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Anlage zur Vergasung von Brennstaub mit einem im Kreislauf umgewälzten
Wasserdampfgasstrom Es ist bekannt, fein gemahlenen Brennstoff aus Kohle bzw. Koks
bei hohen Temperaturen in Doppelgas bzw. Wassergas umzusetzen. Die Zuführung der
für den Gaserzeugungsprozeß benötigten Wärme geschieht hierbei entweder durch indirekte
Wärmeübertragung durch Wandungen hindurch oder durch die Entnahme der Wärme aus
einem regenerativ aufgeheizten Wärmespeicher oder aber durch Erhitzung eines dauernd
umgewälzten Gasstromes, wobei die fühlbare Wärme des Gases die für den Prozeß benötigte
Reaktionswärme mitbringt. Diese bekannten Verfahren beziehen. sich teils auf stückige
Brennstoffe, teil auf Brennstoffstaub.
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Bei der Durchführung dieser Verfahren ergeben sich gewisse Nachteile,
durch die die Betriebssicherheit gefährdet wird. Bei der Zuführung der Wärme von
Heizflächen besteht die Gefahr der Sinterung der Asche und eines verhältnismäßig
schnellen Zusetzens der Anlage. Bei der Zuführung der Wärme durch einen Wälzgasstrom
bestehen besondere Schwierigkeiten in bezug auf Zuführung des Kohlenstaubes. Außerdem
wird die Baulänge eines derartigen Reaktionsraumes sehr groß, und ferner besteht
auch für diesen Fall die Gefahr des Absetzens von -gesinterter Asche an den Wandungen,
wenn die sehr heißen Wälzgase mit ihren hohen Anfangstemperaturen beim Eintritt
in den Reaktionsraum mit den Wandungen in Berührung kommen. Durch vorliegende Erfindung
sollen obige Nachteile vermieden werden, wobei gleichzeitig die Art der Brennstaubzuführung
sowie die Gesamtanordnung des Gaserzeugers eine praktisch durchführbare Formgebung
erhält.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht in folgendem:
Die Wärmezuführung für den Doppelgas-bzw. Wassergasprozeß erfolgt durch einen im
Kreislauf umgewälzten Wasserdampf-Gasstrom, wobei die Wärmezufuhr' indirekt durch
eine Heizfläche hindurch oder regenerativ erfolgt und die Doppelgas- bzw. Wassergasreaktion
in einem mit dem Wärmespeicher zu einer Einheit zusammengebauten Reaktionsraum vor
sich geht, in den der Brennstoffstaub zusammen mit dem heißen Gasstrom in neuartiger
Weise eingeführt wird. Das Wälzgasstaubgemisch tritt dabei in den Reaktionsraum
in vertikaler Richtung von unten nach oben ein, wird unterhalb der Decke umgelenkt
und gelangt in abwärts gerichteter Strömung zu einem gemeinsamen unterhalb des Reaktionsraumes
angeordneten Austritt für Gas und Asche. Hierbei wird erreicht, daß das heißeste
Gasstaubgernisch, das in vertikaler Richtung nach oben strömt, durch den abwärts
gerichteten kälteren Gasstrom von den Wandungen des Reaktionsraumes isoliert wird,
so daß die Wandungen nicht mit Gasen von einer Temperatur in Berührung kommen,
bei
der eine Sinterung der Asche möglich ist. Außerdem werden durch diese Anordnung
die heißesten Gase von der Wandung gegen Wärmeabstrahlung isoliert, so daß die Wärmeverluste
herabgemindert werden. Durch diese Art der Einführung des Umwälzgasstaubgemisches
wird ein längerer Reaktionsweg erzeugt, ohne daß der Reaktionsraum eine unerwünschte
Höhe erhält. Gleichzeitig wird infolge der durch diese Anordnung bedingten Wirbelbildung
eine Beschleunigung der Reaktion hervorgerufen und eine gleichmäßige Aufteilung
der Gase erzielt. Um den Kohlenstaub in den vertikal nach oben gerichteten etwa
r 2oo° C heißen Umwälzgasstrom in möglichst gleichmäßiger Verteilung einzuführen,
werden zweierlei Gasströme angewandt, und zwar wird der Brennstoffstaub zuerst in
einer hierzu besonders geeigneten Zuteilvorrichtung durch Hinzuführung eines Gases
mit hohem Druck und kleinem Volumen (insbesondere komprimiertes Wassergas, überhitzter
Dampf) in einen flüssigkeitsähnlichen Zustand verwandelt und fließt, in kleine Ströme
aufgelöst, durch eine Mischvorrichtung, wo das Gemisch dann von dem mit I 2oo° C
und großem Volumen durchtretenden Sekundärgasstrom erfaßt wird und in gleichmäßiger
Aufteilung in den Reaktionsraum gelangt.
