlematerial in den Verbrennungsofen eingeleitet wird; und
    beim Abschalten der Vergasungsanlage:
    eine Vergasungsofen-Ausgangsmaterial-Stoppstufe, bei der die Zufuhr der Kohle zum Verbrennungsofen allmählich erhöht und die Zufuhr des Ausgangsmaterials zum Verbrennungsofen allmählich verringert und beendet wird, so dass vom Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler weiterhin Dampf erzeugt wird;
    eine Abschaltspülstufe, bei der die Zufuhr des Dampfes aus dem Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler zum Vergasungsofen fortgesetzt wird, um den Vergasungsofen und den Ausleitungskanal für das erzeugte Gas mit dem Dampf zu spülen, nachdem die Zufuhr des Ausgangsmaterials in den Vergasungsofen beendet worden ist; und
    eine Verbrennungsofen-Kohle-Stoppstufe, bei der die Zufuhr der Kohle zum Verbrennungsofen beendet wird.
  • Beim Verfahren zum Betreiben der Vergasungsanlage wird vorzugsweise gleichzeitig mit der Verbrennungsofen-Wirbelschicht-Vorheizstufe auch Wirbelschichtluft dem Vergasungsofen zur Wirbelschichtbildung zugeführt, während der Vorheizbrennstoff dem Vergasungsofen zugeführt wird, um gleichzeitig die Vergasungsofen-Wirbelschicht vorzuheizen.
  • Beim Verfahren zum Betreiben der Vergasungsanlage lässt man vorzugsweise dann, wenn die Vergasungsofen-Wirbelschicht gleichzeitig mit der Verbrennungsofen-Wirbelschicht-Vorheizstufe vorgeheizt wird, das aus dem Vergasungsofen ausgetragene Abgas in das Abgas aus dem Verbrennungsofen strömen.
  • Beim Verfahren zum Betreiben der Vergasungsanlage kann nach der Verbrennungsofen-Kohle-Stoppstufe die Zufuhr der Wirbelschichtluft zum Verbrennungsofen beendet werden, um den Verbrennungsofen in einem Ruhezustand (banking state) zu halten.
  • Beim Verfahren zum Betreiben der Vergasungsanlage kann nach der Verbrennungsofen-Kohle-Stoppstufe die Wirbelschichtluft den Verbrennungs- und Vergasungsöfen zugeführt werden, um die Vergasungsanlage abzukühlen.
  • Beim Verfahren zum Betreiben der Vergasungsanlage können LNG, LPG oder Leichtöl als Vorheizbrennstoff verwendet werden.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß einem Verfahren zum Betreiben einer Vergasungsanlage wird beim Kaltstart der Vergasungsanlage Wirbelschichtluft dem Verbrennungsofen zugeführt, um eine Verbrennungsofen-Wirbelschicht zu bilden, während ein Vorheizbrennstoff, wie LNG, LPG oder Leichtöl, dem Verbrennungsofen zugeführt wird, um die Verbrennungsofen-Wirbelschicht auf die Selbstentzündungstemperatur der Kohle vorzuheizen. Die Kohle wird anschließend dem Verbrennungsofen zugeführt, um die Verbrennungsofen-Wirbelschicht durch die Verbrennung der Kohle zu erwärmen. Anschließend wird das Bettmaterial zur Erwärmung zwischen dem Verbrennungsofen und dem Vergasungsofen im Kreislauf geführt, so dass die verwendete Menge des teuren Vorheizbrennstoffes, wie LNG, LPG oder Leichtöl, auf eine kleine Menge, die nur zur Vorerwärmung der Verbrennungsofen-Wirbelschicht des Verbrennungsofens dient, zu verringern. Daher lassen sich die Kosten für die Erwärmung des Bettmaterials beim Kaltstart erheblich verringern.
  • Beim Starten der Vergasungsanlage wird Dampf von einem Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler im Wärmetausch mit einem Abgas vom Verbrennungsofen dem Vergasungsofen zugeführt, um den Vergasungsofen und einen Ausleitungskanal für das erzeugte Gas mit dem Dampf zu spülen, so dass der Vergasungsofen und der Ausleitungskanal für das erzeugte Gas in wirksamer und kostengünstiger Weise mit dem Dampf unter Verwendung der Abgaswärme gespült werden können.
