DE2351963A1

DE2351963A1 - Reaktor zur druckvergasung von kohle

Info

Publication number: DE2351963A1
Application number: DE19732351963
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Ing Hiller; Paul Dipl Ing Rudolph
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1973-10-17
Filing date: 1973-10-17
Publication date: 1975-04-30
Also published as: DE2351963B2; ZA745348B; GB1442942A; US3930811A

Description

l-flDTALLGESELLSCHÄF? Frankfurt/Hain, den 14.9»197:

Aktiengesellschaft - -Wgn/HSz-

Nr. 6974 LÖ

Reaktor zur Druckvergasung von Kohle

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum kontinuierlichen Vergasen von Kohle unter Druck bei erhöhter Temperatur mit freien Sauerstoffen enthaltenden gasförmigen Vergasungsmitteln und sauerstöfffreien Vergasungsmitteln wie Wasserdampf und/oder Kohlendioxyd mit einem im unteren Teil des Reaktorgehäuses drehbar gelagerten, im wesentlichen kegelförmigen Rost (Drehrost) zum Einleiten der Vergasungsmittel und/oder Austragen der Vergasungsrückstände»

Bei solchen Gaserzeugern hat sich gezeigt, daß bei bestimmten Betriebszuständen Schwierigkeiten beim Austragen der Asche aus dem Gaserzeugerraum auftreten. Insbesondere bei Teillast tritt ein unstetiges Verhalten auf, welches z.B. darin zum Ausdruck kommt, daß bei lastproportionaler Reduktion der Rostdrehzahl der Ascheaustrag keinesfalls entsprechend verringert wird. Es wird vielmehr je nach Konstruktion des Rostes zuviel oder zu wenig Asche ausgetragen, wobei noch weitere Einflüsse wie die Höhe des Aschebettes, der Zustand der Asche und die Zusammensetzung der Vergasungsmittel eine Rolle spielen. Dadurch können zusätzliche, diskontinuierliche Maßnahmen zum Entfernen der Asche aus der Rostebene des Gaserzeugers erforderlich werden. Schwierigkeiten dieser Art bedingen eine große Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals und erhebliche Qualifikation zum. Erkennen der Lage und des Zustandes des Aschebettes im Gaserzeuger.

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. Störungen im Betrieb treten auch auf, wenn sich z.B. die Zusammensetzung der Asche und damit ihr Schmelz- und Sinterverhalten ändert. Dies wirkt sich bei bekannten Gaserzeugern ebenfalls auf die Menge der ausgetragenen Asche aus, was Rückwirkungen auf die erzeugten Gasmengen und die Zusammensetzung des Produktgases mit sich bringt. Wird einem Aschestau durch zusätzliche Einwirkungen begegnet und dabei zuviel Asche abgezogen, kann der die höchsten Temperaturen (über 800⁰C) aufweisende Kern des Kohlebettes zu weit auf den Rost herab sinken o- Örtliche Überhitzungen des Rostes und seine Beschädigung dadurch können die Folge sein. Durch die Schwierigkeiten bei der richtigen Einstellung des Rostes ergeben sich gelegentlich auch ungleiche Verteilungen der aus dem Rost austretenden Vergasungsmittel, wodurch'sich' bereits vorhandene Ungleichmäßigkeiten, z.B. Schieflage des Aschebettes, ungewollt verstärken können. Dadurch kann die Leistung des Gaserzeugers für Stunden unfreiwillig absinken und der Gehalt an unverbrannter Kohle in der Asche steil ansteigen, während andererseits der Kohlendioxydgehalt im Produktgas zulasten der brennbaren Bestandteile zunimmt.

In der Vergangenheit durchgeführte konstruktive Änderungen führten nicht zu einer grundsätzlichen Verbesserung der Lage, weil dadurch auch das Fließverhalten der Asche geändert wurde. Größere Aschebrocken oder eine Ansammlung von gesinterten Aschestücken führten beim Verkleinern des Durchtrittsquerschnitts der Asche zu Verstopfungserscheinungen, während bei vergrößertem Durchtritt bei hoher Gaserzeugüngskapazität das Vergasungsgut trotz gleichbleibender Drehzahl des Rostes ohne erkennbare Ursache plötzlich sehr stark in die Aschenschleuse ablief.

