DE2529802A1 - Vorrichtung zum vergasen von kohle u.dgl. - Google Patents
Vorrichtung zum vergasen von kohle u.dgl.Info
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Description
HENKEL, KERN, FEILER&HÄNZEL
, .5 2, 802 HNKi. D EDUARD.SCHMID-STRASSE 2 ^"^X^üncSfn"«*^
telefon: (.« «31»7, «3o« - « MÜNCHEN 90 ^^Än^SÄ« - **
252S802
Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha
Tokio, Japan 3. Juli 1975
Vorrichtung zum Vergasen von Kohle und dgl.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur unter hoher Temperatur
und hohem Druck erfolgenden Vergasung von Kohle und dgl., insbesondere für eine komplexe Anlage zur Stromerzeugung mittels
Gas— oder Dampfturbinen.
Es wurden bereits verschiedene Untersuchungen bezüglich einer Vorrichtung zum Vergasen von Kohle und dgl. durchgeführt, und
es wurden auch schon einige Vergasungsöfen geringer Größe industriell
betrieben. Die bisher angewandten Vorrichtungen zielen jedoch auf die Herstellung eines Gases als Ausgangsmaterial
für die Synthese oder Herstellung von Kohlengas ab. Keine dieser Vorrichtungen ist jedoch für ein Kohle verwendendes Wärmekraftwerk
mit großer Leistung und hohem Wirkungsgrad einsetzbar.
Derzeit werden in vielen Ländern der Welt genaue Untersuchungen
angestellt, doch ist selbst auf der Grundlage dieser Untersuchungen
keine Vergasungsvorrichtung für die Stromerzeugung in Aussicht, die allen an sie zu stellenden Grunderfprdernissen
genügt.
An eine solche Vorrichtung sind nämlich die folgenden Hauptanforderungen
zu stellen:
Ke/Bl/ro - 2
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a) Die Leistung der Vorrichtung muß groß sein·
b) Die Vorrichtung muß leicht anfahr- und abstellbar sein, und Laständerungen müssen einfach durchführbar sein,
c) Eine solche Vorrichtung muß stabil bzw.zuverlässig arbeiten
und soll
d) möglichst nicht auf eine bestimmte Sorte und Teilchengröße der Kohle beschränkt sein.
e) Bei Verwendung von Luft soll die Vorrichtung kaum zusätzlichen Sauerstoff verbrauchen, höchstens jedoch nur eine sehr
geringe Sauerstoffmenge.
f) Der Kohleausnützungsgrad (carbon efficiency) der Vorrichtung
muß hoch sein.
g) Die Vorrichtung muß mit hohem Druck arbeiten können.
Da eine Vergasungsvorrichtung für die Stromerzeugung Luft als Hauptvergasungsmittel verwendet, besitzt das erzeugte Gas einen
niedrigen Wärmegehalt von 600 - 2000 kcal/Nm^, so daß Speicherung
und Transport des erzeugten Gases schwierig sind. Eine derartige Vorrichtung wird daher zu einem Teil der Stromerzeugungsanlage
gemacht und unmittelbar mit einem Kraftwerk verbunden. Infolgedessen sollte diese Vorrichtung den Bedingungen
des Kraftwerks angepaßt sein. Da die Belastung bei der Stromerzeugung durch Atomenergie schwierig zu variieren ist, ist es
im Hinblick auf die damit zu erwartende zukünftige Entwicklung offensichtlich, daß ein Kohlekraftwerk unweigerlich leicht
anfahr- und abstellbar/und ohne weiteres Belastungsänderungen genügen muß.
Bei Betrachtung der bisherigen Vergasungsöfen unter Berücksich-
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tigung der vorgenannten Bedingungen ist ersichtlich, daß eine Lurgi-Vergasungsvorrichtung mit Festbettsystem Schwierigkeiten
bezüglich der genannten Bedingungen (a), (b), (d) und (e) aufwirft,
während eine Copper-Vergasungsvorriehturig bezüglich der genannten Punkte (a), (c), (d), (e) und (f) mit Problemen behaftet
ist.
Wenn die derzeit untersuchten Vergasungsvorrichtungen für die Stromerzeugung entsprechend der Form des Vergasungsofens in
Klassen eingeteilt werden, können sie, mit Ausnahme der Lurgi-Vorrichtung, die lediglieh ein Festbettsystem darstellt, in ein
Strahlsystem (bei dem feinverteilte Kohle in eine Hochtemperaturatmosphäre "eines Vergasungsofens eingeblasen und im Schwebezustand
in einem Vergasungsmittel vergast wird) sowie in ein Fließbettsystem (bei dem pulversisierte Kohle mit einer Teilchengröße
von unter einigen Millimetern in suspendiertem Zustand auf einem Fließbett in einem Hochdruckgas vergast wird) unterteilt
werden.
