DE2710154A1

DE2710154A1 - Unter druck und hoher temperatur arbeitender gaserzeuger

Info

Publication number: DE2710154A1
Application number: DE19772710154
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Danguillier; Paul Dipl Phys Dr Gernhardt; Wolfgang Dipl Phys Grams; Siegfried Pohl
Original assignee: Dr C Otto and Co GmbH; Saarbergwerke AG
Current assignee: Dr C Otto and Co GmbH; Saarbergwerke AG
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1977-03-09
Publication date: 1978-09-14
Also published as: US4157244A; GB1594051A; DE2710154C2; IN148264B; JPS53110605A; CA1087513A; ZA781397B; BR7801408A

Description

Unter Druck und hoher Temperatur
arbeitender Gaserzeuger

Gegenstand der Erfindung ist ein als senkrechter Schacht ausgebildeter, unter Druck und hoher Temperatur arbeitender Gaserzeuger, bei dem sich an die mit Kühlrohren verkleideten Vergasungs- und Nachvergasungszonen nach oben eine Kühlzone anschließt, in deren Wandung Einrichtungen zur tangentialen Einführung eines Kühlgases vorgesehen sind.

Gaserzeuger dieser Art werden gewöhnlich bei Temperaturen betrieben, bei denen die Schlacke flüssig anfällt. Die den Boden des Schachtes bedeckende flüssige Schlacke, die durch einen zentralen Überlauf in dem Maße, in dem sie sich bildet, abläuft, wird durch tangentiale Anordnung der Düsen zur Einführung des Brennstoffes und der Vergasungsmittel in einer kreisenden Bewegung gehalten. Das Schlackenbad bildet ein Hitzeschild und läßt sehr hohe Flammentemperaturen zu. Die starke Turbulenz in der rotierenden Feststoff-Gasphase oberhalb des strahlenden Sohlackenbades bewirkt einen schnellen Austausch des an den Festteilchen haftenden Gasfilms und beschleunigt in Verbindung mit den hohen Temperaturen den Reaktionsablauf. Das aufsteigende, sehr heiße Gas führt noch in erheblicher Menge mineralische Bestandteile der eingesetzten Brennstoffe in teigigem oder schmelzflüssigem Zustand mit sich. Die Nachvergasungszone, durch die das Gas zunächst strömt, ist noch mit Kühlrohren verkleidet. In der sich anschließenden Kühlzone wird kaltes Gas, als welches auch gekühltes und gereinigtes Produktionsgas dienen kann, tangential mit Geschwindigkeiten zwischen 20 und 40 m/sec. eingeführt. Das Kühlgas unterliegt dabei der Zentrifugalbeschleunigung und der Erdbeschleunigung} es bewegt sich längs der Behälterwand auf Spiralbahnen nach unten, ver-

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mischt sich dabei mit dem aufsteigenden, heißen Primärgas und verringert seine Dichte durch Wärmetausch. Wenn sich seine Dichte hinreichend verringert hat, wird es von dem Primärgas, das entsprechend abgekühlt ist, mitgenommen.

Es treten hierbei zwei Hißstände auf. Die hohe Tangentialgeschwindigkeit, mit der das Kühlgas eingebracht wird, um eine genügende Durchmischung mit dem Primärgas zu erreichen, führt infolge des Umstandes, daß in den Strom des Kaltgases Staubteilchen des Primärgases eindringen, dazu, daß diese Staubteilchen Erosionen an der Behälterwand hervorrufen.

Auf der anderen Seite kann sich bei der allmählichen Verringerung der Tangentialgeschwindigkeit des Kühlgases während des Herabsinkens eine Randgängigkeit des von unten aufsteigenden heißen Primärgases ergeben. Dabei kann es zu Anbackungen der erstarrenden, vom Primärgas mitgeführten mineralischen Bestandteile an der Wand des Behälters kommen.

Derartige Erscheinungen zu vermeiden, ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, das durch eine besondere Ausgestaltung der Gaseinführung im Bereich der Kühlzone erreicht wird.