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Es stellte sich nun überraschenderweise heraus, daß die bei bekannten Gaserzeugern aufgetretenen Schwierigkeiten vermieden werden können und ein völlig stabiler Gaserzeugerbetrieb auch bei veränderten Lastzuständen und schwankenden Aschegehalten und -eigenschaften eingestellt werden kann, wenn die erfindungsgemäßen Maßnahmen, getroffen werden. Diese bestehen darin, daß unabhängig vom Innendurchmesser des Reaktorgehäuses der lichte Abstand a zwischen Drehrost und Gehäuse 100 bis 200 mm, die Höhe b des Drehrost-Kranzes 100 bis 350 mm und der vertikale Abstand c des Drehrostes vom Gehäuseboden 100 bis 350 mm-beträgt.

Eine weitere Optimierung wird dadurch erreicht, daß der kegelförmige Drehrost mit einem Steigungswinkel zwischen und 50° ausgebildet ist. Für diese und die vorgegannten Toleranzen wurde weiterhin überraschenderv/eise gefunden, daß sie praktisch unabhängig vom Durchmesser des Gaserzeugers einzuhalten sind und z.B. auch die Lage der Vergasungsmittel- Zutritte die erfindungsgemäßen Abmessungen nicht beeinflußt.

Bei Einhalten der erfindungsgemäßen Bauvorschrift für den · Gaserzeuger gelingt es, den Teillastbetrieb einwandfrei bis herab zu 10 bis 20 % Last durchzuführen und zu proportionalen und reproduzierbaren Rostdrehzahlen im Verhältnis zur Durchsatzkapazität des Reaktors zu kommen.Änderungen der Aschezusammensetzung bewirken keine Stockungen und kein überschnelles Abfließen der Asche mehr. Dieses Ergebnis ist offenbar zurückzuführen auf eine Vergleichmäßigung der absinkenden Kohle und Aseheschüttung im Innern des Gaserzeugers und eine gleichmäßige Beaufschlagung des Austrittsquerschnitts durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen.

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Nachfolgend sei ein Ausführungsbeispiel des Reaktors anhand

der Zeichnung, erläutert. Sie zeigt den unteren Teil des Reaktors im Längsschnitt und den darin angeordneten Drehrost in Ansicht.

Das Reaktorgehäuse besteht aus der Innenwand 1 und der Außenwand 2, zwischen den sich zur Kühlung ein Wassermantel befindet. Der Drehrost 3 hat etwa die Form eines Kegels, wobei sich seine Außenseite aus ineinandergreifenden Teilen 3a, 3b und 3c zusammensetzt. Das Oberteil 3a überdeckt dabei teilweise das Mittelteil 3b und letzteres wiederum das untere Teil 3c, so daß das auf dem Rost 3 lagernde Vergasungsgut nicht in das Rostinnere eindringen kann.

Der Drehrost ist auf einem Stützzylinder k gelagert und wird in nicht im einzelnen gezeigter Weise über eine Welle 5 um seine vertikale AchsB gedreht. Vergasungsmittel werden von außen über mindestens eine Leitung 6 zunächst in das Innere des Rostes 3 geleitet und von dort durch die zwischen den Teilen 3a und 3b bzw. 3b und 3c bestehenden Zwischenräumen in den Reaktor verteilt.

Am Rostunterteil 3c ist mindestens ein pflugscharartiger Schieber 7 angeordnet, der beim Drehen des Rostes die Asche zu einer Austragsöffnung 8 fördert, von v/o sie über eine nicht gezeigte Druckschleuse abgezogen wird. Die Asche sammelt sich in einer gewissen Höhe auf dem Gehäuseboden 1a an, während sich darüber außerhalb des Rostes nach oben immer mehr unvergaste Kohle befindet. Die schirmartige Kegelform des Rostes begünstigt das Ablaufen der Asche zum Schieber 7 hin, auch weist zu diesem Zweck das Unterteil 3c einen Rostkranz 9 auf, der nur mit kleinem Winkel gegen die Vertikale zum unteren Rand des Rostes hin abfällt.

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Für einen Betrieb frei von Störungen der vorstehend erläuterten "Art hat es" sich als notwendig erwiesen, bestimmte Maße am Drehrost und seiner Zuordnung zum Reaktorgehäuse einzuhalten. Dabei muß der lichte Abstand a zwischen Drehrost und Innenwand 1 100 bis 200 mm, die Höhe b des Rostkranzes 9 100 bis 350 mm und der vertikale Abstand c zwischen der Unterkante des Unterteils 3c und dem Gehäuseboden 1a 100 bis 350 mm betragen. Bei einer bevorzugten'Ausführungsform des Gaserzeugers liegt der Abstand a bei bis 200 mm und der Abstand c zwischen 150 und 250 mm.

