DE2614489A1 - Wirbelbett-gasgenerator - Google Patents

Description

• Wirbelbett-Gascenerator
• Die Erfindung betrifft einen Wirbelbett-Gasgenerator zur Gaserzeugung aus Kohle und Wasserdampf unter erhöhtem Druck, der aus mehreren miteinander verflanschten und liegend angeordneten Rohrschüssen zusammengesetzt ist, wobei jeder Rohrschuh eine Gaseintrittöffnung sowie einen Rohgasabzug aufweist.
• Bei der Wasserdampf-Vergasung von Kohle bzw. Koks nach dem Tauchsiederverfahren muß der gesamte Boden des liegend angeordneten großtechnischen Gasgenerators mit überhitztem Wasserdampf angeströmt werden. Der Wasserdampf dient einerseits zur Durchführung der Wassergasreaktion und andererseits zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Wirbelbettes.
• Da im allgemeinen zur Wirbelung mehr Dampf benötigt wird als zur Durchführung der Wassergasreaktion und andererseits durch Reduzierung des Dampfangebotes eine beträchtliche Steigerung des Methangehaltes im Wassergas erreicht wird, was insbesondere bei beabsichtigter Produktion von synthetischem Naturgas vorteilhafter ist, wurde ein eg gesucht, um abweichend von der bekannten äusuren Rohgasrückkreisung, die eine wiederholte Ausnutzung des Rohgases für die Vergasungsreaktion ermöglicht, das wasserhaltige Rohgas wärmeökonomisch günstiger auszunutzen.
• Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Gasgenerator zur Wasserdampf-Vergasung von Kohle bzw. Koks zu schaffen, bei dem eine innere Rohgasrückkreisung angewandt und dadurch Wasserdampf eingespart wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen den Rohrschüssen Trennwände und innerhalb der Rohrschüsse Wirbelbettwannen vorgesehen sind, wobei die Wirbelbettwannen von Rohrschuß zu Rohrschuß; hintereinander liegen, abwechselnd auf der einen und auf der anderen Seite zwischen Wannenrand und Gehäusewand schlitzartige Durchlässe aufweisen, und dass - bei Anordnung einer Kohleeinfüllöffnung und einer Gaseinströmöffnung im ersten Rohrschuß und eines Ascheabzuges sowie eines Rohgasabzuges im letzten Rohrschuß - die Trennwände im Wirbelbettbereich mit einem Feststoffdurchlaß und ausserhalb des Wirbelbettbereichs mit einem weiteren Durchlass ausgestattet sind.
• Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass bei Ausbildung eines jeden Rohrschusses mit einer Kohleeinfüllöffnung sowie einem Ascheabzug die Trennwände nur einen Durchlass ausserhalb des Wirbelbettbereichs aufweisen.
• Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel entgegen der Kohlefließrichtung in dem den Ascheaustrag aufweisenden Rohrschuß eine Gaseinführöffnung und in dem die Kohleeinfüllöffnung aufweisenden Rohrschuß ein Rohgasabzug vorgesehen sind, wodurch die zu vergasende Kohle in dem Rohrschuß, in dem sie eingefüllt wird, mit wasserdawpfarmen und wasserstoffreichen Rohgas in Kontakt kommt und dort vorzugsweise einer heterogenen Methanbildungsreaktion unterliegt, die nicht nur bei beabsichtigter Produktion von synthetischem Naturgas sehr erwünscht ist, sondern die in den hier vorliegenden Temperaturbereichen auch eine größere Vergasungsgeschwindigkeit aufweist als die heterogene Wassergasreaktion und die darüber hinaus wegen ihrer exothermen Wärmetönung einen Beitrag zur Aufheizung des Feststoffes liefert.
• Der technische Fortschritt der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, daß im Gegensatz zu den bisherigen großtechnischen Gasgeneratoren bei dem erfindungsgemäßen Gas generator nur der erste Rohrschuß auf konventionelle Weise mit Wasserdampf angeströmt wird, und daß das hier entstehende Rohgas durch spezielle Formgebung von Wirbelbettwanne und durch eine weitere spezielle Ausbildung der Trennwände umgelenkt wird und im folgenden Rohrschuß wiederum als Wirbölgas und Vergasungsmittel eingesetzt werden kann. Das im zweiten Rohrschuß entstehende Rohgas wird zur Anströmung des dritten Rohrschusses verwendet usw.
• Weiterhin bezieht sich der technische Fortschritt der Erfindung darauf, daß der Flugstaubaustrag der Rohrschüsse zwangsweise in die einzelnen nachfolgenden Rohrschüsse gelangt und dort weiter vergast wird. Nur der Flugstaubaustrag des letzten Schusses ist auf konventionelle Weise zu behandeln. Die hier vorgesehene spezielle Art der inneren Rohgasrückkreisung ist auch bei Wirbelbettzuständen anwendbar, die durch vertikale Segregation der verschiedenen Abbrand- bzw. -dichtungsstufen gekennzeichnet sind. Hochabgebranntes und daher leichtes Material schwimmt auf, tritt über den Rand der Wirbelbettwanne, die hier als Uberlauf wirkt, und gelangt ähnlich wie Flugstaubaustrag in den folgenden Rohrschuß.
• Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
• Es zeigen.
• Fig. 1 eine schematisierte Darstellung des erfindungsgemäßen großtechnischen Gasgenerators in perspektivischer Darstellung und teilweise geschnitten mit Durchlässen in den Trennwänden für Feststoff und Rohgas; Fig. 2 eine Prinsipskizze eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung und Fig. 3 eine schematisierte Darstellung des effindungsgemäßen großtechnischen Gasgenerators in perspektivischer Darstellung und teilsweise geschnitten mit einer Kohleeinfüllöffnung und einem Ascheabzug pro Rohrschuß, sowie nur einem Durchlaß in den Trennwänden.
