DE2819419A1 - Betriebsverfahren fuer eine kohlevergasungsanlage - Google Patents

Betriebsverfahren fuer eine kohlevergasungsanlage

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Description

Beschreibung zum Patentgesuch
der FBirraa Combustion Engineering, Inc., Windsor, Conn. 06095/USA
betreffend:
"Betriebsverfahren für eine Kohlevergasungsanlage"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kohlevergasungsanlage, bei der zu vergasende Kohle in einen Gasstrom eingesetzt wird, und insbesondere auf ein Betriebsverfahren für eine solche Kohlevergasungsanlage innerhalb eines bestimmten Lastbereiches.
Eine solche Kohlevergasungsanlage besteht im wesentlichen aus zwei Zonen. Die erste oder Verbrennungszone erzeugt die Hitze, die für den Vergasungsprozess erforderlich ist. Diese Zone wird mindestens näherungsweise unter stöchiometrischen Bedingungen betrieben, damit man ein Maximum an Hitze erhält und damit auch die Asche geschmolzen wird, damit sie in Form von Schlacke ausgetragen werden kann. Der Betrieb dieser Zone abweichend von der Stöchiometrie erfolgt nur in dem Maße, als die Temperatur auf einen Wert herabgesetzt werden muß, den die die Verbrennungszone bildenden Baustoffe noch tolerieren können.
Die Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungszone werden dann mit zusätzlich eingesetztem Kohlestaub gemischt. Der eingesetzte Kohlestaub wird von flüchtigen Bestandteilen
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befreit,und die Kohlenstoffpartikel verbinden sich mit den Verbrennungsprodukten zu einem Gas, das zu großem Teil aus Kohlenmonoxid besteht. Dabei läuft eine endotherme Reaktion ab, die ihren Wärmebedarf aus den aus der Verbrennungszone kommenden Gasen entnimmt. Der Vergasungsprozeß setzt sich fort, bis die Temperatur auf einen Pegel abgefallen ist, bei dem die Vergasungsrate zu langsam für den praktischen Betrieb ist. übrig bleibende Kohlepartikel in Form von Koks können zur Verbrennungszone zurückgeführt werden.
Nachdem eine Ve:icasungsanlage für optimale Bedingungen bei maximalem Durchsatz ausgelegt worden ist, muß dieselbe Anlage auch bei verringerten Durchsätzen betrieben werden können. Bei dieser Betriebsart wird die Zufuhr von Kohle und Luft zu der Verbrennungszone verringert, während dort nach wie vor stöchiometrische Bedingungen aufrechterhalten werden. In ähnlicher Weise wird der in die Reduktionszone eingesetzte Kohlenstaub verringert, entsprechend der verringerten Gasströmung .
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad der Vergasungsanlage bei verringerten Durchsätzen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demgemäß wird die Verbrennungszone auf zwei Pegeln gefeuert. Bei Lastabsenkung werden die stöchiometrischen Proportionen von Luft und Brennstoff auf dem unteren Pegel oder der unteren Düse aufrechterhalten, so daß man eine maximale Gastemperatur und wirksamste Verschlackungsbedingungen erzielt. Die Kohle- und Luftzufuhr am obe'ren Pegel der Düsen in der Verbrennungskammer werden jedoch so modifiziert, daß das Verhältnis zunehmend unterstöchiometrisch wird mit immer mehr absinkender Last. Demgemäß läuft ein Teil der Vergasungsreaktion, die normalerweise
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in der Reduktionszone erfolgen würde/nun in der Verbrennungszone ab. Indem man nämlich bei niedriger Last die Reaktion weiter unten ablaufen läßt, erfolgt die Gasbildungsreaktion bevor die Hitze von weiter oben liegenden Wasserwandungen absorbiert wird, so daß der Wärmepegel des Gases erhöht wird, und die Austrittstemperatur dementsprechend verringert wird.
Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage, die gemäß der Erfindung betrieben wird, ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.
Die Vergasungsanlage 10 wird von umgebenden Wandungen 12 begrenzt, welche aus Dampferzeugerrohren bestehen. Dem unteren Sammler 14 wird Wasser zugeführt, das durch die obere Trommel 16 austritt. Dabei kann Dampf erzeugt werden, der anderweitig verwertet wird.
Kohle aus dem Vorratsbehälter 18 wird einem unteren Pegel von Kohledüsen 20 über Förderer 22 zugeführt. Diese Düsen befinden sich an einer Mehrzahl von Stellen ringsum die Verbrennungszone 24, und sind so orientiert, daß die Kohle tangential eingeführt wird. In ähnlicher Weise umschließt ein unterer Windkasten 26 die Verbrennungszone, und aus ihm. wird Luft eingespeist, die geregelt werden kann entsprechend dem Kohledurchsatz durch Düse 20, wobei als Stellglied ein Schieber 28 vorgesehen ist. Die Luft wird von einem Gebläse 30 geliefert, wobei man auch sauerstoffangereicherte Luft oder reinen Sauerstoff verwenden kann.
