DE2935752A1

DE2935752A1 - Vorrichtung zur vergasung aschehaltiger brennstoffe in der flugwolke

Info

Publication number: DE2935752A1
Application number: DE19792935752
Authority: DE
Inventors: @@ Achmatov Igol; @@ Avraamov Evgenij; Friedrich Dr Berger; @@ Fedotov Vasilij; @@ Gavrilin Vladimir; Peter Dr Goehler; @@ Gudymov Ernest Dr; @@ Jegorov Aleksander; Dieter Dr Koenig; Claus-Otto Dr Kuhlbrodt; Klaus Lucas; @@ Majdurov Nikolaj; Helmut Peise; Manfred Dr Schingnitz; @@ Semenov Vladimir Dr
Original assignee: GNII PI AZOTNOJ; Brennstoffinstitut Freiberg
Current assignee: Noell-Dbi Energie- und Entsorgungstechnik O- GmbH
Priority date: 1978-09-28
Filing date: 1979-09-05
Publication date: 1980-06-04
Also published as: GB2033563B; CS220582B1; AU529627B2; FR2437436B1; YU235679A; FR2437436A1; HU181855B; GB2033563A; YU40235B; AU5114279A; DD150313A3; ATA604279A; DE2935752C2; AT376694B

Description

NAOHQERHCHT.fa

"SW—r

Vorrichtung zur Vergasung aschehaltiger Brennstoffe in der Fl \iryic Ike

An./ondungngcbiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergasung ascheha.l'-irver Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vfcrgasuncsniiitiel in der Flugwolke und bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Asche, vorzugsweise unter erhöhtem Druck.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Technik der Gaserzeugung hat sich die Vergasung von staubförmiger Kohle mit einem Gemisch von Sauerstoff und Wasserdampf oder Kohlendioxid als Flammenreaktion in der Flugv/olke eingeführt. Bei dieser Technologie erfolgt die Vergasung bei solchen Temperaturen, daß die mineralischen Bestandteile der Kohle als schmelzflüssige Schlacke anfallen. Prinzipiell gleiche Technologien werden für die Vergasung aschereicher flüsBiger Brennstoffe (Teere, Rückstandsöle) und Gemischen von Suspensionen aus flüssigen und aschehaltigen festen Brennstoffen angewandt. Vor allem dann, wenn die Vergasung unter erhöhtem Druck erfolgt, stellt sich die schwierige technische Aufgabe, den zur Vergasung dienenden Reaktor so auszuführen, daß der Schlackenfluß beherrscht und die Schlacke aus dem System sicher ausgetragen werden kann. Es sind technische Lösungen üblich,

G30023/055T

bei denen noch innerhalb des Reaktors die schmelzflüssig Schlacke in Wasser granuliert und gekühlt wird und als Granulat in Wasser suspendiert aus dem Drucksystem ausgetreten wird» Eür die Betriebstüchtigkeit solcher Reaktoren ist die Gestaltung des Flüssigschlacke-Auslaufs aus dem heißen Teil des Reaktors, dem Reaktionsraum im engeren Sinne, in den Kühl- und Granulierteil entscheidend.

Im DDR-Ausschließungspatent 119 266 ist ein Reaktor zur Vergasund von Kohlenstaub unter Druck beschrieben, dessen Reaktionsraum aus einer wasserbeaufschlagten, durch eine Schicht feuerfester Stampfmasse geschützten Rohrwandkonstruktion besteht. Für den Ablauf der flüssigen Schlacke in den Granulierteil ist eine zentrale Öffnung im Boden des Reaktionsraumes vorgesehen, deren Konturen durch die entsprechend gestaltete Rohrwandkonstruktion mit Stampfmasse-Beschichtung gebildet werden. Der Boden des Reaktionsraumes ist in Richtung der Schlackenabflußöffnung schwach geneigt. Die Öffnung ist mit einer scharfen Schlacken-Abtropfkante versehen.