Eine Strahlsystem-Vergasungsvorrichtung unter Verwendung von feinverteilter Kohle genügt dem vorgenannten Erfordernis, daß
die Leistung groß ist und daß bei der Vorrichtung das Anfahren, das Abstellen und die Laständerung einfach durchführbar sind.
Da die Vergasung bei diesem System andererseits innerhalb einer kurzen Zeitspanne abgeschlossen ist, ist eine hohe Temperatur
erforderlich, welohe den Schmelzpunkt der Asche übersteigt. Infolgedessen
wird eine Verschmelzung von Schlacke an der Innenwand, an der Düse und am oberseitigen Rauchrohr des Vergasungsofens hervorgerufen, woraus sich Störungsursachen ergeben. Da
bei einem Strahlsystem-Vergasungsofen, der mit Atmosphärendruck
arbeitet, die Ofenleistung groß ist, läßt sich dieses Problem lösen. Bei einem Hochdruckvergasungsofen mit kleiner Leistung
ist der Einfluß der Schlackeverschmelzung dagegen erheblich. Bei
den bisher vorgeschlagenen Hochdruckvergasungsöfen kann das genannte Problem daher nicht ausgeschaltet werden.
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Bei einer Fließbett-Vergasungsvorrichtung wird die Kohle bei einer Temperatur in der Nähe des Erweichungspunkts der Asche
oder einer niedrigeren Temperatur vergast, so daß das Problem der Schlacke- bzw. Sinterschlackebildung vermieden werden kann.
Wegen der vergleichsweise großen Teilchengröße der Kohle ist jedoch die Umsetzungstemperatur niedrig und die für die Vergasung
erforderliche Umsetzungszeit außerordentlich lang (nämlich allgemein mehrere Minuten), so daß die Verweilzeit der
Kohle im Fließbett lang ist. Das Ansprechen des Vergasungsofens
auf das Anfahren, Abstellen und auf Lastwechsel des Kraftwerks ist mangelhaft, wobei außerdem der Mangel besteht, daß der
Kohleverlust wegen des Entweichens von feinem Kohlenstaub aus dem Fließbett groß ist.
Zur Entfernung der Asche vom Fließbett werden weiterhin im allgemeinen Verfahren angewandt, bei denen die Asche im Unterteil
des Ofens granuliert wird. Bei diesem Verfahren wird die Temperatur des Granulierabschnitts bis in die Nähe des Erweichungspunkts
der Ascheteilchen erhöht, so daß letztere aneinander anhaften, wodurch die Teilchengröße vergrößert wird und die
Teilchen abgeführt werden können. Bei diesem Verfahren können jedoch die Ascheteilchen beim Abstellen der Vorrichtung möglicherweise
an der Umfangswand im Inneren des Ofens anhaften und dann Störungen hervorrufen.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Ausschaltung der den bisher angewandten Vorrichtungen anhaftenden Mangel und Nachteile sowie
insbesondere die Herstellung eines Gases mit niedrigem Heizwert aus Kohle und dgl. unter Verwendung von Luft oder eines Vergasungsmittels,
das hauptsächlich aus Luft und (Wasser-)Dampf besteht, bei hoher Temperatur und hohem Druck als Gas zur Verwendung
in einer komplexen Stromerzeugungsanlage mit Gasturbinen, Abwärmekesseln, Dampfturbinen usw.
Im Zuge dieser Aufgabe bezweckt die Erfindung die Schaffung einer
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besonders vorteilhaften Vergasungsvorrichtung, die pro Einheit eine große Leistung besitzt und sich hervorragend für Änderungen
der Kohlesorte eignet, Vielehe auch Kohle mit hohem Peinstaubanteil
zu verwenden vermag, die als kostensparendes Vergasungsmittel hauptsächlich oder ausschließlich Luft verwendet, bei
welcher nur geringe Schwierigkeiten durch Materialanhaftung aufgrund der Verkokungsneigung der Kohle sowie des Schmelzens
der Asche beim Vergasen auftreten und welche bezüglich des Anfahrens, Abstellens und bei einem Kraftwerk erforderlicher Lastwechsel
einem Vergasungsofen ausgezeichnet angepaßt ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Vergasen von Kohle und dgl», mit welcher mindestens ein Gasstrom kommuniziert, erfindungsgemäß
gelöst durch eine stromaufseitige Fließbett-Reaktionskammer und eine stromabseitige bzw« nachgeschaltete
Strahlsystem-Reaktionskammer, durch Einrichtungen zur Zufuhr eines Vergasungsguts und eines Vergasungsmittels zur Strahlsystem-Reaktionskammer,
durch einen Staubabscheider an einem Rauch- oder Auslaßrohr der Reaktionskammer, durch eine Einrichtung
zur Zufuhr des vom Staubabscheider gesammelten Feststoffs zur Fließbett-Reaktionskammer, durch eine Einrichtung zur Zufuhr
eines Vergasungsmittels und durch eine Einrichtung zum Austragen von Asche,
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figo 1 bis 5 schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen
einer Vergasungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
In den Fig. 1 bis 5 sind einander entsprechende oder äquivalente
Teile jeweils mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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Bei den in Pig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen weist eine Vergasungsvorrichtung 1 eine in Strömungsrichtung des Gases
vorgeschaltete bzw, stromaufseitige Fließbett-Reaktionskammer 1-2 und eine nachgeschaltete bzw. stromabseitige Strahlsystem-Reaktionskammer
1-1, einen Fülltrichter 2 für das zu vergasende
WMC*-
Material, etwa Kohle,/ ein Speiserohr j5 auf, dessen eines Ende
mit der Unterseite des Fülltrichters 2 verbunden ist und das mit einem Konstantmengenspeiser 4 sowie einem in die Leitung
eingeschalteten Rückschlagventil 5 versehen ist, wobei das andere Ende des Speiserohrs J5 düsenartig in die Strahlsystem-Reaktionskammer
1-1 einmündet.
