-
Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von heizkräftigem Brenngas
Es ist bekannt, heizkräftiges Brenngas aus staubförmigen oder feinkörnigen Brennstoffen,
wie beispielsweise Stein- oder Braunkohle oder daraus erzeugtem Koks oder Halbkoks,
durch Umsetzen des Brennstoffes bei hoher Temperatur mit Luft (Sauerstoff), Wasserdampf
und Kohlensäure, dadurch zu erzeugen, daß die in einer ersten Stufe (Verbrennungsstufe)
entstehenden heißen, kohlensäurehaltigen Verbrennungsgase ohne vorherige Arbeitsleistung
in einer zweiten Stufe (Vergasungsstufe) mit dem im Schwebezustand befindlichen
festen Brennstoff, gegebenenfalls unter Zusatz von Wasserdampf, reagieren. Die Verbrennungsgase
werden hierbei durch Verbrennen eines Teiles des zerstäubten festen Ausgangsbrennstoffes
erzeugt.
-
Demgegenüber werden gemäß der Erfindung die Verbrennungsgase in der
ersten Stufe. dadurch erzeugt, daß ein Teil des in der zweiten und gegebenenfalls
weiteren Stufe erzeugten Brenngases, zweckmäßig nach Vorwärmung, in einem von dem
Vergasungsraum getrennten Raum (Verbrennungsraum) mit Luft oder Sauerstoff verbrannt
wird.
-
Gegenüber dem früheren Verfahren ergibt sich durch die Erfindung eine
wesentliche Vereinfachung des Gaserzeugers insofern, als ein besonderer Kohlenstaubbrenner
mit den dazugehörigen vergleichsweise verwickelten Nebeneinrichtungen entfällt
und
durch eine baulich und- betrieblich einfachere Einrichtung, nämlich einen Gäsbrenner;
ersetzt wird. Weiter ist als Vorteil des Erfindüngsgegenstandes noch zu erwähnen,
daß die Erzeugung heißer Verbrennungsgase- von bestimmter, gleichmäßig.. hoher Temperatur
betrieblich wesentlich einfacher durch Verbrennen von Brenngas als durch Verbrennen
von Brennstaub durchzuführen ist. Dadurch ist es möglich, die Temperatur der heißen
Verbrennungsgase, welche mit dem Brennstaub gemischt werden, bis nahe an diejenige
Temperaturgrenze zu erhöhen, die durch die Haltbarkeit des Baustoffs für die Reaktionskammer
bedingt ist. Von Vorteil ist beim Erfindungsgegenstand ferner die leichte Regulierung
der Temperatur des Gemisches aus Verbrennungsgasen und Brennstaub.
-
Gegenstand der Erfindung ist -ferner- eine ..Einrichtung zur Durchführung
des oben gekennzeichneten neuen Vergasungsverfahrens. Diese Einrichtung besitzt
einen an sich bekannten, im wesentlichen zylindrischen Verbrennungsraum, in dessen
Wänden etwa tangential gerichtete Düsenöffnungen zum Einleiten von Dampf und gegebenenfalls
heißen C Ö2 haltigen Gasen so vorgesehen sind, daß tote Räume, in denen sich unvergaster
Brennstoff oder Brennstoffrückstände ablagern können, zwischen den Düsen oder Düsenreihen
vermieden werden.
-
Erfindungsgemäß sind die Düsenöffnungen für den Dampf über die gesamte
Zylinderwand schachbrettartig verteilt, und es ist für die Verbrennungsstufe ein
ebenfalls tangential gerichteter Gasbrenner vorgesehen.
-
In der Zeichnung ist in Abb. i ein senkrechter Schnitt durch eine
zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Einrichtung wiedergegeben,
während Abb. 2 einen waagerechten Schnitt gemäß Linie 11-II der Abb. i zeigt.
