DE3431392A1

DE3431392A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von mitteldruckdampf bei der kuehlung eines kohlevergasers

Info

Publication number: DE3431392A1
Application number: DE19843431392
Authority: DE
Inventors: Hans Christoph Dipl.-Ing. Dr. 5810 Witten Pohl
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1984-08-25
Filing date: 1984-08-25
Publication date: 1986-02-27
Also published as: JPS6164789A; PL145334B1; GR851280B; US4655793A; ZA852987B; PL255072A1; TR22781A; DD235884A5

Description

Essen, den 24.Aug. 1984 N 4932/8h Dr. Ha/W.

KRUPP KOPPERS GMBH, 29, MOLTKESTRASSE 29, ESSEN 1

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Mitteldruckdampf bei der Kühlung eines Kohlevergasers.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Mitteldruckdampf von 3o bis 8o bar bei der Kühlung eines bei einer Temperatur von 12oo bis 16oo° C und einem Druck von 1 bis 3 bar arbeitenden Kohlevergasers sowie eine spezielle Ausführungsform desselben, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist.

Verfahren zur Vergasung von Kohle, die im vorstehend genannten Temperaturund Druckbereich arbeiten, sind bekannt. Ein besonders bekanntes und bewährtes Verfahren ist hierbei das Koppers-Totzek-Verfahren, bei dem die feinkörnige bis staubförmige Kohle im Flugstrom mit den übrigen Reaktionskomponenten umgesetzt wird. Die Vergasungstemperatur im Kohlevergaser wird dabei so eingestellt, daß dieselbe oberhalb des Schmelzpunktes der Kohleasche liegt und daher die anfallende Schlacke im geschmolzenen Zustand aus dem Vergaser abgezogen werden kann. Je nach dem Temperaturbereich, innerhalb dessen die verschiedenen Kohlesorten schmelzen, und je nach Reaktivität der Kohle muß deshalb die Vergasungstemperatur höher oder tiefer gelegt werden. Bei reaktionstragen Kohlen wird man die Vergasungstemperatur so hoch ansetzen, wie es mit Rücksicht auf die Haltbarkeit der Feuerfestzustellung des Vergasers möglich ist. Je intensiver die Kühlung des Reaktionsraumes des Vergasers: ist, desto höhere Vergasungstemperaturen können erreicht werden, ohne daß die maximal zulässige Wandinnentemperatur des Feuerfestmaterials im Reaktionsraum überschritten wird.

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Es ist deshalb bekannt, den Vergaser bzw. den Reaktionsraum mit einem Doppelmantel aus Stahlblech zu versehen, dessen innerer Mantel den eigentlichen Reaktionsraum begrenzt, und der mit einer feuerfesten Zustellung versehen ist. Der Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Mantel dient dabei als,Kühlmantel und wird zur Erzeugung von Niederdruck- bzw. von Sattdampf von 3 bis 5 bar genutzt. Bei Arbeiten innerhalb des eingangs genannten Druckbereiches ist es nicht erforderlich, den Vergaser bzw. dessen Reaktionsraum als Druckgefäß auszuführen. Für Kohlen mit guter Reaktionsfähigkeit steht damit ein technisch einfaches und apparativ billiges Verfahren zur Kohlevergasung zur Verfügung. Um teure Druckgefäße zu vermeiden, bleibt aber auch der Dampfdruck des Vergaserkühlsystems auf ca. 3 bis 5 bar beschränkt. Zwar bleibt der Vergasungsprozeß an sich davon unberührt. Als Nachteil kann es sich jedoch herausstellen, daß der Niederdruckdampf weniger wirtschaftlich weiterverwendet werden kann. In bisher ausgeführten Vergasungsanlagen der genannten Art beträgt das Verhältnis der Erzeugung von Hochdruckdampf, der in einem dem Vergaser nachgeschalteten Abhitzekessel erzeugt wird, zu dem im Kühlmantel des Vergasers erzeugten Niederdruck- bzw. Sattdampf etwa 1 : 1. Je nach Reaktorgröße liefert beispielsweise ein Koppers-Totzek-Vergaser Hochdruck- und Niederdruckdampf von je 5 bis 2o t/h. Der zwangsweise anfallende Niederdruckdampf hat deshalb bisher die Gesamtwirtschaftlichkeit von Anlagen mit Koppers-Totzek-Vergasern immer dann belastet, wenn für den Niederdruckdampf keine Vernünftige wirtschaftliche Verwendungsmöglichkeit gegeben war.

