DE112015000112B4

DE112015000112B4 - Vergasungsvorrichtung für Kohlepulver mit mehrstufiger Zuführung von Vergasungsmittel und starker Verwirbelung sowie entsprechendes Vergasungsverfahren

Info

Publication number: DE112015000112B4
Application number: DE112015000112.3T
Authority: DE
Inventors: Zhengqi Li; Zhichao Chen; Lingyan Zeng; Haopeng Wang; Xiaoying Liu; Bingkun Jiang; Qunyi Zhu; Yukun Qin
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2021-06-17
Anticipated expiration: 2035-10-01
Also published as: WO2017041338A1; US20170240825A1; DE112015000112T5; US10005973B2

Abstract

Vergasungsvorrichtung für Kohlepulver mit mehrstufiger Zuführung eines Vergasungsmittels, umfassend:• einen Kohlenstaubbrenner (1), einen Vergasungsofenkörper (2), eine Wasserkühlungswand (4), einen Synthesegaskanal (5),• wobei der Vergasungsofenkörper (2) mindestens eine Vergasungsmitteldüse (7) mit einer Vergasungsmittelausstoßöffnung aufweist,• wobei die Wasserkühlungswand (4) auf einer inneren lateralen Seitenwand des Vergasungsofenkörpers (2) positioniert ist,• wobei die Wasserkühlungswand aus einer Mehrzahl von vertikalen Rundrohren zusammengesetzt ist, und eine durch die Wasserkühlungswand (4) eingeschlossene Kammer, in der die Medien rotieren, im Ofenkörperinneren als Vergasungsofenkammer (3) ausgebildet ist,• wobei der Kohlenstaubbrenner (1) am Oberteil des Vergasungsofenkörpers (2) derart positioniert ist, dass eine Achsenlinie des Kohlenstaubbrenner (1) mit einer Achsenlinie der Vergasungsofenkammer (3) übereinstimmt, wobei ein Unterteil des Vergasungsofenkörpers (2) als Schlackenbad (6) ausgebildet ist,• wobei der Synthesegaskanal (5) oben auf der äußeren lateralen Seitenwand des Unterteils der lateralen Ofenwand des Vergasungsofenkörpers (2) positioniert ist,• wobei zwischen dem Synthesegaskanal (5) und der Vergasungsofenkammer (3) eine Verbindung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsvorrichtung ferner umfasst,• mehrere Verwirbelungsflügel (9), einen Kohlepulverkanal (10) sowie einen Vergasungsmittelkanal (11), und ein Durchflussregelventil (8), das an jeder der Vergasungsmittelausstoßöffnungen der Vielzahl der Vergasungsmitteldüsen (7) angeordnet ist,• wobei im Inneren des Kohlenstaubbrenners (1) bezogen auf eine Längsmittelachse des Kohlenstaubbrenners (1) radial von innen nach außen gesehen ein kreisförmiger Vergasungsmittelkanal (11) und ein kreisförmiger Kohlepulverkanal (10) im Dachbereich der Vergasungsofenkammer (3) ausgebildet sind,• wobei die mindestens eine Vergasungsmitteldüse (7) auf einer Seitenwand des Oberteils der lateralen Ofenwand des Vergasungsofenkörpers (2) positioniert ist, und tangential in das Innere der Vergasungsofenkammer (3) eingesteckt ist,• wobei jeweils am Ende des Kohlepulverkanals (10) und am Ende des Vergasungsmittelkanals (11) Verwirbelungsflügel (9) positioniert sind, und• die Vielzahl von Vergasungsmitteldüsen (7) von oben nach unten entlang der Höhenrichtung gleichmäßig am Oberteil des Vergasungsofenkörpers (2) vorgesehen sind, und dabei die Ausstoßöffnungsmittelpunkte der Vielzahl von Vergasungsmittelausstoßöffnungen der Vergasungsmitteldüsen (7) entweder• gleichmäßig auf einer vertikalen Linie des Vergasungsofenkörpers (2) senkrecht zu einer horizontalen Ebene oder• entlang der Umfangsrichtung des Vergasungsofenkörpers (2) versetzt oder gleichmäßig angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vergasungsofen sowie ein Vergasungsverfahren, und insbesondere eine Vergasungsvorrichtung für Kohlepulver mit mehrstufiger Zuführung von Vergasungsmittel und starker Verwirbelung sowie ein entsprechendes Vergasungsverfahren auf dem Gebiet der Kohlevergasung gehört.
Stand der Technik
Bei der Vergasungstechnik handelt es sich um eine saubere und effiziente Clean-Coal-Technik. Die gegenwärtige Vergasungstechnik kann in die vier Arten Wanderbettvergasung, Strömungsbettvergasung, Gasstrombettvergasung und Schmelzbettvergasung unterteilt werden. Dabei ist die Gasstrombettvergasungstechnik ist die Hauptrichtung der Entwicklung der modernen Vergasungstechnik, da diese über hohe Stärke, große Produktionskapazität und einen hohen Kohlenstoffumwandlungssatz usw. verfügt. Die Gasstromvergasung hat zwei wichtige Besonderheiten: I. Eine hohe Betriebstemperatur von 1300°C - 1600°C, wobei Asche und Schlacke im Ofeninneren flüssig sind. Die Methode des Schlackenaustritts ist ein flüssiger Schlackenaustritt. Eine andere Besonderheit ist die Nutzung des Prinzips „Durch Schlacke Schlacke widerstehen“. Diese Technik wird zum Schutz der Ofenwand und zur Verringerung der Schäden durch Hitze genutzt. Probleme mit den gegenwärtig vorhandenen Gasstrombett-Vergasungsöfen (siehe 18) sind wie folgt: (1) Kurze Lebensdauer des Brenners. Die Lebensdauer des Brenners für einen Kohlepulver-Vergasungsofen beträgt durchschnittlich nur etwa ein Jahr. (2) Die Innenwand des Vergasungsofens erleidet leicht Brandschäden. Das besagte Problem führt dazu, dass der Vergasungsofen oft den Betrieb stoppt, und da der Vergasungsofen die Produktionsquelle eines Chemieunternehmens ist, sorgt ein einzelner Betriebsstopp dafür, dass die gesamte Produktionskette stillsteht. Wenn die gesamte Produktionskette auch nur einmal stillsteht, verursacht dies für den Betrieb enorme wirtschaftliche Verluste. Beispielsweise sorgt ein einzelner Ausfall einer Vergasungsproduktionskette mit einer Produktionskapazität von 80000 Nm³/h für einen wirtschaftlichen Verlust von 40 Millionen Renminbi. (3) Die Temperatur in der Höhenrichtung der Vergasungsöfen ist nicht gleichmäßig, was zu lokalen Überhitzungsproblemen führt.
Aus der Literatur sind die Druckschriften DE 35 30 918 A1 ; DE 10 2006 059 149 A1 und DE 10 2014 104 232 A1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Lösung des Problems, dass bei der üblichen Technik die Lebensdauer des Brenners kurz und die an der Wandoberfläche des Vergasungsofens hängende Schlacke nicht gleichmäßig ist. Letzteres sorgt für Brandschäden und Fraß an der Innenwandoberfläche des Vergasungsofens. Außerdem existiert das Problem einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung.
Die vorliegende Erfindung stellt zur erfindungsgemäßen Lösung der vorerwähnten Probleme folgenden Lösungsansatz vor:

Die erfindungsgemäße Vorrichtung beinhaltet das Folgende: Einen Kohlenstaubbrenner, einen Vergasungsofenkörper, eine Wasserkühlungswand, einen Synthesegaskanal, eine Wasserkühlungswand, positioniert auf der inneren lateralen Seitenwand des Vergasungsofenkörpers, eine Wasserkühlungswand, die aus einer Mehrzahl von vertikalen Rundrohren zusammengesetzt ist, eine durch die Wasserkühlungswand eingeschlossene Kammer im Ofenkörperinneren, die als Vergasungsofenkammer dient, einen Kohlenstaubbrenner, positioniert auf dem Oberteil des Vergasungsofenkörpers, und ein Übereinstimmen der Achsenlinie des Kohlenstaubbrenner mit der Achsenlinie der Vergasungsofenkammer, wobei der Unterteil des Vergasungsofenkörpers als Schlackenbad agiert, und einen Synthesegaskanal, positioniert oben auf der äußeren lateralen Seitenwand des Unterteils des Vergasungsofenkörper, und eine Verbindung zwischen Synthesegaskanal und Vergasungsofenkammer, wobei der Vergasungsvorrichtung für Kohlepulver mit mehrstufiger Zuführung von Vergasungsmittel und starker Verwirbelung ferner Folgendes beinhaltet: eine Vergasungsmittelausstoßöffnung, ein Durchflussregelventil, Verwirbelungsflügel, einen Kohlepulverkanal sowie einen Vergasungsmittelkanal, wobei die Vergasungsmittelausstoßöffnung oben auf der lateralen Seitenwand des Oberteils des Vergasungsofenkörper positioniert ist, und wobei die Vergasungsmittelausstoßöffnung entlang der Tangentiallinie der Vergasungsofenkammer in das Innere der Vergasungsofenkammer eingesteckt wird, wobei an jeder Vergasungsmittelausstoßöffnung ein Durchflussregelventil vorgesehen ist, und wobei im Inneren des Kohlenstaubbrenners koaxial radial von innen nach außen angebracht ein kreisförmiger Vergasungsmittelkanal und ein kreisförmiger Kohlepulverkanal vorhanden sind, und wobei am Kohlepulverkanal und der Vergasungsmittelkanal am Ende in der Nähe des Brandes jeweils Verwirbelungsflügel positioniert sind. Die Anzahl der Vergasungsmitteldüsen kann ein, zwei, drei oder vier sein.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vielzahl von Vergasungsmitteldüsen von oben nach unten sukzessive entlang der Höhenrichtung gleichmäßig am Oberteil des Vergasungsofenkörpers vorgesehen sind, und dabei die Ausstoßöffnungsmittelpunkte der Vielzahl von Vergasungsmittelausstoßöffnungen der Vergasungsmitteldüsen entweder gleichmäßig auf einer vertikalen Linie des Vergasungsofenkörpers senkrecht zu einer horizontalen Ebene oder entlang der Umfangsrichtung des Vergasungsofenkörpers versetzt oder gleichmäßig angeordnet ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Vergasungsvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Vergasungsverfahrens für Kohlepulver mit mehrstufiger Zuführung eines Vergasungsmittels mittels der erfindungsgemäß sind folgende Schritte:

a:) Festlegen und Einstellen der Parameter für das Innere einer Vergasungsofenkammer 3 eines Kohlenstaubbrenners 1, wobei im Inneren der Vergasungsofenkammer 3 ein Druck auf 0,1 - 4 MPa und eine Betriebstemperatur der Vergasungsofenkammer 3 von 1250 - 1600°C eingestellt wird,
b:) Einbringen des Kohlepulvers in das Innere der Vergasungsofenkammer 3 des Kohlenstaubbrenners über einen Kohlepulverkanal der Vergasungsofenkammer und Einschicken eines Vergasungsmittels in das Innere der Vergasungsofenkammer über einen Vergasungsmittelkanal des Kohlenstaubbrenners;
c:) Erzeugen von Schlacke durch Verbrennung von Kohlepulver und Vergasungsmittel unter Bildung eines Synthesegases;
d:) Vergasungsumsetzen der Schlacke im Inneren des Vergasungsofens in der Vergasungsofenkammer;
e:) Austreten der Schlacke aus der Vergasungsofenkammer des Vergasungsofens.

