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Verfahren zum Vergasen pulverisierter Kohle vermittels eines Wirbelflußverfahrenne
Die Erfindung betrifft ein Wirbelflußverfahren zum Vergasen pulverisierter Kohle
durch Suspension in einem Nochtemperaturgasvermittela Dampf, .Sauerstoff oder Luft.
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Es sind bis jetzt verschiedene Verfahren zum Vergasen pulverisierte:ir
Kohle durch Schwebung oder Suspension in einem gasfÜrmigen Medium bei. hoher Temperatur
bekannt geworden. Diese Verfahren können in zwei Gruppen eingeteilt werden. Bei
dem einen Verfahren werden die Teilchen aus pulverisierter Kohle im Schwebezustand
oder durch das gasförmige Medium vollständig in Richtung der -Pließrichtung mitgerissen.
Bei dem anderen Verfahrdn,.dem sogenannten "fließbett>Yerfahren" werden die Kohleteilchen
in dem gasförmigen Medium im Schwebezustand oder Suspension gehalten, so da£ sie
eine erhebliche Zeitspanne in der Vergasungszone verbleiben Bei allen bekannten
Verfahren besteht ein bestimmtes Verhältnis zwischen. den Endgeschwindigkeiten,
mit denen die Teilchen der pulverisierten Kohle in der Lage sind, in dem gaeförmigen
Medium. zu schweben und
der Geschwindigkeit des letzterem
in der Vergasungezone.. Dienen Verhältnis beschränkt sowohl die
Vergasungstemperatur als auch die
Vergasungekapazität. @-Das
Verfahren zum Vergasen pulverisierter Kohle nach der Erfindung läßt
sich auf den Bereich der Vergasung®temperattnr und den
ausnutzbaren
Volumens der obigen beiden Verfahren anwenden, wodurch eich ein Verfahren
hoher Wirksamkeit erreichen lägt' das von den
bisher bekannten
Verfahren völlig unterschiedlich ist* .
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird pulverisierte
Kohle
im. Schwebezustand oder in. äuspeneion in einem schraubenförmig
aufsteigenden Luft- oder Sauerstoffstrom mit Dampf vermischt. Zu diesem
Zweck
wird pulverisierte Kohle homogen mit Blußmittel, daa hauptsächlich
aus Einen oder EisemII-verbindungen besteht, ver-
mischt und zusammen
mit Luft oder Sauerstoff und weiterem Dampf schraubenförmig
nach unten in einer tangentialen Richtung auf eine
Fläche aufgespritzt,
die koaxial. mit dem zylinderförmigen Vergasungsofen angeordnet
ist. Hierdurch stoßen die Teilchen-auf den Boden
des 0$ene und ®a wird ihnen und der dort abgesetzten
flUseigen Schlacke eine wirbelförmige Bewegung vermittelt. Die Schlacke
wird vom Boden entfernt, wobei die Atmosphäre in der Nähe
des Bodens auf
Eisen. oxydierend wirkt, in dem. man die
Menge des zusätzlich zugeführten Dampfes einreguliert. De® weiteren wird
der innere Durchmesser des Vergaeuaggofens an seinem oberen Ende plötzlich
verengt, wodurch sich ein toter Raum in. dem Gebiet bildet, das durch
die -äußere Oberfläche des zueinander laufenden Flusses des nach oben
steigenden Wirbelflusses umgeben ist. Von hier aus tritt dieser
durch eine Austrittaöffriung und zur Decke und den "Seitenwänden
des
Ofens, wobei ein Teil der Teilchen der pulverisierten
Kohle, von dem,Pluß,$ur weiteren Vergasung abgetrennt wird.
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Bei Durchführungsftirmen
der Erfindung kann Dampf aus-iiner
Öffnung,
die kon:entriech
mit der Öffnung einen
Rohre® angebracht
ist, herausg-edrüekt
werden. In diesem Rohr
wird die pulverisierte
Kohle mit
einem Säuerstoff-
oder Luftstrom mitgerissen
und somit
transportiert. Die Kohle wird durch
den Strahl.stroa-
des Dampfes abgesaugte Sodann
wird aus der. pulverisierten Kohle,
.Sauerstoff
(oder Luft) und Dampf
in einer Mischkammer
ein homogenes
Gemisch
hergestellt, das in der oben erwähnten Richtung
in die Vergasungs-.
kammer eingedrückt
wird. Das Transportrohr
für die pulverisierte
Kohle und
Sauerstoff (oder Luft) is-dergentalt ausgeführt, daB
| es leicht an- oderabgebaut werden kann. .Die Mischkammer
ist |
| s ge |
| --waaeergekUhlt e Die auf dem Boden des Ofens *bgesetzt
cfiisoke |
wird dadurch
kontinuierlich entfernt, da$ man
sie in die Üffnung
eines Abzugsrohre® in der Mitte den Bodens
den Ofens überfließen läßt.
