DE3107258A1 - HYDRO / PRESSURE FLUID LAYER COMBUSTION REACTOR - Google Patents
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- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
- F23C10/16—Fluidised bed combustion apparatus specially adapted for operation at superatmospheric pressures, e.g. by the arrangement of the combustion chamber and its auxiliary systems inside a pressure vessel
Description
W -9W -9
Diese Erfindung bezieht sich auf ein neues Entwicklungsprinzip in der Wirbelschichttechnologie, das die bekannten Vorteile der bestehenden Anlagen optimiert und eine Weiterentwicklung bei der Verwirklichung höherer Leistungsgrade darstellt, die z.B. auch für die Energieerzeugung gelten können.This invention relates to a new principle of development in fluidized bed technology which has the known advantages of the existing systems and represents a further development in the realization of higher levels of performance, the e.g. can also apply to energy generation.
Der jetzige Stand der Wirbelschichttechnik ist in den durch die Kohleforschungsabteilung (Coal Research Section) der NCB (IEA Services) Ltd., England, veröffentlichen Berichten referiert. The current state of fluidized bed technology is in the form of the Coal Research Section of the NCB (IEA Services) Ltd., England, publish reports.
Bei der Wirbelschichtverbrennung wird z.B. als Kohle, Gas oder öl vorliegender Brennstoff meist in einer aus inerten Teilchen bestehenden, von Luft durchströmten Wirbelschicht bei 800 C und 900 C verbrannt. Die Luftgeschwindigkeit reicht aus, um das Gewicht der Teilchen abzustützen, so daß gleichsam wie bei einer kochenden Flüssigkeit Blasen gebildet werden. Die Verbrennung in einem solchen System erfolgt bei hohem Wirkungsgrad und gegenüber anderen Verfahren führt zu einigen Vortei-In fluidized bed combustion, for example, the fuel present as coal, gas or oil is mostly used in an inert Particles of existing fluidized bed through which air flows are burned at 800 C and 900 C. The air speed is enough to support the weight of the particles so that bubbles are formed, as it were with a boiling liquid. the Combustion in such a system takes place with a high degree of efficiency and has several advantages over other processes.
len, wie z.B.ία) Wegen der hohen, schnellen übertragung von Wärme an die in der Wirbelschicht angeordneten Dampferzeugungsrohre zu verringerten Dampfkesselkosten und zu einem platz-len, such as α) Because of the high, rapid transfer of heat to the arranged in the fluidized bed steam generation pipes at reduced steam boiler costs and a space-
sparenden Verbrennungssystem,economical combustion system,
b) zu der Möglichkeit, ein breiteres Spektrum an Kohlesorten mit verschiedenen Aschanteilen zu verwenden,b) the possibility of using a wider range of types of coal with different ash proportions,
c) wegen der relativ niedrigen Betriebstemperaturen zu der Verwendung von normalen Stahlsorten,c) Due to the relatively low operating temperatures, normal steel grades are used,
d) zu der Aussicht, daß beim Betreiben des Verbrennungsreaktors unter einem Druck von 10-20 Atü die Verbrennungsgase in einer Gasturbine der Anlage benutzt werden können, wobei bei einem derartigen Verbundverbrennungsprozeß der Nettowirkungsgrad gegenüber dem Rankine-Kreis-Prozeß erhöht wird> undd) the prospect that when the combustion reactor is operated under a pressure of 10-20 Atü, the combustion gases can be used in a gas turbine of the plant, with such a composite combustion process the net efficiency compared to the Rankine cycle is increased> and
e) durch Hinzufügung von Kalkstein oder Dolomit zu einer verringerten Belastung der Atmosphäre, insbesondere weil die Emission von Schwefeldioxid entfällt.e) by adding limestone or dolomite to one reduced pollution of the atmosphere, in particular because there is no emission of sulfur dioxide.
Ein großer Teil der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten über die Wirbelschichtverbrennung ist in England ausgeführt worden. Die Vorversuche wurden gleichzeitig bei dem CEGB (Vereinigung der Kraftwerke) Marchwood Laboratories und bei den British CoalMuch of the research and development work on the Fluidized bed combustion has been carried out in England. The preliminary tests were carried out at the same time at the CEGB (Association of Power Plants) Marchwood Laboratories and British Coal
utilisation Research Association Laboratories ausgeführt. Die
CEGB-Entwicklungsarbeit wurde später durch die NCB (Staatliche Kohlebehörde) bei einem seiner Organe (Coal Research Establishment)
fortgesetzt.
