DE4004874A1 - Verfahren zum betrieb einer anlage fuer die vergasung fester brennstoffe - Google Patents

Description

Das Hauptpatent (Patanmeldung P 38 37 587.7) betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage für die Vergasung fein­ körniger bis staubförmiger fester Brennstoffe mit
Vergasungsreaktor, der mit Vergasungsbrennern ausge­ rüstet ist,
Einrichtung für die Flugstaubabscheidung aus dem Roh­ gas,
Flugstaubsammelbehälter und Einrichtung für die Flug­ staubrückführung in den Vergasungsreaktor,
wobei die Vergasungsbrenner mit einem am Vergasungsbren­ neraustritt rotationssymmetrischen Brennstoff/Reaktions­ mittel-Strahl in den Vergasungsreaktor hineinbrennen, von den Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen in dem Vergasungs­ reaktor eine Primärreaktionszone hoher Temperatur gebildet und der Flugstaub mit seinem Gehalt an Rohgas und seinem Restkohlenstoff durch einen Fördergasstrom in die Achse von zumindest einem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl ein­ geführt, von dem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in die Primärreaktionszone eingebracht und in dieser eingeschmol­ zen wird.

Dem Verfahren nach dem Hauptpatent liegt dabei die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so zu führen, daß der aus dem Roh­ gas trocken abgeschiedene Flugstaub ohne besondere Aufbe­ reitung und ohne störende Beeinflussung des Vergasungs­ prozesses vollständig in der Schlacke eingebunden wird, wobei gleichzeitig der im Flugstaub enthaltene Restkoh­ lenstoff vollständig verbrannt werden soll. Dies wird beim Verfahren nach dem Hauptpatent dadurch erreicht, daß der Flugstaub mit seinem Gehalt an Rohgas und seinem Restkoh­ lenstoff durch einen Fördergasstrom in die Achse von zu­ mindest einem Brennstoff/Reaktionsmittelstrahl eines Ver­ gasungsbrenners eingeführt, von diesem in die Primärreak­ tionszone eingebracht und in dieser eingeschmolzen wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine weitere Ausge­ staltung der Arbeitsweise nach dem Hauptpatent, durch die insbesondere die Verfahrensbedingungen für die Flugstaub­ rückführung verbessert werden sollen. Hierbei ist erfin­ dungsgemäß vorgesehen, daß die Schüttdichte des abgeschie­ denen Flugstaubes ermittelt und bei der Regelung des Mas­ senstromes des den Vergasungsbrennern zugeführten Flug­ staubes berücksichtigt wird, wobei die Zuführung des Flug­ staubes zu den Vergasungsbrennern kontinuierlich und kon­ trolliert mit einer Förderdichte in der Größenordnung von 60 bis 90% der Flugstaubschüttdichte erfolgt.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Schüttdichte des Flugstaubes in Abhängigkeit von dem darin enthaltenen Restkohlenstoff in weiten Grenzen zwischen et­ wa 150 kg/m³ und 600 kg/m³ schwanken kann. Bei niedriger Schüttdichte liegt ein Flugstaub mit zu hohem Gehalt an Restkohlenstoff vor, was auf eine unvollständige Vergasung im Vergasungsreaktor schließen läßt. Ist dies der Fall, so wird erfindungsgemäß der Massenstrom des den Vergasungs­ brennern zugeführten Flugstaubes entsprechend erhöht. Bei zu geringem Gehalt an Restkohlenstoff im Flugstaub, d. h. hoher Schüttdichte, kann umgekehrt der Massenstrom verrin­ gert werden. Um die Wirtschaftlichkeit der Flugstaubrück­ führung zu erhöhen und gleichzeitig eine höhe Gleichför­ migkeit der Dosierung zu erreichen, wird dabei erfindungs­ gemäß mit einer Förderdichte in der weiter oben angegebe­ nen Größenordnung von 60 bis 90% der Flugstaubschüttdich­ te gearbeitet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den vorliegenden Unteransprüchen und sollen nachfolgend an Hand des in der Abbildung dargestellten Fließschemas einer modifizierten Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäs­ sen Verfahrens erläutert werden, die nur einen Zuteilbe­ hälter aufweist. Diese Anlage vermeidet gleichzeitig den unkontrollierten Massenstoß, wie er bei der im Hauptpatent beschriebenen Anlage bei der Umschaltung eines entleerten Zuteilbehälters auf einen parallel geschalteten gefüllten Zuteilbehälter auftritt.

Die in der Abbildung dargestellte Anlage besteht aus dem Vergasungsreaktor 1, der beispielsweise mit vier Verga­ sungsbrennern 2 ausgerüstet ist. Das im Vergasungsreaktor 1 erzeugte Rohgas wird über die Leitung 3 abgezogen und in einem in der Abbildung nicht dargestellten Abhitzekessel, der normalerweise mit dem Vergasungsreaktor 1 eine bauli­ che Einheit bildet, bis auf eine Temperatur zwischen 200 und 400°C abgekühlt. Mit dieser Temperatur gelangt das mit Flugstaub beladene Rohgas in den Abscheider 4, in dem eine trockene Abscheidung des mitgeführten Flugstaubes erfolgt. Anstelle eines Abscheiders 4 kann dabei auch ein Filter verwendet werden. Der abgeschiedene Flugstaub fällt in den Sammelbehälter 5, der mit dem Abscheider 4 direkt verbun­ den ist. Im Sammelbehälter 5 kann bei voller Leistung des Vergasungsreaktor 1 eine Flugstaubmenge gespeichert wer­ den, die in etwa einer Betriebsdauer des Vergasungsreak­ tors 1 von 1 bis 3 Stunden entspricht. Das von der Haupt­ menge des Flugstaubes befreite Rohgas wird über die Lei­ tung 6 seiner weiteren Behandlung zugeführt. Unterhalb des Sammelbehälters 5 ist der Zwischenbehälter 7 angeordnet, der über den Verteiler 8 und die Leitung 9 mit dem Sammel­ behälter 5 verbunden ist. Der Sammelbehälter 5 wird hier­ bei nach Druckausgleich im Schwerkraftfluß entleert. Zur Vermeidung einer Brückenbildung des austretenden Flugstau­ bes kann über die Leitung 10 ein Fluidisiergas in den Aus­ trittsbereich des Sammelbehälters 5 eingeleitet werden. In Abweichung von der Darstellung in der Abbildung kann der Zwischenbehälter 7 selbstverständlich auch neben dem Sam­ melbehälter 5 angeordnet werden. In diesem Falle erfolgt dann die Entleerung des Sammelbehälters 5 aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Sammelbehälter 5 und dem Zwi­ schenbehälter 7. Das über die Leitung 10 zugeführte Flu­ idisiergas wird nach Abscheidung des im Dichtstrom geför­ derten Flugstaubes im Zwischenbehälter 7 über die Leitung 11 aus diesem abgezogen. Nach Abreinigung in einem Ker­ zenfilter 12 gelangt das Fluidisiergas über die Leitung 13 in den Pufferbehälter 14. Von dort kann das Fludisiergas über die Leitung 15 abgezogen und dem Rohgasstrom in der Leitung 3 zugesetzt oder über die Leitung 26 als Fördergas am Austritt des Zuteilbehälters 16 verwendet werden.

Das Befüllen des Zwischenbehälters 7 erfolgt zyklisch je nach Bedarf, das heißt, bei maximalem Füllstand im Sammel­ behälter 5 oder bei minimalem Füllstand im Zuteilbehälter 16. Die Befüllung des Zwischenbehälters 7 wird durch die Meßgeräte 17 und 18 kontrolliert. Das Maßgerät 17 dient dabei der Ermittlung des Leerstandes und das Meßgerät 18 der des Vollstandes. Sobald der Zwischenbehälter 7 gefüllt ist, wird die Flugstaubzufuhr über die Leitung 9 unterbro­ chen und durch Gaszufuhr über die Leitungen 19 und 20 der erforderliche Überdruck für die Förderung zum Zuteilbehäl­ ter 16 aufgebaut. Die Leitungen 19 und 20 zweigen hierbei von der Leitung 10 ab. Als Gas in dieser Leitung wird vor­ zugsweise ein CO₂- oder N₂-reiches Gas verwendet, welches über die Leitung 10 aus einer außerhalb der Anlage befind­ lichen Quelle, z. B. einer Gasversorgungseinrichtung, zuge­ führt wird. Mit Hilfe des erzeugten Differenzdruckes kann der Flugstaub aus dem Zwischenbehälter 7 über die Leitung 35 in den Zuteilbehälter 16 gefördert werden, sobald der Füllstand des Zuteilbehälters 16 dies erforderlich macht. Die Förderung erfolgt dabei je nach Qualität des Flugstau­ bes mit einer hohen Förderdichte zwischen 100 und 550 kg/m³, damit die Förderdichte in der Größenordnung von 60 bis 90% der Flugstaubschüttdichte liegt. Mit dem Roh­ gasstrom können gelegentlich auch größere Schlacketeilchen oder andere Verunreinigungen mit einer Größe zwischen 1 und 10 mm in die Anlage gelangen. Damit derartige gröbe­ re Verunreinigungen nicht zu einer Verstopfung der Verga­ sungsbrenner 2 führen, wird im Bedarfsfalle in der Leitung 35 ein in der Abbildung nicht dargestelltes Sieb instal­ liert, das der Abscheidung dieser Verunreinigungen dient. Der Zuteilbehälter 16 ist so dimensioniert, daß er den ge­ samten Füllinhalt des Zwischenbehälters 7 aufnehmen kann. Zur kontrollierten Betriebsführung ist der Zuteilbehälter 16 mit einer Wiegeeinrichtung 21 und den radiometrischen Füllstandsmessungen 22a und 22b ausgerüstet, die den zy­ lindrischen Teil des Zuteilbehälters 16 erfassen. Mit Hil­ fe der Wiegeeinrichtung 21 kann die Gewichtsdifferenz zwi­ schen dem Beginn und dem Ende der Befüllung des Zuteilbe­ hälters 16 ermittelt werden. Zu diesem Wert ist dabei noch der Massenstrom des Flugstaubes zu addieren, der während des Füllvorganges vom Zuteilbehälter 16 zu den Vergasungs­ brennern 2 gefördert wird. Aus dieser Gewichtsdifferenz und dem Füllvolumen des Zwischenbehälters 7, das mit den Abmessungen des Behälters zwischen dem Leer- und dem Voll­ stand bekannt ist, kann nach Abschluß des Füllvorganges die mittlere Schüttdichte des Flugstaubes berechnet wer­ den, die - wie weiter oben bereits dargelegt wurde - für eine kontrollierte Betriebsführung benötigt wird. Wie bereits erwähnt wurde, liegt bei niedriger Schüttdichte zwischen 150 und 300 kg/m³ ein Flugstaub mit einem hohen Gehalt an Restkohlenstoff vor, was auf eine unvollständige Vergasung des eingesetzten Brennstoffes auf Grund eines falschen Verhältnisses von Sauerstoff zu Kohlenstoff schließen läßt. Außerdem besteht bei zu geringer Schütt­ dichte die Gefahr, daß der Zuteilbehälter 16 überfüllt wird. Der auf der Basis einer normalen Schüttdichte von ca. 350 kg/m³ an der Wiegeeinrichtung 21 eingestellte Mi­ nimal-Grenzwert täuscht dann bereits einen leeren Zuteil­ behälter 16 vor, wenn dessen Füllstand auf Grund der ge­ ringen Schüttdichte des Flugstaubes noch weit über dem Mi­ nimalstand liegt. Bei zu geringer Schüttdichte ist deshalb erfindungsgemäß vorgesehen, den Massenstrom des zum Verga­ sungsreaktor 1 zurückgeführten Flugstaubes zu erhöhen. Hierzu wird der Differenzdruck zwischen dem Zuteilbehälter 16 und dem Vergasungsreaktor 1 mit Hilfe zusätzlicher Gas­ zufuhr über die Leitung 23 entsprechend erhöht. Gleichzei­ tig muß die Zufuhr von Fördergas in den Austrittsbereich des Zuteilbehälters 16 über die Leitung 24 und in die zen­ trale Auslaufleitung 25 über die Leitung 26 entsprechend gesteigert werden, um eine der verringerten Schüttdichte angepaßte niedrigere Förderdichte in der zum Vergasungs­ brenner 2 führenden Leitung 27 einzustellen. Die Förder­ dichte in der zentralen Auslaufleitung 25 kann durch die radiometrische Dichtemessung 28 gemessen und überwacht werden.

