DE2659751A1 - Verfahren zur erzeugung von elektrischer energie und gas aus zu kohlenstaub aufbereiteter backender kohle - Google Patents

Verfahren zur erzeugung von elektrischer energie und gas aus zu kohlenstaub aufbereiteter backender kohle

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Description

■Dr.Ing.Ernst' Schuster 527O Gummerstach 1,den 30.11.1976
Hdhestr. 21
"Verfahren '£UtErzeugung von elektrischer Energie und Gas aus zu Kohlenstaub aufbereiteter backender Kohle"
Me Erfindung, betrifft ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie und Gas aus zu Kohlenstaub aufbereiteter backender Kohle.
Die Verknappung der Energieträger öl und Erdgas und damit verbundene kommerzielle und politische Maßnahmen führen zu einem verstärkten Einsatz des Energieträgers Kohle,einmal zur Stromerzeugung,zum anderen in absehbarer Zeit zur Erzeugung von Gasen für den Einsatz in der Chemie und Metallurgie. Gleichzeitig· sind zum Schutz der Umwelt eine Reihe von behördlichen Auflagen erlassen worden,zu denen u.d. auch die Begrenzung des Auswurfes an Schwefeldioxyd gehört. Da der Schwefelgehalt.in den Kohlen mehrere Prozent betragen kann,im Ruhrgebiet im Mittel etwa 1,1%,sind die Betreiber der Kraftwerke gezwungen,abweichend von bisherigen Kraftwerkskonzeptionen neue Technologien im Kraftwerk einzusetzen, zu entwickeln oder früher in Angriff genommene Entwicklungen fortzusetzen und zu beenden."
Die Kraftwerke der großen Stromversorgungsunternehraen sind mit ihren Blockgrößen von 600 bzw. 800 IW thermodynamisch optimiert,was ohne Zweifel zu erheblichen Brennstoffersparnissen geführt hat.Verbesserungen des Gesamtwirkungsgrades können daher nur noch in Koppelprozessen gesucht werden,wie z.B. die Verbindung von Dampfturbinen- und Gasturbinenprozessen. In der Feuerung der Gasturbine wird Gas,in der Regel
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Erdgas,mit einem go hohen Luftüberschuß verbrannt,daß dieses Abgas nach Arbeitsleistung in der Gasturbine als hochvorgevr.ärmte Verbrennungsluft in die !Feuerung des Dampferzeugers eingeführt werden kann.Allerdings muß hierbei neben der Kohle für die Feuerung des Dampferzeugers Erdgas für die Verfeuerung in der Gasturbine zugekauft werden,obwohl dieser hochwertige Energieträger nützlicher und wirkungsvoller in der Chemie und Metallurgie eingesetzt werden könnte.
Neue Technologien,mit denen sowohl der Brennstoff für den Dampferzeuger als auch für die Gasturbine aus der Kohle erzeugt v/erden kann,gewinnen daher für den Kraftwerksbetrieb immer mehr an Bedeutung.Anstrengungen zur Entwicklung solcher Technologien oder zur Weiterentwicklung vorhandener sind daher überall dort zu beobachten,wo Kohle in genügender Menge vorhanden ist.
Bei früheren Entwicklungen hat man,da nicht notwendig,nicht auf die mit z.B. den Rauchgasen des Kraftwerkes in die Atmosphäre abgeführten Schadstoffe geachtet,deren Beseitigung heute zwingend ist.Neue Technologien im Kraftwerk müssen daher nicht nur die Erzeugung der Brennstoffe,sondern auch die Beseitigung von Schadstoffen beinhalten,zumindest Isoweit, daß die zulässign Emissionswerte nicht überschritten werden.
Es sind Verfahren bekannt,bei denen die Rauchgase aus dem Kraftwerk vor Abgabe in die Atmosphäre entschwefelt werden. Da bei den meisten dieser Verfahren Gips produziert wird, kann dabei sehr leicht ein anderes Umweltproblem entstehen, nämlich die Frage der Deponierung,falls die einschlägige Industrie den erzeugten Gips eines Tages nicht mhr verwerten kann.Außerdem löst diese Technologie nur ein Problem,nämlich das der Reinigung der Rauchgase,nicht aber z.B. die Versorgung der Gasturbine.
Andere Vorschläge befassen sich mit der vollständigen Vergasung von Kohle,um nach Reinigung den Brennstoff gasförmig der Gasturbine und dem Dampferzeuger zur Verfugung zu stellen. Eine Rauchgasentschwefelung ist dann nicht mehr erforderlich.