Es ist eine im Prinzip ähnliche Lösung für eine wenig oberhalb des Atmosphärendruckes laufenden Vergasungsanlage bekannt, wo der obere Rand der zentralen Schlackeabla^^föffnung dammartig überhöht ist, so daß die Schlacke auf dem Boden des Reaktionsraumes angesteuert wird und über den Damm überfließt (Ullmann's Encyclopädie der technischen Chemie, 3. Aufl., Bd. 10, S. 416, 1958)· Es ist weiter bekannt, flüssige Schlacke und heißes Gas über eine Bodenöffnung mit Abtropfkante gemeinsam in einen Abkühlungsraum zu überführen, sie z. B. Meunier, Vergasung fester Brennstoffe ..., Weinheim/Bergstraße, 1962, S. 4-53.

Schließlich beschreibt die DT-OS 2 325 204 einen Reaktor für die Vergasung von Kohlenstaub unter Druck, bei dem heißen Gas und flüssige Schlacke gemeinsam über eine zentrale Öffnung im Bodsn des Reaktionsraumes nach unten abgezogen werden, wobei durch einen Damm um die zentrale Öffnung ein Schlackenbad am Boden des Reaktionsraumes aufrechterhalten wird.

030023/0557

Die Beanspruchung der Schlackenabflußöffnung durch Einwirkung der flüssigen Schlacke und der hohen Temperaturen im Reaktionsraura isb beträchtlich. Sie wird noch erhöht, wenn durch diese Schlackenabflußöffnung gleichzeitig heißes Reaktionsgas aus dem Reaktionsraum abgeführt wird. Bei Ausführung in keramischem Material sind Infiltrationen der flüssigen Schlacke in das Steinmaterial oder Auflösung des keramischen Werkstoffes oder eines Teils der Gefügebestandteile des keramischen Werkstoffes in der Schlacke auf die Dauer unvermeidlich. Bei Ausführung als Rohrkonstruktion mit Beschichtung durch Stampfmasse wird aus den gleichen Gründen und wegen örtlicher Unterschiede in der Wärmeabfuhr aus der Stampfmasseschicht in die Kühlrohre die Stampfmasse häufig örtlich abgetragen. Es kommt zum Ausbrechen der Schutzschicht und zu örtlichen Überhitzungen der Rohrwandungen. Dadurch wird die Schlackenabflußöffnung zu einem Verschleißteil, das die Reisezeit des gesamten Aggregats begrenzt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Vergasung aschehaltiger Brennstoffe, insbesondere von Kohlenstaub mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel als Flammenreaktion in der Flugwolke, bei der trotz Anfalls flüssiger Schlacke im Reaktionsraum hohe Botriebssicherheit und lange Reisezeit gewährleistet ist.

Darlegung clss Wesens der Erfindung

- Aufgabe der Erfindung ist die Gestaltung eines Reaktors zur Vergasung aschehaltiger Brennstoffe, insbesondere von Kohlenstaub mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel als Flaratrenreaktion in der Flugwolke, bestehend aus einem Reaktionsraum für den Ablauf der Vergasungsreaktionen bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Asche und einem darunter befindlichen Kühl- und Granalierteil, bei dem die sichere Überführung der im Reaktionsraum gebildeten schmelzflüssigen Schlacke, gegebenenfalls gemeinsam mit heißem, im Reaktionsraum gebildeten Gas, in einen Kühl- und Granulierteil gewährleistet ist und der für den Betrieb unter erhöhtem Druck geeignet ist.

030023/0557

- Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der den Reaktionsraum nach unten abschließende Boden mit einer vorzugsweisen zentral angeordneten, aus einem in den Boden eingelassenen ringförmigen Gußeisenkörper bestehenden Schlackenablauföffnung versehen ist, die den Reaktionsraum mit dem Kühl- und Granulier teil verbindet, wobei in den ringförmigen Gußeisenkörper, dessen Form angepaßt und gegebenenfalls in mehreren Windungen gelegt, ein Stahlrohr eingegossen ist, das mit einer Zuführung und einer Abführung für Kühlwasser versehen ist. Der metallische Kontakt zwischen Stahlrohrwindungen und Gußeisen sowie die gute Wärmeleitfähigkeit des Gußeisens garantieren eine intensive Kühlung der so gestalteten Schlackenabflußöffnung, einen dichten Überzug des Gußeisenkörpers mit einer erstarrten dünnen Schlackenschicht und die dauerhafte Einhaltung der äußeren Kontur der Schlackenabflußöffnung.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ragt die Oberkante des ringförmigen Gußeisenkörpers dammartig über den umgebenden Boden des Reaktionsraumes hinaus. Mit dieser Ausführungsform wird die auf dem Boden des Reaktionsraumes befindliche flüssige Schlacke aufgestaut, um damit ihre Verv/eilzeit im heißen Reaktionsraum zu erhöhen und Zusammensetzung und Fließeigenschaften der Schlacke zu homogenisieren.