Beim Durchfallen
der Schlacke durch das Noah.,
wird sie
plötzlich
durch Einspritzen
von Wasser aus einer Abeehreakkammer
unter Bildung
kleiner
Teile abgekühlt. .
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Da, wie weiter oben ausgeführt,
der innere Durchmesser
des zylinderförmigen
Ofens der Erfindung am
obere. Ende plötzlich
vorengt
ist unter Bildung
eines toten Raumes,
in dem die verbleiben-
den
Teilchen der pulverisierten
Kohle vergast werden
sollen, ist
das
obere Ende des Ofens mehrfach größer als an
der Stelle, an
der
sich die Mündungsöffnung am
oberen Ende des Ofens befindet.
Somit
wird der Gasstrom,
der in Inneren
des Ofens gebildet
wird, nach Durchtritt
durch die lUndungsöffnung
weiter, verengt
und bildet innerhalb
den mit des Ofen verbundenen Ablaßrohres eine
still-
stehende Zone. Dieser Teil
des Ablaßrohres,
der sich in un-
mittelbarer Nachbarschaft zu der stillstehenden Zone
befindet,
ist besonders leicht der Klinkerbildung unterworfen.
Um hier
Ab-
hilfe zu schaffen, kann
in diesen Teil des
Ablaßrohree
direkt ein
Kühlmedium
eingespritzt werden,
Somit
werden nach dem Verfahren
der Erfindung die Teilchenwoge
der pulverisierten Kohle und der Weg des Vergasungsmediums
in der
Umsetzungszone verlängert,
wodurch es möglich wird, für
die Vergaaung
eine ausreichende Verbleibzeit
zu erreichen. Hier-
durch wird
es ermöglicht, eine pulverisierte Kohle zur Anwendung
zu bringen, deren
Teilchengröße innerhalb
eines weiten Bereiches schwankt.
Des weiteren
ist es möglich, einebeseere Ausnutzung
der
Kohle, eine höhere Kapazität
der Vergasung
und Wirkungsgrad
im
Gegensatz
zu den verschiedenen
bekannten Verfahren
zu erreichen.
Des weiteren kann
die Schlacke
aus dem.
Ofen kontinuierlich und
gleichbleibend abgezogen werden. Des
weiteren kann,
sie nach einem
schnellen Abkühlen, Verfestigung
und Zerkleinerung
leicht abtransportiert
werden, wobei technische
Schwierigkeiten aufgrund von
Asche in Form von Klinkerbildung
an der inneren Wand
des Ofens
oder Verstopfung
des Ablaßrohres
vermieden
werden können.
Des wei-
teren werden die Umsetzungsteilnehmer
vor dem Eindrücken
in den
Vergasungsofen
in ein homogenes Gemisch
übergeführt,
um die Wand
des Ofens vor Beschädigungen
zu schützen,
rerner
gestattet es die
Vorrichtung nach der Erfindung
Hindernisse,
die sich in
der Nähe
der Sprühöffnungen
des Ofens bilden, zu
entfernen und@es
ist mög-
lich, Beschädigungen aufgrund
einer
Verstopfung
des Zuführungs-
rohres durch das Heizmittel während
des Vergasiu3.gsvorganges
zu repariereni _.@ _ _
| Eine Durehführung®form der Erfindung wird im folgenden anhand- |
| der beigefügten-Zeichnungen erläutert, und zwar zeigen |
| Pi$. 1 einen senkrachten Querachni-tt der gesamten Vorrichtung, |
| Big: 2 ein Diagramm des Querschnittes gemäß Linie a--at
der Pige1, |
| Pig, 3 einen senkrechten Querschnitt des Ablaßrohres für
das |
| Gas, das am oberen Ende des Ofens angebracht ist, |
| Fige 4 ein Diagramm den Querschnittes gemäß Linie b-b° der
Fige 3 |
| und |
| Fig, 5 einen-senkrechten Querschnitt der Einspritavorrichtung |
| der Umsetzungateilnehmere- |
| Die optimale Teilehengröienverteilung der 3.n einer
Durchführungs- |
| form der Erfindung zur Anwendung kommenden pulverisierten
Kohle |
| kann wie folgt angenommen werden ( in Gewicht$prozenten)s Teilchen |
| mit einem Durchmesser von 1.5oo Miffßon (als Maximum) bis 5oo
Nikron |
| in einer Menge von weniger als 3096; mit einem Durchmesser
von we- |
| niger als 100 Nikron in einer Menge von-weniger als 20%; wobei
der |
| durchschnittliche Durchmesser- bezogen auf die Gesamtmenge
und be- |
| zögen auf das Gewicht - etwa bei 350 Mikron liegt. Pulverisierte |
| Kohle, d:.e diese Teilchengröienverteilung besitzt, wird mit
einem |
| sogenannten "FluBBiittel" (ein Mittel, das dazu dient, die
gebildete |
| Schlacke zu verflüssigen) in ein homogenes Gemisch verarbeitet
und |
| sodann mit einem Sauerstoffstrom mitgerissen und durch ein
Trans- |
| portrohr 3, das zu einer Sprühvorrichtung 2 gemäß Figv 1
und 5 führt, |
| -geleitet. Die pulverisierte Kohle wird; sodann zusammen mit,
durch |
| das Rohr 4 eingedrücktem Dampf in einer Mischkammer
13 zusammenge@ |
| führt und in den senkrecht angeordneten zylinderförmigen, Ofen
1 ein- |
| gedrückt, und zwar tanigential nach unten auf eine zylinderförmige. |
| . Oberfläche, die koaacial mit dem Ofen angeordnet ist, gerichtet.
