DE2947222C2

DE2947222C2 - Vorrichtung zur Vergasung von festen, staubförmigen bis stückigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und deren Verwendung

Info

Publication number: DE2947222C2
Application number: DE2947222A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. Dr. 5270 Gummersbach Schuster
Original assignee: Carbon Gas Technologie GmbH, 4030 Ratingen
Current assignee: Deutsche Babcock Werke AG
Priority date: 1979-11-23
Filing date: 1979-11-23
Publication date: 1987-05-07
Also published as: JPS5686991A; FR2470152A1; GB2065162A; GB2065162B; NZ195609A; ZA806636B; US4441892A; PL125935B1; AU6428280A; DE2947222A1; CS222192B2; PL228009A1; JPH021879B2; CA1173251A; AU540408B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergasung von festen, staubförmigen bis stückigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, mit einem druckfesten Reaktionsraum mit aufeinanderfolgender Wirbelschicht, die ggfs. über einem Festbettvergaser angeordnet ist, und einem Flugstromvergaser in Form einer oder mehrerer oberhalb der Wirbelschicht, auf diese gerichtet angeordneten Staubvergasungskammern, mit Zuführungen für den Brennstoff in die Wirbelschicht, mit Zuleitungen für die Vergasungsmittel in jede der Vergasungsstufen und mit einer Flugstaubabscheidung mit Rückleitung zum Flugstromvergaser.
Vorrichtungen für Gas-Feststoff-Reaktionen in einem Reaktionsraum sind bekannt. Dabei wird der vom Produktgas mitgeführte Anteil an feineren Feststoffpartikeln aus der Wirbelschicht in einem Zyklon abgeschieden, der oberhalb der Wirbelschicht im Reaktionsraum angeordnet ist. Der im Zyklon abgeschiedene Feststoff fällt unmittelbar einer sich am unteren Austritt des Zyklons angeschlossenen Vergasungseinrichtung zu, die aus einem Vergasungsbrenner und einer Vergasungskammer besteht. Aus der Vergasungskammer treten die Staub-Vergasungsprodukte (Gas-Feststoff und flüssige Schlacke) aus und werden von oben auf die Wirbelschicht geblasen. Dabei geben sie einen Teil ihrer fühlbaren Wärme an die Wirbelschicht ab. Die flüssige Schlacke soll verfestigt und durch die Wirbelschicht in das darunter angeordnete Festbett abgeschieden werden.
Beim Aufblasen der Staub-Vergasungsprodukte auf die Wirbelschicht wird ein umso kleinerer Teil der fühlbaren Wärme der Staubvergasungprodukte zur Aufwärmung der Wirbelschicht genutzt, je geringer die Eindringtiefe des Gasstrahles in die Wirbelschicht ist. Dadurch wird das Staubvergasungsgas möglicherweise nicht weit genug abgekühlt und die Mischtemperatur von Staubvergasungsgas und Wirbelschichtvergasungsgas auf dem Weg zum Zyklon liegt höher als beim vollständigen Wärmetausch innerhalb der Wirbelschicht. Dadurch besteht die Gefahr, daß Aschenteile, insbesondere Feinanteile, im Schmelzbereich verbleiben und an den Wänden des Reaktionsraumes auf dem Wege zum Zyklon und in diesem selbst ankleben.
Bei den bekannten Vorrichtungen zur Wirbelschichtvergasung erfolgt die Trennung von Gas und aus der Wirbelschicht ausgetragenem Feststoff in einem Zyklon, der entweder im Reaktionsraum untergebracht ist, von wo aus der Feststoff durch Fallrohre wieder in die Wirbelschicht zurückgeführt wird, oder auch in einem Zyklon außerhalb des Reaktionsraumes, von wo der Feststoff ebenfalls in die Wirbelschicht zurückgebracht wird.
Wegen seiner Feinheit wird dieser rückgeführte Feststoff aber wieder sehr schnell aus der Wirbelschicht ausgetragen, so daß dort nur ein Teil der in ihm enthaltenen Reinsubstanz umgesetzt werden kann. Dadurch kann der Umlauf dieses Feststoffanteiles unter Umständen auf erhebliche Werte ansteigen und zu einer Anreicherung der Asche in der Wirbelschicht führen.
Durch einen über der Wirbelschicht angeordneten, sehr voluminösen sogenannten Berührungsraum, in den auch noch zusätzlich Sauerstoff für eine Nachvergasung eingeführt wird, versucht man diesem Nachteil zu begegnen, was in der Praxis jedoch nur zum Teil gelingt.
