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Vorrichtung für die Vergasung eines pulverisierten festen
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Brennstoffes Beanspruchte Priorität: 16. März 1984 - Großbritannien
- 8406914 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Vergasung von pulverisiertem
festen Brennstoff, mit einem Vergasungsreaktor, mit wenigstens einem Paar von Brennern,
dessen Brenner einander gegenüberliegend in der Seitenwand des Reaktors angeordnet
sind, und mit wenigstens einer Brennstoffzufuhreinrichtung mit zu den Brennern führenden
Brennstoffle itungen.
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Die Vergasung eines festen Brennstoffes wird ausgeführt durch teilweises
Verbrennen des Brennstoffes mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas.
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Die teilweise Verbrennung des festen Brennstoffes mit im wesentlichen
reinem Sauerstoff als das Sauerstoff enthaltende Gas ergibt Synthesegas, welches
hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd
und Wasserstoff besteht. Wenn das
Sauerstoff enthaltende Gas Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft ist, enthält
das gebildete Synthesegas selbstverständlich eine beträchtliche Menge an Stickstoff.
Unter festem Brennstoff ist allgemein Kohle oder ein anderer fester Brennstoff zu
verstehen, beispielsweise Braunkohle, Torf, Holz, Koks, Ruß und dergleichen.
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Vorzugsweise wird auch ein Moderator in den Reaktor eingeführt. Der
Zweck des Moderators besteht darin, eine Mäßigungs- bzw. Milderungswirkung auf die
im Reaktor herrschende Temperatur auszuüben. Dies wird gewährleistet durch endotherme
Reaktion zwischen dem Moderator und den Reaktionsteilnehmern und/oder den Produkten
der Synthesegasherstellung.
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Geeignete Moderatoren sind Dampf und Kohlendioxyd.
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Die Vergasung wird zweckmäßig aufgeführt bei einer Temperatur im Bereich
von 12000C bis 18000C und bei einem Druck im Bereich von 1 bis 200 bar. Bei der
Vergasung ergeben sich Synthesegas und geschmolzene Schlacke. Der Reaktor ist daher
mit einem Gasauslaß und einem Schlackenauslaß oder mit einem gemeinsamen Auslaß
sowohl für Gas als auch für Schlacke versehen.
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Der Reaktor, in welchem die Herstellung des Synthesegases stattfindet,
kann die Gestalt einer Kugel, eines Kegels, eines Blockes oder eines Zylinders haben.
Vorzugsweise hat der Reaktor hauptsächlich die Gestalt eines Kreiszylinders.
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Vorteilhaft ist der Reaktor im wesentlichen vertikal angeordnet, obwohl
eine horizontale oder eine schräge Anordnung möglich ist.
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Sowohl der Brennstoff als auch das Sauerstoff enthaltende Gas und
der Moderator werden vorzugsweise durch die Brenner hindurch zugeführt, die in der
Seitenwand des Reaktors angeordnet sind.
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Der feste Brennstoff wird den Brennern vorzugsweise mittels eines
Trägergases zugeführt. Geeignete Trägergase sind Stickstoff, Dampf, Kohlendioxyd
und Synthesegas.
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Die Brenner jedes Brennerpaares sind einander gegenüberliegend angeordnet.
Dies muß nicht notwendigerweise bedeuten, daß die Achsen der beiden gegenüberliegenden
Brenner miteinander fluchten und auf der gleichen Höhe liegen. Die Brenner können
nach unten, nach oben oder zur Seite gerichtet sein, vorausgesetzt, daß die Brenneröffnungen
oder die Mundstücke der Brenner eines Brennerpaares einander gegenüberliegen.
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Es ist bekannt, jeden Brenner von einer getrennten Brennstoffzufuhreinrichtung
zu speisen: In diesem Fall ist es schwierig, gleiche Beschickung oder gleiche Belastung
für jeden Brenner eines Brennerpaares zu gel^7ahrSeisten. Für glatte oder weiche
Vergasung ist wichtig, daB wenigstens die beiden Brenner jedes Paares in identischGr
Weise unveränderlich gespeist werden. Die vorliegende Exfijldung schafft eine Vorrichtung,
bei welcher gleiche Speisung' jedes Brenners eines Brennerpaares bequem erzielt
ist Die vorliegende Erfindung betrifft daher eine Vorrichtung für die Vergasung
eines pulverisierten oder pulverförmigen festen Brennstoffes, mit einem Vergasungsreaktor,
der enigstens ein Brennerpaar aufweist, dessen Brenner einander gegenüberliegend
in der Seitenwand des Reaktors angeordnet sind.