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Dazu wird bemerkt, daß der Primärgasstrom mit höherer Pressung und
sehr kleinem Volumen in Anwendung kommt, beispielsweise je Tonne Brennstaub 2o bis
30 cbm, bezogen auf atmosphärischen Druck bei einer Pressung von etwa r bis
2 Atm. Überdruck, während das auf dieselbe Brennstaubmenge bezogene Umwälzgasvolumen
etwa 6 ooocbm, bezogen auf o° und Atmosphärendruck, beträgt. Hierdurch wird eine
Temperaturerniedrigung des Umwälzgases durch das Primärgas kaum in Erscheinung treten.
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Der Doppelgas- bzw. Wassergasprozeß wird bei der vorliegenden Anlage
intermittierend durchgeführt, wobei in dem Reaktionsraum während der Heizperiode
sich kein Brennstaub befindet. Das Prinmärfördergas wird jedoch auch während der
Heizperiode kontinuierlich strömen gelassen, so daß eine Kühlung der innerhalb des
Zuführungsrohrs und der innerhalb der Düsen angeordneten Verteilungskanäle erreicht
wird. Hierdurch besteht die Möglichkeit, diese Teile aus irgendeinem feuerbeständigen
Metall herzustellen. Ein weiterer Vorteil, der mit dem kontinuierlichen Strömen
des Primärfördergases verbunden ist, besteht darin, daß während der Heizperiode
aus dem Reaktionsraum ein Wassergasstrom in den oberen Teil des Wärmespeichers durch
einen Verbindungskanal eintritt, wodurch ein Übertreten von Feuergasen in den Reaktionsraum
verhindert wird. Durch diesen vom Wärmespeicher aus senkrecht nach unten gerichteten
innerhalb der Gaserzeugereinheit liegenden Kanal wird während der Heizperiode ein
Vermischen der Heizgase mit dem im Reaktionsraum befindlichen Wassergas insbesondere
dadurch verhindert. daß in entgegengesetzter Richtung das Primärfördergas (Wassergas)
'strömt.
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Durch den Reaktionsraum zieht sich ein horizontal liegender hohler,
die Fortsetzung des vertikalen Kanals zwischen Reaktionsraum und Heizraum bildender
Balken aus feuerfestem Material, der in seinem oberen Teil eine oder mehrere für
das Wälzgas bestimmte Austrittsöffnungen enthält und in dem innerhalb des Schamottematerials
das Zuführungsrohr des Brennstaubprimärgasstromes gebettet ist. Zur Förderung des
Staubes wird ein Primärfördergasstrom mit sehr geringem Volumen benutzt. Durch die
Führung der Feuergase derart, daß der Wärmespeicher durch einen Teil des selbsterzeugten
Gases oder durch ein in einem besonderen Generator erzeugtes Schwachgas in der Richtung
von oben nach unten beheizt wird, wird der Vorteil erzielt, daß nur die obersten,
unbelasteten Schichten die höchsten Temperaturen erhalten. Da dieser Teil des Wärmespeichers
dem größten Verschleiß unterliegt und am häufigsten ausgewechselt werden muß, kann
dies geschehen, ohne die darunterliegenden mehr geschonten, tragenden Teile auszubauen.