Ein Speiserohr 6 für ein schnellströmendes Strömungsmittel ist
an der einen Seite stromab des Rückschlagventils 5 an das Speiserohr
3 angeschlossen und mit einem Durchsatzmengen-Regelventil 7
versehen, während sein anderes Ende mit einem nicht dargestellten Hochdruckströmungsmittelvorrat verbunden ist. Zwei Vergasungsmittel-Speiserohre
8 und 9 sind am einen Ende an die Strahlsystem-Reaktionskammer 1-1 angeschlossen, wobei das Speiserohr
8 z.B. Hochdruckluft und das Speiserohr 9 z.B. unter hohem Druck stehenden, überhitzten Dampf zuführt; die beiden anderen Enden
dieser Speiserohre sind an entsprechende, nicht dargestellte Vorräte angeschlossen. Die Vorrichtung weist weiterhin ein Auslaß-
oder Rauchrohr 10, das am einen Ende mit dem Oberteil der Reaktionskammer 1-1 verbunden ist, einen Staubabscheider 11, an
den das andere Ende des Auslaßrohrs 10 angeschlossen und der an seinem Oberteil mit einem Gasaustragrohr 12 versehen ist, ein
Förderrohr 13 für die gesammelten Feststoffe, dessen eines Ende
an den Unterteil des Staubabscheiders angeschlossen und das mit einem Rückschlagventil 14 versehen ist, während sein anderes
Ende in dls Fließbett-Reaktionskammer 1-2 einmündet, ein Speiserohr
15 für Hochdruckströmungsmittel, z.B. Luft, Dampf oder Produktgas, das am einen Ende mit dem Förderrohr 15 verbunden und
mit einem Durchsatzmengen-Regelventil 16 versehen ist, während sein anderes Ende mit einem nicht dargestellten Hochdruckströ-
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mungsmittelvorrat verbunden ist, sowie an den Unterteil der Reaktionskammer 1-2 angeschlossene Speiserohre17 und 19 mit
Durchsatzmengen-Regelventilen 18 bzw. 20 auf, deren andere Enden z.B. mit einem nicht dargestellten ■Vergasungsmittelvorrat
verbunden sind, wobei das Rohr 17 z.B. eine Rohrleitung für unter hohem Druck stehende Luft und das Rohr 19 eine Leitung
für unter hohem Druck stehenden, überhitzten Dampf bildet.
Weiterhin sind eine im Unterteil der Fließbett-Reaktionskammer 1-2 vorgesehene Vergasungsmittel-Dispersions- bzw. -Verteilereinrichtung
21, ein innerhalb der Reaktionskammer 1-2 angeordnetes Ascheabführrohr 22 und ein Ascheabführrohr 23 vorgesehen,
dessen eines Ende mit dem Rohr 22 verbunden und in welches ein Schleusenkasten (lock hopper) 24 eingeschaltet ist.
Der Unterschied zwischen den Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 besteht darin, daß gemäß Fig. 1 ein Gasverbindungsrohr
1-3 in der Mitte zwischen der Strahlsystem-Reaktionskammer 1-1
und der Fließbett-Reaktionskammer 1-2 angeordnet ist, welche die eigentliche Vergasungseinrichtung bildet.
Bei den Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und 2 wird ein zu vergasendes Material, wie feinverteilte Kohle mit einer Teilchengröße
von 0,149 - 0,074 mm (IOO - 200 mesh), Stadtmüll oder
Schweröl (coarse oil) (wobei die Erfindung im folgenden Beispielhaft in Verbindung mit Kohle als das zu vergasende Material
beschrieben ist), aus dem Fülltrichter 2 durch die Speiseleitung 3 über den Konstantmengenspeiser 4 zusammen mit einem
Förderfluidum, z.B. der über das Speiserohr 6 zugeführten Hochdruckluft,
in den Unterteil der Strahlsystem-Reaktionskammer 1-1 eingeführt, in der ein Druck von etwa 10-20 kg/cm herrscht.
