-
Verfahren und Einrichtung zur Vorerhitzung von gas- und . dampfförmigen
Reaktionsmitteln für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe Die Erfindung bezieht
sich auf die Vergasung von fein verteiltem festem Brennstoff mit Sauerstoff oder
mit Sauerstoff angereicherter Luft und einem vorerhitzten, endotherm reagierenden
Medium, z. ß. Dampf oder Kohlensäure. Im Gegensatz zu der Vergasung, bei der ein
Bett des Brennstoffes mit eingeblasenen Strömen von Reaktionsteilnehmern behandelt
wird, befaßt sich die Erfindung im besonderen mit einem Verfahren und einer Einrichtung,
bei denen eine Suspension des fein gepulverten festen Brennstoffes mit den genannten
gas- oder dampfförmigen Reaktionsmitteln im wesentlichen in der gleichen Richtung
bewegt wird. jeder feste in der Schwebe befindliche Brennstoff kann mit Erfolg mit
Hilfe von Reaktionsmitteln, die exotherm und endotherm mit dem festen Brennstoff
reagieren, z. B. Sauerstoff und Dampf, vergast werden, wenn der feste Brennstoff
vor der Vergasung genügend fein gemahlen wird. Zur Durchführung der exothermen Reaktion
werden vorzugsweise reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet.
Der Ausdruck endotherm reagierendes Medium im Sinne der Erfindung umfaßt nicht nur
Dampf und Kohlensäure, sondern auch jedes andere geeignete Medium oder Gemisch,
das mit heißem Kohlenstoff unter gleichzeitiger Bindung von Wärme reagiert. Der
Verlauf der Reaktionen zwischen dem festen Brennstoff und den genannten gasförmigen
Reaktionsmitteln und die Qualität des erzeugten Gases, besonders
dessen
Gehalt an Kohlenoxyd oder Kohlenoxyd und Wasserstoff, hängen zum großen Teil davon
ab, daß das endotherm reagierende gasförmige Medium in die Reaktionskammer mit einer
Temperatur eingeführt wird, die genügend hoch ist, um die Vergasungsreaktion einzuleiten
und zu beschleunigen. Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb, ein neues verbessertes
Verfahren und eine Einrichtung zu erhalten, um ein endotherm reagierendes gasförmiges
Medium, das hei der Vergasung von staubförmigen oder fein verteilten Brennstoffen
verwendet wird, auf die gewünschten hohen Temperaturen zti erhitzen.
-
Es ist bekannt, die Vorerhitzung eines Gemisches von Luft und einem
ctidotherni reagierenden Vergasungsmittel so vorzunehmen, daß mit diesem Gemisch
heiße Verbrennungsgase zugesetzt Werden. Bei diesem Verfahren ist es jedoch von
Nachteil, daß die gleichzeitige. Anwesenheit von Verbrennungsgasen und Luft in derselben
Zone des Reaktionsraumes störend auf den Ablauf der exothermen Reaktion zwischen
dem zu vergasenden Brennstoff und Luft einwirkt.
-
Es ist ferner vorgeschlagen worden, einen Teil des in einem Schwebevergasungsverfahren
erzeugten Nutzgases im Vergasung=sraum mit Sauerstoff zu verbrennen, der gleichzeitig
für die exotlierme Reaktion zwischen Brennstoff und Sauerstoff dient. Auch bei diesem
bekannten Verfahren ergibt sich der bereits angegebene Nachteil.
-
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Nachteile. Gemäß der
Erfindung wird das endotherm reagierende Vergasungsmittel, z. B. Wasserdampf, für
sich außerhalb des Reaktionsraumes dadurch vorerhitzt, daß ein Brenngas mit Sauerstoff
verbrannt wird und die entstehenden heißen Verbrennungsgase in den Reaktionsraum,
in dem die Vergasung stattfindet, getrennt vom Sauerstoff, aber zusammen mit den
übrigen, endotherm reagierenden Vergasungsmitteln eingeleitet werden, wobei der
fein verteilte, feste Brennstoff mittels eines Stromes des exotherm reagierenden
Reaktionsmittels, vorzugsweise nicht vorerhitzten, also relativ kalten Sauerstoffes,
in den Vergasungsraum eingeblasen wird.
-
Für die beschriebene Vorerhitzung der endotherm reagierenden Medien
kann ein Brennstoff beliebiger Art verwendet werden. Vorzugsweise wird ein gasförmiger
Brennstoff, und zwar insbesondere ein Teil des brennbaren Gases verwendet, das in
(lern Vergasungsverfahren selbst hergestellt wurde. Der Kohlenstoff des Brennstoffes
kann bei der Verbrennung entweder vollständig oder teilweise oxydiert werden, wobei
nur Kohlensäure oder nur Kohlenoxyd gebildet wird oder aber auch ein Gemisch von
Kohlensäure und Kohlenoxyd entsteht.