Gemäß der Erfindung sind bei einem als senkrechter Schacht ausgebildeten Gaserzeuger mit tangentialer Einführung eines Kühlgases oberhalb der Vergasungs- und Nachvergasungszone unterhalb solcher tangentialer Kühlgaszuführungen Treibstrahldüsen in solcher Weise angeordnet, daß mittels des durch diese Treibstrahldüsen eingeführten Teilstromes der Kühlgase eine Einschnürung des aus der Nachvergasungszone aufsteigenden staubbeladenen heißen Primärgasstromes zur Achse des Vergasers hin erfolgt.

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Die Treibstrahldüsen sind nach oben gerichtet und bilden mit der Waagerechten einen Winkel zwischen 10 und 60°, vorzugsweise liegt dieser Winkel bei etwa 45°.

Die Treibstrahldüsen können über mehrere Ebenen verteilt und in waagerechter Richtung gegeneinander versetzt sein.

Die Treibstrahldüsen können an der Innenwand eines Hingkanals angeordnet sein, der die die Nachvergasungszone noch umgebenden Kühlrohre umschließt. Sie können in die die Kühlrohre verbindenden Stege eingeschweißt sein.

Statt einzelner Treibstrahldüsen kann auch eine ringförmige Schlitzdüse Verwendung finden, die gegebenenfalls in einzelne Abschnitte aufgeteilt ist.

Als Kühlgas, das auch den Treibstrahldüsen zugeführt wird, kann rückgeführtes, gereinigtes und gekühltes Produktionsgas dienen.

Als Treibstrahldüsen können Röhrchen mit einer lichten Weite von 4· bis 10 mm dienen. Die in der Zeiteinheit durch die Treibstrahldüsen zugeführte Kühlgasmenge und deren Querschnitt können so bemessen werden, daß die Austrittsgeschwindigkeit aus den Treibstrahldüsen zwischen 10 und 160 m/sec. liegt. Durch Impulsaustausch zwischen den Treibstrahlen und der umgebenden Gasmasse kann dennoch längs der Achse des einzelnen Gasstrahles ein starker Verlust an Geschwindigkeit erfolgen. Im Bereioh des jeweils gegenüberliegenden Teiles der Behälterwand wird daher nur noch eine geringe Radialkomponente der Geschwindigkeit des Treibstrahles erhalten bleiben; es ist daher nicht zu befürchten, daß mitgerissene Feststoffteilchen hier Erosionen verursachen.

Die Treibstrahlen bewirken eine Einschnürung des aufstei-

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genden heißen und staubbeladenen Primärgases zur Achse des Vergasers hin. Die Randgängigkeit wird hierdurch beseitigt. Durch den Einbau der Treibstrahldüsen ist man in der Lage, die Austrittsgeschwindigkeit des Kühlgases aus den darüberliegenden tangentialen Düsen erheblich geringer zu halten. Man kann pro Zeiteinheit die eingeführte Kühlgasmenge und den Querschnitt der hier eingebauten tangentialen Düsen so bemessen, daß sich nur noch eine Austrittsgeschwindigkeit von 1 bis 8 m/sec. ergibt. Sine Erosion durch mitgerissene Feststoffteilchen ist in diesem Bereich dann nicht zu erwarten.

Beispielhaft sind Einzelheiten eines gemäß der Erfindung ausgestatteten und betriebenen Gaserzeugers auf den anliegenden Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigt:

Figur 1 die Ansicht eines Hochtemperatur-Kohlevergasers,

Figur 2 in größerem Haßstab einen Achsschnitt durch den Bereich der Kühlzone und das obere Ende der Nachvergasungszone,

Figur 3 in größerem Maßstab einen Ausschnitt aus Figur 2,

Figur 4· einen waagerechten Schnitt durch die Kühlzone entsprechend der Schnittlinie IV-IV.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung des Gaserzeugers. Bei 4· befindet sich die Vergasungszone, bei 5 die Nachvergasungszone und bei 6 beginnt die Kühlzone. Im Bereich unterhalb der Kühlzone ist der metallische Druckmantel 7 durch Kühlrohre 8 geschützt. Die Kühlrohre 8 sind durch Stege 9 miteinander verbunden. Der von den Kühlrohren umschlossene Strahlungskessel endet am Beginn

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der Kühlzone· 14 ist die Sammelleitung für das Kühlwasser des Strahlungskessels.

