DEP0048826DA - Anlage zur Ausnutzung von Brennstoffen - Google Patents

Description

Bisher werden Gaserzeugungsanlagen (Kokereien Gaswerke) getrennt von Dampferzeugungsanlagen und Kraftwerken errichtet und betrieben, wobei jedes Werk auf seine Wirtschaftlichkeit bedacht sein muss. Es ist hierbei nicht zu vermeiden, dass in den Dampferzeugungsanlagen oftmals wertvolle gasreiche, nichtverkokungsfähige Kohlen verfeuert werden, deren flüchtige Kohlenwertstoffe somit nicht gewonnen werden können.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe der wirtschaftlichen Ausnutzung von Brennstoffen gestellt und besteht aus einer Kombination von Kesselanlage zur Dampferzeugung, Luft- oder Wassererwärmung mit einer Gasgewinnungs-Anlage, insbesondere von flüchtigen Kohlenwertstoffen bei Ausnutzung von Kesselstrahlungswärme schwebend oder kombiniert schwebend-ruhend bzw. ruhend-bewegt in verhältnismässig kleinen Entgasungseinrichtungen und anschliessend die Verbrennung in der Dampfkesselanlage erfolgt, deren Strahlungswärme und Wärme der Verbrennungsgase den zu entgasenden Brennstoff und das Entgasungsmittel aufheizen, die nach der Entgasung ihre überschüssige Wärme wieder an die Kesselanlage abgeben.

Die Kesselfeuerung erhält zweckmässig eine Brennstoffzuleitung, die es ermöglicht, die Dampfkesselanlage allein zu betreiben oder auch nur einen Teil der Brennstoffe vor der Verbrennung zu entgasen.

Die Vorteile der Erfindung sind in der Gewinnung heizwertreicher Gase auch aus nicht verkokungsfähigen Brennstoffen und der Erhöhung der Zündtemperatur durch einen schnellen Entgasungsvorgang in wirtschaftlich tragbaren Anlage-Abmessungen zu sehen. Obwohl eine Brennstoffmasse einen Körper von geringer Wärmeleitfähigkeit darstellt, der zudem noch frei werdenden Gasen ihren Abzug versperrt, ist es durch die Erfindung infolge der Anwendung einer grossen Relativbewegung zwischen Heizmedium und Brennstoff sowie durch die Kombination, die eine wirtschaftlich tragbare Innen- und Aussenbeheizung der Gasgewinnungsanlage zulässt, ermöglicht, billige Brennstoffe, wie ballastreiche Kohlen, ohne grosse Aufbereitung auszunutzen. Deshalb wird erfindungsgemäss der Wärmeübertragungs- und Entgasungsvorgang durch dauernde Bewegung der zu entgasenden Brennstoffe und der Entgasungsmittel in hoher Relativgeschwindigkeit zueinander verwirklicht, wodurch eine vielfach grössere Wärmeübertragungszahl als bei ruhender Wärmeübertragung und ein grösserer Entgasungseffekt erreicht wird. Durch die dauernde Bewegung wird ausserdem eine stetige Auflockerung der Brennstoffe erreicht, so dass kein Zusammenbacken erfolgt und die gasförmigen Produkte ohne Behinderung entweichen können.

Die Kombination zwischen Kesselanlage und Gasgewinnungsanlage ist beispielsweise so gedacht, dass an die Stirnwand der Kesselanlage eine Entgasungseinrichtung angebaut ist, deren Aussenwand als Wärmeschutz der Dampf-Kesselanlage und deren Innenwand als dünnwandiger Strahlungsteil zwischen Kesselanlage und Gasgewinnungsanlage ausgebildet ist.