Erfindungsgemäß ist im Schritt b:) vorgesehen, dass
das Kohlepulver mit einer Temperatur von 25°C - 100°C durch ein Gas in verwirbelnder Weise durch den Kohlepulverkanal des Kohlenstaubbrenners in das Innere der Vergasungsofenkammer getragen wird, wobei den im Inneren des Kohlenstaubbrenners bezogen auf eine Längsmittelachse des Kohlenstaubbrenners radial von innen nach außen gesehen angeordneten kreisförmigen Vergasungsmittelkanal und den kreisförmigen Kohlepulverkanal das Kohlepulver und ein Mengenanteil von 10% - 40% einer Gesamtmenge des Vergasungsmittels mit einer Temperatur von 20°C - 400°C über mehrere dem Vergasungsmittelkanal und dem Kohlepulverkanal zugeordnete Verwirbelungsflügel unter Verwirbelung des Mischgasstromes aus Kohlestaub und Vergasungsmittel über den Kohlepulverkanal (10) und den Vergasungsmittelkanal in den Dachbereich der Vergasungsofenkammer eingebracht werden,
und weiter erfindungsgemäß ist im Schritt d:) ist vorgesehen, dass
über mindestens eine Vergasungsmitteldüse, die auf einer Seitenwand des Oberteils der lateralen Ofenwand des Vergasungsofenkörpers positioniert ist, und entlang einer Tangentiallinie der Vergasungsofenkammer in das Innere der Vergasungsofenkammer (3) eingesteckt ist, der restliche Mengenanteil 60% - 90% der Gesamtmenge des Vergasungsmittels mit einer Temperatur von 20°C - 400°C mit einer Geschwindigkeit von 100m/s - 200m/s in die Vergasungsofenkammer unter Verwirbelung des Mischgasstromes eingebracht wird.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Vergasungsverfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Das Verfahren wird somit unter Verdeutlichung weiterer Details wie folgt realisiert:

Schritt a: Festlegen der Parameter für das Innere der Vergasungsofenkammer;
Festlegen des Drucks im Inneren der Vergasungsofenkammer auf 0,1 - 4 MPa und der Betriebstemperatur der Vergasungsofenkammer auf 1250 - 1600°C;
Schritt b: Einschicken des Kohlepulvers; wobei Kohlepulver mit einer Temperatur von 25 - 100°C durch ein Gas wie etwa Stickstoff oder Kohlendioxid in verwirbelnder Weise durch den Kohlepulverkanal auf dem Kohlenstaubbrenner in das Innere der Vergasungsofenkammer getragen wird und das Vergasungsmittel, das 10% - 40% der Menge ausmacht und eine Temperatur von 20 - 400°C aufweist, in verwirbelnder Weise durch den Vergasungsmittelkanal des Kohlenstaubbrenners in das Innere der Vergasungsofenkammer geleitet wird, wobei sich Vergasungsmittel und Kohlepulver im Ofendachbereich mischen und sich gleichsinnig drehend nach unten strömen;
Schritt c: Erzeugen von Schlacke durch Verbrennung von Kohlepulver; wobei, nachdem der Mischgasstrom des Kohlepulvers und des Vergasungsmittels sich mit dem Hochtemperatur-Synthesegas vermischt hat, das er aus der zentralen Rezirkulationszone mitgerissen hat, er dadurch entzündet wird und im Dachbereich der Ofenkammer durch Verbrennung Schlacke gebildet wird;
Schritt d: Vergasungsumsetzen der Schlacke im Inneren des Vergasungsofens; wobei das restliche Vergasungsmittel, das einen Mengenanteil von 60% - 90% ausmacht und eine Temperatur von 20 - 400°C aufweist, durch die lateralen Seitenwand-Vergasungsmittelausstoßöffnungen mit einer Geschwindigkeit von 100 - 200m/s in die Vergasungsofenkammer umgeleitet wird, wobei, nachdem der Gasstrom des Vergasungsmittels mit hoher Geschwindigkeit in die Ofenkammer geströmt ist, sich eine stark wirbelnde Gasströmung bildet, wobei durch Wirkung der Zentrifugalkraft 70% - 80% der Schlacke an die Ofenwandoberfläche geschleudert werden, wo sich eine relative dicke Schlackenschicht bildet, wobei die Schlackenschicht gleichmäßig ist, wobei der wirbelnde Gasstrom unaufhörlich an der Schlackenschicht an der Wandoberfläche der Ofenkammer scheuert und es mit dieser zu einer sehr starken Vergasungsreaktion kommt;
Schritt e: Austreten der Schlacke; wobei das durch die Vergasung entstehende Rohkohlegas durch den Synthesegaskanal in die Ausströmofenkammer gelangt und die erzeugte Flüssigschlacke entlang der Wandoberfläche in das Schlackenbad fließt, wobei nach dem Abkühlen diese durch die Schlackenaustrittsöffnung am Unterteil aus dem Vergasungsofen abgeleitet wird.

Das in Schritt d: erwähnte Vergasungsmittel wird durch laterale Seitenwand-Vergasungsmittelausstoßöffnungen über verschiedene Ebenen umgeleitet oder längs des Ofens über die Höhe zur Vergasungsofenkammer geleitet. Das Vergasungsmittel aus Schritt b: und Schritt d: ist stets Sauerstoff und Wasserdampf, wobei das Massenverhältnis von Wasserdampf und Sauerstoff 0 - 0,4:1 beträgt. Das in Schritt b erwähnte Kohlepulver in der Mischung aus Kohlepulver und Stickstoff macht 1% - 25% des Gesamtvolumens aus. Das in Schritt b erwähnte Kohlepulver in der Mischung aus Kohlepulver und Kohlendioxidgas macht 1% - 25% des Gesamtvolumens aus.
Die vorliegende Erfindung weist im Vergleich zu bestehenden Vergasungsvorrichtungen und Verfahren folgende vorteilhafte Wirkungen auf:

