DE3815377C2

DE3815377C2 -

Info

Publication number: DE3815377C2
Application number: DE19883815377
Authority: DE
Inventors: Ernest Dr.-Ing. Gudymov; Vasilij Moskau/Moskva Su Fedotov; Peter Dr.-Ing. Goehler; Wolfgang Ddr 9200 Freiberg Dd Fuhrmann
Original assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Current assignee: Noell-Dbi Energie- und Entsorgungstechnik O- GmbH
Priority date: 1987-05-12
Filing date: 1988-05-05
Publication date: 1990-07-12
Also published as: DD261280A3; DE3815377A1; JPS63308093A; CS273188A1; CS272299B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergasung von Kohlenstaub unter Einsatz von Dampf und sauerstoffhaltigem Gas der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung und kann in der chemischen Industrie zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid aus festen Brennstoffen eingesetzt werden.

Mit DD-WP C 10 J/282 749 ist eine Vergasungsvorrichtung für Kohlenstaub bekannt, die einen Druckbehälter mit einem feuerfest ausgekleideten zylindrischen Reaktionsraum, einen axialen Kohlenstaubbrenner am Kopf des Behälters, der von oben in den Reaktionsraum ragt, und unterhalb des Reaktionsraumes einen seitlichen Stutzen zur Abführung des erzeugten Generatorgases enthält. Am unteren Ende des Reaktionsraumes sind Wasserdüsen angeordnet, mit deren Hilfe das erzeugte Gas auf 700 bis 800°C gekühlt wird. Außerdem wird im unteren Teil des Gehäuses ein Wasserbad zur Granulierung der anfallenden Schlacke aufrecht erhalten.

Charakteristisch für diese Vorrichtung ist, daß längs der Innenwand des Reaktionsraumes ein Film relativ kalten Gases erzeugt wird, der das Anbacken erweichter Schlacke partikel an der Wand verhindert. Zur Erzeugung dieses Filmes sind innerhalb der Auskleidung Kanäle vorgesehen, die im Unterteil des Gehäuses, aber oberhalb des Gasaustritts stutzens beginnen und deren Enden horizontal angebracht sind und in Höhe der Brennermündung tangential in den Reak tionsraum münden. Durch Dampfinjektionsdüsen vor dem Ein lauf in diese Kanäle wird vorgekühltes Gas aus dem Unter teil in diese Kanäle gesaugt und bildet nach Austritt aus den tangential angestellten horizontalen Enden der Kanäle den genannten Kaltgas-Film.

Das Prinzip dieser Vorrichtung ermöglicht die Führung der Vergasungsreaktionen bei Temperaturen, bei denen die mine ralischen Bestandteile der Kohle zwar erweichen oder teil weise schmelzen, aber noch nicht eine voll fließfähige, an der Wand des Reaktionsraumes ablaufende Schlacke bilden und damit eine deutliche Senkung des spezifischen Sauer stoffverbrauches.

Nach dem gleichen Grundprinzip ist eine Vergasungsvorrich tung für Kohlenstaub nach DD-WP C 10 J 29 63 811 aufgebaut. Bei dieser Vorrichtung erweitert sich die feuerfeste Wand des Reaktionsraumes nach unten stufenförmig, wobei durch weitere Kanäle unterhalb jeder Stufe der Kaltgasfilm erneuert wird. Unterhalb der feuerfesten Wand ist ein gas dicht verschweißter Rohrkühlschirm angeordnet, an dem sich das erzeugte Generatorgas durch Strahlungswärmeaustausch abkühlt, wobei die übertragene Wärme zur Dampferzeugung im Kühlschrank dient. Die Einläufe der Kanäle zur Rückführung von vorgekühltem Generatorgas mit den zugehörigen Dampf injektionsdüsen sind unterhalb des Kühlschirmes, aber ober halb des Gasaustrittsstutzens und des Wasserbades im Sumpf der Vorrichtung angeordnet.

Obwohl durch den Ersatz einer direkten Vorkühlung mittels Wasserinjektion (wie bei DD-WP C 10 J 282 749) durch in direkte Kühlung mittels Kühlschirm und durch die stufen weise Erneuerung des Kaltgasfilmes eine weitere Verbesse rung der Energieökonomie und der Funktionstüchtigkeit er reicht wird, bleibt als Nachteil ein relativ hoher Bedarf an Dampf für den Betrieb der Dampfinjektionsdüsen. Bei den gegenwärtigen technisch und wirtschaftlich möglichen Ferti gungs- und Montagelängen gelingt es nicht, die Temperatur des Generatorgases am Kühlschirm auf Werte kleiner 800 bis 900°C abzusenken. Damit ist der Einsatz von Brennstoffen problematisch, die einen niedrigen Erweichungspunkt der Schlacke aufweisen. Außerdem ist wegen der relativ hohen Temperatur des Rezirkulationsgases die zur Aufrechterhaltung des stabilen Kaltgasfilmes erforderliche Rezirkulationsmenge hoch.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Verbesse rung der Ökonomie beim Betrieb der Vorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Beibehaltung des Prinzps eines Kaltgasfilmes an der Wand eines feuerfest ausgekleideten Reaktionsraumes, unter den Bedingungen der Partial oxidation von staubförmigen Brennstoffen unter Druck eine Vorrichtung zu schaffen, die die Vergasung von Kohlen mit niedrig schmelzender Asche ermöglicht und zu einer weiteren Verbesserung der Energieökonomie führt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Vergasung von Kohlenstaub, die einen Behäl ter mit einer inneren Wärmeisolation und einem seitlichen Stutzen zur Abführung des Generatorgases, einen axial im oberen Teil des Behälters angeordneten Kohlenstaubbrenner, einen feuerfest ausgekleideten sich nach unten stufenförmig erweiternden Reaktionsraum, horizontale Gaskanäle, die in Höhe der Mündung des Kohlenstaubbrenners und unterhalb jeder stufenförmigen Erweiterung des Reaktionsraumes die feuerfeste Wand durchdringen und tangential zur Achse der Vorrichtung in den Reaktionsraum münden, einen Rohrkühl schirm mit ringförmigen Kollektoren zur Zu- bzw. Abführung des Kühlmittels und ein Wasserbad im Unterteil des Behäl ters aufweist. Erfindungsgemäß ist zwischen der Wärme isolation und der feuerfesten Wand ein nach unten offener ringförmiger Hohlraum angeordnet, von dessen oberem Teil der seitliche Stutzen zur Abführung des Generatorgases aus geht und in dem sich der Kühlschirm an der feuerfesten Wand anliegend und sich über diese hinaus nach unten fortsetzend befindet, wobei der Kühlschirm mindestens in seinem unter halb der feuerfesten Wand liegenden Teil gasdicht gestaltet und oberhalb des Wasserbades ein mit dem genannten ringför migen Hohlraum kommunizierender Durchgang für das Generator gas vorgesehen ist. Erfindungsgemäß sind weiter in dem ring förmigen Hohlraum vor den Eingangsenden der horizontalen Gaskanäle Dampfdüsen angeordnet, deren Ausblasöffnung in Achsrichtung der horizontalen Kanäle zeigen und die mit Zu führungsrohren verbunden sind, welche von einem Dampfver teiler ausgehen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Rohrkühlschirm zweiseitig mit einer unteren Wende schleife ausgeführt und die zugehörigen Ringkollektoren zur Zu- bzw. Abführung des Kühlmittels sind im Oberteil des Gehäuses untergebracht. Die Wendeschleife ist in einem Ab stand oberhalb des Spiegels des Wasserbades angeordnet und bildet so den mit dem ringförmigen Hohlraum kommunizieren den Durchgang für das Generatorgas. In bekannter Weise kann der Spiegel des Wasserbades mit Hilfe eines Oberlaufrohres konstant gehalten werden.

Schließlich ist es vorteilhaft, den genannten Dampfvertei ler im Oberteil des Gehäuses oberhalb des seitlichen Stut zens zur Abführung des Generatorgases anzuordnen und die Zuführungsrohre für die Dampfdüsen vor den horizontalen Gaskanälen vertikal innerhalb des ringförmigen Hohlraumes zu führen.

Die Erfindung, ihre Wirkungsweise und Vorteile werden an hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt der Vergasungs vorrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt der Vorrichtung in der Ebene A-A in Fig. 1.

Die zur Vergasung von Kohlenstaub unter erhöhtem Druck bestimmte Vorrichtung enthält ein Gehäuse 1 mit einer Wärme isolation 2, einen Stutzen 3 zur Abführung des Generator gases und einen Stutzen 4 zur Abführung der granulierten Schlacke, einen Kohlenstaubbrenner 5, ein Überlaufrohr 6 zur Bildung eines Wasserbades 7 mit konstantem Wasserstand, eine feuerfeste einen Reaktionsraum begrenzende Wand 8, horizontale Gaskanäle 9, einen Rohrkühlschirm 10 mit Wende schleifen 11 und Eingangs- und Ausgangskollektoren 12 und 13, einen Dampfverteiler 14, Zuführungsrohre 15 und Dampf düsen 16.

Die Vorrichtung arbeitet in folgener Weise:
Über den Brenner 5 werden der Kohlenstaub, Wasserdampf und sauerstoffhaltiges Gas als Vergasungsmittel zugeführt. Demzufolge bildet sich im Reaktionsraum entlang der Apparateachse eine Flamme aus, in der die Vergasung des Kohlenstaubs stattfindet. Am Ausgang des durch die feuer feste Wand 8 begrenzten Reaktionsraumes ist die Vergasung beendet und die Generatorgase kühlen sich hauptsächlich durch Abgabe von Strahlungswärme an dem Kühlschirm 10, der in dem Teil unterhalb der feuerfesten Wand 8 gasdicht ver schweißt ist, bis auf die Temperatur von 800 bis 900°C ab. Danach werden die Gase an der Wendeschleife 11 umge lenkt und gelangen in den ringförmigen Hohlraum zwischen dem Kühlschirm 10 und der Wärmeisolation 2. Beim Umlenken fällt der Hauptteil der Schlacke in das Wasserbad 7 und wird über den Stutzen 4 abgeführt. Durch eine nicht dar gestellte Wasserzuleitung und das Überlaufrohr 6 wird das Wasserbad mit konstantem Wasserstand aufrecht erhalten.