Zur Bewegung des Brennstoffes in einer Gasgewinnungsanlage ist z.B. eine umlaufende

Treppenkette vorgesehen, um eine ruhend-bewegte Entgasung zu erreichen, wobei der Brennstoff entlang den Heizmedien, z.B. an einer erhitzten Kesselwand und aufsteigenden Heizgasen, vorbeigeführt wird. Als weitere Ausbildung wird vorgeschlagen, Zellenräder in die Gasgewinnungsanlage einzubauen, die den Brennstoff abwechselnd schwebend und ruhend entlang von Heizmedien vorbeiführen. Dabei können die Treppenketten und Zellenräder bei höheren Temperaturstufen aus feuerfestem Material bestehen, z.B. in der Form, dass die Zellenräder aus Formsteinen ausgebildet und Treppensteine an einer Gliederkette angehängt werden. Die Gasgewinnungsanlage kann auch aus Wirbelkammern bestehen, in denen in der Kesselanlage erhitzte Entgasungsmittel einen Brennstoff schwebend und stetig wirbelnd entgasen. Die Wirbelkammern werden durch geschlossene Schurren miteinander verbunden und mit stetig höher erhitzten Entgasungsmitteln und Aussenheizungen beschickt bis der Brennstoffrest in der Verbrennungskammer, beispielsweise einer Zyklonkammer verbrannt wird. Bei hintereinander gereihten Wirbelkammern zur Gasgewinnung in Temperaturstufen kann in der letzten Wirbelkammer die Verbrennung des in vorhergehenden Kammern entgasten Brennstoffs erfolgen. Auch können die Feuerkammern die Entgasungskammern erhitzen. Die Wirbelkammern können z.B. staubbrennerartige Ausbildungen erhalten, so dass also Staubbrenner je nach Temperatureinstellung Brennstoffe in ihren Kammern entgasen bis der Brennstoff in der letzten Ausbildung verbrannt wird. Das Entgasungsmittel kann durch Anschluss an eine Sauerstoffleitung mit Sauerstoff angereichert werden.

Die Gasgewinnung kann auch in hintereinander geschalteten, drehbaren Trommeln erfolgen, die ihre Heizung von der Kesselanlage erhalten, und in denen der Brennstoff in innige Berührung mit den Heizmedien kommt.

Die Entgasung kann auch durch Innenheizung der Gasgewinnungsanlage erfolgen, wobei auch Wassergas oder Wälzgase als Entgasungsmittel benutzt werden können, die im Kreislauf zur Erhitzung durch die Kesselanlage geführt werden. Hierbei ist es möglich, die Innenheizung nur in den höheren Temperaturstufen vorzunehmen und hierbei Kohlensäure zu reduzieren und aus Wasserdampf Wassergas zu bilden. Der Brennstoff selbst kann ganz oder teilweise ebenfalls im Kreislauf durch die Entgasungseinrichtung mit oder ohne Zusatz von Frischbrennstoff geführt werden, um eine restlose Entgasung zu erzielen, bei stärkeren Kesselbelastungen jedoch schnell genügende Brennstoffmengen mit Zündtemperatur dem Kessel zur Verfügung zu stellen. Es erscheint wesentlich, zur Aufheizung von Frischbrennstoff wieder aufgegebenen, heissen Koksgrus aus der letzten Entgasungsstufe zuzumischen.

Es ist weiterhin vorgesehen, die flüchtigen Kohlenwertstoffe einer Entgasungsstufe an dem Heizmedium der vorgeschalteten Stufe vorbeizuführen, genaue Temperaturregelungen durchzuführen sowie anschliessend nicht-ausgenutzte Wärme der Gase in der Kesselanlage, z.B. im Luftvorwärmer, zu erwärmen. Zur Temperaturregelung, zum Trennen backender Brennstoffteile und zur Erzeugung von Wassergas kann ferner Dampf aus jenen Druckstufen des Kraftwerks entnommen werden, die für die Speisewasservorwärmung bereits vorhanden sind, so dass der Dampf vor seiner Einblasung bereits Arbeit geleistet hat. Die Durchsatzmengenregelung erfolgt vom Heizerstand der Kesselanlage aus unter Berücksichtigung von Kessellastschwankungen.

Auf den Zeichnungen sind in schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Gesamteinbau eines kombinierten Entgasungs- und Verbrennungskessels,

Fig. 2-5 Ausbildungen von kombinierten Kessel-Gasgewinnungsanlagen.