-
Die in der Zeichnung wiedergegebene Gaserzeugungseinrichtung hat einen
im wesentlichen die Form eines liegenden Zylinders besitzenden Vergasungsraum i,
der von feuerfestem Mauerwerk 2 gebildet wird, das in einem Metallgehäuse 3 angeordnet
ist. An dem einen Ende des Vergasungsraumes i ist ein - zweckmäßig mehrflammiger
-Gasbrenner 4 angeordnet, der, wie aus Abb. i ersichtlich, im wesentlichen tangential
in den Vergasungsraum i mündet. Vor dem Brenner 4 ist in der Wandung :2 des Vergasungsraumes
eine 'als Mischraum wirkende Aussparung 5 vorgesehen, in welche die schlitzförmige
Brennstaubzuleitung 6 mündet. Der zu vergasende Brennstaub wird gut verteilt in
den Zuführungsschlitz 6 eingeschüttet und trifft im Mischraum 5 mit den heißen Verbrennungsgasen
zusammen, die dem Brenner 4 mit hoher Geschwindigkeit entströmen. Der Brennstaub
wird von den heißen Verbrennungsgasen gleichmäßig verteilt und in Form einer Suspension
tangential in die Vergasungskammer i eingeblasen. Das Gemisch aus Brennstaub und
Verbrennungsgasen durchzieht den Vergasungsraum i in einer schraubenlinienförmigen
Bewegung. Das erzeugte Brenngas wird axial durch die Öffnung ; aus dem Vergasungsraum
i abgezogen.
-
In der Ausmauerung 2 des Vergasungsraumes i sind nun eine Reihe von
ringförmigen Verteilkanälen-8 vorgesehen, die paarweise oder gruppenweise mit Hauptverteilkanälen
9, io in Verbindung stehen, wie aus Abb. 2 ersichtlich ist. Ferner stehen die ringförmigen
Verteilkanäle 8 durch düsenartige Öffnungen i i mit dem -Vergasungsraum i in Verbindung.
-
Die Öffnungen i i sind so ausgebildet, daß sie fast tangential in
den Vergasungsraum i münden. Die durch die Öffnungen i i in den Vergasungsraum i
eingeleiteten Vergasungsmittel unterstützen daher die kreisförmige Bewegung des
Brennstaubes durch den Vergasungsraum und verhindern, daß -sich- der . Brennstaub
in größeren Schichten am Boden des Vergasungsraumes i absetzt. Außerdem sind die
Öffnungen i i- auch noch gegen die Längsachse des Vergasungsraumes geneigt. Dadurch
wird die im vorstehenden bereits erwähnte schraubenlinienförmige Bewegung des Brennstaubes
durch den Vergasungsraum hervorgerufen. Der Brennstaub wandert also von der an dem
einen Ende des Vergasungsraumes angeordneten Mischkammer allmählich in schraubenlinienförmiger
Bewegung zum Nutzgasabzug 7, der an der gegenüberliegenden Stirnseite des Vergasungsraumes
liegt.
-
Neben dem Vergasungsraum i sind zwei Dampfüberhitzerräume 12, 13 angeordnet,
die durch die Kanäle 14 und 15 mit je einem der Hauptverteilkanäle 9.bzw. io verbunden
sind. Jeder der Dampfüberhitzer 12, 13 besitzt einen Gasbrenner 16, der zur Erzeugung
heißer Verbrennungsgase von hoher Temperatur eingerichtet ist. Dampf- wird von oben
durch die Öffnung 17 .(Abb. i) in die Räume 12, 13 eingeleitet, in denen sich der
Dampf innig mit den heißen Abgasen des Gasbrenners 16 mischt. Das sehr hoch erhitze
Gas-Wasserdampf-Gemisch strömt anschließend durch die Kanäle 14, 15, die Hauptverteilkanäle
9, io und die ringförmigen Verteilkanäle 8 zu den Öffnungen i i, durch die es mit
großer Geschwindigkeit tangential in den Vergasungsraum i einströmt.
