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Verfahren und Vorrichtung zum Spülgasschwelen und Vergasen aschereicher
Brennstoffe in stetig betriebenen Querstromöfen Gegenstand der Erfindung ist ein
Verfahren zur Spülgasschwelung und Vergasung aschereicher Brennstoffe, wie Ölschiefern,
Waschbergen, Mittelprodukten der Steinkohlenwäsche usw., in stetig betriebenen Qucrstromöf
#n. Bei derartigen Ofen wird das Spülgas, welches aus Wasserdampf, Luft oder Gemischen
derselben, eventuell bei Zusatz von Sauerstoff, bestehen kann, quer zur Bewegungsrichtung
des Brennstoffes durch die Ofenkammer geleitet, bei senkrechten Schachtöfen mit
absinkendem Brennstoff also in waagerechter, bei Tunnelöfen mit waagerecht wanderndem
Brennstoff in senkrechter Richtung. Bei solchen Querstrotnüfen ergibt sich aus der
Bewegung des Brennstoffes einerseits und der Strömung des Spülgases andererseits
in der Ofenkammer eine ungleichmäßige Wärmeverteilung. Es bildet sich eine Fläche
höchster Temperatur aus, die etwa von einer Kante der Eintrittsseite des Spülgases
bis zur diametral gegenüberliegenden Kante an der Austrittsseite des Produktionsgases
verläuft. Unter Produktionsgas soll im folgenden stets das Gemisch aus Spülgas und
in der Ofenkammer erzeugtem Schwelgas und Vergasungsgas verstanden werden. Oberhalb
dieser schrägen Fläche höchster Temperaturen fallen in der Ofenkammer die Temperaturen
nach der anderen Kante der Austrittsseite dcs Produktionsgases hin ziemlich gleichmäßig
ab. Da die Beschaffenheit des Produktionsgases sehr erheblich durch die jeweilige
mittlere Austrittstemperatur beeinflußt wird, wechselt sie innerhalb der Ofenkammer,
je nachdem an welcher Stelle der Kammer der Brennstoff mit dem heißen Spülgas in
Berührung kommt. Hierin liegt ein großer Nachteil der Querstromöfen
gegenüber
denjenigen Bauarten, bei denen das Spülgas im Gleich- oder Gegenstrom zum Brennstoff
geführt wird. Andererseits weisen die Querstromöfen im allgemeinen den Vorteil einfacherer
Bauart und größerer Betriebssicherheit auf.
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Die Erfindung bezweckt, unter Beibehaltung der Vorzüge der Querstromöfen
deren vorstehend geschilderte Nachteile mit Sicherheit zu beseitigen. Sie besteht
im wesentlichen darin, daß die aus der Bewegung des Brennstoffes einerseits und
der Strömung des Spülgases andererseits sich ergebende ungleichmäßige Wärmeverteilung
in der Ofenwand durch zusätzliche Wärmezufuhr so geändert wird, daß an den Austrittsstellen
des Produktionsgases mindestens angenähert gleiche Temperaturen herrschen. Dadurch
müssen alle Teile des erzeugten Gases eine Zone gleicher Temperatur durchlaufen
und erhalten dasselbe Gleichger ficht zwischen C O und CO" das bekanntlich
von der Temperatur abhängt. Die Erfindung bildet eine bewußte Abkehr von der bisher
angestrebten, möglichst gleichmäßigen Beheizung der Ofenkammer. Während sich bei
solcher Beheizung, wie vorstehend dargelegt wurde, an den Austrittsstellen des Produktionsgases
ungleiche Temperaturen ergeben, wird durch die erfindungsgemäße zusätzliche Wärmezufuhr,
also ungleichmäßige Beheizung, gerade an diesen Stellen der Ofenkammer eine Zone
gleicher Temperatur erzielt.
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Die zweckmäßigste Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung hängt
natürlich weitgehend von der jeweiligen Bauart des Querstromofens ab. Im folgenden
sind mehrere Ausführungsbeispiele von Querstromöfen beschrieben und in der Zeichnung
veranschaulicht, die sich besonders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
eignen. Es zeigt Abb. i in vereinfachter Darstellung den senkrechten Querschnitt
eines mit Spülgasschwelung und Vergasung arbeitenden Querstromofens, Abb. 2 einen
waagerechten Schnitt nach Linie 11-II der Abb. i, Abb. 3 und 4, 5 und 6 sowie 7
und 8 in gleicher Darstellung wie Abb. i und 2 abgeänderte Ausführungsformen von
Querstromöfen.
