DE2353241C3 - Rührvorrichtung für einen Generator zum Vergasen von Kohle unter erhöhtem Druck und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rührvorrichtung für einen Generator zum kontinuierlichen Vergasen von backender und blähender Kohle, der unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur mit Sauerstoff und Wasserdampf und gegebenenfalls weiteren Vergasungsmitteln betrieben wird, dessen drehbare Beschickungsvorrichtung zum kontinuierlichen Eintrag der Kohle mindestens einen im oberen Bereich des Kohlebettes umlaufenden, im Querschnitt etwa dreieckigen Rührarm besitzt, der von einem axial angeordneten Verdrängungskörper ausgeht, dessen Durchmesser das 0,3- bis 0,7fache des Innendurchmessers des Generators in diesem Bereich beträgt, sowie ein Verfahren zum Betreiben der Rührvorrichtung. Der Sauerstoff wird häufig in Form von Luft, gelegentlich auch als reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft in den Vergasungsprozeß gegeben.

Bekannt sind Gaserzeugungsreaktoren mit einem wassergekühlten Druckgehäuse. Im Oberteil des Reaktors sind eine Einlaufschleuse und Verteilvorrichtungen für die zu vergasende Kohle angeordnet. Am unteren Ende weist der Gaserzeuger einen drehbaren Rost zum Einleiten und Verteilen der Vergasungsmittel und zum Austragen der gebildeten Asche auf. Die Asche wird unterhalb des Drehrostes durch eine Ascheschleuse abgezogen. Die Vergasung in einem solchen Reaktor findet bei Temperaturen bis 800° C und darüber und einem Druck bis etwa 50 atü statt. In der DT-AS 10 2! 116 ist ein solcher Generator zum Vergasen von Kohle unter erhöhtem Druck beschrieben, bei dem Rührarme im Kohlebett umlaufen. Ihre wesentliche Wirkungsweise beruht auf einem Zerschneiden der nach unten absinkenden Kohle- und Koksklumpen durch die umlaufenden Rührarme. In das kontinuierlich nach unten absinkende Brennstoffbett wird dabei ein ίο wendeiförmiger Einschnitt pro Rührarm eingebracht. Ein im Querschnitt im wesentlichen dreieckförmiger Rührarm, wie er aus der genannten DT-AS bekannt ist, führt zu örtlichen Materialverdichtungen, so daß zu starke Horizontal-Schubkräfte in das Brennstoffbett eingetragen werden. Dadurch entstehen im Betrieb verdichtete Koksklumpen vor und auf dem Rührarm. Diese störenden Erscheinungen treten insbesondere dann auf, wenn man die Drehzahl der Rührvorrichtung erhöht, um die Steigung der Schneidewendel und damit die Größe der herausgeschnittenen Klumpen zu verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte Rührvorrichtungen zu verbessern und auch stark backende und blähende Kohle in störungsfreiem Betrieb

²S vergasen zu können.

Bei der eingangs genannten Rührvorrichtung wird dies dadurch erreicht, daß jeder Rührarm im Querschnitt die Form eines stumpfwinkligen Dreiecks hat, dessen Oberseite in einem Winkel <% von 17 bis 25°, gegen die Horizontale gemessen, entgegen der Bewegungsrichtung des Rührarms ansteigt. Die Gestaltung eines jeden Rührarms ist derart, daß die absinkende Brennstoffschüttung eine nach oben gerichtete Bewegungskomponente erhält, so daß ein Aufwirbeln der Brennstoftteilchen in diesem Teil des Bettes erreicht wird, örtlich entsteht so im Brennstoffbett ein wirbelbettähnlicher Zustand, wodurch ein Zusammenschmelzen der Kohle bei der Koksbildung vermieden wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, jeden Rührarm mit einer Umfangsgeschwindigkeit am achsfernen Ende von mindestens 1,5 m/min zu bewegen. Diese relativ hohe Geschwindigkeit wurde in bekannten Vergasungsverfahren nicht für erforderlich gehalten und auch unter dem Gesichtspunkt eines hohen Energieverbrauchs nicht angewandt. Es zeigte sich aber, daß durch schnelles Drehen der Rührarme nicht nur vorhandene Kohlezusammenbackungen wieder zerkleinert werden können, sondern daß nunmehr die Bildung von Kohleklumpen von vornherein unterbunden wird, weil der obere Bereich des Kohlebettes in starker Bewegung gehalten wird.

