DE3346105A1

DE3346105A1 - Vorrichtung zum vergasen fester, fluessiger und/oder gasfoermiger kohlenstofftraeger

Info

Publication number: DE3346105A1
Application number: DE19833346105
Authority: DE
Inventors: Alf 4300 Essen Gribat
Original assignee: Didier Engineering GmbH
Current assignee: Didier Engineering GmbH
Priority date: 1983-12-21
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1985-07-18
Also published as: DE3346105C2

Description

Vorrichtung zum Vergasen fester,
flüssiger und/oder gasförmiger Kohlenstoffträger Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vergasen fester, flüssiger und/oder gasförmiger Kohlenstoffträger in einem Reaktorbehälter unter Atmosphärendruck, in welchem der feste Kohlenstoffträger ein das Behälterinnere von oben nach unten durchlaufendes Festbett bildet, zu welchem Vergasungsmittel, z.B. Sauerstoff und Dampf, gegebenenfalls zusammen mit dem flüssigen und/oder gasförmigen Kohlenstoffträger, im Gegenstrom führbar sind, wobei das Produktgas im oberen Bereich des Reaktorbehälters abziehbar und die sich bildende trockene Schlacke mittels eines Drehrostes über einen Ringkanal am unteren Ende des Reaktorbehälters austragbar ist.
Derartige Drehrostgeneratoren sind bekannt. Sie werden beispielsweise zur Erzeugung von Schwachgas (Hu = 5000 KJ/Nm3) bei Durchmessern bis zu 3,5 m und thermischen Leistungen von ca. 6 MW je Einheit betrieben. Für die Erzeugung von Synthesegas werden Drehrostfestbettgeneratoren in großtechnischem Maßstab bei Drücken bis zu 100 bar betrieben. Aufgrund der in den letzten Jahrzehnten gewandelten Primarenergiesituation sind die bekannten Stadtgaserzeugungsanlagen fast vollständig von der Bildflache verschwunden. Lediglich bestimmte Industriezweige, wie Ziegelei- oder Zement-Industrie stellen durch den hier anwendbaren Einsatz billiger Vergasungsrohstoffe nach wie vor ein Marktpotential dar. Die Energiesituation gebietet es, mit bestimmten Rohstoffen sparsam umzugehen und in Abhängigkeit von den Bedarfsfällen alternative Einsatzstoffe auf unkonventionelle Art einzusetzen. Hier bieten sich insbesondere Kohlenstoffträger zur stufenweise Energieumwandlung an, die bisher als minderwertig oder als für die Umwelt bei verbrennungstechnischer Anwendung als schädlich angesehen wurden. Die erste Stufe der Energieumwandlung bildet die Vergasung, wobei Schadstoffe in den Schlackerückstand eingebunden werden können. Das entstehende reine Brenngas ist vielfältig einsetzbar. Un derartige Anlagen wirtschaftlich arbeiten zu lassen, sind billige oder überschüssige Kohlenstoffträger erforderlich, die in den verschiedensten Industriezweigen anfallen oder bei der Gewinnung und Umwandlung hochwertiger Primärenergieträger zwangsläufig entstehen. Hierzu zählen beispielsweise Ballastkohlen, Rückstände aus Konversionsanlagen, Industrieabfälle und Abfallstoffe aus Haushalt und Gewerbe. Bei den technisch ausgereiften Drehrostgeneratoren mit Naßaustrag ist jeweils nur eine enge Kohlenstoffträger-Bandbreite einsetzbar, da sich die Schlackeeigenschaften bzw. Erweichungs- und chmelzpunkte kaum ändern dürfen. Die Höhe der Schlacke- bzw. Ascheschicht über dem Drehrost ist entscheidend für einen stabilen Reaktionsablauf und wird von der Drehzahl des Drehrostes, der Schüttschichthöhe des Festbettes und damit vom Durchsatz und der Temperatur in der Oxidationszone beeinflußt. Es soll eine möglichst konstante Schlacke- oder Ascheschichthöhe von ca. 200 bis 300 mm eingehalten werden.
Bei Erhöhung der Drehrostdrehzahl wird der Schlackeaustrag in eine Wasserbadwanne vergrößert und die Auflockerung der Festbettschicht verbessert. Un die Schlackeschichthöhe nun konstant zu halten, ist mehr Vergasungsmittel, d.h. Sauerstoff zuzuführen, was jedoch auch gleichzeitig eine Erhöhung der Rosttemperatur in Verbindung mit der Gefahr von Bildung flüssiger Schlacke hervorruft. Weiterhin wird der Abbrand verschlechtert und die Gefahr der Bildung von Randfeuern wächst. Dies bewirkt umso größere Instabilitäten, je größer die Kohlenstoffträger-Bandbreite ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Drehrostgenerator der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß der Einsatz einer breiten Kohlenstoffträgerpalette bis hin zu flüssigen und/oder gasförmigen Kohlenstoffträgern möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Drehrost vertikal, also in axialer Richtung verstellbar ist.
Hierdurch wird eine Abkopplung der Festbettauflockerung von der Steuerung der auszutragenden Asche- bzw. Schlackemenge und Sauerstoffmenge in den Drehrostgenerator erzielt, wodurch gleichzeitig der Einsatz einer breiten Vergasungsstoffpalette bis hin zu flüssigen und/oder gasförmigen Kohlenstoffträgern ermöglicht wird. Die Verstellung des Drehrostes kann beispielsweise über einen hydraulischen Stellantrieb vertikal in Richtung der Festbettachse erfolgten, Die Verstellbarkeit sollte wenigstens 200 bis 300 mm betragen. Durchldie Höhen-verstellbarkeit kann nunmehr die Asche-bzw. Schlackehöhe unabhängig von den Prozeßparametern eingestellt werden.
Voraussetzung ist lediglich ein gewisser Aschegehalt der Kohlenstoffträger.
Werden nur feste Stoffe eingesetzt, so kann in ein und demselben Drehrostgenerator von Koks über Braun- und Steinkohle bis zu Hausmüll eine breite Palette vergast werden. Zur Regelung der kontinuierlichen Vergasungsstoffzufuhr dient demnach neben der Temperatur im Bereich der Asche-bzw. Schlackezone der vertikale Stellweg des Drehrostes.
Der Drehrost ist vorzugsweise als Kegeldrehrost ausgebildet, um den Schlackeaustrag zu erleichtern.
Dabei hat der Behälterdurchmesser im Bereich des als Kegeldrehrost ausgebildeten Drehrostes gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal eine im Querschnitt nasenförmige Einziehung mit einer dem als Kegeldrehrost ausgebildeten Drehrost zugewandten Schrägfläche von etwa der Neigung der benachbarten Kegeldrehrostoberfläche. Somit wird ein verstellbarer Ringquerschnitt für das Nachrutschen des Asche- bzw. Schlackestromes bei im wesentlichen gleichbleibender Schräglage des die Mittelebene des Ringkanales bildenden Kegelmantels erzielt. Die Höhe des die Einziehung des Behälterdurchmessers bildenden Vorsprunges mit einem unteren Kantwinkel, der der Neigung der benachbarten konischen Kegeldrehrostoberfläche entspricht, liegt beispielsweise in der Größenordnung von 1 m.
Die erfindungsgemäße Vergasungsvorrichtung erlaubt, wie bereits erwähnt, auch den Einsatz flüssiger oder gasförmiger Kohlenstofftrager. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens sind zu diesem Zweck vorzugsweise über den Behälterumfang verteilte Injektorlanzen für die Einführung von flüssigen und/oder gasförmigen Kohlenstoffträgern mit Sauerstoff und/oder Dampf in die Verbrennungszone und damit heiße Asche- bzw. Schlackezone des Festbettes vorgesehen.
Vorzugsweise sind die Injektorlanzen längsverschiebbar in der Behälterwandung. gehalten. Durch die variable Eindringtiefe der Injektlonslanzen können entstehende Randfeuer beherrscht und insbesondere bei großen Reaktorbehälterdurchmessern eine Vergleichmäßigung der Gasströmung erzielt werden. Bei nur zeitweise verfügbaren Flüssigrückständen können die Injektionslanzen entweder aus dem Asche- bzw. Schlackebett gezogen oder als Verteilungsdüsen für Sauerstoff, Luft und/oder Dampf eingesetzt werden.
Die Injektionslanzen münden zweckmäßigerweise unmittelbar oberhalb der Scheitellinie der Einziehung in das Behälterinnere.
Die Injektorlanzen münden bei einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens unter einem Winkel zwischen etwa 20 und 30 zur Horizontalen in das Behälterinnere.
Ein weiteres Erfindungsmerkmal kann darin bestehen, daß die Injektorlanzen auf die Kegeldrehrostoberflächen vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 602 gerichtet sind.
Wenn unterhalb des Drehrostes Düsen für die Einführung von Sauerstoff und/oder Luft und/oder Dampf angeordnet sind, wird auch die Vergasung ohne Flüssigrückstand ermöglicht sowie Randgängigkeit und Rostüberhitzung vermieden.
Unterhalb des nach unten offenen Ringkanals kann eine Wasserbadwanne fur das Auffangen der trockenen Asche bzw. Schlacke angeordnet sein.
Es ist dann zweckmäßig, daß der Drehrost höhenverstellbar auf der Wasserbadwanne gehalten ist.
Auch kann in diesem Falle der Drehantrieb auf die Wasserbadwanne einwirken, so daß der Drehrost mit der Wasserbadwanne gedreht wird.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Die einzige Figur veranschaulicht schematisch eine die Erfindung aufweisende Vergasungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Durch die mit einem Kegelverschlußkörper 3 verschließbare Einfüllöffnung 1 in der Decke eines Reaktorbehälters 15 wird fester Kohlenstoffträger in das Behälterinnere 20 zur Vergasung eingefüllt.
In dem Behälterinneren 20 bildet sich ein von oben nach unten durchlaufendes Festbett, zu welchem Vergasungsmittel, beispielsweise Sauerstoff und Dampf im Gegenstrom geführt werden. Luft oder Sauerstoff werden beispielsweise durch die Zuführungsleitung 12 und Dampf über die Zuführungsleitung 13 Düsen 9 zugeführt, die unterhalb eines Drehrostes 7 im unteren Bereich des Reaktorbehälters 15 angeordnet sind. Das in dem Reaktorbehälter 15 entstehende Produktgas wird über Abzugsöffnungen 2, die im oberen Bereich der Seitenwandung des Reaktorbehälters 15 vorgesehen sind, aus dem Reaktorinneren 20 herausgeführt. Die sich bei der Vergasung bildende trockene Asche oder Schlacke wird unten über einen Ringkanal 16, der zwischen der Behälterwandung und dem als Kegeldrehrost ausgebildeten Drehrost 7 freigehalten ist, aus dem Behälterinneren 20 herausgeführt und von einem Wasserbad in einer Wasserbadwanne 14 aufgefangen. Der Drehrost 7 ist auf der Wasserbadwanne 14 gehalten. Auf die Wasserbadwanne 14 wirkt ein Drehantrieb 11 ein, wodurch gleichzeitig auch der Drehrost 7 drehbar ist.
Der Behälterdurchmesser weist im Bereich des als Kegeldrehrost ausgebildeten Drehrostes 7 eine im Querschnitt nasenförmige Einziehung 8 auf.
Die Einziehung 8 hat eine dem als Kegeldrehrost ausgebildeten Drehrost 7 zugewandte untere Schrägfläche 17 von etwa der Neigung der benachbarten Kegeldrehrostoberfläche 18. Der Drehrost 7 ist mittels eines Antriebes 10, im dargestellten Falle, hydraulischen Antrieb höhenverstellbar. Damit ist die Breite des Ringkanales 16 ohne die Parallelität der Flächen 17 und 18 zu verändern, veränderbar. Unmittelbar oberhalb der Scheitellinie 19 der Einziehung 8 münden über den Behälterumfang verteilt Injektorlanzen 6 für die Einführung von flüssigen und/oder gasförmigen Kohlenstoffträgern mit Sauerstoff und/oder Dampf in die Verbrennungszone des Festbettes. Der Sauerstoff wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über ein Ventil 21 von der Zufuhrleitung 12 abgezweigt und in einem Injektor 5 der Injektorlanze 6 mit dem über die Zuführungsleitung 4 zugeführten flüssigen oder gasförmigen Kohlenstoffträger gemischt. Die Injektorlanzen 6 sind entsprechend der Pfeildarstellung längsverschiebbar in der Behälterwandung gehalten, so daß sie mehr oder weniger weit in das Behälterinnere 20 hineinragen können. Die Injektorlanzen 6 münden unter einem Winkel zwischen etwa 20 und 30' zur Horizontalen in das Behälterinnere 20. Die Injektorlanzen 6 sind in dem dargestellten Beispiel ferner unter einem Winkel von etwa 60. auf die Kegeldrehrostoberflachen 18 gerichtet.

Claims

Vorrichtung zum Vergasen fester, flüssiger und/oder gasförmiger Kohlenstoffträger Patent ans p ru c h e: 1. Vorrichtung zum Vergasen fester, flüssiger und/oder gasförmiger Kohlenstoffträger in einem Reaktorbehälter unter Atmosphärendruck, in welchem der feste Kohlenstoffträger ein das Behälterinnere von oben nach unten durchlaufendes Festbett bildet, zu welchem Vergasungsmittel, z.B.

Sauerstoff und Dampf, gegebenenfalls zusammen mit dem flüssigen und/oder gasförmigen Kohlenstoffträger, im Gegenstrom führbar sind, wobei das Produktgas im oberen Bereich des Reaktorbehälters abziehbar und die sich bildende trockene Schlacke mittels eines Drehrostes über einen Ringkanal am unteren Ende des Reaktorbehälters austragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrost (7) vertikal, also in axialer Richtung verstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrost (7) als Kegeldrehrost ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterdurchmesser im Bereich des als Kegeldrehrost ausgebildeten Drehrostes (7) eine im Querschnitt nasenförmige Einziehung (8) mit einer dem als Kegeldrehrost ausgebildeten Drehrost (7) zugewandten Schräyfläche (17) von etwa der Neigung der benachbarten Kegeldrehrostoberfläche (18) hat.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch vorzugsweise über den Behälterumfang verteilte Injektorlanzen (6) für die Einführung von flüssigen und/oder gasförmigen Kohlenstoffträgern mit Sauerstoff und/oder Dampf in die Verbrennungszone des Festbettes.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorlanzen (6) längsverschiebbar in der Behalterwandung gehalten sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Injek torlanzen (6) unmittelbar oberhalb der Scheitellinie (19) der Einziehung (8) in das Behälterinnere (20) münden.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorlanzen (6) unter einem Winkel zwischen etwa 20 und 30 zur Horizon talen in das Behälterinnere (20) münden.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorlanzen (6) auf die Kegeldrehrostoberlächen (18), vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 60 ° gerichtet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Drehrostes (7) Düsen (9) für die Einführung von Sauerstoff und/oder Luft und/oder Dampf angeordnet sind.
10 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des nach unten offenen Ringkanals (16) eine Wasserbadwanne (14) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrost (7) höhenverstellbar auf der Wasserbadwanne (14) gehalten ist.
12 Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Wasserbadwanne (14) ein Drehantrieb (11) wirkt.