  • Beim Abschalten der Vergasungsanlage wird weiterhin Dampf im Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler erzeugt und dem Vergasungsofen zugeführt, um den Vergasungsofen und den Ausleitungskanal für das erzeugte Gas mit dem Dampf zu spülen, so dass der Vergasungsofen und der Ausleitungskanal für das erzeugte Gas in wirksamer und kostengünstiger Weise mit dem Dampf unter Verwendung der Abgaswärme gespült werden können, selbst wenn die Vergasungsanlage gestoppt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Doppelturm-Vergasungsanlage, die Gegenstand der Erfindung ist.
  • 2 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Spülungsstufe mit Luft beim Kaltstart einer Vergasungsanlage.
  • 3 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Verbrennungsofen-Wirbelschicht-Vorheizstufe.
  • 4 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Verbrennungsofen-Kohlebeschickungs-/Vorheizbrennstoff-Beendigungsstufe.
  • 5 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Zustands beim Beginn der Wirbelschichtbildung einer Vergasungsofen-Wirbelschicht.
  • 6 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Kreislaufführungs-Startstufe.
  • 7 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Zustands beim Beginn der Gaserzeugung.
  • 8 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Zustands bei der Beschickung des Vergasungsofens mit Dampf.
  • 9 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Spülstufe beim Anfahren.
  • 10 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Zustands bei der Beschickung des Vergasungsofens mit Vergasungsausgangsmaterial.
  • 11 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Vergasungsbetriebsstufe.
  • 12 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Zustands bei der Durchführung einer Hilfsverbrennung zur Aufrechterhaltung der Temperatur beim Vergasungsbetrieb.
  • 13 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Zustands bei der Beschickung des Verbrennungsofens mit Kohle beim Abstellen der Vergasungsanlage.
  • 14 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Vergasungsofen-Ausgangsmaterial-Stoppstufe.
  • 15 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Spülstufe beim Abschalten.
  • 16 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Zustands beim Stoppen der Zufuhr von Kohle zum Verbrennungsofen.
  • 17 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Zustands bei der Aufrechterhaltung des Verbrennungsofens in einem Ruhezustand.
  • 18 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Zustands bei der Zufuhr von Wirbelschichtluft in den Verbrennungs- und Vergasungsofen, um die Vergasungsanlage abzukühlen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vergasungsofen
    2
    Dampf
    3
    Vergasungsofen-Wirbelschicht
    4
    Ausgangsmaterial
    5
    erzeugtes Gas
    6
    Ausleitungskanal
    9
    Verbrennungsofen
    10
    Wirbelschichtluft
    10'
    Blasluft
    11
    Verbrennungsofen-Wirbelschicht
    14
    Bettmaterial
    15
    Abgas
    20
    Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler
    21
    Wirbelschichtluft
    22
    Vorheizbrennstoff
    22'
    Vorheizbrennstoff
    23
    Kohle
  • Beschreibung der Ausführungsform
  • Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Doppelturm-Vergasungsanlage. Die Vergasungsanlage umfasst Vergasungs- und Verbrennungsöfen 1 und 9. Im Vergasungsofen 1 wird Dampf 2 von unten aus einem Luftstromverteiler (nicht dargestellt) zugeführt, um eine Vergasungsofen-Wirbelschicht 3 aus Bettmaterial (wie Quarzsand oder Kalkstein) zu bilden, wobei ein Ausgangsmaterial 4 (wie Kohle, Biomasse oder Reifenschnitzel), das von oben zugeführt wird, unter Bildung von Produktionsgas und nicht-umgesetztem Kohlematerial vergast wird. Das durch den Vergasungsofen 1 erzeugte Produktionsgas 5 wird durch einen Ausleitungskanal 6 einem Produktionsgas-Verarbeitungssystem 7 zugeführt. Ein Gemisch 8 aus dem durch den Vergasungsofen 1 gebildeten, nicht-umgesetzten Kohlematerial und dem Bettmaterial wird durch Überlauf in den Verbrennungsofen 9 eingeleitet.