Wie |
| aus den Pige*1 und 2 ersichtlich, sind eine Mehrzahl
von Sprühvor- |
| riehtungen 2 zum EindrUaken der Umsetzungsteilnehmer an
der Wißeren |
| Wand des Ofens angeordnet. Die Pfeile in fig. 2 zeigen die
Riohtungan |
| an, in denen die Umsetzungsteilnehmer eingedrückt werden.
Die |
| Sprühvorrichtung 2 ist in ihren .Einzelheiten in fig. 5
gezeigt, |
| in der das Gemisch aus pulverisierter Kohle und Sauerstoff
durch |
| ein Rohr 3 transportiert wird, das von einen Wasserkühlbehälter
14 |
| umgeben ist. Das Gemisch bewitzt eine pließgeachwindigkeit
von |
| 3o m/aec., die durch ein yerengumgarohr 15 auf 110
m/sec. be- |
| echleunigt wird. Das Gemisch tritt durch ein gerades Rohr
16, das |
| von dem Dampfstrom umgeben ist, hindurch, und vermischt
sich an |
| der Austrittsöffnung des Rohren 16 in der Mischkammer 13
mit dem |
| Dampf. Sodann wird das Gemisch in den Umsetzungsofen ton
der Öff- |
| nung der Mischkammer 13 aua eingedrückt, wobei der Mischofen
eben- |
| falls von einem Waaserkühlbehälter umgeben ist. Die Eintrittsge- |
| sehwindigkeit in den Ofen beträgt 120 m/sec. |
| Zunächst wird der Dampf in dato Rohr 4 eingeführt,
das durch ge- |
| eignete Wärmeisolation geschützt ist, von wo' aus der Dampf
in die |
| Einführungskammer 18 eintritt. Von hier aus
tritt der Dampf in eine |
| ringföriaige Eindrücköffnung 17 zum Eindrucken des Dampfes
aus allen |
| Richtungen in dis gerade Rohr 16sdessen öffnung sich am
Eingang der |
| Mischkammer 13 befindet und ist in dem Waeserkühlbehälter
14 vorge- |
| sehen, der in der Nähe der Öffnung den Brenners angeordnet
iet.'Die- |
| se Einführungskammer 18 ist mit einem Wärmeisolator
ausgeschlagen |
| und die äußere Obeffläche derselben wird durch den Wasserküh.lbahäl- |
| ter 14 geschützt. Der Damipf wind in die Mischkammer
13 vom der ring- |
| förmigen Eindrüeköffnung 17 mit einer Geschwindigkeit von
240 m/sec. |
| eingedrückt und nach Ansaugen und Vermischen mit dem im
fluß befind- |
| lichen Gemisch aus pulverisierter Kohle und Sauerstoff
- wie weiter |
| oben angegeben - in den Ofen mit einer Geschwindigkeit
von 120 z/sec: |
| eingedrückt, |
Während die Mischkammer 13 und die Dampfeinführungskammer 18
fest miteinander verbunden
sind, ist das Transportrohr 3-15--16 mit
der Einführungskammer 18 abnehmbar verbunden; d:h. das Transportrohr ist in einer
Manschette 19 lose angeordnet, die mit der Einführungskammer 18 verbunden ist.
Das Transportrohr ist in der Nähe
den einen Endes lose in einem Loch
in der Wand
der Einführungekammer
18 gestützt, wobei dieses
Ende in den Eingang der Mischkammer 13 eingeführt ist. Somit hat der Gasdruck in
der Man-'-schette
19 den gleichen Wert wie in der-Dampfeinführungskammer.