Durch die Länge des Rührarms ergibt sich ein Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten des Rührarms am achsnahen und achsfernen Ende zwischen 1 :1,5 und 1 :3 und vorzugsweise kleiner als 1 :2,5. Dadurch werden alle Bereiche im oberen Kohlebett, dort wo infolge der noch relativ niedrigen Temperatur von etwa 350 bis 550⁰C die aufgegebene Kohle plastisch

&> ist, ausreichend gleichmäßig durchgerührt. Wegen der geringen Geschwindigkeitsunterschiede unterbleibt gleichzeitig auch ein störendes Verschieben der Kohle in Richtung zur Reaktorwand.

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels mit lliiie der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematisierten Längsschnitt durch den oberen Teil eines Vergasungsreaktors und
F i g. 2 einen vergrößerten Querschnitt nach der Linie

11-11 in F i g. 1 durch einen Rührarm.

Der Reaktor nach Fig. 1 besitzt ein doppelwandiges Gehäuse 1, das zur Kühlung mit einem Wassermantel 2 vei sehen ist. Eine drehbare Aufgabe — und Rührvorrichtung 4 für die zu vergasende Kohle befindet sich im und über dem Kohlebett 3. Mit ihrer Hilfe wird die im Vorratsbehälter 5 bereitgehaltent Kohle durch Beschikkungskanäle 6 und 7 hindurch kontinuierlich auf das Kohlebett verteilt. Die gasförmigen Reaktionsprodukte werden durch den Kanal S3 abgezogen.

Zur Aufgabe- und Rührvorrichtung gehört auch ein zentraler Verdrängungskörper 8, von welchem zwei Rührarme 9 und 10 ausgehen. Die Aufgabe- und Rührvorrichtung wird in nicht weiter gezeigter Weise über eine Hohlwelle 11 angetrieben. Durch die Hohlwelle 11 laufen eine oder mehrere Küh'.wasserleitungen 12 in den Verdrängungskörper, welche sich dort in die Rührarme hinein verzweigen.

3ei der Vergasung herrschen im Reaktor Drücke von etwa 20 bis 50 ata; die Druckwerte können auch noch darüber oder darunter liegen. Die Temperatur im Kohlebett 3 reicht dabei etwa von 300⁰C nahe der Oberfläche 14 bis zu über 800⁰C im Innern des Bettes. Beim Vergasen stark backender und blähender Kohle ist der Temperaturbereich von 350 bis 600⁰C am kritischsten, in welchem die Kohle plastisch wird. Diese Temperaturen stellen sich im oberen Teil des Kohlebettes etwa bis zu einer Tiefe von 80 bis 100 cm ein. Der Verdrängungskörper 8 hat eine solche Länge, daß er diese Schicht plastischer Kohle durchstößt.

Die beiden Rührarme liegen versetzt in der plastischen Schicht, der eine 25 bis 35 cm, der andere 40 bis 70 cm von der Oberfläche 14 des Kohlebettes entfernt.

Die Rührarme sind so ausgebildet, daß sie beim Drehen die Kohleschüttung optimal auflockern, so daß Zusammenbackungen der Kohle vermieden werden und gleichzeitig eine ständige Durchmischung der plastisch werdenden Kohle mit frischer Kohle von den Beschickungskanälen möglich ist. Die Länge der Rührarme 9 und 10 ist dadurch verkürzt, daß sie von einem dicken Verdrängungskörper ausgehen, dessen Durchmesser mindestens das 0,3fache des Innendurchmessers des Reaktors auf dieser Höhe ist. Dadurch ist die Kohle aus dem Bereich nahe der Drehachse verdrängt.

Beim erfindungsgemäßen Reaktor gehen vom Verdrängungskörper 8 nur relativ kurze Rührarme aus, so daß sich beim Drehen Umfangsgeschwindigkeiten am äußeren Ende ergeben, die nicht mehr als dreimal so hoch wie die am Ansatz des Rührarms sind. Üblicherweise ist der Durchmesser des Verdrängungskörpers und die Länge der Rührarme so aufeinander abgestimmt, daß die Umfangsgeschwindigkeit am Außenende dec Rührarms das 1,5- bis 2,5fache der Geschwindigkeit am Ansatz des Rührarms ist. Die Drehung der Aufgabe- und Rührvorrichtung erfolgt so schnell, daß am Ansatz der rnitbewegten Rührarme eine Umfangsgeschwindigkeit von etwa 1 m/min erzeugt wird.