20Utilization Research Association Laboratories. The CEGB development work was later continued by the NCB (State Coal Authority) at one of its organs (Coal Research Establishment).
20th
Gemäß einem Aspekt liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion von Druckwirbelschichtverbrennungsreaktoren zwecks Anwendung bei der Energieerzeugung zu optimieren, so daß hohe Energieumwandlungen zur Verwirklichung der bekannten **s5 Technologie überflüssig werden.According to one aspect, the present invention is based on the object of constructing pressurized fluidized bed combustion reactors for the purpose of optimizing application in energy generation, so that high energy conversions to achieve the known ** s5 technology become superfluous.
Bei allen bis jetzt bekannten Wirbelschichten sind größere Luftmengen bei hohen Geschwindigkeiten und Druckwerten notwendig gewesen, um die Wirbelschicht aufrecht zu erhalten, wobei der Erfindung das weitere Zeil zugrunde liegt, ohne dieses Medium auszukommen. Um diese Teilaufgabe zu erfüllen, werden sämtliche üblichen Luftverdichter, Antriebe, Turbinen, Untersetzungsgetriebe, Druckgefäße, Ventile und Verbindungsrohre durch eine neuartige vereinfachte Einheit ersetzt, die sowohl beim Anfahren wie auch beim Betreiben des Druckwirbelschichtverbrennungsreaktors unter Anwendung vereinfachter Regelung benutzt wird.In all of the fluidized beds known up to now there are larger amounts of air at high speeds and pressures has been necessary to maintain the fluidized bed, the Invention the further goal is based, without this medium. In order to fulfill this subtask, all usual air compressors, drives, turbines, reduction gears, pressure vessels, valves and connecting pipes through a novel Simplified unit replaced, both when starting up as well as when operating the pressurized fluidized bed combustion reactor under Application of simplified regulation is used.
Um Kohle zu verbrennen, muß sie mit der Luft innig vermischt werden, wobei zwischen übermäßiger Luftzufuhr und einer übermäßigen Brennfläche an der Kohle ein Kompromiß getroffen werden muß.In order to burn coal, it must be intimately mixed with the air, between excessive air supply and excessive A compromise must be made for the burning surface on the coal.
Weil die Zufuhr größerer Luftmengen bei überdruck sowohl Kapital- wie auch Energieintensiv ist, soll erfindungsgemäß die Luftmenge nur dazu ausreichen,um eine vollständige, in Einklang mit der Teilchengröße des zugeführten Materials stehende Verbrennung zu gewährleisten.Because the supply of larger amounts of air at overpressure both Is capital as well as energy intensive, according to the invention the amount of air should only be sufficient for a complete, in Consistent with the particle size of the feed material to ensure stagnant combustion.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung soll die Wirbelschicht durch die Anwendung eines "Hydrofluids anstelle der bisher zu diesem Zweck verwendeten, unter atmosphärischen Druck oder unter überdruck stehenden Luft als Wirbelmedium im Wirbelzustand gehalten werden.According to one aspect of the invention, the fluidized bed is to be achieved through the use of a "hydrofluid" instead of the previous one Purpose used, under atmospheric pressure or under overpressure standing air can be kept in the eddy state as the eddy medium.