1. Die Schlackenschicht der vorliegenden Erfindung wird durch Zentrifugalkraft gebildet. Bei der üblichen Technik (siehe 18), werden Kohlepulver und Vergasungsmittel gleichmäßig vom Vergasungsofen-Dachbereich in die Vergasungsofenkammer verschickt, wobei nach dem Eintreten des Kohlepulvers in die Ofenkammer unter der Einwirkung von hohen Temperaturen Schlacke gebildet wird; Schlacke und der Gasstrom des Vergasungsmittels fließen zusammen in die gleiche Richtung, nämlich normalerweise in die Richtung des Bodenteils der Ofenkammer. Im Strömungsprozess gelangt nur eine kleine Menge Schlacke, die sich in der Nähe der Wand befindet, durch die pulsierende Bewegung des Gasstroms auf die Wandoberfläche, haftet dort an und bildet einen Schlackefilm. Bei der vorliegenden Erfindung ist es hingegen so, dass das Kohlepulver zusammen mit etwa 10% - 40% des Vergasungsmittels vom Vergasungsofen-Dachbereich hineingeblasen werden, sich in der Ofenkammer vermischen und beim Verbrennen Schlacke bilden. Das verbleibende Vergasungsmittel wird mit einer Geschwindigkeit von 100 - 200m/s unterteilt oder entlang der oberen Schichten des Ofens in die Vergasungsofenkammer geleitet, wobei es im Inneren des Ofens einen stark wirbelnden Gasstrom bildet. Durch das Auswerfen des wirbelnden Luftstroms strömen Schlacke und Vergasungsmittel zusammen im Nahbereich der Wand mit hoher Geschwindigkeit wirbelnd nach unten. Etwa 80% der Schlacke erfahren eine starke Verwirbelung und durch die entstehende Zentrifugalkraft werden sie unaufhörlich gegen die Wandoberfläche geschleudert, wo sie eine Schlackenschicht bildet.
2. Bei der vorliegenden Erfindung haftet eine große Menge Schlacke an der Ofenwand an und die Schlackenschicht ist sehr dick. Bei der üblichen Technik werden Kohlepulver und Vergasungsmittel gleichmäßig vom Vergasungsofen-Dachbereich in die Vergasungsofenkammer verschickt, wobei nach dem Eintreten des Kohlepulvers in die Ofenkammer unter der Einwirkung von hohen Temperaturen Schlacke gebildet wird; Schlacke und der Gasstrom des Vergasungsmittels fließen zusammen in die gleiche Richtung, nämlich normalerweise in die Richtung des Bodenteils der Ofenkammer. Im Strömungsprozess haftet nur ein kleiner Teil der Schlacke, der sich in der Nähe der Wandoberfläche befindet, aufgrund der pulsierenden Bewegung des Gasstroms an der Wandoberfläche an und bildet einen Schlackefilm. Die von der Wandoberfläche relativ weiter entfernte Schlacke hat keine Möglichkeit, an der Wand anzuhaften. Daher können nur etwa 10% der Schlacke an der Wandoberfläche anhaften und einen Schlackefilm bilden. Aufgrund der geringen Menge an Schlacke, die an der Ofenwand haftet, ist der Schlackefilm an der Wand relativ dünn. Der normale Schlackefilm hat eine Dicke von 2 mm - 3 mm. Die vorliegende Erfindung nutzt Zentrifugalkraft und schleudert Schlacke an die Wandoberfläche, um eine Schlackenschicht zu bilden. Etwa 60% bis 90% des Vergasungsmittels werden bei einer Geschwindigkeit von 100m/s - 200m/s in die Vergasungsofenkammer geleitet, um einen stark wirbelnden Gasstrom zu bilden. Die erzeugte Zentrifugalkraft reicht aus, um Schlacke an die Wand zu schleudern und eine Schlackenschicht zu bilden. Beim Vergasungsverfahren werden etwa 80% der Schlacke an die Wandoberfläche geschleudert und bilden eine Schlackenschicht. Aufgrund der relativ großen Menge an Schlacke, die an der Ofenwand haftet, ist die Schlackenschicht an der Wand relativ dick und die Dicke der beträgt bis zu 5mm - 6mm.
3. Die Dicke der Schlackenschicht an der Wand ist bei der vorliegenden Erfindung relativ gleichmäßig. Bei der üblichen Technik werden Kohlepulver und Vergasungsmittel gleichmäßig vom Vergasungsofen-Dachbereich in die Vergasungsofenkammer verschickt, wobei nach dem Eintreten des Kohlepulvers in die Ofenkammer unter der Einwirkung von hohen Temperaturen Schlacke gebildet wird; Schlacke und der Gasstrom des Vergasungsmittels fließen zusammen in die gleiche Richtung, nämlich normalerweise in die Richtung des Bodenteils der Ofenkammer. Im Strömungsprozess haftet nur ein kleiner Teil der Schlacke, der sich in der Nähe der Wandoberfläche befindet, aufgrund der pulsierenden Bewegung des Gasstroms an der Wandoberfläche an und bildet einen Schlackefilm. Die von der Wandoberfläche relativ weiter entfernte Schlacke hat keine Möglichkeit, an der Wand anzuhaften. Daher können nur etwa 10% der Schlacke auf der Wandoberfläche anhaften und einen Schlackefilm bilden. Aufgrund der geringen Menge an Schlacke, die an der Ofenwand haftet, ist im Falle, dass die Umfangsfläche in Umfangsrichtung am Verbrennungsofen hinsichtlich der Verteilung der Gasmenge nicht gleichmäßig ist, auch der Anhaftungszustand an der Wand der Schlacke, die der Umfangsrichtung folgt, nicht gleichmäßig. Dies führt dazu, dass der Schlackefilm der Wandoberfläche in seiner Dicke nicht gleichmäßig ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist es hingegen so, dass das Kohlepulver zusammen mit etwa 10% - 40% des Vergasungsmittels vom Vergasungsofen-Dachbereich hineingeblasen wird, diese sich in der Ofenkammer vermischen und beim Verbrennen Schlacke bilden. Das verbleibende Vergasungsmittel wird mit einer Geschwindigkeit von 100m/s - 200m/s unterteilt oder entlang der oberen Schichten des Ofens in die Vergasungsofenkammer geleitet, wobei es im Inneren des Ofens einen stark wirbelnden Gasstrom bildet. Durch das Auswerfen des wirbelnden Luftstroms strömen Schlacke und Vergasungsmittel zusammen im Nahbereich der Wand mit hoher Geschwindigkeit wirbelnd nach unten. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Geschwindigkeit des Gasstroms hoch und die Turbulenzintensität groß; dies ist vorteilhaft für die Mischung von Vergasungsmittel und Schlacke. Schlacke und Vergasungsmittel mischen sich entlang der Umfangsrichtung und werden dann durch die Wirkung starker Zentrifugalkraft, die durch starke Verwirbelung entsteht, an die Wand geschleudert, wobei sie dort eine Schlackenschicht an der Wand bildet. Die Dicke der Schlackenschicht der Wandoberfläche ist relativ gleichmäßig.
4. Die vorliegende Erfindung kann die Innenwandoberfläche von Vergasungsöfen noch wirksamer schützen. Die Schlackenschicht der Wandoberfläche hat als Hauptbestandteil Kieselerde, wobei Kieselerde einen Koeffizienten für Wärmeleitung von etwa 7,6W/m·K hat, wobei häufig benutzte wärmebeständige Ziegel einen Wärmeleitfähigkeits-Koeffizienten von über 20W/m.K - 28W/m.K aufweisen, wobei also die Schlackenschicht eine viel geringere Wärmeleitfähigkeit als die Ziegel aufweist. Daher ist die Wärmeisolierung der Schlackenschicht relativ gut. Bei der üblichen Technik ist der Schlackefilm der Wand relativ dünn, wobei der Schlackefilm eine Dicke von 2mm - 3mm aufweist und die Dicke des Schlackefilms entlang der Umfangsrichtung uneben ist, was leicht zum Problem führen kann, dass die innere Wandoberfläche keinen deckenden Schlackefilm aufweist. Wenn die Wandoberfläche im Inneren des Vergasungsofens direkt hohen Temperaturen und Rauch ausgesetzt ist, kommt es leicht zu Überhitzungen und Brandschäden. Das Gas im Vergasungsofen beinhaltet 60% bis 70% Kohlenmonoxid, wobei das Kohlenmonoxid mit hoher Temperatur korrosives Gas ist. Wenn die Innenwandoberfläche des Vergasungsofens einer kohlenmonoxidreichen Umgebung ausgesetzt wird, ist sie anfällig für chemische Korrosion. Die Schlackeschicht an der Wand der vorliegenden Erfindung ist relativ dick und hat eine Stärke von bis zu 5mm - 6mm. Das ist 2- bis 3-mal so viel wie bei der üblichen Technik. Gleichzeitig ist die Schlackenschicht in ihrer Dicke relativ gleichmäßig. Dadurch wird vermieden, die Vergasungsofen-Innenwandflächen einer Umgebung mit hoher Temperatur und Rauchgas auszusetzen. Dies ist ein noch wirksamerer Schutz der inneren Wandfläche des Vergasungsofens vor Hochtemperatur-Gas und Brandschäden. Auch kann eine relativ dicke Schlackenschicht die Innenwandfläche vom Ofengas (mit 60% bis 70% Kohlenmonoxid) trennen, um die Vergasungsofen-Innenwandfläche vor chemischer Korrosion durch Kohlenmonoxidgas zu schützen.
5. Die vorliegende Erfindung hat einen relativ geringen Sauerstoffverbrauch. Bei der üblichen Technik ist der Schlackefilm auf der Wand dünn und uneben. Der Schlackefilm hat nur eine Dicke von 2mm - 3mm. Die an der Wand haftende Schlackeschicht der vorliegenden Erfindung ist dagegen dick und gleichmäßig. Ihre Dicke beträgt bis zu 5mm -6mm. Dies ist das 2- bis 3-Fache des Ergebnisses mit üblicher Technik. Und die Schlackenschicht hat nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine gute Wärmeisolierung. Daher kann die vorliegende Erfindung den Wandwärmeverlust verringern. Kohlenmonoxid reagiert mit Sauerstoff, um Wärme zu erzeugen, und zwar 112,1kJ/mol. Wenn Kohlenstoff mit Sauerstoff reagiert, entstehen Kohlendioxid und Wärme, nämlich 395kJ/mol. Offenbar sorgt die Reaktion von Kohlenstoff mit Sauerstoff zur Erzeugung von Kohlendioxid für eine 3,52-mal so starke Wärmeerzeugung wie bei der Erzeugung von Kohlenmonoxid. Die Kohlepulververgasung benötigt relativ hohe Temperaturen (1250°C - 1600°C), damit es zu einer raschen Reaktion kommt. Zwar ist das gewünschte Vergasungsprodukt Kohlenmonoxid, aber zur Aufrechterhaltung einer relativ hohen Ofeninnentemperatur muss durch eine überschüssige Menge Sauerstoff Kohlendioxid zur Erhöhung der Temperatur erzeugt werden. Bei der üblichen Technik ist der Wandwärmeverlust relativ groß. Während des tatsächlichen Betriebs wird das Äquivalenzverhältnis zwischen Sauerstoff- und Kohlenstoffatomen auf 1,05 bis 1,1 modifiziert. Das bedeutet, dass 5% bis 10% mehr Sauerstoff eingegeben wird, um Kohlendioxid zu bilden, um die Ofentemperatur zu halten. Dagegen ist bei der vorliegenden Erfindung die Schlackenschicht dick und der Wandwärmeverlust gering. Wenn das Äquivalentsverhältnis zwischen Sauerstoff- und Kohlenstoffatomen auf 1,01 bis 1,05 modifiziert wird, kann die Ofeninnentemperatur konstant gehalten werden. Und im Vergleich zur üblichen Technik wird die Verlustmenge um etwa 5% gesenkt. Sauerstoff wird aus der Luft gewonnen. Beim Trennverfahren wird viel Energie verbraucht. Die vorliegende Erfindung sorgt für eine große Reduktion beim Verbrauch von Sauerstoff. Dies entspricht einer großen Energieeinsparung.
6. Die Kohlearten der vorliegenden Erfindung verfügen über starke Anwendbarkeit. Der Vergasungsofen der Schlacke beabsichtigt, das technische Prinzip des „Schutzes vor Schlacke durch Schlacke“ zu nutzen, um die Wasserkühlungswand zu schützen. Dafür muss gewährleistet werden, dass an der Oberfläche der Wasserkühlungswand eine relativ dicke Schlackenschicht vorhanden ist. Bei der üblichen Technik ist der Schlackenfilm an der Oberfläche der Wasserkühlungswand allein von der Schlacke in der unmittelbaren Nähe der Wand abhängig, wodurch die Menge der Schlacke, die an der Wand anhaftet, sehr gering ist. Durch den Umstand, dass die Menge an Schlacke, die an der Wand anhaftet, extrem gering ist, müssen zum Erreichen einer gewissen Dicke der Schlackenschicht unbedingt strenge Anforderungen an die Viskosität und Wärmeeigenschaften der Kohlenasche erfüllt werden: Im Temperaturbereich der Vergasung darf die Viskosität der Kohlenasche nicht zu niedrig und nicht zu hoch sein. Ist die Viskosität zu niedrig, ist die Schlacke äußerst fließfähig. Ist der Schlackefilm relativ dünn, kann der Schutzeffekt für die Wasserkühlungswand nicht erreicht werden. Ist die Viskosität zu hoch, fließt die Schlacke nicht gut und der Ausstrom aus der Schlackenaustrittsöffnung ist langsam und der Schlackenaustritt wird behindert. Die strengen Anforderungen an die Viskosität der Kohlenasche bedeuten, dass die Verwendungsfähigkeit in Bezug auf Kohlensorten des Vergasungsofens relativ schlecht ist und für einen ordentlichen Betrieb unbedingt passende Kohlensorten gewählt werden müssen. Bei der vorliegenden Erfindung werden 80% der Schlacke auf die Wandoberfläche geschleudert und auf der Wasserkühlungswand bildet sich eine gleichmäßig dicke Schlackenschicht. Die Schlackenschicht ist in Bezug auf ihre Dicke nicht sensibel, was die Viskositätseigenschaften des Kohlenstaubs angeht. Daher ist die vorliegende Erfindung, was die Verwendungsfähigkeit von Kohlenarten angeht, besonders vorteilhaft. In Zeiten der Schwankungen des Marktpreises für Kohle bietet ein Vergasungsofen, der in Bezug auf Kohlesorten unempfindlich ist, eine größere Anzahl an Auswahlmöglichkeiten, was die Rentabilität des Unternehmens erhöht.
7. Bei gleichem Volumen und Druck ist bei der vorliegenden Erfindung die Verweilzeit des Kohlepulvers im Ofen lang, die Vergasungszeit lang und auch die Vergasungsrate hoch. (1) Bei gleichem Volumen der Ofenkammer und Druck ist im Vergleich zu einem Vergasungsofen mit üblicher Technik bei der vorliegenden Erfindung die Verweilzeit des Kohlepulvers im Ofen lang und auch die Vergasungszeit lang. In Bezug auf die übliche Technik wird der Betriebsweg für Kohlepulver und Vergasungsmittel in 18 dargestellt, wobei das Vergasungsmittel das Kohlepulver vom Oberende des Vergasungsofens direkt strömend bis zum Unterende mitführt. Dadurch, dass die Kohlepulverteilchen im Allgemeinen kleiner als 75 Mikrometer sind, ist die Mitführungskraft des Gasstroms in Bezug auf das Kohlepulver äußerst stark. Bei der Verweilzeit des Kohlepulvers im Ofeninneren handelt es sich um die Zeit, die das Vergasungsmittel, das das Kohlepulver mitführt, benötigt, um das Kohlepulver vom Oberende des Vergasungsofens in strömender Weise bis hinunter zum Bodenende mitzunehmen. Die Verweilzeit ist sehr kurz, nämlich etwa 4 s - 6 s. In der vorliegenden Erfindung werden unter Einwirkung von Zentrifugalkraft etwa 80% der Schlacke an die Wandoberfläche geschleudert und bilden eine Schlackenschicht. Die Verweilzeit des Kohlepulvers im Inneren des Ofens besteht aus der Zeit, welche die flüssige Schlacke benötigt, um langsam vom Dachbereich des Vergasungsofens bis zum Bodenteil zu laufen. Etwa 60% - 90% des Vergasungsmittels werden tangential in das Innere des Ofens eingeblasen, was im Inneren des Ofens für eine Wirbelbewegung sorgt. Das Vergasungsmittel verfügt in Bezug auf die flüssige Schlacke, die die Wandoberfläche hinunterfließt, nur über eine relative schwache Mitführungskraft. Außerdem hat flüssige Schlacke eine relative große Viskosität und läuft langsam an der Wandoberfläche hinunter. Dies verlängert in großem Ausmaß die Verweilzeit des Kohlepulvers im Inneren des Vergasungsofens. Die Verweilzeit beträgt 12s bis 16s. Bei einem gleichartigen Ofenkammervolumen und Druck ist hier die Verweilzeit des Kohlepulvers das 2- bis 4-Fache der üblichen Technik. (2) Die vorliegende Erfindung verfügt über eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit. Die Temperatur im Inneren des Vergasungsofens ist relativ hoch. Und die Vergasungsreaktion gehört zur Diffusionssteuerzone. Die Diffusionssteuerzone besagt, dass die Temperatur relativ hoch ist, die Reaktionsrate extrem hoch ist und jedes Gas, das auf eine Kohlenoberfläche trifft, direkt mit dem Kohlenstoff reagieren kann und rasch verbraucht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Diffusion durch die Grenzschicht hindurch zum steuernden Faktor. Und die Diffusion durch die Grenzschicht hindurch wird durch die relative Geschwindigkeit von Kohlepulver und Vergasungsmittel bestimmt. Daher bestimmt die relative Geschwindigkeit von Kohlepulver zu Vergasungsmittel im Vergasungsofen die Geschwindigkeit der Vergasungsreaktion. Bei der üblichen Technik haftet nach einem Ausstoßen von Kohlepulver und Vergasungsmittel durch den Brenner nur etwa 10% der Gesamtmenge der Schlacke an der Wandoberfläche an und bildet einen Schlackefilm. Die übrige Schlacke fließt zusammen mit dem Vergasungsmittel ab. Etwa 90% der gesamten Schlacke strömen zusammen mit dem Vergasungsmittel mit einer niedrigeren Geschwindigkeit, wobei die Strömungsgeschwindigkeit etwa 0,4m/s - 0,6m/s beträgt und die relative Geschwindigkeit zwischen den beiden ist noch geringer ist, nämlich etwa 0,08m/s - 0,12m/s. Die Schlacke, die an der Wand einen Schlackefilm bildet, und der Gasstrom des Vergasungsmittels, der sich in der Nähe der Wandfläche befindet, erzeugen eine Vergasungsreaktion. Die relative Geschwindigkeit der beiden nähert sich der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms des Vergasungsmittels an, nämlich etwa 0,4m/s - 0,6m/s, wobei die relative Geschwindigkeit niedrig ist. Die Gasdiffusion zur Partikeloberfläche ist langsam und die Geschwindigkeit der Vergasungsreaktion gering. Bei der vorliegenden Erfindung bilden durch die Wirkung einer stark wirbelnden Gasströmung etwa 80% der Gesamtmenge der Schlacke an der Wand eine Schlackenschicht. Die übrige Schlacke wird zusammen mit dem Vergasungsmittel im Ofeninneren verwirbelt. Die Schlackenschicht läuft an der Wandoberfläche hinunter und das Vergasungsmittel scheuert durch seine Wirbelung an der Schlackenschicht. An der Position der Vergasungsmittelausstoßöffnung wird der Gasstrom des Vergasungsmittels auf eine Geschwindigkeit von 100m/s - 200m/s gebracht. Durch den Strömungsprozess wird diese langsam geringer. An der Synthesegasausstoßöffnung wird der Gasstrom des Vergasungsmittels in seiner Geschwindigkeit verringert, und zwar auf 50m/s - 100m/s. Das Vergasungsmittel wird gleichmäßig auf eine Geschwindigkeit von etwa 75m/s - 150m/s gebracht. Die relative Geschwindigkeit der Schlacke an der Wand und des Vergasungsmittels nähern sich der tangentialen Geschwindigkeit des Vergasungsmittels an, nämlich im Durchschnitt etwa 75m/s - 150m/s, was 900-mal bis 1200-mal höher als im Stand der Technik ist. Etwa 20% der Gesamtmenge der Schlacke wirbeln zusammen mit dem Vergasungsmittel umher, wobei die Durchschnittsgeschwindigkeit der Vergasungsmittels 75m/s - 150m/s beträgt. Die Geschwindigkeit des Vergasungsmittels ist hoch, die Turbulenzintensität groß und auch die Vergasungsrate hoch. Hierdurch ist ersichtlich, dass bei der vorliegenden Erfindung die Geschwindigkeit des Vergasungsmittels hoch ist. Auch die relative Geschwindigkeit von Kohlepulver und Vergasungsmittel ist hoch. Und die Geschwindigkeit der Gasdiffusion auf die Partikeloberfläche ist ebenfalls hoch. Daher ist die Vergasungsgeschwindigkeit der vorliegenden Erfindung weit höher als bei einem Vergasungsofen des Stands der Technik.