Beim Aufstieg des Generatorgases durch den ringförmigen Hohlraum bis zum Stutzen 3, durch den das Generatorgas die Vorrichtung verläßt, erfolgt eine weitere Abkühlung des Gases durch den Kontakt mit dem Kühlschirm 10, dem über den Kollektor 12 Wasser zugeführt wird, das nach Durchgang durch die Rohre des Kühlschirmes aufgeheizt, gegebenenfalls teilweise verdampft über den Kollektor 13 austritt.

Über den Dampfverteiler 14 wird Dampf in die vertikal im ringförmigen Hohlraum angeordneten Zuführungsrohre 15 ein geleitet, der über die Dampfdüsen 16 in die horizontalen Kanäle 9 eintritt und dabei injektorartig vorgekühltes Generatorgas aus dem ringförmigen Hohlraum zwischen der Wärmeisolation 2 und der feuerfesten Wand 8 durch den Kühl schirm 10 hindurch mitreißt.

Da jeweils vier horizontale Kanäle, wie Fig. 2 zeigt (der schematische Längsschnitt nach Fig. 1 entspricht etwa dem Schnitt x-x), tangential angestellt sind, legt sich das aus den Kanälen austretende Gemisch aus abgekühlten Gasen und Wasserdampf aufgrund der Wirkung der Zentrifugalkraft an die feuerfeste Wand 8 oder den Angangsabschnitt des freien Teils des Kühlschirms 10 an und bildet eine Kalt gasschicht, die verhindert, daß Schlacke im flüssigen oder plastischen Zustand auf die Wand gelangt. Dadurch wird die Verschlackung der feuerfesten Wand 8 und des Kühlschirmes 10 verhindert.

Bei einer weiteren Strömung der Gase entlang der innen liegenden Oberfläche des Kühlschirms 10 kühlt sich das Gas durch Wärmeabstrahlung an den Kühlschirm und Ver mischung mit Rezirkulationsgasen auf Temperaturen unter halb einer möglichen Verschlackung ab.

Im Vergleich zu einer bekannten Vergasungsvorrichtung nach DD-WP C 10 J 29 63 811 wird durch die niedrigere Tempera tur des durch die horizontalen Kanäle 9 rückgeführten vor gekühlten Generatorgases und durch die geringe Länge der Kanäle 9 eine erhebliche Energieeinsparung erreicht. In der folgenden Tabelle sind Vergleichsdaten der bekannten Vorrichtung und der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung dar gestellt.

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, führt die Anwendung der vorgeschlagenen Vorrichtung bei gleicher Produktivität zur Senkung der Temperatur und des Verbrauches von Rezirku lationsgas um 30% und zur Senkung des Dampfverbrauches um das 10fache, was zu einer bedeutenden Einsparung von Betriebskosten führt.

Claims

1. Vorrichtung zur Vergasung von Kohlenstaub, bestehend aus einem Druckbehälter mit einer inneren Wärmeisolation und einem seitlichen Stutzen zur Abführung des Generator gases, einem axial angeordneten Kohlenstaubbrenner, einem von einer feuerfesten Wand begrenzten Reaktions raum im oberen Behälterteil, Gaskanälen, welche die feuer feste Wand durchdringen und tangential in den Reaktions raum münden, einem Rohrkühlschirm und einem Wasserbad im Behälterunterteil, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wärmeisolation (2) und der feuerfesten Wand (8) ein nach unten offener ringförmiger Hohlraum an geordnet ist, von dessen oberem Teil der seitliche Stutzen (3) zur Abführung des Generatorgases ausgeht und in dem sich der Rohrkühlschirm (10) an der feuerfesten Wand (8) anliegend und sich über diese hinaus nach unten fort setzend befindet, wobei der Rohrkühlschirm (10) mindestens in seinem unterhalb der feuerfesten Wand (8) liegenden Teil gasdicht gestaltet ist und oberhalb des Wasserbades (7) ein mit dem ringförmigen Hohlraum kommunizierender Durchgang für das Generatorgas vorgesehen ist, und daß in dem ringförmigen Hohlraum vor den Eingangsenden der horizontalen Gaskanäle (9) Dampfdüsen (16) angeordnet sind, deren Ausblasöffnung in Achsrichtung der horizon talen Gaskanäle (9) zeigen und die mit Zuführungsrohren (15) verbunden sind, welche von einem Dampfverteiler (14) ausgehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkühlschirm (10) zweireihig mit einer unteren Wendeschleife (11) ausgeführt ist, die in einem Abstand oberhalb des Spiegels des Wasserbades (7) angeordnet ist, und den mit dem ringförmigen Hohlraum kommunizierenden Durchgang für das Generatorgas bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsrohre (15) vertikal im ringförmigen Hohl raum zwischen Wärmeisolation (2) und feuerfester Wand (8) und der zugehörige Dampfverteiler (14) im Oberteil des Behälters (1) oberhalb des Stutzens (3) zur Abführung des Generatorgases untergebracht sind.