Die optimale Betriebsweise des Reaktors wird auch durch den Steigungswinkel ^ des Rostoberteils 3a beeinflußt, welcher nur mit geringen Abweichungen auch dem mittleren Steigungswinkel des gesamten Rostes entspricht. Dieser Steigungswinkel^, liegt vorteilhafterweise bei 35 bis 50° und betrug in der vorgenannten Ausführungsform etwa 45°. Kleinere Abweichungen des Rostaufbaues von der gezeichneten Darstellung sind im Rahmen der Erfindung möglich, so kann z.B. die Spitze des Oberteils 3a etwas abgerundet sein.

Beispiel 1

In einem erfindungsgemäßen Reaktor mit a = 170 mm, b = 200, c = 200 mm und oC = 45° wurde Gasflammkohle mit 20 % Asche und 8 % Feuchtigkeit vergast. Als Vergasungsmittel dienten 150.0 Nm⁵/h Sauerstoff und 11 730 kg/h Wasserdampf. Erzeugt wurden 10 640 Nnr/h Rohgas, dessen Analyse folgende Zusammensetzung am Austritt des Gaserzeugers zeigte (trocken):

CO₂ 30,8 Vol.%

CnHm 0,4 "

O₂ 0,1 "

CO 15,9 " -

H₂ 41,7 "

CH₄ 10,6 "■.■'. .

N₂ 0,5 " .

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Pro Stunde wurden 6300 kg Kohle durchgesetzt. Der Kohlenstoffgehalt in der Asche betrug 60 kg/h, es fielen 550 kg/h Teer an. Der Ascheaustrag bereitete keinerlei Schwierigkeiten, auch nicht bei Änderungen des Lastbereiches.

Beispiel 2

In einem durch den Stand der Technik bekannten Gaserzeuger mit a = 250 mm, b = 80 mm, c = 5Q0 mm undeA = 30° wurde die bereits in Beispiel 1 angegebene Kohle vergast. Als Vergasungsmittel wurden 1500 Nm /h Sauerstoff und 12000 kg/h Dampf zugegeben.

Es entstanden 9410 Nm /h Rohgas folgender Zusammensetzung (trocken):

CO₂

CnHm

°2
CO

H₂
CH₄

N₂

Pro Stunde wurde eine Durchsatzleistung von 5700 kg Kohle erzielt. Der C-Gehalt in der Asche erreichte 90 kg/h, es fielen 470 kg/h Teer an.

Gegenüber dem Beispiel 1 zeigte Beispiel 2 verschlechterte Werte in der Kohledurchsatzmenge und in der Menge des erzeugten Gases. In vorteilhafter Weise ergab das Beispiel. 1 einen •niedrigeren C^-Gehalt und einen höheren Methananteil, was gleichzeitig einen höheren Heizwert des Produktgases bedeutet, Die intensivere Vergasung und damit bessere Ausnutzung der Einsatzkohle nach Beispiel 1 zeigte sich auch im niedrigeren

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C-Gehalt in der Asche. Es zeigte sichyweiterhin, daß bei Teillast die Asche nicht lastproportional ausgetragen wurde und ein häufiges Nachregulieren und Ändern der Rostdrehzahl erforderlich war, um den Gaserzeugerbetrieb unter Kontrolle zu halten.

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33,	6	VoI ο %
o,	4	It
0,	1	Il
15,	1	Il
41,	9	It
8,	3	ti
o,	6	Il

Claims

Pat e η t a η s ρ r ü; c h e

1) Reaktor zum kontinuierlichen Vergasen von Kohle unter Druck bei erhöhter Temperatur -mit freien Sauerstoff enthaltenden gasförmigen Vergasungsmitteln und sauerstofffreien Vergasungsmitteln wie Wasserdampf und/oder Kohlendioxyd, mit einem im unteren Teil des Reak'torgehäuses drehbar gelagerten, im wesentlichen kegelförmigen Rost (Drehrost) zum Einleiten der Vergasungsmittel und/oder Austragen der Vergasungsrückstände, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig vom Innendurchmesser des Reaktorgehäuses der lichte Abstand a zwischen Drehrost und Gehäuse 100 bis 200 mm, die Höhe b des Drehrostkranzes 100 bis 350 mm und der vertikale Abstand c des Drehrostes vom Gehäuseboden 100 bis 350 mm beträgt.

2) Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise der Abstand ä mindestens 150 mm und der Abstand c 150 bis'250 mm betragen, ■

3) Reaktor nach.Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel J^ des Drehrostkegels 35 bis 50° beträgt.

4)" Reaktor nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen Steigungswinkel»^ von etwa 45°. .

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