8. Bei der vorliegenden Erfindung wird aufgrund der hohen Temperatur des Rückstroms der Rückstrom entzündet, wobei der Brand stabil ist. Bei der üblichen Technik strömt das Kohlepulver nach dem Einblasen in die Ofenkammer zusammen mit dem Vergasungsmittel nach unten, wobei beim Prozess des Hinunterströmens das Kohlepulver unaufhörlich der Wärmestrahlung des Synthesegases ausgesetzt ist und die Hitze ständig steigt. Wenn seine Temperatur die Höhe der Entzündungstemperatur erreicht hat, wird es entzündet. Aus Gründen wie etwa Störungen des Strömungsfelds in der Ofenkammer und Schwankungen im Temperaturfeld kommt es zu Fluktuationen bei der Feuerstellung und dem Zündzeitpunkt des Kohlepulvers und das Feuer ist außerdem instabil. Bei der vorliegenden Erfindung kommt es durch einen wirbelnden Gasstrom zu einer Strömung am Wandoberflächenbereich. Im Zentrum der Ofenkammer ist der Druck relativ gering und am Bodenteil der Ofenkammer wird Hochtemperatur-Synthesegas nach oben hin strömend mitgerissen, wodurch eine stabile zentrale Rezirkulationszone mit hoher Temperatur gebildet wird. Dabei strömt im Inneren der zentralen Rezirkulationszone mit hoher Temperatur ein Gasstrom mit hoher Temperatur zum Sockelteil des Kohlenstaubbrenners. Es kommt dann zu einer Vermischung mit dem Kohlepulver und dem Gasstrom des Vergasungsmittels. Das Kohlepulver wird entzündet, was sicherstellt, dass das Kohlepulver sicher ist.
9. Der Gasstrom der vorliegenden Erfindung ist stabil. Beim normalen Betrieb besteht das Kohlepulver nach Durchgang durch den Brenner aus festen Partikeln. Im Gefolge des schrittweisen Ansteigens der Temperatur beim Hinabströmen schmelzen diese Feststoffe langsam zu Flüssigkeit. Zu dem Zeitpunkt, wenn sie durch den Gasstrom nach unten zur Vergasungsmittelausstoßöffnung des Ofenkörpers mitgenommen werden, haben sich die Partikel vollkommen in Flüssigschlacke verwandelt, wobei die Flüssigschlacke vom Gasstrom des Vergasungsmittels, der durch die Vergasungsmittelausstoßöffnung des Ofenkörpers eingeblasen wird, mitgenommen wird. Sie erfährt die Wirkung der Zentrifugalkraft und wird an die Wandoberfläche im Inneren des Ofenkörpers geschleudert, wobei sie entlang der Wand nach unten strömt und mit dem Vergasungsmittel eine Vergasungsreaktion erfährt. In Bezug auf eine Erfindung, die nicht über ein Hochgeschwindigkeits-Einblasen des Vergasungsmittels verfügt, kommt es dadurch, dass das Vergasungsmittel längs des Ofenkörpers mit hoher Geschwindigkeit eingeblasen wird, im Ofeninneren zur Entstehung eines stark wirbelnden Luftstroms, der dicht an die Innenwandoberfläche des Vergasungsofens bleibt und mit hoher Geschwindigkeit wirbelt. Der wirbelnde Gasstrom diffundiert nach oben bis zum Dachbereich des Vergasungsofens. Im runden Kegelabschnitt des Dachbereichs bildet er dicht an der Wand einen wirbelnden Luftstrom, Im Ofenkörper kommt es durch einen wirbelnden Gasstrom zu einer Strömung am Wandoberflächenbereich. Im Zentrum der Ofenkammer ist der Druck relativ gering und am Bodenteil der Ofenkammer wird Hochtemperatur-Synthesegas nach oben hin strömend mitgerissen, und zwar zum Ofenkammer-Zentrum, wodurch eine zentrale Zirkulationszone mit hoher Temperatur gebildet wird. Der Hochtemperatur-Rückstrom fließt nach oben bis zum Ofenkammer-Dachbereich. Es ist ersichtlich, dass im Vergasungsofen-Dachbereich drei Gasströmungen vorhanden sind: jeweils eine äußere Schicht in Form eines stark wirbelnden Luftstroms an der Mauer, ein Hochtemperatur-Rückfluss im Zentrum und, zwischen den zweien, ein Kohlepulver-Gasstrom durch das Einblasen des Brenners in das Ofeninnere. Nachdem der Kohlepulver-Gasstrom mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit von 1m/s - 8m/s durch den Brenner in das Ofeninnere geblasen worden ist, befindet er sich zwischen dem stark wirbelnden dicht an der Wand liegenden Vergasungsmittel-Gasstrom einer äußeren Schicht und dem Hochtemperatur-Rückstrom. Bei einem Lastwechsel des Vergasungsofens oder einer Temperaturänderung des eingeblasenen Vergasungsmittels sorgt dies für eine Volumenstromänderung. Daher erfährt die Geschwindigkeit des tangential eingeblasenen Vergasungsmittels eine Veränderung. Dies sorgt dafür, dass im Bereich in der Nähe der Wandoberfläche im Innenteil der Ofenkammer die Stärke des wirbelnden Luftstroms eine Änderung erfährt. Dies sorgt dafür, dass der wirbelnde Vergasungsmittel-Gasstrom an der Wand des Ofendachs sowie die zentrale Rezirkulationszone eine Änderung erfahren. Abschließend sorgt dies dafür, dass der stark wirbelnde Gasstrom nahe der Wand sowie der Zentrums-Rückstrom in Bezug auf den Druck des Kohlepulver-Gasstroms Änderungen erfahren. Da der Kohlepulver-Gasstrom, der in das Ofeninnere eingeblasen wird, eine niedrige Geschwindigkeit, geringe Dynamik und schlechte Steifigkeit hat, ist es im Fall, dass, wenn der Zentrums-Rückstrom in Bezug auf den Kohlepulver-Gasstrom einen größeren Druck als den Druck, den der wirbelnde Gasstrom nahe der Wand auf den Kohlepulver-Gasstrom ausübt, dies den Kohlepulver-Gasstrom dazu bringt, an der Wandoberfläche entlang zu strömen. Wenn der wirbelnde Gasstromnahe der Wand auf den Kohlepulver-Gasstrom einen größeren Druck als den Druck ausübt, den der Zentrums-Rückstrom auf den Kohlepulver-Gasstrom ausübt, dann sorgt dies dafür, dass der Kohlepulver-Gasstrom in das Zentrum des Brenners strömt. Es ist ersichtlich, dass der Kohlepulver-Gasstrom leicht eine Abweichung erfährt, nämlich im Ofendachbereich entlang des direkten Durchmessers. Wenn Kohlepulver-Gasstrom im Dachbereich des Vergasungsofens entlang des Durchmessers hin und her schwingt, kommt es zu folgenden Problemen: (1) Wenn der Zentrums-Rückstrom in Bezug auf den Druck auf den Kohlepulver-Gasstrom größer als der Druck auf den Kohlepulver-Gasstrom ist, führt dies dazu, dass der Kohlepulver-Gasstrom in Richtung Wandoberfläche fließt. Dies führt eventuell dazu, dass im Falle, wenn das Kohlepulver nicht die Vergasungsmittelausstoßöffnung des Ofenkörpers erreicht, die festen Kohlepulverpartikel und die Flüssigschlacke bereits in die Nähe der Innenwandoberfläche des Ofendachs gelangt sind. Dort werden sie vom wirbelnden Gasstrom beeinflusst und mitgeführt. Unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft werden sie an die Innenwände geschleudert. Die festen Kohlepulverpartikel erleiden unablässig Stöße und sorgen für ein Scheuern in Bezug auf die Innenwandoberfläche des Ofendachs. Der Verschleiß an der Innenwandoberfläche im Ofendach ist gewaltig, und es kommt leicht zu Rissen des Wasserkühlungswandrohrs an der Ofenoberseite, was zu einem Betriebsstopp des Vergasungsofens führt. (2) Wenn der Druck gegenüber dem Kohlepulver-Gasstrom durch den wirbelnde Luftstrom, der sich stets in der Nähe einer Wand befindet, größer als der Druck des Kohlepulver-Gasstroms in Bezug auf den Kohlepulver-Gasstroms ist, bewirkt dies, dass der Kohlepulver-Gasstrom sich in Richtung des Ofenkammer-Zentrums verschiebt. Der Kohlepulver-Gasstrom verfügt über eine abfallende Geschwindigkeit. Da der Kohlepulver-Gasstrom über eine abfallende Geschwindigkeit verfügt, ist der Brenner weit entfernt vom Zentrums-Rücklauf positioniert. Das Kohlepulver darf nicht zeitnah mit Hochtemperatur-Rückstrom in Kontakt kommen. Bei der vorliegenden Erfindung werden 10% bis 40% des Vergasungsmittels vom Brenner im Dachbereich mit einer hohen Geschwindigkeit von 100m/s - 200m/s eingeblasen. Die Fluktuationsrate des Vergasungsmittels ist groß und macht etwa das 8- bis 60-Fache der Gesamtgasströmungsdynamik des Kohlepulvers aus. Nachdem die beiden zusammen eingeblasen wurden, vermischen sie sich schrittweise und bilden einen integrierten Strom mit hoher Steifigkeit. Der Luftstrom, der in der Nähe der Wand bleibt, und der Zentrums-Rückstrom haben nur einen geringen Einfluss. Der Kohlepulver-Gasstrom hat eine hohe Luftströmungsbahnstabilität und sorgt inzwischen für ein stabiles Feuer. Der Erfinder hat in Bezug auf einen Vergasungsofen mit einem Gaserzeugungsvolumen von 40000 Nm3/h einen 1:5-Kaltmodell-Test durchgeführt. Die Testparameter waren: Kohlepulver-Gasstrom Windgeschwindigkeit 3m/s, das vom Dachbereich eingeblasene Vergasungsmittel hat eine Windgeschwindigkeit von 150m/s und die vom Ofenkörper eingeblasene Windgeschwindigkeit beträgt 200m/s. Der Kaltmodelltest zeigte Folgendes: Wenn vom Dachbereich des Vergasungsofen kein Vergasungsmittel eingeblasen wurde, beträgt der Luftstromimpuls des Kohlepulver-Gasstroms 0,27kg-m/s, und die Steifigkeit des Kohlepulver-Gasstroms ist schlecht. Nach dem Einblasen des Kohlepulver-Gasstroms in das Ofeninnere schwingt dieser im Ofendachbereich des Oberteils zwischen dem Brenner und der Vergasungsmittelausstoßöffnung des Ofenkörpers, und zwar schwingt er in diametraler Richtung; in einer Minute strömt er zum Brenner-Zentrum und ein anderes Mal strömt er zur Wandoberfläche. In einer Minute erreicht dieses Schwingen Frequenz von 18. Nach dem Einblasen des Vergasungsmittels in das Ofeninnere beträgt der Luftstromimpuls 7,47kg·m/s. Die Gesamtluftdynamik des Kohlepulver-Gasstroms und des vom Dachbereich eingeblasenen Vergasungsmittels beträgt 7,74kg·m/s. Dies ist das 28,6-Fache der Luftstromdynamik des ursprünglichen Kohlestaub-Gasstroms mit einer hohen Steifigkeit und stabilem Kohlenstaub-Gasstrom. Es wurde bisher nicht beobachtet, dass der Kohlenstaub-Gasstrom im Ofendachbereich mal in das Zentrum des Brenners und mal zur Wandoberfläche strömt und entlang des Durchmessers hin- und her schwankt.
10. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Fließmenge des Vergasungsmittels, das aus dem Brenner im Dachbereich des Ofens eingeblasen wird, groß, die Geschwindigkeit ist hoch, und es kann für Kohlearten verwendet werden, die einen hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen haben und schnell entzündlich sind. Bei der vorliegenden Erfindung werden 10% - 40% des Vergasungsmittels vom Kohlenstaubbrenner des Dachbereichs mit hoher Geschwindigkeit eingeblasen und die verbleibenden 60% - 90% des Vergasungsmittels von den tangentialen Vergasungsmittelkanälen der lateralen Ofenwände eingeblasen. Die Menge des Vergasungsmittels, das vom Dachbereich der Ofenkammer eingeblasen wurde, ist groß, und die Geschwindigkeit ist hoch und erreicht bis zu 100m/s - 200m/s; es verfügt gegenüber dem Kohlepulver über eine starke Mitnahmekraft, wobei jedoch die Luftpulvermischung eine relativ niedrige Temperatur aufweist, wodurch sich die Zündung verzögert. Deren Zündungszone liegt relativ weit entfernt vom Brenner, wodurch der Brenner effektiv geschützt wird. Außerdem ist bei der vorliegenden Erfindung die Menge des Vergasungsmittels im Dachbereich groß, wodurch gewährleistet wird, dass das Kohlepulver nach der Entzündung rasch Sauerstoff bereitstellt, wodurch eine stabile Verbrennung beibehalten wird. Daher kann die vorliegende Erfindung angemessen für Kohlearten mit einem großen Anteil an flüchtigen Stoffen sowie für leicht entzündbare Kohlearten benutzt werden.
11. Der Kegelabschnitt auf dem Ofenkörper der vorliegenden Erfindung ist relativ hoch, und um Verschleiß an der Innenwandfläche des Kegelabschnitts zu vermeiden, kann brennbare Kohle mit hohem Ascheschmelzpunkt verwendet werden. Bei der vorliegenden Erfindung werden 10% - 40% des Vergasungsmittels vom Kohlenstaubbrenner des Dachbereichs eingeblasen und die verbleibenden 60% - 90% des Vergasungsmittels von den Vergasungsmittelkanälen der lateralen Ofenwände eingeblasen. Die Vergasungsmittelmenge des Dachbereichs der Ofenkammer ist groß, die Verbrennungsreaktion heftig und die Temperatur hoch. Die Temperatur im Dachbereich der Ofenkammer ist hoch und dies gewährleistet, dass Kohlearten mit hohem Schmelzpunkt der Kohleasche ebenfalls schnell Flüssigschlacke bilden können und unter Einfluss der Zentrifugalkraft gegen die Wandoberfläche geschleudert werden und eine dicke sowie gleichmäßige Schlackenschicht bilden. Die Flüssigschlacke fließt entlang der Wandoberfläche langsam herunter, was Verschleiß der Wände im Inneren der Ofenkammer verhindert. Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch für Kohlearten mit hohem Ascheschmelzpunkt nutzbar ist.
12. Die vorliegende Erfindung nutz einen Ofenkörper mit verschiedenen Ebenen zur Einbringungen des Vergasungsmittels. Die Temperatur im Inneren des Ofens ist in Höhenrichtung gleichmäßig verteilt und kann für Kohlearten mit starker temperaturabhängiger Änderung der Viskosität genutzt werden. Bei der vorliegenden Erfindung sind an der lateralen Seitenwandoberfläche in Ofenhöhenrichtung drei Ebenen von Vergasungsmittelausstoßöffnung angeordnet. 50% - 80% des Vergasungsmittels kommen von diesen drei Ausstoßöffnungen in die Vergasungsofenkammer und an jeder Ausstoßöffnungsposition ist die Menge des Vergasungsmittels moderat und die Temperatur wird in einem normalen Bereich gehalten. Dadurch, dass das Vergasungsmittel entlang der Höhenrichtung des Ofens relativ gleichmäßig verteilt wird, ist die Temperaturverteilung im Ofeninneren gleichmäßig. Oberteil und Unterteil liegen hierbei nahe beieinander. Andere Ofentypen kommen nicht damit zurecht, wenn sich bei einigen Kohlearten die Viskosität mit der Temperatur relativ stark ändert. Es geschieht nicht, dass aufgrund einer hohen Temperatur im Oberteil der Ofenkammer die Membranviskosität der Flüssigschlacke abnimmt und die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt. Das würde nämlich dazu führen, dass beim Prozess des Herunterfließens die Schlackenschicht dünner würde und sogar verschwinden könnte. Dies würde dazu führen, dass im Oberteil der Ofenkammer die innere Wandoberflächen einer hohen Temperatur und Rauchgas ausgesetzt würden, wodurch es Unfälle wie Brennschäden geben könnte. Es geschieht auch nicht, dass dadurch, dass die Temperatur im Unterteil der Ofenkammer niedrig ist, die Membranviskosität der Flüssigschlacke zunimmt und der Fluss extrem langsam wird, wodurch der Schlackenaustritt behindert wird. Daher ist bei der vorliegenden Erfindung die Temperatur im Inneren des Ofens in Höhenrichtung des Ofens hin gleichmäßig verteilt und kann für Kohlearten mit starker temperaturabhängiger Änderung der Viskosität genutzt werden.
13. Die vorliegende Erfindung nutzt für den oberen Teil der Ofenkammer des Ofens eine Art der Bereitstellung des Vergasungsmittels, wobei der Höhe des Ofens gefolgt wird und es gleichmäßig entlang der Umfangsrichtung verteilt wird, und zwar hierarchisch gestaffelt, wodurch der Bereich in der Nähe der vertikalen Linien der Vergasungsmittelausstoßöffnungen vermieden wird, wo die Rohre der Wasserkühlungswand überhitzen. Dadurch, dass die für die Ofenkammer genutzte Wasserkühlungswand aus vertikalen Rundrohren in umgebender Weise gebildet wird, ist es bei der Nutzung von Anthrazit mit relativ hohem Brennwert so, dass einige vertikale Rundrohre in der Umgebung der Vergasungsmittelausstoßöffnung von oben nach unten stets im Hochtemperaturbereich stehen. Dadurch kommt es bei den Rohren der Wasserkühlungswand leicht zu Überhitzung. Bei der vorliegenden Erfindung gibt es 2 - 4 Ebenen an Vergasungsmittelausstoßöffnungen, die entlang der Höhe des Ofens gleichmäßig verteilt sind und gleichzeitig entlang der Umfangsrichtung versetzt verteilt sind. Die Vergasungsmittelausstoßöffnungen sind nicht nur auf der gleichen vertikalen Linie, sondern für jede Vergasungsmittelausstoßöffnung ist im Nahbereich der vorhandenen vertikalen Linie die Menge an Vergasungsmittel relativ gering und der Rauchgassauerstoffgehalt relativ niedrig. Wenn Anthrazit mit einem relativ hohen Brennwert genutzt wird, ist die Temperatur im Nahbereich der vorhandenen vertikalen Linien gleichmäßig, wodurch es nicht zu einem Überhitzungsproblem kommt. Daher eignet sich die vorliegende Erfindung auch für die Nutzung von Anthrazit mit relativ hohem Brennwert.
14. Die vorliegende Erfindung spart Investitionen. Durch Vorteil Nr. 7 weiß man, dass die Verweilzeit des Kohlepulvers der vorliegenden Erfindung und der Vergasungs-Reaktionsgeschwindigkeit im Ofeninneren wesentlich höher als der Stand der Technik sind, und außerdem liegt eine große Vergasungsstärke vor. Daher wird im Falle eines gleichen Drucks und des gleichen hergestellten Gases bei der vorliegenden Erfindung der Vergasungsofen wesentlich kleiner als bei einem Vergasungsofen des Standes der Technik und die Vergasungsstärke ist ebenso gut wie im Stand der Technik. So werden Ausrüstungsinvestitionen in großem Umfang eingespart.