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Diese Technologie erfüllt nicht die Forderung des Kraftwerkes nach maximaler Betriebsbereitschaft,da der Dampferzeuger nur für eine Gasfeuerung ausgelegt wird,ggf. sogar noch für einen erhöhten Feuerraumdruck.Bei einer Störung in der Gaserzeugungsanlage fällt das gesamte Kraftwerk aus.Die Kosten eines solchen Ausfalles sind ganz erheblich,so daß an meue Technologien die Forderung gestellt wird,bei Ausfall der Gaserzeugung wenigstens den Dampfturbinenteil in Betrieb zu halten.Gaserzeugung und Stromerzeugung sollen entkoppelbar sein,d.h. bei Ausfall der Gaserzeugung soll .der Dampferzeuger mit Hilfe vorrätig gehaltener schwefelarmer Kohle weiter betrieben werden.Umgekehrt kö^^'es notwendig sein,wenn auch nicht sehr wahrschein lieh,bei Ausfall des Dampfteiles die Gaserzeugungsanlage mit der nachgeschalteten Gasturbine weiter zu betreiben.
Auch dazu sind Verfahren vorgeschlagen worden,bei denen durch Teilvergasung von zu Staub gemahlener Kohle Synthesegas zur Verwertung außerhalb des Kraftwerkes und für die Gasturbine sowie ggf. für den Dampferzeuger erzeugt und der nach der Teilvergasung verbleibende Koksstaub als Brennstoff für den Dampferzeuger genutzt wird,Mit dem Grad der Teilvergasung wird dabei auch der mit dem Koksstaub in den Dampferzeuger eingebrachte. Schwefel reguliert,derart,daß z.B. durch Erhöhung des Teilvergasungsgrades eine größere Gasmenge erzeugt und der Gasüberschuß nach anschließender Reinigung im Dampferzeuger verbrannt wird,dafür aber eine entsprechend geringere Koks staubmenge.
Das Verfahren hat den Nachteil,daß zur Verwertung des Gsaes außerhalb des Kraftwerkes mit hohem Aufwand ein Synthesegas erzeugt v/erden muß,das zwar den Ansprüchen außerhalb des Kraftwerkes, liegender Verbraucher entspricht,innerhalb des Kraftwerkes in dieser hochwertigen Form jedoch nicht benötigt wird.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren aufzuzeigen,bei dem zur Erzeugung elektrischer Energie und Synthesegas aus zu Kohlenstaub aufbereiteter
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backender Kohle die Brennstoffe für die Gasturbine und den Dampferzeuger sowie das Gas für anderweitige Verwendungszwecke so erzeugt werden,wie sie den jeweiligen Ansprüchen entsprechen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie und Gas aus zu Kohlenstaub aufbereiteter, insbesondere backender Kohle vorgeschlagen,das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
a)Der auf kleiner o,1 mm aufbereitete Kohlenstaub wird nach Zwischenbunkerung oder direkt von der Zerkleinerung kommend bei einer Temperatur höher 380 0C in weniger als 6 Sekunden während der pneumatischen Förderung mit sauerstoffhaltigen Gasen,vorzugsweise mit Luft,einer Schnelloxidation unterzogen.
b)Der schnelloxidierte Kohlenstaub wird zusammen mit dem Oxidationsmittel unter ein- oder mehrmaligem Zusatz weiterer ßauerstoffträger,vorzugsweise Luft,zur Deckung des Wärmebedarfs durch Teilverbrennuiig von Kohle und/oder Gas,Teer etc. bei Temperaturen oberhalb 750 C und Behandlungszeiten kleiner 6 Sekunden in einer oder mehreren Stufen während der pneumatischen Förderung schnellentgast und/oder gegebenenfalls unter Zusatz von Wasserdampf ,zusammen mit der Kohle oder getrennt davon zugegeben, schnell teilvergast und während der Schnellentgasung und/oder -teilvergasung gleichzeitig entschwefelt.
c)Der bei der Schnellentgasung und/oder -teilvergasung entstandene Koksstaub wird heiß oder nach Abkühlung ganz oder teilweise einem Dampferzeuger zugeführt,das entstandene Ent- und/oder Teilvergasungsgas nach Abkühlung und Reinigung einer Gasturbine und/oder dem Dampferzeuger.
d)Der nicht dem Dampferzeuger zugeführte Koksstaub wird heiß oder nach Abkühlung mit sauerstoffhaltigen Gasen, vorzugsweise Sauerstoff,und gegebenenfalls durch Zusatzvon Wasserdampf in einer oder mehreren Stufen während
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der pneumatischen Förderung ganz oder teilweise schnellvergast, das hierbei erzeugte Gas,vorzugsweise Synthesegas, nach Abkühlung einer Reinigung zugeleitet und danach weiterverwertet, ein verbleibender Koksstaubrest heiß oder nach Abkühlung dem Dampferzeuger zugeführt.
