DE3816083A1 - Festbettvergaser fuer problematisches vergasungsgut - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Festbettvergaser für problematisches Vergasungsgut gemäß den Merkmalen im Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Ein solcher Vergaser zählt durch die DE-OS 35 43 424 zum Stand der Technik. Unter problematischem Vergasungsgut wird hierbei z. B. Hähnchenkot oder es werden tropische Harthöl­ zer verstanden. Es handelt sich insbesondere um ein ver­ gleichsweise stückiges Vergasungsgut.

Bei der Gegenstromvergasung bildet es im bekannten Fall für einen störungsfreien Reaktorbetrieb eine wichtige Voraus­ setzung, daß der Rost beweglich gestaltet sein muß. Ihm obliegt nämlich u. a. auch die Funktion, die sich insbeson­ dere bei niedrigschmelzenden Aschen oberhalb des Rosts, aber unterhalb der Oxidationszone bildende Schlackenschicht immer wieder aufzureißen und dem Vergasungsmittel einen ungehin­ derten kontinuierlichen Zutritt zum gesamten Rostbereich zu ermöglichen.

Nun ist aber bei einer beweglichen Rostkonstruktion, vorzugs­ weise bei stabförmigen oder ähnlich ausgebildeten Rosten mit größeren Rostspalten, nicht zu vermeiden, daß größere Teile der Schlackenschicht mit sich auf der Schlackenschicht be­ findlichen oder in die Schlackenschicht eingebetteten Koks­ resten zusammenhängend durch den Rost nach unten in den Ascheaustrag fallen und somit nicht vergast werden.

Neben diesem unbefriedigenden Zustand kommt bei der Bauart des Standes der Technik als weitere verbesserungswürdige Eigenschaft hinzu, daß der Rost häufig ausgewechselt werden muß. Ursache hierfür bilden zum einen die aufgrund der di­ rekten Zuführung des Vergasungsmittels extrem hohen Tempera­ turen im Rostbereich und zum anderen die starke Materialbe­ anspruchung des Rosts durch die auf dem Rost liegenden hoch­ glühenden Koks-, Asche- und Schlackenschichten sowie die unterhalb des Rosts befindliche, meistens nachglühende bzw. ausbrennende Asche. Diese Belastungen und die damit einher­ gehenden Festigkeitsverluste bedingen den häufigen Rostwech­ sel und führen zu einer Unterbrechung des Vergaserbetriebs. Dadurch ist die Betriebssicherheit des Vergasungsvorgangs nicht mehr in dem notwendigen Umfang gewährleistet. Die Wirtschaftlichkeit des Vergasungsverfahrens wird gesenkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Festbettvergaser so zu verbes­ sern, daß neben einer erheblich längeren Standzeit der Rost auch einer großen Zahl von hinsichtlich ihrer Zusammenset­ zung stark unterschiedlichen Vergasungsgütern gerecht wird und somit der Vergaserwirkungsgrad günstiger gestaltet wer­ den kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aufgrund des Sachverhalts eines auf einem im wesentlichen starren Rost in dessen gesamter Breite gleitend geführten Schiebers in Verbindung mit der Maßnahme, daß das Vergasungs­ mittel, z. B. Luftsauerstoff, sowohl von unten durch den Rost als auch im Querstrom etwa in der Verlagerungsebene des Schiebers über die Ascheaustragsöffnung gegen das am Rost­ rand liegende Vergasungsgut geführt wird, ist es jetzt mög­ lich, eine gleichzeitige Quer- und Gegenstromvergasung durch­ zuführen, die es nach durchlaufenem Vergasungsprozeß erlaubt, das ausgebrannte und vollständig in Asche umgesetzte auf dem Rost liegende Vergasungsgut als inertes Material von dem Rost herunterzuschieben. Auf diese Weise werden nach dem Zurückverlagern des Schiebers in die Ausgangsstellung Frei­ räume geschaffen, in die von oben neues Vergasungsgut nach­ sinken kann. Die durch die Verlagerung des Schiebers in Richtung auf die Ascheaustragsöffnung kurzzeitig herbeige­ führte Verdichtung des Vergasungsguts bildet hierbei kein Hindernis, da es nach dem Zurückverlagern des Schiebers aufgrund verbesserter Zuführung des Vergasungsmittels, ins­ besondere durch den Rost, zu einer forcierten Vergasung in dem dann aufgelockerten Bereich des Vergasungsguts bzw. der im Reaktorschacht auf dem Rost ruhenden Säule von nach­ gefallenem, mehr oder weniger unvergastem Vergasungsgut kommt.

