DE3145699C2

DE3145699C2 - Vergaser für kohlenstoffhaltige, feinteilige Brennstoffe, insbes. Wirbelschichtvergasern, mit zusätzlicher, in das Gefäß hineinragender Vergasungskammer

Info

Publication number: DE3145699C2
Application number: DE19813145699
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 6900 Heidelberg Flesch
Original assignee: Carbon Gas Technologie 4030 Ratingen De GmbH
Current assignee: Carbon Gas Technologie 4030 Ratingen De GmbH
Priority date: 1981-11-19
Filing date: 1981-11-19
Publication date: 1983-10-06
Also published as: DE3145699A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vergasen kohlenstoffhaltiger, feinteiliger Brennstoffe mit Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmitteln mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Wirbelschichtvergaser dieser Gattung.

Derartige Vorrichtungen können eine Wirbelschmelzkammer enthalten und als Staubvergaser betrieben werden. Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Gattung (DE-OS 27 42 222) besteht die Vergasungskammer aus einer von Kühlwasser durchströmten, gewickelten Rohrschlange, die von einem Schutzüberzug aus feuerfester Masse umgeben ist. Die in den heißen Raum oberhalb der Wirbelschicht hängende Vergasungskammer unterliegt der Korrosion und Erosion durch heiße, mit Staub beladene Gase. Bei zu großer Auslegung der Kühlleistung des Kühlsystemes kann der Reaktionsablauf im Raum oberhalb der Wirbelschicht durch zu starken Wärmeentzug über die gekühlten Flächen der Vergasungskammer beeinträchtigt werden.

Bei Reaktoren für die Vergasung fossiler Brennstoffe ist es bekannt (DE-OS 30 09 850), für die feuerfeste Auskleidung des Reaktorbehälters Steinsegmente aus feuerfestem Werkstoff zu verwenden, die derart geformt sind, daß für jedes der Rohre zwei Steine mit je einer den Rohren entsprechenden halbkreisförmigen Ausnehmungen vorgesehen sind, um die Rohre gegenüber dem Reaktorraum abzudecken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung die Vergasungskammer konstruktiv einfacher auszubilden und so zu gestalten, daß der Wärmeentzug aus dem die Vergasungskammer umgebenden Raum möglichst gering ist

, ₅ Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung ist das gesamte Kühlsystem durch feuerfeste Steinsegmente gegenüber den im Reaktionsgefäfl herrschenden hohen Temperaturen und den dort befindlichen Gasen abgedeckt und geschützt. Dadurch wird der Wärmeentzug in den die Vergasungskammer umgebenden Raum verringert. Die konstruktive Ausgestaltung der Vergasungskammer ist dadurch vereinfacht, daß die Steinsegmente in das Kühlrohrsystem eingefädelt werden können. Darüber hinaus ermöglicht die Bauweise der Vergasungskammer ihre Verlängerung oder Verkleinerung im Hinblick auf eine etwa gewünschte Änderung der Verweilzeit der Reaktanten. Ebenso werden Ausbesserungsarbeiten an der Vergasungskammer erleichtert, da die Steinsegmente auch einzeln ausgewechselt werden können. Die Fugen zwischen den Steinsegmenten gleichen Wärmespannungen aus, und zwar auch dann, wenn sich die Fugen im Laufe des Betriebes allmählich zusetzen. Selbst ein Durchtreten von Sauerstoff durch die Fugen führt zu keiner Betriebsstörung, weil die umgebende Atmosphäre aus heißem Gas und Brennstoff besteht und sich der Sauerstoff mit diesen umsetzen würde.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 den Schnitt H-II nach F i g. 1 und
F i g. 3 den oberen Teil der Kammer.
Gemäß Fig. 1 wird in dem unteren Teil eines Reaktionsgefäßes 1 eine Wirbelschicht 2 aufrechterhalten. Der Wirbelschicht 2 werden über Zuführungsrohre

so 3 Kohle und Vergasungsmittel zugeführt. Das durch die Reaktion entstehende Produktgas tritt aus der Wirbelschicht 2 in den Raum 4 oberhalb der Wirbelschicht 2 aus und wird durch einen Austrittsstutzen 5 in der Wand des Reaktionsgefäßes 1 abgeführt.

Das Produktgas führt Staub mit sich, der im wesentlichen aus Kohlenstoff und Asche besteht. Der Staub wird aus dem Produktgas in einem nicht dargestellten Zyklonabscheider abgetrennt, der in der sich an den Austrittsstutzen 5 anschließenden Gaslei-

ho tung angeordnet ist. Der Staub wird einem im folgenden näher beschriebenen Staubvergaser zugeführt. Der Staubvergaser besteht aus einer Kammer 6, die in den oberen Teil des Reaktionsgefäßes 1 hineinragt. Die Unterkante der Kammer 6 befindet sich oberhalb der

b5 Wirbelschicht 2.

Die Kammer 6 ist mit einem Zuführungsstutzen 7 versehen, dem als Vergasungsmittel Sauerstoff und der aus dem Produktgas abgetrennte Flugstaub zugeführt

wird. Anstelle von oder zusätzlich zum Flugstaub können andere feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe eingesetzt werden. Die Reaktanten werden der Kammer 6 mit einem Drall zugeführt In der Kammer 6 wird eine so hohe Temperatur eingehalten, daß die in dem Flugstaub oder den Brennstoffen enthaltende Asche schmilzt. Die Reaktionsprodukte treten aus der Kammer 6 in den Raum 4 oberhalb der Wirbelschicht 2 aus.