Das zugeführte Material wird dem Gefäß über einen Einlaßinjektor zugeleitet und stellt eine vorgegebene Mischung aus Kohle, Kalkstein oder Dolomit, Wasser und Luft dar. Der Gleichgewichtszustand zwischen der abstützenden Kraft des fließenden Gases einerseits und der als das Gewicht der getrennten Teilchen sich ausdrückenden Schwerkraft wird durch Hochimpulsdampf bzw. Dampf mit hoher Bewegungsgröße (Gasblasen) aufrecht erhalten, der sich nach oben durch das heiße, aus dem Teilchenmaterial bestehende Bett bewegt. Die Teilchen bleiben mit den jeweiligen sie umgebenden Teilchen unter intensiven Impulsaustausch in Berührung, so daß es zu einer kontinuierlichen Ortsveränderung der Teilchen kommt. Es ergibt sich ein Wirbelschichtbett, das in seinem Verhalten einer Flüssigkeit entspricht.The feed material is fed to the vessel via an inlet injector and provides a predetermined mixture of coal, Limestone or dolomite, water and air. The state of equilibrium between the supporting force of the flowing gas on the one hand and the force of gravity, expressed as the weight of the separated particles, is caused by high-impulse steam or Maintain high-volume vapor (gas bubbles) moving up through the hot particulate matter Bed moves. The particles stay in contact with the surrounding particles with an intense exchange of momentum, so that there is a continuous change of position of the particles. The result is a fluidized bed that is in his Behavior corresponds to a liquid.
Die Kohlenstoffkonzentration liegt meist unter 1%, so daß eine minimale Luftmenge zur vollständigen Verbrennung ausreicht. Durch die Anordnung der Heizfläche innerhalb des Wirbelbettes wird die Bildung größerer Luftblasen vermieden, so daß, in anderen Worten, das Wirbelbett über den ganzen QuerschnittThe carbon concentration is usually below 1%, so that a minimal amount of air is sufficient for complete combustion. Due to the arrangement of the heating surface within the fluidized bed the formation of larger air bubbles is avoided, so that, in other words, the fluidized bed over the entire cross section
des Heizraumes hinweg von ihnen stabilisiert und vergleichmäßigt wird.of the boiler room is stabilized and equalized away from them.
In der erfindungsgemäßen Wirbelschicht ist Wirbelluft entbehrlieh, weil die Verbrennungsluft im zugeführten Material vorhanden ist und der Wirbeleffekt durch Dampfblasen verursacht wird. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung soll die Schichttemperatur durch die Menge an in dem zugeführten Material vorhandenem echtem Fluid gesteuert werden, so daß eine hohe Kohlenstoffzufuhrmenge mit der Verbrennungsluft aufrecht erhalten werden kann, wenn die Wirbelschicht unter Vollastbedingungen gefahren wird, was die Konstruktion für Anwendungsfälle bei der Stromerzeugung, bei Seefahrzeugen mit einem Hochleistungsantrieb, wie z.B. Schüttgutfrachtern und Kreigsschiffen optimiert.In the fluidized bed according to the invention, there is no need for fluidized air, because the combustion air is present in the material supplied and the vortex effect is caused by steam bubbles. According to a further feature of the invention, the layer temperature should be determined by the amount of material in the supplied material Real fluid present can be controlled so that a high amount of carbon is maintained with the combustion air can be when the fluidized bed is run under full load conditions, what the design for applications in the Power generation, in the case of marine vessels with a high-efficiency propulsion system, such as bulk carriers and Kreigs ships optimized.
Die erzeugte Heißluft, die Verbrennungsprodukte und der Dampf werden miteinander gemischt und gelangen in eine Gasturbine, wobei in der Schicht Rohre vorhanden sind, um entweder Luft zu heizen oder Dampf zu erzeugen, der als Arbeitsmedium für Turbinenantriebe dient. Dadurch kann jede beliebige Kombination der Verbundprozesseverwendet werden, um sich dem Anwendungsfall der Konstruktion mit entsprechend hohen Nettowirkungsgraden anzupassen.The hot air generated, the products of combustion and the steam are mixed with one another and enter a gas turbine, whereby in the layer pipes are present to either heat air or to generate steam, which is used as a working medium for Turbine drives are used. This allows any combination of the federated processes to be used to suit the application to be adapted to the construction with correspondingly high net efficiency.