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Vorteilhafterweisewird die Beheizung des Gaserzeugers mit einem in
einem Urteergaserzeuger hergestellten Schwachgas betrieben, wobei das gesamte hochwertige
Doppelgas bzw.- Wassergas als Gewinnungsprodukt erhalten bleibt. Man kann hierdurch
in dem erzeugten hochwertigen Gas eine höhere Wärmemenge erhalten, als vorher in
der zugeführten Brennstaubmenge vorhanden war. Der Gesamtdurchsatz .der Anlage besteht
demnach aus der Summe des in dem Gaserzeuger vergasten Brennstoffstaubes zuzüglich
des in dem Gasgenerator vergasten Brennstoffes, wobei der Gesamtwirkungsgrad dem
einer gut arbeitenden Doppelgas- bzw. Wassergasanlage entspricht. Der in dem Urteergenerator
erzeugte Teer kann außerdem vorteilhafterweise in den Reaktionsraute in fein zerstäubtem
Zustand besonders eingebracht werden, wodurch dieser im Gasstrom gekrackt wird und
den Heizwert des erzeugten Doppelgases auf eine Höhe bringt, die einem normalen
Leuchtgas ziemlich nahekommt.
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Die Anlage läßt sich auch mit Brennstoffstaub aus backender Steinkohle
betreiben, deren Vergasung bei normalen Doppelgasanlagen
infolge
ihrer backenden Eigenschaften große Schwierigkeiten bereitet, da der in den heißen
Umwälzgasstrom eingeführte Brennstoffstaub in der Schwebe diejenigen Temperaturen
in dem Bruchteil einer Sekunde überschreitet, wo die Kohle backende Eigenschaften
besitzt. Durch die spring brunnenförmige wirbelnde Strömung des Wälzgasstaubgemisches
wird auch in diesem Falle eine Berührung mit den Wandungen des Reaktionsraumes verhindert,
bevor die Temperaturen der Backfähigkeit überschritten sind.
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In der beiliegenden Zeichnung ist die zur Durchführung des Verfahrens
erforderliche Gesamtanlage in zwei Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt,
und zwar veranschaulicht Abb. i die eine Ausführungsform der Anlage, Abb. 2 eine
Teildarstellung der Abb. i in größerem Maßstabe, Abb. 3 den Schnitt nach Linie A-B
der Abb. 2, Abb.4 eine andere Ausführungsform der Anlage.
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Nach der in Abb. i dargestellten Anlage wird der zu vergasende fein
gemahlene Brennstaub in den Fülltrichter i der Kohlenstaubzuteilvorrichtung 2 eingebracht,
die durch den Motor 3 angetrieben wird. Das hochgespannte Primärfördergas gelangt
durch die Leitung 4 und das dauernd geöffnete Ventil 5 in den Zuteiler 2, bildet
eine Gasstaubemulsion und gelangt durch die Leitung 6 in die Sekundärgasmischdüse
7, die in den Reaktionsraum 8 nach oben ausmündet. Die Düse ist getragen durch einen
Balken aus feuerfestem Material 9, der in horizontaler Lage durch den Reaktionsraum
gelagert ist, und zwar so, daß die umkehrenden Gase seitlich vorbeistreichen können.