Figurenliste
Es zeigen:

1 ein allgemeines Strukturschemadiagramm (Stand der Technik) für den Fall, dass die Anzahl der Vergasungsmittelausstoßöffnungen eins beträgt (die Kurve mit einem Pfeil im Inneren der Vergasungsofenkammer 3 ist die Gasstrombahn; das Bezugszeichen 12 bezeichnet den Kohlepulvergasstrom, das Bezugszeichen 13 bezeichnet den Vergasungsmittelgasstrom, das Bezugszeichen 14 bezeichnet einen wirbelnden Gasstrom an der Ofendecke und nah an der Wand, Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Schlackenschicht, Bezugszeichen 16 bezeichnet das Rücklaufsynthesegas, Bezugszeichen 17 bezeichnet eine zentrale Rücklaufgrenze, Bezugszeichen 19 bezeichnet eine Schlackenaustrittsöffnung, Bezugszeichen 20 bezeichnet einen Eingang für pulverisierte Kohle und Stickstoff oder pulverisierte Kohle und Kohlendioxid, 21 bezeichnet die Eingabe von Vergasungsmittel);
2 eine Schnittansicht (Stand der Technik) entlang der Linie A-A aus 1.
3 ein allgemeines Strukturschemadiagramm, das Vergasungsmittelausstoßöffnungen zeigt, wenn die Anzahl 3 ist, wobei die Mittelpunkte der Ausstoßöffnungen in der gleichen vertikalen Linie senkrecht zur horizontalen Ebene liegen.
4 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 3.
5 ein allgemeines Strukturschemadiagramm, das Vergasungsmittelausstoßöffnungen zeigt, wenn die Anzahl 2 ist, wobei die Mittelpunkte der Ausstoßöffnungen in der gleichen vertikalen Linie senkrecht zur horizontalen Ebene liegen.
6 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 5.
7 ein allgemeines Strukturschemadiagramm, das Vergasungsmittelausstoßöffnungen zeigt, wenn die Anzahl 4 ist, wobei die Mittelpunkte der Ausstoßöffnungen in der gleichen vertikalen Linie senkrecht zur horizontalen Ebene liegen.
8 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 7.
9 ein allgemeines Strukturschemadiagramm, das Vergasungsmittelausstoßöffnungen zeigt, wenn die Anzahl 3 ist.
10 eine Schnittansicht der Vergasungsmittelausstoßöffnungen entlang der Linie A-A aus 9, wenn diese in versetzter Anordnung sind.
11 eine Schnittansicht der Vergasungsmittelausstoßöffnungen entlang der Linie A-A aus 9, wenn diese in gleichmäßiger Anordnung sind.
12 ein allgemeines Strukturschemadiagramm, das Vergasungsmittelausstoßöffnungen zeigt, wenn die Anzahl 2 ist.
13 eine Schnittansicht der Vergasungsmittelausstoßöffnungen entlang der Linie A-A aus 12, wenn diese in versetzter Anordnung sind.
14 eine Schnittansicht der Vergasungsmittelausstoßöffnungen entlang der Linie A-A aus 12, wenn diese in gleichmäßiger Anordnung sind.
15 ein allgemeines Strukturschemadiagramm, das Vergasungsmittelausstoßöffnungen zeigt, wenn die Anzahl 4 ist.
16 eine Schnittansicht der Vergasungsmittelausstoßöffnungen entlang der Linie A-A aus 15, wenn diese in versetzter Anordnung sind.
17 eine Schnittansicht der Vergasungsmittelausstoßöffnungen entlang der Linie A-A aus 15, wenn diese in gleichmäßiger Anordnung sind.
18 ein Gasstrombahndiagramm eines üblichen Vergasungsofens (Bezugszeichen 18 verweist auf Vergasungsmittel und Kohlepulver; Bezugszeichen 22 ist ein Schlackefilm).

