DE3904712A1 - Verfahren und anlage zur ent- oder teilvergasung von festem brennstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Ent- oder Teilentgasung von festem Brennstoff in einem Reak­ tor, wobei die zur Ent- oder Teilentgasung erforderliche Wärmeenergie in einer Feuerung erzeugt wird.

Zur Verringerung der Stickoxidemission von mit Festbrenn­ stoffen betriebenen Großfeuerungsanlagen ist es bekannt, der Hauptfeuerungszone eine sogenannte Reduktionszone nachzu­ schalten, in die ein Reduktionsmittel, vorzugsweise ein Re­ duktionsgas, zur Reduktion der in der Hauptfeuerungszone ge­ bildeten Stickoxide eingeleitet wird. Dabei kann das benö­ tigte Reduktionsgas auch durch Ent- bzw. Vergasung einer entsprechenden vom Primärbrennstoff abgezweigten Brennstoff­ menge gewonnen werden (DE-OS 34 13 564). Dadurch können die - bei Einsatz von zusätzlichen Energien und Stoffen, z.B. Erdgas relativ hohen - Bereitstellungskosten für das Reduk­ tionsmittel gesenkt werden.

Eine weitere Senkung der Stickoxidemission wird erreicht, wenn der gesamte feste Brennstoff vor seiner Verfeuerung entgast oder teilentgast wird (DE-OS 36 14 497), wobei wie­ derum Teile der freigesetzten flüchtigen Bestandteile unmit­ telbar als Reduktionsmittel eingesetzt werden können. Durch die Entgasung oder Teilentgasung des gesamten zu verfeuern­ den festen Brennstoffes wird die Feuerraumtemperatur günstig beeinflußt und die Stickoxidbildung in der Hauptfeuerungszo­ ne vermindert, wobei lediglich nur noch der im entgasten oder teilentgasten festen Brennstoff verbliebene Reststick­ stoff in die Hauptfeuerungszone gelangt. Die niedrigere Stickoxidbildung schon in der Hauptfeuerungszone wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Gesamtstickoxidemission aus, da in der Reduktionszone, nach derzeitigem Kenntnisstand, ein relativer Anteil des in der Hauptfeuerungszone gebilde­ ten Stickoxides reduziert wird.

In der DE-OS 36 14 497 wird weiter vorgeschlagen, die Entga­ sungseinrichtung für den festen Brennstoff innerhalb einer Feuerungsanlage, z.B. eines Kraftwerkskessels, direkt im Rauchgasstrom anzuordnen und so die zur Entgasung des festen Brennstoffes erforderliche Wärmeenergie aus dem Rauchgas der Feuerungsanlage auszukoppeln.

Eine Anordnung der Entgasungseinrichtung unmittelbar in ei­ ner Feuerungsanlage ist bei bestehenden Anlagen in der Regel mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nicht möglich. Ins­ besondere aber beeinflussen sich beide Einrichtungen gegen­ seitig, so daß die Betriebsbedingungen beider Einrichtungen nicht unabhängig voneinander geändert und nicht optimal für jede Einrichtung eingestellt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Entgasung eines festen Brennstoffes sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage anzugeben, die insbesondere auch weitgehend unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand z.B. einer Feuerungsanlage bei für die Entgasung des festen Brennstoffes optimalen Bedingungen betrieben werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erforderli­ che Wärmeenergie durch indirekten Wärmetausch über zumindest eine gemeinsame Trennfläche von Entgasungsreaktor und Heiß­ gas-Wärmeüberträger in den Entgasungsreaktor übertragen wird, und daß Reaktor und Heißgas-Wärmeüberträger als stoff­ lich getrennte Wirbelschichten betrieben werden.

Merkmal der Erfindung ist demnach die Kombination einer Wir­ belschichtentgasung mit einem Heißgas-Wirbelschicht-Wärme­ überträger und stofflicher Trennung beider Wirbelschichträu­ me durch zumindest eine, vorzugsweise mehrere parallel wär­ meübertragende Trennwände mit dem Vorteil eines beidseitig der Trennwand wirksamen Wärmeüberganges von Wirbelschichten, wobei beide Wirbelschichten weitgehend unabhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen weiterer Anlagen, z.B. einer Feuerungsanlage betrieben werden können.