Das Transportrohr
3 wird mit der Manaehettä
19 dampfdicht mit
der
äußeren Atmosphäre vermittele dgr Dichtung 20a verbunden. Um das Transportrohr
3 in einer festen frage zu halten, wird vor der Manschette 19 ein Eintrittsventil
20b angeordnet. Es ist eine Dichtung 20a angeordnet, um einen luftdichten Abachluß
zwischen dem festgelegten Rohr und der äußeren Atmosphäre zu bewirken. Die Dichtung
ist in einer größeren Entfernung angeordnet_ale die Länge des geraden Teiles 16
des Rohres beträgt. Somit ist es möglich, das Transportrohr während des Arbeitsvorgangen
ohne Entweichen von Wasserdampf und Gas aus dem Ofen zu ersetzen. Bei diesem Auswechseln
wird das Transportrohr 3 zur Hälfte aus der Manschette
herausgezogen, nachdem
der Einsatz
derselben verschlossen
worden
is=t, wobei vermittels
der Dichtung 20a die Vorrichtung dampfdicht gehalten wird. Sodann wird das Transportrohh
mach Verschließen des Eingangsventiles.völlig herausgezogen: Durch Umkehr diesen
Yorgange® kann
das Transportrohr während
des Arbeitsvorgangee
ein-
gebaut werden.
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Sobald die Umsetzungsteilnehmer-durch die Sprtihvorrichtungen
sehräg nach unten eingedrückt -werden, beginnt die Vergasung. So-dann
fallen -im verhältnismäßig groben Zustande noch nicht umgesetzte
Kohleteilchen
herab und die geschmolzene Schlacke fließt an der.
Seitenwand
des Ofens nach unten und setzt sich auf dem Boden des
Ofens ab.
Durch die eingedruckten Strahlströme und deren kinetiseherEnergie
wird diesen Teilchen und-der Schlacke am Boden-
des Ofens
eine Bewegung, und zwar eine.Drehbewegung, vermittelt. . Dies dient
dazu, die groben Kohleteilchen im bewegten und sus-
pendierten Zustand
zu halten, wodurch eine Vergasung begünstigt wird.-Des weiteren ergibt
eich hieraus eine Homogenisierung der _. auf dem Boden des Ofens
abgesetzten Schlacke. Des weiteren kann durch die Vermittlung
einer Drehbewegung, d.h, durch Einwirken einer Zentrifugalkraft
auf die Kahleteilohen und das Vergasungsmedium in der Nähe
des Bodens des Ofens bewirkt werden, daß die-
selben in den Raum
eintreten, der näher an ddr Seitenrand des
Ofens liegt.
Hierdurch kann ein Verlust an Kohle verhindert wer-
den, der dadurch
eintreten würde, daß die Kohle durch das Überflußrohr
in. der Mitte des Bodens des Ofens austritt* .
Bei der.Erfindung
wird die Temperatur, bei der die Schlacke
abgezapft wird, durch
den Zusatz eines F1ußmittels gesenkt. Zu
diesem Zweck können
Eisen oder Substanzen, die hauptsächlich
Eisen-II-verbindungen enthalten,
wie Pyritschlacken angewandt werden. Im .allgemeinen liegt die optimale
Vergasungstemperatur, bei der der größtmögliche Wirkungograd der Vergasung
erreicht wird, bei dem Suspensions- und Mitreißverfahren
zur Vergasung pulveri-
sierter Kohle bei etwa 12000
C zu dem Zeitpunkt, bei dem die Umsetzung-vollendet ist. Andererseits
schmilzt bei dieser Temperatur
die Asche und'Kohle, die .gewöhnlich
hauptsächlich aus SiO2, A1203,
0a0 usw. besteht, nicht.
Wenn sie dennoch schmelzen sollte, ist
es aufgrund ihrer hohen Viskosität
praktisch unmöglich, daß sie
im geschmolzenen Zustand aus dem Ofen
ausfließt. Somit war es bei
früheren Yerfahren; die nach dem
Süspensions- und Mitreißverfahren. arbeiten aufgrund der Notwendigkeit, die Asche
im geschmolzenen Zustand abzufifhren, nur möglich, die Vergasung oft bei einer geWiasen
Temperatur auszuführen, die von dem optimalen Wert-*erheblich abwiche Dies ging
natürlioh aufgrund des Wirkungegrade$ der Vergasunge Aue diesem Grunde wurden verschiedene
üntersuchu4gen .angestellt, bei einer geringeren Temperatur zu arbeiten, bei der
es möglich ist. die Asche im geschmolzenen Zustand abzuführen und die etwa. 12000
be-
trägt. Diese Untersuchungen .haben ergeben, daß bei Verwendung einer*
Kohle, die mehr als 30% Si02 in ihrer Asche enthält unter Zugabe von Substanzen,
die hauptsächlich aus Eisen oder Eisen-II-verbindungen be-
stehen, zu der
pulverisierten fohle dergestalt zusammengesetzt ist, daB.das Gewichtsverhältnis
von F&0 zu Si02 in der austretenden geschmolzenen Asche größer als 0,5 gemacht
wird, die gebildete Asche einen Schmelzpunkt von etwa 1200 ± 500 C zeigt.