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Im folgenden ist zunächst das Ausführungsbeispiel nach Abb. i und
z beschrieben. Der aschereiche Brennstoff gelangt aus dem Vorratsbunker i zunächst
in die Vorwärmzone 2 eines senkrechten Schachtofens. An den Längsseiten der Vorwärmzone
sind kammerartige Kanäle 107 und iio vorgesehen, von denen Kanal 107 an die
Zuleitung 3 und Kanal iio an die Ableitung 4 eines gasförmigen Wärmeträgers angeschlossen
sind. Durch schräg abwärts gerichtete Schlitze io8 und iog stehen die Kanäle 107
und iio mit Raum 2 in Verbindung. Als Wärmeträger dient ein inertes Gas, das im
Kreislauf verwendet und in einer geeigneten Heizvorrichtung auf die erforderliche
Temperatur gebracht wird.
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Die unterhalb der Vorwärmzone liegende Entgasungszone 5 des Schachtofens
erhält Spülgas durch eine Leitung 6, die in einen senkrechten Verteilkanal 7 mündet.
Die Verbindung zwischen Kanal 7 und Entgasungsraum 5 wird durch Schrägschlitze 8
bewirkt. Durch ähnliche Schlitze 9 ist dieser Raum auf der Gegenseite mit
einem senkrechten Sammelkanal io verbunden, an den eine Ableitung ii für das Produktionsgas
angeschlossen ist. ,Zum Kühlen des Entgasungsrückstandes wird durch eine Leitung
12 und Verteilungsdüsen 13 Wasserdampf in den untersten Teil des Entgasungsraumes
5 eingeführt. Nach unten hin ist dieser Raum durch eine Austragevorrichtung 14 abgeschlossen,
bei deren Betätigung der entgaste und abgekühlte Rückstand auf ein Förderband 15
fällt. Das durch Leitung ii abgeführte Produktionsgas kann in der üblichen `'eise
weiterverarbeitet werden. Nach Kühlung wird ein Teil des Gases zum Erhitzen des
durch Leitung 3 in die Vorwärmzone 2 eingeführten gasförmigen Wärmeträgers verwendet.
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Bei dem bisher üblichen Betrieb eines Querstromofens der beschriebenen
Bauart wurde der Brennstoff in Zone 2 auf etwas über ioo° bis höchstens etwa 300°C
vorgewärmt. Erst in der Entgasungszone erfolgte dann die weitere Erhitzung bis auf
etwa 700 bis 750 C. Dabei stellten sich an den Austrittsstellen 9 des Produktionsgases
von oben nach unten steigende Temperaturen ein, die etwa zwischen 350 und
75o° C lagen. Erfindungsgemäß wird der Brennstoff durch zusätzliche Wärmezufuhr
bereits in der Vorwärmzone 2 so weit erhitzt, daß er mit etwa 6oo° C in die Entgasungszone
5 eintritt. Diese Erhitzung erfolgt durch Umwälzen entsprechend großer Mengen des
inerten Wärmeträgers. Hierbei werden aus dem Brennstoff gewisse Teilmengen an Kohlenwasserstoffen
ausgetrieben, die durch ständiges Ableiten einer kleinen Menge des im Kreislauf
geführten Heizmittels zum Spülgas der folgenden Zone gewonnen werden. Im Entgasungsraum
5 hat nunmehr das Spülgas den bereits hoch vorgewärmten Brennstoff nur noch wenig
zu erhitzen. Die Hauptarbeit des Spülgases besteht vielmehr darin, bei ungefähr
gleichen Temperaturen die wertvollen Bestandteile aus dem Brennstoff auszutreiben
und den Restkohlenstoff zu vergasen. An den Austrittsstellen 9 des Produktionsgases
ergeben sich nur noch sehr geringe Temperaturunterschiede. Alle Teile des Produktionsgases
haben daher annähernd dasselbe Gasgleichgewicht. Das Produktionsgas setzt sich nicht
mehr, wie bei den bisher üblichen Verfahren, aus Teilmengen sehr unterschiedlicher
Beschaffenheit zusammen, sondern ist an allen Austrittsstellen 9 von der gleichen
Beschaffenheit. Ferner wird für die Entgasungszone 5 im Verhältnis zu der früher
üblichen Spülgasschwelung wesentlich weniger Spülgas benötigt.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 und 4 gelangt der Brennstoff aus