Zweckmäßigerweise wird die Wirbelschicht des Entgasungsreak­ tors mit geringerer Wirbelgeschwindigkeit als die Wirbel­ schicht des Heißgas-Wärmeüberträgers betrieben. Dadurch er­ gibt sich insgesamt ein geringerer Fluidstrom und ein ge­ ringerer Wirbelschicht-Eigenbedarf.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird als Fluidi­ sierungsmittel für die Wirbelschicht des Entgasungsreaktors hierin gewonnenes, rezirkuliertes Gas, nach Feststoffab­ scheidung, Kühlung und Druckerhöhung, verwendet.

Grundsätzlich kann dem Heißgas-Wirbelschicht- Wärmeüberträ­ ger, unabhängig vom Betrieb einer Feuerungsanlage, ggf. be­ liebiges verfügbares heißes Gas als Wärmeträger zugeführt werden. In Verbindung mit einer Feuerungsanlage wird jedoch zweckmäßigerweise ein Teil ihres heißen Rauchgases der Wir­ belschicht des Heißgas-Wärmeüberträgers als Wärmeträger und Fluidisierungsmittel zugeführt. Als Bettmaterial für die Wirbelschicht des Heißgas-Wärmeüberträgers eignet sich fein­ körniges gut wärmeleitendes Material, vorzugsweise Sand und/ oder Flugasche.

Besonders zweckmäßig ist es, die Wirbelschicht des Heißgas- Wärmeüberträgers selbst als Wirbelschichtfeuerung zu betrei­ ben. Dadurch kann die Entgasung des festen Brennstoffes vollständig unabhängig sowohl von fremderzeugtem Heißgas als auch vom Betrieb der Feuerungsanlage erfolgen.

Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß der Heißgas-Wärmeüberträger bzw. die Wir­ belschichtfeuerung innerhalb des Entgasungsreaktors angeord­ net ist, wobei seine bzw. ihre Wandungen aus gut wärmelei­ tendem Werkstoff bestehen. Beide Wirbelschichten des Heiß­ gas-Wärmeüberträgers bzw. der Wirbelschichtfeuerung und des Entgasungsreaktors, weisen eigene Ver- und Entsorgungssyste­ me auf.

Zweckmäßigerweise wird der Wirbelschichtraum des Heißgas- Wärmeüberträgers bzw. der Wirbelschichtfeuerung in mehrere gemeinsam ver- und entsorgbare Wirbelkammern mit jeweils ei­ genen Trennwänden zur stofflichen Abgrenzung innerhalb des Entgasungsreaktors aufgeteilt. Dadurch wird eine über den Querschnitt des Entgasungsreaktors gleichmäßige Wärmeüber­ tragung auf den zu entgasenden Feststoff erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße An­ lage werden vorzugsweise eingesetzt, um den für eine Feue­ rungsanlage, z.B. eine Staubfeuerung eines Dampferzeugers, benötigten Festbrennstoff zu entgasen, wobei gleichzeitig ein Teil des im Entgasungsreaktor gewonnenen Gases der der Hauptfeuerungszone der Feuerung nachgeschalteten Reduktions­ zone als Reduktionsgas zugeleitet wird. Entgaster Festbrenn­ stoff und Reduktionsgas werden mit geringstmöglicher Abküh­ lung der Feuerungsanlage zugeführt. Für diesen Einsatzfall können die Wirbelschichten sowohl des Heißgas-Wärmeüberträ­ gers bzw. der Wirbelschichtfeuerung als auch des Entgasungs­ reaktors mit einem geringen Überdruck, z.B. 100 mbar, über dem Feuerraumdruck betrieben werden.