Des weiteren besitzt die geschmolzene Asche eine felativ geringe Viskosität, die
es gestattet, sie leicht aus dem Ofen zu entfsrnenQ In den Suspensions- und Mitreißverfahren
der Erfirdung wird-der Strom des gebildeten Gases in dem Ofen. in Wirbel versetztä
um den Teilchen aus fohle und Fließmittel eine wirbelförmige Bewegung zu vermitteln.-Somit
wird ein großer Teil der aus dem ge*bilddten Gas durch die Zentrifugalkraft abgetrennten
Asche und Flußmittäl su*f die Oberfläche der Seitenwand geworfen, wo die Asche durch
das Flußmittel zum Schmelzen gebracht wird, Sodann fließt die Asche an der.Seitenwand
unter Bildung einer flüssigen Ablagerung@auf dem Boden das Ofenaa wo die Asche und
das Endprodukt des Flußmittels, wahrsoheinlich Fe0, gerührt und in eine homogene
Masse vermisdht wirde Somit ist die Verbleibzeit des Flußmittels in dem oberen Teil
des Ofene sehr kurz. Die ge- . schziolzene Schlacke verbleibt jedoch eine längere
Zeit az_ Baden
den Ofens. Es ist wesentlich, däB
das Eisen in dem Flußmittel in Form von Eisen-II-oxrd (F90)
gehalten wird. Im Gegeneatz zur Eisengewinnung soll es nicht
zum Eisen reduziert werden. Bei dem. Verfahren muß die zuzuführende
Dampfmenge, wenn die Eisen-II-verbindungen in 7e0 umgewandelt
oder als solche gehalten werden sollen, angepaßt werden' um die sogenannte
"Wassergaaumsetzung" einzuregulieren. Hierdurch wird eine oxydierende Atmosphäre
für das Eisen in der Nähe den Bodens den
Ofen® dadurch
erreicht, indem man das Verhältnis von Kohlendioxyd
zu
Kohlenmonoxyd (002/00) auf mehr als 0,35 und.daa Verhältnis
von Wasser-
dampf zu Wasserstoff (H20%2) auf mehr als 0,8
in des gebildeten
einstellt. Somit kann man bei Aufrechterhaltides größtmöglichen
Wirkungsgrades der Verga®ung die Schlacke leicht im g.eschmolzenen
Zustand abziehen.
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Bei der Vergasung der Kohleteilchen im unteren
Teil des Ofens wifd defen Grüße allmählich verringert, wobei sie mit
dem
Gasstrom mitgerissen auf dem schraubenförmig ansteigenden Gasn;4rom
5
ansteigen, bis sie - immer noch unter Umsetzung -
den oberen-Teil des Ofens erreichen. Als senkrechte Geschwindigkeitskomponente
des aufsteigenden Ganstromes wird bei dem. Verfahren nach der
Erfindung ein
Wert in Vorschlag gebracht, der es dän Kohleteilchen
mit einem DuurchmesBer unter 500 Nikron nicht gestattet, auf
dem Hoden des Ofens zu
verbleiben, d.h, einer Geschwindigkeit von
2 - 2,5 m/sec. Da bei diesem Verfahren der innere Durchmesser
des zylinderförmigen Ofens i an sei-
nem oberen Ende unter Bildung
einer Mündungeöffung an der Decke mit
einer nahezu@flachen
Oberfläche plötzlich verengt wird, bildet sich hier ein sich plötzlich
zusammenziehender Fluß. Somit wird Kohlenstoff, der noch in Form
von Teilchen verblieben ist, durch die Zentrifugalkraft
in den toten Raum 10 geworfen, der durch die Überfläche
dieses
sich zusammenziehenden Flusses, der Seitenwand und
der Decke 21 des
Ofens umgeben ist. Diese
Kohleteilchen werden sodann während des
erzwungenen Sehwebens in diesem
Raum vergast. Die Strömungsgeschwindigkeit dureh'die nlündungsöffnung kann maximal
50 'm/sec. betragen,
wodurch der innere Durchmesser der Mündungsöffnung
nach unten hin be-
grenzt ist. Das Verhalten der Kohleteilchen
in der toten Zone 10 wird
weiter unten beschrieben.
