EP0101005B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausschleusen von Rückständen aschehaltiger Brennstoffe - Google Patents

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EP0101005B1
EP0101005B1 EP83107632A EP83107632A EP0101005B1 EP 0101005 B1 EP0101005 B1 EP 0101005B1 EP 83107632 A EP83107632 A EP 83107632A EP 83107632 A EP83107632 A EP 83107632A EP 0101005 B1 EP0101005 B1 EP 0101005B1
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EP
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water
separating chamber
pressure
line
water bath
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EP0101005A2 (de
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Josef Dipl.-Ing. Hibbel
Ulrich Dipl.-Ing. Gerhardus
Volkmar Dipl.-Ing. Schmidt
Bernhard Lieder
Heinrich Dipl.-Ing. Scheve
Erwin Zerres
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Hoechst AG
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Ruhrchemie AG
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Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for discharging residues which arise in the gasification of ash-containing, in particular solid, fuels such as hard coal, lignite and other carbon-containing substances with oxygen or oxygen-containing compounds such as water and / or carbon dioxide.
  • the feedstock is converted at a pressure of 10 to 200 bar.
  • the gasification residues leave the gasification chamber in liquid or plastic form and are converted into solid granules, which can also be fine-grained, in a water bath connected to the gasification chamber. With the help of a water-filled lock container arranged under the water bath, the granular residues are periodically discharged from the pressure system of the pressure gasification system.
  • the method and device for discharging the ashes must meet a number of requirements. Apart from the fact that their operation should be possible with economically justifiable effort, it must be ensured that the residues are discharged safely and without harming the environment. For example, the escape of product gas from the high-pressure gasification room into the atmosphere must be avoided due to the risk of poisoning and explosion. In addition, care must be taken to ensure that dangerous or unpleasant gases, e.g. are dissolved in the process water under pressure and become free when relaxing, just as little as the waste water derived with the slag can get into the environment. Finally, the outflow of the granulated slag from the gasification chamber into the discharge system should only be briefly interrupted by the discharge process in order to prevent the slag from backing up in the gasification chamber and thus blocking the outlet.
  • DE-OS 2 8 29 629 describes a method for periodically discharging residues resulting from the gasification of ash-containing fuels.
  • the resulting combustion residues granulate in a water bath.
  • a lock container which is connected to a separate water supply, is arranged below the water bath. It is connected to the water bath via a line in which an injector is installed. The injector draws water from the lock tank and conveys it back into the water bath. To compensate, water and slag from the water bath enter the lock. The slag sediments in the lock. Before the slag collected in the lock container is discharged, the lock container, which is under the same pressure as the water bath, is expanded into the separate, unpressurized or slightly overpressure water reservoir.
  • a predetermined amount of water is flushed into the lock tank from the water supply, as a result of which water and slag from the lock tank enter a downstream, unpressurized or slightly overpressure collecting tank in which slag and water are separated.
  • the lock tank which is always completely filled with water, is brought to the pressure prevailing in the water bath by opening a connecting line leading to the water bath.
  • the sluice tank is filled with slag using the previously described water circuit, which is maintained with the help of the injector.
  • the invention consists in a process for the periodic removal of residues resulting from the gasification of ash-containing, in particular solid, fuels with oxygen or oxygen-containing gasifying agents under a pressure of 10 to 200 bar, which are granulated in a water bath and which are connected to a separate water supply standing, constantly filled with water lock container, from which they are discharged after relaxing from the gasification pressure to 0.05 to 4 bar or atmospheric pressure through the water supply, into a downstream container.
  • a separation chamber is arranged between the water bath and the lock container, when the lock container is filled with slag a water stream directed from the water bath into the separation chamber is generated, which is returned from the separation chamber into the water bath, water and slag separate from each other, slag enters the lock container below the separation chamber, the separation chamber is connected to the separate water supply and the hot water in the separation chamber is cooled or filled with slag after filling the lock container and before discharging the water-Schlakke mixture cold water is replaced.
  • the water-slag mixture reaches a separating chamber completely filled with water by means of a circulation flow via shut-off devices through a central channel and is returned to the water bath as a hot water phase cleaned of solids from the separating chamber using a conveying unit.