• Der in-Fig. 1 in perspektivischer Ansicht und teilweise geschnitten dargestellte großtechnische Gasgenerator 1 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus fünf miteinander verflanschten und liegend angeordneten Rbhrschüssen 2a bis 2e. Die Anzahl der Rohrschüsse 2 kann beliebig gewählt werden und unterliegt hier nicht dargestellten Gesichtspunkten. Der erste Rohrschuß 2a ist durch die Trennwand 8 vom nächsten Rohrschuß 2b getrennt und weist neben einer Kohleeinfüllöffnung 6 im Bodenbereich eine Gaseinströmöffnung 4 auf, durch welche der Wasserdampf direkt in die Wirbelbettwanne unter Durck eingeleitet wird. Wie auf den ersten Blick ersichtlich, sind die in den Rohrschüssen 2a bis 2e hintereinander angeordneten Wirbelbettwannen3nicht symmetrisch zueinander angeordnet. Die Ausbildung der Wirbelbettwanne 3 im Rohrschuß 2a ist vergleichbar mit der Ausbildung der nicht dargestellten Wirbelbettwannen 3, der Rohrschüsse 2c und 2e. Im letzten Rohrschuß 2e ist im Bodenbereich ein Ascheaustrag 7 und im Deckenbereich ein Rohgasabzug 5 angeordnet.
• Die Wirbelbettwanne 3 im ersten Rohrschuß 2a ist derart angeordnet, daß die nach Fig. 1 im Vordergrund gesehene Seitenwand der Wanne 3 mit der nicht dargestellten Behälterwandung 12 dicht abschließt. Die andere nicht symmetrisch zu der erstgenannten angeordneten Wannenwand weist zwischen dem oberen Wannenrand 11 und der im Hintergrund angeordneten Behälterwandung 12 einen schlitzartigen Durchlaß 13 auf. Das aus Wasserdampf und Produktgas bestehende, das Wirbelbett aufrechterhaltende Gas strömt durch diesen Durchlaß 13 und den im Bodenbereich der Trennwand 8 angeordneten Durchlaß 10 in den nachfolgenden Rohrschub 2b.
• Während das Gas durch den in der Trennwand 8 vorgesehenen Durchlaß 10 in den nachfolgenden Rohrschuß 2b strömt, fließt der Kohlestrom bzw. das Wirbelbett durch die in der Trennwand 8 vorgesehene Öffnung 9 im Bereich der Wirbelbettwanne a ebenfalls in den nachfolgenden Rohrschuß 2b. In dem Rohrschuß 2b ist die Wirbelbettwanne 3 derart angeordnet, daß der im Rohrschuß 2a betriebene, zwischen Behälterwand 12 und Wannenrand 11 gebildete Durchlaß 13 an der gegenüberliegenden Wannenseite angeordnet ist. Da die Ausbildung der Wanne 3, wie bereits erwähnt, mit den Wirbelbettwannen 3 im Rohrschuß 2a, 2c und 2e übereinstimmt, ebenso wie die Ausbildung der Wirbelbettwannen im Rohrschuß 2b und 2d, ergibt es sich, daß das Rohgas abwechselnd nach rechts und nach links umgewälzt und über die Durchlässe 10 im Bodenbereich der Trennwände in die einzelnen Rohrschüsse von 2a bis 2e geleitet wird.
• Der Strömungsweg kann weiterhin mit nicht in den Zeichnungen dargestellten Schikanen versehen werden, die das Entstehen von Stromungstoträumen sowie die Ablagerung von Feststoffpartikeln verhindern.
• Die Bewegung des IVirvbelbettes im Bereich der Wirbelbettwanne 3 vollzieht sich von der Einfüllöffnung 6 durch die Durchlässe 9 in den Trennwänden 8 bis zum Ascheaustrag 7.
• Die Größe, Form und Lage der Durchlässe 9 und 10 für Gasstrom und Kohlestrom sind Gegenstand betrieblicher Optimierung, die insbesondere unter dem Gesichtspunkt des Druckverlustes durchgeführt werden muß, um zu vermeiden, daß das Anströmgas bevorzugst durch den Durchlaß 9 für den Kohlestrom in den folgenden Rohrschuß eintritt. Geeignete Maßnahmen hierflir sind beispielsweise der Einsatz eines Wirbelbettanströmbodens mit höherem Druckverlust in der Nähe des Durchlasses 9, die Verlagerung des Durchlasses 9 nach oben auf der Trennwand 8 und die Verlagerung des Durchlasses 9 an das Mundstück eines Trichters, der auf die Trennwand 8 aufgesetzt ist und in den folgenden Rohrschuß weist.
• Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung verläuft der Kohlestrom entgegengesetzt zum Gasstrom.
• In Rohrschuß 2a wird über die Gaseinströmöffnung 4 der Wasserdampf in den Gas generator 1 eingeführt und im Rohrschuß 2e wird im Deckenbereich Rohgas abgezogen. Die dem Gasstrom entgegengesetzte Fließrichtung der Kohle bringt den Vorteil mit sich, daß die zu vergasende Kohle im Rohrschuß 2e mit wasserdampfarven und Wasserstoffreichen Rohgas in Kontakt kommt und dort vorzugsweise der heterogenen Methanbildungsreaktion unterliegt.
• Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt einen durch die Trennwände 8 geteilten Gasgenerator 1, bei dem das Rohgas aus jedem Rohrschuß 2a bis 2d zur Fluidisierung des Wirbelbettes im nachfolgenden Schuß verwandt wird.
• Ein derartiger Gasgenerator 1 läßt sich insbesondere dadurch vorteilhaft realisieren, daß die Trennwände 8 im Bereich des Wirbelbettes innerhalb der Wirbelbettwannen 3 keine Durchlässe 9 zum Durchfluß von Feststoff enthalten, sondern nur außerhalb des Wirbelbettbereichs Durchlässe 10 zur Führung des Gasstromes aufweisen.
• Bei einer derartigen Ausführung eines Gasgenerators 1 weist jeder Rohrschuß 2a bis 2e eine Kohleeinfüllöffnung 6 und einen Ascheabzug 7 auf. Auf diese Weise sind die Feststoffmengen der einzelnen Rohrschüsse 2a bis 2e vorteilhafterweise getrennt mit Ausnahme des vom Rohgas mitgeführten Flugstaubes, der jedoch beim Eintritt in das nachfolgende Wirbelbett weiter vergast wird.
• Die hier nicht näher beschriebene Heizilächenverteilung nach dem Tauchsiederprinzip ist als selbstverständlicher Bestandteil der Erfindung anzusehen. Dabei ist ohne weiteres vorstellbar, daß in den Rohrschüssen ga bis 2e eine materialsparende horizontale oder vertikale Heizilächenverteilung vorgenommen werden kann.
• Patentansprche:

Claims (4)

1. Patentansprüche 1) Wirbelbett-Gasgenerator zur Gaserzeugung aus Kohle bzw.

   Koks und Wasserdampf unter erhöhtem Druck, der aus mehreren miteinander verflanschten und liegend angeordneten Rohrschüssen zusammengesetzt ist, wobei jeder Rohrschuß eine Gaseinströmöffnung sowie einen Rohgasabzug aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rohrschüssen (2a bis 2e) Trennwände (8) und innerhalb der Rohrschüsse (2a bis 2e) Wirbelbettwannen (3) vorgesehen sind, wobei die Wirbelbettwannen (3) von Rohrschuß (2a) zu Rohrschuß (2e) hintereinander liegend abwechselnd auf der einen und auf der anderen Seite zwischen Wannenrand (11) und Gehäusewand (12) schlitzartige Durchlässe (13) aufweisen, und daß bei Anordnung einer Kohleeinfüllöffnung (6) und einer Gaseinströmöffnung (4) im ersten Rohrschuß (2a) und eines Ascheabzugs (7) sowie eines Rohgasabzugs (5) im letzten Rohrschuß (2e) die Trennwände (8) im TZirbelbettbereich mit einem Feststoffdurchlaß (9) und außerhalb des Wirbelbettbereichs mit einem Gasdurchlaß (10) ausgestattet sind.
2. 2) Wirbelbett-Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung eines jeden Rohrschusses (2a bis 2e) mit einer Kohleeiniüllöifnung (6) sowie einem Ascheabzug (7) die Trennwände (8) nur einen Durchlaß (10) außerhalb des Wirbelbettbereichs aufweisen.
3. 3) Wirbelbett-Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entgegen der Kohlefließrichtung in dem den Ascheaustrag (7) aufweisenden Rohrschuß (2a) eine Gaseinströmöffnung (4) und in dem die Kohleeinfüllöffnung (6 aufweisenden Rohrschuß (2e) ein Rohgasabzug (5) vorgesehen sind.
4. 4) Wirbelbett-Gasgenerator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (10) im Bodenbereich der Trennwände (8) unterhalb und seitlich der Wirbelbettwannen (3) angeordnet sind.