DEP0048826DA - Plant for the utilization of fuels - Google Patents
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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.So far, gas generation plants (coking plants, gas plants) have been built and operated separately from steam generation plants and power plants, with each plant having to consider its economic efficiency. In this case, it cannot be avoided that valuable gas-rich, non-coking coal is often burned in the steam generation systems, the volatile carbon materials of which can therefore not be obtained.
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.The invention has set itself the task of the economical use of fuels and consists of a combination of a boiler system for steam generation, air or water heating with a gas recovery system, in particular volatile carbon materials when using boiler radiant heat floating or combined floating-dormant or dormant- moves in relatively small degassing devices and then the combustion takes place in the steam boiler system, the radiant heat and heat of the combustion gases heat the fuel to be degassed and the degassing agent, which after degassing give off their excess heat back to the boiler system.
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.The boiler firing expediently receives a fuel supply line that enables the steam boiler system to be operated alone or also to degas only part of the fuel before combustion.
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.The advantages of the invention are to be seen in the production of gases with a high calorific value even from non-coking fuels and the increase in the ignition temperature through a rapid degassing process in economically viable system dimensions. Although a fuel mass is a body of low thermal conductivity, which also blocks gases that are released, the invention, as a result of the use of a large relative movement between the heating medium and fuel and the combination, enables economically viable internal and external heating of the gas extraction system allows, enables cheap fuels, such as high-fiber coal, to be used without extensive processing. Therefore, according to the invention, the heat transfer and degassing process is achieved by constant movement of the fuels to be degassed and the degassing means at high relative speeds, which results in a heat transfer coefficient that is many times greater than with static heat transfer and a greater degassing effect. The constant movement also results in a constant loosening of the fuel, so that there is no caking and the gaseous products can escape without hindrance.
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.The combination between the boiler system and the gas extraction system is designed, for example, in such a way that a degassing device is built onto the front wall of the boiler system, the outer wall of which is designed as thermal protection for the steam boiler system and the inner wall as a thin-walled radiation part between the boiler system and the gas extraction system.
Zur Bewegung des Brennstoffes in einer Gasgewinnungsanlage ist z.B. eine umlaufendeTo move the fuel in a gas extraction system, e.g. a rotating
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.A chain of stairs is provided in order to achieve a steadily moving degassing, whereby the fuel is led along the heating media, e.g. past a heated boiler wall and rising heating gases. As a further development, it is proposed to install cellular wheels in the gas extraction system, which alternately float and move the fuel past heating media. At higher temperatures, the staircase chains and cellular wheels can be made of refractory material, e.g. in the form that the cellular wheels are made from shaped stones and the staircase stones are attached to a link chain. The gas recovery system can also consist of vortex chambers in which degassing agents heated in the boiler system degas a fuel in a floating and steady swirling manner. The vortex chambers are connected to one another by closed chutes and are charged with degassing agents and external heaters that are constantly heated to a higher level until the fuel residue in the combustion chamber, for example a cyclone chamber, is burned. In the case of vortex chambers lined up one behind the other for gas extraction in temperature stages, the fuel degassed in the preceding chambers can be burned in the last vortex chamber. The fire chambers can also heat the degassing chambers. The vortex chambers can, for example, have a dust burner-like design, so that depending on the temperature setting, dust burners degas fuels in their chambers until the fuel is burned in the last configuration. The degassing agent can be enriched with oxygen by connecting it to an oxygen line.
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.Gas can also be extracted in series-connected, rotatable drums, which receive their heating from the boiler system and in which the fuel comes into close contact with the heating media.
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.The degassing can also take place by internal heating of the gas extraction system, whereby water gas or circulating gases can also be used as degassing agents, which are circulated through the boiler system for heating. Here it is possible to only use the interior heating at the higher temperature levels and thereby reduce carbon dioxide and form water gas from water vapor. The fuel itself can also be wholly or partially circulated through the degassing device with or without the addition of fresh fuel in order to achieve complete degassing, but to quickly provide the boiler with sufficient amounts of fuel at ignition temperature when the boiler is heavily loaded. It appears essential to add hot coke breeze from the last degassing stage that has been given up again to heat up fresh fuel.
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.Provision is also made for the volatile carbon materials of a degassing stage to bypass the heating medium of the upstream stage, to carry out precise temperature controls and then to heat the unused heat of the gases in the boiler system, e.g. in the air preheater. For temperature control, for separating baking fuel parts and for generating water gas, steam can also be taken from those pressure stages of the power plant that are already available for preheating the feed water, so that the steam has already done work before it is blown in. The throughput rate control is carried out from the heater stand of the boiler system, taking into account boiler load fluctuations.
Auf den Zeichnungen sind in schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically in the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Gesamteinbau eines kombinierten Entgasungs- und Verbrennungskessels,1 shows an overall installation of a combined degassing and combustion boiler,
Fig. 2-5 Ausbildungen von kombinierten Kessel-Gasgewinnungsanlagen.Fig. 2-5 Designs of combined boiler and gas recovery systems.
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.The previous gas generation systems work with externally heated individual chambers that are continuously or discontinuously filled with coal. The degassing progress of about 1 cm / h is extremely small, which results in large dimensions. The low degassing progress is due to the fact that the stationary or only slowly moving coal mass represents a body of low thermal conductivity and blocks the vent for the gases released. According to the invention, the entire heat transfer and degassing process is accelerated in that the constant movement of the coal to be degassed and the heating medium creates a relatively high relative speed between the coal and the heating medium, whereby the heat transfer coefficient increases to a multiple of that when the heat transfer is at rest. At the same time, the constant movement loosens the coal mass so that the gaseous products can easily escape. If, due to the nature of the coal, it is not possible to swirl the coal, a high level of heat transfer is achieved by creating thin layers of coal and utilizing radiant heat.
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.Fig. 1 shows how the fuel is degassed in different stages before entering the boiler, with steam or water then being injected to cool the coke in the lower area with the aim of giving the coke a suitable temperature for the furnace and, on the other hand, at the same time To generate water gas, which is the resulting degassing products gives an adjustable calorific value. The steam blown in is taken from the pressure levels of the power plant that are already available for preheating the feedwater, so that the steam has already done work before it is blown into the degassing chamber.
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.According to FIG. 2, the coal is guided on a chain of stairs along a radiant wall, specifically in thin layers, so that the movement and the radiation cause rapid heating. Two staircases are provided, one for performing the carbonization at around 600 ° and the second for performing the degassing at 1000 °. The coke is then burned in a vortex melting chamber, which is particularly suitable for coke combustion because a grain size of 0 - 6 mm can be processed, i.e. the coke, if it is already available in these grain sizes, only needs to be crushed slightly, which means high wear is avoided.
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.A similar arrangement is shown in FIG. 3, according to which the coal is moved along the radiant wall by means of cellular wheels, which results in an even greater loosening of the fuel to be smoldered and degassed. Otherwise, the arrangement corresponds to that shown in FIG.
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 zweiteIn an arrangement according to FIG. 4, the carbonization and degassing takes place in inclined, rotatable drums. In a first drum, which is designed as a tubular drum, the smoldering of the fuel takes place at around 600 ° by means of back-sucked smoke gases that are passed through a pipe system in countercurrent. A minimal smoldering time is achieved through the intimate contact of the fuel, which trickles down again and again from the rotating drum, with the heating surface. The smoldered fuel falls into a second
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.Rotary drum. This drum is heated by gases in such a way that part of the gas generated is pressed into the boiler and heated there in an internal heater to around 1100 - 1200 ° C. The internal gases heated in this way reach the lower part of the degassing drum and degas the fuel that has already been degassed in the first drum in countercurrent. The subsequent combustion of the coke can take place in a similar manner to the system according to FIG. 1.
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.A further example is shown in FIG. 5 with smoldering and degassing in vortex chambers. Two vortex chambers are drawn. In the first chamber the smoldering takes place at around 600 ° C, in a second the degassing takes place at 1000 ° C. The fuel entering the smoldering chamber is smoldered in direct contact with smoldering gases heated to around 800 ° C in a fuel gas vortex. The separately withdrawn carbonization gas first gives off its sensible heat in an air heater to the combustion air required for the combustion system. Some of the gas is returned to the carbonization chamber after it has been heated up in a self-heater. The smoldered fuel enters a degassing vortex chamber, in which it is degassed using the same process with clean gases heated to around 1300 ° C. The clean gas withdrawn separately again warms up the combustion air that has already been preheated by the carbonization gas. Some of the gas flows back to the degassing vortex chamber after it has been reheated to around 1300 ° C. The coke produced can, as in Example 1, be burned in a swirl chamber.
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