DE2642537A1

DE2642537A1 - Verfahren zur ermittlung des bei der partialoxydation (vergasung) von feinkoernigen bis staubfoermigen festen brennstoffen dem vergaser zugefuehrten brennstoffstromes

Info

Publication number: DE2642537A1
Application number: DE19762642537
Authority: DE
Inventors: Manfred Foerster; Ulrich Geidies
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1976-09-22
Publication date: 1978-03-23
Also published as: IN148519B; DE2642537C2; ZA774387B; TR19530A; US4182957A

Description

20. September 1976 N470l/8h Dr. Ha/Wi.

KRUPP-KOPPERS GMBH, 4300 Essen, Moltkestrasse 29

Verfahren zur Ermittlung des bei der Partialoxydation von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen dem Vergaser zugeführten Brennstoff stromes.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des bei der Partialoxydation (Vergasung) von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen dem Vergaser zugeführten Brennstoffstromes.

Bei der Partialoxydation von festen Brennstoffen, wie beispielsweise Braun- oder Steinkohlen bzw. Petrolkoksen, muss dafür gesorgt werden, dass die feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffe, die gegebenenfalls durch eine vorgeschaltete Aufmahlung auf die gewünschte Korngrösse gebracht worden sind, zusammen mit den gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien in einem gleichmässigen und mengenmässig genau definierten Strom dem Vergaser zugeführt werden. Dies ist erforderlich, damit sich im Vergaser konstante Betriebsbedingungen einstellen, durch die eine gleichmässige Qualität des erzeugten Partialoxydationsgases gewährleistet wird. Als gas- bzw. dampfförmige Reaktionsmedien kommen dabei Sauerstoff und Luft bzw. mit Sauerstoff angereicherte Luft sowie gegebenenfalls Wasserdampf in Frage. Ist der Brennetoffanteil im Reaktionsgemisch im Vergaser zu gering, so bewirkt dies wegen des sich dann

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einstellenden zu hohen Sauerstoff : Brennstoff-Verhältnisses ein unerwünschtes Ansteigen der Betriebstemperatur im Vergaser. Ist dagegen umgekehrt der BrerJistoffanteil im Reaktionsgemisch im Vergaser zu hoch, so hat dies eine unstabile Reaktion des Brennstoffes mit den Oxydationsmitteln zur Folge. Es besteht dann die Möglichkeit, dass sich nicht umgesetzte Brennstoffpartikel im Vergaser ablagern oder zusammen mit dem erzeugten Gas aus dem Vergaser ausgetragen werden. Ausserdem kann es dann unter Umständen zum Abreissen der Reaktion kommen.

Die Erfassung der dem Vergaser zugeführten Volumenströme der gas- und dampfförmigen Reaktionsmedien kann in relativ einfacher und unproblematischer Weise nach dem Wirkdruckverfahren, z. B. durch Messblenden, erfolgen.

Wesentlich schwieriger gestaltet sich dagegen die Mengenmessung der festen Brennstoffe. So scheidet beispielsweise die Anwendung von sogen. Dosierbandwaagen aus, da derart feinkörnige bis staubförmige feste Brennstoffe auf Förderbändern nicht ohne weiteres transportiert und gemessen werden können.

Ebenso entfallen Messmethoden, die nach dem Prinzip angeströmter Flächen arbeiten bzw. die auf der Messung der Aufprallenergie eines

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mit konstanter Fallhöhe auf eine beweglich angeordnete. Prallplatte auftreffenden Feststoffstromes beruhen. Diese Messmethoden erweisen sich nämlich im vorliegenden Anwendungsfalle wegen der stark errosiven Eigenschaften der feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffe als problematisch.

In der Vergangenheit wurde deshalb der Brennstoff in der Regel dem Vergaser mit Förderschnecken zugeführt. Das heisst, die Mengendosierung des Brennstoffes wurde hier im wesentlichen durch Regulierung der Drehzahl der Förderschnecke vorgenommen. Diese Methode ist jedoch ebenfalls stets mit einer gewissen Ungenauigkeit behaftet, weil die physikalischen Eigenschaften der zu fördernden Brennstoffe, insbesondere deren Fliessverhalten und Adhäsionsvermögen, gewissen Schwankungen unterworfen sind. Ausserdem ist diese Arbeitsweise selbstverständlich an das Vorhandensein einer Förderschnecke gebunden, während man heute für die Förderung des Brennstoffes zum Vergaser auch andere Methoden, wie beispielsweise die pneumatische Förderung, heranzuziehen versucht.