Diese Geschwindigkeit wurde für notwendig gefunden, wenn Zusammenbackungen der Kohle bereits am Entstehen gehindert werden sollen.

Um die Kohleschicht im oberen Teil des Kohlebettes locker und für die Vergasungsmittel gut durchlässig zu halten, haben die Rührarme 9, 10 eine optimale Querschnittsform. Sie ist in Fig.2 dargestellt. Die Oberseite 15 eines jeden Rührarms steigt in einem Winkel α von 17 bis 25° an, gemessen gegen die Horizontale H. Da die Bewegung des Rührarms im Betrieb in Richtung des Pfeils P erfolgt, wandern Kohleteilchen die Oberseite 15 hinauf und fallen über die obere Hinterkante 16 wieder nach unten. Dabei entsteht im Kohlebett viel freie Oberfläche, was den Zutritt der gasförmigen Vergasungsmittel sehr begünstigt. Um d'esen Effekt noch zu verbessern, steigt auch die Unterseite 17 des Rührarms etwas entgegen der Bewegungsrichtung an, und zwar vorzugsweise um einen Winkel β von 2 — 7°. Zur weiteren Optimierung verläuft die Rückseite 18 um einen Winkel γ von 60 — 80° zur Horizontalen geneigt. Dadurch steht die Oberkante 16 etwas über, wodurch die über diese Kante fallende Schüttung weiter zerteilt und ein großvolumiger Hohlraum 19 im Kohlebett erzeugt wird. Dieser Hohlraum 19, der sich bis unter die Unterseite 17 erstreckt, stellt einen bevorzugten Strömungsweg für die Vergasungsmittel dar.

Die so gestalteten Rührarme 9 und 10 bewirken starke Bewegungen im Kohlebett und ergeben eine stark aufgelockerte Schüttung. Das Kohlebett wird dadurch in einen wirbelbettähnlichen Zustand versetzt, welcher das Durchmischen von frisch eingegebener mit bereits erweichender und entgasender Kohle intensiviert. Auch diese Durchmischung wirkt der Ausbildung von Agglomeraten entgegen.

Das Kohlebett, wie es sich im Ringquerschnitt zwischen dem Verdrängungskörper 8 und dem Reaktorgehäuse 1 ausbildet, besitzt aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen eine vergleichmäßigte Durchgasung, so daß in radialer Richtung nur noch geringe und praktisch vernachlässigbare Temperaturunterschiede auftreten. Diese Vorteile machen auch den Einsatz einer Kohle mit einem verhältnismäßig breiten Korngrößenbereich möglich. Das Verhältnis von kleinster zu größter Korngröße kann bis zu 1 : 10 betragen, wobei die größten Korngrößen etwa zwischen 50 und 100 mm liegen können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Rührvorrichtung für einen Generator zum kontinuierlichen Vergasen von backender und blähender Kohle, der unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur mit Sauerstoff und Wasserdampf und gegebenenfalls weiteren Vergasungsmitteln betrieben wird, dessen drehbare Beschickungsvorrichtung zum kontinuierlichen Eintrag der Kohle mindestens einen im oberen Bereich des Kohlebettes umlaufenden, im Querschnitt etwa dreieckigen Rührarm besitzt, der von einem axial angeordneten Verdrängungskörper ausgeht, dessen Durchmesser das 0,3- bis 0,7fache des Innendurchmessers des Generators in diesem Bereich beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rührarm (9,10) im Querschnitt die Form eines stumpfwinkligen Dreiecks hat, dessen Oberseite (15) in einem Winkel α von 17 bis 25°, gegen die Horizontale (H) gemessen, entgegen der Bewegungsrichtung (P) des Rührarms ansteigt.

2. Rührarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite (18) eines jeden Rührarms (9, 10) in einem Winkel γ von 60 bis 80° und seine Unterseite (17) in einem Winkel β von 2 bis 7° zur Horizontalen (H) entgegen der Bewegungsrichtung (P) des Rührarms ansteigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rührarme (9, 10) im Kohlebett (3) angeordnet sind, wovon einer 25 bis 35 cm und der andere 50 bis 70 cm unter der Oberfläche (14) des Kohlebettes (3) liegt.

4. Verfahren zum Betreiben der Rührvorrichtung nach Anspruch 1, oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rührarm (S¹,10) mit einer Umfangsgeschwindigkeit am achsfernen Ende von mindestens 1,5 m/min bewegt wird.