Es lassen sich Brennstoffe mit einem hohen Aschgehalt wie z.B. Hoch-Ballast Steinkohle, Braunkohle, Pechsand, ölschiefer sowie Brennstoffe niedriger Reaktivität und mit einem hohen Gehalt an inerten Bestandteilen bei einer Wirbelschichtfeuerung verwenden. Eine Änderung der Brennstoffparameter kann ohne bauliche Änderungen im Verbrennungssystem oder im Dampferzeuger berücksichtigt werden. Mit dem gleichen Verbrennungs- und Zufuhrsystem läßt sich aus diesem Grund die Verbrennung von Steinkohle, Braunkohle oder sogar Ölschiefer verwirklichen.Fuels with a high ash content such as high-ballast hard coal, lignite, pitch sand, oil shale as well Use fuels of low reactivity and with a high content of inert components in fluidized bed combustion. A change in the fuel parameters can be done without structural Changes in the combustion system or in the steam generator are taken into account. Lets with the same incineration and feed system For this reason, it is possible to burn hard coal, lignite or even oil shale.
Je nach Aschzusammensetzung läßt sich eine entsprechende Entschwefelung der Abgase im Wirbelbett erzielenr Weiterhin, durchAppropriate desulfurization can be carried out depending on the ash composition of the exhaust gases in the fluidized bed continue to be achieved by
Anwendung von Zusatzstoffen wie z.B. Kalkstein oder Dolomit, ist es möglich, den Brennstoffschwefel fast vollständig in der Asche des Wirbelbettes zurückzuhalten, so daß die in die Atmosphäre entweichenden Abgase den Auflagen der Umweltbehörden in bezug auf die Emission von SO entsprechen, ohne daß deswegen eine Sonderbehandlung benötigt wird.Using additives such as limestone or dolomite, it is possible to almost completely absorb the fuel sulfur Hold back ashes of the fluidized bed, so that the exhaust gases escaping into the atmosphere meet the requirements of the environmental authorities in with respect to the emission of SO, without requiring any special treatment.
Weiterhin wird die NO -Emission wegen der niedrigen Verbrennungstemperatur erheblich verringert.Furthermore, the NO emissions are due to the low combustion temperature considerably reduced.
Beim Betrieb der Anlage ist eine gleichbleibende Höhe des Bettes bzw. der Schicht innerhalb des Verbrennungsreaktors wünschenswert, was je nach Aschgehalt des Brennstoffes durch Rückführung der Filter- oder Zyklonasche oder durch Abtrennung der Asche aus der Wirbelschicht erfolgen kann. Die Höhe der Wirbelschicht in einem Verbrennungsreaktor stellt eine Funktion des Hohlraumverhältnisses des Materials und der Körnung sowie der Geschwindigkeit des Wirbelmediums dar und wird im idealen Fall so festgelegt, daß es nicht zu einem Austrag der Kohlenstoffteilchen kommt, der dann, um einen wirtschaftlichen Betrieb dennoch zu gewährleisten, eine Rückführung nötig machen würde.When operating the plant, a constant height of the bed or the layer within the combustion reactor is desirable, depending on the ash content of the fuel by recycling the filter or cyclone ash or by separating the ash can be done from the fluidized bed. The height of the fluidized bed in a combustion reactor is a function of the void ratio of the material and the grain size as well as the speed of the fluidizing medium and is ideally determined in such a way that that there is no discharge of the carbon particles, which then, in order to ensure economical operation would make a repatriation necessary.
Das Teilchenmaterial der Schicht wird durch Propangasbrenner oder ähnliche Einrichtungen sowohl zur Vorwärmung wie auch zur Anzündung des Brennstoffes erhitzt. Ist die Betriebstemperatur erreicht, so tritt der neuartige Zufuhrinjektor in Funktion. Das Bett befindet sich dann im normalen Betriebszustand und die Propanbrenner können abgeschaltet werden.The particulate material of the layer is used both for preheating as well as by propane gas burners or similar devices heated to ignite the fuel. Once the operating temperature has been reached, the new type of feed injector comes into operation. The bed is then in the normal operating state and the propane burners can be switched off.