Zur Lösung dieses Problems ist zwar bereits vorgeschlagen worden, den Koppers-Totzek-Vergaser als Röhrenkessel auszubilden, was die Erzeugung höherer Dampfdrucke bei der Vergaserkühlung ermöglicht. Der Nachteil dieser Lösung ist jedoch darin zu sehen, daß die Investitionskosten für einen derartigen Vergaser etwa das Fünffache dessen betragen, was für einen einfachen Doppelmantel-Vergaser aufgewendet werden muß.

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem unter den eingangs genannten Betriebsbedingungen arbeitenden Kohleyergasungsverfahren die Kühlung des Kohlevergasers so zu verbessern, daß hierbei Mitteldruckdampf mit einem Druck von 3o bis 80 bar erzeugt werden kann, wobei gleichzeitig eine einfache und kostengünstige Bauweise des Kohlevergasers, die die Verwendung eines Druckgefäßes ausschließt, beibehalten werden soll.

Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß für die Kühlung des Kohlevergasers ein Wärmeträgeröl verwendet wird, das anschließend mit einer Temperatur von 3oo bis 35o C einem externen Wärmeaustauscher zugeführt und dort unter Erzeugung von Mitteldruckdampf bis auf eine Temperatur von 24o bis 27o C abgekühlt wird, worauf zwecks Wiederverwendung seine Rückführung in den Kühlmantel des Kohlevergasers erfolgt.

Das heißt, erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, für die Kühlung des Kohlevergasers anstelle von Wasserdampf ein Wärmeträgeröl einzusetzen, das gewissermaßen als Wärmeüberträger wirkt und dessen fühlbare Wärme anschließend in einem externen Wärmeaustauscher zur Mitteldruckdampferzeugung genutzt wird. Hierbei kann ein einfacher Doppelmantelvergaser zur Anwendung gelangen, wie er weiter oben kurz beschrieben worden ist. Für ein einwandfreies Funktionieren des Verfahrens sind jedoch folgende Bedingungen einzuhalten:

Die Temperatur des Wärmeträgeröls im Kühlmantel des Kohlevergasers darf 35o C nicht überschreiten, damit die Materialtemperatür der Vergasergefäßwandung unterhalb von 5oo°C bleibt. Ferner darf der Druck des Wärmeträgeröles im Kühlsystem nicht mehr als 5 bar betragen, damit auf die Anwendung eines Druckgefäßes verzichtet werden

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kann. Um die für die Vergaserkühlung erforderlichen Wärmestromdichten durch die Vergaserwandung hindurch sicherzustellen, ist es außerdem erforderlich, daß das Wärmeträgeröl im Kühlsystem Strömungsgeschwindigkeiten von 2 bis 3 m/s aufweist. Dies kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß der Kühlmantel des Kohlevergasers durch das Anbringen von Leitblechen so unterteilt wird, daß Strömungskanäle entstehen, in denen sich automatisch die gewünschten Strömungsgeschwindigkeiten einstellen. Hierbei ist es jedoch nicht erforderlich, die entstehenden Strömungskanäle dicht zu schweißen.

