DE2742505A1 - Verfahren und reaktor zur teilverbrennung pulverisierter kohle - Google Patents

Verfahren und reaktor zur teilverbrennung pulverisierter kohle

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Description

Verfahren und Reaktor zur Teilverbrennung pulverisierter Kohle
Priorität: 23. September 1976, Nr. 761o56o, Niederlande
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Teilverbrennung pulverisierter Kohle, indem letztere über einen Brenner zusammen mit Sauerstoff in einei Vergasungsreaktor eingeleitet wird. Eine derartige Pei!verbrennung findet in einem (luft)leeren, mit feuerfestem Futter ausgekleideten Vergasungsreaktor statt, in dem die Reaktionskomponenten unter Bildung von Kohlenmonoxid und - teilweise, sofern auch Wasserdampf eingeleitet wird, Wasserstoff in einer Flamme eine Reaktion eingehen. Die Verweilzeit der Reaktionskomponenten im Reaktor ist relativ kurz.
Im Verfahren nach Art der Erfindung können alle möglichen in
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feinteiliger Form vorliegenden festen Brennstoffe, wie Magerkohle, Braunkohle, pulverisiertes Holz, Bitumen, Ruß etc., teilverbrannt werden. Die Bezeichnung "pulverisierte Kohle" umfaßt in der vorliegenden Beschreibung alle in feinteiliger Form vorliegenden festen Brennstoffe. Die Verbrennung läuft mit Sauerstoff, Luft oder Luft/Sauerstoffgemischen, gegebenenfalls mit Wasserdampf gemischt, ab. Wasserdampf kann auch unter Umgehung des Brenners zugeführt werden. In der vorliegenden Beschreibung umfaßt die Bezeichnung "Sauerstoff" all diese Mischungen.
Ein Kohlevergasungsverfahren ist bereits in einem technisch/ wirtschaftlichen Maßstab in der Praxis realisiert worden, wobei die pulverisierte Kohle auf mechanische Art - mit einer Förderschnecke - zum Brenner transportiert und im Brenner mit Sauerstoff gemischt wird. Dieses Verfahren läuft unter atmosphärischem Druck ab. Zur Erreichung einer stabilen Flamme und zur Verhinderung örtlicher Überhitzung im Vergasungsreaktor wurden ebenso wie zur Erreichung einer möglichst vollständigen Vergasung Maßnahmen ergriffen, um die Kohleteilchen möglichst vollkommen mit Sauerstoff zu vermischen, bevor die Mischung den Brenner verläßt. Das bedeutet, daß der Brenner eine große Länge hat, z.B. mehr als einen Meter mißt.
Man fand jetzt heraus, daß die Kontrollierbarkeit dieses bekannten Verfahrens einiges, was wünschenswert ist, offen läßt. Darüber hinaus ist das Verfahren weniger zur Hochdruckvergasung geeignet, da die langen Brenner die Gefahr einer Detonation zur Folge haben, d.h., daß der Brennstoff und der Sauerstoff bereits
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eine (Explosions-)Reaktion im Brenner eingehen. Des weiteren ist bei hohem Druck die Stabilität der Flamme häufig sehr viel kritischer.
Die Erfindung eröffnet einen neuen Weg, pulverisierte Kohle dem Reaktor zuzuführen.
Gemäß der Erfindung wird die pulverisierte Kohle zu diesem Zweck dem Brenner in einem Trägergas verteilt bzw. dispergiert zugeführt, und der Sauerstoff wird im Brenner in den Strom der pulverisierten Kohle injiziert. Hierdurch wird die pulverisierte Kohle stromaufwärts vor dem Brenner und vor der oder den Stelle(η), an der (denen) Sauerstoff injiziert v/ird, im Trägergas dispergiert. Das Trägergas, in dem die pulverisierte Kohle dispergiert wird, sollte - wenn überhaupt - wenig Sauerstoff enthalten und muß auch in anderen Hinsichten gegenüber dem Kohlenstoff inert sein. Es kann beispielsweise aus Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf, im Kreislauf geführtem Produktgas oder aus einer Mischung dieser Gase bestehen.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß der Sauerstoff nicht mit einem Feststoffkörper, sondern mit einem Fluid gemischt wird und dieses Mischen in einer wesentlich wirkungsvolleren und kontrollierbareren Art durchgeführt wird.
Vorzugsweise wird gemäß der Erfindung zumindest ein Teil des Sauerstoffs in den pulverisierten Kohlestrom in Form separater Strahlströme aus separaten Düsen injiziert. Die separaten Strahl-
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ströme haben den Vorteil, daß ein hohes Maß an Sauerstoffdurchdringung im pulverisierten Kohlestrom möglich ist, so daß eine schnelle und vollständige Mischung stattfindet. Auch findet die vollständige Mischung rasch statt, da eine Anzahl von Strahlströmen benutzt wird. Dies ist deshalb von Bedeutung, da die Zeit, die zwischen dem Injizieren des Sauerstoffs und dem Eintritt der Mischung in den Vergasungsreaktor vergeht, so kurz wie möglich sein nuß. Vorzugsweise werden die Düsen immer paarweise verwendet und an diametral gegenüberliegenden Stellen des Brenners angeordnet, um die Vermischung so weit wie möglich zu verbessern.
Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, zumindest einen Teil des Sauerstoffs in Form einer dünnen schichtförmigen Strömung oder einer laminaren Grenzschicht, oder einer laminaren Strömung oder Strömungsschicht, die von einem ringförmigen Schlitz einen ringförmigen Querschnitt hat, in den pulverisierten Kohlestrom zu injizieren. Auf diese Art wird der Sauerstoff dem pulverisierten Kohlestrom in einer Weise zugeführt, bei der die Geschwindigkeit des pulverisierten Kohlestroms beträchtlich erhöht werden kann. Diese Art der Sauerstoffzuführung ist folglich hervorragend geeignet, mit der vorgenannten Einführungsform kombiniert zu werden, d.h., daß ein Teil des Sauerstoffs in separaten Strahlströ-ΐαεη in den pulverisierten Kohlestrom injiziert wird und ein Teil als eine geschlossene laminare Grenzschicht.
Entsprechend einer Ausfuhrungsform der Erfindung wird mindestens ein Teil des Sauerstoffs unter einem Winkel von 10° bis 60° in den pulverisierten Kohlestrom injiziert. Zusätzlich zum Vermischen
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bewirkt dies eine Beschleunigung des pulverisierten Kohlestroms.
Vorzugsweise wird auch mindestens ein Teil des Sauerstoffs unter einem Winkel von 60 bis 90 in den pulverisierten Kohlestrom
injiziert. Dies bewirkt insbesondere eine gute Durchdringung des Sauerstoffs im pulverisierten Kohlestrom.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird ein Teil des Sauerstoffs unter einem Winkel von 10° bis 60 strömungsaufwärts vor dem Rest des Sauerstoffs in den pulverisierten Kohlestrom geblasen, wobei der Rest dann unter einem Winkel von 60 bis 90 in den pulverisierten Kohlestrom injiziert wird.
Auf diese Art wird mit dem pulverisierten Kohlestrom beides erreicht, nämlich eine ausreichende Beschleunigung und eine Vermischung mit Sauerstoff, v/ährend darüber hinaus die Möglichkeit geschaffen wird, die Versorgung des Vergasungsreaktors mit pulverisierter Kohle ohne Änderung des gesamten Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnisses im Brenner selbst zu steuern.
Entsprechend der Erfindung ist die Geschwindigkeit, mit der
der Sauerstoff in den pulverisierten Kohlestrom injiziert wird, vorzugsweise mindestens fünfmal so groß wie die Geschwindigkeit des pulverisierten Kohlestroms vor dieser Injektion. Dies bewirkt sowohl eine vollständige Vermischung als auch eine ausreichende Beschleunigung des pulverisierten Kohlestroms während der Vermischung mit Sauerstoff, was wesentlich für die Detonationsverhinderung ist. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck ent-
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sprechend der Erfindung die Geschwindigkeit des pulverisierten Kohlestroms durch die Injektion oder Einblasung des Sauerstoffs mindestens verdoppelt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden, wenn die Dichte des pulverisierten Kohlestroms vor der Injektion des Sauerstoffs weniger als 500 kg/m beträgt, gute Ergebnisse erzielt. Bei solchen Dichten kann genügend Sauerstoff zugegeben werden, um die Geschwindigkeit des pulverisierten Kohlestroms zu beeinflussen. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die Geschwindigkeit des pulverisierten Kohlestroms - auch vor der Injektion von Sauerstoff - bis zu einem bestimmten Maße durch eine notwendige Beschränkung der Quantität des Trägergases begrenzt ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung, in der der Druck im Vergasungsreaktor mindestens 10 bar beträgt, ist die Geschwindigkeit des pulverisierten Kohlestroms nach der Injektion des Sauerstoffs mindestens 30 m/s. In diesem Fall kann sich keine Detonation im Brenner ereignen.
Während der Teilverbrennung wird, im allgemeinen ein bestimmtes Brennstoff/Sauerstoff-Verhältnis aufrechterhalten, um eine stabile Flamme, eine bestimmte Temperaturverteilung im Reaktor und eine konstante Produktzusammensetzung zu erhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren erreicht einen maximalen Wirkungsgrad, wenn 0,5 bis 2,0 kg Sauerstoff pro kg Kohlenstoff injiziert werden. Ks ist dann beispielsweise möglich, ein bestimmtes Sauerstoff/ Kohlenstoff-Verhältnis zu wählen, das während des Zurückfahrens