Eine von dem Anmelder entwickelte Injektorpumpe (s. AUS-PS 46 12 04) läßt sich bei jeder beliebigen Kombination des Zufuhrmaterials anwenden, das als ein Produkt oder als eine der Steuerung und dem Betrieb der.Wirbelschicht entsprechende prozentmäßige Zusammenstellung vorliegen kann. Die Injektorpumpe ist weiterhin fähig, die Produktmenge je Zeiteinheit zwischen Null und der vollen vorgegebenen Kapazität zu ändern, so daß die Wirbelschicht durch diese einzige Einheit geregelt wird,An injector pump developed by the applicant (see AUS-PS 46 12 04) can be used with any combination of the feed material apply that as a product or as one corresponding to the control and operation of the fluidized bed percentage compilation may exist. The injector pump is also able to change the amount of product per unit of time between zero and the full predetermined capacity, so that the fluidized bed is regulated by this single unit,
was zu einer Verringerung des Steuerungsaufwands gegenüber bekannten Druckwirbelschichtverbrennungsreaktoren führt.resulting in a reduction in control overhead known pressure fluidized bed combustion reactors leads.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise die Einlaßöffnung so gestaltet/ daß das teilchenförmige Bettmaterial und das Einspritzen des Kohlenstoffes durch die profilierte Form der Einlaßseitenwandungen gezielt expandiert wird, was die Verteilung des Kohlenstoffes optimiert und die für die vollständige Verbrennung nötige Zeit ohne Feststoffaustrag steuert.According to a further aspect of the present invention is preferably the inlet opening designed / that the particulate Bed material and the injection of carbon targeted through the profiled shape of the inlet side walls is expanded, which optimizes the distribution of the carbon and that necessary for complete combustion Controls the time without solids discharge.
Die Verwirklichung höherer Leistungsgrade hängt von einer wirkungsvollen Steuerung ab, die ihrerseits von der Bereitstellung des Brennstoffes und der Luft, vom Verbrennungsprozeß und von wirkungsvoller Übertragung der Wärme in den Dampf abhängt.The achievement of higher levels of performance depends on effective control, which in turn depends on the provision of the fuel and the air, the combustion process and the efficient transfer of heat into the steam depends.
Moderne Anlagen, denen der Rankine-Kreis-Prozeß oder dessen Abwandlungen zugrundeliegen, erreichen Wirkungsgrade von über 30%; der Wirkungsgrad bei superkritischen Anlagen bewegt sich in der Größenordnung von 40%. Um den Wirkungsgrad noch weiter zu steigern, muß die Möglichkeit, mit Gasturbinen oder Dampfturbinen-Gasturbinengemischtprozeßen zu arbeiten, ins Auge gefaßt werden.Modern systems, which are based on the Rankine cycle or its modifications, achieve efficiencies of over 30%; the efficiency of supercritical systems is in the order of 40%. To increase the efficiency even further must be the ability to process gas turbines or steam turbine-gas turbine mixed processes to work should be envisaged.
Einzeln oder kollektiv erhöhen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung den Wirkungsgrad bei Druckverbrennungswirbelschichten, so daß vom Fachmann gefolgert werden kann, daß eine erfindungsgemäß konstruierte und betriebene Wirbelschichtanlage an einen maximalen Wirkungsgrad in bezug auf die Streckung und die Ausnutzung der Fossilbrennstoffvorräte nah herankommt.Individually or collectively, the embodiments of the present increase Invention the efficiency in pressure combustion fluidized beds, so that it can be inferred by those skilled in the art that a according to the invention constructed and operated fluidized bed system to a maximum efficiency with respect to the stretching and the exploitation of fossil fuel stocks is approaching.
Beispiele der Anwendung der vorliegenden Erfindung umfassen die Pyrolyse beim Kracken kohlehaltiger Brennstoffe, die Vergasung von Kohlenstoff und andere Anwendungsarten, die aus der vorhergehenden Beschreibung zu entnehmen sind.Examples of the application of the present invention include pyrolysis in the cracking of coal-containing fuels, gasification of carbon and other uses derived from the preceding Can be found in the description.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der beiliegenden ZeichnungAn embodiment of the invention is the accompanying drawing
zu entnehmen, deren Figur schematisch einen Hydro/Druckwirbelschichtverbrennungsreaktor zeigt.can be seen, the figure of which shows schematically a hydro / pressure fluidized bed combustion reactor shows.
(A) bezeichnet den Mantel des Verbrennungsreaktors, der mit(A) denotes the jacket of the combustion reactor, which is marked with
einem geeigneten feuerfesten Werkstoff ausgekleidet und außen mit geeigneten wärmedämmenden Werkstoffen zugedeckt ist.lined with a suitable refractory material and covered with suitable heat-insulating materials on the outside.