  • Im Verbrennungsofen 9 wird Wirbelschichtluft 10 von unten aus einem Luftstromverteiler (nicht dargestellt) zugeführt, um eine Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 zum Verbrennen des aus dem Vergasungsofen 1 zugeführten nicht-umgesetzten Kohlematerials zu bilden, um das Bettmaterial zu erwärmen. Verbrennungsabgas 12, das aufgrund seiner Fluidität nach oben geblasen wird, wird durch einen oberen Teil des Verbrennungsofens 9 geführt, in einen Materialabscheider 13, z. B. einen Heißzyklon, eingeleitet und in Bettmaterial 14 und Abgas 15 aufgetrennt. Das abgetrennte Bettmaterial 14 wird in den Vergasungsofen 1 zurückgeleitet und das vom Bettmaterial 14 durch den Materialabscheider 13 abgetrennte Abgas 15 wird durch einen Abgaskanal 16 einem Abgas-Verarbeitungssystem 17 zugeführt.
  • Im Ausleitungskanal 6 bzw. im Abgaskanal 16 sind Wärmetauscher 18 und 19 angeordnet, die einen Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler 20 darstellen. Wasser wird den Wärmetauschern 18 und 19 zugeführt, um Dampf zu erzeugen, der von unten dem Vergasungsofen 1 zugeführt wird.
  • Vorheizbrennstoff 22, wie flüssiges Erdgas, Flüssiggas oder Leichtöl, können von unten in den Verbrennungsofen 9 eingeleitet werden und Kohle 23 kann von oben der Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 des Verbrennungsofens 9 zugeführt werden. Wirbelschichtluft 21 und Vorheizbrennstoff 22', wie flüssiges Erdgas, Flüssiggas oder Leichtöl, können von unten in den Vergasungsofen 1 eingeführt werden.
  • Zwischen dem Ausleitungskanal 6 am Eingang des Produktionsgas-Verarbeitungssystems 7 und dem Abgaskanal 16 am Eingang des Abgas-Verarbeitungssystems 17 ist ein Verbindungszwecken dienender Nebenstromkanal 24 vorgesehen, um ein Strömen von Abgas aus dem Vergasungsofen 1 in das Abgas 15 aus dem Verbrennungsofen 9 zu ermöglichen. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 25 ein Verbrennungsofen-Thermometer, das die Temperatur der Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 misst; 26 ein Vergasungsofen-Thermometer, das die Temperatur der Vergasungsofen-Wirbelschicht 3 misst; und 27 eine Gaskomponenten-Messvorrichtung, die die Sauerstoffkonzentration (O2-Konzentration) und die Konzentration eines entflammbaren Gases im Produktionsgas 5 misst.
  • Nachstehend wird ein Verfahren zum Betreiben der in 1 dargestellten Vergasungsanlage unter Bezugnahme auf die 2 bis 18 unter Verwendung von vereinfachten Darstellungen beschrieben.
  • (I) beim Kaltstart der Vergasungsanlage
  • Wie in 2 dargestellt, werden Wirbelschicht-Luftströme 10 und 21 dem Verbrennungsofen 9 bzw. dem Vergasungsofen 1 zugeführt, um die Öfen 9 und 1 mit Luft zu spülen (Luftspülstufe). Die Luftspülstufe wird auf der Grundlage einer in einem normalen Wirbelschichtboiler vorgenommenen Betriebsregulierung durchgeführt. Die Zufuhr der Wirbelschichtluft 10 in den Vergasungsofen 1 kann nach Beendigung der Spülung mit Luft gestoppt werden. Alternativ kann die Zufuhr der Wirbelschichtluft 10 in den Vergasungsofen 1 zur Lüftung/Fluidisierung in einem Fall fortgesetzt werden, bei dem die Vergasungsanlage eine Luft-Vorheizvorrichtung aufweist, da die Abgaswärme des Abgases zum Temperaturanstieg in der Vergasungsofen-Wirbelschicht 3 beitragen kann.
  • Anschließend wird, wie in 3 dargestellt, der Vorheizbrennstoff 22 (LPG) dem Verbrennungsofen 9 zugeführt und darin verbrannt, während Wirbelschichtluft 10 zur Bildung der Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 dem Verbrennungsofen zugeführt wird, wodurch die Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 vorgeheizt wird (Verbrennungsofen-Wirbelschicht-Vorheizstufe).
  • Wie in 4 dargestellt, erfolgt dann, wenn die vom Verbrennungsofen-Thermometer 25 erfasste Temperatur der Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 die Selbstentzündungstemperatur von Kohle (480°C) erreicht hat, der Start der Beschickung des Verbrennungsofens 9 mit Kohle 23, um die Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 durch Verbrennung der Kohle 23 zu erwärmen, während die Zufuhr von Vorheizbrennstoff 22 allmählich verringert und beendet wird (Verbrennungsofen-Kohlebeschickungs-/Vorheizbrennstoff-Beendigungsstufe).