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beibehalten wird. Nichtsdestoweniger ist es entsprechend der Erfindung unter diesen und ähnlichen Bedingungen möglich, einen bestimmten Freiheitsgrad an Kontrolle beizubehalten, da die Möglichkeit besteht, den Sauerstoff auf mehreren Wegen oder Arten gleichzeitig in den pulverisierten Kohlestrom zu injizieren, während die Sauerstoffmenge, die auf diesen mehreren Wegen oder Arten injiziert wird, verändert werden kann.
So wird in der oben angeführten Ausführungsform, in der ein Teil des Sauerstoffs in einem Winkel von 10 bis 60 und der Rest des Sauerstoffs in einem Winkel von 60 bis 90° injiziert werden, vorzugsweise mehr/weniger Sauerstoff in einem Winkel von 10 bis 60 eingeblasen, wenn mehr/weniger Kohlenstoff mit dem pulverisierten Kohlestrom zugeführt wird. Auf diese Weise wird die Kontrollierbarkeit des Vergasungsverfahrens vergrößert.
Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Vergasungsreaktor zur Teilverbrennung pulverisierter Kohle, der einen Reaktor mit wenigstens einem Austritt für das Produktgas und einen Brenner für die Zuführung pulverisierter Kohle und Sauerstoff umfaßt, der in die Reaktorwand eingebaut ist. Entsprechend der Erfindung umfaßt der Brenner eine Versorgungsleitung für einen Strom pulverisierter Kohle, die in einem Trägergas dispergiert ist, sowie eine Einrichtung zum Injizieren von Sauerstoff in den Strom der pulverisierten Kohle im Brenner. Vorzugsweise besteht die Einrichtung zum Injizieren aus einer Anzahl .von Düsen zum Injizieren separater Sauerstoffstrahlströme in den Strom der pulverisierten Kohle.
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Vorzugsweise sind mindestens einige dieser Düsen unter einem Winkel von 10° bis 60° zur Brennerachse angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können wenigstens einige der Düsen unter einem Winkel von 60° bis 90° zur Brennerachse angeordnet sein.
Sofern Düsen beider Winkelbereiche angewandt werden, werden solche mit Winkeln zwischen 10 und 60 vorzugsweise strömungsaufwärts von den Düsen mit Winkeln zwischen 60° und 90° angeordnet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung noch näher erläutert, die schematisch einen Brenner mit dazugehöriger peripherer Einrichung darstellt, wie sie zur Verfahrensdurchführung entsprechend der Erfindung geeignet ist.
Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt entlang der Achse einer Versorgungsleitung 1 zur Zuführung einer Dispersion pulverisierter Xohle in einem inerten Trägergas zu einem Brennerrohr 2, das sich durch eine feuerfeste Wand 3 in einem Vergasungsreaktor, der sich in der Zeichnung rechts von der Wand 3 befindet, erstreckt. An der Stirnseite des Brennerrohres 2 ist eine Brennermündung 4, die mit einem Kühlwassersystem 5 versehen ist, das mit den Zufluß- und Rückflußleitungen 6 und 7 über die Leitungsanordnungen 6* und T verbunden ist.
In das Brennerrohr 2 münden eine Anzahl von SauerstoffZuleitungen 8 unter einem Winkel von etwa 30° über die Düsen 81, die auf
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einem Kreis einer senkrecht zur Achse des Brennerrohres 2 stehenden Fläche gruppenweise angeordnet sind. Die Leitungen 8
werden über eine (Ring)-Leitung 9 versorgt, die über eine Leitung 10 und ein regulierbares Ventil 11 mit der Hauptsauerstoffleitung 12 verbunden ist.
In ähnlicher Art mündet strömungsabwärts von den Leitungen 8
eine Anzahl von SauerstoffZuleitungen 13 über die Düsen 131 in uas Brennerrohr 2. Die Leitungen 13 münden unter einem Winkel
von 90 in das Brennerrohr 2 und sind mit einer (Ring)-Leitung 14 verbunden, die über die Leitung 15 und ein regulierbares Ventil 16 mit der Hauptsauerstoffleitung 12 verbunden ist.
Die Einstellung der Ventile 11 und 16 und des Drucks in der
Hauptsauerstoffleitung 12 ist in Abhängigkeit von der pulverisierten Kohlemenge, die über die Versorgungsleitung 1 zugeführt wird,und der gewünschten Zusammensetzung des erzeugten Gases
im Vergasungsreaktor 3 regulierbar. Folglich wird die Dispersion der pulverisierten Kohle im neutralen Trägergas mit einer bestimmten Menge Sauerstoff aus den Leitungen 8 und 13 vermischt und gleichzeitig über die Geschwindigkeit hinaus beschleunigt, die im Brennerrohr 2 mindestens erforderlich ist.
- Patentansprüche -
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eerseite

