DE2508829A1 - Verfahren zur oxidation von festem brennstoff oder einem anderen, organische verbindung enthaltenden stoff und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zur oxidation von festem brennstoff oder einem anderen, organische verbindung enthaltenden stoff und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

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DE2508829A1 DE19752508829 DE2508829A DE2508829A1 DE 2508829 A1 DE2508829 A1 DE 2508829A1 DE 19752508829 DE19752508829 DE 19752508829 DE 2508829 A DE2508829 A DE 2508829A DE 2508829 A1 DE2508829 A1 DE 2508829A1
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Description

HOFFMANN & EITLE · PATENTANWÄLTE
ΙΜΟΟί MÖNCHEN ·1 - ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS} · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29419 (PATHE)
26 449
Zjednoczenie Przemyslu Ceramiki Budowlanej, Warschau / Polen
Verfahren zur Oxidation von festem Brennstoff oder einem anderen,organische Verbindung enthaltenden Stoff und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oxidation von festem Brennstoff oder einem anderen, organische Verbindungen enthaltenden Stoff, unter Anwendung eines Wirbelschichtprozesses sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Erfindung findet Verwendung zur Beheizung oder Befeuerung von verschiedenen Heizeinrichtungen, wie Trockenanlagen, Industrieöfen, energetischen oder Heizkesseln und anderen, und außerdem zum Verbrennen von Kommunal- und Industrieabfallstoffen.
Bekannt sind das Suspensions- und Wirbelschichtverfahren zur Oxidation der Kohle, wo als Umwandlungsmedium Luft mit Zusatz Von Wasserdampf, Luft mit Zusatz von Sauerstoff und Wasserdampf sowie Sauerstoff mit Wasserdampf verwendet wird.
509836/0762
Das Suspensionsverfahren zur Oxidation von Kohle wird für Staubfraktionen, dagegen das Wirbelschichtverfahren für Fraktionen, die durch die kritische Geschwindigkeit der Fluidisation und die Geschwindigkeit des Ausblasens von Körnern aus dem Wirbelbett beschränkt sind, angewendet.
Im Suspensionsverfahren werden die Körner des Kohlenstaubs vom Strom des Umwandlungsmediums mitgenommen oder darin durch die aerodynamische Widerstandskraft festgehalten. In diesem Bereich ist der Wert der Koeffizienten des Zwischenphasenaustausches gering, durch Molekulardiffusionsaustausch bestimmt. Aus diesem Grunde i£»t dieses Verfahren nicht zur Oxidation von festen Brennstoffen und verschiedenen Kohlenabfällen mit einem Heizwert Q^ <8OOO kJ/kp geeignet. Außerdem ist dabei eine Vorbereitung des festen Brennstoffes, d.h. dessen überführung zu Staubfraktionen unumgänglich.
Bei der oxidativen Umwandlung der Feinkohle im Wirbelbett stellt man folgende Erscheinungen fest. Die Körner mit Durchmesser von O bis 0,5 mm werden aus dem Wirbelbett ausgeblasen, dagegen Körner mit Durchmesser oberhalb 3 mm haben eine Tendenz zur Steigerang im Bett.
Diese Erscheinungen bewirken Kohleverluste bei der Oxidation der Feinkohle im Wirbelbett.
Bei der Fluidisation von Kohleteilchen mit einer Körnung über 0,3 mm erfolgt ein blasenartiger Fluß der Gasphase. Dagegen tritt bei der Fluidisation der Staubkohle im Bereich der Fraktion unter 0,05 mm eine Aggregation des Staubs und infolgedessen ein kanalartiger Gasfluß auf.
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1 - 3 -
Im Wirbelbett führt die Einwirkung der Körner der festen Phase auf den Gasphasenfluß in höherem Grade zur Dämpfung der Pulsation der Flußgeschwindigkeit als in unbeweglicher Schicht.
Dadurch ist der Wert der Koeffizienten des Zwischenphasenaustausches unter Beibehaltung derselben Geschwindigkeit des Gasflusses bezüglich des freien Querschnitts der Reaktionskammer geringer als in unbeweglicher Schicht. Aus diesem Grunde führt man die Umwandlung der Kohle im hohen Wirbelbett von einer Höhe H - D - 4D durch, wobei D den Kammerdurchmesser bezeichnet. Dies ist die Ursache von übermäßigen Verlusten an mechanischer Energie des Umwandlungsmediums. Zur Verminderung von Kohleverlusten infolge des Abzugs aus dem Bett, werden in bekannten Feuerungen und Wirbelschichtgasgeneratoren Kammern über der Wirbelschicht über 15m gebaut und verschiedenartige Trennwände zwecks Ausdämpfung von Konvektionswirbeln angewendet.
Dies vermindert zwar die Menge der mit dem Gas mitgenommenen Kohle, erhöht jedoch gleichzeitig die Außenabmessungen der Einrichtung und die Wärmeverluste an die Umgebung und verteuert die Investitionskosten.
Aus oben genannten Gründen hat die Wirbelschicht einen beschränkten Anwendungsbereich in den Prozessen der Oxidation von festen Brennstoffen und eignet sich nicht zur Vergasung von Feinkohle und anderen festen Abfällen mit einem Heizwert q| unterhalb 7000 kJ/kp.
Bekannt ist auch ein Suspensionsverfahren zur Verbrennung der Feinkohle im rotierenden Luftstrom sowie zum Nachbrennen von gröberen Teilchen der Kohle in der Wirbelschicht mit geordneter Teilchenbewegung. Zur Durchführung dieses Verfahrens dient ein Wirbelreaktor, der eine Kammer für
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Suspens ions verbrennung enthält,- die über der Kammer der Wirbelschichtverbrennung angeordnet ist. Im oberen Teil ist die Kammer für Suspensionsverbrennung mit einer tangential angeordneten Düse mit einem Regelventil versehen, und im unteren, etwas verjüngten Teil ist sie mit einem tangential zur Kammer befestigten Satz von Düsen mit Regelventilen ausgestattet.
Im Raum zwischen den beiden Kammern und dem Reaktorgehäuse, auf der Höhe der Kammer der Wirbelschichtverbrennung ist eine Drossel angeordnet, die mit der Rostklappe rückgekoppelt ist» Dieser Rost trennt die Kammer der Wixbelschichtverbrennung von unten von dem unter der Kammer angebrachten Wasserbecken einschließlich der Hebervorrichtung zum Abführen der Schlacke.
Der Nachteil dieser Lösung liegt in der Notwendigkeit,den Sauerstoff in der Sekundärluft konzentrieren zu müssen, um einem Schmelzen der Schlacke vorzubeugen, die zum Boden des Reaktors nach unten fallend, das Wirbelbett stört. Dies vermindert den Nutzungseffekt des Brennstoffs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, mit welchen die Oxidation von festen Brennstoffen und das Verbrennen von Stoffen, welche organische Verbindungen enthalten, insbesondere mit einem Heizwert unter 7000 kJ/kp möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oxidation etwas unterhalb der Aschenschmelztemperatur im durch kinetische Energie des Oxidationsmittels erzeugten Wirbelbett erfolgt. Die Oxidation wird kontinuierlich
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durchgeführt, indem das Oxidationsmittel waagerecht oder unter einem Winkel unter 20 in bezug auf die und paral] zur Tangente an den Umfang der Wirbelschicht oder unter einem Winkel unter 20 in bezug auf die Tangente an den Umfang der Wirbelschicht eingeführt wird.
Das Aufgabegut wird an einer beliebigen Stelle der Wirbelschicht eingeführt und die unbrennbaren Teile werden tangential zum Umfang der Wirbelschicht an deren untersten Stelle entfernt,
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Reaktionskammer und Düsen ist erfindungsgemäß so aufgebaut , daß die Reaktionskammer aus einer zylindrischen Kammer, die sich oberhalb des Wirbelbettes befindet und der unter ihr angeordneten Ringwirbelbettkammer besteht, wobei die letztere mit einer Kegelfläche abgeschlossen ist7 auf welcher Plättchen radial angebracht sind, die eine Anordnung von Düsen bilden, die oberhalb der Kammer des Oxidationsmittels tangential zum Umfang der Reaktionskammer angeordnet sind.
Die Vorrichtung enthält eine Reaktionskammer, die im unteren Ringteil Düsen besitzt, die waagerecht oder unter einem Winkel unter 20 , parallel zur Tangente an den Umfang der Reaktionskammer oder unter einem Winkel unter 20 angeordnet sind, sowie eine kegelige Kammer des Oxidationsmittels und einen Auslaß zum Abführen von unbrennbaren Teilen hat, der tangential zum Umfang der Reaktionskammer an deren niedrigster Stelle angebracht ist. Der untere Teil der Reaktionskammer hat einen Mantel zum Durchfluß von Kühlmittel.
Der Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Oxidation liegt in der Führung des Prozesses im Zirkulationswirbelbett, in welchem die Oberfläche aller Körner gleichmäßig für das Oxidationsmittel zugänglich ist. Ein großer Gradient der
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waagerechten Geschwindigkeit des Oxidationsmittels, die eine Transportgeschwindigkeit auf der gegebenen Höhe des Wirbelbettes ist, bewirkt einen vorteilhaften- Wechsel des Charakters der Wirkungen der festen und der Gasphase sowie Wirkungen zwischen den Körnern, in Abhängigkeit von der Höhe des Wirbelbettes .
Im unteren Teil des Wirbelbettes, wo die Transportgeschwindigkeit und die Porosität des Wirbelbettes am größten ist und der Effekt der Pulsation des Wirbelbettgeschwindigkeitsfeldes beträchtlich ist, spielt der Zwischenphasenaustausch eine grundsätzliche Rolle im Prozess der Oxidation. Dieser Bereich zeichnet sich durch sine höhere Flußgeschwindigkeit des Oxidationsmittels bezüglich der Körner als beim Umfließen beim Suspensionszustand und Fließzustand aus. Dies gestattet die Führung des oxidativen Prozesses bei Temperatur unter der Schmelztemperatur von unbrennbaren Teilen» In der oberen Schicht des Bettes, wo dessen Porosität gering ist, spielen die Zwischenkomwirkungen die grundsätzliche Rolle, die den Prozess des Zwischenphasenaustausches begünstigen.
Dank dem Bett mit Wirbelbewegung ist der Prozess der Durchmischung von beiden Schichten intensiver als in dem Wirbelbett,
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, in welcher mittels des Oxidationsmittels ein Zirkulationwirbelbett erreicht wird, zeichnet sich durch kleinere Außenabmessungen im Vergleich zu bisherigen Vorrichtungen aus. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine Oxidation von Stoffen, welche große Mengen von Schwefel oder anderen schädlichen Beimengungen enthalten, ohne daß diese Beimengungen an die Atmosphäre abgegeben werden. Dies wird durch die Einführung
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von KaIziumverbindungen oder ähnlichen Verbindungen, welche diese sei
erreicht.
diese schädlichen Stoffe binden/in die Reaktionskaramer
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigens
Fig. 1 eine Vorrichtung im Vertikalschnitt,
Fig. 2 die Vorrichtung im Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1,
Fig. 3 die Reaktionskammer im Radialschnitt,
Fig. 4 einen Radialschnitt der mit einer durch eine Kegelfläche abgeschlossenen Reaktionakuinmer,
Fig. 5 eine mit zwei Kegelflächen abgeschlossene Reaktionskammer im Radialschnitt,
Fig. 6 einen Satz von Düsen in dieser Reaktionskammer im Schnitt entlang der Linie B-B,
Fig. 7 eine mit zwei Kegelflächen abgeschlossene Reaktionskammer, die am Ende mit einer porösen Bodenplatte versehen ist, im Radialschnitt,
Fig. 8 eine Ringkammer des Oxidationsmittels mit voller Bodenplatte im Radialschnitt,
Fig. 9 eine Kammer des Oxidationsmittels in Draufsicht,
Fig.10 eine Ringkammer des Oxidationsmittels mit poröser Bodenplatte im Radialschnitt t und
Fig.11 einen Satz von Düsen in der Ringkammer des Oxidationsmittels, im Schnitt entlang der Linie C-C.
Die Vorrichtung·enthält eine zylindrische Reaktionskammer 1, deren unterer Teil einen verjüngten Querschnitt hat und ringförmig
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ist (Fig. 1 und Fig. 2), Die Reaktionskammer 1 ist im unteren, ringförmigen Teil mit einem Satz von Düsen 2 abgeschlossen, die durch radial angebrachte Platten, die zur Tangente an den Umfang der Kammer 1 (Fig.3) parallel verlaufen, gebildet sind. Im unteren Teil der Reaktionskammer 1 ist die kegelförmige Kammer 3 des Oxidationsmittels angeordnet, die mit dem Gebläse 4 zur Zuführung des Oxidationsmittels verbunden ist. Die Reaktionskammer 1 ist mit einer Förderschnecke 5 verbunden, die zur Einführung des Aufgabegutes dient.
Die Reaktionskammer 1 hat an der tiefsten Stelle Auslaßstutzen 6 zum Abführen von unbrennbaren Teilen, der tangential zum umfang der Reaktionskammer 1 angeordnet ist. Die Reaktionskammer 1 ist im unteren Teil mit einem Kühlmantel 7 versehen, -
Eine abweichende Bauart der Reaktionskammer 1 besteht darin, daß ihr unterer Teil eine Kegelfläche hat, auf welcher Düsen in mehreren Höhenlagen (Fig.4) angeordnet sind. Der Winkel, welcher zwischen der Achse der Düse 2 und der Tangente an dem Umfang der Reaktionskammer 1 gebildet ist, ist kleiner als 20°.
Bei einer anderen Ausführungsform der Reaktionskammer 1 ist ihr unterer Teil mit zwei Kegelflächen abgeschlossen, in denen Düsen 2 angeordnet sind (Fig*5 und Fig.6).
In diesem Falle teilen die Kegelflächen die Kammer 3 des Oxidationsmittels in zwei Teile, was die Einführung von zwei verschiedenen Oxidationsmitteln ins Innere ermöglicht.
Unter Anwendung des Aufgabegutes von kleiner Korngrößenstreuung hat der untere Teil der Reaktionskammer 1 Kegelstümpfe und ist mit einer flachen, porösen Bodenplatte 8 (Fig.7) abgeschlossen. Der Fluß des Oxidationsmittels durch
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die poröse Bodenplatte 8 bewirkt eine Verminderung des Reibungskoeffizienten beim Transport von Brennstoffteilchen. Der Abschluß des unteren Teils der Reaktionskammer 1 mit einer oder zwei Kegelflächen ermöglicht eine Intensivierung des Transports des Aufgabegutes im unteren Teil des Kegels.
Die Kammer 3 des Oxidationsmittels kann in der Form von konzentrischen Ringen 9 (Fig.9)ausgebildet werden. An beiden Seiten der Ringe 9 sind Düsen angeordnet f die mit der Tangente an dem Umfang der Ringe 9 und zugleich mit der Parallele zur Tangente an dem Umfang der Reaktionskammer 1 einen Winkel unterhalb 20° (Fig.11) bilden.
Zwischen den Ringen 9 befindet sich die flache, volle Bodenplatte 10, auf welcher die Bewegung der zu transportierenden Körner des Aufgabegutes (Fig.8) erfolgt.
Anstatt der vollen Platte 10 kann eine flache poröse Bodenplatte 8 (Fig.10) eingesetzt werden.
BEISPIEL I.
Mittels der Förderschnecke 5 wird in die Reaktionskammer ein Aufbereitungs-Kohlenabfall eingeführt. Die chemische Zusammensetzung dieses Kohlenabfalles in Gewichtsprozenten ist wie folgt;
Gesamtfeuchte -5,0
Asche - 67,2
Kohlenstoff - 15,3
Wasserstoff - 1,0
Der Heizwert des Kohlenabfalls beträgt Q^ = 6200 kJ/kp. Die Zusammensetzung des Kohlenabfalls, nach Korngrößen ist wie folgt:
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30,4 kp/m #
18,0 kp/m ,
34,1 kp/m2
Rest
1230
2820
2420
Querschnitt des Kornes in mm Gehalt in Gew.%
2-6
1,5 - 2
0,30- 1,30
unterhalb O730
Die Schüttdichte des Kohlenabfalls beträgt 1230 Die Realdichte des Kohlenabfalls beträgt Die Menge des eingeführten Kohlenabfalls der Oberfläche des Horizontalquerschnittes der Reaktionskammer pro Stunde. ■
Die Menge des eingeführten Oxidationsmittels in Form von atmosphärischer Luft mit einer Temperatur von 30 C beträgt
3 2
1480 Nm /m der Oberfläche des Horizontalquerschnittes der Reaktionskammer 1/Stunde. Die Verbrennung des Kohlenabfalls v/ird in einem Zirkulationswirbelbett von einer Höhe von etwa 0,26m bei Temperatur von 950 C durchgeführt. Als Ej gebnis der Verbrennung erhält man Gas in einer Menge von
3 ?
1880 Nm /m~" der Oberfläche des Horizontalquerschnitts der Reaktionskammer 1/Stunde,.
Die chemische Zusammensetzung des erhaltenen Gases in Gewichtsprozenten ist wie folgt;
Kohlenmonoxid CO 7,0
Kohlendioxid CO2 - 15,1
Wasserstoff 6,3
Sauerstoff °2 - 0,1
Stickstoff 62,1
Methan — 9,2
Schwefelwasserstoff + Schwefeldioxid - Spuren
Das erhaltene Gas von einer Temperatur 920 C wird für Heizzwecke benutzt.
9 836/0762
Die Temperatur des Wirbelbettes erhält man durch die Regelung des Durchflusses des Kühlmittels im Wassermantel 7 aufrecht. Die unbrennbaren Teile werden mittels des Auslaßstutzens 6 abgeführt,
BEISPIEL II.
Mittels der Förderschnecke 5 wird in die Reaktionskammer Aufbereitungskohlenabfall eingeführt. Die chemische Zusammensetzung dieses Kohlenabfalls in Gewichtsprozenten ist. wie folgt:
Gesamtfeuchte - 6,1
Asche ~ 74,3
Kohlenstoff 9,0
Wasserstoff ~ 0,7
Der Heizwert des Kohlenabfalls beträgt QW 3500 kJ/kp. Die Zusammensetzung des Kohlenabfalls nach Korngrößen ist wie folgt:
Korndurchmesser in mm Gehalt in Gew.%
2-6 50,2
1,5 - 2 16,5
0,30- 1,5 22,3
unterhalb 0,30 Rest
Die Schüttdichte des Kohlenabfalls beträgt 1250 kp/m3,
Realdichte des Kohlenabfalls beträgt 2640 kp/m3.
2 Die Menge des eingeführten Kohlenabfalls beträgt 2320 kp/m der Oberfläche des Horizontalquerschnitts der Reaktionskammer 1/Stunde.
Die Menge des eingeführten Oxidationsmittels in Form von atmosphärischer Luft bei einer Temperatur von 30 C beträgt
3 2
1520 Nm /m des Horizontalquerschnitts der Reaktionskammer 1/Stunde. S0983e/0762
Die Verbrennung des Kohlenabfalls erfolgt im Zirkulationswirbelbett von einer Höhe von 0,26 ra, bei Temperatur von
ο
915 C. Als Ergebnis der Verbrennung erhält man Gas in
3 2
einer Menge von 1580 Nm /m der Oberfläche des Horizontalquerschnitts der Reaktionskammer 1/Stunde.
Die chemische Zusammensetzung des erhaltenen Gases in
Gewichtsprozent ist wie folgt:
Kohlenmonoxid CO - 2,9
Kohlendioxid CO2 - 15,2
Wasserstoff H - 2,8
Sauerstoff °2 - 0,6
Stickstoff - 77,0
Methan - 1,5
Schwefelwasserstoff + Schwefeldioxid - Spuren
Das erhaltene Gas von einer Temperatur etwa 850 C wird für Heizzwecke eingesetzt.
Die Temperatur des Wirbelbettes erhält man durch die Regelung des Durchflusses des Kühlmittels im Kühlmantel 7 aufrecht.
Die unbrennbaren Teile werden mittels des Auslaßstutzens 6 abgeführt.
509836/0762

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    / Λ.)Verfahren zur Oxidation von festem Brennstoff oder einem anderen, organische Verbindungen enthaltenden Stoff, unter Anwendung eines Wirbelschichtprozesses, dadurch gekennzeichnet , daß die Oxidation unterhalb der Aschenschmelztemperatur im durch kinetische Energie des Oxidationsmittels er- ' zeugten Wirbelbett erfolgt.
    2, Verfahren nach Anspruch 1f -dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation kontinuierlich durchgeführt wird, indem das Oxidationsmittel horizontal und parallel zur Tangente zum Umfang der Wirbelschicht eingeführt wird» wobei das Aufgabegut in beliebigem Niveau des Wirbelbettes zugeführt wird und die unbrennbaren Teile tangential zum Umfang des Wirbelbettes in dessen niedrigstem Niveau entfernt werden.
    3„ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Oxidationsmittel horizontal unter einem Winkel unter 20° in bezug auf die Tangente an den Umfang des Wirbelbettes zugeführt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet t daß das Oxidationsmittel unter einem Winkel unter 20 in bezug auf das Niveau und unter einem Winkel unter 20° in bezug auf die Tangente an den Umfang der Reaktionskammer zugeführt wird.
    50983 δ/0782
    5. Vorrichtung- zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Reaktionskammer und Düsen, dadurch gekennzeichnet # daß die Reaktionskammer (1) aus einer zylindrischen Kammer, die sich oberhalb des Wirbelbettes befindet und der unter ihr angeordneten Ringwirbelbettkammer besteht, wobei die letztere mit einer Kegelfläche abgeschlossen ist, auf welcher Plättchen radial angebracht sind, die eine Anordnung von Düsen (2) bilden, die oberhalb der Kammer (3) des Oxidationsmittels tangential zum Umfang der Reaktionskammer (1) angeordnet sind.
    * Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß sie mit einem Auslaßstutzen (6) zum Abführen von unbrennbaren Teilen versehen ist, der tangential zur Reaktionskammer (1) an deren untersten Stelle angeordnet ist, wobei der untere Teil der Reaktionskammer (1) einen Mantel (7) zum Durchfluß von Kühlmittel besitzt und die Düsen (2) horizontal und parallel zur Tangente zum Umfang der Reaktionskammer (1) angeordnet sind.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Düsen (2) unter einem Winkel unter von 20° in bezug auf eine Tangente an dem Umfang der Reaktionskammer (1) angeordnet sind.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 5f dadurch gekennzeichnet , daß Düsen (2) horizontal und unter einem Winkel unter 20 in bezug auf eine Tangente an den Kreisumfang der Reaktionskammer (1) angeordnet sind.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß Düsen (2) unter einem Winkel unter 20 in bezug auf die Stelle und unter einem Winkel unter 20 in bezug auf eine Tangente an dem Umfang der Reaktionskammer (1) angeordnet sind.
    509838/0762
    Leeseite
DE19752508829 1974-02-28 1975-02-28 Verfahren zur oxidation von festem brennstoff oder einem anderen, organische verbindung enthaltenden stoff und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens Pending DE2508829A1 (de)

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