Die Kühlung des Rosts sowie der Wände des Reaktorschachts verhindert, daß die extrem hohen Temperaturen im unteren Bereich des Reaktorschachts vorzeitig Schäden an den hier befindlichen Bauteilen, insbesondere aber am Rost, bewirken können. Damit wird die Standzeit des Rosts erheblich verlän­ gert. Totzeiten zum Rostwechsel verbunden mit dem dadurch hervorgerufenen Stillstand des Vergaserprozesses entfallen. Das wirtschaftliche Ausbringen wird merklich erhöht.

Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung sind der höhere Kohlenstoffumsetzungsgrad, der höhere Vergaserwir­ kungsgrad sowie die im Vergleich zu entsprechenden Baugrößen herkömmlicher Gegenstromvergaser wesentlich verbesserte Durchsatzleistung anzuführen.

In vielen Anwendungsfällen reicht es aus, wenn der Schieber einteilig und einstufig ausgebildet ist. Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 ist aber bei Bedarf auch eine mehrteilige und/oder mehrstufige, insbesondere dreistufige, Ausbildung des Schiebers denkbar. Die einzelnen Stufen erstrecken sich hierbei ebenfalls bevorzugt über die gesamte Breite des Rosts und können in ihrem Verband zu einzelnen, dicht neben­ einander liegenden und einzeln variabel verschiebbaren Blöcken oder Modulen gegliedert sein. Die Stufen fallen in Richtung zur Ascheaustragsöffnung ab. Sie können gleichmäßig oder ungleichmäßig gestuft sein. Ihre Kontur kann eckig oder kurvenförmig gekrümmt sein. Sie sind variabel und taktweise bzw. zonenweise in Richtung Ascheaustragsöffnung verschieb­ bar.

Eine vorteilhafte Ausführungsform eines Schiebers besteht in den Merkmalen des Anspruchs 3. Eine solche Kastenform gestattet es dann auch in relativ einfacher Weise entspre­ chend den Merkmalen des Anspruchs 4, eine geeignete Kühlung in den Schieber zu integrieren.

Um den Querschnitt des vorwiegend parallelwandigen oder auch sich konisch nach unten erweiternden Reaktorschachts nicht einzuengen, sind in bevorzugter Ausgestaltung die Merkmale des Anspruchs 5 vorgesehen. In der Ausgangsposition befindet sich der Schieber vollständig in der Schieberausnehmung. Es ragen keine Teile in den Reaktorschacht hinein.

Die Standzeit des Schiebers und seiner Führungen in der Schieberausnehmung wird heraufgesetzt, wenn nach Anspruch 6 die Wände und der Boden der Schieberausnehmung und damit auch die Schieberführungen gekühlt sind.

Sowohl die Vorschublänge des Schiebers bzw. ggf. seiner Teilblöcke oder Module (Anspruch 7) als auch sein Vorschub­ rhythmus (Anspruch 8) sind erfindungsgemäß variabel ausge­ bildet. Auf diese Weise kann die Bewegung des Schiebers gezielt auf die Zusammensetzung des jeweils zu vergasenden Materials und dessen Verhalten während des Vergasungspro­ zesses abgestellt werden.

In der Regel der durch die Praxis vorgegebenen Einsatzfälle wird der Rost eben ausgebildet sein. Denkbar ist aber auch eine Ausführungsform gemäß Anspruch 9, mit der in bestimmten Situationen verhindert wird, daß Vergasungsgut in unzulässi­ ger Weise in den Ascheaustrag gelangt.

Der Rost selber kann einteilig ausgebildet sein. Vorstellbar ist gemäß Anspruch 10 aber auch eine Ausführungsform, wonach der Rost aus mehreren Teilen besteht.