Die Kohle wird-.nach, der vorliegenden Erfindung auf Korngrößen kleiner 0,2 mram,möglichst kleiner 0,1 mm,gemahlen und gleiche zeitig getrocknet.Zur Trocknung kann sowohl Rauchgas aus dem Dampferzeuger des Kraftwerkes als auch vorgewärmte Luft benutzt werden.Die Wärme zur Vorwärmung der Trocknungsluft kann nach der Erfindung aus dem heißen,bei der Ent- und Teilvergasung erzeugten Gas vor Eintritt in die Gasreinigung entnommen werden,ggf. auch aus dem heißen Koksstaub.
Nach Abtrennung der Grobanteile im gemahlenen Kohlenstaub oberhalb OyI mm - sie werden zur gleichen oder einer besonderen
, Kühle zur weiteren Aufmahlung zurückgeführt - Trennung des Staubes vom Rauchgas bezw. der Mahlluft und Zwischenbunkerung wird der so aufbereitete Kohlenstaub einem Trägermittel zu-
. geführt,das gleichzeitig das Oxidationsmittel für den Voroxidationsteil ist.Insbesondere bei der Verwendung von Luft zur Mahlung und: Trocknung der Kohle kann nach der vorliegenden Erfindung auf eine Zwischenbunkerung des Kohlenstaubes dann verzichtet werden,wenn die Mühle in der Lage ist,bei entsprechend niedrigen Luftmengen unter einem Druck zu arbeitender den Druckverlust der nachfolgenden Anlegeteile übersteigt.
Das Oxidationsmittel ist vorwiegend Luft,kann aber auch z.B. Sauerstoff,sauerstoffangereicherte Luft oder auch ein Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisch mit von 21 Vol.?i abweichendem O^-Gehalt sein.Der Trägergas- bezw. Oxidationsmittelstromm wird so hoch vorgewärmt,wie wirtschaftlich vertretbar,im allgemeinen auf Temperaturen zwischen 5000C und 7000CEs ist auch möglich,durch Zusatz einer bestimmten Gasmenge und deren Verbrennung mit dem Sauerstoff des Oxidationsmittels Temperaturen von 12000C und mehr zu erreichen.Je höher die Vorwärmtemperatur des Oxidationsmittels ist,um-so höher stellt sich die
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Mischtemperatür von Oxidationsmittel und gemahlenem Kohlenstaub ein und umso niedri ger ist die Differenz zur Erreichung der Oxidationstemperatur.
Diese Temperatur-Öifferenz iri.rd überwunden durch indirekte Aufheizung,beispielsweise mit Hilfe eines Röhrenwärmetauschers, wobei das Heismedium - Rauchgas,Dampf o.a. -durch die Rohre strömt,während das Kohlenstaub-Oxidationsmittel-Gemisch die Rohre umströmt oder umgekehrt.Die Aufheizung kann aber auch durch direkte Wärmeübertragung erfolgen,bei der die Wärme eines Heizgases,hier gleichzeitig das Oxidationsmittel, unmittelbar auf den Kohlenstaub übertragen wird. Die Höhe der Vorwärmung hängt hierbei von der Beladung ab, d.h.demKohlengewicht in kg je Noriakubikmeter Trägergas,was hier auch gleichzeitig das Oxidationsmittel ist.Bei hohen Beladungen,z.B. 2-3 kg Kohlenstaub je mJ Oxidationsmittel ist aber VorausSetzung,daß bei der Wärmeübertragung aus dem Heizgas (Oxidationsmittel) wenigstens aus eineiff/des aufzuheizenden Kohlenstaubes bereits brennbajre Bestandteile austreten, deren Wärme durch Verbrennung der weiteren Aufwärmung des Kohlenstaubes nutzbar gemacht wird.
Dem Aufheizvorgang folgt die eigentliche Oxidationsstrecke zur Übertragung des Sauerstoffes auf die Kohle.Oberhalb bestimmter Temperaturen,im allgemeinen ab 4000C,werden durch denOxidstionsvorgang Wärmemengen frei,die den Abstrahlverlust der Oxidationsstrecke übersteigen können und dann zu einer Temperaturerhöhung des Staub-Gas-Gemisches führen. Man kann diese Temperatur bis zum Eintritt in den Ent- und/ oder Teilvergasungsraum so weit ansteigen lassen,wie es die eingesetzten Materialien erlauben,z.B. 6000C.Man kann aber auch durch indirekte Kühlung - z.B. eingehängte Ileiz-bzw. Kühlflächen -oder durch Einspritzen von V/asser und damit Bildung von Wasserdampf die Oxidationstemperatür konstant halten,z.B. auf 4200C.Der bei der letzten Regulationsart gebildete Wasserdampf dient dann in der Teilvergasungsstrecke als Vergasungsmittel,der im Oxidationsmittel nach der Oxi-
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dationsstrecke noch enthaltene Sauerstoff im Entgasungsund Teilvergasungsbereich durch Verbrennung eines Teiles von Kohle und/oder Gas biw. sonstiger Produkte aus der Kohle zur Deckung der benötigten Wärme.
Nach der Voroxidation,auch als Schnelloxidation bezeichnet, wird der nun oberflächlich nicht mehr backende Kohlenstaub unmittelbar mit dem Transportgas,gleichzeitig Oxidationsmittel, und den darin enthaltenen,bei der Sehne11oxidation entstandenen Gasbestandteilen der Ent- und/oder Teilvergasung zugeführtTwobei dort noch weitere Sauerstoffträger,vorzugsweise Luft, zur Teilverbrennung von Kohlenstaub und/oder anderen Produkten aus der Kohle zur Deckung des Wärmebedarfs eingeführt wird.Der voroxidierte Kohlenstaub wird so durch direkte Wärmeüber: tragung sehr rasch mit Aufheizgeschwindigkeiten bis zu 100 000°C/min auf die Entgasungsbzw. Teilvergasungstemperatur gebracht.
Bei dem Korngemenge von 0 - 0,1 mm erreicht das mittlere Korn in weniger als einer Sekunde die Eeaktionstemperätur, wird dabei schon" sehr weit entgast und ggf. auch teilvergast. Bei der sehr schnellen Aufheizung auf Temperaturen oberhalb 75O°C zur Entgasungfoberhalb 1QoO0C zur Teilvergasung ,werden die kleineren Kornfraktionen sehr viel schneller aufgeheizt als die gröberen.Das bedeutet,daß bei einer . nach einer gewissen Zeit sich einstellenden Mischtemperatur von z.B. 9000C zuvor Fraktionen von z.B. 0 -20 My Temperaturen von 14000C und mehr erreicht haben können - sie geben ihre Wärme dann später wieder an die kälteren,gröberen Fraktionen ab - wenn durch Beilverbrennungsvorgänge mit dem eingeführten Sauerstoffträger Raumtemperaturen von z.B. I5OO 0G oder noch mehr erzeugt worden waren.Die zu Beginn der Ent- und/ oder Teilvergasungszone zusätzlich eingebrachten Sauerstoffträger haben ja die Aufgäbe,durch Teilverbrennung der Kohle und/oder eines Teiles des entstandenen Gases und/oder der sonstigen bei der Ent-oder Teilvergasung entstehenden Produkte, z.B. Teer,die geforderten Temperaturen zu erzeugen
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no
und die erforderliche- Wärme auf den aufzuheizenden Kohlenstaub zu übertragen.