Claims (17)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Teilverbrennung pulverisierter Kohle, bei dem die pulverisierte Kohle zusammen mit Sauerstoff über einen Brenner in einen Vergasungsreaktor eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet , daß die pulverisierte Kohle dem Brenner in einem Trägergas verteilt bzw. dispergiert zugeführt wird und der Sauerstoff im Brenner in den pulverisierten Kohlestrom injiziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Sauerstoffs in Form separater Strahlströme aus separaten Löchern in den pulverisierten Kohlestrom injiziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Sauerstoffs in Form einer dünnen schichtförmigen Strömung oder einer laminaren Grenzschicht, oder einer laminaren Strömung oder Strömungsschicht, die jeweils einen ringförmigen Querschnitt von einem ringförmigen Schlitz hat, in den pulverisierten Kohlestrom injiziert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Sauerstoffs unter einem Winkel von 10° bis 60° in den pulverisierten Kohlestrom injiziert wird.
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ORIGINAL INSPECTED
5. Verfahren nach Anspruch 1,2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Sauerstoffs unter einem Winkel von 60 bis 90° in den pulverisierten Kohlestrom injiziert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Sauerstoffs unter einem Winkel von 10 bis 60 strömungsaufwärts vom Rest-Sauerstoff in den pulverisierten Kohlestrom injiziert wird und daß der Rest dann unter einem Winkel von 60° bis 90° in den pulverisierten Kohlestrom injiziert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschv/indigkeit, mit welcher der Sauerstoff in den pulverisierten Kohlestrom injiziert wird, mindestens fünfmal so groß ist wie die Geschwindigkeit des pulverisierten Kohlestroms unmittelbar vor der Injektion.
S. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des pulverisierten Kohlestroms durch das Injizieren des Sauerstoffs mindestens verdoppelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des pulverisierten Kohlestroms vor dem Einblasen des Sauerstoffs weniger als 500 kg/m beträgt.
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27A2505
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Vergasungsreaktor mindestens 10 bar und die Geschwindigkeit des pulverisierten Kohlestroms nach dem Einblasen des Sauerstoffs mindestens 30 m/s beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß 0,5 bis 2,0 kg Sauerstoff pro kg Kohlenstoff injiziert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehr/weniger Sauerstoff in einem Winkel von 10° bis 60 in den pulverisierten Kohlestrom eingeblasen wird, sofern mehr/weniger Kohlenstoff mit dem pulverisierten Kohlestrom zugeführt wird.
13. Vergasungsreaktor zur Teilverbrennung pulverisierter Kohle, bei dem der Vergasungsreaktor einen Reaktor mit mindestens einem Austritt für das erzeugte Gas umfaßt und in die Reaktorwand ein Brenner für die Zuleitung der pulverisierten Kohle und des Sauerstoffs eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner eine Versorgungsleitung (1) zur Zuführung des in einem Gas fluidjsierten pulverisierten Kohlestroms so wie eine Einrichtung (81, 13') zum Injizieren des Sauerstoffs in den pulverisierten Kohlestrom im Brenner umfaßt.
14. Vergasungsreaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Injizieren aus einer Anzahl Düsen (81, 13') zum Injizieren separater Sauerstoffströme in den Strom pulverisierter Kohle besteht.
P U H!M;)/0(17!i
15. Vergasungsreaktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Düsen (81) unter einem Winkel von 10 bis 60° zur Brennerachse angeordnet sind.
16. Vergasungsreaktor nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Düsen (131) unter einem Winkel von 60 bis 90 zur Brennerachse angeordnet sind.
17. Vergasungsreaktor nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (8'), die unter einem Winkel von 10° bis 60° angeordnet sind, strömungsaufwärts von den Düsen (13') mit Winkeln von 60 bis 90° angeordnet sind.
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DE2742505A 1976-09-23 1977-09-21 Verfahren und Reaktor zum Vergasen pulverisierter Kohle Expired DE2742505C2 (de)

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NL7610560A NL7610560A (nl) 1976-09-23 1976-09-23 Werkwijze en reactor voor de partiele ver- branding van koolpoeder.

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Publication Number Publication Date
DE2742505A1 true DE2742505A1 (de) 1978-03-30
DE2742505C2 DE2742505C2 (de) 1986-01-30

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