Die dammartig über den umgebenden Boden des Reaktionsraumes hinausragende Oberkante des Gußeisenkörpers kann horizontal verlaufen, sie kann erfindungsgemäß aber auch mit einer oder mehreren Vertiefungen versehen sein, an der oder an denen die flüssige Schlacke strahlartig überläuft und als kompakter Strahl in die Kühlzone eintritt.

Der Reaktionsraum wird vielfach von einem wassergekühlten Schirm aus bestifteten, mit feuerfester Stampfmasse beschichteten Rohren umgeben.

In einem solchen Fall ist eine erfindungsgemäße Ausführung dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung und die Abführung für

030023/0557

das Kühlwasser zur Kühl-img de α ringförmigen Gußeisenkörpers mit dem Kühlwasserversorgungssysfcem des Kühlrohrschirmes für den Reaktionsraum verbunden ist, so daß ein einheitliches Kühlsystem für Kühlrohrschirm und Seiilackenablauf öffnung be st-J.it«

üine Betriebsweise von Reaktoren zur Vergasung von Kohlenstaub in dar Flugivolke ist dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Rohgas und die Schlacke durch Einspritzen von Wasser gemeinsam gekühlt und dabei das Rohpis mit V/asserdampf aufgesättigt wird. Der Wasserdampfgehalt v/ird für nachfolgende Gaswandlungsstufen, insbesondere füi' die katalytische CO-Konvertierung benötigt. Eine dieser Betriebsweise entgegenkommende Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kühlwasserabführung der ocl'jlacl.enablauföffnung mit der Wasserverteilungseinrichtung für die direkte Kühlung und Sättigung des Rohgases verbunden ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Wärmeinhalt des bei der Kühlung der Schla.ckenablauföffnung erhitzten Wassers zur Erhöhung der Sättigungstaraperatur des Rohgases und damit zur Verbesserung der GO-Konvertierung genutzt werden kann.

Ausführungsbeisxiiel

Die Erfindung sei durch das folgende Ausführungsbeispiel mit den Figuren 1 und 2 erläutert.

Dabei zoigt Fig. 1 die schematische Darstellung eines Reaktors zur Vergasung von Kohlenstaub als Flammenreaktion in der Flugwolke, Fig. 2 als vergrößerter Ausschnitt die Schlackeabflußöffnung.

Der Reaktor 1 zur Vergasung von Kohlenstaub unter Druck besteht aus dem Reaktionsraum 2 und dem Kühl™ und Granulierteil 3· Der Reaktionsraum 2 wird von eineta wasaerbeauf schlagten Kühlrohrschirm A- umgeben, der reaktionsraumseitig mit Stampfmasse 5 "beschichtet ist. Am Kopf des Reaktionsraumes 2 ist der Brenner 6 angeordnet, der der Zuführung von Kohlenstaub, Sauerstoff und Dampf dient. Der Reaktionsraum 2 wird nach unten durch den Boden 7 abgeschlossen, der durch entsprechende Gestaltung des Kühlrohrschirmes entsteht.

030C23/0557

BAD ORSGINAL

In der Mit te des Bodens ist die Sch lacke nabfluß öffnung 8 angeordnet, die. durch den ringförmigen Guß ei.se nie örp er 9 gebildet wird, der wiederum durch eine gekühlte Tragekonstruktion 12 gehalten wird. Während des Betriebes herrschen im Reaktionsraum solche Temperaturen, daß die im Kohlenstaub enthaltene Asche zu scnmelzflüssiger Schlacke wird, die gemeinsam mit dem gebildeten Rohgas durch die Schlackenabflußöffnung 8 in den Kühl- und Granulierteil 3 überführt wird. Eine in Fig. 1 schematisch als Düse dargestellte Wcsserverteilungsainrichtung dient der direkten Kühlung von Rohgas und Schlacke.

