DE957874C - Einrichtung zur Vergasung von feinverteilten, in der Schwebe befindlichen Brennstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Vergasung

von feinverteilten Brennstoffen in der Schwebe mit Sauerstoff und gegebenenfalls endotherm reagieren-

. den Vergasungsmitteln, wobei ein homogenes Gemisch aus Brennstoff und Sauerstoff in einen auf erhöhter Temperatur befindlichen Reaktionsraum emgebläsen und dort unter Bildung eines an Wasserstoff und Kohlenoxyd reichen Gases vergast wird.

Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung, mit der die Vorbereitung der Brennstoff-Sauerstoff-Suspension auf die Vergasung in besonders wirkungsvoller Weise durchgeführt werden kann.

In dem deutschen Patent 846 432 ist ein Gaserzeuger für die sogenannte Schwebevergasung mit Sauerstoff beschrieben, in dem der staubförmige Brennstoff im Anschluß an eine Förderschnecke beim Eintritt in ein Förderrohr von außen her mit Sauerstoff in Berührung kommt und dann von dem Sauerstoff über eine vergleichsweise lange Strecke bis an die sogenannten Vergaserköpfe geführt wird, in denen die Umsetzung des Brennstoffes mit dem Sauerstoff erfolgt. Obwohl die bekannte Einrichtung, wie die praktischen Anwendüngen zeigen, an sich das Problem der Förderung eines'Gemisches aus Brennstaub und hochkonzentriertem Sauerstoff löst, ist diese Einrichtung doch

noch in gewisser Weise verbesserungsfähig. Der lange Förderweg für die Suspension zwischen der eigentlichen Mischstelle und dem Vergasungsraum ist normalerweise in der Praxis nicht ohne Krümmungen auszuführen. An den Krümmungen entsteht aber zwangläufig eine intensivere Reibung, zwischen den Brennstoffteilchen und den inneren Rohrwänden, so daß die Rohre verhältnismäßig stark und ungleichmäßig von innen her abgeschliffen werden. Es kommt noch hinzu, daß die Förderung einer Suspension aus Brennstaub und hochkonzentriertem Sauerstoff durch ein vergleichsweise langes Rohr nur so lange ohne Betriebs-. Schwierigkeiten möglich ist, als in dem Förderrohr keine Stellen erhöhter Brennstoffkonzentration entstehen bzw. vorhanden sind. Insbesondere tritt immer dann bereits in dem Förderrohr eine Reaktion zwischen Sauerstoff und Brennstaub auf, wenn sich Brennstoffteile in nennenswerten Mengen an den Wänden festsetzen und dann an der allgemeinen Bewegung nicht mehr teilnehmen. Ein solches Festsetzen des Brennstoffes an den inneren Wänden des Förderrohres kann unter Umständen dann eintreten, wenn durch eine Unaufmerksamke.it des Bedienungspersonals die Temperatur des Sauerstoffes, der normalerweise mit Wasserdampf gesättigt ist, nicht ausreichend hoch liegt, so daß im Laufe des Förderweges eine teilweise Konden-

. sation des Wasserdampfes eintreten kann. An den feuchten Stellen des Förderrohres klebt ein Teil des Brennstaubes an, der dann eine erhöhte Neigung hat, bereits innerhalb des Rohres mit dem Sauerstoff zu reagieren.

Eine weitere Schwierigkeit, die durch die vefgleichsweise langen Förderrohre gegeben ist, besteht darin, daß man, um in dem Vergasungskopf noch eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit, der Suspension zu haben, den Druck des Sauerstoffes bei Einführung in die Mischeinrichtung verhältnismäßig hoch wählen muß, um den Druckverlust an dem Förderrohr zu überwinden. Wie schon oben ausgeführt, ist die bekannte Einrichtung durchaus in der Lage, eine betriebssichere Führung eines Gemisches aus Brennstaub und hochkonzentriertem Sauerstoff über eine größere Wegstrecke vorzunehmen. Allerdings werden dabei an das Bedienungspersonal bzw. die automatischen Überwachungseinrichtungen gewisse Anforderungen gestellt.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die oben angeführten Unzulänglichkeiten der bekannten Einrichtung zu beseitigen.

Gemäß der Erfindung ist die Einrichtung zur Vergasung von feinverteilten Brennstoffen in der Schwebe mit Sauerstoff so ausgebildet, daß der Brennstoff mittels einer in unmittelbarer Nähe des Vergasungsraumes angeordneten Transportschnecke in einen in einen Ringspalt auslaufenden Verdichtungsraum gefördert und der Sauerstoff durch die hohle Welle der Transportschnecke an den inneren Rand des Ringspaltes mit einer solchen Geschwindigkeit geführt wird, daß der sich in dem Ringspalt bildende Verschlußstopfen aus Brennstoff laufend von innen her abgebaut wird und daß zwischen Ringspalt und Vergasungsraum eine vergleichsweise kurze Mischstrecke vorgesehen ist, in der die Homogenisierung der Brennstoff-Sauerstoff-Suspension vollendet wird.