In der Kühlzone wird das Kühlgas durch die tangential angeordneten Kühlgasdüsen 2 eingeleitet.

Am oberen Ende der Kühlrohre 8 sind diese umschlossen von einem ringförmigen Kanal 12, an den der Eintrittsstutzen 11 für das Treibgas angeschlossen ist. Bas Gas gelangt durch Düsen 31 die in die Stege 9 eingeschweißt sind, in den Reaktionsraum.

Oberhalb des mit Kühlrohren 8 ausgekleideten Strahlungskessels ist der Druckmantel 7 durch eine feuerfeste Auskleidung 10 geschützt.

Während also das schräg aufwärts durch die Düsen J eingeführte Kühlgas mit großer Geschwindigkeit austritt, kann das durch die tangential angeordneten Düsen 2 zugeführte Kühlgas mit erheblich geringerer Geschwindigkeit eingeführt werden.

Durch die neue Anordnung wird die Gefahr von Erosionen an der Behälterwand durch die vom Primärgas mitgeführten Staubteilchen weitgehend herabgesetzt.

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L e e r s e it

Claims

Radi, Finkener, Emesti Patentanwälte Br. C. Otto & Comp. Heinrich-Köne-siraß« 12 Gesellschaft mit beschränkter Bochum Haftung fampmha WMi 477t//tt 4630 Saarbergwerke Aktiengesellschaft 6600 Saarbrücken 5/77 WPR/DE Patentansprüche

1. Als senkrechter Schacht ausgebildeter, unter Druck und hoher Temperatur arbeitender Gaserzeuger, bei dem sich an die mit Kuhlrohren verkleideten Vergasungs- und Nachentgasungszonen nach oben eine Kuhlzone anschließt, in deren Wandung Einrichtungen zur tangentialen Einführung eines Kühlgases vorgesehen sind, dadurch gekennzei chnet , daß unterhalb tangentialer Kühlgaszuführungen (2) Treibstrahldüsen (3) derart angeordnet sind, daß mittels des durch diese eingeführten Teil-"¹O stromes der Kühlgase eine Einschnürung des aus der Nachentgasungszone (4) aufsteigenden staubbeladenen heißen Primärgasstromes zur Achse des Vergasers hin erfolgt.

2. Gaserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstrahldüsen (3) nach oben gerichtet sind und mit der Waagerechten einen Winkel zwischen 10 und 60° bilden.

3. Gaserzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstrahldüsen (3) mit der Waagerechten einen Winkel von etwa 45° bilden.

4. Gaserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstrahldüsen (3) über mehrere Ebenen verteilt und in waagerechter Richtung gegeneinander versetzt sind.

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5. Gaserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstrahldüsen (3) an der Innenwand eines Ringkanals (12) angeordnet sind, der die Kühlrohre (8) umschließt.

6. Gaserzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstrahldüsen (3) in die Kühlrohre (8) verbindende Stege (9) eingeschweißt sind.

7. Gaserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibstrahldüsen Röhrchen mit einer lichten Veite von 4 bis 10 mm dienen.

8. Gaserzeuger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ringförmige, gegebenenfalls in einzelne Abschnitte aufgeteilte Schlitzdüse.

9· Verfahren zum Betrieb eines Gaserzeugers nach den An-Sprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß rückgeführ tes, gereinigtes und gekühltes Produktionsgas als Kühlgas dient.

10. Verfahren zum Betrieb eines Gaserzeugers nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Zeiteinheit durch die Treibstrahldüsen zugeführte Kühlgasmenge und der Querschnitt der Düsen so bemessen werden, daß sich eine Austrittegeschwindigkeit zwischen 10 und 160 m/sec. ergibt.

11. Verfahren zum Betrieb eines Gaserzeugers nach den An-Sprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Zeiteinheit durch die tangential beaufschlagten Düsen der Kühlzone zugeführte Kühlgasmenge und der Querschnitt der tangential beaufschlagten Düsen so bemessen werden, daß sich eine Austrittsgeschwindigkeit von 1 bis 8 m/sec. ergibt.

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