Bunker i unmittelbar in die Entgasungszone 5, in die auf etwa 8oo° C erhitztes Spülgas
eingeführt wird. Verteilkanal 7 und Sammelkanal io sind dabei an den Stirnseiten
des senkrechten Entgasungsraumes 5 angeordnet. An den Längsseiten dieses Raumes
sind Heizwände 16 mit waagerechten Heizzügen vorgesehen, denen aus Brennern 17 an
einer Stirnseite des Ofens die Verbrennungsmittel zugeführt werden. Die Abgase der
Heizwände 16 werden durch Kanäle 18 abgeführt, beispielsweise in einen Wärmeaustauscher,
der zum Aufheizen des Spülgases dient. Durch entsprechende Einstellung der Beheizung
der
einzelnen Heizzüge der Heizwände 16 kann dem Entgasungsraum 5 zusätzliche Wärme
in der Weise zugeführt werden, daß an den Austrittsstellen 9 des Produktionsgases
annähernd gleiche Temperaturen herrschen. In den waagerechten Heizzügen können durch
entsprechende Anordnung der Brenner 17 die Heizgase in der gleichen oder in der
entgegengesetzten Richtung zum Spülgas geführt werden. Es können auch senkrechte
Heizzüge vorgesehen werden, wobei dann zweckmäßig die Heizgase von oben nach unten
strömen und am unteren Ende der Heizwände 16 abgezogen werden.
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Bei dem senkrechten Schachtofen nach Abb. 5 und 6 ist weder eine Vorwärmzone
noch eine zusätzliche Beheizung der Entgasungszone 5 vorgesehen. Das aus den Austrittsschlitzen
9 in den Sammelkanal io gelangende Produktionsgas ist daher genau wie bei den früher
üblichen Betriebsverfahren von sehr unterschiedlicher Beschaffenheit. Um diese Unterschiede
vor dem Eintritt in die Ableitung i1 auszugleichen, wird das Produktionsgas zunächst
in einen weiteren Entgasungsraum i9 eingeleitet. Dieser ist durch Schrägschlitze
21 an einen senkrechten Verteilkanal 2o angeschlossen, der seinerseits am oberen
Ende einer Scheidewand 22 mit dem Sammelkanal io verbunden ist. Aus Raum i9 gelangt
das Produktionsgas durch Schrägschlitze 23 in einen senkrechten Sammelkanal 24 zur
Ableitung ii. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß sowohl die Spülgase in Raum
5 wie auch das Produktionsgas in Raum i9 an den Längsseiten eintreten und diese
Räume an der entgegengesetzten Längsseite wieder verlassen. Der Entgasungsraum i9
wird nach unten hin durch eine AustragvorrichtUng 26 abgeschlossen, durch die das
den Raum i9 verlassende Gut auf ein Förderband 25 gelangt. Zum Füllen des Raumes
i9 dient ein Bunker 27.
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Der Betrieb des beschriebenen Ofens gestaltet sich wie folgt: Der
frische Brennstoff wird in Bunker 27 eingefüllt und gelangt aus diesem in den Entgasungsraum
i9. Nach Durchwandern dieses Raumes wird er durch die Austragvorrichtung 26 dem
Förderband 25 zugeleitet und von diesem nach Bunker i gebracht. Wie bereits erwähnt,
treten durch die Schlitze 9 Teilmengen des Produktionsgases von unterschiedlicher
Beschaffenheit in den Kanal io über. Durch Vermischen der einzelnen Teilmengen in
diesem Kanal stellt sich eine mittlere Temperatur des Gasgemisches ein. Durch erneute
Berührung mit dem kohlenstoffhaltigen Brennstoff im Raum i9 stellt sich ein neues,
diesmal aber einheitliches Gasgleichgewicht bei dem Prbduktionsgas ein. Um dieses
Gas auf dem langen Wege vom Raum 5 bis zu den Austrittsschlitzen 23 nicht zu sehr
abzukühlen, kann man durch ,Zusatz von Luft oder Sauerstoff an der Übergangsstelle
zwischen den Kanälen io und 2o durch Teilverbrennung die erforderliche Aufheizung
des Produktionsgases bewirken. An Stelle dessen kann auch die Scheidewand 22 als
Heizwand ausgebildet sein. Mit Hilfe jedes dieser Mittel ist es möglich, dem Produktionsgas
vor Eintritt in Raun i9 die gewünschte und einheitliche Temperatur zu verleihen.