Es ist deshalb auch schon versucht worden, durch Überwachung und Messung des sogenannten Verblasedruckes in der zum Vergaser führenden Zuführungsleitung, d.h. des strömungsabhängigen Druckes der zusammengeführten Reaktionsmedien (gas- bzw. dampfförmige Reaktionsmedien + Brennstoff), vor dem Eintritt in den Vergaser das Vorhandensein des Brenn etoffee zu erfassen. Dieser Verblasedruck setzt eich aus dem strömungsab-

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hängigen Druckyerlust innerhalb der Zuführungsleitung sowie demFlammenrückdruck vom Vergaser zusammen, wobei letzterer einen erheblichen Teil des Verblasedruckes ausmacht. Deshalb bewirkt ein plötzliches Abreissen der Reaktion (Flamme) im Vergaser sofort einen entsprechenden Abfall des Verblasedruckes. Ausserdem ist bei der Inbetriebnahme des Vergasers der Druck innerhalb desselben anders als während des regelmässigen Betriebes, so dass in diesem Falle der Verblasedruck überhaupt nicht zur Steuerung der Anlage herangezogen werden kann. Deshalb ist davon auszugehen, dass auch diese Methode nicht als ideal anzusehen ist.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung des bei der Partialoxydation (Vergasung) von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen dem Vergaser zugeführten Brennstoffstromes zu schaffen, das die Nachteile der zuvor kurz beschriebenen Arbeitsweisen überwindet.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der in den gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien suspendierte feinkörnige bis staubförmige feste Brennstoff unmittelbar vor dem Eintritt in den Vergaser durch eine radiometrische Dichtemessung erfasst wird.

Die Methode der radiometrischen Dichtemessung ist an sich bereits bekannt und wird beispielsweise in der Zeitschrift "Elektroanzeiger", 1974, Nr. 7, S. 132 - 134, beschrieben. Die radioaktive Strahlung durchdringt

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dabei in einer definierten Mess strecke den in den gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien suspendierten Brennstoff und wird in Abhängigkeit vom durchstrahlten Flächeninhalt (Dichte χ durchstrahlte Länge) geschwächt. Die Reststrahlung wird in einem Strahlendetektor gemessen und in ein dichteproportionales Gleichstromsignal umgeformt.

Die Messeinrichtung besteht deshalb aus einem radioaktiven Strahler, der auf der einen Seite der Messstrecke innerhalb des vom festen Brennstoff durchflossenen Rohres installiert ist sowie einem Strahlendetektor, der sich dem Strahler gegenüber liegend auf der anderen Seite der Messstrecke befindet.

Dieses Verfahren zeichnet sich dabei durch folgende Vorteile aus ;

1.) Hohe Zuverlässigkeit,

2.) berührungslose Messung

und
3.) Messmöglichkeit sowohl während des Betriebes als

auch während der Inbetriebnahme der Anlage.

Auf der in der Abbildung wie der gegebenen Schaltskizze ist die Anordnung der der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dienenden Messeinrichtung zu erkennen. Diese besteht aus einem radioaktiven Strahler 1, beispielsweise einem Caesium - 137 Isotop, sowie einem Strahlendetektor 2, * die einander gegenüber liegend beiderseits der Zuführungsleitung 3 für das

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Reaktionsgemisch unmittelbar vor dem Eintritt in den Vergaser 4 angeordnet sind. Die Messeinrichtung ist dabei von dem Strahlenschutzbehälter 5 umgeben. Sowohl bei dem radioaktiven Strahler 1 als auch bei dem Strahlendetektor 2 handelt es sich um konventionelle Einrichtungen, die im Handel erhältlich sind. Der Brennstoff wird aus dem Bunker 11 über die Leitung 12 in die Zuführungsleitung 3 eingespeist und dort mit dem Wasserdampf aus der Leitung 6 und dem Sauerstoff aus der Leitung 7 vereinigt. Durch die radiometrische Dichtemessung wird die Dichte O des durch die Zuführungsleitung 3 strömenden Reaktions gemisches aus dem feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoff und den gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien ermittelt.

Das erfiiidungsgemässe Verfahren kann gemäss einer weiteren Ausgestaltung dahingehend erweitert werden, dass der Volumenstrom V des durch die Leitung 6 strömenden Wasser dampfes sowie der Volumenstrom V

des durch die Leitung 7 strömenden Sauerstoffes bzw. der Luft oder der mit Sauerstoff angereicherten Luft durch die Messeinrichtungen (Messblenden) 8 und 9 ermittelt werden. Die erhaltenen Messwerte werden, wie die unterbrochenen Linien andeuten, ebenso wie der bei der radiometrischen Dichtemessung erhaltene Wert D in die in der Schaltezizze angedeutete

Rechenschaltung eingespeist. Es bestehen hierbei folgende mathematische Beziehungen :

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Der Gesamtvolumenstrom V ergibt sich aus

ges. ^B

V £- V_ + V

ges. ^D

Der Volumenstrom des Brennstoffes kann dabei vernachlässigt werden, da dieser bei einer Beladung von beispielsweise 2 kg/m lediglich 1 VoI "Jo ,

beträgt .

Der Gesamt-Massenstrom M ergibt sich dann aus

ges.

M =0 * V

ges. J ges. ges.

Der Brennstoff-Massenstrom M ist

K J ges. ges. O D

Lt

Da hierbei der Massenstrom M für den Sauerstoff bzw. die Luft

2
oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft

und der Massenstrom M für den Dampf

^MD ⁼ P D * ^VD

ist, ergibt sich für den Brennstoff-Massenstrom M folgende Beziehung

K.

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Die Dichtewerte P und V werden dabei als konstant vorausgesetzte Faktoren in die Rechenschaltung eingegeben. Die Lösung der Messaufgabe erfolgt nach der in der Abbildung im Prinzip dargestellten Rechenschaltung mit handelsüblichen eletronischen oder pneumatischen Bauelementen.

Der erhaltene M -Wert kann auf die Steuereinrichtung 10 übertragen wer-K.

den, die die Sicherheitsverriegelung des Vergasers 4 steuert.

Abschliessend soll noch darauf hin ge wie sen werden, dass das erfindungsgemässe Verfahren nicht von der Anwendung bestimmter Verfahrensbedingungen bei der Partialoxadation abhängig ist. Diese kann vielmehr durchaus bei unterschiedlichen Bedingungen, z.B. hinsichtlich Druck, Temperatur, Reaktionsmedien usw., durchgeführt werden. Ebenso kann das erfindungsgemässe Verfahren selbstverständlich auch dort angewandt werden, wo hinsichtlich der Einschleusung eines Brennstoffstromes in einen Reaktionsraum ähnliche Bedingungen vorliegen wie bei der Partialoxydation. Ein Beispiel hierfür ist die einer Kokerei vorgeschaltete Kohlevorwärmung.

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Claims

-J:'- ■ 20. 9. 1976 N 4701/8h Patentansprüche :

1.) Verfahren zur Ermittlung des bei der Partialoxydation (Vergasung) von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen dem Vergaser zugeführten Brennstoff stromes, dadurch gekennzeichnet, dass der in den gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien suspendierte feinkörnige bis staubförmige feste Brennstoff unmittelbar vor dem Eintritt in den Vergaser durch eine radiometrische Dichtemessung erfasst wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den entsprechenden Zuführungsleitungen zusätzlich der Volumenstrom des zugeführten Sauerstoffes bzw. der Luft oder der mit Sauerstoff angereicherten Luft (V ) sowie der Volumenstrom des zugeführten

2
Wasser dampfe s (V ) nach dem Wirkdruckverfahren ermittelt werden, •worauf die erhaltenen Messwerte ebenso wie der bei der radiometrischen Dichtemessung des Brennstoff stromes erhaltene Wert in eine Rechenschaltung eingespeist werden, in der diese in ein Massen strom signal für die Brennstoffzufuhr (M ) gemäss der mathematischen Beziehung

^MK =

umgewandelt werden.

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