  • Anschließend wird, wie in 5 dargestellt, die Wirbelschichtluft 21 dem Vergasungsofen 1 zugeführt, um die Vergasungsofen-Wirbelschicht 3 zu bilden und damit das Bettmaterial 14 im Vergasungsofen 1 dem Verbrennungsofen 9 zuzuführen, während, wie in 6 dargestellt, Blasluft 10' mit einem Luftanteil, der größer als der der Wirbelschichtluft 10 ist, dem Verbrennungsofen 9 zugeführt wird, um dadurch das Bettmaterial 14 in der Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 wieder dem Vergasungsofen 1 zuzuführen und die Kreislaufführung zu starten (Zirkulationsstartstufe).
  • Da die Beschickungsmenge mit Kohle 23 zur Kreislaufführung des Bettmaterials 14 erhöht wird, wird die Vergasungsofen-Wirbelschicht 3 auf eine Solltemperatur, die für die Vergasung von Kohle erforderlich ist, nämlich auf 900 bis 1 000°C, erwärmt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Abgas-Rückgewinnungsboiler 20 mit der Erzeugung von Dampf 2, wie in 7 dargestellt ist. Der Dampf 2 wird aus dem System abgeleitet oder gewonnen. Wenn der Dampf 2 des Abgas-Wärmerückgewinnungsboilers 20 einen Druck erreicht, der die Bildung der Vergasungsofen-Wirbelschicht 3 ermöglicht, wird der Dampf 2 von unten dem Vergasungsofen 1 zugeführt, wie in 8 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Umschaltvorgang in überlappender Weise so vorgenommen, dass die Zufuhrmenge von Wirbelschichtluft 21, die dem Vergasungsofen 1 zugeführt wird, allmählich sinkt, während die Zufuhr von Dampf 2 aus dem Abgas-Rückgewinnungsboiler 20 allmählich gesteigert wird. Im Ergebnis wird Restluft im Vergasungsofen 1 und im Ausleitungskanal 6 des Produktionsgases durch den Dampf 2 gereinigt, wie in 9 dargestellt ist (Anfahrreinigungsstufe). Die Anfahrreinigung wird fortgesetzt, bis die Sauerstoffkonzentration (O2-Konzentration), die von der Gaskomponenten-Messvorrichtung 27 gemessen wird, eine nahe bei Null festgesetzte Konzentration erreicht.
  • Wie in 10 dargestellt ist, wird dann, wenn die vom Verbrennungsofen-Thermometer 25 erfasste Temperatur der Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 die für die Vergasung erforderliche Solltemperatur (900 bis 1 000°C) erreicht hat, das Ausgangsmaterial 4 (Kohle) dem Vergasungsofen 1 zugeführt, um die Vergasung des Ausgangsmaterials 4 mit dem Dampf 2 zu beginnen (Vergasungsausgangsmaterial-Beschickungsstufe).
  • Nicht-umgesetztes Kohlematerial wird dem Verbrennungsofen 9 aufgrund der Zufuhr des Ausgangsmaterials 4 in den Vergasungsofen 1 zugeführt. Da dadurch die im Verbrennungsofen 9 ablaufende Verbrennung zunimmt, wird die Zufuhr der Kohle 23 in den Verbrennungsofen 9 allmählich verringert und beendet, wie in 11 dargestellt ist, so dass die Solltemperatur in der Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 aufrechterhalten wird, da das nicht-umgesetzte Kohlematerial in den Verbrennungsofen 9 eingeleitet wird (Vergasungsbetriebsstufe). Wenn die Temperatur der Vergasungsofen-Wirbelschicht 11 unter die Solltemperatur beim Vergasungsbetrieb sinkt, kann Kohle 23' zusätzlich dem Verbrennungsofen 9 zugeführt werden, um die Verbrennung zu unterstützen, wie in 12 dargestellt ist, so dass die Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 auf der Solltemperatur gehalten wird.