(B) bezeichnet die Einlaßöffnung, deren profilierte Seitenwandungen (C) die Expansion des zugeführten Materials im Bereich des Wirbelschichteintrags (D) steuern, weil die Erzeugende(B) denotes the inlet opening, its profiled side walls (C) control the expansion of the supplied material in the area of the fluidized bed entry (D) because the generators
der Seitenwandungen eine am ihre X-Achse gedrahte Kettenlinie-"^ halfte ist.the side walls have a chain line wired on their X-axis - "^ half is.
Der größere Anteil des kohlehaltigen Materials wird in dieser Zone verbrannt. Oberhalb dieser Zone findet die übertragung der Wärme an die innerhalb der Wirbelschicht liegenden Dampferzeugungsrohre (E) statt, so daß die Abtrennung durch die Fließbewegung (elutriation) des kohlehaltigen Stoffes in Grenzen gehalten wird.The greater part of the carbonaceous material is burned in this zone. The transmission takes place above this zone the heat to the steam generating tubes (E) located within the fluidized bed, so that the separation occurs the flow movement (elutriation) of the carbonaceous substance is kept within limits.
Die innerhalb und oberhalb der Wirbelschicht angeordneten Dampferzeugungsrohre (E) bzw. (F) sind über einen Wärmetauscher mit einem Dampfturbinenkreis verbunden.The steam generating pipes (E) and (F) arranged inside and above the fluidized bed are connected via a heat exchanger connected to a steam turbine circuit.
Rauchgase verlassen den Verbrennungsreaktor über eine feuerfest ausgekleidete Leitung (G) und erreichen dann zwei Hochleistungszyklone (H), ehe sie in den Gasturbinenkreis gelangen.Flue gases leave the combustion reactor via a refractory lined pipe (G) and then reach two High-performance cyclones (H) before they enter the gas turbine circuit.
Die diese Zyklone verlassenden Teilchen werden entweder zur Lagerung entnommen oder zwecks Rückführung in den Zufuhrtrichter (J) abgezweigt.The particles exiting these cyclones are either removed for storage or returned to the feed hopper (J) branched off.
Zur Entfernung von Asche ist ein Wehr (K) an einer geeigneten Höhe angebracht, so daß dieses Material dem Lagerbereich (L) für verbrauchten Brennstoff zugeführt und bei einer erhöhten Temperatur gehalten wird, ehe es durch WiedereinfuhrTo remove ash, a weir (K) is placed at a suitable height so that this material is in the storage area (L) for spent fuel is fed and held at an elevated temperature before re-importing it
in den Trichter (J) rückgeführt oder einem Lagerungs- und Entsorgungsbereich als Abfall zugeführt wird.returned to the funnel (J) or disposed of as waste in a storage and disposal area.
Der Zufuhrtrichter (J) erhält vorbestimmte Mengen an Kohle sowie Kalkstein oder Dolomit, die bis zur Erreichung des benötigten Fließvermögens mit Wasser gespritzt werden.The feed hopper (J) receives predetermined amounts of coal as well as limestone or dolomite, which are required until the required To be splashed with water.
Der Lufteinlaß (M) des Verbrennungsreaktors ist mit dem Mittelteil des Einlasses der Einfuhr- bzw. Einspritzpumpe verbunden, der durch den Zustand des Abgases darstellende Signale geregelt wird.The air inlet (M) of the combustion reactor is with the middle part of the inlet of the injection pump, which is regulated by signals representing the state of the exhaust gas will.
Die Temperatur der Wirbelschicht wird gemäß der Menge an Wirbelfluid im Zufuhrmaterial gesteuert und sollten aus irgendwelchem Grund die Abgase über eine annehmbare Grenze steigen, so wird ein nichtabgebildeter Dampfeinspritzer mit dem Oberteil des Gefäßes oder mit Punkt nach den in die Gasturbineeinlaßleitung angeordneten Zyklonen verbunden.The temperature of the fluidized bed becomes according to the amount of the fluidized fluid controlled in the feed material and should for any reason the exhaust gases rise above an acceptable limit, so will a steam injector, not shown, with the top of the vessel or dot after that into the gas turbine inlet duct arranged cyclones connected.