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Die Vorrichtung umfaßt weiterhin wenigstens eine Brennstoffzufuhreinrichtung
mit zu den Brennern führenden Brennstoffleitungen. Gemäß der Erfindung ist eine
solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Brennern eines Brennerpaares
verbundenen Brennstoffleitungen symmetrisch angeordnet sind und von einer gemeinsamen
Brennstoffzufuhreinrichtung ausgehen.
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Da die Brennstoffleitungen symmetrisch sind, wird der Strom des Gemisches
aus Brennstoff und Trägergas durch die Reibung in jeder Leitung in gleicher Weise
beeinflußt.
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Auf diese Weise ist praktisch gewährleistet, daß die Brenner gleich
gespeist, beschickt bzw. belastet werden.
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Da beide Brennstoffleitungen von einer gemeinsamen Brennstoffzufuhreinrichtung
ausgehen, ist es gewährleistet, daß beide Brenner mit Brennstoff gleicher Zusammensetzung
und gleicher Teilchengröße und dergleichen gespeist werden.
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Die gemeinsame Brennstoff zufuhreinrichtung kann ein unter Athmosphärendruck
stehender oder mit der Athmosphäre verbundener Bunker sein, von welchem die Brennstoffleitungen
ausgehen. Dies ist dann verwirklichbar, wenn die Vergasung bei einem Druck durchgeführt
wird, der etwa dem Athmosphärendruck entspricht. Es wird jedoch bevorzugt, die Vergasung
bei höherem Druck durchzuführen, vorzugsweise bei einem Druck von 10 bis 150 bar.
In diesem Fall ist die Brennstoffzufuhreinrichtung vorteilhaft ein Hochdruckbehälter.
Dies hat den Vorteil, daß Druckänderungen in dem Behälter, die auftreten können,
auf die Speisung der Brennstoffleitungen gleichen Einfluß haben.
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Die Brenner werden auf diese Weise gleich gespeist, und zwar trotz
möglicher Druckänderungen in dem Behälter.
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Jede Brennstoffleitung kann von einem getrennten Speiseauslaß des
gemeinsamen Hochdruckbehälters ausgehen. In dem Fall, in welchem ein genügender
Druckunterschied zwischen dem Behälter und dem Reaktor verfügbar ist, wird der Brennstoff
in dem Behälter oder Trichter fluidisiert und in diesem Zustand als Folge des Druckunterschiedes
zum Reaktor transportiert. Jede Brennstoffleitung ist jedoch vorteilhaft mit einem
pneumatischen Förderer oder Luftförderer verbunden, mittels welchem zusätzliches
Trägergas in die Brennstoffleitung eingeführt wird, wodurch der Transport des in
dem Behälter gebildeten
Gemisches aus Trägergas und festem Brennstoff
erleichtert ist.
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Wenn jede Brennstoffleitung von einem getrennten Speiseauslaß des
gemeinsamen Zufuhrbehälters ausgeht, der vorzugsweise die Gestalt eines Kreiszylinders
hat, wird der Trichter derart angeordnet, daß die Ebene, die durch die Mittellinien
des Zufuhrbehälters und des Reaktors hindurchgeht, rechtwinkelig zu der Ebene verläuft,
die durch die Mittellinie des Reaktors und die die Brenneröffnungen verbindende
Linie hindurchgeht.
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Insbesondere in dem Fall, in welchem Trägergas angewendet wird, um
den Transport des Brennstoffes zu erleichtern, wird es mehr bevorzugt, daß beide
Brennstoffleitungen von einer Zwischenleitung ausgehen, die zu einem Hochdruck-Zufuhrbehälter
führt.
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In diesem Fall ist lediglich ein Luftförderer in der Zwischenleitung
erforderlich, wodurch verhindert wird, daß Druckänderungen des zusätzlichen Trägergases
zu ungleicher Speisung der Brenner führen, was möglich sein würde, wenn jede Brennstoffleitung
mit einem Luftförderer versehen wäre.
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Die Zwischenleitung kann vergleichsweise kurz sein, einen Luftförderer
aufweisen, an ihrem einen Ende mit einem Zufuhrbehälter verbunden sein und an ihrem
anderen Ende mit einem T-Rohr oder einem Y-Rohr verbunden sein,von welchem die Brennstoffleitungen
ausgehen.
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Die Zwischenleitung kann auch beträchtliche Länge haben. Bei einer
solchen Ausführungsform besteht der Vorteil, daß die Stellung oder Anordnung des
Hochdruck-Zufuhrbehälters durch die Stelle oder Anordnung der Brenner und des Vergasungsreaktors
nicht strikt festgelegt ist. Die Stelle, von welcher aus die Zwischenleitung in
die beiden Brennstoff leitungen auf geteilt wird, liegt in der Ebene durch die Mittellinie
des Reaktors, und diese Ebene liegt rechtwinkelig zu der Ebene durch die Mittellinie
des Reaktors und die die Brenneröffnungen
verbindende Linie. Die
Stelle der Anordnung des Zufuhrbehälters kann jedoch frei gewählt werden.
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Eine solche Zwischenleitung kann selbstverständlich mit mehr als einem
Zufuhrbehälter verbunden sein. Wenn ein Zufuhrbehälter leer ist oder gewartet werden
soll, kann die Speisung von dem anderen Zufuhrbehälter aus fortgesetzt werden. Der
Hochdruck-Zufuhrbehälter kann selbstverständlich auch bei Athmosphärendruck betrieben
werden.
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Wie oben festgestellt, liegt die Stelle, von welcher aus die Zwischenleitung
in wenigstens zwei Brennstoff leitungen aufgeteilt wird, in der durch die Mittellinie
des Reaktors gehenden Ebene, die rechtwinkelig zu der Ebene verläuft, die durch
die Mittellinie des Reaktors und die die Brenneröffnungen verbindende Linie hindurchgeht.
In manchen Fällen wird es bevorzugt, die gemeinsame Brennstoffleitung derart anzuordnen,
daß sie gleichachsig zu dem Reaktor liegt. Dies gilt für eine Zwischenleitung, aber
auch für jede andere gemeinsame Zufuhreinrichtung, beispielsweise für einen Zufuhrbehälter.
In diesem Fall ist es einfach, alle Brennstoffleitungen symmetrisch zu konstruieren.
Demgemäß ist es möglich, identische Brennstoffleitungen zu mehr als einem Paar von
Brennern zu konstruieren. Auf diese Weise sind die Brennstoffleitungen zu allen
Brennern identisch, wie es bevorzugt wird. Insbesondere in dem Fall, in welchem
die gemeinsame Brennstoffzufuhreinrichtung gleichachsig über oder unter einem vertikalen
Reaktor angeordnet wird, wird diese Ausführungsform bevorzugt.
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Diese Ausführung kann sogar verwendet werden bei Vergasungsreaktoren
mit einer ungeraden Anzahl von Brennern. Jedoch ist vom Standpunkt der Wärmewirksamkeit
die Verwendung einer ungeraden Anzahl von Brennern weniger erwünscht.
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Zweckmäßig sind in der Seitenwand des Reaktors wenigstens zwei Paare
von Brennern angeordnet. Wenn aus Gründen der Wartung ein Brenner außer Betrieb
gesetzt werden muß, wird der gegenüberliegende Brenner ebenfalls außer Betrieb gesetzt.
Wenn wenigstens zwei Paare von Brennern vorhanden sind, kann die Vergasung dann
noch fortgesetzt werden, wenn auch langsamer, und zwar mittels der verbleibenden
Brenner. Zwei Paare von Brennern sind in den meisten Fällen ausreichend.
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In dem Fall, daß mehr als ein Paar von Brennern in dem Reaktor vorhanden
ist, wird jedes Paar von Brennern von einer gemeinsamen Brennstoffzufuhreinrichtung
gespeist. Vorzugsweise führen alle mit den Brennern verbundenen Brennstoffleitungen
zu einer gemeinsamen Brennstoffzufuhreinrichtung. Dies kann erzielt werden durch
Brennstoffleitungen, die in Paaren von Zwischenleitungen ausgehen, die ihrerseits
von einer gemeinsamen Leitung oder von einem Zufuhrbehälter ausgehen. Dies ist jedoch
sehr bequem bei der bevorzugten Ausführungsform, bei welcher die gemeinsame Brennstoffzufuhreinrichtug
gleichachsig über oder unter dem Reaktor angeordnet ist, wobei dann die Brennstoffleitung
von dieser einen gemeinsamen Leitung oder dem Zufuhrbehälter ausgeht.
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Bei dieser letzteren Ausführungsform sind die Brennstoffleitungen,
die zu allen Paaren von Brennern führen, vorzugsweise identisch. Auch bei anderen
Ausführungsformen mit mehr als einem Paar von Brennern sind die Brennstoffleitungen
so identisch wie möglich. Dies kann erzielt werden, indem die Brenner in Paaren
in der Seitenwand des Reaktors an geringfügig unterschiedlichen Höhen angeordnet
werden. Es ist auch möglich, die Brenner in der Seitenwand auf der gleichen Höhe
anzuordnen, jedoch die Brennstoffleitungen geringfügig zu biegen. Beispielsweise
ist in dem Fall, in welchem in einem vertikalen Reaktor vier Brenner verwendet werden,
ein Paar von Brennstoff leitungen geringfügig nach oben, und das andere
Paar
von Brennstoffleitungen geringfügig nach unten gebogen, so daß die Leitungen sich
nicht in der gleichen Ebene kreuzen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise
erläutert.
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Figur 1 ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht einer
einfachen Ausführungsform der Erfindung.
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Figur 2 ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht einer
Vorrichtung gemäß der Erfindung, die einen Reaktor mit vier Brennern aufweist.
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Figur 3 ist eine vertikale Schnittansicht einer Ausführungsform der
Erfindung, bei welcher die gemeinsame Brennstoffzufuhreinrichtung gleichachsig über
dem Reaktor angeordnet ist.
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In den Figuren der Zeichnung sind die Isolierung, die Kontroll-und
Steuerausrüstung, Ventile, Meßeinrichtungen und dergleichen nicht dargestellt. Weiterhin
ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen begrenzt.
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Gemäß Figur 1 ist ein Vergasungsreaktor 1 vorgeshen mit zwei Brennern
2 und 102, die als ein Paar einander gegenüberliegend angeordnet sind. Zwei symmetrische
Brennstoffleitungen 3 und 103 sind mit den Brennern 2 bzw. 102 verbunden. Über einen
pneumatischen Förderer oder Luftförderer 4 und einen Auslaß 6 ist die Brennstoffleitung
3 mit einem Hochdruck-Zufuhrbehälter 7 verbunden. Die Brennstoffleitung 103 ist
mit dem gleichen Zufuhrbehälter 7 verbunden, und zwar über einen Luftförderer 104
und einen Auslaß 106. Über Leitungen 5 und 105 kann Trägergas dem Luftförderer 4
bzw. 104 zugeführt werden. Der Gasdruck in den Leitungen 5 und 105 ist vorzugsweise
gleich, und das Gas wird vorteilhaft oder vorzugsweise von einer nicht dargestellten
gemeinsamen Gaszufuhreinrichtung
zugeführt. Die Gemische aus Brennstoff
und Trägergas, die in den Luftförderern 4 gebildet sind, werden durch die Brennstoffleitungen
3, 103 hindurch zu den Brennern 2,102 geführt.
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In Figur 2 ist ein Vergasungsreaktor 11 dargestellt, der zwei Paare
von Brennern aufweist. Brenner 12 und 112 sind einander gegenüberliegend angeordnet.
Symmetrische Brennstoffleitungen 13 und 113 sind mit dem Brenner 12 bzw. 112 verbunden
und sie führen zu einer Zwischenleitung 14, die für beide Brennstoffleitungen 13
und 113 als gemeinsame Zufuhrleitung dient. Die Leitung 14 ist mit einem Luftförderer
15 verbunden, der mit Brennstoff von einem Hochdruck-Zufuhrbehälter 18 über einen
Auslaß 17 gespeist wird. Trägergas wird durch eine Leitung 16 hindurch zugeführt.
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Brenner 19 und 119 sind in der Seitenwand des Reaktors 11 einander
gegenüberliegend angeordnet, und zwar auf einer geringfügig niedrigeren Höhe als
die Brenner 12 und 112. Die Brenner 19 und 119 sind mit symmetrischen Brennstoffleitungen
20,120 verbunden, die sich an einer Zwischenleitung 21 treffen.
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Da die Brenner 19 und 119 auf einer geringfügig niedrigeren Höhe als
die Brenner 12 und 112 angeordnet sind, liegen die Brennstoffleitungen 20 und 113,
wenn sie beide horizontal verlaufen, nicht in ein und derselben Ebene und sie schneiden
oder kreuzen sich nicht. Die Zwischenleitung 21 führt zu einem Luftförderer 22,
der von einem Auslaß 23 eines Zufuhrbehälters 24 mit Brennstoff, und über eine Leitung
25 mit Trägergas versorgt oder gespeist wird.
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Figur 3 zeigt einen Vergasungsreaktor 31 mit einem Gasauslaß 32 und
einem Schlackenauslaß 33, und mit zwei Brennern 34 und 134. Von jedem Brenner 34
bzw. 134 läuft eine Brennstoffleitung 35 und 135, die beide symmetrisch vorgesehen
sind, nach oben zu einer Zwischenleitung 36, die in die Brennstoffleitungen 35 und
135 an einer Stelle unterteilt ist, die an dem erzeugten Teil der Mittellinie bzw.
auf der verlängerten Mittellinie des Reaktors liegt.
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Die Zwischenleitung 36 ist mit einem Luftförderer 37 verbunden, der
Brennstoff von einem Hochdruck-Zufuhrbehälter 40 über einen Auslaß 39,und Trägergas
über eine Leitung 38 erhält.