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Verfahren zur Gewinnung von heizwertreichen Gasen aus staub-oder feinkörnigen
Brennstoffen
Kohlenstaubfeuerungen ermöglichen eine gute Vermischung des Brennstoffes
mit Luft und deshalb wie bei der Gas- oder Ölfeuerung eine Verbrennung mit geringstem
Luftüberschuß bei hoher Wärmebelastung des Verbrennungsraumes. Für die Staubfeuerung
ist jedoch die Zerkleinerung der Brennstoffe zu Staub insbesondere dann nachteilig,
wenn hierbei stärkere Verschleißbeanspruchungen auftreten und ein großer Kraftbedarf
erforderlich ist.
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Es ist bekannt, körnige Kohle oder für die Staubfeuerung zerkleinerte
Kohle auf dem Weg zwischen Kohlenbunker bzw. Kohlenstaubmühle einerseits und Kohlenstaubbrenner
andererseits im Schwebezustand zu entgasen und dabei wertvolle Kohlengas zu gewinnen.
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Des weiteren ist es nicht neu, staubförmige Kohle vor ihrer Verbrennung
in einer Feuerung durch eine Außen- und Innenheizung zu entgasen. Die Entgasung
wird hierbei mit dem Entgasungsgas durchgeführt, das in einem Wärmeaustauscher indirekt
auf die Entgasungstemperatur gebracht wird. Die teilweise Außenheizung erfolgt dadurch,
daß die Retortenwände einen Teil der Verbrennungskammerwände der Feuerung bilden,
während der Wärmeaustauscher durch die Feuergase erhitzt wird. Die Entgasung erfolgt
dabei einstufig, das zur Innenbeheizung dienende Spülgas durchströmt den Entgasungsraum
auf dessen ganzer Höhe und ist daher auch in der Zone niederer Temperaturen vorhanden.
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Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß es im prak-
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Betrieb zunächst nicht möglich ist, infolge der Betriebsschwankungen und des von
der Art der Kohle abhängenden und sich stark ändernden Wärmebedarfs stets mit solchen
Spülgasmengen und Temperaturen zu arbeiten, daß in der ersten Entgasungszone nur
die erforderliche Wärmemenge zur Verfügung steht. Bringt aber das Spülgas zuviel
Wärme in diese Zone, so kommt es zu örtlichen Überhitzungen und unerwünschten thermischen
Zersetzungen des sich bildenden Urteers. Im umgekehrten Falle kann das aus Spül-
und Destillationsgas bestehende Gemisch sich im obersten Teil des Entgasungsraumes
leicht unter seinen Taupunkt abkühlen, wodurch sich die weiter unten verdampfte
Kohlenfeuchtigkeit wieder als Kondensat auf dem frisch eingefüllten Brennstoff niederschlägt.
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Nach der Erfindung werden diese Nachteile vermieden. Sie betrifft
ein Verfahren zur Gewinnung von heizwertreichen Gasen aus staubförmigen oder feinkörnigen
Brennstoffen durch Entgasung unter Außenbeheizung und Innenbeheizung mit Spülgasen
und unmittelbar anschließender Verbrennung der entgasten Brennstoffe in einer Staubfeuerung
und besteht darin, die Entgasung in der ersten Stufe bei relativ niedrigen Temperaturen
in Räumen durchzuführen, deren Wände aus metallischen Werkstoffen bestehen und von
außen beheizt sind, sowie in einer zweiten Stufe die Entgasung sowohl durch indirekte
als auch durch direkte Beheizung mit Spülgas vorzunehmen, das z. B. durch Verbrennung
von festen oder gasförmigen Brennstoffen mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter
Luft erzeugt wird. Die in den einzelnen Stufen erhaltenen Gase werden getrennt abgeführt.
Nach der Erfindung wird somit das Verfahren zur Gewinnung von heizwertreichen Gasen
in zwei Stufen durchgeführt.