Die Zusammenfassung von Zyklon-Vergasungsbrenner und Vergasungskammer zu einer Einheit in einem ergänzenden Vorschlag hat aus der Sicht der Betriebsführung den entscheidenden Nachteil, daß eine Wartung des empfindlichen Staubvergasungsbrenners nicht oder nur unter Inkaufnahme erheblicher Ausfallzeiten möglich ist, da Zyklon, Staubvergasungsbrenner und Vergasungskammer als eine gekühlte Einheit im Reaktionsraum selbst angeordnet sind. Die Verfügbarkeit einer Betriebsanlage wird damit beträchtlich eingeschränkt.
Ein weiterer erheblicher Nachteil ist der Umstand, daß diese Staubversorgungsvorrichtung blind betrieben werden muß, da man nicht feststellen kann, ob überhaupt und wieviel Feststoff über die vier Ausläufe des Zyklons zum Vergasungsbrenner geführt wird. Eine richtige Zuordnung des Vergasungsmittels z. B. Sauerstoff ist daher nicht möglich. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist man gezwungen, Wasserstoff oder gereinigtes, in der Anlage selbst produziertes Gas in einer solchen Menge der Staubvergasung zuzuführen, daß der Sauerstoff auch bei Ausfall der Feststoffzuführung vollständig umgesetzt wird. Wasserstoff bzw. gereinigtes Produktgas ist aber der teuerste im Verfahren eingesetzte Energieträger.
Beide werden zu Wasserdampf bzw. Wasserdampf und Kohlendioxid unter Erzeugung einer sehr hohen Temperatur verbrannt und sollen sich wieder mit der Reinsubstanz des Feststoffes zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umsetzen. Bekanntlich laufen solche Vorgänge nicht vollständig ab, umsoweniger, je schlechter die Mischung Feststoff und Vergasungsmedium und je kleiner bei gegebener Reaktionstemperatur die zur Verfügung stehende Zeit ist.
Bei dem bekannten Vorschlag sind diese Mischungsverhältnisse nicht optimal, da sich der Feststoff vom Vergasungsmedium wegen der Einwirkung der Fliehkraft entfernt.
Es steht außerdem in der bekannten Staub-Vergasungseinrichtung nur eine Vergasungszeit in der Größenordnung von 0,05 Sekunden zur Verfügung. Diese Zeit reicht nur aus, einen sehr kleinen Teil des Feststoffes umzusetzen, da bei Staub 0,1 mm zur vollständigen Umsetzung wenigstens 0,2-0,3 Sekunden bei Reaktionstemperaturen größer 1600°C benötigt werden.
Man hat auch übersehen, daß bei den bekannten Staubvergasungsverfahren Korngrößen <0,1 mm, d. h. mittlere Korngrößen um 0,025 mm eingesetzt werden, aus der Wirbelschicht wird der Staub aber mit Korngrößen bis 1 mm ausgetragen. Der rückgeführte Feststoff hat also eine mittlere Korngröße, die um mindestens einen Zehnerfaktor höher liegt als bei der Staubvergasung. Dementsprechend wird bei gleichen Reaktionstemperaturen und -zeiten auch entsprechend weniger Reinsubstanz des rückgeführten Feststoffes umgesetzt.
Weiter soll unter Verwendung der bekannten Vorrichtungen die Asche vollständig geschmolzen und in der darunter befindlichen Wirbelschicht granuliert und daraus ausgeschieden werden. Ein Aschekorn von 0,1 mm ∅ benötigt aber bei 1600°C Reaktionstemperatur und einem Ascheschmelzpunkt von z. B. 1300°C zum Durchschmelzen schon eine Zeit von knapp 0,3 Sekunden.
Das bedeutet, daß in dem bekannten Staubvergaserteil nur ein geringer Anteil der Reinsubstanz umgesetzt und nur ein kleiner Teil der Asche eingeschmolzen wird.
Damit erhöht sich die Menge des umlaufenden und ständig zurückgeführten Feststoffes derart, daß unter Umständen durch den Vergasungsbrenner genaus so viel oder noch mehr Feststoffe eingeführt werden wie in die Wirbelschicht- und Festbettzone zusammen. Das führt aber auch zu einem hohen Sauerstoff- und Gasbedarf, da der mehrmals rückgeführte Feststoff auch mehrmals von z. B. 1000°C auf 16 000°C aufgewärmt werden muß. Außerdem ist dann der Wärmeausgleich zwischen der Wirbelschicht und den Staubvergasungsprodukten wegen des zu großen Anteils der Staubvergasungsprodukte nicht mehr aufeinander abzustimmen.