Die Kammer 6 ist gekühlt und umfaßt ein Kühlringsystem, das auf dem Reaktionsgefäß 1 abgestützt ist Im einzelnen besteht das Kühiringsystem aus geraden, parallel zur Längsachse der Kammer 6 verlaufenden Rohrabschnitten 8, die von Kühlwasser durchströmt sind und an ihren unteren Enden über einen Sammler 9 miteinander verbunden sind. Die oberen Enden der Rohrabschnitte 8 sind aus dem Reaktionsgefäß 1 herausgeführt

Wie in F i g. 3 dargestellt, sind die Rohrabschnitte 8 jeweils mit einer von zwei Ringleitungen 10 verbunden, an die die Kühlwasserzufuhr bzw. Kühlwasserabfuhr angeschlossen ist. Hierbei sind die Kühlwasserzu- und ablaufe in ihrem Durchmesser so aufeinander abgestimmt, daß das Kühlringsystem hinreichend gekühlt ist. Falls aus irgendeinem Grund erwünscht, kann die Kühlwirkung des Kühlringsystemes durch Verringerung oder Vermehrung der geraden Rohrabschnitte 8 verändert werden.

Das Kühiringsystem wird zweckmäßig als geschlossener Wasserkreislauf von kleinem Wasservolumen ausgebildet. Die Kühlwasseranschlüsse sind mit einem Kühler 11 verbunden, in dem das Kühlwasser rückgekühlt wird. Auf diese Weise wird bei einem Rohrriß des Kühlringsystems durch das in das Reaktionsgefäß 1 einströmende Wasser die Temperatur des Reaktionsge- ->5 fäßinhaltes nur geringfügig abgesenkt und die Reaktionstemperatur für die Umsetzung des Sauerstoffes mit dem Brennstoff nicht unterschritten.

Das Kühiringsystem ist mit einer feuerfesten Umkleidung versehen. Die Umkleidung besteht aus ringförmi- *o gen Steinsegmenten 12 von einer hochtemperaturbeständigen Qualität Vorzugsweise wird Sillimanit als Werkstoff verwendet, da dieser zusätzlich zu seiner Temperaturbeständigkeit widerstandsfähig gegen saure und basische Schlacken ist

Die Steinsegmente 12 weisei; zentral angeordnete Bohrungen 13 (Fig.2) auf, deren Durchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser der Rohrabschnitte 8. Die Steinsegmente 12 sind so über die Rohrabschnitte 8 geschoben, daß sie die Rohrabschnitte 8 umfassen. Über die Höhe und den Umfang der Kammer 6 sind jeweils mehrere Steinsegmente 12 nebeneinander bzw. übereinander angeordnet. Dabei sind zwischen den Steinsegmenten 12 Fugen 14 eingehalten, durch die Wärmespannungen der Steinsegmente 12 aufgefangen werden können.

An der Innenseite der Steinsegmente 12 der unteren Reihe kann ein Ansatz angeformt sein. Dieser Ansatz ist mit einer umlaufenden Rinne versehen, in der sich flüssige Schlacke ansammeln kann. Die Rinne weist eine oder mehrere Abflußöffnungen auf, durch die die Schlacke abfließt.

Die Steinsegmente 12 (Fig. 1) sind von den Rohrabschnitten 8 des Kühlringsystemes getragen. Die Rohrabschnitte 8 sind ihrerseits an einem Flansch 15 gehalten, der über Kondensatoren 16 mit einem gehäuseseitigen Flansch 17 verbunden ist. Die Kompensatoren 16 dienen zum Auffangen von Erschütterungen.

Der Wirbelschichtvergaser innerhalb des Reaktionsgefäßes 1 wird vorzugsweise unter erhöhtem Druck betrieben. In diesem Fall ist die Neigung, daß Staub zusammen mit dem Gas aus der Wirbelschicht 2 austritt, verringert. Der Beruhigungsraum oberhalb der Wirbelschicht 2 kann daher niedriger sein. Hierdurch ist es dann möglich, mit der in das Reaktionsgefäß 1 eingehängten Kammer 6 von geringer Baulänge noch den notwendigen Kontakt mit der Wirbelschicht 2 zwecks Abgabe der fühlbaren Wärme der Reaktionsprodukte der Staubvergasung an die Wirbelschicht 2 aufrechtzuerhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Vergasen kohlenstoffhaltiger, feinteiliger Brennstoffe mit Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmitteln, insbesondere Wirbelschichtvergaser, mit einem Reaktionsgefäß, einem in der Produktgasableitung angeordneten Feststoffabscheider und einer in das Reaktionsgefäß hineinragenden Vergasungskammer für die aus dem Produktgas abgeschiedenen Feststoffe, wobei die Vergasungskammer ein am Mantel des Reaktionsgefäßes abgestütztes Kühlsystem, eine feuerfeste Verkleidung für das Kühlsystem und Zuführungen für kohlenstoffhaltige, insbesondere vom Feststoffabscheider rückgeführte Brennstoffe sowie für Vergasungsmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem gerade, in Längsrichtung der Vergasungs'-.ammer (6) verlaufende Rohre (8) aufweist, die an ihren unteren Enden miteinander verbunden sind, und daß die feuerfeste Verkleidung für das Kühlsystem aus hochtemperaturbeständigen Steinsegmenten (12) aufgebaut ist, die Bohrungen (13) enthalten, mit denen sie auf die Rohre (8) des Kühlsystems diese vollständig abdeckend aufgeschoben sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung der Vergasungskammer jeweils mehrere Steinsegmente (12) vorgesehen sind, zwischen denen sich Fugen (14) befinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steinsegmente (12) aus Sillimanit bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem als geschlossener Wasserkreislauf (8, 9,10) ausgebildet und mit einem Kühler (11) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohre (8) des Kühlsystems an einem Flansch (15) gehalten sind, der über Erschütterungen auffangende Kompensatoren (16) mit einem Flansch (17) am Mantel des Reaktionsgefäßes (1) verbunden ist.