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Kohlenstaubbrenner (1) gemäß allen beschriebenen Ausführungsformen weisen folgende Merkmale auf. Einen Vergasungsofenkörper (2), eine Wasserkühlungswand (4), einen Synthesegaskanal (5), eine Wasserkühlungswand (4), positioniert auf der inneren lateralen Seitenwand des Vergasungsofenkörpers (2), eine Wasserkühlungswand (4), die aus einer Mehrzahl von vertikalen Rundrohren zusammengesetzt ist, eine durch die Wasserkühlungswand (4) eingeschlossene Vergasungsofenkammer (3), ein Kohlenstaubbrenner (1) positioniert auf dem Oberteil des Vergasungsofenkörpers (2), und ein Übereinstimmen der Achsenlinie des Kohlenstaubbrenner (1) mit der Achsenlinie der Vergasungsofenkammer (3), diese Anordnung ist nützlich für die gleichmäßige Verteilung des Kohlenstaub-Gasstroms in allen Bereichen des Ofeninneren, wobei der Unterteil des Vergasungsofenkörpers (2) als Schlackenbad (6) agiert, und ein Synthesegaskanal (5), positioniert oben auf der äußeren lateralen Seitenwand des Unterteils des Vergasungsofenkörper (2), und eine Verbindung zwischen Synthesegaskanal (5) und Vergasungsofenkammer (3), wobei der Vergasungsapparat für Kohlepulver mit mehrstufiger Zuführung von Vergasungsmittel und starker Verwirbelung noch eine Vergasungsmittelausstoßöffnung (7), ein Durchflussregelventil (8), Verwirbelungsflügel (9), einen Kohlepulverkanal (10) sowie einen Vergasungsmittelkanal (11) beinhaltet, wobei gemäß einer ersten Ausführungsform (1 und 2) die Vergasungsmittelausstoßöffnung (7) oben auf der lateralen Seitenwand des Oberteils des Vergasungsofenkörper (2) positioniert ist, und wobei eine Vergasungsmittelausstoßöffnung (7) (Stand der Technik) entlang einer Tangentiallinie der Vergasungsofenkammer (3) in das Innere der Vergasungsofenkammer (3) eingesteckt wird. Diese Anordnung ist nützlich für die Bildung eines starken Gasstrom-Wirbelfeldes im Vergasungsofeninneren, wobei an der Vergasungsmittelausstoßöffnung (7) ein Durchflussregelventil (8) vorgesehen ist, und wobei im Inneren des Kohlenstaubbrenners (1) koaxial radial von innen nach außen angebracht ein kreisförmiger Vergasungsmittelkanal (11) und ein kreisförmiger Kohlepulverkanal (10) vorhanden sind, und wobei der Kohlepulverkanal (10) und der Vergasungsmittelkanal (11) am Ende in der Nähe des Brandes jeweils Verwirbelungsflügel (9) positioniert haben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, eine größere Anzahl von Vergasungsmitteldüsen 7, nämlich 2, 3 oder 4 vorzusehen, die so angeordnet werden, sodass nach der Größe der Ofenkörper des Vergasungsofens die Verteilung der Stärke der Position des wirbelnden Luftstroms im Inneren des Ofens eingestellt werden kann.
Spezifische Ausführungsform gemäß den 3 und 4: Eine Vielzahl von Vergasungsmittelausstoßöffnungen 7 ist von oben nach unten sukzessive entlang der Höhenrichtung gleichmäßig auf dem Oberteil des Vergasungsofenkörpers 2 vorgesehen. Durch diese Anordnung kann im Inneren des Vergasungsofens ein stark wirbelnder Gasstromgebildet werden. Andere Komponenten und Verbindungsbeziehungen sind identisch mit der vorstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsform.
Spezifische Ausführungsformen gemäß den 5 und 6 oder 7 und 8. Eine Vielzahl von Ausstoßöffnungsmittelpunkten von Vergasungsmittelausstoßöffnungen 7 sind gleichmäßig auf einer vertikalen Linie senkrecht zu einer horizontalen Ebene angeordnet.
Spezifische Ausführungsformen gemäß den Figuren - 9 und 10 sowie 11 oder - 12 und 13 oder 14 oder - 15 und 16 oder 17. Eine Vielzahl von Vergasungsmitteldüsen 7 sind entlang der Umfangsrichtung des Vergasungsofenkörpers 2 versetzt oder gleichmäßig angeordnet.
Das Verfahren:

Schritt a: Festlegen der Parameter für das Innere der Vergasungsofenkammer 3;
Festlegen des Drucks im Inneren der Vergasungsofenkammer 3 auf 0,1 - 4 MPa und der Betriebstemperatur der Vergasungsofenkammer 3 auf 1250°C - 1600°C;
Schritt b: Einschicken des Kohlepulvers; wobei Kohlepulver mit einer Temperatur von 25 - 100°C durch ein Gas wie etwa Stickstoff oder Kohlendioxid in verwirbelnder Weise durch den Kohlepulverkanal 10 am Kohlenstaubbrenner 1 in das Innere der Vergasungsofenkammer 3 getragen wird und das Vergasungsmittel, das 10% - 40% der Menge ausmacht und eine Temperatur von 20 - 400°C aufweist, in verwirbelnder Weise durch den Vergasungsmittelkanal 11 des Kohlenstaubbrenners 1 in das Innere der Vergasungsofenkammer 3 geleitet wird, wobei sich Vergasungsmittel und Kohlepulver im Ofendachbereich mischen und sich gleichsinnig drehend nach unten strömen;
Schritt c: Erzeugen von Schlacke durch Verbrennung von Kohlepulver; wobei, nachdem der Mischgasstrom des Kohlepulvers und des Vergasungsmittels sich mit dem Hochtemperatur-Synthesegas vermischt hat, das er aus der zentralen Rezirkulationszone mitgerissen hat, er dadurch entzündet wird und im Dachbereich der Vergasungsofenkammer 3 durch Verbrennung Schlacke gebildet wird;
Schritt d: Vergasungsumsetzen der Schlacke im Inneren des Vergasungsofens; wobei das restliche Vergasungsmittel, das einen Mengenanteil von 60% - 90% ausmacht und eine Temperatur von 20 - 400°C aufweist, durch die lateralen Seitenwand-Vergasungsmittelausstoßöffnungen der Vergasungsmitteldüsen 7 mit einer Geschwindigkeit von 100 - 200m/s in die Vergasungsofenkammer 3 umgeleitet wird, wobei, nachdem der Gasstrom des Vergasungsmittels mit hoher Geschwindigkeit in die Ofenkammer geströmt ist, sich eine stark wirbelnde Gasströmung bildet, wobei durch Wirkung der Zentrifugalkraft 70% - 80% der Schlacke an die Ofenwandoberfläche geschleudert werden, wo sich eine relativ dicke Schlackenschicht bildet, wobei die Schlackenschicht gleichmäßig ist, wobei der wirbelnde Gasstrom unaufhörlich an der Schlackenschicht an der Wandoberfläche der Ofenkammer scheuert und es mit dieser zu einer sehr starken Vergasungsreaktion kommt;
Schritt e: Austreten der Schlacke; wobei das durch die Vergasung entstehende Rohkohlegas durch den Synthesegaskanal 5 in die Vergasungsofenkammer 3 gelangt und die erzeugte Flüssigschlacke entlang der Wandoberfläche in das Schlackenbad 6 läuft, wobei nach dem Abkühlen diese durch die Schlackenaustrittsöffnung am Unterteil aus dem Vergasungsofen abgeleitet wird.