Es ist zu ersehen, daß die Erfindung sich für verschiedene Anwendungen eignet. Zum Beispiel:-It will be seen that the invention has various uses. For example:-
Die Kohle wird bei einer in dem Bereich 288 bis 1093 liegenden •"25 Temperatur und bei einem Druck von 1 bis 150 Atü eingeführt bzw. eingespritzt.The coal is introduced at a temperature in the range 288-1093 • "25 temperature and at a pressure of 1 to 150 Atü or injected.
Sie läßt sich in öl oder Gas umwandeln, weil die Substanzen alle Kohlenwasserstoffe enthalten. Die Umwandlung läßt sich durch Änderung des Wasserstoff/Kohlenstoffverhältnisses der Kohle unter Zugrundelegung einer der folgenden Verfahrensweisen durchführen : -It can be converted into oil or gas because the substances all contain hydrocarbons. The transformation can go through Changing the hydrogen / carbon ratio of the coal Do one of the following using one of the following procedures : -
a) Zusatz von Wasserstoff zu der Kohlea) Addition of hydrogen to the coal
b) Entnahme von Kohlenstoff aus der Kohleb) Extraction of carbon from the coal
c) Zersetzung der Kohle in die einzelnen Atome und Umformung bzw. Bildung neuer Verbindungen.c) Decomposition of the coal into the individual atoms and transformation or formation of new compounds.
Die meisten bekannten Verfahren basieren auf dem Zusatz von Wasserstoff, d.h. dem direkten "Verflüssigungsverfahren".Most of the known processes are based on the addition of hydrogen, i.e. the direct "liquefaction process".
Vertreter der sich ergebenden Produkte sind:-Representatives of the resulting products are: -
d) Lösungsmittelveredelte Kohle (Solvent Refined Coal (SRC))d) Solvent Refined Coal (SRC)
e) Exxon-Donatorlösungsmittel (Exxon Donor Solvent, EDS), das durch das Lösungsmittel erzeugt wird.e) Exxon Donor Solvent (EDS), generated by the solvent.
f) Durch den unmittelbaren Zusatz von Wasserstoff erzeugte Η-Kohle (H-Coal).f) Η-coal (H-coal) produced by the direct addition of hydrogen.
Beim Verfahren zu e) (EDS-Verfahren) wird Kohle bei 4 54 und einem Druck von 100 bis 150 Atü verflüssigt. Der Wasserstoff wird sowohl aus dem Donatorlösungsmittel und auch als Gas zugeliefert. Das Donatorlösungsmittel ist eine dem Verfahren entstammende Kohleflüssigkeit, die in bezug auf den Wasserstoffgehalt in einem getrennten katalytischen Reaktor veredelt wird. Die Ausbeute entspricht 2.5 barreis (318 Liter) öl je ton (1016 kg) Kohle. Beim H-Kohleverfahren wird einer Kohleausschlämmung Wasserstoff zugesetzt. In dem bei 340 im Verflüssigungsgefäß stattfindenden Verfahren wird ein Katalysator benutzt, um die Geschwindigkeit der zwischen des gasförmigen Wasserstoffs mit der Kohle stattfindenden Reaktion zu erhöhen.In the procedure for e) (EDS procedure), coal is added at 4 54 and liquefied at a pressure of 100 to 150 atmospheres. The hydrogen is supplied both from the donor solvent and as a gas. The donor solvent is a carbon liquid derived from the process, which in terms of hydrogen content is refined in a separate catalytic reactor. The yield corresponds to 2.5 bar rice (318 liters) of oil per ton (1016 kg) coal. In the H-coal process, a coal slurry is used Hydrogen added. In the process that takes place in the liquefaction vessel at 340, a catalyst is used to reduce the To increase the speed of the reaction taking place between the gaseous hydrogen and the coal.
Schieferö!gewinnung. Slate oil extraction .
Der ölschiefer ist ein Gestein mit einem Gehalt an einem organischen Stoff, der Kerogen genannt wird und bei Erhitzung auf 482° verdampft und aus dem Gestein freigesetzt wird, wonach es unter Bildung von Flüssigkeiten und etwas Gas rekombiniert.The oil shale is a rock containing an organic A substance called kerogen which, when heated to 482 °, evaporates and is released from the rock, whereupon it recombines to form liquids and some gas.