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In der ersten Stufe werden die in einem Traggas befindlichen Brennstoffe
bei relativ niedrigen Temperaturen in wandbeheizten Räumen verschwelt und die Schwelgase
gesondert aus diesen Räumen abgeführt. Diese Gase enthalten zwar noch Traggas.
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Da erfindungsgemäß das Traggas aber durch Verbrennung eines Teiles
des festen Brennstoffes und/ oder des Schwelgases durch Sauerstoff erzeugt und/oder
aufgeheizt wird, können die Schwelgase z. B. nach einer Kohlensäurewäsche als hochwertiges
Gas verwendet werden. Dabei tritt der weitere Vorteil ein, daß die relativ hochwertigen
gasförmigen Kohlenwasserstoffe, die den hohen Heizwert eines Schwelgases bestimmen,
nicht zersetzt werden, während hochwertige Kohlenwasserstoffe bei Umwälzung und
hoher Erhitzung durch Wärmeaustauscher nach dem Stand der Technik zu Koks und Wasserstoff
zersetzt werden würden und aus den Wärmeaustauschern entfernt werden müßten. Des
weiteren hat die Zweistufenentgasung den Vorteil, daß in der niedrigen Temperaturstufe
Metallwände für die Schwelung verwendet werden können, die einen äußerst günstigen
Wärmeübergang erreichen.
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In der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens findet in Kammern
mit keramischenWandstoffen bei hohen Temperaturen eine direkte und eine indirekte
Beheizung statt. DieseTrennung nach der Erfindung ist vorteilhaft, weil abweichend
von dem bekannten Stand der Technik erfindungsgemäß die direkte Beheizung nicht
durch Wälzgas erfolgt, welches durch Verbrennungsgase einer Feuerung indirekt in
Wärmeaustauschern aufgeheizt wird, sondern das aus festen Brennstoffen und/oder
aus Gasen und Sauerstoff direkt erzeugte heiße Verbrennungsgas, welches sehr hohe
Temperatur hat und dementsprechend hohe Wärmeübergänge ermöglicht, dient mit zur
Entgasung in der zweiten Stufe. Damit wird zugleich der Brennstoff so weit entgast,
daß nahezu keine flüchtigen Bestandteile im Koks verbleiben und getrennt ein Gas
von hohem Wasserstoff- und Methangehaft erzielt wird, welches ohne Zersetzung hohe
Wandtemperaturen verträgt und als solches gewonnen bzw. auch mit dem Schwelgas vermischt
werden kann. Die indirekte Beheizung der zweiten Stufe hat den Zweck, die zur Deckung
des Wärmeaufwandes notwendige Teilmenge von mit Sauerstoffverbrennung erzeugten
Feuerungsgas sowohl selbst niedrig zu halten als auch die Kosten des Sauerstoffverbrauchs
niedrig zu halten und bei hohen Wärmeübergängen eine vollständige Entgasung zu erzielen.
Besonders zweckmäßig ist es nach der Erfindung, Frischbrennstoff zusammen mit entgastem
Brennstoff in der ersten und/oder zweiten Stufe zuzuführen, um bakkende Brennstoffe
zu verarbeiten oder die Zusammensetzung der Gase in den einzelnen Stufen zu beeinflussen.
Dabei treten wesentliche Vorteile insofern auf, als durch die Beimischung von Koks
die backenden Eigenschaften dieser Brennstoffe nicht mehr stören.
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Die Entgasungsvorrichtungen sind erfindungsgemäß mit einer Staubfeuerung
derart vereinigt, daß in der ersten Stufe nur eine indirekte Beheizung, in der zweiten
Stufe sowohl indirekte als auch Beheizung mit Spülgas und Teilverbrennung erfolgt
und die erhaltenen Gase getrennt abgeführt werden.
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Als Wälzgas kann eigenes Produktionsgas Verwendung finden. Das für
die Innenheizung benutzte Gas kann gleichzeitig als Trägergas für das in der Schwebe
zu entgasende Kohlenklein benutzt werden.