Während das eingeblasene, zu vergasende Material zusammen mit dem Vergasungsmittel, wie durch die Speiserohre 8 und 9 zugeführter
Luft bzw, überhitztem Dampf, und einem von der Fließbett-Reaktionskammer
1-2 gelieferten Heißgas mit hoher Temperatur in
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die Strahlsystem-Reäktionskammer 1-1 hochsteigt, wird das Material
bei einer hohen Temperatur von 800 - 110O0C unter Bildung
von Knochenkohle bzw. Karbid (char) schnell verkohlt und anschließend unter Bildung eines Rohgases nach nachstehender Formel
vergasti
| C H |
| C H |
| O H |
| O H |
| hO2 |
| h 1/2 O |
| f- CO2 |
| ^ H2O |
H2 + CO
Das erzeugte Rohgas und die nicht umgesetzte Knochenkohle gelangen
über das Auslaß- oder Rauchrohr 10 in den Staubabscheider 11, in welchem das Rohgas von der Knochenkohle abgetrennt und
das so erhaltene reine Gas ζ«Β. der Brennkammer einer Gasturbine
eines Kraftwerks über Entschwefelungs- und Staubabscheidervorrichtungen
(nicht dargestellt) zugeführt wird.
Die Asche und die im Staubabscheider 11 vom Produktgas abgetrennte,
nicht umgesetzte Knochenkohle werden vom Hochdruckströmungsmittel-Speiserohr 15 über das Förderrohr 15 für gesammelte
Feststoffe gefördert und zusammen mit z.B. Hochdruckluft in die Reaktionskammer 1-2 eingeleitet. Gleichzeitig werden
über die Speiserohre 17 und 19 Hochdruckluft und überhitzter
Dampf über die Verteilereinrichtung 21 eingeblasen, wobei die in die Reaktionskammer 1-2 eingeführte, nicht umgesetzte Knochenkohle
in fluidisiertem Zustand verbrannt oder vergast und das dabei erzeugte Heißgas, wie erwähnt, dem Unterteil der Strahlsystem-Reaktfonskammer
1-1 zugeführt wird. Die dabei anfallende Asche wird dagegen über die Ascheaustragrohre 22, 2J>
zum Schleusenkasten 24 gefördert, in welchem die Äsche auf Atmosphärendruck
zurückgeführt und dann nach außen ausgetragen wird.
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Die vorstehend beschriebene(η) erfindungsgemäße(η) Ausführungsform(en)
bietet (bieten) somit die folgenden Vorteile:
1a) Die Schwierigkeit der (Sinter-)Schlackebildung in Verbindunc
mit dem Anhaften von Asche entfällt.
Bei einem mit feinverteilter Kohle arbeitenden Strahlsystem-Vergasungsofen,
bei dem die Verweilzeit der Kohle im Ofen kurz ist, die Vergasungsgeschwindigkeit der Kohle hoch ist und die
Vergasung unter hoher Temperatur erfolgt, liegt die Asche in der Hochtemperaturatmosphäre in geschmolzenem Zustand vor. Bei
einer Hochdruck-Vergasungsvorrichtung für eine Stromerzeugungsanlage ist die Leistung des Ofens gering, so daß das Anhaften
von geschmolzener Asche an den Ofen-Innenwänden zu einem grossen Problem wird« Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen
unabhängig von dem mit feinverteilter Kohle arbeitenden Strahlsystem die Verkohlung und Vergasung der Kohle sowie die Verbrennung
oder Vergasung der nicht umgesetzten Knochenkohle bei vergleichsweise niedriger Temperatur und ohne das Anhaften von
Asche, so daß Störungen, wie Verstopfung aufgrund des Verschmelzens von Asche, vermieden werden können.
1b) Infolge des Vorhandenseins einer mit feinverteilter Kohle arbeitenden Strahlsystem-Reaktionskammer besitzt die Vorrichtung
die Eigenschaften eines Strahlsystem-Vergasungsofens,
nämlich daß die Leistung ohne weiteres groß sein kann, daß sie eine gute Anpaßbarkeit an Anfahren, Abstellen und
Lastwechsel besitzt, daß sie keinen Einschränkungen durch die Art oder Sorte und die Teilchengröße der Kohle unterworfen
ist und daß aufgrund der vollkommenen Vergasung kein Produkt vorhanden ist, das schädlich wäre oder einer Behandlung
bedürfte. Diese Eigenschaften resultieren aus der feinen Teilchengröße der Kohle, ihrer großen Oberfläche sowie
der geringen Dicke der gebildeten Ascheschicht, so daß die Vergasungsgeschwindigkeit der Kohle im Vergleich zu einem
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- ίο -
mit der gleichen Temperatur -und unter dem gleichen Gasteildruck
arbeitenden Fließbett hoch ist, während die Zurückhaltemenge gering ist und die Verkokungseigenschaft
der Kohle schnell beseitigt wird. Beispielsweise bestehen dabei nur geringe Beschränkungen bezüglich der Größe der
Vergasungskammer, der Zahl und Anordnung von Brennerdüsen sowie der Leistung in bezug auf die pro Vergasungsofen behandelte
Kohlenmenge. Anfahren, Abstellen und Lastwechsel werden vereinfacht, so daß sich die beschriebene(n) Ausführungsform
(en) zur Verwendung bei Wärmekraftwerken mit großer Leistung eignet (eignen).