Bildet man die Vergasungseinrichtung in der erfindungsgemäßen Weise aus, so werden die obenerwähnten Unzulänglichkeiten der bekannten Vergasu'ngseinrichtung beseitigt. Die Förderung der Brennstoff-Sauerstoff-Suspension findet nunmehr nur noch über eine verhältnismäßig kurze Strecke statt, in der darüber hinaus keine Krümmungen liegen, so daß 'an sich schon ein beträchtlich geringerer .Verschleiß an dem Wandmaterial der Mischstrecke auftritt. Es kommt noch hinzu, daß man wegen der verhältnismäßig geringen Abmessungen dieser Mischstrecke diese aus einem verschleißfesten Stahl herstellen kann, wodurch praktisch eine unbegrenzte Haltbarkeit gewährleistet ist. Die Gefahr einer Kondensation von Wasserdampf aus dem gesättigten Sauerstoff besteht in dieser kurzen Mischstrecke nicht mehr, weil die Temperatur der Wände dieser Mischstrecke leicht oberhalb der Sättigungstemperatur des Sauerstoffes, die normalerweise nicht über 50⁰ liegt, gehalten werden kann, insbesondere dann, wenn man gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung die Wände der Mischstrecke als wassergekühlten Doppelmantel ausbildet und dafür sorgt, daß eine Wandtemperatur von etwa 50⁰ nicht unterschritten wird. Damit ist die Gefahr von Rückzündungen praktisch völlig beseitigt. Die Zufuhr des Sauerstoffes durch die hohle Schneckenwelle kann bei entsprechender Dimensionierung der Welle bzw. des Hohlraumes so erfolgen, daß auf der Strecke zwischen dem Sauerstoffkompressor und dem Ringspalt nur ein unwesentlicher Druckverlust des Sauerstoffes auftritt. Je nach der Ausbildung der Schneckenwelle ist es dabei möglich, unter Umständen mit einem um 50% geringeren Sauerstoffdruck als bisher auszukommen. Für die Dimensionierung und Betriebsweise des Sauerstoffkompressors ist diese Tatsache von wesentlicher Bedeutung.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung zeigte sich überraschenderweise noch ein weiterer vorteilhafter Effekt, der zunächst nicht no zu erwarten war. Verbläst man nämlich, wie es bisher üblich war, eine Brennstoff-Sauerstoff-Suspension, die bereits ein längeres Stück durch eine Förderleitung geführt worden ist, so stellt sich im Vergasungsraum eine verhältnismäßig lange Flamme ein, die im Kern dunkler ist als in den Randpartien und ganz außen einen hellen Mantel zeigt. Offenbar findet im Bereich dieses hellen Mantels neben der Verbrennung des Brennstoffes mit Sauerstoff auch eine Verbrennung eines Teiles des bereits erzeugten Nutzgases mit dem Sauerstoff statt. Die Reaktionen zwischen Brennstaub und Sauerstoff sind also über den Querschnitt der Flamme offenbar nicht gleichmäßig· verteilt. Wenn man jedoch die Verblaseeinrichtung für die Suspension' gemäß der Erfindung ausbildet, so ent-

steht im Reaktionsraum eine kurze buschige Flamme, die die erwähnten hellen Ränder nicht aufweist und deren Kern ebenso hell ist wie. die Randpartien. Es herrscht also in diesem Falle eine 5 offenbar ziemlich gleichmäßige Verteilung der beabsichtigten Reaktionen über den ganzen Querschnitt der Flamme vor. Außerdem bewirkt die kürzere Flamme eine stärkere Wärmekonzentration, was für die Bildung von möglichst viel Kohlenoxyd und möglichst wenig Kohlendioxyd von Bedeutung ist. Die Begründung für diese Erscheinung ist darin zu sehen, daß die Vefblaseeinrichtung gemäß der Erfindung im Mittel zu einer gleichmäßigeren Suspension führt, daß aber gleichzeitig im Kern der Flamme eine etwas höhere Sauerstoffkonzentration als an den Randpartien herrscht, so daß für die unerwünschte Verbrennung von erzeugtem Nutzgas kein Sauerstoff zur Verfügung steht. Es konnte auch festgestellt werden, daß bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung das Durchzünden des eingeblasenen Gemisches leichter und sicherer erfolgt.

Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist es vorteilhaft, den freien Querschnitt des Ringspaltes einstellbar zu machen, beispielsweise dadurch, daß man die Transportschnecke in der Längsrichtung verschiebbar anordnet.

Es ist weiterhin vorteilhaft, die endotherm reagierenden Vergasungsmittel, beispielsweise vorerhitzten Wasserdampf, so in den Reaktionsraum einzuführen, daß sie das im Reaktionsraum bereits gebildete Nutzgas gegen die Umsetzung mit Sauerstoff abschirmen. Zweckmäßigerweise wird das dadurch erreicht, daß die Einblasedüse für den Wasserdampf ebenfalls ringförmig ausgebildet ist und dem Wasserdampf eine solche Strömungsrichtüng verleiht, daß dieser die zentrale Flamme einhüllt.

In der Abbildung ist eine Ausführungsform der erfinduhgsgemäßen Einrichtung in schematischer Form dargestellt.

In der Abbildung ist mit 10 der Reaktionsraum bezeichnet, der durch feuerfeste Wände 12 umschlossen ist. An den Reaktionsraum angesetzt ist eine Verblaseeinrichtung 14, die vorteilhafterweise als geschlossene Einheit angebaut bzw. entfernt werden kann. Die Verblaseeinrichtung besteht aus einer Transportschnecke [6, die eine hohle Welle 18 besitzt, durch die der Sauerstoff geführt wird.

Die hohle Welle der Schnecke läuft zum Reaktionsraum hin in ein konisches Stück 20 aus, welches zusammen mit der an dieser Stelle ebenfalls konisch zulaufenden Wand 22 des Schneckengehäuses einen ringförmigen Spalt 24 bildet. Die Fördergeschwindigkeit der Schnecke 16 und der freie Querschnitt des Ringspaltes 24 werden so aufeinander abgestimmt, daß in dem Ringspalt eine gewisse Verdichtung des Brennstoffes erfolgt, die ein Übertreten von Sauerstoff in rückwärtiger Richtung verhindert, wobei die Verdichtung aber gleichzeitig auch so begrenzt ist, daß durch den durch die hohle Welle der Schnecke nach vorwärts strömenden Sauerstoff ein laufender Abbau des aus verdichtetem Brennstoff bestehenden Stopfens am inneren Rand 26 des Ringspaltes erfolgen kann. Das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch gelangt nach erfolgter Gemischbildung in die Mischstrecke 28, in der noch eine gewisse Verbesserung der Homogenität der Suspension eintritt, wobei aber gleichzeitig in der Nähe der Achse der Mischstrecke eine etwas höhere Sauerstoffkonzentration herrscht als zum Rand hin. Die Suspension tritt anschließend in den Reaktionsraum 10 ein, wird dort infolge der herrschenden hohen Temperaturen gezündet und bildet dabei eine kurze buschige Flamme 30, die in der Zeichnung allerdings nicht in ihrer vollen Länge dargestellt ist. Die Wände der Mischstrecke 28 werden von einem wasser-, gekühlten Mantel 32 gebildet. Das Wasser tritt in diesen Mantel durch die Leitung 34 ein und verläßt ihn wieder durch die Leitung 36. Die dem X^ergasungsraum zugekehrte Seite der Verblaseeinrichtung besteht vorteilhafterweise ebenfalls aus einem wassergekühlten Mantel 38, dem Kühlwasser durch Leitung 40 zugeführt wird, welches durch Leitung 42 wieder abfließt. Die Kühlmäntel. 32 und 38 sind an den einander zugewandten Begrenzungsflächen so ausgebildet, daß sie eine ringförmige Düse 44 bilden, durch die der Wasserdampf in den Reaktionsraum eingeblasen wird. Die Neigung der Ringdüse 44 in bezug auf die Mittelachse der Verblaseeinrichtung ist so getroffen·, daß der Wasserdampf die Flamme 30 mit einer geschlossenen Hülle umgibt und auf diese Weise unter allen Umständen eine Reaktion ■ zwischen Sauerstoff und erzeugtem Gas verhindert, soweit sie überhaupt noch möglich ist.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zur Vergasung von feinver-' teilten Brennstoffen in der Schwebe mit Sauerstoff und gegebenenfalls endotherm reagierenden Vergasungsmitteln, wobei ein homogenes Gemisch aus Brennstoff und Sauerstoff in einen auf erhöhter Temperatur befindlichen Reaktionsraum eingeblasen und dort unter Bildung eines an Wasserstoff und Kohlenoxyd reichen Gases vergast wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff mittels einer in unmittelbarer Nähe des Vergasungsraumes (10) angeordneten Transportschnecke (16) in einen in einen Ringspalt (24) auslaufenden Verdichtungsraum gefördert und der Sauerstoff durch die hohle Welle (18) der Transportschnecke an den inneren Rand (26) des Ringspaltes (24) mit einer solchen Geschwindigkeit geführt wird, daß der sich in dem Ringspalt (24) bildende Verschlußstopfen aus Brennstoff laufend von innen her abgebaut wird, und daß zwischen Ringspalt (24) und Vergasungsraum (10) eine vergleichsweise kurze Mischstrecke (28) vorgesehen ist, in der die Homogenisierung der Brennstaub-Sauerstoff-Suspension vollendet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt des

Ringspaltes (24) einstellbar ist, beispielsweise durch axiale Verschiebung der Transportschnecke (16).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Mischstrecke (28) als wassergekühlter Doppelmantel ausgebildet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die endotherm reagierenden Vergasungsmittel, z. B. vorerhitzter Wasserdampf, so in den Reaktionsraum eingeführt werden, daß sie das im Reaktionsraum gebildete Nutzgas gegen eine Umsetzung mit Sauerstoff abschirmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen