DE4129037C2 - Verfahren zum Brennstoffeintrag in einen mit einer Kraftwerksanlage gekoppelten Brennstoffvergaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennstoffeintrag in einen mit einer Kraftwerksanlage gekoppelten, unter Druck betriebenen Brennstoffvergaser, wobei eine einen festen Brenn­ stoff enthaltende Suspension hergestellt und der feste Brenn­ stoff nach Aufmahlung auf einen für den Eintrag in den Vergaser geeigneten Druck gebracht wird.

Zum Beschicken eines unter Druck betriebenen, feste Brenn­ stoffe verwendenden Vergasers gibt es zwei unterschiedliche Eintragsverfahren. Bei dem diskontinuierlichen Schleuseneintrag wird die aufgemahlene Kohle in einen Schleusenbehälter gefüllt, der anschließend mit einem Inertgas unter Vergasungsdruck ge­ setzt wird. Sodann gelangt die Kohle in einen Vorratsbehälter, der dem Vergaser vorgeschaltet ist und ebenfalls unter Verga­ sungsdruck steht. Dieses bekannte Verfahren erfordert eine große Anzahl von Vorrichtungskomponenten. An die Absperrarma­ turen in den Transportleitungen sind erhebliche Anforderungen zu stellen, um trotz des festen Brennstoffs die erforderliche druckdichte Absperrung zu gewährleisten.

Demgegenüber handelt es sich beim Suspensionseintrag, von dem die Erfindung Gebrauch macht, um ein kontinuierliches Be­ schickungsverfahren. Die Anzahl der erforderlichen apparativen Komponenten ist gering. Die pumpfähige Suspension, die ggf. mit einem Fließverbesserer vermischt ist, läßt sich beispielsweise mit normalen Dickstoffpumpen fördern, wie sie u. a. beispiels­ weise auch als Betonpumpen eingesetzt werden. Der Suspensions­ eintrag stellt eine baulich einfache, wenig anfällige und zu­ verlässige technische Lösung dar.

Aus der DE 31 34 297 A1 ist ein Verfahren zum Zuführen ei­ ner Kohle-Wasser-Suspension zum Brenner einer Kohledruckverga­ sungsanlage bekannt. Das dort beschriebene Verfahren geht von einer Suspension mit einem hohen Wasseranteil aus. Bei der Verbrennung einer solchen Suspension entstehen infolge der Verdampfung des Wassers relativ hohe thermische Verluste. Zur Verringerung dieses Verlustes wird die Suspension vor Aufgabe zum Brenner eingedickt, wobei ein pastöser Brennstoff entsteht. Diese Vorbehandlung der Suspension erhöht den apparativen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Kraftwerksan­ lage mit höherem Gesamt-Wirkungsgrad arbeitet und keine Vor- oder Weiterbehandlung der Suspension vor Aufgabe zum Brenner erforderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfin­ dung dadurch gekennzeichnet, daß eine heizwerthaltige Flüssig­ keit in der Suspension verwendet, zusammen mit dem festen Brennstoff unter Vergaserdruck gebracht und in den Vergaser eingetragen wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die bisher übliche Verwendung von Wasser zum Aufbereiten der Suspension energetisch nachteilig ist. Insoweit liegen beim Betreiben ei­ ner Kraftwerksanlage mit gekoppelten Brennstoffvergaser andere Verhältnisse vor als bei der Brennstoffvergasung zur Erzeugung von Synthesegas für chemische Prozesse. Dort ist der Wasseran­ teil der Suspension durchaus willkommen, da ansonsten Wasser­ dampf dem Vergasungsprodukt beigemischt werden müßte.

Unter Beibehaltung des kontinuierlichen und technisch weni­ ger anspruchsvollen Pumpverfahrens zur Druckerhöhung wird er­ findungsgemäß ein hoher Wasseranteil im Brennstoff (Kohle) ver­ mieden. Daraus resultiert eine Verringerung der Wärmeverluste bei der Brennstoffgasreinigung mit der Folge einer Erhöhung des Gesamtanlagen-Wirkungsgrades.

Hinzu kommt, daß sich der Heizwert des Kohlegases erhöht, da der CO- und H₂-Gehalt ansteigt, während der CO₂-Gehalt ab­ sinkt.

Im Ergebnis vereinigt die Erfindung die Vorteile des be­ kannten Schleuseneintrags, d. h. des höheren Wirkungsgrades der Gesamtanlage, mit denjenigen des bei der Erfindung selbst ver­ wendeten Suspensionseintrags, d. h. geringerer apparativer Auf­ wand und höhere Betriebszuverlässigkeit.

In anderem Zusammenhang ist das Mischen von Kohle und Öl zum teilweisen Ersetzen teurer flüssiger Brennstoffe, wie Öl, durch geringerwertige feste Brennstoffe, wie Kohle, bekannt (vgl. DE 28 21 021 A1 und US-PS 4,466,362).

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Suspension mit Erdöl, Mineralöl und/oder deren Destillationsprodukten oder auch einer Bitumen-Wasser- Emulsion aufbereitet wird. Derartige Flüssigkeiten erhöhen die Brennstoffkosten nicht wesentlich, da ihr Heizwert bei der Ver­ gasung des festen Brennstoffs (Kohle) weitgehend genutzt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf Kohle als fester Brennstoff beschränkt. Mit gleichen Vorteilen läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf andere feste Brennstoffe, beispielsweise auf Teersand oder Mischungen aus verschiedenen festen Brennstoffen anwenden.

Die Vermischung des festen Brennstoffs mit der heizwerthal­ tigen Flüssigkeit erfolgt bei einem apparativ günstigen Ausfüh­ rungsbeispiel während des Aufmahlens des festen Brennstoffs. Prinzipiell ist es jedoch ebenfalls möglich, die festen und flüssigen Phasen der Suspension nach dem Aufmahlen des festen Brennstoffs zusammenzuführen und zu mischen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, daß die Suspension einer Suspensionsvorlage entnom­ men und mittels einer Suspensionspumpe in den unter Druck be­ triebenen Vergaser gepumpt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert.

In der einzigen Figur ist ein Blockdiagramm eines Ausfüh­ rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Suspensionseintrags in Zu­ ordnung zu einem mit einer Kraftwerksanlage gekoppelten Kohle­ vergaser gezeigt.

Der in der Zeichnung als Block 1 dargestellte Kohlevergaser wird unter Druck betrieben. Er enthält eine in der Zeichnung nicht dargestellte Brenneranordnung, der eine Kohlesuspension zugeführt wird, die in der weiter unten beschriebenen Weise aufbereitet wird. Außerdem erhält der Vergaser 1 ein Verga­ sungsmittel, wie beispielsweise Luft oder Sauerstoff. Das im Vergaser 1 erzeugte Rohgas wird über eine Rohgasleitung 2 einer Kohlegasreinigungsanlage 3 zugeführt. Das Reingas nach Kohle­ gasreinigung wird über ein Reingasleitung 4 einer Kraftwerksan­ lage, beispielsweise einer in der Zeichnung nicht dargestellten Gasturbine eines Kombikraftwerks zur Verfügung gestellt, um Strom und/oder Fernwärme zu erzeugen.

Bei der beschriebenen Kopplung von Kohlevergaser und Kraft­ werksanlage ist es im Interesse des Gesamt-Wirkungsgrades wün­ schenswert, daß alle dem Vergaser 1 zugeführten Einsatzstoffe möglichst weitgehend an der Verbrennung teilnehmen und den Ver­ gasungsprozeß unterstützen. Die in der Brennstoffsuspension verwendete aufgemahlene Kohle erfüllt zwar diese Bedingung; sie benötigt aber ein flüssiges Fördermedium, um den Kohlestaub entgegen dem Reaktordruck im Vergaser 1 durch die Brenneranord­ nung einzupumpen.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel gehören zum Suspensionseintrag ein Kohlebunker 10 mit nachge­ schalteter Kohlemühle 11, der eine Mischstelle 12 zugeordnet ist. Der Mischstelle 12 wird neben der aufgemahlenen Kohle heizwerthaltige Flüssigkeit, beispielsweise Erdöl, Mineralöl und/oder Destillationsprodukte dieser Öle oder auch ein Bitu­ men-Wasser-Emulsion zugeführt. Die Mischstelle 12 kann in der Kohlemühle 11 liegen. Von einer Suspensionsvorlage 13, welche die Mischstelle 12 enthalten kann, saugt eine Suspensionspumpe 14 die pumpfähige Suspension an und drückt sie über eine durch einen Pfeil 15 schematisch bezeichnete Brenneranordnung in den Vergaser.

Das in der Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungs­ beispiel kann in vielfacher Weise abgewandelt werden. So kann beispielsweise das Vergasungsmittel und die pumpfähige Suspen­ sion durch den Reaktorkopf in den Kohlevergaser 1 eingeleitet werden. Anstelle von Kohle kann ein anderer fester und in ge­ eigneter Weise für die pumpfähige Suspension aufgemahlener Brennstoff, beispielsweise ein festes Teerprodukt verwendet werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Brennstoffeintrag in einen mit einer Kraftwerksanlage gekoppelten, unter Druck betriebenen Brenn­ stoffvergaser, wobei eine einen festen Brennstoff enthaltende Suspension hergestellt und der feste Brennstoff nach Aufmahlung auf einen für den Eintrag in den Vergaser geeigneten Druck ge­ bracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine heizwerthaltige Flüssigkeit in der Suspension ver­ wendet, zusammen mit dem festen Brennstoff unter Vergaserdruck gebracht und in den Vergaser eingetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension mit Erdöl, Mineralöl und/oder deren Destillati­ onsprodukten oder einer Bitumen-Wasser-Emulsion aufbereitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß als fester Brennstoff Kohle und/oder Teersand verwen­ det wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vermischung des festen Brennstoffs mit der heizwerthaltigen Flüssigkeit während des Aufmahlens des fe­ sten Brennstoffs erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Suspension einer Suspensionsvorlage ent­ nommen und von einer Suspensionspumpe in den unter Druck be­ triebenen Vergaser gepumpt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Suspension zusätzlich ein Fließverbesse­ rer zugesetzt wird.