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Die Kohleteilchen, die-suspendiert und mit dem Gasstrom
mitgerissen
auf den nach oben gerichteten Wirbelfluß
steigen, werden in
den toten Raum 10 geworfen, wenn die auf sie einwirkende
Zentrifugalkraft den Viekositätswiderstand des Flusses übdrschreitet.
Die Teil.- y chen werden durch das Vergasung®medium, das von
dem Fluß ausgeht,@teilweise vergast und sinken unter der Einwirkung
der Schwerkraft ab, Sie
werden wiederum von dem Hauptfluß erfaßt
und zwar an der Stelle, an. der der Gasfluß von der Seitenwand
des Ofens abtritt: Somit werden die Kohleteilchen bei ihrem
Umlauf innerhalb und außerhalb der Be-
grenzung des toten Raumes
y wie es durch die punktidrten Linien 11
in der Fig.
1 gezeigt ist, nach und nach der Vergasung unterworfen bis
ihre
Größe soweit verringert ist, daß ein Gleichgewicht zwiec"hen
der
auf sie einwirkenden Zentrifugalkraft und dem Viskositätswiderstand
des sie tragenden Gases erreicht ist. Sobald ihre Grüße unter den
"minimalen
Lbtrennungedurchmeseer" abgesunken ist, werden sie durch den aufsteigenden
Gasstrom durch die Mündungsöffnung an der Deckenwand 10 nach oben
in einen Raum getragen, der außerhalb der Vergaeungezone liegt.
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Wenn eine Anhäufung von Kohleteilohen mit einer
starken Größen-, etreuung in den froheren Verfahren zur Anwendung
kam, wurden die feine-
ren Kohleteilchen zu einem frühen
Zeitpunkt des gesamten Vergasungevorgangea umgewandelt. Diese Umwandlung
fand in einer Umeetzungezone rela-
tiv hoher Temperatur
statt. Die Umwandlung der verhältnismäßig groben Teilchen wurde jedoch nicht einmal
zu Absoh luß in dem Teil der Umsetzungszone mit niedriger Temperatur erreicht. Somit
kann nach dem Verfahren der Wirkungsgrad der Kohleumwandlung als Ganzes erheblich
verbessert werden, da eine ausreichende Zeit zur Umsetzung der Teilchen vorhanden
ist, die zwangsweise in dem toten Raum 10 in einem Teil der Umsetzungszone verbleiben,
der eine relativ niedrige Temperatur besitzt. Bis jetzt ist die Erhöhung der Verbleibzeit,
d.h. die Erhöhung den effektiven Umsetzungsvolumens des Üfens praktisch begrenzt
gewesen im Hinblick auf die sich durch eine Erhöhung desselben ergebenden Nachteile,wie
eine Erhöhung des Wärmeverluetes e die Atmosphäre. Hierdurch war es nicht wirtschaftlich,
den Ofenübermäßig zu vergrößern. Nach der Erfindung wird jedoch die wirksame Umsetzungsfläche
in der Umsetzungszone dadurch erhöht, in dem man die Kohletei lohen in dem toten
Raum 10 zwangsweise festhält, wodurch sie mit dem Vergasungemedium ausreichend lange
in Berührung gehalten werden. Des weiteren werden die
noch verbleibenden und
noch umzusetzenden Asche- und Kohleteilchen auf den Boden des Ofens zurückgeführt
und das gebildete Gas wird unter einem größtmöglichen Einschluß derselben abgelassen.
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En ist jedoch unvermeidbar, daß
Anteil. der geschmolzenen Asche zusammen mit dem gebildeten Gasaus der Mündungsöffnung
austritt. Wenn die Asche langsam durch einen halbgeschmolzenen Zustand abgekühlt
wird, neigt sie dazu, sich auf Bauelementen aus Eisen, Ziegeln usw. abzusetzen,
wodurch sich häufig Beschädigungen durch Verbrennen oder eine Verstopfung des Ablaßrohres
9 und anderer Bauelemente ergeben. Wie bekannt, bildet sich bei Durchtritt eines
flüssigen Mediums durch ein Rohr, dessen Querschnitt plötzlich verändert wird, immer
eine stillstehende Zone in ihrer Nachbarschaft. Dies ist auch bei der Vorrichtung
nach der Erfindung der Fall, bei der der innere Durchmesser des zylinddrförmigen
Ofens
gewöhnlich mehrfach größer,ist_als der des Ablaßrohres 9. Somit bildet sich gemäß
Fig. 3 eine stillstehende Zone 24 innerhalb des Ablaßrohres 9 und der Teil des Rohres,
der in der Nähe dieser Zone liegt, ist am leichtesten der Klinkerbildung unterworfen.
Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird das Ablaßrohr 9 in Richtung des Gasstromes
von der Mündungsöffnung 22 entfernt angebraeht.'Die Mündungsöffnung ist aus Ziegeln
hergestellt, die mit einem Kühlmittel,-wie Wasser, gekühlt werden. Nachdem das Wasser
durch den Kühlbehälter 23 geflossen ist, wird es direkt in die stillstehende
Zone eingesprüht, um diese zu beseitigen, wodurch die Klinkerbildung verhindert
wird. Hierdurch wird auch der heiße Gasstrom in dem Ablaßrohr 9 wirksam gekühlt.
Das Kühlmittel, das entweder flüssig ist, z.B. Wasser oder ein Gasrist, z.B. Wasserdampf
oder Stickstoff, wird mit hoher Geschwindigkeit und vorzugsweise in einer Richtung,
die zur Beseitigung def stillstehenden Zone 24 geeignet ist, eingedrückt: Zur,Erreichung
dieses Zieles wird es empfohlen, die Gaskomponente der Strömungsrichtung der Strahlgesehwindigkeit
des Uhlmittels größer zu machen als diejenige des Gasstromes und gemäß der Fig.
4 dem Strahlstrom des Kühlmittels eine Wirbelbewegung zu vermitteln.
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Inzwischen wird die flüssige Schlacke aus der Abflußöffnung 6 in dem
Boden des Ofens 1 abgezogen. Wie in der Fig. 1 gezeigt, wird
i der Abflußöffnung 6 in flüssigem Zustand abgezogene Schlacke in kleinstmögliche
Tropfen durch Verringerung der Berührungsfläche der Kante des Abflußrohres 6 , von
denen sie abfallen, gebracht. Bei ihrem Durchtritt durch die Abschreckkammer 7 werden
sie mit Wasser 25 von dem Rand der Kammer 7 ausgesprüht,' um sie plötzlich abzukühlen
und die verfestigten Schlackenteile zu zerkleinern. Die zerkleinerte Schlacke fällt
in ein mit Wasser 26 gefülltes Gefäß und wird nachdem sie weiter abgekühlt und zerkleinert
worden ist, durch eine geeignete Transpörtvorrichtung 27,
Wie abtransportiert,
- . Um die Art der Erfindung zu erläutern, wird im folgenden eine Durchführungsform
mit genauen Zahlenangaben beschrieben Vier Sprühvorrichtungen 2 wurden gemäß den
beigefügten Zeichnungen symmetrisch längs der inneren Außenwand in einer Höhe von
0,3 m von dem Boden des Umsetzungsofene 1,d-er aus Teuersten Ziegeln hergestellt
wurde, angeordnet. Der Ofen war zylinderförmig und senkrecht angeordnet, erzeigte
einen inneren Durchmesser von 0,2 m und eine Höhe von 3m. Es wurde pulverisierte
Kohle mit einem mittleren Durchmesser (berechnet auf das Gewicht) von etwa 300 Mikron
und einem Heizwert von 6000 keal/kg, eingedrückt. Insgesamt wurden 2 Tonnen pro
Stunde im Gemisch mit dem F1ußmittel, das aus Ilyritschlacken-@Zusammensetzeng:
Si02 - 7,-29a .e.1203 - 1,5% und Fe203 - 88,5%, hierbei liegen die Teilchen mit
einer Größe unter 125 Mikron in einer Menge von 86% der Gesamtmenge vor) bestand
in einer Gesamtmenge von 140 kg/Stunde und Sauerstoff in einer Gesamtmenge von 1104-m3j6Stunde
in den Ofen mit einer Geschwindigkeit von 100 m/sec. durch die Ausspritzwirkung
des Dampfstromes bei 500o C in einer Gesamtmenge von 738 kg/Stunde eingedrückt.