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Die Anwendung von Sauerstoff bei der Innenheizung hat den Vorteil,
daß ein nur wenig durch Stickstoff verdünntes Entgasungsmittel von hohem Heizwert
erhalten wird.
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Die Entgasungstemperatur kann durch Einstellung der Innen- und Außenbeheizung
auf jede gewünschte Temperatur, z. B. zwischen 500 und 10000 C oder höher, je nach
Brennstoffart, gehalten werden. Die Gasgewinnung kann in aufeinanderfolgenden Entgasungsstufen
mit getrennter Entnahme der flüchtigen Produkte bei verschiedenen Temperaturen erfolgen
z. B. in einer ersten Stufe mit 500c C Endtemperatur und einer zweiten mit I000°
C Endtemperatur, wobei gegebenenfalls die Innenheizung erst in der zweiten Stufe
erfolgt.
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Die Verbindung von Innenheizung und Außenheizung bringt verfahrenstechnische
Vorteile, weil bei hohen Temperaturen mit einer ausschließlichen Außenheizung praktisch
nurkeramsiche Baustoffe verwendet werden können, die infolge ihres schlechten
Wärmeüberganges
an bzw. in einer Kesselanlage nur schwer unterzubringende, größere Entgasungsräume
erfordern, z. B. besitzt ein moderner Hochleistungskessel nur eine verhältnismäßig
schmale Stirnwand, die gegebenenfalls für die Entgasungsanlage in Keramik nicht
genügt. Eine ausschließliche Innenheizung hat dagegen den Nachteil, daß die im Anfang
hohe Entgasungstemperatur auf dem Wege bis zum Staubaustritt aus dem Entgasungsraum
zu schnell absinkt, um die für eine restlose Entgasung erforderliche Endtemperatur
aufrechterhalten zu können, da, von Wärmeverlusten durch Strahlung abgesehen, der
aus der Feuchtigkeit und dem Zersetzungswasser der Kohle sich bildende sowie im
Trägergas enthaltene Wasserdampf unvermeidlich durch Wassergasbildung zu einem höheren
Wärmeverbrauch führt. Die teilweise Außenbeheizung, vorteilhaft durch Ein- oder
Anbau der Entgasungskammer in bzw. an die Kesselanlage, hat außerdem den Vorteil,
daß wesentlich an Sauerstoff gespart werden kann.
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Die Zusammensetzung des gewonnenen Gases richtet sich nach der Höhe
der Entgasungstemperatur und kann zwischen der eines Schwelgases und der eines normalen
Koksofengases variiert werden.
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Eine Beeinflussung der Gaszusammensetzung und des Gasheizwertes sowie
eine Erhöhung der Gasausbeute kann durch einen an geeigneter Stelle erfolgenden
Zusatz von Wasserdampf erreicht werden. Ein durch die Innenheizung verursachter,
höherer Kohlensäuregehalt kann durch eine Kohlensäurewäsche im gewünschten Umfange
vermindert werden, wenn keine Reduktion wegen zu geringer Temperaturen erfolgt.
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Eine Verkleinerung der Entgasungsräume ist z. B. dadurch erreichbar,
daß Kohlenstaub vor vollkommener Entgasung abgeschieden und gemeinsam mit dem frischen
Kohlenstaub oder getrennt davon erneut aufgegeben bzw. schon vorzeitig der Feuerung
zum Ausgleich von unterschiedlichen Kesselbelastungen zugeführt wird. Es kann zweckmäßig
sein, mit mehrfacher Kohlenkleinumwälzung zu arbeiten, wobei dann jeweils nur die
der Menge der aufgegebenen Frischkohle entsprechende Koksstaubmenge für die Staubfeuerung
entnommen wird, wenn eine gleichbleibende Kesselbelastung eine solche Arbeitsweise
mit restloser Entgasung der Brennstoffe und restloser Gewinnung der Brenn-