DE975085C

DE975085C - Gaserzeuger fuer die Vergasung feinkoerniger bzw. staubfoermiger Brennstoffe

Info

Publication number: DE975085C
Application number: DEK5960D
Authority: DE
Inventors: Joseph Daniels; Willy Linder
Original assignee: Heinrich Koppers GmbH
Current assignee: Heinrich Koppers GmbH
Priority date: 1941-10-17
Filing date: 1941-10-17
Publication date: 1961-08-03

Description

Gaserzeuger für die Vergasung feinkörniger bzw. staubförmiger Brennstoffe Es ist bekannt, feinkörnige oder staubförmige Brennstoffe in der Weise zu vergasen, daß man diese zusammen mit Sauerstoff bzw. Luft und Wasserdampf in einen auf hoher Temperatur befindlichen Reaktionsraum einleitet, so daß die Vergasung des Brennstoffes erfolgt, während dieser sich im Schwebezustand befindet. Die in Form eines scharfen Strahls durch Düsen in den Reaktionsraum eingeführte Stoffmischung kann so beschaffen sein, daß die unverbrennlichen Anteile des Ausgangsbrennstoffes fest bleiben oder aber schmelzen, wobei sich im letzteren Fall im Reaktionsraum ein Schlackensumpf bildet, aus dem die neugebildete Schlacke laufend oder periodisch abgezogen werden kann. Gaserzeuger, in denen das vorstehend beschriebene Vergasungsverfahren verwirklicht werden kann, sind in mehrfachen Ausführungsformen bekannt. Unter den bekannten Gaserzeugern befindet sich auch eine Ausführungsform, die einen sich nach unten konisch verjüngenden Reaktionsraum aufweist, der oben durch eine Decke abgeschlossen ist, in deren Mitte sich die Zuführungsdüse für die Ausgangsstoffe der Vergasung befindet, und der unten einen Sammelraum für den flüssigen Vergasungsrückstand (Schlackensumpf) aufweist.
Die bekannten Gaserzeuger der vorstehend beschriebenen Ausführung sind, wie festgestellt wurde, hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit bei den extremen Beanspruchungen hinsichtlich Temperatur und chemischer Angriffe nicht befriedigend. Bei ihnen sind nämlich manche Mauerwerksteile zugleich erheblichen statischen als auch thermischen und chemischen Einwirkungen ausgesetzt, was zu einer vorzeitigen Abnutzung dieser Mauerwerksteile verbunden mit Betriebsunterbrechungen führt. Auch die Verwendung bester feuerfester Materialien, beispielsweise Magnesit, für die Wände des Reaktionsraumes verhindert nicht eine Verringerung der statischen Festigkeit des Mauerwerkes durch Risse und Steinabplatzungen.
Die Erfindung verfolgt die Aufgabe, die Gestaltung des Reaktionsraumes gegenüber den bekannten Ausführungsformen so abzuändern, daß die baulich am stärksten belasteten Wandteile (Decken, Gewölbe u. dgl.) von einer Überbeanspruchung durch die hohe Reaktionstemperatur bzw. durch Schlackenangriff frei gehalten werden. Ferner ist Ziel der Erfindung, denjenigen Teilen der Reaktionsraumwände, welche diesen Angriffen in besonderem Maße ausgesetzt sind, eine statisch vollkommen gesicherte Anordnung zu geben, welche den Zusammenhalt des Mauerwerkes ohne äußere Zugbeanspruchung der Steinkörper gewährleistet.
Gemäß der Erfindung wird der Gaserzeuger in der Weise gestaltet, daß der Vergasungsraum als kurzer zylindrischer, von einer Gewölbedecke mit einem übergreifenden Seitenteil und einer Öffnung für das erzeugte Gas begrenzter oberer und als ein sich nach oben kegelstumpfartig erweiternder unterer Raumteil mit in dessen Wandungen verteilt angeordneten, tangential mündenden Einlässen für Dampf über dem Schlackensumpf ausgebildet ist.
Bei dieser Ausbildung des Reaktionsraumes ist die baulich stark beanspruchte Reaktionsraumdecke in eine Zone vergleichsweise niedrigerer Temperatur und außerhalb des Strömungsbereiches der verflüssigten Schlacke gerückt. Die baulich stark beanspruchten Deckensteine sind damit namentlich dem mechanischen Angriff durch Schlackentröpfchen entzogen, die mit hoher Geschwindigkeit auf die Reaktionsraumwände auftreffen können.
Demgegenüber ist die Reaktionsraumwand im unteren Teil des Gaserzeugers, wo die Wärmeeinwirkung wesentlich höher und eine Beanspruchung durch die geschmolzene Brennstaubschlacke nicht vermeidbar ist, baulich weitgehend entlastet, indem dort die Steine böschungsartig nach oben zurückspringen, so daß sie nur noch das Gewicht der über ihnen liegenden Seitenwandsteine zu tragen haben und also jeder Wärmedehnung ohne Drucksteigerung nachgeben können. Treten in dieser Zone der Reaktionsraumwände gelegentlich Rißbildungen und Abplatzungen auf, so behalten die Wandteile dieser Zone trotzdem im wesentlichen ihre Lage bei, so daß die ursprüngliche Form des Reaktionsraumes für eine lange Betriebszeit gesichert ist. Es ist auch möglich, die einzelnen beschädigten Steinpartien nachträglich auszubessern, z. B. durch Anwerfen mit geeigneten Fug- oder Stampfmassen, da - wie erwähnt - die böschungsartige Ausbildung des Mauerwerkes derart reparierte Wandteile sicher in ihrer Lage hält. Die Haltbarkeit der Reaktionsraumwände in der am höchsten beanspruchten Zone wird erfindungsgemäß auch dadurch verbessert, daß längs der Wände dieses Raumteiles Wasserdampf eingeführt wird. Dessen tangentiale Einführung bewirkt, daß die Gasmassen innerhalb des Reaktionsraumes in eine kreisende bzw. schraubenlinienförmige Bewegung um die senkrechte Achse des Reaktionsraumes versetzt werden. Hierdurch wird eine unkontrollierte Wirbelbildung im Gaserzeuger, die unter Umständen einzelne Wandteile ähnlich der Wirkung einer Stichflamme zerstört, beseitigt und in eine genau beherrschbare Strömung umgewandelt.
Die geschilderte kreisende bzw. schraubenlinienförmige Bewegung der Gasmassen im Reaktionsraum kann noch begünstigt werden dadurch, daß der Nutzgasaustritt vom oberen Teil des Reaktionsraumes tangential abgeht.
Schließlich wird der als Schlackensumpf dienende untere Teil des Reaktionsraumes vorteilhaft mit einer Wasserkühlung versehen, während die übrigen Wandteile des Reaktionsraumes mit einer Wärmeisolation ausgestattet werden. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, am Boden des Reaktionsraumes ständig eine größere Schicht geschmolzener Schlacke zu erhalten, deren Oberfläche in günstiger Weise als Abscheidefläche für die Hauptmenge der verflüssigten Schlackentröpfchen dient, ohne daß nun durch diesen Schlackensumpf das Wandmauerwerk des Reaktionsraumes aufgelöst und durchbrochen würde.
Es ist an sich bekannt, den unteren Teil von der Vergasung fester Brennstoffe dienenden Gaserzeugern mit einem Wassermantel zur Kühlung des festen Vergasungsrückstandes zu versehen. Demgegenüber handelt es sich bei der gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung zur Vergasung staubförmiger Brennstoffe um eine Kühlung des zur Ansammlung flüssiger Asche dienenden unteren Teiles der Einrichtung.
In der Zeichnung ist in Abb. z ein senkrechter Schnitt durch einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Gaserzeuger dargestellt, während Abb.2 einen waagerechten Querschnitt nach Linie II-II der Abb. i wiedergibt.
In der Zeichnung ist mit i der Vergasungsraum bezeichnet, der oben durch eine aus feuerfestem Mauerwerk gebildete Gewölbedecke 2 begrenzt wird, die auf einem kurzen zylindrischen Seitenteil 3 abgestützt ist. Nach unten zu wird der Reaktionsraum durch eine Wand ¢ begrenzt, die einen nach oben sich kegelstumpfförmig erweiternden Raum einschließt. In der Mitte der Gewölbedecke 2 des Vergasungsraumes ist der düsenartige Einlaß 5 für Brennstaub vorgesehen. Um die Brennstaubdüse 5 ist bei der dargestellten Ausführungsform der Sauerstoffeintritt 6 angeordnet, welcher vorteilhaft außen von einem Kühlmantel ? umgeben ist. Diese Anordnung gestattet, den Brennstaub mit dem kalten oder mäßig angewärmten Vergasungsmittel (Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft oder auch Luft) in den Reaktionsraum einzublasen, ohne daß ein Zurückschlagen der Vergasungsflammen in die Zuleitungen zu befürchten ist. In der Wand 4 des Reaktionsraumes sind tangential einmündende Öffnungen 8 vorgesehen, die an einen Verteilkapal g angeschlossen sind. In diesen kann durch die Leitung lo hoch überhitzter Wasserdampf, vorteilhaft mit einer Temperatur von i2oo bis 1300°C, eingeleitet werden. Durch die besondere Anordnung und Ausbildung der Dampfeintritte 8 wird zunächst im unteren Teil des Reaktionsraumes längs der Reaktionsraumwände ein im Sinne des Pfeiles il (Abb. 2) kreisendes Dampfpolster längs der Reaktionsraumwände aufrechterhalten. Dieses Dampfpolster hemmt die Bewegung der im Reaktionsraum entstandenen flüssigen Schlackentröpfchen in Richtung auf die Reaktionsraumwand und setzt gleichzeitig die Temperatur der letzteren so weit herab, daß gerade noch ein Ablaufen der auf die Wand treffenden Schlackentröpfchen nach unten möglich ist.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Nutzgasaustritt im Oberteil des Reaktionsraumes angeordnet, und zwar in Form eines tangential abgehenden Rohrstutzens 12. Die tangentiale Anordnung des Stutzens i2 unterstützt die vorteilhafte rotierende Bewegung des Dampfpolsters und damit der Reaktionsmedien im Vergasungsraum.
Die entstehende flüssige Schlacke sammelt sich am Boden des nach Art eines umgekehrten Kegelstumpfes ausgebildeten Reaktionsraumes an, wie bei 13 angedeutet. Aus dem Schlackensumpf kann die entstandene Schlacke z. B. absatzweise durch die Öffnung 14 entfernt werden.
Unter Umständen ist es vorteilhaft, einen Teil des erzeugten Nutzgases unten nahe dem Schlackensumpf aus dem Reaktionsraum abzuziehen, um die Schutzwirkung des durch die Öffnung 8 eingeführten Wasserdampfes zu unterstützen.
Das Gehäuse des Gaserzeugers ist im Bereich des Schlackensumpfes 13 vorteilhaft mit einer äußeren Kühlung versehen, die beispielsweise aus Spritzrohren besteht, mittels denen Wasser gegen die Panzerung des Schlackensumpfes gespritzt wird (in den Abbildungen nicht dargestellt). Im übrigen wird das Mauerwerk des Vergasungsraumes vorteilhaft mit einem die Wärme schlecht leitenden Material verkleidet. Das gesamte Mauerwerk einschließlich der Wärmeisolation des Gaserzeugers ist in einem gasdichten Gehäuse 15 angeordnet, so daß die Staubvergasung unter Umständen auch vorteilhaft unter erhöhtem Druck, beispielsweise bei einem Überdruck von lo bis 15 Atmosphären, ausgeführt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Gaserzeuger, in dem ein in scharfem Strahl eingeführtes Gemisch aus feinkörnigem bzw. staubförmigem Brennstoff, Sauerstoff oder Luft und Wasserdampf unter Inschwebehalten des Brennstoffes in Nutzgas umgesetzt wird, der aus einem nach unten sich konisch verengenden Reaktionsraum, in dessen Deckenmitte sich die Zuführungsdüse befindet, die das Gemisch aus Brennstoff und Vergasungsmittel bis in die Zone wenig oberhalb des Schlackensumpfes eindöst, und einem Bodensammelraum für den flüssigen Rückstand besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergasungsraum (i) als kurzer zylindrischer, von einer Gewölbedecke (2) mit einem übergreifenden Seitenteil (3) und einer Öffnung (12) für das erzeugte Gas begrenzter oberer und als ein sich nach oben kegelstumpfartig erweiternder unterer Raumteil mit in dessen Wandungen verteilt angeordneten, tangential mündenden Einlässen (8) für Dampf über dem Schlackensumpf ausgebildet ist.
2. Gaserzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabzugsöffnung (12) tangential einmündend angeordnet ist.
3. Gaserzeuger nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackensumpf (13) mit einer Wasserkühlung und die übrigen Wände des Vergasungsraumes mit einer Wärmeisolation ausgestattet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 54 995, 571 168, 616 466, 61g 638; britische Patentschrift Nr. 305 253; USA.-Patentschriften Nr. 901 232, g06 441; »Generatorgas«, 19921, S. 114.