Das im Entgasungsreaktor erhaltene Überschußgas kann aus der Anlage abgezogen und anderweitig eingesetzt werden. Darüber hinaus können grundsätzlich das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage in einen Kombiprozeß einge­ gliedert werden, wobei das im Entgasungsreaktor erhaltene Gas bzw. der Gasüberschuß einer Gasturbinen-Brennkammer zu­ geführt wird. In diesem Falle müssen die Wirbelschichten mit einem an die Betriebsbedingungen der Gasturbine angepaßten höheren Überdruck gefahren werden.

In den Fig. 1 bis 4 sind mögliche Ausbildungen einer er­ findungsgemäßen Anlage im Horizontalschnitt dargestellt.

Eine über den Querschnitt des Entgasungsreaktors 1 besonders gleichmäßige Temperaturverteilung wird erreicht, wenn gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel der Heißgas-Wärmeüber­ träger bzw. die Wirbelschichtfeuerung 2 als Röhrensystem ausgebildet ist, wobei die einzelnen Röhren 2 a in gleichmä­ ßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Im Beispiel der Fig. 2 ist der Heißgas-Wärmeüberträger bzw. die Wirbel­ schichtfeuerung 2 in mehrere, in Abständen nebeneinander an­ geordnete Wirbelkammern 2 a mit parallelen Kammerwänden 3, unterteilt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen weitere Möglichkeiten zur Anord­ nung des Heißgas-Wärmeüberträgers bzw. der Wirbelschichtfeu­ erung 2 und des Entgasungsreaktors 1, die durch eine Trenn­ wand 3 aus wärmeleitendem Werkstoff, die im Beispiel der Fi­ gur 4 zusätzlich Wärmeleitbleche 5 aufweist, getrennt sind.

Claims (9)

1. Verfahren zur Ent- oder Teilentgasung von festem Brenn­ stoff in einem Entgasungsreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Wärmeenergie durch indirekten Wär­ metausch über zumindest eine gemeinsame Trennfläche von Entgasungsreaktor und einem Heißgas-Wärmeübertrager in den Entgasungsreaktor übertragen wird, und daß Entga­ sungsreaktor und Heißgas-Wärmeüberträger als stofflich getrennte Wirbelschichten betrieben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht des Entgasungsreaktors mit geringerer Wirbelgeschwindigkeit als die Wirbelschicht des Heißgas- Wärmeüberträgers betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluidisierungsmittel für die Wirbelschicht des Entgasungsreaktors im Entgasungsreaktor gewonnenes Gas verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Bettmaterial für die Wirbelschicht des Heißgas-Wärmeüberträgers gut wärmeleitendes Material, vorzugsweise Sand und/oder Flugasche, eingesetzt wird, und daß als Fluidisierungsmittel und Wärmeträger heißes Rauchgas aus einer mit dem entgasten festen Brennstoff betriebenen Feuerungsanlage in den Heißgas-Wärmeüberträ­ ger geführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Heißgas-Wärmeüberträger eine Wir­ belschichtfeuerung ist.

6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heiß­ gas-Wärmeüberträger bzw. die Wirbelschichtfeuerung (2) innerhalb des Entgasungsreaktor (1) angeordnet ist, daß dem Heißgas-Wärmeüberträger bzw. der Wirbelschichtfeue­ rung (2) und dem Entgasungsreaktor (1) jeweils eigene Ver- und Entsorgungssysteme zugeordnet sind und daß die Wandungen (3) zwischen dem Heißgas- Wärmeüberträger bzw. der Wirbelschichtfeuerung (2) und dem Entgasungsreaktor (1) aus wärmeleitendem Werkstoff bestehen.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißgas-Wärmeüberträger bzw. die Wirbelschichtfeuerung (2) in mehrere, gemeinsam ver- und entsorgbare Wirbelkam­ mern (2 a) unterteilt ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammern (2 a) in Abständen parallel zueinander an­ geordnete Röhren sind.

9. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammern (2 a) in Abständen nebeneinander angeord­ nete Kammern mit parallelen Kammerwänden (3) sind.