Der Kühl- und Granulierteil 3 ist weiter mit einem Rohgas-Austrittsstutzen 15 und einer Bodenöffnung 16 versehen. Die Bodenöffnung 16 dient der gemeinsamen Abführung von granulierter Schlacke und unverdampftem Einspritzwasser aus dem Reaktor, die sich in der unteren Hälfte des Kühl- und Granulierteiles sammeIn.

Wie Fig. 2 weiter zeigt, ist in den die Schlackenablauföffnung bildenden ringförmigen Gußeisenkörper 9 in mehreren Windungen und der Form des ringförmigen Gußeisenkörpers 9 entsprechend ein Stahlrohr 17 eingegossen, das an eine Wasserzuführungsleitung 10 und -abführungsieitung 11 angeschlossen ist. Die Oberkante des ringförmigen Gußeisenkörpers 9 ragt über das Niveau des Bodens 7 des Reaktionsraumes 2, so daß die auf den Boden gelangende flüssige Schlacke dort zu einem flachen Schlackebad aufgestaut wird. Die Oberkante des ringförmigen Gußeisenkörpers ist einseitig mit einer Vertiefung I9 versehen. Damit kann an dieser Stelle die Schlacke als kompakter Strahl 20 durch die Schlackenabflußöffnung 8 gemeinsam mit dem Rohgas in den Kühl- und Granulierteil 3 strömen. Die Wasserabfuhrleitung 11 ist an die Zuleitung 14 zur Wasserverteilungseinrichtung 13 angeschlos* sen. Damit wird der Wärmeinhalt des aus dem ringförmigen Gußeisenkörpers 8 abfließenden und dort aufgeheizten Kühlwassers zur Erhöhung der sich im Kühl- und Granulierteil 3 einstellenden Sättigungstemperatur des Rohgases genutzt. Gleichzeitig wird damit - bis auf den Druckabfall des strömenden Kühlwassers zwischen Eintritt in den ringförmigen Gußeisenkörper θ und Wasserverteilungseinrichtung 13 - ein Druckausgleich zwischen dem im Stahlrohr des Gußeisenkörpers 9 herrschenden Druck

030023/0557 BAD ORIGINAL

im Reaktionaraarri und Kühl- und Granulierteil herbeigeführt.

030023/0557

Claims

Eriindungsansprüche

1. Vorrientung zur Vergasung von aschehaltigen Brennstoffen mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel als Flamraenreaktion in der Plugwolke bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Asche, wobei die sehmelzfLässige Schlacke gegebenenfalls gemeinsam mit erzeugtem heißen Rohgas aus einem Reaktionsraum in ein Kühl- und Gran ilierteil überführt v/ird, gakennzeichnet dadurch, daß die im Bodon des Reaktionsraumes befindliche Schlackenabflußöffnung ö aus einem ringförmigen Gußeisenkörper 9 besteht, in den der Form des Guiäeisenkörpers angepaßt und gegebenenfalls in mehrere Windungen eslegt» ein Stahlrohr 17 eingegossen ist, welches mit einer Wasserzuführungsleitung 10 und einer Wusserabführungsleitung 11 versehen ist.

2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberkante des ringförmigen Gußeisenkörpers 9 dammartig über den umgebenden Boden '/ des Reaktionsraumes hinausragt.

3. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die damu:artig über den umgebenden Boden 7 des Reaktionsraumes hinausragende Oberkante des ringförmigen Gußeisenkörpers mit einer oder mehreren Vertiefungen 19 versehen ist»

4. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch daß die Wasserzuführungsleitung 10 und die Wasserabführungsleitung 11 mit der Kühlwasserversorgung des Kühlrohrschirmes 4 für den Reaktionsraum verbunden ist.

Ö30023/ÖS57

ORiGfNAL INSPECTED

J NAOHQEREipNTJ jjy

5. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Wasserabführungoleitung 11 mit einer Wasserverteil"uni?;^- ein^ichtumg I3 iui Kühl- und Gra.nulierteil 3 so verbunden ist, daß das im ringförmigen Gußeisenkörper 9 erwärmte und durch die Wfsserabfülirtmssleiti-.nfj; 11 ablaui'ende Wascer unmitii.,elbar zur Granulierung der Schlacke, ^eceberienfallc- zvx direkten Kühlung des Rohgases dienen kann.

03 0 023/0557

BAD ORIGINAL