Bei der Schnellentgasung und der Giämellteilvergasung - für diese Vorgänge stehen nur Sekunden zur Verfugung - wird der voroxidierte Kohlenstaub während der umwandlung zu Koksstaub und danach weitgehend entschwefelt.Im allgemeinen werden allein durch die Schnellentgasung bis zu 70 °/° des in der Kohle enthaltenen Schwefels in die Gasform,nämlich Schwefelwasserstoffyüberführt.Durch die Schnellteilvergasung kann diese Entschwefelung noch x^eiter erhöht werden. Notwendig ist dazu eine entsprechende Aufschließung des Kohlekorns auf dem Weg zum Kokskorn.Das Kokskorn sollte möglichst bis auf weniger als 3 % flüchtige Bestandteile entgast sein,weil dann die innere und äußere Oberfläche des Kokskornes um Zehnerfaktoren größer ist als die des Kohlekorns. Das Kokskorn weist sehr dünne und vielfach durchbrochene Wände auf,Bestandteile mit hoher Affinität zum Schwefel, z.B. Wasserstoff - insbesondere im Entstehungszustand können sehr leicht an diesen gelangen.Andrenseits ist zu beachten,daß der Koksstaub bei Temperaturen von 1000 C und mehr im Ent- und/oder Teilvergasungsgas möglichst nicht langer als 6 Sekunden in etwa gefördert wird,damit nicht der gerade gebildete Schwefelwasserstoff wieder zersetzt und der Schwefel erneut im Koks staub angelagert wird.!Für die Entschwefelung gibt es offenbar für jede Kohle eine optimale Temperatur,die zwischen 700 0C und 1100 0C liegt, für Ruhrgebiets-Steinkohle vorwiegend zwischen 800 0C und 950 0C.Unterhalb und oberhalb dieser Temperatur sind im Koksstaub höhere Schwefelgehalte festzustellen;bei den niedrigen Temperaturen,weil noch nicht genügend Schwefel abgebaut werden konnte,bei den höheren Temperaturen,weil sich schon wieder gewisse Ruckzersetzungsvorgange abgespielt haben.Anderenseits können sich bei Anwesenheit von Kohlenmonoxid und Wasserstoff und gleichzeitigem hohen Kohlenstoff Überschuß bei Absinken der Temperaturen im Keaktionsraum
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ΛΛ
unter ca. 1000 0C Kohlenmonoxid und Wasserstoff wieder zu festem Kohlenstoff und Wasserdampf zurückbilden. Bei einer Temperatur von ca. 1000 0C werden für eine Entgasung bis zu einem Rest von weniger als 2 % Flüchtigen im Koksstaub weniger als 2 Sekunden benötigt.Für die Teilvergasung von Steinkohlen sollten höhere Temperaturen benutzt werden, da auch die Teilvergastmg in Sekunden oder Bruchteilen davon ablaufen muß.Der Teilvergasungsvorggjig kann nach der Erfindung mehrmals wiederholt werden dadurch,daß im Reaktionsraum in Strömungsrichtung durch weitere Ztigabe von Sauerstoffträgern und ggf. auch noch von Wasserdampf an mehreren,hintereinander folgenden Stellen jeweils durch Teilverbrennungsvorgänge hoheTemperatüren,z.B. 1400 0C oder mehr erzeugt werden und die dabei entstandene Wärme vorwiegend auf die kleineren Fraktionen übertragen wird,so daß beispielsweise bei einer 4 - oder 5 -stufigen Teilvergasung nach und nach die Kornfraktionen bis z.B. 0,05 nun in weniger als 4 Sekunden nahezu vollständig vergast sind.Der Wasserdampf zur Vergasung kann nach der Erfindung,wie die Sauerstoffträger zur Teilverbrennung,mit dem Kohlenstaub bzw. Koksstaub und/ oder getrennt davon in den Reaktionsraum eingeführt werden. Zweckmäßigerweise wird dieser Dampf nach Arbeitsleistung z.B. aus einer Anzapfturbine entnommen,kann aber auch durch Wärmeübertragung vom heißen Gas und/oder Koksstaub auf V/asser erzeugt werden.
Zu beachten ist ferner der Schwefelwasserstoffgehalt des Gases, das den heißen Koksstaub transportiert.Nach der vorliegenden Erfindung setzt sich dieses Gas zusammen aus dem Oxidationsmittelstrom, der aus der Schnelloxidation kommt,aus den Verbrennungsprodukten der Sauerstoffträger,die in die Ent- und/ oder Teilvergasungszone zusätzlich eingeführt wurden sowie aus den aus der Kohle entstandenen Gase.Dieses Gemisch der Gaskomponenten sollte nicht zuviel Schwefelwasserstoff enthalten, da Untersuchungen deutlich gemacht haben,daß bei einem Anteil von größer 1 /j eine sehr deutliche RückzErsetzung des
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Schwefelwasserstoffes erfolgt.Han sollte daher HpS - Gehalte im Gas kleiner 1 Vol.']Ό ei}ihalten.Am günstigsten ist es, diesen Wert auf 0,3 Vol.% und weniger durch Gaszumischung z.B. abzusenken.Um sowohl eine ausreichende Entschwefelung als auch eine ausreichende Entgasung und/oder Teilvergasung zu gewährleisten,wird man voraussichtlich weniger als 0,5 Vol.>o HpS im Trägergas anstreben,Aufenthaltszeiten im Ent- und/oder Teilvergasungsraxim von 1 -J; Sekunden und Temperaturen von ca. 1ooo 0C,kurzzeitig auch höher.