-
Der für die Vorerhitzung verwendete Brennstoff kann erst mit dem Sauerstoff
verbrannt und danach die erhaltenen heißen Verbrennungsgase mit dem endotherm reagierenden
Medium gemischt werden. Im Falle, daß der verwendete Brennstoff gas- oder dampfförmig
ist, kann die Verbrennung innerhalb des endotherm reagierenden Mediums selbst durchgeführt
werden, indem entweder der Sauerstoff oder der Brennstoff mit (lern endotherm reagierenden
Medium gemischt und danach das Gas mit dem anderen Medium unter solchen Bedingungen
in Berührtnig gebracht wird, daß die Verbrennung vor sich geht. Es kann z. B., wenn
Dampf als endotherm reagierendes Medium verwendet wird, die Verbrennungsreaktion
in Gegenwart von Dampf durchgeführt \\-erden, der in den Verbrennungsraum im Gemisch
finit dem Sauerstoff oder dem verwendeten Brenngas eingeführt wird.
-
In der Zeichnung ist als Beispiel eine bevorzugte Einrichtung dargestellt.
durch die die Erfindung verkörpert und durchgeführt wcrclen kann.
-
Fig. i zeigt einen l.:ingsscliiiitt durch den Brentierkopf der Vergasungseinrichtung,
die zur Durchführung der Reaktionen entsl>reclien(i der Erfindung geeignet ist;
Fig. 2 ist ein Schnitt der lig. i, und Fig. 3 stellt eitlen Schnitt ähnlich der
Fig. 2. jedoch durch eine andere Form der Einrichtung dar.
-
In Fig. i der Zeichnung ist eiti Längsschnitt durch den Brennerkopf
und durch einen Teil der angeschlossenen Vergasungskamnie-r i der Einrichtung gezeigt,
die für die Vergasung von staubförmigem festem Brennstoff gemäß der Erfindung geeignet
ist. Der fein gepulverte Brennstoff ist im wesentlichen homogen im Sauerstoff oder
in niit Sauerstoff angereicherter Luft verteilt. Diese Suspension wird in Form eines
Strahles in die Vergasungseinrichtung eingeführt, wobei ein beträchtlicher Teil
des Kohlenstoffes des festen Brennstoffes in der Hauptsache zu Kohlenoxyd oxydiert
wird, während der Strahl von einer Schicht eines vorerhitzten Mediums unigetmn ist,
(las endotherm mit dem noch nicht oxydierten "heil des Kohlenstoffes des festen
Breniistoltes reagieren kann, um dessen Vergasung zu brennbarem Gas zti vervollständigen.
Die Schicht des endotherm reagierenden Mediums liegt also zwischen den feuerfesten
Wänden 2 des Vergasungsraumes und deal Strahl des Gemisches von festem Brennstoff
und Sauerstoff, um die feuerfesten Baustoffe der Wand vor den sehr hohen Temperaturen,
die durch die Reaktionen in dem Strahl des Gemisches von Sauerstoff und festen hrennstoffen
entstehen, zu schützen. Der Hauptteil des Vergasungsraumes kann irgendeine geeignete
Form haben, ist jedoch in dem Teil nahe. dem Brennerkopf vorzugsweise rund im Querschnitt
und, wie F ig. i zeigt, gegen die Einlaßöffnungen für die Reaktionsmittel, die nahe
nebeneinander angeordnet sind, konisch verjüngt. Der Vergasungsraum kann auch mit
einem Stauhabscheider, einem Gaserzeuger und Einrichtungen zur Behandlung des erzeugten
Gases verhunden sein.
-
Der zu vergasende fein verteilte feste Brennstoff befindet sich in
einem Strom von Sauerstoff oder von mit Sauerstoff angereicherter Luft in der Schwele,
wobei diese Suspension in einer Einrichtung hergestellt ist, die- in der Zeichnung
nicht
gezeigt ist. Diese homogene Suspension von Brennstoff und
Sauerstoff wird unter geeignetem Druck in den Vergasungsraum i durch metallische
Leitungen 3 eingeführt, die vorzugsweise aus Kupfer hergestellt und in einem Kühlmantel
.I angeordnet sind. Dieser Kühlmantel -4 ist von einem wärmeisolierenden, feuerfesten
Einsatzkörper 5 umgeben, der so ausgebildet ist, daß ein ringförmiger Kanal 6 entsteht,
der in den Vergasungsraum i unter Bildung einer ringförmigen Düse 7 endet. 1)as
Ende des dem Vergasungsraum zugewandten feuerfesten Einsatzkörpers 5 ist konisch
und hat eine Reihe von parallelen rippenförmigen Erli<ihungen 7", die in Form
eitler Schraubenspirale verlaufen und den ringförmigen Kanal 6 in eine .\tizahl
gleichgeformter Kanäle aufteilen. Die rippenähnlichen Vorsprünge 7° endigen, wie
aus der Zeichnung ersichtlich, kurz vor dem oberen L'nde des abgestumpften Kegels
des feuerfesten f?insatzkörpers 5, so (laß sich die Teilströme des endotherm reagierenden
Mediums, die durch die Kanäle strömen, in der ringförmigen Düse 7 vereinigen, bevor
sie in die Vergasungskammer eintreten; sie bilden dabei die Form einer schraubenlinienartig
sich bewegenden Hülle, die sich im wesentlichen zunächst nur längs der konischen
Wände des Vergasutigsraunies bewegt und dessen mittlere Zone umgibt, in welche durch
die Leitungen 3 die Suspension von festen Brennstoffen finit Sauerstoff oder mit
Sauerstoff angereicherter Luft eingeführt wird.
-
Um den ringförmigen Kanal 6 ist eine Reihe kegelförmiger Verbrennungsräume
S' angeordnet, deren Wände ebenfalls aus geeignetem feuerfestem Material bestehen.
-
Die Brenner können vorzugsweise radial angeordnet sein und radiale
I-.rweiterungen des ringförmigen Kanals 6 bilden, Nvie in Fig. 2 angedeutet ist.
Sie können aber auch tangential oder annähernd tangential in den Ritigkanal6 münden,
wie in Fig. 3 gezeigt ist, so daß die Verbrennungsprodukte aus den Brennern 8 tatigential
in den Kanal 6 eintreten und darin eine kreisende Bewegung erzeugen. Die Brenner
8 sind mit Injektordüsen 9 o. dgl. ausgerüstet, die alle mit eitlem metallischen
Verteilerkanal io verbunden sind. ,Jede der Injektordüsen 9 ist so angeordnet, daß
durch sie Sauerstoff in den Verbrennungsraum 8 entlang dessen Achse zutritt. 1)ie
Mündungen der Itijektordüsen haben einen äußeren Durchmesser, der kleiner ist als
die. inneren Durchmesser der benachbarten Räume 8, so daß zwischen ihnen ein ringförmiger
Raum bleibt, der eine Verbindung des Verbrennungsraumes 8 mit dein ringförmigen
Kanal 12 darstellt, so daß Gas aus der Zuführleitung i i in alle \'erl>reritiungsräume
eingeführt werden kann. Fall; .vorgezogen, kann jeder Verbrennungsraum für sich
mit einer eigenen Zuführleitung i i versehen werden, die mit den übrigen durch eine
gemeinsame Leitung verbunden ist. Bei dieser Ausfiihrungsform der Erfindung kann
der ringförmige Kanal i z durch metallische Querunterteilt sein. so claß jeder der
Verbrennungsräume getrennt und unabhängig von den übrigen mit Brenngas versorgt
werden kann. Der Sauerstoff, der für die Verbrennung des gasförmigen Brennstoffes
in dem Verbrennungsraum verwendet wird, kann aus dem ringförmigen Verteilerkanal
io durch die Injektordiise 9 eingeführt werden, vorzugsweise in Mischung mit dem
verwendeten endotherm reagierenden Medium, während das Brenngas, das mit diesem
Sauerstoff verbrannt werden soll, dem Verbrennungsraum 8 aus dem Ringkanal 12 durch
die dargestellte ringförmige öffnung zwischen der Düse 9 und den Wänden des Verbrennungsraumes
zugeleitet wird.
-
In der Einrichtung gemäß der Zeichnung sind die Verbrennungsräume
8, die zur Erzeugung von Wärme für die Vorerhitzung des endotherm reagierenden Mediums
vorgesehen sind, so angeordnet, daß sie baulich einen Teil des Gaserzeugers bilden.
Auf diese Weise wird eine einwandfreie Ausnutzung der Wärme, die bei der Reaktion
zwischen dem gasförmigen Brennstoff und dem Sauerstoff frei wird, sichergestellt.
Indessen ist es, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen, auch möglich, die
Verbrennungseinrichtung unabhängig von der Gaserzeugungskammer anzuordnen, vorausgesetzt,
daß die Verbrennungseinrichtung und Zuleitungen zum Gaserzeuger genügend gegen Wärmeverluste
isoliert sind.
-
Außerdem kann es von Vorteil sein, eine einzige Verbrennungseinrichtung
zu benutzen, die gemeinsam ist für mehrere Vergasungskammern.
-
Die hier beschriebene Einrichtung ist besonders für die Verwendung
eines gasförmigen Brennstoffes gedacht. Indessen kann, wie schon erwähnt, jeder
Brennstoff als Wärmequelle für die Vorerhitzung des endotherm reagierenden Mediums
verwendet werden, ebenso jede Einrichtung, die den Fachleuten auf dem Gebiete der
Verbrennung flüssiger und fein verteilter fester Brennstoffe bekannt ist.
-
Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Herstellung
eines hocherhitzten gas- oder dampfförmigen Reaktionsmittels, das vor seiner Einführung
in den Vergasungsraum vorerhitzt werden muß, um dort eine Suspension von Sauerstoff
und fein verteiltem festem Brennstoff in brennbare Gase überzuführen; die Erfindung
steht also im Gegensatz zu solchen Methoden der Vorerhitzung, die bisher bei Regeneratoren
und ähnlichen Einrichtungen verwendet wurden.