In der DE-OS 27 42 222 wird die Vergasung fester Brennstoffe - auch unter Druck - in einer Vorrichtung mit Wirbelbett, unter dem sich ein Festbett befinden kann, beschrieben, wobei in dem vom Wirbelbett aufsteigenden Gas enthaltenden Partikel innerhalb des Reaktionsraumes durch Fliehkraftwirkung abgeschieden werden und in einer an den Zyklon sich unten anschließenden Vergasungskammer mit einem gesonderten Vergasungsmittelstrom getrennt vom Wirbelbett vergast und die Produkte daraus diesem wieder zugesetzt werden.

In "Freiberger Forschungshefte", A 69, 1957, Seiten 16-22, wird ein Winkler-Generator beschrieben, dem ein Grobaustauschabscheider und ein Feinstaubabscheider nachgeschaltet sind. Der Grobstaub wird in den Gasgenerator zurückgeführt, während der Feinstaub in einen Vorratsbunker gelangt und aus diesem über ein Zellenrad und einen Dampfstrahlapparat einer Verbrennungskammer, der Sauerstoff und Dampf zugesetzt werden, zugleitet wird. Die Verbrennungsgase werden dem Winklergenerator wieder zugegeben, die flüssige Schlacke hingegen tropft kontinuierlich in einen Granulierbehälter.

Die DE-PS 9 08 516 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung von Brenngasgemischen aus feinkörnigen Brennstoffen in einer Wirbelschichtstufe mit seitlich unten angeordnetem Schmelzzyklon. Die im mit vom Gas abgeschiedenen Teilchen oder einem beliebigen Brennstoff und Sauerstoff gespeisten Schmelzzyklon erhaltenen gasförmigen Produkte treten unten in die Wirbelschicht ein.

Die DE-OS 29 25 441 beschreibt eine Vorrichtung zur Vergasung unter Druck von festen Brennstoffen mit einer Wirbelschicht, der ein Beruhigungsraum nachgeschaltet ist. Aus dem Produktgas wird Flugstaub abgetrennt und zusammen mit abgesiebter Feinkohle dosiert in die Wirbelschicht, unter der sich ein Festbett befinden kann, eingeblasen. Dazu werden Flugstaub und Feinkohle, die aus Bunkern dosiert abgezogen werden, außerhalb der Wirbelschicht vergast und die Vergasungsprodukte in die Wirbelschicht eingeblasen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung mit verbesserter Steuerungsmöglichkeit der Flugstromversorgung der abgeschiedenen Stäube.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei der erfindungsemäßen Vorrichtung die Staubvergasungsbrenner oberhalb des Reaktionsraumes angeordnet, ihnen schließen sich die nach unten und zwar in die Wirbelschicht eintauchenden Vergasungskammern an, wobei der in einem Großstaubabscheider anfallende Staub einer Mahlanlage und über einen Zuteiler, wie auch der aus einem Feinstaubabscheider kommende Staub und die Vergasungsmittel den Staubvergasungsbrennern zudosiert werden.