Mit einer Ausbrennplatte gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12 kann dafür Sorge getragen werden, daß noch nicht voll­ ständig vergastes, aber schon ausgeschobenes Vergasungsgut auf der Ausbrennplatte bei hohem Sauerstoffüberschuß restlos umgesetzt, d. h. von Kohlenstoff befreit wird. Die bei diesem Verbrennungsvorgang auf der Ausbrennplatte entstehenden CO₂-Gase werden dann oberhalb des Rosts im Hochtemperaturbe­ reich am Koks der Reduktionszone zu CO reduziert, mit dem entstehenden Prozeßgas vermischt und zusammen mit diesem schließlich in Richtung Gasabzug geführt. Das heißt, daß es sich auch bei diesem Vorgang um einen Teilprozeß der im Reaktor­ schacht stattfindenden Vergasung handelt und nicht um eine Verbrennung.

In vorteilhafter Weise ist nach Anspruch 13 die Ausbrenn­ platte gekühlt, um ihre Standzeit und damit auch die Be­ triebszeit des Vergasers zu verlängern.

Die Wasserkühlung entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 14 ist einfach und relativ problemlos zu integrieren und auch zu überwachen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Mit 1 ist in der Zeichnung das in nicht näher dargestellter Weise wassergekühlte Gehäuse eines Festbettvergasers mit einem vertikal ausgerichteten Reaktorschacht 2 bezeichnet. Die Wände des Reaktorschachts 2 sind wassergekühlt.

Die Einfülleinrichtung mit einer Materialschleuse für das zu vergasende Gut ist in stark vereinfachter Darstellung mit dem Pfeil Pf veranschaulicht.

Am unteren Ende des Reaktorschachts 2 ist ein Rost 3 starr eingegliedert, welcher die Vergasungsgutsäule trägt, inner­ halb der sich während des Vergasungsprozesses die Reaktions­ zonen, wie Trocknungszone 4, Schwelzone 5, Reduktionszone 6, Oxidationszone 7 und Schlackenzone 8 ausbilden.

Der wassergekühlte Rost 3 dient auf seiner gesamten Breite als Gleitführung für einen dreistufigen mehrteiligen Schie­ ber 9, welcher aus der Ausgangsstellung innerhalb einer Schieberausnehmung 10 in der Wand 11 des Reaktorschachts 2 quer zum Reaktorschacht 2 in Richtung auf eine in der Verlagerungsebene des Schiebers 9 gegenüberliegend angeord­ nete Ascheaustragsöffnung 12 verlagerbar ist. Unter Mehrtei­ ligkeit wird hierbei ein Aufbau verstanden, bei dem der Schieber 9 aus mehreren nebeneinander liegenden baugleichen, aber verschieden breiten und unterschiedlich bzw. variabel einzeln bewegbaren Blöcken oder Modulen besteht. Die Verla­ gerung des Schiebers 9 bzw. der Blöcke oder Module ist frei wählbar und vergasungsgutabhängig hinsichtlich der Vorschub­ länge und/oder des Vorschubrhythmus vorbestimmbar.

Der Schieber 9 ist kastenartig ausgebildet und mit einer Wasserkühlung versehen. Auch die die Schieberausnehmung 10 begrenzenden Wände sowie der Boden sind wassergekühlt.

Mit Hilfe des Schiebers 9 wird auf der einen Seite ausge­ branntes und vollständig in Asche umgesetztes Vergasungsgut als inertes Material von dem Rost 3 über die Ascheaustrags­ öffnung 12 in einen Ascheaustrag 13 mit Ascheaustragsschnecke 14 geschoben und auf der anderen Seite werden nach dem Zu­ rückverlagern des Schiebers 9 in die Schieberausnehmung 10 Freiräume geschaffen, in die von oben neues Vergasungsgut nachsinken kann. Die bei der Verlagerung des Schiebers 9 in Richtung auf die Ascheaustragsöffnung 12 kurzzeitig her­ beigeführte Verdichtung des Vergasungsguts ist unerheblich. Nach dem Zurückverlagern des Schiebers 9 kommt es nämlich aufgrund verbesserter Zuführung von Vergasungsmittel 15, insbesondere aus der Vergasungsmitteleinspeisung 16 durch den Rost 3, zu einer forcierten Vergasung in dem dann aufge­ lockerten Bereich des Vergasungsguts bzw. in der im Reaktor­ schacht 2 auf dem Rost 3 ruhenden Säule von nachgefallenem, mehr oder weniger unvergastem Vergasungsgut.