Ein Anstieg der berechneten Schüttdichte des Flugstaubes über den normalen, bei optimierten Verfahrensbedingungen ermittelten Wert ist für den Nachfüllvorgang des Zuteilbe­ hälters 16 unkritisch. Bei höherer Schüttdichte zwischen 400 und 600 kg/m³ kann aber auch mit geringerem Differenz­ druck zwischen dem Zuteilbehälter 16 und dem Vergasungsre­ aktor 1 sowie einer höheren Förderdichte in der zentralen Auslaufleitung 25 dosiert werden. Neben der Verringerung des Energie- und Gasbedarfs für die Rückführung des Flug­ staubes zum Vergasungsreaktor 1 erlaubt die Kenntnis der Schüttdichte des Flugstaubes auch eine Überprüfung der Vergasungsbedingungen.

Da der zyklische Nachfüllvorgang des Zuteilbehälters 16 aus dem Zwischenbehälter 7 bei großen Behältervolumina bis zu einer Stunde Zeit in Anspruch nehmen und deshalb wäh­ rend dieser Zeit die Ermittlung der Schüttdichte des Flug­ staubes in der weiter oben beschriebenen Weise nicht vor­ genommen werden kann, sind bei der erfindungsgemäßen Anla­ ge zusätzlich die radiometrischen Füllstandsmessungen 22a und 22b vorgesehen. Hierbei sind 22a und 22b beispielswei­ se in einem Abstand von einem Meter voneinander am zylin­ drischen Teil des Zuteilbehälters 16 angeordnet. Dieser Meßbereich wird bei jedem Füll- und Entleerungsvorgang nur einmal durchflossen. In Verbindung mit der Gewichtsermitt­ lung durch die Wiegeeinrichtung 21 und dem zugehörigen Behältervolumen kann die Schüttdichte beim Befüllen und Entleeren des Zuteilbehälters 16 berechnet werden, wenn die Gewichtsdifferenz zwischen der maximalen radiometri­ schen Füllstandsmessung 22b und der minimalen radiometri­ schen Füllstandsmessung 22a ermittelt und gleichzeitig der Wert für den Massenstrom des zum Vergasungsreaktor 1 zu­ rückgeführten Flugstaubes berücksichtigt wird. Es steht somit eine weitere Methode zur Ermittlung der Schüttdichte zur Verfügung.

Wie bereits erwähnt wurde, unterscheidet sich die erfin­ dungsgemäße Anlage von der Anlage nach dem Hauptpatent dadurch, daß der Flugstaub nur aus einem einzigen Zuteil­ behälter 16 dem Vergasungsreaktor 1 zugeführt wird, wobei der Differenzdruck zwischen dem Zuteilbehälter 16 und dem Vergasungsreaktor 1 zur Anpassung des zum Vergasungsreak­ tor 1 geförderten Flugstaubes verändert werden kann. Füh­ rungsgröße für die Veränderung des Differenzdruckes ist hierbei das Verhältnis zwischen der Gesamtmasse des Brenn­ stoffes, der dem Vergasungsreaktor 1, das heißt allen vier Vergasungsbrennern 2, zugeführt wird, und dem Massenstrom des Flugstaubes, der zum Vergasungsreaktor 1 zurückgeführt wird. Das Verhältnis von Brennstoff zu zurückgeführtem Flugstaub ist hierbei in erster Linie abhängig vom Asche­ gehalt des eingesetzten Brennstoffes, vom C-Umwandlungs­ grad während der Vergasung sowie vom Abscheidungsgrad des Flugstaubes im Abscheider 4, um nur die Haupteinflußfakto­ ren zu nennen. Diese Abhängigkeit von den einzelnen Fakto­ ren wird durch Vorversuche während der Inbetriebnahmephase der Anlage ermittelt und im Leitsystem der Anlage program­ miert.