  • the central channel consists of a pipe socket, to which adjoining guide surfaces adjoin one another and which have an opening forming the channel in their center.
  • the guide surfaces are expediently self-contained and have the shape of a truncated cone or an inclined plate, the opening of which is determined by the overall diameter and points upwards. Their diameter is from 70% to 99% of the diameter of the separation chamber.
  • the lower part of the central channel is formed by a further tubular connection piece, the end of which protrudes only a short distance into a lock container immediately downstream of the separation chamber.
  • the central channel has the task of guiding falling solid particles into the lock tank and discharging hot water along its guide surfaces from the separation chamber.
  • the separation chamber On the one hand, the separation of finely divided slag, which settles on the guide surfaces built into the separation chamber, and water is brought about, on the other hand, the hot water is returned directly from the separation chamber to the water bath.
  • the hot water enters the separation chamber through the central channel flows between the baffles, which, due to an enlarged overall cross-section, slows down the flow considerably and also supports fine particles due to the short sedimentation paths between the plates.
  • the hot water is drawn off at the top of the separation chamber and returned to the water bath with the aid of the delivery unit.
  • the coarse, compact slag sinks due to its high weight directly through the central channel into the lock tank located below the separation chamber and settles there. Since the central channel leads through the separation chamber, but is only slightly submerged in the lock container, it is ensured that the hot and correspondingly lighter water which is circulated does not get into the lock container. Rather, the hot water flows between the individual, parallel guide surfaces before the end of the central channel and is returned to the water bath with the aid of the delivery unit.
  • the fine-particle ash or fine-grained slag particles settle on the guiding surfaces, agglomerate over time into a more compact layer which, due to its own weight, finally slides into the central channel following the inclination of the guiding surfaces and also reaches the lock tank via it. Possible heating due to mixing of the hot water from the water bath and the cold water of the lock container is thus prevented and, at the same time, sufficient separation of finely divided slag or ash is achieved.
  • the hot water in the separation chamber After filling the sluice tank with slag and ash, the hot water in the separation chamber, after opening the corresponding shut-off devices, is passed through a heat exchanger with the aid of the conveyor unit and cooled until the filling of the separation chamber has temperatures below 100 ° C.
  • This measure ensures that during the subsequent expansion of the separation chamber and the lock container from a gasification pressure of 10 to 200 bar to a pressure of 0.05 to 4 bar or atmospheric pressure, spontaneous evaporation processes are prevented due to the high water temperature.
  • the relaxation occurs very quickly and without whirling up or partial discharge of the lock contents via the relaxation line.
  • An alternative envisages introducing cold, pressurized water directly into the separation chamber instead of cooling by means of a heat exchanger, which is provided in the separation chamber to displace hot water via the connecting line between the separation chamber and the water bath into the water bath, in order to then relieve the contents of the separation chamber and lock container which have been exchanged and are also cold. Further relaxation takes place by opening a valve in a connecting line that connects the separation chamber to a pressure vessel operated downstream of the lock container and operated without pressure.
  • This collecting container always has a predetermined water level and is connected to a gas network under moderate pressure or to an exhaust system. The pressure is released, since only an incompressible volume of water, which has temperatures below its boiling point at atmospheric pressure, is released almost immediately.
  • the slag which has accumulated in the lock container, is discharged by means of a predetermined amount of water from a storage container arranged above the separation chamber, which is connected to the head of the separation chamber via a line.
  • the water flows inside the separation chamber from the outside between the guide surfaces into the central channel of the separation chamber and passes through this into the lock container and from there via a line through a previously opened shut-off device into a collecting container downstream of the lock container.
  • the slag that has accumulated in the lower part of the lock container is washed out and reaches the collecting container below the lock container as a water-slag mixture, in which the slag sediments and also the final separation of water and slag, e.g. by means of a mechanical separation device, such as a slag scraper or mud dredger.
  • the discharge takes place within a short time and is usually completed within 15 to 25 seconds, for the entire process of relaxation, discharge and pressure equalization between 20 and 30 seconds.
  • the opening and closing of the corresponding shut-off devices takes place automatically, thus preventing human error.
  • the separation chamber and the lock container always remain completely filled with water even during the discharge process. This is achieved in that the storage container arranged above the separation chamber is not completely emptied, but rather only a predetermined amount of water is removed from it.
  • the connection between the separation chamber and the storage container as well as that between the lock container and the collecting container is interrupted and the spontaneously occurring pressure equalization is brought about by opening a valve in a connection between the water bath and the separation chamber. After pressure equalization, this valve is closed and the line between the water bath and the separation chamber, which is intended for the passage of slag, is opened. At the same time, the path from the separation chamber via the conveyor unit to the water bath is cleared, the circuit is thus restored and the sluice container can again absorb slenderness.
  • FIG. 1 A possible embodiment of the device on which the inventive idea is based can be seen in FIG. 1.
  • the separation chamber 43 is equipped with a fill level measuring device 14.
  • the lock container 6 has two fill level measuring devices 23 and 25 and a pressure measuring device 20 and has jacket cooling 48.
  • the water bath 2 has a high temperature, for example 200 ° C., which is dependent on the water vapor partial pressure in the synthesis gas.
  • a quantity of process circuit water or fresh water that can be adjusted with a valve 10 is continuously fed in via a line 9.
  • a level control 11 keeps the water level constant by actuating a throttle element 12 in a drain line 13 which contains a cooler 41 and a further cooler 54.
  • Granulated residues with poor sedimentation behavior are withdrawn from the water bath 2 into the separation chamber 43 with the aid of a delivery unit 7, for example a pump, which is connected to the separation chamber via a line 40, 16 and valve 8.
  • a delivery unit 7 for example a pump
  • the hot water is separated from the slag in the separation chamber.
  • the water discharged from the separation chamber comes back with the process cycle water through a line 36 into the water bath.
  • the separation chamber 43 consists of a central feed channel 45, which is designed in the upper part as a pipe socket (45a), and the lower part 44 of which by means of conical plates arranged in parallel, which have a central opening (45b) at the bottom have facing baffles.
  • the last of these conical plates has an extension piece (45C) in the middle, which protrudes into the lock container 6.
  • the water-slag mixture reaches the separation chamber 43 via the centrally arranged feed channel 45.
  • the speed of the water-slag mixture is in the The supply channel is higher than between the parallel, upward-facing plate surfaces 44. Between these plate surfaces 44, there is therefore a slowdown in the flow and sedimentation of the solid particles. Coarser slag particles sink during this filling process through the feed channel directly into the lock container 6 located below the separation chamber 43.
  • valve 37 By opening valve 37, the hot water in the separation chamber is cooled by means of a cooling system 38 provided in line 39 via a line 39, which creates the connection to suction line 40 of delivery unit 7 via line 45, separation chamber 43 and ring line 16 . After the hot water has cooled, the pressure release can be initiated.
  • cold water from line 9 is fed to the separation chamber via line 53, which connects line 9 to the supply channel 45 via a valve 52, and the hot water located in the separation chamber via the ring line 16, line 13, cooler 41 and valve 12 that is open by a certain amount.
  • the valves 8 and 37 are closed. After the hot water has been displaced and valve 12 has been closed, the pressure in the separation chamber 43 and lock container 6 can be released.
  • Another possibility is to displace the hot water under pressure in the separation chamber by supplying cold water to the water bath.
  • the water is added, as described above, via line 9, line 53, valve 52 and feed channel 45.
  • the hot water to be displaced comes from the separation chamber 43 via the ring line 16, line 40, valve 8, which is opened, pump 7, valve 42, which is opened, and via line 36 into the water bath 2.
  • valves 52 and 8 are shut off. Then the pressure release of the separation chamber 43 and lock container 6 can take place.
  • the pressure release from the separation chamber 43 and lock container 6 takes place via the ring line 16 into a line 17 which, by opening valve 15 with simultaneously closed valves 8 and 37, the separation chamber via a line 17 with a water reservoir 18 which is under a pressure of 0.05 is up to 4 bar, and is connected to an exhaust gas network 19, is brought about.
  • Valve 15 is then closed.
  • the pressure release to atmospheric pressure takes place via a line 51, which is also connected to the ring line 16, by opening valve 46 into a collecting container 22, which is provided with a mechanical separating device 49 for separating slag and water and is under atmospheric pressure.