Bei der erfindungsemäßen Vorrichtung wird der zu vergasende Roh-Brennstoff in eine Wirbelschicht eingebracht, z. B. seitlich mit Hilfe von Schnecken, durch ein Fallrohr von oben oder in sonstiger Weise.

Der aus der Wirbelschicht ausgetragene Feststoffanteil gelangt mit den Produktgasen über einen gegebenenfalls über der Wirbelschicht vorhandenen Beruhigungsraum zu einem Grobstaubabscheider. Auf den bisher üblichen großen Beruhigungsraum über der Wirbelschicht kann zumindest zum großen Teil verzichtet werden, wenn auch der Übergang z. B. zum nachgeschalteten Abhitzekessel als solcher benutzt wird.

Der Grobstaubabscheider kann als Abhitzekessel ausgebildet sein, wobei der Grobstaubanteil in den Umlenkungen des Wärmetauschers zur Abkühlung des Gas- Staub-Gemisches anfällt. Die Feinanteile werden dann in einem Feinstaubabscheider, z. B. einem Filter, entfernt. Die Feststoffe aus dem Feinstaubabscheider werden direkt einem oder mehreren Staubvergasungsbrennern zugeführt. Die Feststoffe aus dem Grobstaubabscheider, z. B. aus dem Abhitzekessel, werden einer Mahlanlage und über einen Zuteiler anschließend dem bzw. den Staubvergasungsbrennern zugeführt.

Dem bzw. den oberhalb des Reaktionsraumes angeordneten Staubvergasungsbrennern schließen sich nach unten in den Reaktionsraum hineinragende Staubvergasungskammern an, die in die Wirbelschicht hineinragen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so gestaltet sein, daß jede Staubvergasungskammer in Länge und Volumen so dimensioniert ist, daß über der Wirbelschicht ein Beruhigungsraum von einer Höhe entsteht, der wenigstens dem dreifachen der Wirbelschichthöhe entspricht und wobei die Vergasungskammern ein Volumen aufweisen, das, bezogen auf die dort erzeugte Gasmenge, ausreicht, wenigstens die Hälfte der eingeführten Reinsubstanz zu vergasen und mindestens die Hälfte der eingeführten Asche zu schmelzen.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vergasen von festen, staubförmigen bis stückigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen werden diese in die Wirbelschicht eingebracht, z. B. seitlich mit Hilfe von Schnecken, durch ein Fallrohr von oben oder in sonstiger Weise. Die Korngröße des Brennstoffes reicht von 0 bis 100 oder auch nur von 0 bis 30 mm, wenn unter der Wirbelschicht ein Festbett vorgesehen ist; von 0 bis 8 oder 10 mm, wenn nur ein verkleinertes Festbett oder auch nur ein Ascheaustrag vorhanden ist. Im ersten Fall kann der Feinanteil der Kohle, d. h. der Anteil kleiner als 1 mm ca. 15 bis 20% betragen, im zweiten Fall aber auch Werte von z. B. 40% erreichen.

Zur Aufrechterhaltung der Wirbelschicht muß die Wirbelgeschwindigkeit des die Wirbelschicht durchströmenden Gases, entstanden aus Vergasungsmittel und Kohle, etwa das 3- bis 4fache der sogenannten Lockerungsgeschwindigkeit betragen, die auf das mittlere Korn der Wirbelschicht bezogen wird. Bei den Körnern, die größer sind als das mittlere Korn, ist das Verhältnis von Wirbel- zu Lockerungsgeschwindigkeit dann kleiner als 3 bis 4. Diese groben Anteile bewegen sich im unteren Teil der Wirbelschicht oder fallen aus dieser aus. Umgekehrt ist es bei den Kornanteilen, die feiner sind als das mittlere Korn. Sie bewegen sich im oberen Teil der Wirbelschicht und werden ab einer bestimmten Größe mit dem Gas aus der Wirbelschicht ausgetragen. Mit steigendem Vergasungsdruck sinkt die Lockerungsgeschwindigkeit - bei gröberen Teilen stärker als bei feineren - und damit auch die effektiv erforderliche Wirbelgeschwindigkeit. Die Wirbelschicht wird stabiler. Von den Feinanteilen wird der gröbere Anteil, der beim drucklosen Betrieb noch nach oben ausgetragen würde, in der Wirbelschicht verbleiben und damit den prozentualen Anteil des ausgetragenen Feststoffes von der insgesamt in den Reaktionsraum eingetragenen Brennstoffmenge verringern.

