DE2710154C2

DE2710154C2 - Unter Druck und hoher Temperatur arbeitender Gaserzeuger

Info

Publication number: DE2710154C2
Application number: DE2710154A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Danguillier; Paul Dipl.-Phys. Dr. 4630 Bochum Gernhardt; Wolfgang Dipl.-Phys. 4690 Herne Grams; Siegfried 4630 Bochum Pohl
Original assignee: Dr C Otto & Comp 4630 Bochum De GmbH
Current assignee: Dr C Otto & Comp 4630 Bochum De GmbH
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1977-03-09
Publication date: 1982-09-23
Also published as: GB1594051A; JPS53110605A; CA1087513A; US4157244A; IN148264B; ZA781397B; DE2710154A1; BR7801408A

Description

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Gegenstand der Erfindung ist ein Gaserzeuger, der unter Druck und hoher Temperatur arbeitet, bei dem sich an die mit Kühlrohren verkleideten Vergasungsund Nachvergasungszonen des Schachtes nach oben eine Kühlzone anschließt in deren Wandung Zuführungen für ein Kühlgas, wie rückgeführtes Produktgas, 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 Schlakkenbades 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, vermischt 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 Mißstände 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 Gaseinfühnmg im Bereich der Kühlzone erreicht wird.

Gemäß der Erfindung sind bei einem als senkrechter Schacht ausgebildeten Gaserzeuger, der unter Druck und hoher Temperatur arbeitet, bei dem sich an die mit Kühlrohren verkleideten Vergasungs- und Nachvergasungszonen des Schachtes nach oben eine Kühlzone anschließt, in deren Wandung Zuführungen für ein Kühlgas, wie rückgeführtes Produktgas, vorgesehen sind, unterhalb von tangentialen Kühlgaszuführungen ebenfalls vom Kühlgas beaufschlagte Treibstrahldüsen angeordnet, die nach oben gerichtet sind und mit der Waagerechten einen Winkel zwischen 10 und 60°, vorzugsweise 45°, bilden. Mittels des durch diese Treibstrahldüsen eingeführten Teilstromes der Kühlgase erfolgt eine Einschnürung des aus der Nachvergasungszone aufsteigenden, staubbeladenen Primärgasstromes zur Achse des Vergasers hin.

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

Die Treibstrahldüsen können an der Innenwand eines Ringkanals 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. An sich ist das Einführen von Kühlgasen, wie Inertgas, CO₂ bzw. rückgeführtes Produktgas, in den Produktgasstrom oberhalb von Vergaserteilen, die mit Wasser gekühlt sind, grundsätzlich bekannt

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 Gassirahls ein starker Verlust an Geschwindigkeit erfolgen. Im Bereich 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 Tieibstrahlen bewirken eine Einschnürung des aufsteigenden heißen und staubbeiadenen Prir^ärgases 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 dariiberliegenden tangentialen Düsen erheblich geringer zu halten. Man kann pro Zeiteinheit die eingeführte Kühlgasmenge und den Querschnitt der hier eingebauten tangentiaren Düsen so bemessen, daß sich nur noch eine Austrittsgeschwindigkeit von 1 bis 8 m/sec ergibt. Eine 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

Fig. 1 die Ansicht eines Hochtemperatur-Kohlevergasers,

Fig.2 in größerem Maßstab einen Achsschnitt durch den Bereich der Kühlzone und das obere Ende der Nachvergasungszone,

Fig.3 in größerem Maßstab einen Ausschnitt aus F i g. 2,

Fig.4 einen waagerechten Schnitt durch die Kühlzone entsprechend der Schnittlinie IV-IV.
ίο Fig. 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 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 6 sind diese umschlossen von einem ringförmigen Kanal 12, an den der Eintrittsstutzen 11 für das Treibgas angeschlossen ist. Das Gas gelangt durch Düsen 3, die in die Stege 9 eingeschweißt sind, in den Reaktionsraum.

Oberhalb des mit Kühlrohren 8 ausgekleideten Stnhlungskessels ist der Druckmantel 7 durch eine feuerfeste Auskleidung 10 geschützt.
Während also das schräg aufwärts durch die Düsen 3 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gaserzeuger, der unter Druck und hoher Temperatur arbeitet, bei dem sich an die mit Kühlrohren verkleideten Vergasungs- und Nachvergasungszonen des Schachtes nach oben eine Kühlzone anschließt, in deren Wandung Zuführungen für ein Kühlgas, wie rückgeführtes Produktgas, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb von tangentialen Kühlgaszuführungen (2) ebenfalls vom Kühlgas beaufschlagte Treibstrahldüsen (3) angeordnet sind, die nach oben gerichtet sind und mit der Waagerechten einen Winkel zwischen 10 und 60°, vorzugsweise von 45°, bilden.

2. Gaserzeuger nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstrahldüsen (3) über mehrere Ebenen verteilt und in waagerechter Richtung gegeneinander versetzt sind.

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

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

5. Gaserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstrahldüsen (3) Röhrchen mit einer lichten Weite von 4 bis 10 mm sind.

6. Gaser: 2uger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tr^bstrahldüse (3) eine ringförmige Schlitzdüse ist.

7. Gaserzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzdüse in einzelne Abschnitte aufgeteilt ist.

8. Verfahren zum Betrieb eines Gaserzeugers nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsgeschwindigkeit des Kühlgases aus den Treibstrahldüsen (3) zwischen 10 und 160 m/sec liegt

9. Verfahren zum Betrieb eines Gaserzeugers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den tangentialen Kühlgaszuführungen (2) das Kühlgas eine Austrittsgeschwindigkeit von 1 bis 8 m/sec hat.