Der Kanal des Balkens 9 setzt sich fort in dem vertikalen Kanal io, der eine Verbindung
zwischen Reaktionsraum 8 und dem organisch mit ihm zusammengebauten Wärmespeicher
i i bilden. Während der Heizperiode wird dem Wärmespeicher i i vorgewärmtes Verbrennungsgas
und vorgewärmte Luft zugeführt. Das im Generator 12 erzeugte Heizgas gelangt durch
die Leitung 13 und durch den Taschenlufterhitzer 14 in den Brenner 15 und von da
aus in den Wärmespeicher. Die Verbrennungsluft gelangt durch den Ventilator 16 und
eine zweite Abteilung des Gegenstromvorwärmers 14 und durch die Leitung 17 ebenfalls
in den Brenner 15. Die Feuergase durchstreichen den Wärmespeicher i i in Richtung
von oben nach unten und gelangen im weiteren Verlauf durch einen Abhitzekessel 18,
durch den Gegenstromvorwärmer 14 und einen Abzugs-Schlot i9 ins Freie. Zur Umschaltung
von der Heizperiode auf die Gasperiode müssen die Absperrorgane 2o für das Gas,
21 für die Luft und die Rauchgasschieber 22 und z3 geschlossen werden. Da die Heizgase
beim Verlassen des Wärmespeichers i i etwa 6oo° C haben, sind zwei Absperrorgane
22 und 23 vorgesehen, zwischen denen die Gaskühlung durch einen Abhitzekessel i
8 vorgenommen wird. Das am Wärmespeicher angeordnete und daher höheren Temperaturen
ausgesetzte Absperrorgane 22 bildet einen groben Abschluß, während das am Austritt
aus dem Abhitzekessel angebrachte und niedrigere Temperaturen aushaltende Gasabsperrventil
23 absolut dicht abschließen muß. Der Kreislauf des Umwälzgases wird durch das Dampfstrahlgebläse
24 oder ein sonst geeignetes Fördermittel bewirkt. Das Gas gelangt von dem Gebläse
durch die Leitung 25 in den Wärmespeicher i i, im weiteren Verlauf durch den Verbindungskanal
io in den horizontalen Kanal 9 und tritt in die Düse 7, wo der Brennstaub mit dem
Primärgasstrom einmündet, in den Reaktionsraum 8, durchstreicht diesen entsprechend
der eingezeichneten Pfeilrichtung und gelangt im abwärts gerichteten Sinne durch
die am tiefsten Punkt liegende Austrittsöffnung 26, im weiteren Verlauf durch die
Rohrleitung 27 in einen trockenen Staubabscheider 28 und verläßt diesen durch die
Rohrleitung 29, wodurch der Kreislauf zum Gebläse geschlossen ist. Das neuerzeugte
Nutzgas gelangt durch die Leitung 30 in bekannter Weise durch einen Tauchtopf
31, Skrubber 32 in den Gasbehälter 33 oder direkt zu der Verbauchsstelle. Das Absperrorgan
34 für den Umwälzgasstrom liegt in der Leitung 25 und kommt an dieser Stelle mit
verhältnismäßig kühlen Gasen in Berührung. Der Abhitzekessel ist durch eine Leitung
35 mit dem Dampfstrahlgebläse 24 über ein Absperrventil 36 verbunden.
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Aus Abb.2 ist die Formgebung der Umwälzgasaustrittsöffnung 7 ersichtlich,
die in ihrem unteren Teil einen Drall aufweist. Sie zeigt auch die Staubzuführungsleitung
6.
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Abb. 3 zeigt einen Horizontalschnitt durch den Brennstaubgaserzeuger,
in dem die Lage des Reaktionsraumes 8, des Wärmespeichers ii und des vertikalen
Verbindungskanals io ersichtlich ist, nebst den Verteilungskanälen 37.
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Abb.'4 zeigt eine andere Anordnung der Gesamtanlage, und zwar gelangt
das Umwälzgas aus der Reaktionskammer 8 durch die Leitung 27 in die untere Kammer
38 eines Abhitzekessels 39. Die untere Kammer des Abhitzekessels ist zyklonartig
ausgebildet und dient zur groben Abscheidung des Staubes.
In der
unteren Kammer 38 des Abhitzekessels ist ein Dampfüberhitzer 40 eingebaut, der in
die Verbindungsrohrleitung 35 zwischen dem Abhitzekessel 39 und dem Dampfstrahlgebläse
24 eingeschaltet ist. An den Abhitzekessel schließt sich eine Entstaubungsanlage
28 und das obenerwähnte Dampfstrahlgebläse 24 an. Die Einschaltung des Abhitzekessels
hat den Zweck, zu verhindern, daß bei Versagen der Brennstoffzufuhr in der Reaktionskammer
8 Gase mit zu hohen Temperaturen in die Entstaubungsanlage 28 gelangen, die diese
schädigen könnten. Durch die Überhitzung des Dampfes wird eine Erhöhung der Pressung
der Umwälzgase im Dampfstrahlgebläse 24 erzielt. Die von dem Wärmespeicher i i abziehenden
Heizgase können auch zur Trocknung des Brennstoffs vor der Vermahlung in einem Feuergastrockner
ausgenutzt werden.