Da die Staubvergasungskammern in die Wirbelschicht eintauchen, erfolgt zwischen dem aus ihnen austretenden heißen Gasstrahl, der flüssigen Schlacke und der Wirbelschicht ein so großer Wärmeaustausch, daß die aus der Staubvergasungskammer austretende flüssige Schlacke zumindestens oberflächlich soweit verfestigt wird, daß die aus der Wirbelschicht nach unten ausgeschiedenen groben Schlackenteile und die mit dem Gasstrom nach oben mitgerissenen feinen Schlacketeilchen keine Verschlackungserscheinungen mehr verursachen.

Bei einer Teilvergasung von Kohlenstaub mit einer Korngröße <0,1 mm werden für einen Reinkohlenumsatz von z. B. 70% bei einer Reaktionstemperatur von z. B. 1500°C etwa 0,3 Sekunden benötigt. Etwa die gleiche Zeit ist erforderlich, um bei Temperaturen von 1600°C und mehr die Reinsubstanz nahezu vollständig zu vergasen. Aber auch der Schmelzvorgang der Asche ist zeitabhängig. Um ein Aschekorn von 0,1 mm ∅ durchzuschmelzen, werden bei z. B. auch ca. 0,3 Sekunden benötigt, wenn der Ascheschmelzpunkt bei 1300°C liegt. Daraus folgt, daß nach der vorliegenden Erfindung die Aufenthaltszeit in der Staubvergasungskammer bei Korngrößen 0,1 mm und einer Reaktionstemperatur von 1600°C und mehr wenigstens 0,2 Sekunden beträgt, um für den Brennstoffumsatz und die Schlacke-Einschmelzung einen ausreichenden Wert zu erreichen. Kornfeinheit, Reaktionstemperatur, Aufenthaltszeit und Ascheschmelzpunkt sind also die Faktoren, die aufeinander abgestimmt sein müssen.

In einem Kohlekorn sind Reinsubstanz und Asche vermengt. Das Aschegerüst beginnt, wie die Erfahrung zeigt, erst dann zu schmelzen, wenn wenigstens 80% der Reinsubstanz abgebaut sind.

Der Schmelzvorgang erfährt damit also eine zusätzliche Verzögerung, d. h., bezüglich des Schmelzens der Asche eines Kokskornes ist eine größere Aufenthaltszeit in der Staubversorgungskammer erforderlich als für ein reines Aschekorn gleicher Größe.

Von Vorteil ist, daß durch die vom Staub-Vergasungsbrenner erzwungene Rotationsströmung in der Staub-Vergasungskammer die schweren Ascheteile schnell an die Begrenzungswände geführt werden, wo sie mit ihrer erweichenden Oberfläche auf den an der Wand bereits vorhandenen flüssigen Schlackenfilm bzw. auf in der Erweichung fortgeschrittene Ascheteile auftreffen und anhaften. Dann steht ihnen zur Verflüssigung mehr Zeit zur Verfügung als im Gasstrom allein.

Der Auslauf der flüssigen Schlacke aus der Staub-Vergasungskammer wird zweckmäßigerweise so gestaltet, daß die Schlacke in Flüssigkeitstrahlen solcher Dicke in die Wirbelschicht ausströmt, daß in der Wirbelschicht bei der Verfestigung Schlackenkörner entstehen, die mit Sicherheit nach unten aus der Wirbelschicht ausfallen.