1c) Infolge der Kombination der Strahlsystem-Reaktionskammer mit
der Fließbett-Reaktionskammer besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur die Vorteile beider Reaktionskammern,
vielmehr besitzt sie auch den besonderen Vorteil, daß keine Verschmelzung der Asche innerhalb des Ofens erfolgt und daß
die Umsetzungszeit kurz ist. Tatsächlich unterscheiden sich diese beiden Systeme bezüglich des Arbeitstemperaturbereichs
und der Teilchengröße der Kohle erheblich voneinander, weshalb eine Kohlenvergasungsvorrichtung der Art gemäß der Erfindung
bisher unbekannt war.
Bei einem gewöhnlichen Fließbett-Vergasungssystem ist z.B. bei einer Kohlen-Teilchengröße von etwa 3 ram und darunter beispielsweise
eine Verweilzeit von j50 - 50 min nötig, wobei häufig Kohle übrigbleibt und die Anpassung an Anfahren, Abstellen und Lastwechsel
mangelhaft ist.
Die Erfindung ist durch eine Kombination des Strahlsystems mit dem Fließbettsystem gekennzeichnet, die mit feinverteüter Kohle
arbeitete Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet dabei nicht nur die oben unter 1a) genannten Vorteile, vielmehr wird auch
im Fließbett aus den unter 1b) genannten Gründen die für die Verbrennung oder Vergasung erforderliche Zeit erheblich verkürzt,
während dabei entsprechend weniger Knochenkohle zurück-
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gehalten -und das Ansprechen auf Anfahren, Abstellen und Lastwechsel
verbessert wird.
Bei der feinverteilte Kohle verwendenden Fließbett-Reaktionskammer
wird durch Erhöhung der Umsetzungstemperatur auf einen dicht am Erweichungspunkt der Asche liegenden Wert und durch
Wahl von Bedingungen, unter denen die Ascheteilchen aneinander haften und größere Teilchen bilden, eine Granulierung der Asche
sowie der feinverteilten Teilchen der nicht umgesetzten Knochenkohle gewährleistet, wobei die so gebildeten Teilchen ein Fließbett
formen.
1d) Das erfindungsgemäße System eignet sich besonders als Hochdruck-Kohlevergasungsvorrichtung
für eine komplexe Stromerzeugungsanlage bzw. ein Kraftwerk mit Gas- und Dampfturbinen.
Bei einer Hochdruck-Vergasungsvorrichtung ist es nämlich günstiger, wenn die Leistung des Vergasungsofens gering
ist. Bei einer gewöhnlichen Strahlsystem-Vergasungsvorrichtung,
bei welcher eine Ascheverschmelzung auftritt, kann dem Problem der Leistiungsgröße im Fall von Atmosphärendruck
auf die eine oder andere Weise begegnet werden. Bei einer Hochdruckvorrichtung, bei welcher die Leistung oder
Kapazität des Vergasungsofens klein ist, ist die anhaftende Aschemenge im Verhältnis zur Ofengröße groß , so daß sich
Störungen eher bemerkbar machen. Bei Anwendung eines hohen Drucks ist es außerdem schwierig, die fest verschmolzene
Asche zu entfernen, so daß sich auch in dieser Hinsicht die Schwierigkeiten vergrößern.
1e) Ein am Auslaß der Vergasungsvorrichtung anfallendes Rohgas
mit niedrigem Heizwert, das anschließend in einem mit hoher Temperatur und hohem Druck arbeitenden Staubabscheider oder
einer Entschwefelungs- und Staubabscheidervorrichtung verarbeitet wird, vermag die Temperatur eines Produktgases am
Einlauf zum Brenner einer Gasturbine auf einem hohen Wert
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*. 12 -
zu halten, so daß eine erzeugte Wärmemenge von über etwa 600 kcal/Mm-5 genügt, was bezüglich der Betriebsbedingungen
der VefgasungsVorrichtung sehr vorteilhaft sein kann.