Unterhalb der Ascheaustragsöffnung 12 ist in einer auch unterhalb des Rosts 3 liegenden Ebene eine wassergekühlte Ausbrennplatte 17 angeordnet. Diese trägt dafür Sorge, daß noch nicht vollständig vergastes, aber durch den Schieber 9 ausgeschobenes Vergasungsgut hier bei hohem Sauerstoff­ überschuß auch noch restlos umgesetzt wird.

Das beim Vergasungsvorgang entstehende Prozeßgas 18 wird oberhalb der heißesten Reaktionszonen 6, 7 über einen Gas­ kanal 19 abgezogen und z. B. einem nicht näher dargestellten Flammenkanal zugeführt, in welchem das Prozeßgas 18 dann nach stufenweiser Aufcrackung von hochmolekularen zu nieder­ molekularen Verbindungen, vorwiegend Gasen, vollständig ausgebrannt und in geruchloses, schadstoffarmes Rauchgas umgesetzt wird.

Claims (14)

1. Festbettvergaser für problematisches Vergasungsgut mit einem im wesentlichen vertikalen, zumindest diskontinuier­ lich von oben beschickbaren Reaktorschacht, einem bodensei­ tigen Rost, unterhalb des Rosts liegendem Ascheaustrag, durch den Rost zugeführtem Vergasungsmittel und einem ober­ halb der heißesten Reaktionszonen vorgesehenen Abzug für das Prozeßgas, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem in den hinsichtlich seiner Wände kühlbaren Reaktor­ schacht (2) vornehmlich starr eingegliederten und kühlbar ausgebildeten Rost (3) ein quer zum Reaktorschacht (2) in Richtung auf die gegenüberliegende Ascheaustragsöffnung (12) verlagerbarer Schieber (9) gleitend geführt ist, wobei die etwa in der Verlagerungsebene des in seiner Breite gleich der Rostbreite bemessenen Schiebers (9) liegende Ascheaus­ tragsöffnung (12) zugleich eine Zuführung für im Querstrom in den Reaktorschacht (2) einleitbares Vergasungsmittel (15) bildet.

2. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schieber (9) mehrteilig und/oder mehrstufig, insbesondere dreistufig, ausgebildet ist.

3. Festbettvergaser nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (9) kastenförmig ausgebildet ist.

4. Festbettvergaser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (9) gekühlt ist.

5. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der der Ascheaustragsöff­ nung (12) gegenüberliegenden Wand (11) des Reaktorschachts (2) eine Schieberausnehmung (10) vorgesehen ist.

6. Festbettvergaser nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Wände und Boden der Schieber­ ausnehmung (10) gekühlt sind.

7. Festbettvergaser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschublänge des Schiebers (9) variabel ist.

8. Festbettvergaser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschubrhythmus des Schiebers (9) variabel ist.

9. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der im Bereich der Ascheaus­ tragsöffnung (12) liegende Endabschnitt des Rosts (3) gerad­ linig flach oder gekrümmt nach oben oder unten abgebogen ist.

10. Festbettvergaser nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost (3) mehrteilig ausgebildet ist.

11. Festbettvergaser nach mindestens einem der Ansprüche 1, 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich unterhalb der Ascheaustragsöffnung (12) eine Ausbrennplatte (17) angeordnet ist.

12. Festbettvergaser nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ausbrennplatte (17) etwa in der Ebene des Rosts (3) angeordnet ist.

13. Festbettvergaser nach mindestens einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbrennplatte (17) gekühlt ist.

14. Festbettvergaser nach mindestens einem der Ansprüche 1, 4, 6 oder 13, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Wasserkühlung für den Reaktor (1), den Rost (3), den Schieber (9), die Schieberausnehmung (10) und die Ausbrennplatte (17) vorgesehen ist.