Zwischen der zentralen Auslaufleitung 25 und der Leitung 27 ist der Verteiler 29 angeordnet, an den die zu den vier Vergasungsbrennern 2 des Vergasungsreaktors 1 führenden Leitungen 27 angeschlossen sind. In der Abbildung ist nur eine Leitung 27 vollständig eingezeichnet, da im Normal­ fall der Druckverlust in allen Leitungen 27 in etwa gleich und damit eine ausreichend gleiche Verteilung des rückge­ führten Flugstaubes auf alle Vergasungsbrenner 2 gewähr­ leistet ist. Der Massenstrom kann dabei jeweils durch ein in den Leitungen 27 eingebautes Venturirohr mit Hilfe eines Differenzdruckmessers 30 kontrolliert werden. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn in Abweichung vom Normalfall der Flugstaub nicht allen Vergasungsbrennern 2 gleichmäßig verteilt zugeführt werden soll, z. B. weil die Vergasungsbrenner 2 zum Teil eine unterschiedliche Kon­ struktion oder Brennstoffzufuhr aufweisen. Die erforderli­ che Regelung des Flugstaub-Massenstromes kann mit Hilfe der in der Leitung 27 installierten Stellarmatur 31 erfol­ gen. In der zentralen Auslaufleitung 25 kann eine weitere radiometrische Dichtemessung 32 installiert werden. Mit Hilfe der Korelation der Meßwerte der beiden radiometri­ schen Dichtemessungen 28 und 32 läßt sich ebenfalls der Restkohlenstoffgehalt des rückgeführten Flugstaubes ermit­ teln. Der Restkohlenstoffgehalt kann dabei als Führungs­ größe für die durch die Flugstaubrückführung bedingte Veränderung des Sauerstoff/Kohlenstoff-Verhältnisses im Vergasungsreaktor dienen.

An den Verteiler 8 ist die Entsorgungsleitung 33 ange­ schlossen. Diese Leitung ist für den Störfall vorgesehen, wenn der im Abscheider 4 abgeschiedene Flugstaub infolge einer Betriebsstörung nicht in den Vergasungsreaktor 1 zu­ rückgeführt werden kann und deshalb über die Entsorgungs­ leitung 33 aus der Anlage entfernt werden muß. Hierbei kann dieser Flugstaub gegebenenfalls gemeinsam mit dem über die Leitung 6 abgezogenen Rohgas in einen in der Ab­ bildung nicht dargestellten Abscheider geleitet werden, in dem eine feuchte Abscheidung des Flugstaubes erfolgt, wo­ bei die anfallende Slurry eingedickt und anschließend zu einer Schlacke eingeschmolzen oder deponiert wird.

Sofern eine Druckreduzierung im Zuteilbehälter 16 erfor­ derlich wird, so kann überschüssiges Gas über die Leitung 34 in die Leitung 3 abgelassen werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb einer Anlage für die Vergasung feinkörniger bis staubförmiger fester Brennstoffe mit
Vergasungsreaktor, der mit Vergasungsbrennern ausgerüstet ist,
Einrichtung für die Flugstaubabscheidung aus dem Rohgas,
Flugstaubsammelbehälter und Einrichtung für die Flugstaubrückführung in den Vergasungs­ reaktor,
wobei die Vergasungsbrenner mit einem am Vergasungs­ brenneraustritt rotationssymmetrischen Brennstoff/Re­ aktionsmittel-Strahl in den Vergasungsreaktor hinein­ brennen, von den Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen in dem Vergasungsreaktor eine Primärreaktionszone ho­ her Temperatur gebildet und der Flugstaub mit seinem Gehalt an Rohgas und seinem Restkohlenstoff durch ei­ nen Fördergasstrom in die Achse von zumindest einem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl eingeführt, von dem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in die Primärreak­ tionszone eingebracht und in dieser eingeschmolzen wird, nach Patent (Patentanmeldung P 38 37 587.7), dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttdichte des ab­ geschiedenen Flugstaubes ermittelt und bei der Rege­ lung des Massenstromes des den Vergasungsbrennern zu­ geführten Flugstaubes berücksichtigt wird, wobei die Zuführung des Flugstaubes zu den Vergasungsbrennern kontinuierlich und kontrolliert mit einer Förder­ dichte in der Größenordnung von 60 bis 90% der Flugstaubschüttdichte erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei niedriger, im Bereich zwischen 150 und 300 kg/m³ liegender Flugstaub-Schüttdichte der Massenstrom des den Vergasungsbrennern zugeführten Flugstaubes erhöht wird und daß bei hoher, im Bereich zwischen 400 und 600 kg/m³ liegender Flugstaub- Schüttdichte der Massenstrom des den Vergasungsbren­ nern zugeführten Flugstaubes erniedrigt werden kann.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Flugstaub aus einem einzigen Zuteilbehälter den Vergasungsbrennern durch Diffe­ renzdruckförderung zugeführt wird, wobei die Befül­ lung des Zuteilbehälters aus einem Zwischenbehälter erfolgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Befüllung des Zuteilbehälters mit einer hohen Förderdichte zwischen 100 und 550 kg/m³ erfolgt.