In Verbindung mit 1 bis 17 wird das Verfahren erläutert, wobei das vorliegende Verfahren Folgendes beinhaltet: Festlegen des Drucks im Inneren der Vergasungsofenkammer 3 auf 2,5 MPa und der Betriebstemperatur der Vergasungsofenkammer 3 auf 1500°C.
In Verbindung mit 1 bis 17 wird das Verfahren erläutert, wobei das vorliegende Verfahren Folgendes beinhaltet: Die Temperatur des in Schritt b: erwähnten Kohlepulvers beträgt 50°C, die Temperatur des Vergasungsmittels beträgt 100°C. Die anderen Schritte sind mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen identisch.
In Verbindung mit 1 bis 17 wird das vorliegende Verfahren erläutert, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Die Temperatur des in Schritt b: erwähnten Kohlepulvers beträgt 80°C, die Temperatur des Vergasungsmittels beträgt 200°C.
In Verbindung mit 1 bis 17 wird das vorliegende Verfahren erläutert, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Das in Schritt d: erwähnte Vergasungsmittel wird durch laterale Seitenwand-Vergasungsmittelausstoßöffnungen der Vergasungsmitteldüsen 7 nach Ebenen umgeleitet oder längs des Ofens in Höhenrichtung zur Vergasungsofenkammer 3 geleitet.
In Verbindung mit 1 bis 17 wird das vorliegende Verfahren erläutert, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Das Vergasungsmittel, welches in Schritt b: eine für den normalen Betrieb notwendige Gesamtvergasungsmittelmenge von 30% aufweist, wird durch den Vergasungsmittelkanal 11 in das Innere der Vergasungsofenkammer 3 eingeblasen, und wobei in Schritt d: die übrigen 70% des Vergasungsmittels durch die Vergasungsmittelausstoßöffnung der Vergasungsmitteldüse 7 mit einer Geschwindigkeit von 150m/s in die Vergasungsofenkammer 3 eingeleitet werden.
In Verbindung mit 1 bis 17 wird das vorliegende Verfahren erläutert, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Das Vergasungsmittel, welches in Schritt b: eine für den normalen Betrieb notwendige Gesamtvergasungsmittelmenge von 50% aufweist, wird durch den Vergasungsmittelkanal 11 in das Innere der Vergasungsofenkammer 3 eingeblasen, und wobei in Schritt d: die übrigen 50% des Vergasungsmittels durch die Vergasungsmittelausstoßöffnung der Vergasungsmitteldüse 7 mit einer Geschwindigkeit von 160m/s in die Vergasungsofenkammer 3 eingeleitet werden.
In Verbindung mit 1 bis 17 wird das vorliegende Verfahren erläutert, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Das Vergasungsmittel, welches in Schritt b: eine für den normalen Betrieb notwendige Gesamtvergasungsmittelmenge von 80% aufweist, wird, durch den Vergasungsmittelkanal 11 in das Innere der Vergasungsofenkammer 3 eingeblasen, und wobei in Schritt d: die übrigen 20% des Vergasungsmittels durch die Vergasungsmittelausstoßöffnung der Vergasungsmitteldüse 7 mit einer Geschwindigkeit von 150m/s in die Vergasungsofenkammer 3 eingeleitet werden.
In Verbindung mit 1 bis 17 wird das vorliegende Verfahren erläutert, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Das Vergasungsmittel aus Schritt b: und Schritt d: ist stets Sauerstoff und Wasserdampf, wobei das Massenverhältnis von Wasserdampf und Sauerstoff 0 - 0,4:1 beträgt.
In Verbindung mit 1 bis 17 wird das vorliegende Verfahren erläutert, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Das in Schritt b: erwähnte Kohlepulver in der Mischung aus Kohlepulver und Stickstoff macht 1% - 25% des Gesamtvolumens oder das Kohlepulver in der Mischung mit Kohlendioxid macht 1% - 25% des Gesamtvolumens aus. Durch diese Anordnung wird die Menge von Stickstoffpulver oder Kohlendioxid reduziert. Dies verringert Kosten für den Transport von Gas und stellt sicher, dass die effektive Gasmenge im Synthesegas der Erzeugung des Vergasungsofens hoch ist (Kohlenmonoxid und Wasserstoff).
Arbeitsprinzipien der vorliegenden Erfindung:
Die Arbeitsprinzipien der vorliegenden Erfindung sind wie in den 1 bis 17 dargestellt: Stickstoff oder Kohlendioxid-Gas nehmen über einen Eingang 20 des Kohlenstaubbrenners 1 Kohlenpulver in blasender Weise in den Kohlenpulverkanal 10 des Kohlenstaubbrenners 1 mit, wobei es nach Durchströmen der Verwirbelungsflügel 9 in verwirbelnder Weise in die Vergasungsofenkammer 3 eingeblasen wird, wobei am Oberende der Vergasungsofenkammer 3 ein wirbelnder Kohlepulver-(Abwärts-)Gasstrom 12 gebildet wird.
Das Vergasungsmittel, das etwa 10% - 40% Mengenanteil eine Gesamtmenge des Vergasungsmittels ausmacht (Sauerstoff und Wasserdampf), wird über einen Eingang 21 des Kohlenstaubbrenners 1 in den Vergasungsmittelkanal 11 des Kohlenstaubbrenners 1 hineingeblasen, wobei es nach Durchströmen der Verwirbelungsflügel 9 in verwirbelnder Weise in die Vergasungsofenkammer 3 eingeblasen wird, wobei am Oberende der Vergasungsofenkammer 3 ein wirbelnder Vergasungsmittel-(Abwärts-)Gasstrom 13 gebildet wird.
Der Kohlepulver-Gasstrom 12 und der Vergasungsmittelgasstrom 13 strömen zusammen gleichsinnig drehend und beim Strömungsprozess vermischen sich beide unaufhörlich.
Nachdem der Mischgasstrom 12, 13 aus Kohlepulver-Gasstrom 12 des Kohlepulvers und des Vergasungsmittel(-Abwärts)-Gasstroms 13 des Vergasungsmittels sich mit dem Hochtemperatur-Synthesegas vermischt hat, das er aus der zentralen Rezirkulationszone mitgerissen hat, wird er dadurch entzündet, und im Dachbereich der Vergasungsofenkammer 3 wird durch Verbrennung Schlacke gebildet.
Der restliche Mengenanteil der Gesamtmenge des Vergasungsmittels, nämlich 60% bis 90% des Vergasungsmittels werden durch die Vergasungsmittelausstoßöffnung der Vergasungsmitteldüse 7 in großer Geschwindigkeit in die Vergasungsofenkammer 3 geblasen, wobei sie in der Vergasungsofenkammer 3 eine Beschränkung durch die Ofenwand erfahren, was zu einer Bildung eines stark wirbelnden Vergasungsmittelluftstroms führt.
Durch den starken Auswurf des stark wirbelnden Vergasungsmittel-Gasstroms 13 wird die durch das Brennen des Kohlepulvers gebildete Schlacke mit dem Gasstrom aus Synthesegas und Vergasungsmittel fortgerissen und strömt wirbelnd im Nahbereich der Wandoberfläche nach unten.
Durch starke Zentrifugalkraft, die durch die Verwirbelung erzeugt wird, werden etwa 80% der Schlacke an die Wand geschleudert, wo sie eine dicke gleichmäßige Schicht bilden. Die übrigen etwa 20% der Schlacke vermischen sich mit dem mitgerissenen Hochtemperatur-Synthesegas sowie dem Vergasungsmittelgasstrom und strömen weiter wirbelnd im Nahbereich der Wandoberfläche hinab.
Die Schlackenschicht fließt entlang der Wandoberfläche langsam nach unten und der starke Mischgasstrom scheuert dabei unaufhörlich an der Schlackenschicht der Wandoberfläche. Während dieses Vorgangs reibt sich das Vergasungsmittel im Mischgasstrom 12, 13 aus Kohlepulver-Gasstrom 12 des Kohlepulvers und des Vergasungsmittel(-Abwärts)-Gasstroms 13 des Vergasungsmittels unaufhörlich an der Schlackenschicht der Wand, wobei die Schlacke im gemischten Gasstrom eine starke Vergasungsreaktion zeigt.
Nach der Reaktion läuft die Schlackenschicht weiter an der Wandoberfläche nach unten, bewegt sich zum Abkühlen ins Schlackenbad und wird aus der Schlackenaustrittsöffnung ausgegeben. Im wirbelnden und nach unten weiter strömenden Mischgasstrom 12, 13 - aus Kohlepulver-Gasstrom 12 des Kohlepulvers und des Vergasungsmittel(-Abwärts)-Gasstroms 13 des Vergasungsmittels - kommt es unaufhörlich zu Vergasungsreaktion.
Da der Mischgasstrom sich im Nahbereich der Ofenwand wirbelnd bewegt, ist der Druck im Zentrum der Ofenkammer relativ niedrig. Unten im Vergasungsofen wird das Synthesegas mitgerissen, wobei es im Zentrum der Ofenkammer nach oben strömt und eine Rezirkulationszone mit hoher Temperatur bildet.
Hochtemperatur-Synthesegas, das aus der zentralen Rezirkulationszone mit hoher Temperatur mitgerissen worden ist, strömt zurück zum oberen Ende des Vergasungsofens und entzündet den Mischgasstrom aus Kohlepulver und Vergasungsmittel, der vom Kohlenstaubbrenner 1 eingeblasen wird, und bewegt sich dann erneut in die wirbelnde Abwärtsbewegung im Nahwandbereich. Am Ende strömt das erzeugte Synthesegas aus dem Synthesegaskanal 5 aus.
Anwendungsbeispiel 1:
Ein Vergasungsofen mit einer Gaserzeugungskapazität von 80000 Nm³/h, der die vorliegende Erfindung nutzt, wird bei voraussichtlich vier Jahren Betrieb keinen Brandschaden bei der Wasserkühlungswand aufweisen, wodurch ein ununterbrochener Betrieb von vier Jahren gewährleistet ist. Im Vergleich zu anderen Techniken reduziert dies die wirtschaftlichen Verluste um 160 Millionen Renminbi. Durch eine numerische Überprüfung ist das Folgende ersichtlich: Für diese Anlage ist die Vergasungsofenschlackenschichtdicke der Wand 6 mm, die Schlackenschicht ist dick und einheitlich; die Ofenverweilzeit des Kohlepulvers liegt bei 14 s, die Verweilzeit ist relativ lang; der Ofenkörper weist im Oberteil eine maximale Temperatur von 1510°C auf, im unteren Teil eine Mindesttemperatur von 1420°C, auf der gleichen Ebene schwankt die Ofentemperatur um weniger als 30°C, die Temperatur entlang der Ofenhöhenrichtung und der Umfangsrichtung ist gleichmäßig verteilt; am Vergasungsmitteleingang 21 haben Kohlepulver und Vergasungsmittel eine relative Geschwindigkeit von etwa 150m/s, am Synthesegasauslass haben Vergasungsmittel und Kohlepulver eine relative Geschwindigkeit von etwa 75m/s, Kohlepulver und Vergasungsmittel haben im Schnitt eine relative Geschwindigkeit von etwa 115m/s, Kohlepulver und Vergasungsmittel weisen eine hohe relative Geschwindigkeit auf, die Gasdiffusion an der Partikeloberfläche ist schnell und die Reaktionsgeschwindigkeit ist hoch.
Eine Chemiefabrik nutzt einen Vergasungsofen mit einer Gaserzeugungskapazität von 80000 Nm³/h. Die Verweildauer des Kohlepulvers im Ofeninneren beträgt 5 s, die relative Geschwindigkeit von Vergasungsmittel und Schlacke beträgt etwa 0,1m/s. Die Dicke des Schlackefilms der Wasserkühlungswand ist relativ dünn, und zwar etwa 2 mm. Die Dicke des Schlackefilms ist ungleichmäßig. Der Ofenkörper weist im Oberteil eine Temperatur von 1650°C auf, im unteren Ofenraum beträgt die Temperatur 1300°C. Der Unterschied bei der Ofentemperatur in Richtung der Höhe ist relative groß. Ein Teil der Innenwand ist ungeschützt hohen Temperaturen und Rauch ausgesetzt, sodass die Innenwandoberfläche leicht Brandschäden erfährt. Es kommt durchschnittlich einmal pro Jahr wegen Brandschäden an der Innenwand zu einem Betriebsstopp. Jeder Betriebsstopp verursacht einen wirtschaftlichen Gesamtverlust von etwa 40 Millionen Renminbi.
Es wird empfohlen, dass der Zwischenabstand zwischen der Vergasungsmitteldüse auf der obersten Ebene und der Vergasungsmitteldüse auf der untersten Ebene in Höhenrichtung 0,5D - 0,7D beträgt, wobei D den Kreisdurchmesser vom Mittelpunkt aus zeigt, bei dem die Rundröhren der Wasserkühlungswand eine Umfassung bilden, wobei die Vergasungsmitteldüsen, die zwischen den obersten und untersten Vergasungsmitteldüsen angeordnet sind, zwischen diesen beiden gleichmäßig angeordnet sind.