Die Eindrückrichtung betrug 15o in Richtung des Bodens und war auf die Tangente
eines greises mit einem Durchmesser von 1,5 m gerichtet, der konzentrisch mit dem
horizontalen Querschnitt des zylinderförmigen Ofens angeordnet war. Die eingedrückten
Umsetzupgsteilnehmer bilden, nachdem sie auf den Boden des Ofens auftreffen gemäß
der F1ußlinie 5 der Fig. 1 einen ansteigenden Wirbelfluß. In diesem Wirbelfluß wird
die Vergasungsumsetzung fortgesetzt, wobei die geschmolzene Schlacke,die
praktisch keine groben Kohleteilchen enthält, durch das Abflußrohr mit einem Durchmesser
von 0,2 m , das in der Mitte des Ofenbodens angeordnet ist, abgezogen wird. Nach
Abschrecken und Zerkleinern der Schlacke durch Wasserstrahlen in der
Abächreckkammer
7 fiel die Schlacke in Wasser 26 und wurde durch ein Transportband
27 mit einer Geschwindigkeit von 386 kg/Stunde abtransportiert. Die Größe der zerkleinerten
Schlackenteile wurde-bei höchstens 9.imm gehalten. Wenn jedoch kein Wasser eingespritzt
wurde, wurden gelegentlich Schlackenklumpen mit einem Durchmesser bis 8 cm auf dem
Transportband festgestellt. Die Menge der in dem Ofen ge-
bildeten Asche betrug
75% der Gesamtmenge.
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Die Vergasung der Kohle, die in feinen Teilchen vorliegt, ist in einem
Temperaturbereich von 1500o bi-s 16000 0 fast vollständig. Diese feinen Kohleteilchen
erreichen diese Temperatur unmittelbar nachdem sie die Sprühvorrichtung verlassen
haben. Die groben Teilchen werden jedoch teilweise während ihrer Bewegung durch
die eingedrückten Ströme am Boden des Ofens vergast. Sobald ihr Durchmesser auf
500 Mikron verringert ist, werden sie mit dem aufsteigenden WirbelfluB mitgerissen
und weiter vergast, wobei sie vermittels der Zentrifugalkraft ihrer Rotation an
der Seitenwand des Ofens entlang streichen. Als optimaler Wert wird für die senkrechte
Geschwindigkeitskomponente ein Wert von 2 - 2,5 m/sec. empfohlen.
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Auf der Deckenwand des Ofens wurde ein Ablaßrohr mit einem Durchmesser
von 0,5 m angeordnet. Diejenigen Kohletei lchen, die in einen toten Raum 10 eintraten,
wurden in diesem Raum zwangsweise zurück-. gehalten, bis ihr Durchmesser auf 150
Mkkron - in diesem falle der minimale Abtrennungsdurchmesser - verringert worden
w arda. Hierbei verlaufen die Teilchen entlang des durch die punktierte Linie angegebenen
Weges. Somit wurden die Teilchen,, nachdeaii sie vollständig vergast waren durch
das Ablaßrohr 9 nach außen geführt.
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Ein Rohr 23 für die Zuführung den Kühlmittels wurde an der Ver-
| bindungsstei.:. -:3 Hauptkörpers des Vergasungsofens
1 und des Ab- |
laßrohree
9 angeordnet.
Es wurden den weiteren 6
Sprtthdtisen für _ Wasser,
Dampf, usw. eingebaut.
Diese Düsen wurden dergestalt
angeordnet, daß
sich durch das Einsprühen
von Wasser mit Dampf in einer
Menge
von 150 kg/1000
m3 Gas bei einer.-Tempe ratur__ von 1300®
C und
einer
Geschwindigkeit
von 150 m/sec.
ein Wirbelfluß
in einer taugentialen
Richtung auf die innere
Wand des Waeserkühlbehältere
mit-
einem
Winkel von 45
0 mit der Richtung
des Gasstromes bildet. -
Somit wurde
durch das plötzliche Abkühlen
der geschmolzenen Schlacke
verhindert, daB sie sich in dem Ablaßrohr 9 an
einer dem toten Raum
benachbarten Stelle, die sieh um den sich zuegmmenziehenden
fluß ausbildet, absetzt. Die Temperatur den Austrittsgases wurde auf
9000
C verringert und es wurdd nach einer 15 monßatigen Betriebszeit keine lUinkerbildung
festgestellt.
| Die Menge des gebildeten trockenen Gases wurde zu 3258 m3/Stunde |
| us mensetzunR |
| gemessen. Die dies o Gases war wie folgte |
| 002 - 13,49; CH4 - 0,5% |
| 00 - 51,19: R2 - 299% |
| E 2 - 3199% 02 - 092% |
Hierbei wurden 97,9%
der Kohle in Gas umgewandelt,
was einem
Wirkungsgrad
der Vergasung
von 73,86 entspricht.
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Die Zusammensetzung
eines Gases, das aus dem unteren Teil
destoten@Räumes
10 bei Vorliegen einer Gastemperatur im Ofen von 1.350o C
zwecks
Analyse
abgezogen wurde, betrug:
| 002 02 00 H2 CH4 K2 H20 |
| Prozentsatz des Wasser- 11,8 0,2 39,4 23,4 0,4 2,5
22,2 |
| haltigen Gases . |