DE202007018723U1 - Flugstromvergaser mit Kühlschirm und innerem Wassermantel - Google Patents
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Abstract
Reaktor zur Vergasung von festen und flüssigen Brennstoffen im Flugstrom bei Temperaturen zwischen 1.200 und 1.900°C und Drücken zwischen Umgebungsdruck und 10 MPa (100 bar), wobei feste Brennstoffe staubfein aufgemahlene Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, Petrolkokse oder andere feste kohlenstoffhaltige Stoffe sind und flüssige Brennstoffe, Öle oder Öl-Feststoff- oder Wasser-Feststoff-Suspensionen sein können mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel, wobei der Reaktor einen Kühlschirm (8), einen Druckmantel (4) und einen Quenchraum (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum zwischen dem Druckmantel und dem Kühlschirm als innerer Wassermantel mit Flüssigkeit gefüllt ist und der innere Wassermantel über eine Dampftrommel (19) mit dem Druck des Quenchraums beaufschlagbar ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Vergasung von festen und flüssigen Brennstoffen im Flugstrom mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor zur Flugstromvergasung unterschiedlicher fester und flüssiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel unter normalem oder erhöhtem Druck bis 8 MPa. Feste Brennstoffe sind dabei zu Staub aufgemahlene Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, Petrolkokse sowie andere mahlbare Feststoffe mit einem Heizwert größer 7 MJ/Nm3. Unter flüssigen Brennstoffen sind öle oder Öl-Feststoff- oder Wasser-Feststoff-Suspensionen zu verstehen, wie beispielsweise Kohle-Wasser-Slurries. In der Technik der Gaserzeugung aus festen Brennstoffen ist die autotherme Flugstromvergasung langjährig bekannt. Das Verhältnis von Brennstoff zu sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel wird dabei so gewählt, dass man Temperaturen erreicht, die über dem Schmelzpunkt der Asche liegen. Dann wird die Asche zu flüssiger Schlacke aufgeschmolzen, die gemeinsam mit dem Vergasungsgas oder getrennt den Vergasungsraum verlässt und anschließend direkt oder indirekt gekühlt wird. Eine solche Vorrichtung geht aus
DE 197 181 31 A1 hervor. - Eine ausführliche Beschreibung eines solchen mit einem Kühlschirm ausgerüsteten Vergasungsreaktors findet sich in J. Carl u. a., NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN, EF-Verlag für Energieund Umwelttechnik GmbH 1996, Seiten 32–33. In der darin beschriebenen Konzeption befindet sich ein aus gasdicht verschweißten Kühlrohren bestehender Kühlschirm innerhalb eines Druckgefäßes. Dieser Kühlschirm ist auf einem Zwischenboden abgestützt und kann sich nach oben frei ausdehnen. Damit wird sichergestellt, dass beim Auftreten verschiedener Temperaturen auf Grund von An- und Abfahrprozessen und daraus beding ter Längenänderungen keine mechanischen Spannungen auftreten können, die ggf. zu einer Zerstörung führen könnten. Um dies zu erreichen, befindet sich am oberen Ende des Kühlschirmes keine feste Verbindung sondern ein Spalt zwischen dem Kühlschirmkragen und dem Brennerflansch, der eine freie Beweglichkeit sichert. Um ein Hinterströmen des Kühlschirmspaltes bei Druckschwankungen im System von Vergasungsgas zu zuhindern, wird der Kühlschirmspalt mit einem trockenen, kondensat- und sauerstofffreien Gas gespült. Trotz der Spülung kommt es, wie die Praxis zeigt, zur Hinterströmung mit Vergasungsgas, was zu Korrosion an der Rückseite des Kühlschirmes oder am Druckmantel führt. Dies kann zu Betriebsausfällen bis zur Zerstörung des Kühlschirmes oder des Druckmantels führen.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung der genannten Nachteile.
- Erfindungsgemäß werden diese Nachteile durch die in Anspruch 1 genannte Lösung überwunden.
- Erfindungsgemäß wird der Ringspalt
5 als innerer Wassermantel mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder Wärmeträgeröl, gefüllt, was folgende weitere Vorteile bietet:
Die Temperatur des Kühlschirms8 mit Werten zwischen 20 und 300°C entspricht der Temperatur des Ringspaltes5 als innerem Wassermantel und damit auch der Temperatur des Druckmantels. - Durch die gleiche Temperatur zwischen Druckmantel und Kühlschirm treten bei Temperaturänderungen keine unterschiedlichen Dehnungen auf, so dass auf einen Längenausgleich wie beispielsweise durch einen Wellrohrkompensator verzichtet werden kann.
- Durch eine Verbindung zwischen dem Ringspalt
5 und dem Quenchraum17 oder einer Stelle der Rohgasleitung22 wird der sich bei Entspannungsprozessen oder im Normalbetrieb bildende Wasserdampf abgeführt, wobei gleichzeitig ein annähernder Druckausgleich zwischen dem Vergasungsraum2 und dem Ringspalt5 gewährleistet wird; dabei bleibt der Druck im Vergasungsraum2 regelmäßig geringfügig höher als der im inneren Wassermantel5 . - In weiterer Ausgestaltung werden technischen Maßnahmen zum Druckregime zwischen dem Vergasungsraum und dem Ringspalt dargestellt.
- Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur erläutert. Dabei zeigt:
-
1 einen Vergasungsreaktor mit innerem Wassermantel - Einem Vergasungsreaktor nach
1 werden über einen Vergasungsbrenner1 , der gleichzeitig einen Pilotbrenner enthält, je Stunde 50t Steinkohlenstaub und 35.000 Nm3 Wasserdampf zugeführt, die im Vergasungsraum2 zu 75.000 Nm3 Syntheserohgas bei 3 MPa (30 bar) umgesetzt werden. Der Vergasungsbrenner1 ist in einer Brennerbefestigungsvorrichtung3 angeordnet. Der Vergasungsraum2 wird von einem aus gasdicht verschweißten Kühlrohren gebildeten Kühlschirm8 begrenzt. Die Vergasungstemperatur gemessen an der Austrittsvorrichtung16 beträgt 1.500°C. Das heiße Vergasungsgas verlässt gemeinsam mit der aus der Steinkohlenasche entstandenen flüssigen Schlacke den Vergasungsraum2 über die Austrittsvorrichtung16 und gelangt in die Kühlkammer17 , in der durch Einspritzen von Kühlwasser über die Düsen9 das Vergasungsrohgas auf ca. 200°C gekühlt und gleizeitig mit Wasserdampf gesättigt wird. Das gekühlte Rohgas wird anschließend weiteren Gasaufbereitungstechnologien zugeführt. - Zwischen dem Druckmantel
4 des Vergasungsreaktors und dem Kühlschirm8 befindet sich ein Ringspalt, der der mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, gefüllt wird und der gegen Unterdruck und zu hohen Überdruck geschützt werden muss. Es ist zweckmäßig, in dem Ringspalt annähernd den glei chen Druck gegenüber dem Vergasungsraum2 aufrecht zu erhalten. Dies erreicht man durch eine entsprechende Druckhaltung in der Dampftrommel19 bzw. stellt sich der Druck automatisch entsprechend dem Druck in der Rohgasleitung22 ein. Der innere Wassermantel5 ist über eine Dampftrommel19 mit dem Quenchraum17 oder, wie in1 dargestellt, mit der Rohgasleitung22 verbunden. Bei der Einbindung der Verbindungsleitung21 in die Rohgasleitung22 kann über die Eindüsung20 Wasser eingespritzt werden, um Ablagerung von festen Partikeln aus dem Rohgas wegzuspülen und so die Funktionstüchtigkeit dauerhaft zu gewährleisten. Um Dichtheit zwischen dem inneren Wassermantel5 und dem Vergasungsraum sicherzustellen ist am oberen Ende des Kühlschirmes8 eine feste Verbindung12 zum Druckmantel4 hergestellt. Der entstehende Spalt zwischen dem oberen Ende des Kühlschirmes8 und der Brennerbefestigungseinheit3 wird während der Montage verfüllt. Das Kühlwasser für den Kühlschirm8 wird über die Anschlüsse6 und7 zu- beziehungsweise abgeführt. -
- 1
- Vergasungsbrenner mit Pilotbrenner
- 2
- Vergasungsraum
- 3
- Brennerbefestigungsvorrichtung
- 4
- Druckmantel
- 5
- Ringspalt als innerer Wassermantel
- 6
- Kühlwasserzuführung zum Kühlschirm
- 7
- Wasserabführung aus dem Kühlschirm
- 8
- Kühlschirm
- 9
- Düsen
- 10
- Pilotbrennergas
- 11
- Kombinationsbrenner
- 12
- Verbindung
zwischen Kühlschirm
8 und Druckmantel4 - 13
- Reaktorflansch
- 14
- Wasserbad
- 15
- Deckelflansch
- 16
- Austrittsvorrichtung
- 17
- Quenchraum
- 18
- Isolation
- 19
- Dampftrommel
- 20
- Eindüsung
- 21
- Verbindungsleitung
- 22
- Rohgasleitung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19718131 A1 [0002]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - J. Carl u. a., NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN, EF-Verlag für Energieund Umwelttechnik GmbH 1996, Seiten 32–33 [0003]
Claims (7)
- Reaktor zur Vergasung von festen und flüssigen Brennstoffen im Flugstrom bei Temperaturen zwischen 1.200 und 1.900°C und Drücken zwischen Umgebungsdruck und 10 MPa (100 bar), wobei feste Brennstoffe staubfein aufgemahlene Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, Petrolkokse oder andere feste kohlenstoffhaltige Stoffe sind und flüssige Brennstoffe, Öle oder Öl-Feststoff- oder Wasser-Feststoff-Suspensionen sein können mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel, wobei der Reaktor einen Kühlschirm (
8 ), einen Druckmantel (4 ) und einen Quenchraum (17 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum zwischen dem Druckmantel und dem Kühlschirm als innerer Wassermantel mit Flüssigkeit gefüllt ist und der innere Wassermantel über eine Dampftrommel (19 ) mit dem Druck des Quenchraums beaufschlagbar ist. - Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem inneren Wassermantel ein Druck aufbaubar ist, der höher ist als der Druck im Vergasungsraum (
2 ). - Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem inneren Wassermantel ein Druck aufbaubar ist, der gleich oder höher ist als der Druck im Vergasungsraum (
2 ). - Reaktor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Wassermantel über die Dampftrommel mit der Rohgasleitung (
22 ) verbunden ist. - Reaktor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Eintritt der Verbindungsleitung in die Rohgasleitung Wasser über eine Düse (
20 ) einspritzbar ist. - Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Wassermantel zum Starten des Reaktors mit Hochdruckdampf aufheizbar ist.
- Reaktors nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlschirm und der innere Wassermantel zum Starten des Reaktors gemeinsam aufheizbar ist.
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2008
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