Im Gegensetz zu der bisher bekannten Arbeitsweise, bei der die Vergaserkühlung mit Wasserdampf durchgeführt wurde, macht die Verwendung eines Wärmeträgeröls, das bekanntlich brennbar ist, besondere Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, damit bei einem Ausfall von Komponenten des Kühlsystems bzw. einer Undichtigkeit des Vergaserkühlmantels eine Explosion- bzw. Brandgefahr vermieden wird. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist deshalb vorgesehen, daß der Druck des Wärmeträgeröles im Kühlsystem laufend überwacht wird und daß bei einem Druckabfall um ca. 2 bar unter den jeweiligen Betriebsdruck ein Sicherheitssystem den Kohlevergaser stillsetzt, wobei der Wärmeträgerölkreislauf vom Kohlevergaser getrennt und derselbe unter Anwendung eines mit Wasser und/oder Dampf betriebenen Notkühlsystems zum Stillstand gebracht wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen-Verfahrens sind Wärmeträgeröle geeignet, deren Einsatzbereich zwischen 0 und 35o C liegt, damit ein Funktionieren des Kühlsystems auch im Bereich niedrigerer Temperaturen, das heißt beim Stillstand oder Anfahren des Kohlevergasers, gewährleitet ist.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen nachfolgend an Hand der Abbildung erläutert werden, die ein Fließschema zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Im Fließschema ist der Kohlevergaser 1 mit einem Kühlmantel 2 versehen, dessen Innenseite eine Feuerfestzustellung 3 aufweist. Das Wärmeträgeröl wird über die Leitung 4 in den Kühlmantel 2 des Kohlevergasers 1 eingeleitet und im erwärmten Zustand über die Leitung aus diesem abgezogen. Über die genannten Leitungen steht der Kohlevergaser 1 mit dem externen Wärmeaustauscher 6 in Verbindung, in dem die fühlbare Wärme des auf ca. 34o C erwärmten Wärmeträgeröls im indirekten Wärmeaustausch zur Erzeugung von Mitteldruckdampf genutzt wird. Das erforderliche Kesselspeisewasser wird hierbei von der Pumpe 9 über die Leitung 7 in den Wärmeaustauscher 6 eingeleitet, während der erzeugte Mitteldruckdampf durch die Leitung 8 abgezogen wird. Das auf ca. 25o C abgekühlte Wärmeträgeröl wird von der Pumpe über die Leitung 4 wieder in den Kühlmantel 2 des Kohlevergasers 1 zurückgefördert. Vor der Pumpe Io sind im Verlauf der Leitung 4 der Anschluß 11 sowie der Filter 12 angeordnet. Vom Anschluß 11 zweigt dabei die Leitung 13 ab, durch die die Leitung 4 mit dem Expansionsgefäß 14 verbunden ist. Etwaige Verluste an Wärmeträgeröl im Kühlsystem können dadurch ausgeglichen werden, daß frisches Wärmeträgeröl aus dem Vorratsbehälter 15 nach Öffnen des Ventils 16 über die Leitung 17 abgezogen und in die Leitung 5 eingespeist wird. Verbrauchtes Wärmeträgeröl kann demgegenüber über die Leitung 18 aus dem Kreislauf ausgeschleust und nach Öffnung des Ventils 19 in den Behälter 2o abgezogen werden.

Der Druck des Wärmeträgeröls im Kühlsystem wird durch den Druckmesser 21 laufend überwacht, wobei die ermittelten Werte auf die Steuereinheit 22 übertragen werden. Im Falle eines Druckahfalls

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um ca. 2 bar unter den Betriebsdruck werden durch die Steuereinheit 22 automatisch folgende Reaktionen ausgelöst: Die Zufuhr der Reaktionsmedien in den Kohlevergaser 1 wird durch Schließen der Ventile 23 und 24 unterbrochen. Gleichzeitig werden die Ventile und 26 geschlossen, während das Ventil 27 in der Verbindungsleitung 4o geöffnet wird. Dadurch wird der Wärmeträgerölkreislauf vom Kühlmantel 2 des Kohlevergasers 1 getrennt.

Durch Öffnen der Ventile 28, 29, 3o und 31 sowie Schließung des Ventils 32 wird ein Notkühlsystem gebildet, in das über die Leitungen 36 und 4 Wasser oder Dampf eingespeist wird, so daß eine ausreichende Vergaserkühlung bis zur Beendigung des Abfahrvorganges sichergestellt ist. Die Pumpe 33 sorgt dabei für den notwendigen Umlauf des Wassers im Notkühlsystem, während das aus dem Kühlmantel 2 austretende Gemisch aus Wasser und Wärmeträgeröl durch das geöffnete Ventil 31 in die Leitung 34 gelangt,.die zum Ölabscheider 35 führt. In diesem werden das Wasser und das Wärmeträgeröl durch Phasenscheidung voneinander getrennt, wobei das Wärmeträgeröl über, die Leitung 37 und das Wasser über die Leitung 38 abgezogen werden. Die in der Abbildung enthaltenen strichpunktierten Linien stellen die Verbindungsleitungen zwischen der Steuereinheit 22 und den einzelnen Ventilen dar, durch die die erforderlichen Steuerimpulse auf die Ventile übertragen werden. Die Ventile sind dabei natürlich mit entsprechenden, aus der Meß- und Regeltechnik bekannten Stellantrieben ausgestattet.

Der Kohlevergaser 1, der in der Abbildung nur stark vereinfacht dargestellt ist, kann natürlich auch eine von der Abbildung abweichende Ausführungsform aufweisen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Anwendung eines sogenannten DoppelmantelVergasers, bei dem . innerhalb des Kühlmantels 2 Leitbleche 39 angebracht sind, im vorliegenden Falle besonders vorteilhaft ist. Wie bereits weiter oben

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festgestellt wurde, wird der Kühlmantel 2 durch die Anbringung der Leitbleche 39 so unterteilt, daß Strömungskanäle entstehen, in denen sich automatisch Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 2 und 3 m/s einstellen.

In den vorstehenden Ausführungen ist stets von einem Kohlevergaser gesprochen worden. Dies bedeutet natürlich nicht, daß die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ausschließlich auf die Kohlevergasung beschränkt ist. Stattdessen können selbstverständlich auch andere feste oder flüssige Brennstoffe als Einsatzmaterial für die Vergasung verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet dabei die Erzeugung von Mitteldruckdampf unter Anwendung eines Kohlevergasers einfacher Bauart, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Vergasungsprozesses bedeutend erhöht wird,

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Claims

24.8.1984 N 4932/8h Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von Mitteldruckdampf von 3o bis 8o bar bei der Kühlung eines bei einer Temperatur von 12oo bis 16oo C und einem Druck von 1 bis 3 bär arbeitenden Kohlevergasers, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kühlung des Kohlevergasers ein Wärmeträgeröl verwendet wird, das anschließend mit einer Temperatur von 3oo bis 35o C einem externen Wärmeaustauscher zugeführt und dort unter Erzeugung von Mitteldruckdampf bis auf eine Temperatur von 24o bis 27o C abgekühlt wird, worauf zwecks Wiederverwendung seine Rückführung in den Kühlmantel des Kohlevergasers erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingungen im Kühlsystem so eingestellt werden, daß für das Wärmeträgeröl eine Temperatur von 35o C und ein Druck von 5 bar nicht überschritten werden, während die Strömungsgeschwindigkeit desselben zwischen 2 und 3 m/s betragen soll.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß ein Wärmeträgeröl mit einem Einsatzbereich zwischen 0 und 35o C zur Anwendung gelangt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Wärmeträgeröles im Kühlsystem laufend überwacht wird und daß bei einem Druckabfall um ca. 2 bar unter den Betriebsdruck ein Sicherheitssystem den Kohlevergaser stillsetzt, wobei der Wärmeträgerölkreislauf vom Kohlevergaser getrennt und derselbe durch ein mit Wasser und/oder

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Dampf betriebenes Notkühlsystem zum Stillstand gebracht wird.

5. Kohlevergaser zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe als sogenannter Doppelmantelvergaser ausgebildet ist, wobei innerhalb des Kühlmantels (2) Leitbleche (39) angeordnet sind.

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