In Pig« ^ ist eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, bei der ein Peststoffsammler 25 in einem Feststoff-Förderrohr
13 und ein Fest stoff »-Umwälzrohr 2.6 vorgesehen sind,
das am einen Ende mit dem Sammler 25 verbunden und das mit einem Rückschlagventil 27 versehen ist, während es an seinem
anderen Ende in eine Strahlsystem-Reaktionskammer 1-1 einmündete
Ein Hochdruckströmungsmittel-Speiserohr 28, das an der einen Seite stromab des Rückschlagventils 27 mit dem Umwälzrohr 26
verbunden ist, ist mit einem Durchsatzmengen-Regelventil 29 versehen» Als Hoohdruokströmungsmittel kann z.B. Luft, Dampf
oder Produktgas benutzt werden«
Auf diese Weise wird eine Umlauf- oder Umwälzleitung gebildet, welche die Reaktionskammer 1-1, das Rauch- oder Auslaßrohr 10,
den Staubabscheider 11, das Fest stoff-Förderrohr 1j5, den Sammler
25 und das Umwälzrohr 26 miteinander verbindet. Hierbei wird
ein Teil der Asche sowie der nicht umgesetzten, im Staubabscheider 11 gesammelten und abgetrennten Knochenkohle durch den
Sammler 25 über das Förderrohr I3 z.B. dem Unterteil der Strahlsystem-Reaktionskammer
1-1 durch das Umwälzrohr 26 zugeführt, so daß dieses Material im Inneren der Kammer 1-1 hochsteigt und
dabei einer weiteren Vergasung durch das von der Fließbett-Reaktionskammer 1-2 gelieferte Heißgas sowie die Hochdruckluft
und den überhitzten Hochdruckdampf von den Speiseleitungen 8 bzw. 9 unterworfen wird, um schließlich über das Rauch- oder
Auslaßrohr 10 den Staubabscheider 11 zu erreichen.
Die abgewandelte Ausführungsform weist ein System zum Umwälzen bzw. Rückführen und Einspeisen eines Teils der vom Staubabscheider
gesammelten Feststoffe, nämlich eines Teils der gesammelten und abgetrennten, nicht umgesetzten Knochenkohle, in die Strahl-
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system-Reaktionskammer auf, so daß sie die folgenden Vorteile bietet:
2a) Duron das vorstehend genannte System kann die Umsetzungszeit der Knochenkohle in der Strahlsystem-Reaktionskammer
1-1 verlängert werden, und durch entsprechende Einstellung des Umwälzverhältnisses der Knochenkohle im Feststoffsammler
25 kann ohne weiteres die für die Vergasung dieser Kohle erforderliche Umsetzungszeit gesteuert werden, so daß Kohle
jeder Art, insbesondere Kohle jeder beliebigen Umsetzungsgeschwindigkeit, vergast werden kann.
Im Verlauf der Vergasung nimmt der Aschegehalt in den Teilchen der umgesetzten Knochenkohle zu, und die Vergasungsreaktionsgeschwindigkeit nimmt ab; da die Teilchen jedoch
schließlich einer Verbrennungsbehandlung mit höherer Umsetzungsgeschwindigkeit unterworfen werden, ist die Gesamt-Umsetzungszeit
kurz und das Kohlen-Ausnutzungsverhältnis hoch.
2b) Infolge des genannten Umwälzsystems wird das Vergasungsverhältnis in der Strahlsystem-Reaktionskammer erhöht, so
daß es möglich wird, die Menge an nicht umgesetzter Knochenkohle in der umgewälzten, der Fließbett-Reaktionskammer zugeführten
Kohle frei zu steuern. Infolgedessen können die optimalen Verbrennungs- und Vergasungsbedingungen im Fließbett
oder andere Bedingungen, wie die Strömungsgeschwindigkeit des Vergasungsmittels, frei geregelt werden. Außerdem
kann dabei die feinverteilte Kohle in ausreichendem Maß verbrannt und vergast werden, während der Austritt der feinverteilten
Kohle aus der Fließbett-Reaktionskammer auf einen Mindestwert unterdrückt wird.
In Fig. 4 ist eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, bei der ein Ascheabscheider JO, dessen
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Einlaßseite mit dem einen Ende eines Asche-Austragrohrs 23 verbunden
ist, ein an den Ascheabscheider JO angeschlossenes Ascheaustragrohr
31 und ein Fluidisierungsmittel-Umwälzrohr 32 vorgesehen
sind, das am einen Ende mit dem Auslaß des Ascheabscheiders 30 verbunden und an welches ein Fluidisierungsmittel-Speiserohr
33 angeschlossen ist ^ In das Rohr 32 ist eine Fluidisierungsmittel-Zufuhreinrichtung
(Speiser) 3^ eingeschaltet, und sein anderes Ende mündet in die Fließbett-Reaktionskammer 1-2
ein. Obgleich in Fig. 4 ein Umwälzrohr 32 dargestellt ist, ist
diese Ausführungsform nicht notwendigerweise darauf beschränkt, da auch andere Überführungseinrichtungen, etwa ein Förderer, für
den gleichen Zweck eingesetzt werden können. In ein Hochdruckströmungsmittel-Speiserohr
35* das an der Stromabseite mit dem Umwälzrohr 32 verbunden ist, ist ein Durchsatzmengen-Regelventil
36 eingeschaltet. Ein Strömungsmittel-Einblasrohr 37j dessen
eines Ende an den Ascheabscheider 30 angeschlossen ist, ist mit
einem Durchsatzmengen-Regelventil 38 versehene Weiterhin ist
ein Strömungsmittel-Auslaßrohr 39 vorgesehen, das am einen Ende an den Ascheabscheider 30 angeschlossen ist. Je nach der speziellen
Ausführungsform des Ascheabscheiders 30 brauchen das
Einblasrohr 37 und das Auslaßrohr 39 Jedoch nicht unbedingt vorgesehen
zu sein.
