DE2843883C3 - Verfahren zur Erzeugung von schwefelarmem Koksstaub und Gas durch Ent- und Teilvergasung von Kohlenstaub in einer Reaktionskammer - Google Patents

Description

a)

b)

c)

d)

ein Rohr (1) mit minder-jns einem seitlich einmündenden weiteren Rohr (2), ein das Rohr (1) konzentrisch umgebender oberseitig geschlossenes und unterseitig sich konisch verengendes zylindrisches Gehäuse (3) mit einem Einlaß (4),
ein die Fortsetzung des Gehäuses (3) nach unten bildendes Rohr (5) in koaxialer Anordnung zum Rohr(l),

ein das Rohr (5) konzentrisch umgebendes weiteres Rohr (6), welches oberseitig mit einer konischen Erweiterung (7) in das oberseitig geschlossene Gehäuse (8) mit dem Anschluß (9) und in dieses eingesetztem Leitblech (18) für den drallfreien Anteil (1) des Zweitluftstromes mündet und welches unterseitig oberhalb des Mündungsquerschnittes des Rohres (5) endet,
ein das Rohr (6) konzentrisch umgebendes Rohr (10), dessen freier Ringquerschnitt oberseitig sich über eine konische Erweiterung (11) in ein mit drallerzeugenden Elementen (12) versehenes oberseitig geschlossenes Gehäuse (13) mit einem Anschluß (14) für den drallbehafteten Anteil (II) des Zweitluftstronies fortsetzt, und dessen unterer freier Zylinderquerschnitt in die Reaktionskammer (19) einmündet,
einen den Anschlüssen (9 und 14) zugeordneten gemeinsamen Kanal (15) für den Zweitluftstrom, in dem eine Klappe (16) im Bereich der Verzweigungsstelle und eine Klappe (17) weiter stromaufwärts angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von schwefelarmeni Koksstaub und Gas durch Ent- und Teilvergasung von Kohlenstaub in einer Reaktionskammer mit Teilverbrennung des Kohlenstaubes zur Abdeckung der für die Ent- und Teilvergasung des Kohlenstaubes erforderlichen Wärmeenergie, wobei ein kohlenstaubbeladener Trägergasstrom und ein Luftstrom in mindestens zwei Stufen und Teilsirömen miteinander vermischt werden.

Bei der Erzeugung von schwefelarmem Koksstaub und Gas durch Ent- und Teilvergasung von Kohlenstaub in einer Reaktionskammer ist es zur Erreichung des Hauptzieles der Teilentschwefelung des Kohlenstaubes notwendig, den Kohlenstaub weitgehend strähnenfrei in der Reaktionskammer dem Behandlungsprozeß zu unterwerfen. Versuche haben nämlich gezeigt, daß im Strähnenbereich durch die Anhäufung des Kohlenstaubes seine Aufheizung und die Reaktion mit den gasförmigen Bestandteilen verzögert werden und daher bei vorgegebener Verweilzeit in der Reaktionskammer der Entschwefelungsgrad abnimmt. Außerdem sind die Kohlenstaubteilchen durch die verzögerte Aufheizung beim Auftreffen auf die Kammerwand noch backfähig und führen deshalb zu erheblichen, den Betrieb beeinträchtigenden Verschmutzungen.

Aus der DE-AS 11 05 843 ist es bekannt, durch eine Leitung Trägergas in den Entgasungsschacht mit einer solchen Geschwindigkeit einzugeben, daß das Trägergas in einen Wirbel an der Wandung des Schachtes entlangstreicht und diese Wandung durch einen davorgelegten Gasschleier gegen das Aufprallen von Brennstoffteilchen abschirmt.

Aus der DE-AS 11 06 290 ist es bekannt, das im Eintrittsbereich der Reaktionskammer gezündete Gas-Luftgemisch durch die Kammer mit einer solchen Geschwindigkeit zu fördern, daß der quer zur Strömungsrichtung eingebrachte Kohlenstaub mitgerissen wird und keine Möglichkeit hat, an den Kammerwänden anzubacken.

Beim aufgezeigten Stand der Technik wird das Gut stets quer in einen geradlipigen Gasstrom eingebracht bzw. umgekehrt der Heizgasstrom quer in den geradlinigen Gutstrom eingebracht. Diese Maßnahmen werden innerhalb der Reaktionskammer getroffen.

Die Aufgabe der Erfindung bestein daher darin, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem bereits außerhalb der Reaktionskammer Maßnahmen getroffen werden, die eine Strähnenfreiheit des Kohlenstaubes am Eintritt und unterhalb der Reaktionskammer sicherstellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

so der Kohlenstaubstrom in der ersten Stufe in einem mit dem Kohienstaubstrom zugeführten ersten Teilstrom der Luft durch diesem Erstluftstrom aufgezwungene Wirbel über den gemeinsamen Stromquerschnitt gleichmäßig verteilt und anschließend in der zweiten Stufe mit dem wahlweise aus einem innenliegend drallfreien und einem außenliegenden drallbehafteten Teilstrom vorgemischten und den Kohlenstaub-Erstluftstrom ummantelnden Zweitluftstrom vermischt und in die Reaktionskammer eingebracht wird und über die Drallstärke die

bo Verteilung des mittlerweile erzeugten Feststoff-Gasgemisches in der Reaktionskammer sowie der Flugweg des Feststoffstaubes bis zum Auftreffen auf die Kammerwand bei Vermeidung von Feststoffsträhnen gesteuert wird.

fr5 Eine Vorrichtung zur strähnenfreien Erzeugung eines Kohlenstaub-Gasstromes für das erfindungsgemäße Verfahren ist im Anspruch 2 beschrieben.

Die Vorteile, die mit dem erfindungsgemäßen Verfah-

ren erreicht werden, bestehen darin, daß durch die zweistufige Einflußnahme auf den Kohlenstaub über jeweils Teilmengen der Verbrennungsluft mit bestimmten Strömungscharaicteristiken die Kohlenstaubverteilung in der gesamten Reaktionskammer so gesteuert werden kann, daß die Ent- und Teilvergasung in kürzester Zeit abläuft und Anbackungen an den Kammerwänden vermieden werden.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren ist das erfmdungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung zur Erzeugung eines strähnenfreien Kohlenstaub-Gasstromes näher beschrieben. Es zeigt

F i g. ί in schematischer Darstellung das Strömungsverhalten eines in eine Kammer eingeführten Feststoff-Gasgemisches, wobei ein Teil des Trägergases drallbehaftet zugeführt ist und sich in der Kammer eine Strömung mit ausgeprägter innerer und nur sehr geringer äußerer Rückzirkulation ausbildet,

F i g. 2 in schematischer Darstellung das Strömungsverhalten eines in eine Kammer eingeführten Feststoff-Gasgemisches mit einer draüfreien Zuführung des gesamten Gasstromes, wobei sich eine Strönjjng mit äußerer Rückzirkulation ausbildet,

Fig.3 in den als Halbschnitte dargestellten Strömungsbildern ä, b, c, d den Einfluß der Drallstärke auf die Strömungsform und damit auf die Ausdehnung des äußeren Rückzirkulationsgebietes,

Fig.4 in schematischer Darstellung im Vertikalschnitt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines strähnenfreien Kohlenstaub-Gasstromes,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V der F i g. 4,

F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI der F i g. 4.

Die grundsätzlichen Zusammenhänge bei der Verteilung eines Staub-Gasstromes von einem kleinen auf einen großen Querschnitt werden in den Fig. 1—3 erläutert. Hier wird der Staubstrom ms mit dem Teilstrom m\ des Gases durch ein zentrales Rohr 5 und der restliche Teilstrom des Gases durch einen drallfreien Teilstrom mn über den Ringspalt zwischen den Rohren i und 6 und durch einen drallbehafteten Teilstrom mit über den Ringspalt zwischen den Rohren 6 und 10 zugeführt. Die Teilströme πΐ2;ι und /7726 vermischen sich in dem gemeinsamen Ringspalt zwischen den Mündungen der Rohre 5 und 6 und bilden einen gemeinsamen Strom rr>i mit einem vom Teilstromverhältnis mzJnhb bzw. m₂jm2 abhängigen Drall. Stromabwärts der Mündung des Rohres 5 wird der Staub-Gasstrom ms+m\ rr.it dem ihn ummantelnden Teilstrom tm vermischt.

Wie aus F i g. t ersichtlich ist, bewirkt ein Drall in dem Teilstrom rm, daß im Inneren der Strömung in der erweiterten Kammer ein Ringwirbel 22 entsteht. Dabei wird der Staub 20 in einer schmalen Randzone konzentriert.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, stellt sich bei drallfreier Zufuhr des Teilstromes m₂, also im Fall m₂b=0, eine Strömung mit ausgeprägter äußerer Rückzirkulation 21 in der erweiterten Kammer ein, wobei der Staub 20 über den gesamten Kammerquerschnitt verteilt wird.

Der Vergleich der F i g. 1 und 2 zeigt, daß die Strömungsform in der Kammer wesentlich durch den Drall im Teilstrom m₂ beeinflußt werden kann. Die Drallstärke hängt bei konstantem Teilstrom m\ nur von dem Anteil des drallfreien Teilstromes In₁₃ an dem. gesamten Teilstrom In₂ ab. Diese Abhängigkeit ist in Fig.3 näher erläutert. Hier nimmt der Anteil des drallfreien Teilstromes von dem als Halbschnitt dargestellten Strömungsbild a über die Strömungsbilder b und cbis zum Strömungsbild i/zu und die Drallstärke demzufolge ab. Mit abnehmender Drallstärke vergrößert sich das äußere Rückstromgebiet 21, während das

ίο innere Rückstromgebiet 22 abnimmt.