Infolge dieser zusätzlichen Wärmezufuhr herrschen an den endgültigen Austrittsstellen
23 des Produktionsgases annähernd gleicheTemperaturen. Unter Umständen ist es zweckmäßig,
den Brennstoff aus Bunker 27 den Entgasungsraum i9 wiederholt durchlaufen zu lassen,
bevor er endgültig in den Bunker i und aus diesem in den Entgasungsraum 5 gebracht
wird. Es kann auch zweckmäßig sein, als Einsatzgut für Bunker 27 und damit für Raum
i9 Schwel- oder Hochtemperaturkoks od. dgl. zu verwenden. In diesem Fall wird der
frische Brennstoff unmittelbar in Bunker i eingesetzt. Bei der Verwendung von Koks
als Kohlenstoffträger im Raum i9 ist ein wiederholter Durchsatz besonders zweckmäßig.
Der Ofen kann auch so betrieben werden, daß bei Einsatz von frischem Brennstoff
im Bunker 27 nach ein- oder mehrmaligem Durchlaufen des Raumes i9 nur ein Teil auf
Bunker i aufgegeben wird, während der Rest beispielsweise in einem Ofen nach Abb.
3 und 4 weiter entgast wird.
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Bei dem Schachtofen nach Abb. 7 und 8 ist das ,Zwischenmauerwerk zwischen
den Räumen 5 und i9 vollständig fortgelassen. Das durch Schlitze Beingeführte Spülgas
verläßt den gemeinschaftlichen Entgasungsraum 5, i9 auf der entgegengesetzten Seite
durch die schlitzartigen Austrittsstellen 23. Oberhalb des Entgasungsraumes ist
eine Vorwärmzone 2 vorgesehen, die durch einen Einbau 102 in zwei Schächte 103 und
104 geteilt ist. Der Einbau io2 ist als Heizkörper ausgebildet, dem der Wärmeträger
durch Leitung 3 zugeführt und nach Verlassen des Einbaues durch Leitung 4 abgeführt
wird.
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In den Schächten 103 und 104 der Vorwärmzone 2 bilden sich zwei getrennte
Brennstoffsäulen, die nebeneinander den gemeinschaftlichen Entgasungsraum 5,i9 von
oben nach unten durchwandern. In ähnlicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
werden die beiden Brennstoffsäulen in der Vorwärmzone 2 so weit erhitzt, daß in
dem Entgasungsraum nur eine geringe Nacherhitzung notwendig ist. Durch diese zusätzliche
Wärmezufuhr wird erreicht, daß an den Austrittsstellen 23 des Produktionsgases mindestens
angenähert gleiche Temperaturen herrschen. Erfindungsgemäß wird der Ofen so betrieben,
daß das aus Bunker 27 kommende frische Schwelgut den Teil i9 des Entgasungsraumes
mit größerer Geschwindigkeit durchwandert, als die aus Bunker i kommende Brennstoffsäule
durch den Teilraum 5 absinkt. Dadurch kommen alle Teilmengen des im Raum 5 gebildeten
Produktionsgases beim Durchströmen des Raumes i9 ständig mit frischem Brennstoff
annähernd gleicher Temperatur in Berührung.
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Das im Bunker 27 eingesetzte Gut kann in der gleichen Weise behandelt
werden und von der gleichen Beschaffenheit sein, wie es bei dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. 5 und 6 beschrieben wurde. In allen Fällen wird das Produktionsgas im
Raum i9 auf gleiche Temperatur und damit auf dasselbe Gasgleichgewicht gebracht.