Gemäß Fig. 4 wird über das Speiserohr 33 ein Fluidisierungsmedium
aus inerten Teilchen mit einer größeren Teilchengröße als derjenigen der feinverteilten Kohle, z.B. Sand o.dgl., zum
Umwälzrohr 32 zugeführt und zusammen mit einem vom Speiserohr
35 über die Speisevorrichtung 34 geförderten Hochdruckströmungsmittel
in die Fließbett-Reaktionskammer 1-2 eingeleitet. In
letzterer bildet das Fluid!sierungsmedium ein Fließbett infolge
der über die Speiserohre 17 und I9 zugeführten Hochdruckströmungsmittel.
Ein Teil des Fluidisierungsmittels wird zusammen mit der Asche über ein Asche-Austragrohr 22 abgeführt, wobei es
den Ascheabscheider 30 über das Ascheaustragrohr 23 und einen
Schleusenkasten 24 erreicht, worauf die Asche im Ascheabscheider
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30 vom Fluidisierungsmedium abgetrennt und über das Austragrohr
3I zu einer nicht dargestellten Asche-Sammeleinrichtung
gefördert wird. Das restliche Fluidisierungsraedium wird wieder
umgewälzt und über das Umwälzrohr 32 und die Speiseeinrichtung
34 der Reaktionskammer 1-2 zugeleitet. Das Einblasrohr 37 und
das Auslaßrohr 39 werden als Zufuhr- bzw. Austragleitung bei der Abtrennung der Asche vom Pluidisierungsmedium in Form eines
Zyklons im Ascheabscheider 30 benutzt, und diese Rohre können
weggelassen werden, wenn die Ascheabscheidung beispielsweise
durch Schwerkrafttrennung erfolgte
Diese weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung weist eine Einrichtung zur Zufuhr des Pluidisierungsmediums zur Fließbett-Reaktionskammer
sowie eine Einrichtung zum Austragen dieses Mediums zusammen mit der Asche aus dieser Reaktionskammer
auf, so daß sie die folgenden Vorteile bietet:
3a) Durch Hinzufügung des Fluidisierungsmediums wird eine vorteilhafte
Gasgeschwindigkeit zur Bildung des Fließbetts erreichte Gleichzeitig wird dabei ein Fließbett gebildet, in
welchem die Verbrennung oder Vergasung der Knochenkohle durch feine Verteilung der Knochenkohle und der Asche und unter
Bedingungen erfolgen kann, bei denen praktisch keine pulverisierten Massen anhaften, indem der Austritt der feinverteilten
Teilchen aus dem Fließbett auf ein verhältnismäßig geringes Maß unterdrückt wirde Die Verbrennung oder Vergasung
der feinverteilten Knochenkohle kann somit im Fließbett erfolgen.
3b) Da praktisch keine pulverisierten Massen anhaften, kann die Schwierigkeit der Sinterschlackenbildung aufgrund von geschmolzener
Asche vermieden werden. Gleichzeitig kann das Fließbett augenblicklich durch einfache Beendigung der Zufuhr
des Vergasungsmittels für die Fluidisierung unterbrochen werden, während die Fluidisierung augenblicklich wieder
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eingeleitet werden kann, indem einfach dieses Vergasungsmittel eingeführt wird. Die Umsetzung im Fließbett kann
zudem durch Erhöhung der Temperatur der Fließbettschicht eingeleitet werden. Die Betätigung kann somit sehr einfach
und schnell geschehen. Aus diesem Grund ist das Ansprechen bzw. die Anpassung an Anfahren, Abstellen und Lastwechsel
eines Vergasungsofens ausgezeichnet. Weiterhin eignet sich diese abgewandelte Ausführungsform als Hochdruck-Vergasungsvorrichtung
für eine Kraftwerksanlage.
Fig. 5 veranschaulicht eine noch weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Fülltrichter 40 für ein
Entschwefelungsmittel und eine Speiseleitung 41 für dieses Mittel vorgesehen sind, die am einen Ende an den Unterteil des
Fülltrichters 40 angeschlossen, mit einem Konstantmengenspeiser 42 versehen und am anderen Ende an eine Speiseleitung ]5 zwischen
einer Vorrichtung 4 zur Zufuhr einer konstanten Menge eines zu vergasenden Materials und einem Rückschlagventil 5 angeschlossen
ist. Die Speiseleitung 41 kann allerdings auch unmittelbar in eine Strahlsystem-Reaktionskammer 1-1 einmünden.