Eine Vorbedingung für die geforderte Strähnenfreiheit des Kohlenstaubes in der Reaktionskammer 19 ist die gleichmäßige Verteilung des Kohlenstaubes über den Querschnitt des zentralen Zuteilrohres 5. Die

Maßnahmen zur Einhaltung dieser Vorbedingung und die Möglichkeit der Dralleinstellung werden in den Fig.4 bis 6 erläutert Dabei wird vereinfachend angenommen, daß die Teilströme des Gases im wesentlichen aus Luft bestehen.

Bei einer Betriebsweise mit pneumatischer Förderung des Kohlenstaubes zur Reaktionsi.ammer 19 fließt der Kohlenstaub-Erstluftstrom durch das zentrale Rohr 1 in das koaxial anschließende, mit größerem Querschnitt ausgeführte Zuteilrohr 5. Durch die plötzliche Querschmttserweiterung bildet sich im Mündungsbereich des Rohres 1 ein Ringwirbel aus, durch den der Kohlenstaub gleichmäßig über den Querschnitt des zentralen Rohres 5 verteilt wird. Bei der Betriebsweise mit Zuteilung des Kohlenstaubes aus einem Bunker fließt der Kohlenstaubstrom durch das Rohr 2 in das Rohr 1 und wird in dessen Mündungsbereich mit dem Erstluftstrom vermischt, der in diesem Fall über die Leitung 4 und das Gehäuse 3 zugeführt wird. Auch bei dieser Betriebsweise wird die Verteilung des Kohlenstaubes über den Querschnitt des Zuteilrohres 5 durch den Ringwirbel im Mündungsbereich des Rohres 1 sichergestellt.

Der Sekundärluftstrom m₂ wird über den Kanal 15 zugeführt und durch die Drehklappe 16 auf die Anschlüsse 9 des drallfreien und 14 des drallbehafteten Sekundärluftstromes /n_2a bzw. m_2b (s. F i g. 1) verteilt. Der gesamte Sekundärluftstrom m₂ = /732a + rri2b wird durch die Drehklappe 17 eingestellt. Der drallfreie Teilstrom /7J₂₃ wird durch das Gehäuse 8 mit der konischen Verengung 7 und durch aen Ringspalt zwischen den Rohren 5 und 6, und der drallbehaftete Teilstrom mn, durch das Gehäuse 13 mit der konischen Verengung 11 und durch den Ringspalt zwischen den Rohren 6 und 10 zugeführt. Dabei wird die Drehbewegung durch die Einbauten 12 (Fig. 6) eingeleitet. Mit dem in den Fig.4 und 5 gezeigten Trennblech 18 wird eine Drehbewegung des drallfrei zuzuführenden Teilstromf"> OT2., vermieden. Zwischen dem Mündungsbereich der Rohre 5 und 6 wird der drallfreie Teilstrom m_2j mit dem drallbehaf;eten Teilstrom m₂b vermischt und der gesamte Teilstrom m₂ anschließend mit dem zentralen Staub-F.rstluftstrom ms+m\ zusammengeführt, wobei der Teilstrom /7J2 einen geschlossenen äußeren Mantel b.idet. In der Reaktionskammer 19 entsteht dann abhängig vom Teilstromverhältnis 012Jm₂ eine der in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Strömungsformen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von schwefelarmem Koksstaub und Gas durch Ent- und Teilvergasung von Kohlenstaub in einer Reaktionskammer mit Teilverbrennung des Kohlenstaubes zur Abdeckung der für die Ent- und Teilvergasung des Kohlenstaubes erforderlichen Wärmeenergie, wobei ein kohlenstaubbeladener Trägergasstrom und ein Luftstrom in mindestens zwei Stufen und Teilströmen miteinander vermischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstaubstrom in der ersten Stufe in einem mit dem Kohlenstaubstrom zugeführten ersten Teilstrom der Luft durch diesem Erstluftstrom aufgezwungene Wirbel über den gemeinsamen Stromquerschnitt gleichmäßig verteilt und anschließend in der zweiten Stufe mit dem wahlweise aus einem innenliegend dralifreien und einem außenliegenden drallbehafteten Teilstrom voFg^mischten und den Kohlenstaub-Erstluftstrom ummantelten Zweitiuftstrom vermischt und in die Reaktionskammer eingebracht wird und über die Drallstärke die Verteilung des mittlerweile erzeugten Feststoff-Gasgemisches in der Reaktionskammer sowie der Flugweg des Feststoffstaubes bis zum Auftreffen auf die Kammerwand bei Vermeidung von Feststoffsträhnen gesteuert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale