DE202008016062U1 - Air flow gasifier with cooled refractory lining - 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 Drucken 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) und einen Druckmantel (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlschirmspalt zwischen Kühlschirm und Druckmantel mit einem Feststoff ausgefüllt ist.reactor for the gasification of solid and liquid fuels in the Air flow at temperatures between 1,200 and 1,900 ° C and Pressure between ambient pressure and 10 MPa (100 bar), with fixed Fuels fine milled coal of different levels of coalification, Petroleum cokes or other solid carbonaceous substances are and liquid fuels, oils or oil-solid or water-solid suspensions may be with one free oxygen-containing oxidant, wherein the reactor a cooling screen (8) and a pressure jacket (1), characterized in that the cooling screen gap between Cooling screen and pressure jacket filled with a solid is.

Figure 00000001
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Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Vergasung von festen und flüssigen Brennstoffen im Flugstrom bei Temperaturen zwischen 1.200 und 1.900°C und Drucken zwischen Umgebungsdruck und 10 MPa (100 bar) mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The invention relates to a reactor for the gasification of solid and liquid Fuels in the stream at temperatures between 1,200 and 1,900 ° C and pressures between ambient pressure and 10 MPa (100 bar) with the Features of the preamble of claim 1.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor zur Flugstromvergasung unterschiedlicher fester und flüssiger Brennstoffe, wobei darunter zu Brennstaub aufgemahlene Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, Rest- und Abfallstoffe, Fest-Wasser- oder Feststoff-Öl-Schlämme, aber auch Kohlenwasserstoffe gehören können, mit einem freien Sauerstoffenthaltenden Oxidationsmittel unter normalen oder erhöhtem Druck bis 8 MPa und Temperaturen, bei denen die Brennasche als flüssige Schlacke gemeinsam mit dem heißem Vergasungsgas aus dem Flugstromvergaser ausgetragen wird.The The invention relates to a reactor for entrainment gasification different solid and liquid fuels, wherein including coals of different degrees of coalification ground to a pulverized fuel, Residual and waste materials, solid-water or solid-oil sludge, but also hydrocarbons may belong with a free oxygen-containing oxidant under normal or elevated pressure to 8 MPa and temperatures at which the fuel ash as liquid slag together with the Hot gasification gas discharged from the Flugstromvergaser becomes.

In der Technik der Gaserzeugung aus festen Brennstoffen ist die autotherme Flugstromvergasung langjährig bekannt. Das Verhältnis von Brennstoff zu sauerstoffhaltigem Vergasungsmittel wird dabei so gewählt, dass man Temperaturen erreicht, die über dem Schmelzpunkt der Asche liegen und Werte zwischen 1200 und 1900°C erreichen können. 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.In the technology of gas production from solid fuels, the autothermal entrained flow gasification is known for many years. The ratio of fuel to oxygen-containing gasification agent is chosen so that it reaches temperatures that are above the melting point of the ash and can reach values between 1200 and 1900 ° C. Then the ash is melted into liquid slag which leaves the gasification space together with the gasification gas or separately and is then cooled directly or indirectly. Such a device goes out DE 197 181 31 A1 out.

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 ver schweißten 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 bedingter Längenänderungen keine mechanischen Spannungen auftreten können, die ggf. zu einer Zerstörung führen könnten. Diese freie Bewegung sichert ein Spalt zwischen dem Kühlschirm und dem Druckmantel des Vergasungsreaktors, der allerdings aufwändig mit einem sauerstoff- und kondensatfreien Gas gespült werden muss. 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.A detailed description of such a gas screen equipped with a cooling screen can be found in J. Carl et al., NOELL CONVERSION PROCESS, EF publishing house for energy and environmental technology GmbH 1996, pages 32-33 , In the concept described therein is a gas-tight ver welded cooling tubes existing cooling screen within a pressure vessel. This cooling screen is supported on an intermediate floor and can expand freely upwards. This ensures that when various temperatures occur due to startup and shutdown processes and the resulting changes in length no mechanical stresses can occur which could possibly lead to destruction. This free movement ensures a gap between the cooling screen and the pressure jacket of the gasification reactor, which, however, must be lavishly flushed with an oxygen and condensate-free gas. Despite the flushing, as the practice shows, it comes to the back flow with gasification gas, which leads to corrosion on the back of the cooling screen or the pressure jacket.