  • Wie oben erwähnt, wird beim Kaltstart der Vergasungsanlage die Wirbelschichtluft 10 dem Verbrennungsofen 9 zugeführt, um die Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 zu bilden, während der Vorheizbrennstoff 22, wie LNG, LPG oder Leichtöl, zugeführt wird, um die Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 auf die Selbstentzündungstemperatur von Kohle vorzuheizen. Anschließend wird die Kohle 23 dem Verbrennungsofen 9 zugeführt, um die Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 durch die Verbrennung der Kohle 23 zu erwärmen. Anschließend wird das Bettmaterial 14 im Kreislauf zwischen dem Verbrennungsofen 9 und dem Vergasungsofen 1 zur Erwärmung im Kreislauf geführt. Somit kann die Anwendungsmenge des teuren Vorheizbrennstoffes 22, wie LNG, LPG oder Leichtöl, auf eine geringe Menge begrenzt werden, die nur zum Vorheizen der Verbrennungsofen-Wirbelschicht 11 des Verbrennungsofens 9 dient. Daher lassen sich die Kosten zur Erwärmung des Bettmaterials beim Kaltstart erheblich verringern.
  • Beim Start der Vergasungsanlage wird der Dampf 2 aus dem Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler 20, der beim Wärmetausch mit dem Abgas 15 vom Verbrennungsofen 9 gebildet worden ist, dem Vergasungsofen 1 zugeführt, um den Vergasungsofen 1 und den Ausleitungskanal 6 für das Produktionsgas 5 mit dem Dampf 2 zu spülen, so dass der Vergasungsofen 1 und der Ausleitungskanal 6 für das Produktionsgas 5 in wirksamer und kostengünstiger Weise mit dem Dampf 2 unter Verwertung der Abgaswärme gespült werden können.
  • Beim Kaltstartbetrieb der Vergasungsanlage kann gleichzeitig mit der in 3 dargestellten Verbrennungsofen-Wirbelschicht-Vorheizstufe die Wirbelschichtluft 10 ebenfalls dem Vergasungsofen 1 zugeführt werden, um die Vergasungsofen-Wirbelschicht 3 zu bilden, während Vorheizbrennstoff 22' zugeführt werden kann, um gleichzeitig die Vergasungsofen-Wirbelschicht 3 vorzuheizen, was es ermöglicht, die Temperatur des Bettmaterials rasch zu erhöhen, um die Zeitspanne bis zum Start der Vergasung durch die Beschickung der Vergasungsanlage mit Ausgangsmaterial zu verkürzen.
  • Beim Kaltstartbetrieb der Vergasungsanlage kann man dann, wenn der Vorheizbrennstoff 22' dem Vergasungsofen 1 zugeführt wird, um die Vergasungsofen-Wirbelschicht 3 gleichzeitig mit der Vergasungsofen-Wirbelschicht-Vorheizstufe vorzuheizen, wie in 3 dargestellt, das aus dem Vergasungsofen 1 ausgetragene Abgas durch den Nebenstromkanal 24 in das Abgas 15 aus dem Verbrennungsofen 9 strömen lassen. Da das Abgas-Verarbeitungssystem 17 im Abgaskanal 16 für den Verbrennungsofen 9 angeordnet ist, wie in 1 dargestellt ist, ermöglicht dies, dass das Abgas zur Verarbeitung durch das Abgasverarbeitungssystem 17 aus dem Vergasungsofen 1 ausgetragen wird, um zu verhindern, dass das Abgas aus dem Vergasungsofen 1 in das Produktionsgas-Verarbeitungssystem 7 eingeleitet wird.
  • (II) Beim Abschalten der Vergasungsanlage
  • Um den Vergasungsbetrieb der Vergasungsanlage zu stoppen, wird die Kohle 23 allmählich vermehrt dem Verbrennungsofen 9 zugeführt, so dass weiterhin Dampf 2 durch den Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler 20 erzeugt wird, wie in 13 dargestellt ist, während die Zufuhr des Ausgangsmaterials 4 in den Vergasungsofen 1 allmählich verringert und gestoppt wird, wie in 14 dargestellt ist (Vergasungsofen-Ausgangsmaterial-Stoppstufe).
  • Nach Beendigung der Zufuhr von Ausgangsmaterial 4 in den Vergasungsofen 1 wird, wie in 15 dargestellt ist, Blasluft 10' dem Verbrennungsofen 9 zugeführt und Dampf 2 vom Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler 20 wird weiterhin dem Vergasungsofen 1 zugeführt, um den Vergasungsofen 1 und den Ausleitungskanal 6 für das Produktionsgas 5 mit dem Dampf 2 zu spülen (Abschaltspülstufe). Bei der Abschaltspülstufe wird der Spülvorgang durchgeführt, bis die von der Gaskomponenten-Messvorrichtung 27 gemessene Konzentration an entflammbarem Gas eine nahe auf Null festgelegte Konzentration erreicht.
  • Anschließend wird, wie in 16 gezeigt, die Zufuhr der Kohle 23 zum Verbrennungsofen 9 gestoppt (Verbrennungsofen-Kohle-Stoppstufe),
  • Wie vorstehend ausgeführt, wird bei Beendigung der Vergasung in der Vergasungsanlage weiterhin Dampf 2 durch den Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler 20 erzeugt und dem Vergasungsofen 1 zugeführt, um den Vergasungsofen 1 und den Ausleitungskanal 6 für das Produktionsgas 5 mit dem Dampf 2 zu spülen, so dass der Vergasungsofen 1 und der Ausleitungskanal 6 für das Produktionsgas 5 in wirksamer und kostengünstiger Weise mit dem Dampf 2 gereinigt werden können, wobei man die Abgaswärme auch beim Abschalten der Vergasungsanlage ausnützt.
  • Beim Abschaltbetrieb der Vergasungsanlage wird nach der in 16 dargestellten Verbrennungsofen-Kohle-Stoppstufe die Zufuhr der Wirbelschichtluft 10 zum Verbrennungsofen 9 gestoppt, wie in 17 dargestellt ist, um den Verbrennungsofen 9 in einem Ruhezustand zu halten, was es ermöglicht, die Temperatur im Bettmaterial des Verbrennungsofens 9 aufrechtzuerhalten, was von Vorteil ist, wenn die Vergasungsanlage erneut in Betrieb gesetzt wird.
  • Beim Betrieb der Vergasungsanlage kann nach der in 16 dargestellten Verbrennungsofen-Kohlezufuhr-Stoppstufe die Wirbelschichtluft 10 dem Verbrennungsofen 9 zugeführt werden und die Wirbelschichtluft 21 kann dem Vergasungsofen 1 zugeführt werden, wie in 18 dargestellt ist, um die Vergasungsanlage abzukühlen.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Vergasungsanlage nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt ist und dass verschiedene Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Gewerbliche Verwertbarkeit
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Vergasungsanlage ist auf eine Vergasungsanlage mit Vergasungs- und Verbrennungsöfen anwendbar, um die zum Aufheizen des Bettmaterials erforderlichen Kosten zu senken, insbesondere beim Kaltstart der Vergasungsanlage, und um in wirksamer und kostengünstiger Weise die Vergasungsanlage und ein Ausleitungsrohr für das Produktionsgas zu spülen.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Vergasungsanlage, die Folgendes umfasst: einen Vergasungsofen zum Vergasen eines Ausgangsmaterials, um ein Produktionsgas und nicht-umgesetztes Kohlematerial zu erzeugen, und zum Ausleiten des erzeugten Gases durch einen Ausleitungskanal; einen Verbrennungsofen zum Erwärmen eines Bettmaterials durch Zuführen und Verbrennen des nicht-umgesetzten Kohlematerials aus dem Vergasungsofen und zum Abtrennen des Bettmaterials von einem Verbrennungsabgas und zum Einleiten desselben in den Vergasungsofen; und einen Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler zur Erzeugung von Dampf durch Wärmeaustausch mindestens mit dem Abgas aus dem Verbrennungsofen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: beim Anfahren der Vergasungsanlage in kaltem Zustand: eine Luftspülungsstufe, bei der eine Wirbelschicht bildende Luft (Wirbelschichtluft) dem Verbrennungsofen und dem Vergasungsofen zugeführt wird, um den Verbrennungsofen und den Vergasungsofen mit Luft zu spülen; eine Verbrennungsofen-Wirbelschicht-Vorheizstufe, bei der eine Wirbelschicht bildende Luft dem Verbrennungsofen zugeführt wird, um eine Verbrennungsofen-Wirbelschicht zu bilden, während Vorheizbrennstoff dem Verbrennungsofen zugeführt wird, um die Verbrennungsofen-Wirbelschicht bis zur Selbstentzündungstemperatur von Kohle vorzuheizen; eine Verbrennungsofen-Kohlebeschickungs-/Vorheizbrennstoff-Beendigungsstufe, bei der Kohle dem Verbrennungsofen zugeführt wird, nachdem die Verbrennungsofen-Wirbelschicht die Selbstentzündungstemperatur der Kohle erreicht hat, um die