Ein bei der Schieferölgewinnung auftauchendes Problem wird durch die großen anfallenden Mengen an verbrauchtem Schiefer verursacht, der beim Retortenverfahren um etwa 20% an Volumen gewinnt, so daß zum Beispiel bei einer Anlage von 100.000 barrel (1.59O.OOO Liter) ölaufstoß je Tag 200.000 Tonnen Gestein anfallen.A problem encountered in shale oil production is due to causes the large quantities of used slate, which increases in volume by around 20% in the retort process, so that, for example, with a system of 100,000 barrels (1.59O.OOO Liters) of oil spill over 200,000 tons of rock per day.
Bei den meisten Kohleumwandlungsverfahren zum Beispiel mußFor example, most coal conversion processes must
die Kohle in die geheizten und unter Druck stehenden Reaktoren unter Anwendung besonderen Pumpen befördert werden.the coal is conveyed into the heated and pressurized reactors using special pumps.
Nachdem dieses Gemisch durch den Reaktor gelangt ist, wird ein Teil zurückgeführt. Wiederum müssen Pumpen verwendet werden. Unter Anwendung der Pumpe gemäß der AUS-PS 461,204 des Anmelders und mit der Aufschlämmungspumpe gemäß seiner australischen Patentanmeldung 66,639/81 eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere zur Umwandlung von Kohle und Schiefer. Die Pumpe eignet sich ebenfalls für alle drei Vergasungsverfahren: mit Festbett, mit Wirbelschicht- und mit zirkulierender Wirbelschicht. Die Pumpe ist imstande, den Druck im Zufuhrsystem aufrechtzuerhalten, während die Kohle oder der Schiefer durch eine Schleuse oder "Dichtung" gegen den Innendruck eingeführt wird, so daß ein einen Energieverlust verursachendes Ablassen von Gasen nicht mehr nötig ist, das vielfach bei dem bekannten . Schleusentrichterzufuhrsystern verwendet wird.After this mixture has passed through the reactor, some of it is returned. Again pumps must be used. Under Use of the pump in accordance with Applicant's AUS-PS 461,204 and with the slurry pump in accordance with his Australian Patent application 66,639 / 81, the present invention is particularly suitable for converting coal and shale. The pump is also suitable for all three gasification processes: with a fixed bed, with a fluidized bed and with a circulating fluidized bed. The pump is able to maintain the pressure in the supply system while the coal or shale is passed through a Sluice or "seal" is introduced against the internal pressure, so that an energy loss causing discharge of Gas is no longer necessary, which is often the case with the known. Lock hopper feed system is used.
Alle im Brennstoff vorkommende Feuchtigkeit muß von Raumtemperatur (oder von der gegebenenfalls höheren Temperatur) auf die von Betriebsdruck abhängende Dampfbildungstemperatur erhitzt werden. Der so gebildete Wasserdampf muß dann auf die Temperatur der Ofengase erhitzt werden.All moisture in the fuel must be at room temperature (or by the possibly higher temperature) heated to the steam formation temperature, which depends on the operating pressure will. The water vapor thus formed must then be heated to the temperature of the furnace gases.
Eine vollkommene Steuerung bzw. Regelung wird in der Praxis selten erreicht, so daß, um eine für eine vollständige Verbrennung ausreichende Versorgung mit Luft zu gewährleisten, es wünschenswert ist, etwas mehr Luft als die Theorie einzuführen.A perfect control or regulation is seldom in practice achieved, so that in order to ensure a sufficient supply of air for complete combustion, it is desirable is to introduce a little more air than theory.
Diese Überschußluft mischt sich mit den Verbrennungsprodukten und verdünnt sie unter Abkühlung, so daß ihre Wärmeleitgeschwindigkeit abnimmt, so ist es möglich, die Überschußluftmenge auf den Wert herabzusetzen, der gerade noch für eine vollständige Verbrennung ausreicht.This excess air mixes with the combustion products and dilutes them while cooling, so that their heat conduction rate decreases, it is possible to reduce the amount of excess air to the Reduce the value that is just sufficient for complete combustion.
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