Die Wärmedämmung zwischen dem heißen Vergasungsraum und dem Kühlschirm übernehmen eine feste Schlackeschicht, sowie ein langsam an der Wand abfließender zähflüssiger Schlackefilm, dessen Entstehung jedoch einen bestimmten Aschegehalt im Brennstoff voraussetzt. Ist dieser nicht gegeben, kann es zu erhöhtem Wärmeeintrag in den Kühlschirm und ggf. zu dessen Zerstörung führen.The Thermal insulation between the hot gasification room and the cooling screen adopt a solid slag layer, and a slowly flowing on the wall viscous Slag film, whose emergence, however, a certain ash content in the fuel presupposes. If this is not given, it can happen increased heat input into the cooling screen and possibly lead to its destruction.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung der genannten Nachteile.task The present invention avoids the disadvantages mentioned.

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile durch die in Anspruch 1 genannte Lösung überwunden.According to the invention overcome these disadvantages by the solution mentioned in claim 1.

Erfindungsgemäß wird der Ringspalt 2 mit Feuerfestmaterial ausgefüllt, das sowohl mit einer losen Schüttung oder einer bindenden Masse gebildet sein kann.According to the invention, the annular gap 2 filled with refractory material, which may be formed with either a loose bed or a binding mass.

Werden aschefreie oder aschearme Brennstoffe eingesetzt, die keine oder nur eine geringe wärmeisolierende Wirkung zur Folge haben, kann die heiße Seite des Kühlschirmes 8 mit einer wärmeisolierenden feuerfesten Auskleidung versehen werden.If ash-free or low-ash fuels are used which have no or only a small heat-insulating effect, the hot side of the cooling screen can 8th be provided with a heat-insulating refractory lining.

Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:The Invention will be described below as an exemplary embodiment to an extent necessary for understanding on the basis of Figures explained in more detail. Showing:

1 die Wand eines Vergasungsreaktors mit dicker fester Schlackeschicht 9 und mit Feuerfestmaterial gefülltem Kühlschirmspalt 2 1 the wall of a gasification reactor with a thick solid slag layer 9 and filled with refractory cooling screen gap 2

2 die Wand eines Vergasungsreaktors mit feuerfester Auskleidung 6 und mit Feuerfestmaterial gefülltem Kühlschirmsspalt 2 2 the wall of a gasification reactor with refractory lining 6 and with refractory filled Kühlschirmsspalt 2

3 die Wand eines Vergasungsreaktors mit dicker feuerfester Stampfmasse 5 und geringer fester Schlackeschicht 5 In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente. 3 the wall of a gasification reactor with thick refractory ramming mass 5 and low solid slag layer 5 In the figures, like names denote like elements.

Beispiel 1:Example 1:

In einem Flugstromreaktor mit einer Bruttoleistung von 200 MW werden stündlich 30 t Braunkohlestaub mit Sauerstoff vergast. Der Aschegehalt beträgt 17%, die Vergasungstemperatur 1600°C, der Vergasungsdruck 40 bar. Die Reaktorwand wird nach 1 wie folgt gestaltet:

  • – zwischen dem Druckmantel 1 des Vergasungsreaktors und dem Kühlschirm 8 befindet sich ein Kühlschirmspalt 2, der mit einer bindenden Feuerfestauskleidung auf der Basis einer SIC(Siliciumcarbid)-Stampfmasse ausgefüllt ist
  • – der Kühlschirm 8 ist mit gasdicht verschweißten, wassergekühlten Rohren 3 gebildet, die mit Stiften 4 versehen sind
  • – auf dem Kühlschirm 8 befindet sich eine aus SIC bestehende Stampfmasse 5, die durch einen Brennprozess während der Erstaufheizung sehr fest auf der Oberfläche des Kühlschirmes 8 haftet
  • – durch die beim Vergasungsprozess aufgeschmolzene Kohlenasche bildet sich eine feste Schlackeschicht 9, die den Hauptteil der Wärmeisolation trägt
  • – an der Innenseite der festen Schlackeschicht 9 bildet sich ein Schlackefilm 7, der durch auftreffende Schlacke immer wieder erneuert wird, nach unten strömt und gemeinsam mit dem Vergasungsgas aus dem Reaktor ausgetragen wird
  • – die Wärmeübertragung auf dem Kühlschirm 8 wird auf 150 KW/m2 begrenzt
  • – der Kühlschirmspalt 2 ist gegen das Eindringen von Kondensat geschützt
  • – die Wärmeausdehnung zwischen dem Druckmantel 1 und dem Kühlschirm 8 ist so gering, dass eine feste, gasdichte Verbindung zwischen dem Druckmantel 1 und dem Kühlschirm 8 hergestellt werden kann.
In a residual current reactor with a gross output of 200 MW, 30 tons of brown coal dust are gasified with oxygen every hour. The ash content is 17%, the gasification temperature 1600 ° C, the gasification pressure 40 bar. The reactor wall is after 1 designed as follows:
  • - between the pressure jacket 1 the gasification reactor and the cooling screen 8th there is a cooling screen gap 2 which is filled with a binding refractory lining based on a SIC (silicon carbide) ramming mass
  • - the cooling screen 8th is with gas-tight welded, water-cooled pipes 3 formed with pins 4 are provided
  • - on the cooling screen 8th there is a rammed mass consisting of SIC 5 caused by a burning process during initial heating very firmly on the surface of the cooling screen 8th liable
  • - By the molten during the gasification process coal ash forms a solid slag layer 9 , which carries the main part of the heat insulation
  • - on the inside of the solid slag layer 9 a slag film forms 7 which is renewed by impinging slag over again, flows down and discharged together with the gasification gas from the reactor
  • - the heat transfer on the cooling screen 8th is limited to 150 KW / m 2
  • - the cooling screen gap 2 is protected against the ingress of condensate
  • - The thermal expansion between the pressure jacket 1 and the cooling screen 8th is so low that a tight, gas-tight connection between the pressure jacket 1 and the cooling screen 8th can be produced.

Beispiel 2:Example 2:

In einem Flugstromvergaser mit einer Bruttoleistung von 200 MW werden stündlich 25 t Petrolkoks vergast. Der Aschegehalt beträgt nur 0,5 Ma%, so dass sich keine konstante geschlossene feste Schlackeschicht ausbilden kann. Zur Begrenzung des Wärmeeintrages und zum Schutz des Kühlschirmes 8 wird eine feuerfeste, wärmeisolierende Ausmauerung 7 aufgebracht, die aus Formsteinen oder Stampfmassen hergestellt werden kann. Die übrige Wandgestaltung mit dem Druckmantel 1, dem gefüllten Kühlschirmspalt 2, dem Kühlschirm 8 und der wärmeleitenden Stampfmasse 5 entsprechend Beispiel 1.In an air stream gasifier with a gross output of 200 MW, 25 t of petroleum coke are gasified every hour. The ash content is only 0.5 Ma%, so that no constant closed solid slag layer can form. To limit the heat input and to protect the cooling screen 8th becomes a refractory, heat-insulating lining 7 applied, which can be made of molded bricks or ramming masses. The rest of the wall design with the pressure jacket 1 , the filled cooling screen gap 2 , the cooling screen 8th and the heat-conducting ramming mass 5 according to Example 1.

Beispiel 3:Example 3:

In einem Flugstromvergaser mit einer Bruttoleistung von 200 MW werden stündlich 20 t einer Steinkohle-Öl-Suspension eingesetzt. Der Aschegehalt beträgt 3 Ma%, die Vergasungstemperatur 1450°C bei einem Druck von 100 bar. Zur Begrenzung des Wärmeeintrages in den Kühlschirm 8 wird gleichfalls auf seiner Innenseite eine feuerfeste Stampfmasse 5 aufgebracht, die die Stifte 4 um mindestens 5 cm überdeckt. Darauf bildet sich eine dünne, feste Schlackeschicht 10, an der aufgeworfene Schlacke filmbildend nach unten abläuft.In an air stream gasifier with a gross output of 200 MW, 20 t of a hard coal-oil suspension are used every hour. The ash content is 3 Ma%, the gasification temperature 1450 ° C at a pressure of 100 bar. To limit the heat input into the cooling screen 8th also becomes a refractory ramming mass on its inside 5 applied the pins 4 covered by at least 5 cm. Then a thin, solid layer of slag forms 10 , at the raised slag filmbildend running down.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19718131 A1 [0003] DE 19718131 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - J. Carl u. a., NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN, EF-Verlag für Energieund Umwelttechnik GmbH 1996, Seiten 32–33 [0004] - J. Carl et al., NOELL CONVERSION PROCESS, EF publishing house for energy and environmental technology GmbH 1996, pages 32-33 [0004]

Claims (8)

Reaktor zur Vergasung von festen und flüssigen Brennstoffen im Flugstrom bei Temperaturen zwischen 1.200 und 1.900°C und Drucken 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) und einen Druckmantel (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlschirmspalt zwischen Kühlschirm und Druckmantel mit einem Feststoff ausgefüllt ist.Reactor for gasification of solid and liquid fuels in flowing stream at temperatures between 1,200 and 1,900 ° C and pressures between ambient pressure and 10 MPa (100 bar), where solid fuels are pulverized coal of varying degrees of coalification, petroleum coke or other solid carbonaceous materials and liquid fuels, oils or solid-solid or water-solid suspensions may be with a free oxygen-containing oxidant, the reactor comprising a cooling screen ( 8th ) and a pressure jacket ( 1 ), characterized in that the cooling screen gap between the cooling screen and pressure jacket is filled with a solid. Reaktor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff mit einer bindenden feuerfesten Masse gebildet ist.Reactor according to claim 1, characterized in that the solid is formed with a bonding refractory mass. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff mit einem losen Granulat gebildet ist.Reactor according to one of the preceding claims characterized in that the solid with a loose granules is formed. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlschirm mit gasdicht verschweißten Kühlrohren (3) gebildet ist und die Kühlrohre mit Stiften (4) versehen sind, die eine wärmeleitende feuerfeste Stampfmasse (5) tragen.Reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling screen with gas-tight welded cooling tubes ( 3 ) is formed and the cooling tubes with pins ( 4 ) provided with a thermally conductive refractory ramming mass ( 5 ) wear. Reaktor nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass auf die Stampfmasse ein Feuerfestmaterial (6) aufgetragen ist.Reactor according to claim 4, characterized in that a refractory material ( 6 ) is applied. Reaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Stampfmasse in einer Dicke aufgetragen wird, die die Stifte um mehr als 3 cm überdeckt.Reactor according to one of claims 4 to 5 characterized in that the ramming mass applied in a thickness which covers the pins by more than 3 cm. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmantel und der Kühlschirm am Kopf des Reaktors fest miteinander verbunden sind.Reactor according to one of the preceding claims characterized in that the pressure jacket and the cooling screen are firmly connected to each other at the head of the reactor. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmantel und der Kühlschirm am Kopf des Reaktors gasdicht miteinander verbunden sind.Reactor according to one of the preceding claims characterized in that the pressure jacket and the cooling screen are gas-tightly interconnected at the head of the reactor.
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Title
J. Carl u. a., NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN, EF-Verlag für Energieund Umwelttechnik GmbH 1996, Seiten 32-33

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