Als Entschwefelungsmittel werden z.B. feinverteilte Teilchen
eines Calciumsalzes, wie Kalkstein und Dolomit, vom Fülltrichter
40 über den Konstantmengenspeiser 42 zur Rohrleitung 2 für die
Zufuhr des zu vergasenden Materials zugeführt. Über die Speiseleitung 5 werden diese Teilchen in die Reaktionskammer 1-1 zusammen
mit dem zu vergasenden Material eingeblasen. Diese Teilchen setzen sich hierbei mit dem aus dem Vergasungsgut entwickelten
Schwefelwasserstoff unter Bildung von CaIciumsulfid
in der Reaktionskammer 1-1 um. Das so gebildete CaIeiumsulfid
wird dabei zusammen mit der Asche und der nicht umgesetzten Knochenkohle über ein Rauch- oder Auslaßrohr 10 in einen Staubabscheider
11 eingeleitet, in welchem das Calciumsulfid von dem rohen Produktgas abgetrennt und zusammen mit Asche, nicht
umgesetzter Knochenkohle und nicht umgesetztem Calciumsalz über
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ein Peststoff-Sammelrohr 13 in einen Feststoffsammler 25 überführt
wird. Im Sammler 25 wird ein Teil dieser Stoffe umgewälzt bzw. rückgeführt und dann über das Umwälzrohr 26 in die Strahlsystem-Reaktionskammer
1-1 eingeführt, in welcher das nicht umgesetzte Calciumsalz einer weiteren Umsetzung unterworfen wird,
wobei es unter Bildung von Calciumsulfid Schwefelwasserstoff absorbiert. Andererseits werden vom Sammler 25 die restliche
Asche, die nicht umgesetzte Knochenkohle, das gebildete Calciumsulfid und das nicht umgesetzte Calciumsalz über das Umwälzrohr
13 zur Fließbett-Reaktionskammer 1-2 überführt, in welcher das Calciumsulfid durch den im Vergasungsmittel enthaltenen Sauerstoff
zu Gips oxidiert und stabilisiert wird, um danach über die Rohre 22 und 2j5 zum Ascheabscheider JO zu gelangen, wo der Gips
zusammen mit der Asche abgetrennt und über das Austragrohr 31
aus dem System ausgetragen wird.
Die zuletzt beschriebene Ausführungsform der Erfindung weist eine Einrichtung zur Zufuhr eines Entschwefelungsmittels in die
Strahlsystem-Reaktionskammer auf, so daß diese Vorrichtung die folgenden Vorteile bietet:
4a) Der Schwefelwasserstoff in einem in der Reaktionskammer erzeugten
rohen Produktgas wird von diesem z.B. als Calciumsulfat abgetrennt. Das Produktgas ist daher sauber und enthält
nur Spuren an Schwefelwasserstoff.
4b) Da die Entschwefelungsreaktion gleichzeitig mit der Vergasung innerhalb der Strahlsystem-Reaktionskammer stattfindet, kann
die Entschwefelung mit einfachen Mitteln erreicht werden, z.B. mit einem Calciumsalz als Entschwefelungsmittel.
4c) Da das Calciumsulfid in der Fließbett-Reaktionskammer zu stabilem
Gips oxidiert wird, kann die Asche ohne Notwendigkeit für eine spezielle Vorrichtung ohne weiteres behandelt werden,
ohne Anlaß zu einer Umweltverschmutzung zu geben.
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Claims (4)
1. Vorrichtung zum Vergasen von Kohle und dgl., mit welcher mindestens ein Gasstrom kommuniziert, gekennzeichnet durch eine stromaufseitige Fließbett-Reaktionskammer
(1-2) und'eine stromabseitige bzw» nachgeschaltete Strahlsystem-Reaktiünskammer (1-1), durch Einrichtungen
(3; 9, 8) zur Zufuhr eines Vergasungsguts und
eines Vergasungsmittels zur Strahlsystem-Reaktionskammer (1-1), durch einen Staubabscheider (11) an einem Rauchöder
Auslaßrohr (10) der Reaktionskämmer (1-1), durch eine Einrichtung zur Zufuhr des vom Staubabscheider (11) gesammelten
Feststoffs zur Fließbett-Reaktionskammer (1-2), durch eine Einrichtung (17) zur Zufuhr eines Vergasungsmittels und durch eine Einrichtung (2j5) zum Austragen von
Asche.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie eine Einrichtung zum Umwälzen oder Rückführen eines Teils des im Staubabscheider gesammelten Feststoffs zur Strahlsystem-Reaktionskammer
aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Einrichtung zur Zufuhr eines Fluidisierungsmediums zur Fließbett-Reaktionskammer und eine Einrichtung zum Abziehen
dieses Mediums zusammen mit Asche aus der Fließbett-Reaktionskammer vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahlsystem-Reaktionskammer eine Einrichtung zur Zufuhr
eines Entschwefelungsmittels aufweisto
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