Die bisherigen Gaserzeugungsanlagen arbeiten mit von aussen beheizten Einzelkammern, die kontinuierlich oder auch diskontinuierlich mit Kohle gefüllt werden. Dabei i9st der Entgasungsfortschritt von etwa 1 cm/h ausserordentlich gering, wodurch grosse Abmessungen entstehen. Der geringe Entgasungsfortschritt kommt daher, dass die ruhende oder nur langsam bewegte Kohlenmasse einen Körper geringer Wärmeleitfähigkeit darstellt und den freiwerdenden Gasen den Abzug versperrt. Erfindungsgemäss wird der ganze Wärmeübertragungs- und Entgasungsvorgang dadurch beschleunigt, dass durch dauernde Bewegung der zu entgasenden Kohle und des Heizmediums eine verhältnismässig hohe Relativgeschwindigkeit zwischen der Kohle und dem Heizmedium hergestellt wird, wodurch die Wärmeübergangszahl auf ein Vielfaches der bei ruhender Wärmeübertragung ansteigt. Gleichzeitig wird durch die dauernde Bewegung eine Auflockerung der Kohlenmasse erreicht, so dass die gasförmigen Produkte leicht entweichen können. Sofern aus Gründen der Kohlebeschaffenheit eine Durchwirbelung der Kohle nicht möglich ist, wird ein hoher Wärmeübergang durch Schaffung dünner Kohlenschichten und Ausnutzung von Strahlungswärme erzielt.

Fig. 1 zeigt wie der Brennstoff vor Eintritt in den Kessel in verschiedenen Stufen entgast wird, wobei dann zur Abkühlung des Kokses im unteren Bereich Dampf bzw. Wasser eingespritzt wird mit dem Ziel, dem Koks eine für die Feuerungsvorrichtung passende Temperatur zu geben und andererseits gleichzeitig Wassergas zu erzeugen, welches den entstehenden Entgasungsprodukten einen regelbaren Heizwert gibt. Der eingeblasene Dampf wird jenen Druckstufen des Kraftwerkes entnommen, die für die Speisewasservorwärmung bereits vorhanden sind, so dass der Dampf vor seiner Einblasung in die Entgasungskammer bereits Arbeit geleistet hat.

Nach Fig. 2 wird die Kohle auf einer Treppenkette an einer strahlenden Wand entlang geführt, und zwar in dünnen Schichten, so dass durch die Bewegung und die Einstrahlung eine rasche Aufheizung erfolgt. Dabei sind zwei Treppenketten vorgesehen, die eine für die Durchführung der Schwelung bei etwa 600° und die zweite für die Durchführung der Entgasung bei 1000°. Anschliessend erfolgt die Verbrennung des Kokses in einer Wirbelschmelzkammer, die sich dadurch besonders für eine Koksverbrennung eignet, dass eine Körnung von 0 - 6 mm verarbeitet werden kann, der Koks also, sofern er in diesen Korngrössen bereits anfällt, nur wenig zerkleinert werden muss, wodurch hoher Verschleiss vermieden wird.

Eine ähnliche Anordnung zeigt Fig. 3, nach der die Kohlenbewegung entlang der strahlenden Wand mittels Zellenrädern, wodurch eine noch grössere Auflockerung des zu schwelenden und zu entgasenden Brennstoffes erfolgt. Im übrigen entspricht die Anordnung der in Fig. 2 geschilderten.

Bei einer Anordnung nach Fig. 4 erfolgt die Schwelung und Entgasung in geneigt angeordneten, drehbaren Trommeln. In einer ersten Trommel, die als Röhrentrommel ausgebildet ist, erfolgt die Schwelung des Brennstoffes bei etwa 600° mittels im Gegenstrom, durch ein Röhrensystem geführter, rückgesaugter Rauchgase. Durch die innige Berührung des bei der Drehtrommel immer wieder herunterrieselnden Brennstoffes mit der Heizfläche wird eine minimale Schwelzeit erreicht. Der geschwelte Brennstoff fällt in eine zweite

Dreh-Trommel. Die Beheizung dieser Trommel erfolgt durch Gase etwa in der Art, dass ein Teil des erzeugten Gases in den Kessel gedrückt und dort in einen Eigenhitzer auf etwa 1100 - 1200°C erwärmt wird. Die so erhitzten Eigengase gelangen in den unteren Teil der Entgasungstrommel und entgasen im Gegenstrom den bereits in der ersten Trommel abgeschwelten Brennstoff. Die anschliessende Verbrennung des Kokses kann ähnlich gemäss der Anlage nach Fig. 1 erfolgen.

Ein weiteres Beispiel zeigt Fig. 5 mit Schwelung und Entgasung in Wirbelkammern. Es sind zwei Wirbelkammern gezeichnet. In der ersten Kammer erfolgt die Schwelung bei etwa 600°C, in einer zweiten die Entgasung bei 1000°C. Der in die Schwelkammer eintretende Brennstoff wird in direkter Berührung mit auf etwa 800°C erhitzten Schwelgasen in einem Brennstoffgaswirbel geschwelt. Das getrennt abgezogene Schwelgas gibt seine fühlbare Wärme zunächst in einem Lufterhitzer an die für die Feuerungsanlage erforderliche Verbrennungsluft ab. Ein Teil des Gases wird nach Aufheizung in einem Eigenerhitzer wieder der Schwelwirbelkammer zugeführt. Der geschwelte Brennstoff gelangt in eine Entgasungswirbelkammer, in der er mit auf etwa 1300°C erhitzten Reingasen nach demselben Verfahren entgast wird. Das wieder getrennt abgezogene Reingas wärmt die bereits vom Schwelgas vorgewärmte Verbrennungsluft weiter auf. Ein Teil des Gases strömt nach vorheriger Wiederaufheizung auf etwa 1300°C wieder der Entgasungswirbelkammer zu. Der anfallende Koks kann, wie in Beispiel 1, in einer Wirbelkammer verbrannt werden.

Claims (21)

1. Anlage zur Ausnutzung von Brennstoff, wie Steinkohle, gekennzeichnet durch eine Kombination von Kesselanlage zur Dampferzeugung, Luft- oder Wassererwärmung mit Gasgewinnungsanlage zur Gewinnung von vorzugsweise heizwertreichem Gas derart, dass der gesamte Brennstoff oder nur ein Teil desselben zunächst die Gasgewinnungsanlage in grosser Relativbewegung zwischen Entgasungsmittel und Entgasungsstoff schwebend oder kombiniert schwebend-ruhend bzw. ruhend-bewegt die dadurch ermöglichten kleinen Entgasungsräume durchläuft und danach der verbleibende Restbrennstoff in der Kesselanlage verbrannt wird, deren Strahlungswärme zur Erhöhung der Zündtemperatur und Gewinnung heizwertreicher Gase indirekt und deren Wärme der Verbrennungsmittel direkt den Frisch-Brennstoff aufheizen sowie nach der Entgasung ihre überschüssige Wärme an die Kesselanlage abgeben.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasgewinnungsanlage an der Stirnwand eines Kessels angeordnet ist, wobei die Aussenwand der Anordnung als Wärmeschutzwand, die Innenwand zum Strahlungsteil des Kessels als dünne Trennwand der Kraftgase von den Rauchgasen ausgebildet wird.

3. Anlage nach Anspruch 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Brennstoff-Bewegung in der Gasgewinnungseinrichtung eine umlaufende Treppenkette dient, die Brennstoff in dünnen Schichten ruhend und dabei bewegt entlang von Heizmedien, z.B. entlang einer erhitzten Kesseltrennwand und einem Vergasungsmittel leitet.

4. Anlage nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasung in verschiedenen, aufeinander folgenden Temperaturstufen vor sich geht.

5. Anlage nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Gasgewinnungsanlage Zellenräder eingebaut sind, die einen körnigen Brennstoff abwechselnd schwebend und ruhend durch die Gasgewinnungsanlage, z.B. entlang einer erhitzten Kesselwand, führen.

6. Anlage nach Anspruch 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Gasgewinnungsanlagen eingebauten Zellenräder und Treppenketten aus feuerfestem Material gebildet sind, z.B. in der Form, dass die Zellenräder als Formsteine ausgebildet bzw. Treppensteine an einer Gliederkette angehängt sind.

7. Anlage nach Anspruch 1 - 6, gekennzeichnet durch eine Innenbeheizung der Entgasungsräume durch heisses Gas, das durch Verbrennung von festen, flüssigen oder gasförmigen, stickstoffarmen Brennstoffen mit sauerstoffangereicherter Luft oder Sauerstoff gewonnen wird.

8. Anlage nach Anspruch 1 - 5, gekennzeichnet durch eine Innenheizung der Vergaseranlage mittels im Kreislauf geführter, im Kessel stets von neuem aufgeheizter Wälzgase.

9. Anlage nach Anspruch 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenheizung erst an einer Stelle des Entgasungsraumes beginnt, an der durch Aussenbeheizung bereits eine Erhitzung oder Schwelung des Brennstoffes erfolgt ist.

10. Anlage nach Anspruch 1 - 9, gekennzeichnet durch Aufgabevorrichtungen, in denen der entgaste Brennstoff nach einmaligem Durchgang durch den Vergaser gemeinsam mit dem frischen Brennstoff oder getrennt davon aufgegeben werden können.

11. Anlage nach Anspruch 1 - 10, gekennzeichnet durch feuerfeste Überhitzer im Kessel zum Aufheizen des Eigengases für die Vergasungsanlage und durch eine Schaltungsvorrichtung zur Verminderung der benötigten Rauchgasmenge, nach der auch die gewonnenen Kohlenwertstoffe ihre fühlbare Wärme an die Vergasungsanlage abgeben.

12. Anlage nach Anspruch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus einer Kesselanlage geheizte Gasgewinnungsanlage aus Wirbelkammern gebildet ist, in denen in der Dampfkesselanlage erhitzte Entgasungsmittel einen Brennstoff schwebend und wirbelnd in aufeinander folgenden Temperaturstufen entgasen.

13. Anlage nach Anspruch 1 - 12, gekennzeichnet durch hintereinandergereihte Wirbelkammern zur Gasgewinnung in Temperaturstufen bis zur Verbrennung in der letzten Wirbelkammer, wobei die Kammern staubbrennerartige Ausbildungen aufweisen und die Feuerkammer die vorgeschalteten Kammern erhitzt.

14. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasgewinnung in hintereinander geschalteten, drehbaren Trommeln erfolgt, in denen Brennstoff in innige Berührung mit einem Wärmeträger kommt.

15. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Dreh-Trommel abzuschwelende Brennstoff ununterbrochen auf ein axial durchziehendes Rohrsystem fällt, das innen rauchgasbeheizt ist.

16. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Entgasungstrommel erzeugte Gas in einem Rohrsystem aus feuerfestem Material im Rauchgasstrom des Kessels aufgeheizt wird.

17. Anlage nach Anspruch 1 - 16, gekennzeichnet durch eine vollständige oder teilweise Rückführung des entgasten Brennstoffes durch die Entgasungseinrichtung mit oder ohne Zusatz von Frischbrennstoff.

18. Anlage nach Anspruch 1 - 17, gekennzeichnet durch eine Wärmeausnutzung des gewonnenen Gases für die vorgeschaltete Temperaturstufe der Gasgewinnungsanlage und anschliessend für die Dampfkesselanlage.

19. Anlage nach Anspruch 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kesselanlage ohne Gasgewinnungsanlage betriebsfähig ist.

20. Anlage nach Anspruch 1 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass zum Temperaturregeln, zum Abkühlen und Aufreissen der einzelnen Koksteilchen vor dem Austrag in die Feuerung Dampf oder Wasser eingespritzt wird, das dem Kraftwerkskreislauf im Niederdruckgebiet entnommen wird.

21. Anlage nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 - 20, gekennzeichnet durch einen Durchsatzmengenregler des Vergasers auf dem Heizerstand der Kesselanlage zur Berücksichtigung von Kessellastschwankungen.