Die Qualität des Wärmeaustausches zwischen Wirbelschicht und Staubvergasungsprodukten bestimmt die Einsparung an Oxydationsmittel, z. B. vom Sauerstoff zur Aufheizung der Wirbelschicht. Bei einer Austrittstemperatur der Staubvergasungsprodukte von z. B. 1600°C in die Wirbelschicht wird z. B. nur gerade soviel Sauerstoff neben dem erforderlichen Dampf in die Wirbelschicht von unten eingeführt, daß sich eine Wirbelschichttemperatur von z. B. 1000°C einstellt und mit dieser Temperatur die Vergasungsprodukte den Reaktionsraum verlassen. Die Grenze dieser Temperatur wird nach oben bestimmt von der erforderlichen Vergasungsgeschwindigkeit einerseits und dem Erweichungsverhalten der Asche bzw. Schlacke andererseits.

Die Führung der Staubvergasungsprodukte bis in die Wirbelschicht hinein führt dort zu einer erheblichen Turbulenz, wodurch ein stärkerer Auswurf gröberer Anteile aus der Wirbelschicht nach oben zu erwarten ist als bei einer normalen Wirbelschicht. Aus diesem Grund ist es bei der erfindungsemäßen Vorrichtung günstig, über der Wirbelschicht einen Beruhigungsraum anzuordnen, der wenigstens die 3fache Höhe der Wirbelschicht selbst aufweist, um den aus der Wirbelschicht ausgeschleuderten gröberen Teilen die Möglichkeit zu geben, wieder in die Wirbelschicht zurückzufallen.

Eine Wirbelschicht zeichnet sich durch hohe Wärme- und Stoffübergänge und durch eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung über dem Schichtquerschnitt aus. Der Wärmevorrat ist wegen der großen Masse der Schicht sehr hoch, so daß man bei Erwärmung der im Vergleich dazu geringen Menge des eingebrachten Rohbrennstoffes von nahezu gleichbleibender Umgebungstemperatur ausgehen kann. Wird Kohle mit Korngrößen von z. B. 0 bis 50 mm eingeführt, so erwärmen sich die einzelnen Körner, Kugelgestalt vereinfachend vorausgesetzt, um so schneller, je kleiner ihr Durchmesser ist.Wegen des hohen Wärmeüberganges in der Wirbelschicht auf die Kohlekugel und der sehr kleinen Wärmeleitfähigkeit der Kohle kann die Oberflächentemperatur der Kohle über einen bestimmten Zeitraum der Erwärmung der Kornmittelpunkttemperatur weit vorauseilen, d. h. es bilden sich erhebliche Temperaturdifferenzen aus, die mit zunehmender Korngröße zunehmen. Der Temperaturabfall von der Kornoberfläche zum Mittelpunkt erfolgt dabei praktisch bereits in der äußersten Kornschicht.

Diese Temperaturdifferenzen können, zusammen mit der Entwicklung der flüchtigen Bestandteile der Kohle während der Erwärmung und den Reibungs- und Stoßeffekten in der Wirbelschicht, zur weiteren Zerkleinerung der eingeführten Feststoffe führen. Dadurch kann der zur Festbettvergasung gelangende Grobanteil kleiner werden als nach der Körnungskennlinie des Rohgutes erwartet, dagegen der aus der Wirbelschicht ausgetragenen Feinanteil vergrößert werden in die Wirbelschicht eingeführten Rohstoffes, beispielsweise durch Vorentgasung, Voroxidation usw.

Bei der Verwendung der erfindungsemäßen Vorrichtung werden die Feststoffe aus dem Grobstaubabscheider, z. B. aus dem Abhitzekessel, vorzugsweise auf Korngrößen <0,1 mm aufgemahlen.

Die Zudosierung des außerhalb der Wirbelschicht aus dem Gas-Staub-Gemisch abgeschiedenen Staubs über einen Zwischenbehälter zum Staubvergasungsbrenner ermöglicht eine exakte Zuordnung der Vergasungsmittel zu dem zu vergasenden Feststoff. Da mechanische Koksstaubzuteilorgane sehr hohen Staubtemperaturen nicht gewachsen sind, ist es nach der Erfindung günstig, eine Abkühlung des abgeschiedenen Staubes, z. B. in den Zwischenbehältern, durchzuführen. Wird abgeschiedener Staub vor der Nachvergasung aufgemahlen, ist auch von daher eine Abkühlung des Staubes zweckmäßig. Die dem abgeschiedenen heißen Koksstaub entzogene Wärme, wie auch die bei gemeinsamer Abkühlung von Gas und Koksstaub, wird nach der Erfindung auf im Vergasungsprozeß benötigten Medien übertragen, der Überschuß auf fremde Medien, z. B. zur Erzeugung von Dampf für eine Turbine genutzt.

Die aus der Wirbelschicht ausgetragene Staubmenge kann in der Menge stark schwanken. Zum Ausgleich, aber auch aus anderen Gründen, können nach der Erfindung dem oder den Staub-Vergasungsbrennern neben dem rückgeführten teilvergasten Feststoff auch andere Brennstoffe zugeführt werden, z. B. Kohlenstaub, Teer, Heizöl oder ähnliche. Beispielsweise könnte auch Gichtstaub eingesetzt werden, um eine eisenreiche Schlacke zu gewinnen, die zu Eisenschwamm aufgearbeitet werden könnte. Im Prinzip könnten also Stoffe zusätzlich eingesetzt werden, die einen Beitrag zum Vergasungsprozeß leisten könnten, da sie z. B. anders nicht mehr wirtschaftlich verwertbar sind oder die Gewinnung eines weiteren, verwertbaren Produktes neben dem Gas ermöglichen.

In der Wirbelschicht erfolgt eine Separation der eingeführten Rohbrennstoffe nach den Korngrößen. Körner unter z. B. 1 mm werden mehr oder weniger schnell aus der Wirbelschicht nach oben ausgetragen, Körner größer z. B. 10 mm nach unten in das Festbett ausgeschieden. Daneben findet eine Aufheizung der Kohlekörner statt, deren Geschwindigkeit von der Korngröße abhängt.

Während der Separation nach Korngrößen und der unterschiedlichen Aufwärmung erfolgt gleichzeitig eine von der Korngröße abhängige, mehr oder weniger vollständige Entgasung, das heißt, eine Umwandlung vom Kohlekorn zum Kokskorn. In der relativ kurzen Zeit vom Einbringen in die Wirbelschicht bis zum Ausscheiden der groben Kornanteile in das Festbett ist das Feinkorn unter 1 mm praktisch entgast und zum Teil auch schon teilvergast, während z. B. das 50 mm Korn nur oberflächlich vorbehandelt in das Festbett ausfällt.

Im gegebenenfalls vorhandenen Festbett wird das Vergasungsmittel von unten zugegeben, dort liegt dann auch die heißeste Zone. Das dort gebildete Gas strömt durch die Schüttung nach oben, gibt dabei Wärme an den aufzuheizenden Feststoff ab und strömt mit relativ niedriger Temperatur zur Wirbelschicht, wo die kondensierbaren Bestandteile wie z. B. Teer aufgespalten werden.

Die Staubvergasungskammer muß bei hohem Anteil der Menge des Staubvergasungsgases zur Gesamtgasmenge, umsomehr je höher dieser Anteil wird, in die Wirbelschicht eintauchen, da sonst die Temperatur des nach oben strömenden Mischgases einschließlich des mitgeführten Feststoffes zu hoch wird und möglicherweise keine ausreichende Verfestigung feiner, vorher flüssig gewesener Schlackenteilchen erfolgt, die sich dann an den Wänden ansetzen können.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ergeben sich eine optimale Zuordnung von Vergasungsmitel zum zu vergasenden Koksstaub bei der Staubvergasung, ein optimaler Wärmeaustausch zwischen Staubvergasungsprodukten und den Reaktanten der Wirbelschichtvergasung, eine optimale Staubvergasung und Ascheeinschmelzung durch Vergrößerung der Reaktions-Oberfläche des rückgeführten Stoffes, eine gute Zugänglichkeit zu den außerhalb des Reaktionsraumes angebrachten Staubvergasungsbrennern, eine optimale Auslegung der Staubvergasungsbrenner durch Kontrolle aller zugeführten Vergasungspartner, eine optimale Gestaltungsmöglichkeit der Staubvergasungsbrenner, auch für die Zuführung zusätzlicher fremder Brennstoffe und eine große Variationsbreite bezüglich der Eintauchtiefe der Staubvergasungskammer in die Wirbelschicht wegen der Unabhängigkeit von zu übernehmenden Druckgefällen.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch im Längsschnitt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Reaktionsraum umfaßt eine Wirbelschicht 1 mit Zuführungen 7 z. B. Schnecken für Brennstoff und Zuleitungen 8 für die Vergasungsmedien Sauerstoff und/oder Luft sowie gegebenenfalls Wasserdampf, sowie einen über der Wirbelschicht liegenden Beruhigungsraum. Grobteile werden aus der Wirbelschicht 1 gegebenenfalls durch eine Festbettstufe ausgetragen.
Das Gas-Staub-Gemisch der Vergasung strömt aus der Wirbelschicht 1 über eine Leitung oder einen Kanal 32 direkt zu einem Abhitzekessel 31.
Der Grobanteil des mitgeführten Staubes, der in den Umlenkungen des Abhitzekessels 31 abgeschieden wird, wird in einen Sammelbehälter 33 abgeschieden, von dort der Mahlanlage 26 zugeführt und als Feinkoksstaub schließlich aus dem Bunker 27 und Zuteiler 28 mit Hilfe eines Fördergases 29 und Leitung 34 dem Staubvergasungsbrenner 19 zugeleitet, dem außerdem auch noch andere, fremde Brennstoffe bei 40 zugeführt werden können. Nach dem Abhitzekessel folgt z. B. ein Elektrofilter 35. Der dort abgeschiedene Feinstaub wird über die Leitung 36 dem Staubvergasungsbrenner 19 zugeführt. Das feinentstaubte Gas gelangt über Leitung 38 zur Gasreinigung. Unter dem Staubvergasungsbrenner 19 ist die Staubvergasungskammer 21 angeschlossen, die entsprechend der Vergasungstemperatur konstruiert ist, beispielsweise gekühlt ausgeführt und mit feuerfestem Material ausgekleidet ist, insbesondere dann, wenn ein flüssiger Schlackenabfluß erfolgt. In diesem Fall ist der Austritt 22 der Staubvergasungskammer so ausgeführt, daß die flüssige Schlacke über einen Überlauf in einem oder mehreren so dicken Schlackenströmen in die Wirbelschicht 1 ausfließen kann, daß dort ein Granulat von einer Größe entsteht, das nach unten in das gegebenenfalls vorhandene Festbett ausfällt. Von dort erfolgt die Entfernung von Asche und Schlacke aus dem System über die Ascheschleuse 6.

Claims

1. Vorrichtung zur Vergasung von festen, staubförmigen bis stückigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, mit einem druckfesten Reaktionsraum mit aufeinanderfolgender Wirbelschicht (1), die ggfs. über einem Festbettvergaser angeordnet ist, und einem Flugstromvergaser (21) in Form einer oder mehrerer oberhalb der Wirbelschicht, auf diese gerichtet angeordneten Staubvergasungskammern, mit Zuführungen für den Brennstoff (7) in die Wirbelschicht (1), mit Zuleitungen für die Vergasungsmittel in jede der Vergasungsstufen (8, 20) und mit einer Flugstaubabscheidung mit Rückleitung zum Flugstromvergaser (21), dadurch gekennzeichnet, daß

- die Staubvergasungsbrenner (19) oberhalb des Reaktionsraumes angeordnet sind,

- denen sich die nach unten in die Wirbelschicht eintauchenden Staubvergasungskammern (21) anschließen,

- wobei der in einem Grobstaubabscheider (31) anfallende Staub einer Mahlanlage (26) und über einen Zuteiler (28), wie auch der aus einem Feinstaubabscheider (35) kommende Staub und die Vergasungsmittel den Staubvergasungsbrennern (19) zudosiert werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobstaubabscheider (31) ein Wärmetauscher zur Staubabkühlung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Staubvergasungsbrenner (19) zusätzliche Zuleitungen für andere Brennstoffe (40) aufweisen.

4. Verwendung der Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, zum Vergasen von festen, staubförmigen bis stückigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit üblichen Vergasungsmitteln bei Drücken von 1 bis 80 bar.