Der bei der Schnellentgasung und/oder Schnellteilvergasung entstandene Koksstaub wird anschließend ganz oder teilweise ,ggf. nach Abkühlung,einem Dampferzeuger oder anderen Verwertungssteilen - als Reduktionsmittel in metallurgischen Anlagen,alsMagerungsmittel in Kokereien,als Aktiv-Koksstaub o.a. - zügeführt,während das Ent- und/oder Teilvergasungsgas nach Abkühlung und Reinigung dj?r Gasturbine und/oder einem·Dampferzeuger zugeleitet wird.
Für die "Verbrennung in Feuerraum der Gasturbine und des Dampferzeugers ist es nicht notwendig,ein Gas hohen Heiz- \\rertes zu erzeugen,es genügt,daß dieses Gas,ggf. nach Vorwarnung, brennfähig ist.Da das Gas vor seiner Reinigung abgekühlt werden muß,wird nach der Erfindung die Wärmemenge, die der Temperaturdifferenz von Ent- und Teilvergasungszone zur Gasreinigung entspricht,auf die Produkte rückübertragen, die innerhalb des Ent- und/oder Teilvergasungsprozesses, ggf. auch des Gasturbinenprozesses benötigt werden, z.B.Luft,Gas,Sauerstoff,Wasserdampf,Kohle o.a.
Die Eintrittstemperatur in die Gasreinigung wird bestimmt von den kondensierbaren Bestandteilen,die im Ent-und/oder Teilvergasungsgas noch enthalten sind.Insbesondere kommt es dabei auf den Teer u.a. an,der zusammen mit den nach der Abscheidung noch im Gas enthaltenen Stäuben bei zu weiter Abkühlung Schwierigkeiten in Wärmetauschern bereiten kann. Es hängt von der Art und Kenge der Teerbestandteile ab,wie hoch diese Abkühltemperatur noch sein muß.Im allgemeinen
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kann man damit rechnen,daß sie 350 °C nicht übersteigen wird, ist kein Teer vorhanden,kann sie unter 150 0C liegen.Die Abkühlung in der Gasreinigung von z.B. 35°0C auf unter 100 0G ist mit einem nicht unerheblichen Wärmeverlust verbunden. Nach der Erfindung wird daher vorgeschlagen,die Teilverbrennung von Kohle oder Gas zur Erreichung dBr erforderlichen Temperaturen bei der Ent- und/oder Teilvergasung zumindest teilweise unmittelbar in den Reaktionsraum zu verlegen, um so die mit zuerst z.B. aus der Kohle austretenden Teerbestandteile sofort aufzuspalten oder zu verbrennen und deren Wärme mit zur Deckung des Wärmebedarfes zu nutzen.Dann kann das nun teerfreie Gas vor der Gasreinigung auf weniger als 150 0C abgekühlt und diese Wärmemenge auch hier genutzt werden.
Da für die Gasturbine und den Dampferzeuger ein Gas relativ niedrigen Heizxtfertes ausreicht,genügt es,die Schnellentgasung und/oder -teilvergasung wie auch die Schnelloxidation
mit Luft,ggf. auch noch mit Wasserdampfzusatz durchzuführen. τ? - - ' "
.ine Vorwärmung des zu verbrennenden Gases nach der Gasreinigung kann nach der Erfindung durch Überführung der Wärme aus dem heißen Gas und/oder des heißen Koksstaubes erfolgen, in der Ent- und/oder Vergasungszone wird also ein Gas erzeugt, das gerade den Ansprüchen der Gasturbine und des Dampferzeugers genügt.