Verbrennungsofen-Wirbelschicht durch Verbrennung der Kohle zu erwärmen, während die Zufuhr des Vorheizbrennstoffes allmählich verringert und beendet wird; eine Zirkulationsstartstufe, bei der Wirbelschichtluft dem Vergasungsofen zugeführt wird, um eine Vergasungsofen-Wirbelschicht zu bilden und dadurch das Bettmaterial im Vergasungsofen dem Verbrennungsofen zuzuführen, während Blasluft dem Verbrennungsofen zugeführt wird, um das Bettmaterial in der Verbrennungsofen-Wirbelschicht zum Vergasungsofen zirkulieren zu lassen; eine Startspülstufe, bei der allmählich die dem Vergasungsofen zugeführte Wirbelschichtluft verringert wird, während der Dampf aus dem Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler, der beim Wärmetausch mit dem Abgas aus dem Verbrennungsofen entsteht, allmählich in steigendem Maße dem Vergasungsofen zugeführt wird, um den Vergasungsofen und den Ausleitungskanal für das erzeugte Gas mit dem Dampf zu spülen; eine Vergasungsausgangsmaterial-Beschickungsstufe, bei der ein Ausgangsmaterial dem Vergasungsofen zugeführt wird, um die Vergasung des Ausgangsmaterials mit dem Dampf zu beginnen, wenn die Temperatur der Verbrennungsofen-Wirbelschicht die für die Vergasung erforderliche Solltemperatur erreicht hat; und eine Ausgangsmaterial-Vergasungsbetriebsstufe, bei der die Zufuhr der Kohle zum Verbrennungsofen allmählich verringert und beendet wird, so dass die Solltemperatur in der Verbrennungsofen-Wirbelschicht aufrechterhalten wird, wenn das nicht-umgesetzte Kohlematerial in den Verbrennungsofen eingeleitet wird; und beim Abschalten der Vergasungsanlage: eine Vergasungsofen-Ausgangsmaterial-Stoppstufe, bei der die Zufuhr der Kohle zum Verbrennungsofen allmählich erhöht und die Zufuhr des Ausgangsmaterials zum Verbrennungsofen allmählich verringert und beendet wird, so dass vom Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler weiterhin Dampf erzeugt wird; eine Abschaltspülstufe, bei der die Zufuhr des Dampfes aus dem Abgas-Wärmerückgewinnungsboiler zum Vergasungsofen fortgesetzt wird, um den Vergasungsofen und den Ausleitungskanal für das erzeugte Gas mit dem Dampf zu spülen, nachdem die Zufuhr des Ausgangsmaterials in den Vergasungsofen beendet worden ist; und eine Verbrennungsofen-Kohle-Stoppstufe, bei der die Zufuhr der Kohle zum Verbrennungsofen beendet wird.
  2. Verfahren zum Betreiben einer Vergasungsanlage nach Anspruch 1, wobei gleichzeitig mit der Verbrennungsofen-Wirbelschicht-Vorheizstufe auch Wirbelschichtluft dem Vergasungsofen zur Wirbelschichtbildung zugeführt wird, während der Vorheizbrennstoff dem Vergasungsofen zugeführt wird, um gleichzeitig die Vergasungsofen-Wirbelschicht vorzuheizen.
  3. Verfahren zum Betreiben einer Vergasungsanlage nach Anspruch 2, wobei man dann, wenn die Vergasungsofen-Wirbelschicht gleichzeitig mit der Verbrennungsofen-Wirbelschicht-Vorheizstufe vorgeheizt wird, das aus dem Vergasungsofen ausgetragene Abgas in das Abgas aus dem Verbrennungsofen strömen lässt.
  4. Verfahren zum Betreiben einer Vergasungsanlage nach Anspruch 1, wobei nach der Verbrennungsofen-Kohle-Stoppstufe die Zufuhr der Wirbelschichtluft zum Verbrennungsofen beendet wird, um den Verbrennungsofen in einem Ruhezustand zu halten.
  5. Verfahren zum Betreiben einer Vergasungsanlage nach Anspruch 1, wobei nach der Verbrennungsofen-Kohle-Stoppstufe die Wirbelschichtluft den Verbrennungs- und Vergasungsöfen zugeführt wird, um die Vergasungsanlage abzukühlen.
  6. Verfahren zum Betreiben einer Vergasungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei flüssiges Erdgas, LNG oder LPG als Vorheizbrennstoff verwendet werden.
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