-
Der am Boden des Vergasungsraumes sich absetzende Brennstaubrückstand
gelangt infolge der schraubenlinienförmigen Bewegung der Vergasungsmedien allmählich
zu dem unter dem Nutzgasaustrittsende des Raumes i liegenden Ascheabzug 18: Ferner
sind auch die Ringkanäle 8 mit besonderen Ascheabzügen i9 (Abb. i) versehen, durch
welche Rückstände abgezogen werden können, die durch die Öffnung i i in die Kanäle
5 gefallen sind.
-
Das dem Brenner 4 und den Breilnern 16 zugeführte Brenngas wird dem
Nutzgasstrom entnommen, zweckmäßig nachdem das Nutzgas von Staub befreit worden
ist. Es befindet sich also dauernd ein Teil des erzeugten Nutzgases unter zwischenzeitlicher
Umwandlung in Verbrennungsgas im Kreislauf, durch die Gaserzeugungseinrichtung.
Die Kreislaufführung des Nutzgases verbessert in vorteilhafter Weise den Heizwert
des Nutzgases, und
zwar dadurch, daß der Kohlendioxydgehalt des
Nutzgases Gelegenheit hat, noch einmal und gegebenenfalls noch mehrere Male mit
glühendem Brennstaub in Berührung zu kommen und dabei in Kohlenoxyd umgewandelt
wird. Dies ist vor allem von Bedeutung, wenn die Umsetzung des Brennstaubes mit
den Verbrennungsgasen und Wasserdampf nur .eine geringe Geschwindigkeit hat, weil
dann nämlich ein vergleichsweise größerer Anteil Kohlendioxyd nicht zu Kohlenoxyd
reduziert wird.
-
Wie aus Abb. i der Zeichnung ersichtlich, wird Wasserdampf in den
Vergasungsraum i auch an dem dem Brenner 4 unmittelbar gegenüberliegenden Wandteil
eingeleitet. Dieser Teil der Kammerwand ist den sehr hohen Temperaturen ausgesetzt,
welche durch die Verbrennung von Gas und Luft im Brenner 4 erzeugt werden. Dadurch,
daß Wasserdampf an diesem Wandteil in den Vergasungsraum eingeleitet wird, findet
dort aber eine sehr schnelle Reaktion mit dem Brennstaub statt, wodurch die Temperatur,
da es sich um endotherme Umsetzungen handelt, alsbald derart erniedrig wird, daß
eine Überhitzung des feuerfesten Baustoffs an dieser Stelle ausgeschlossen ist.
-
Die Unterteilung der Ringkanalreihen 8 in zwei unabhängig voneinander
zu betreibende Gruppen, wie in der Zeichnung dargestellt, oder gegebenenfalls auch
in mehrere Gruppen, bietet den Vorteil, daß in den verschiedenen Zonen des Vergasungsraumes
i mit verschieden zusammengesetzten und verschieden heißen Gemischen aus Wasserdampf
und Verbrennungsgasen gearbeitet werden kann. Dadurch ist es möglich, in jeder Zone
des Vergasungsraumes i mit dem günstigsten Wirkungsgrad zu arbeiten, ohne daß an
irgendeiner Stelle nachteilige Überhitzungen vorkommen können.
-
Die in der Wand des Vergasungsraumes vorgesehenen Düsenöffnungen,
durch die Wasserdampf und gegebenenfalls heiße Verbrennungsgase eingeführt werden,
sind in solchem Abstand voneinandec angeordnet und derart ausgebildet, daß zwischen
den Düsen keine toten Räume entstehen, in denen sich Brennstaub oder Asche absetzen
kann. Der an der Wand entlanggehende Strom der Vergasungsmedien verhindert also,
daß sich Asche an den Wänden absetzt und dort festbackt. Die Düsenöffnungen sind
schachbrettartig über die Wand des Vergasungsraumes verteilt, wodurch der Bildung
unerwünschter toter Räume weiter entgegengewirkt wird.