Kuß aus dem" Kraftwerk Gas,z.B. Synthesegas,zu anderen Verbrauchern abgeführt werden,wird ein Teil des bei der Entund/oderTeilvergasung,in der Regel mit Luft und ggf. auch noch mit Wasserdampfzusatz durchgeführt,erzeugten Koksstaubes nicht zum Dampferzeuger,sondern zu einer nachgeschalteten zweit en, besonderen Vergasungsanlage geführt, wo die Vergasxing mit Sauerstoff and/oder Wasserdampf durchgeführt wird.In diese Vergasungsanlage tritt der Koksstaub,wenn er vorher nicht abgekühlt worden war,mit der Temperatur ein,mit der er die Ent-ünd Teilvergasung verlassen hat,im allgemeinen mit über 800 .0G.Sauerstoff wie auch Wasserdampf werden auch hier vorgewärmt.Die Wärme dazu haben sie nach der Erfindung
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aus dem heißen,in der zweiten Vergasungsanlage erzeugtem Gas entnommen,ggf. auch aus einem eventuell noch verbleibenden Koksstaubrest oder auch aus den Produkten der vorgeschalteten Ent- und/oder Teilvergasung.
Auch bei der Sauerstoffvergasungsanlage wird,wie bei der Ent- und/oder Teilvergasung mit Luft,der Sauerstoffträger, hier Sauerstoff,an einer oder mehreren Stellen zugeführt, ebensffder ggf. zugeführte Wasserdampf.Damit kann auch hier durch Teilverbrennung von Koksstaub und/oder Vergasungsgas eine sehr hohe Temperatur im Reaktionsraum über eine lange Strecke aufrecht erhalten werden.Ob bei der Sauerstoffvergasung in der Sweiten Anlage eine Teilvergasung oder eine vollständige Vergasung durchgeführt wird,hängt von den betrieblichen Gegebenheiten ab.Es kann durchaus zweckmäßig sein,der Sauerstoffvergasung nur soviel Koksstaub zuzuführen, als es zur Erzeugung der aus dieser Anlage benötigten Gasmenge bei vollständiger Vergasung des Koksstaubes erforderlich ist.Dazu könnte an dieser Stelle auch eine bereits bekannte Einrichtung zur vollständigen Vergasung des Koksstaubes mit Sauerstoff eingesetzt werden.
Αία Austritt der Sauerstoffvergasung erfolgt wieder did Trennung des erzeugten Vergasungsgases vom eventuell verbliebenem Koksstaubrest.Dieser .Kolcsstaub wird der Feuerung des Dampferzeugers oder anderen Verwertungsstellen zugeführt, das Gas nach Abgabe seiner fühlbaren Wärme an die prozessbeteiligten Medien oder auch anderen gereinigt und nach eventueller weiterer Umwandlung an Verbraucher außerhalb des Kraftwerkes abgegeben.
Da bei der Sauerstoffvergasung keine kondensierbaren Bestandteile mehl- anfallen,können die Eintrittstemperaturen in die Gasreinigung unter I50 0C liegen.
Werden die rückgewinnbaren Wärmemengen aus den erzeugten Gasen und ggf. auch der Koksstäube innerhalb des Gaserzeugungsprozesses, der Voroxidation und ggf. dem Mahlkreislauf nicht vollständig benötigt,so kann der Überschuß nach der
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Erfindung im Gasturbinenprozess zur Aufwärmung von Gas und Luft und/oder im Dampferzeuger z.B. zur Speisewasservorwärmung, Dampfüberhitzung o.a.nutzbar gemacht werden.
Selbstverständlich sind die Verfahren nach der vorliegenden Erfindung auch für die Ent- und/oder Teilvergasung sowie vollständigen Vergasung nichtbackender Brennstoffe wie z.B. Braunkohle,Torf o.a. geeignet,allgemein für die Behandlung kohlenstoff- und'Sauerstoff haltiger Stoffe. Dabei kann die Voroxidation entfallen,die Zerkleinerung braucht nicht so weit getrieben zu-v/erden.Die Behandluiigstemperaturen könnten in den einem oder anderen Falle niedriger liegen,die Behandlungszeiten kürzer oder langer sein.Es können sich also Vereinfachungen ergeben,ohne daß das Prinzip der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind:
Weitgehende Entschwefelung des dem Dampferzeuger und/ oder anderen Verwendungsstellen zugeführten Koksstaubes.
Erzeugung von gereinigtem,aus der Kohle durch Schnellent- und/oder -tei!vergasung vorzugsweise mit Luft gewonnenen Gas für die Feuerung der Gasturbine und/oder des Dampferzeugers in einer Qualität,die den Anforderungen dort gerade genügt.
Erzeugung unterschiedlicher Gasarten - Entgasung,Vergasung mit Luft oder Sauerstoff ggf. mit Wasserdampf oder Wasserdampfzusatz - mit Abgabe von Gasen,z.B. Synthesegas, an Abnehmer außerhalb des Kraftwerkes durch Teivergasung oder vollständige Vergasung von heißem,besonders reaktionsfähigen Koksstaub.
Möglichkeit der Verbrennung von Koksstaub ,Gas und Gemischen von beiden im Dampferzeuger. Variabler Teilvergasungsgrad als Regulator für den Entschwefelungsvorgang als auch für die Gasanforderung in und an das Kraftwerk.
Enf.:oppelbarkeit von Gas- und Stromerzeugung bei Ausfall der Gaserzeugung durch Einsatz schwefelarmer Kohle.
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Claims (4)

  1. Dr.Ing.Ernst Schuster 5270 Gumraersbach 1 ,den 30.11.1976
    Hohectr. 21
    , 1.Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie und Gas aus zu. Kohlenstaub aufbereiteter backender Kohle, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    a)Der auf kleiner 0,1 mm aufbereitete Kohlenstaub wird nach Zwischenbunkerung oder direkt von der Zerkleinerung kommend bei einer Temperatur höher 380 0C in weniger als 6 Sekunden während der pneumatischen Förderung mit sauerstoffhaltigen Gasen,vorzugsweise Luft,einer Schnelloxidation unterzogen.
    b)Der schnelloxidierte Kohlenstaub wird zusammen mit dem Oxidationsmittel unter ein- oder mehrmaligem Zusatz weiterer Sauerstoff träger, vorzugsweise Luft ,.zur Deckung des Wärmebedarfs durch Teilverbrennung von Kohle und/oder Gas,Teer etc. bei Temperaturen oberhalb 750 0C und Behandlungszeiten kleiner 6 Sekunden in einer oder mehreren Stufen während der pneumatischen Förderung schnellentgast und/oder ggf. unter Zusatz von Wasserdampf,zusammen mit der Kohle oder getrennt davon zugegeben,schnellteilvergast und während der Schnellentgasung und/oder -teilvergasung gleichzeitig entschwefelt.
    c)Der bei der Schnellentgasung und/oder -teilvergasung entstandene Koksstaub wird heiß oder nach Abkühlung ganz oder teilweise einem Dampferzeuger zugeführt,das entstandene Ent- und/oder Teilvergasungsgas nach Ab-
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    kühlung und Reinigung einer Gasturbine und/oder dem Dampferzeuger.
    d)Der nicht dem Dampferzeuger zugeführte Koksstaub wird heiß oder nach Abkühlung mit sauerstoffhaltigen Gasen, vorzugsweise Sauerstoff,und ggf. durch Zusatz von Wasserdampf in einer oder mehreren Stufen während der pneumatischen Förderung ganz oder teilweise schnellvergast, das hierbei erzeugte Gas,vorzugsweise Synthesegas,nach Abkühlung einer Reinigung zugeleitet und danach wei"^erverwertet,ein verbleibender Koksstaubrest heiß oder nach Abkühlung dem Dampferzeuger zugeführt.
  2. 2.Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet ,
    daß die bei der Kühlung der erzeugten Gase und ggf. des Koksstaubes abgeführte Wärme ganz oder teilweise bei der Behandlung der Kohle durch Mahlung,Schnelloxidation, Sehne 11 ent gasung und Schnellt eilvergasung verirrende t wird.
  3. 3-Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet ,
    daß bei Teilverwertung der bei der Kühlung der erzeugten Gase und ggf. des Koksstaubes abgeführten Wärmen in der Mahlung, Schnelloxidation, Schnellentg-asung und Schnellteilvergasung die verbleibende Restwärme anderweitig, z.B. im Dampferzeuger oder im Gasturbinenprozeß nutzbar gemacht wird.
  4. 4.Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet ,
    daß bei Teilverwertung des erzeugten Koksstaubes im Dampferzeuger und/oder zur Vergasung der verbleibende Restkoksstaub anderen Verwendungsarten zugeführt wird, z.B. als Magerungsmittel in Kokereien,als Sinterbrennstoff in Sinteranlagen,als Stückkoksersatz im Hochofen, als Reduktionsmittel in sonstigen Anlagen,als Aktiv-Koksstaub als Ersatz für Aktivkohle z.B.zur Absorption von Schadgasen usw.
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