Zusätzliche Kohle kann mittels Förderer 32 zu Düsen 34 gefördert werden. Ein zweiter Windkasten 36 umschließt die Verbrennungszone an einer Stelle, wo die Luft zugeführt werden kann, welche der Kohle aus den Düsen 34 zugeordnet ist. Diese
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Luftzufuhr kann durch Schieber 38 gesteuert werden.
Das Verhältnis von Luft und Brennstoff zur Verbrennungszone 24 wird soweit als möglich stöchiometrisch gehalten, unter Berücksichtigung der Temperaturtoleranzgrenzen der verwendeten Baumaterialien. Die Asche schmilzt in der Verbrennungszone und wird durch den Schlackeabstich 40 ausgetragen. Die Verbrennungsprodukte strömen aufwärts in die Reduktionszone 42. In diese Zone wird zusätzliche Kohle über Düsen 44 in einer durch den Förderer 46 gesteuerten Menge eingesetzt. Diese Kohle wird von flüchtigen Bestandteilen befreit und vergast, wobei eine endotherme Reaktion mit den Verbrennungsprodukten aus der Verbrennungszone 24 erfolgt. Demgemäß wird ein Gas mit niedrigem Heizwert erzeugt, das durch Leitung 48 austritt. Das Gas gelangt durch einen Staubsammler 50 und wird dann über Leitung 52 abgeführt zwecks Reinigung und Verwertung. Ein Teil der Kohle in Form von Koks sammelt sich im Staubsammler 50 und wird über Leitung 54 und Förderer 56 zurückgeführt. Diese Kokspartikel werden durch Düsen 58 in den unteren Abschnitt der Verbrennungszone an einer Stelle eingeführt, die der Einführung von Kohle durch die Düsen 20 entspricht.
Die Anlage ist so ausgelegt, daß bei Vollast in der Verbrennungszone 24 so viel Wärme erzeugt wird, daß die endotherme Reaktion erfüllt wird. Ein Teil dieser Wärme wird auf die Wandungen 12 übertragen. Diese Wärmeübertragung ist eine Funktion des Temperaturpegels der Gase an jedem Querschnitt der Anlage. Die Anlage ist außerdem so bemessen, daß die Ausgangstemperatur von der Reduktionszone 42 etwa 1300 K beträgt, bei welchem Punkt die Vergasungsrate gering ist.
Wenn der Durchsatz dieser Anlage herabgesetzt werden muß, so werden die Anteile an Kohle und/oder Koks durch die
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Düsen 20 bzw. 58 in nahezu stöchiometrischem Verhältnis zu der Luft, welche durch den Windkasten 26 strömt, aufrechterhalten, und zwar im unteren Abschnitt der Verbrennungszone 24. Auf diese Weise erhält man maximale Temperatur und wirksamste Schlackebildungsbedingungen· Die maximale Temperatur steht auch für die Vergasungsreaktion zur Verfügung. Der obere Pegel der Kohledüsen 34 wird im Verhältnis zu der durch den Windkasten 36 strömenden Luft derart geregelt, daß man unterstöchiometrische Bedingungen im oberen Abschnitt der Verbrennungszone 24 erhält. Ein Teil der Vergasung erfolgt demgemäß in der Verbrennungszone mit der begleitenden endothermen Reaktion. Dies setzt die Gastemperatur in jenem Bereich herab, und verringert entsprechend die Wärmeverluste an den Wandungen. Es folgt, da weniger Wärme an die Wandungen abgegeben wird, daß mehr Wärme zur Verfügung steht für die Vergasungsreaktion. Beim Aufwärtsströmen der Verbrennungsprodukte in die Reduktionszone 42 wird zusätzliche Kohle durch die Düsen 44 in einer Menge eingeführt, die erforderlich ist, um die Vergasungsreaktion vollständig ablaufen zu lassen.
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Claims (2)

Combustion Engineering, Ine, Windsor, Conn. 06095/USA Patentansprüche
1) Betriebsverfahren für eine Kohlevergasungsanlage, bei der in eine Verbrennungszone Kohle und Luft in mindestens näherungsweise stöchiometrischem Verhältnis eingesetzt und die Verbrennungsgase mit weiterer Kohle reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbrennende Kohle auf zwei Pegeln in die Verbrennungszone eingeführt wird, von denen der untere bei Lastabsenkung unter stöchiometrischen Bedingungen weiterbetrieben wird, während der obere mit sinkender Last zunehmend unterstöchiometrisch betrieben wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der zu verbrennenden Kohle in Form von Koks eingesetzt wird.
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