Claims

Vergasungsvorrichtung für Kohlepulver mit mehrstufiger Zuführung eines Vergasungsmittels, umfassend: • einen Kohlenstaubbrenner (1), einen Vergasungsofenkörper (2), eine Wasserkühlungswand (4), einen Synthesegaskanal (5), • wobei der Vergasungsofenkörper (2) mindestens eine Vergasungsmitteldüse (7) mit einer Vergasungsmittelausstoßöffnung aufweist, • wobei die Wasserkühlungswand (4) auf einer inneren lateralen Seitenwand des Vergasungsofenkörpers (2) positioniert ist, • wobei die Wasserkühlungswand aus einer Mehrzahl von vertikalen Rundrohren zusammengesetzt ist, und eine durch die Wasserkühlungswand (4) eingeschlossene Kammer, in der die Medien rotieren, im Ofenkörperinneren als Vergasungsofenkammer (3) ausgebildet ist, • wobei der Kohlenstaubbrenner (1) am Oberteil des Vergasungsofenkörpers (2) derart positioniert ist, dass eine Achsenlinie des Kohlenstaubbrenner (1) mit einer Achsenlinie der Vergasungsofenkammer (3) übereinstimmt, wobei ein Unterteil des Vergasungsofenkörpers (2) als Schlackenbad (6) ausgebildet ist, • wobei der Synthesegaskanal (5) oben auf der äußeren lateralen Seitenwand des Unterteils der lateralen Ofenwand des Vergasungsofenkörpers (2) positioniert ist, • wobei zwischen dem Synthesegaskanal (5) und der Vergasungsofenkammer (3) eine Verbindung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsvorrichtung ferner umfasst, • mehrere Verwirbelungsflügel (9), einen Kohlepulverkanal (10) sowie einen Vergasungsmittelkanal (11), und ein Durchflussregelventil (8), das an jeder der Vergasungsmittelausstoßöffnungen der Vielzahl der Vergasungsmitteldüsen (7) angeordnet ist, • wobei im Inneren des Kohlenstaubbrenners (1) bezogen auf eine Längsmittelachse des Kohlenstaubbrenners (1) radial von innen nach außen gesehen ein kreisförmiger Vergasungsmittelkanal (11) und ein kreisförmiger Kohlepulverkanal (10) im Dachbereich der Vergasungsofenkammer (3) ausgebildet sind, • wobei die mindestens eine Vergasungsmitteldüse (7) auf einer Seitenwand des Oberteils der lateralen Ofenwand des Vergasungsofenkörpers (2) positioniert ist, und tangential in das Innere der Vergasungsofenkammer (3) eingesteckt ist, • wobei jeweils am Ende des Kohlepulverkanals (10) und am Ende des Vergasungsmittelkanals (11) Verwirbelungsflügel (9) positioniert sind, und • die Vielzahl von Vergasungsmitteldüsen (7) von oben nach unten entlang der Höhenrichtung gleichmäßig am Oberteil des Vergasungsofenkörpers (2) vorgesehen sind, und dabei die Ausstoßöffnungsmittelpunkte der Vielzahl von Vergasungsmittelausstoßöffnungen der Vergasungsmitteldüsen (7) entweder • gleichmäßig auf einer vertikalen Linie des Vergasungsofenkörpers (2) senkrecht zu einer horizontalen Ebene oder • entlang der Umfangsrichtung des Vergasungsofenkörpers (2) versetzt oder gleichmäßig angeordnet sind.
Vergasungsverfahren für Kohlepulver mit mehrstufiger Zuführung eines Vergasungsmittels mittels einer Vergasungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit folgenden Schritten: a:) Festlegen und Einstellen der Parameter für das Innere einer Vergasungsofenkammer (3) eines Kohlenstaubbrenners (1), wobei im Inneren der Vergasungsofenkammer (3) ein Druck auf 0,1 - 4 MPa und eine Betriebstemperatur der Vergasungsofenkammer (3) von 1250 - 1600 °C eingestellt wird, b:) Einbringen des Kohlepulvers in das Innere der Vergasungsofenkammer (3) des Kohlenstaubbrenners über einen Kohlepulverkanal (10) der Vergasungsofenkammer (3) und Einschicken eines Vergasungsmittels in das Innere der Vergasungsofenkammer (3) über einen Vergasungsmittelkanal (11) des Kohlenstaubbrenners (1); c:) Erzeugen von Schlacke durch Verbrennung von Kohlepulver und Vergasungsmittel unter Bildung eines Synthesegases; d:) Vergasungsumsetzen der Schlacke im Inneren des Vergasungsofens (2) in der Vergasungsofenkammer (3); e:) Austreten der Schlacke aus der Vergasungsofenkammer (3) des Vergasungsofens (2); dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b:) das Kohlepulver mit einer Temperatur von 25°C - 100°C durch ein Gas in verwirbelnder Weise durch den Kohlepulverkanal (10) des Kohlenstaubbrenners (1) in das Innere der Vergasungsofenkammer (3) getragen wird, wobei den im Inneren des Kohlenstaubbrenners (1) bezogen auf eine Längsmittelachse des Kohlenstaubbrenners (1) radial von innen nach außen gesehen angeordneten kreisförmigen Vergasungsmittelkanal (11) und den kreisförmigen Kohlepulverkanal (10) das Kohlepulver und ein Mengenanteil von 10 % - 40 % einer Gesamtmenge des Vergasungsmittels mit einer Temperatur von 20°C - 400°C über mehrere dem Vergasungsmittelkanal (11) und dem Kohlepulverkanal (10) zugeordnete Verwirbelungsflügel (9) unter Verwirbelung des Mischgasstromes aus Kohlestaub und Vergasungsmittel über den Kohlepulverkanal (10) und den Vergasungsmittelkanal (10, 11) in den Dachbereich der Vergasungsofenkammer (3) eingebracht werden, und, im Schritt d:) über mindestens eine Vergasungsmitteldüse (7), die auf einer Seitenwand des Oberteils der lateralen Ofenwand des Vergasungsofenkörpers (2) positioniert ist, und entlang einer Tangentiallinie der Vergasungsofenkammer (3) in das Innere der Vergasungsofenkammer (3) eingesteckt ist, der restliche Mengenanteil 60% - 90% der Gesamtmenge des Vergasungsmittels mit einer Temperatur von 20°C - 400°C mit einer Geschwindigkeit von 100m/s - 200 m/s in die Vergasungsofenkammer (3) unter Verwirbelung des Mischgasstromes eingebracht wird.
Vergasungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas im Schritt b:), welches Kohlepulver mit der Temperatur von 25°C - 100 °C in verwirbelnder Weise durch den Kohlepulverkanal (10) des Kohlenstaubbrenners (1) in das Innere der Vergasungsofenkammer (3) einträgt, Stickstoff oder Kohlendioxid verwendet wird.
Vergasungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b:) das Vergasungsmittel, welches 10% - 40 % der Menge ausmacht und eine Temperatur von 20°C - 400 °C aufweist, in verwirbelnder Weise durch den Vergasungsmittelkanal (11) des Kohlenstaubbrenners (1) in das Innere der Vergasungsofenkammer (3) geleitet wird, wobei sich Vergasungsmittel und Kohlepulver in einem Ofendachbereich des Kohlenstaubbrenners (1) zu dem Mischgasstrom mischen und sich gleichsinnig drehend nach unten strömen.
Vergasungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c:) nachdem der Mischgasstrom von Kohlepulver und Vergasungsmittel in einer zentralen Rezirkulationszone das zurückkehrende Synthesegas mit hoher Temperatur aufgenommen hat, der Mischgasstrom durch das Synthesegas mit hoher Temperatur entzündet wird und im Dachbereich der Vergasungsofenkammer (3) verbrennt und Schlacke bildet.
Vergasungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt d) das restliche Vergasungsmittel, das den Mengenanteil von 60%-90% ausmacht und die Temperatur von 20°C - 400 °C aufweist, durch die Vergasungsmittelausstoßöffnung der mindestens einen Vergasungsmitteldüse (7) mit der Geschwindigkeit von 100m/s - 200 m/s in die Vergasungsofenkammer (3) umgeleitet wird, wobei, nachdem der Gasstrom des Vergasungsmittels mit hoher Geschwindigkeit in die Vergasungsofenkammer (3) geströmt ist, sich eine stark wirbelnde Gasströmung bildet, wobei durch Wirkung der Zentrifugalkraft 70% - 80% der Schlacke an die Ofenwandoberfläche geschleudert werden, wo sich eine dicke Schlackenschicht bildet, die gleichmäßig ausgebildet ist, wobei der wirbelnde Luftstrom unaufhörlich an der Schlackenschicht an der Wandoberfläche der Ofenkammer scheuert und es mit dieser zu einer Vergasungsungsreaktion kommt.
Vergasungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e:) das durch die Vergasung entstehende Synthesegas durch den Synthesegaskanal (5) in die Vergasungsofenkammer (3) gelangt und die erzeugte Flüssigschlacke entlang der Wandoberfläche in das Schlackenbad (6) läuft, wobei sie nach dem Abkühlen durch die Schlackenaustrittsöffnung am Unterteil aus dem Vergasungsofen (2) abgeleitet wird.
Vergasungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dachbereich und der Ofenkörper gleichzeitig Vergasungsmittel einleiten, und das in Schritt d:) erwähnte Vergasungsmittel durch laterale Seitenwand-Vergasungsmittelausstoßöffnungen (7) nach Ebenen umgeleitet oder längs des Ofens über eine hohe Ebene zur Vergasungsofenkammer (3) geleitet wird.
Vergasungsverfahren nach Anspruch 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergasungsmittel aus Schritt b:) und Schritt d:) stets Sauerstoff und Wasserdampf ist, wobei das Massenverhältnis von Wasserdampf und Sauerstoff 0 - 0,4:1 beträgt.
Vergasungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt c:) erwähnte Kohlepulver in der Mischung aus Kohlepulver und Stickstoff 1% - 25% des Gesamtvolumens ausmacht.
Vergasungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt b) erwähnte Kohlepulver in der Mischung aus Kohlepulver und Kohlendioxid 1%-25% des Gesamtvolumens ausmacht.