  • the gas quantities released in this pressure relief step are sucked off in the collecting container 22 via a line 50 and, for example, fed to a combustion.
  • the separation chamber and the lock container connected to it are emptied by opening valve 24, which is located in a connecting line 47 between water storage container 18 and line 40, and by opening valve 21, which is installed in the connecting line between lock container 6 and collecting container 22. brought about.
  • the water-slag mixture passes through the previously opened one Valve 21 in the collecting container 22, where water and slag, for example with a mechanical device such as a slag scraper 49.
  • Water from the collecting container 22 passes into the storage container 18 via a pump 32 and a valve 30 controlled by a level measuring device 33 and a line 31. Water losses which occur in the collecting container 22 as a result of the water-slag separation are prevented by means of a on the storage container 18 attached level meter 29, which opens a valve 34 located in a line 35, supplemented via line 31. In this way, a predetermined degree of filling is ensured in the reservoir 18.
  • valves 21, 46 and 24 are closed.
  • the lock container 6 and the separation chamber 43 are thus constantly filled with water.
  • the sluice container 6 can then be filled with slag again.
  • the pressure equalization between the water bath 2 and the lock container 6 takes place by opening valve 26 in a line 27 which connects lines 40 and 36 to one another.
  • a differential pressure measuring device 28 indicates this pressure compensation. Since the connecting lines 45, 40 and 9, like the separation chamber, are completely filled with water, the pressure equalization between the water bath 2 and the separation chamber 43 takes place momentarily via the incompressible medium water.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausschleusen von Rückständen, die bei der Vergasung von aschehaltiger, insbesondere festen Brennstoffen, wie Steinkohle, Braunkohle und anderen kohlenstoffhaltigen Substanzen mit Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Verbindungen wie Wasser und/oder Kohlendioxid entstehen. Die Umsetzung des Einsatzmaterials erfolgt bei einem Druck von 10 bis 200 bar. Die Vergasungsrückstände verlassen den Vergasungsraum flüssig bzw. plastisch und werden in einem, dem Vergasungsraum angeschlossenen Wasserbad in ein festes Granulat, das auch feinkörnig sein kann, überführt. Mit Hilfe eines unter dem Wasserbad angeordneten wassergefüllten Schleusbehälters werden die granulatförmigen Rückstände periodisch aus dem Drucksystem der Druckvergasungsanlage ausgetragen.
  • Verfahren und Vorrichtung zur Ausschleusung der Asche müssen eine Reihe von Forderungen erfüllen. Abgesehen davon, dass ihr Betrieb mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand möglich sein soll, ist sicherzustellen, dass die Ausschleusung der Rückstände gefahrlos und ohne Belastung der Umwelt erfolgt. So muss der Austritt von Produktgas aus dem unter hohem Druch stehenden Vergasungsraum in die Atmosphäre wegen Vergiftungs- und Explosionsgefahr unbedingt vermieden werden. Darüber hinaus ist dafür Sorge zu tragen, dass gefährliche bzw. geruchsbelästigende Gase, die z.B. im Prozesswasser unter Druck gelöst sind und beim Entspannen frei werden, ebenso wenig wie das mit der Schlacke abgeleitete Schmutzwasser in die Umwelt gelangen. Schliesslich soll der Abfluss der granulierten Schlacke aus dem Vergasungsraum in das Ausschleusungssystem durch den Ausschleusungsvorgang nur kurzzeitig unterbrochen werden, um einen Rückstau der Schlacke im Vergasungsraum und damit eine Blockierung des Auslaufs zu vermeiden.
  • In der DE-OS 2 8 29 629 wird ein Verfahren zum periodischen Ausschleusen von beim Vergasen aschehaltiger Brennstoffe anfallender Rückstände beschrieben. Die hierbei auftretenden Verbrennungsrückstände granulieren in einem Wasserbad. Unterhalb des Wasserbades ist ein Schleusbehälter, der mit einem gesonderten Wasservorrat in Verbindung steht, angeordnet. Er ist über eine Leitung, in der ein Injektor eingebaut ist, mit dem Wasserbad verbunden. Der Injektor saugt aus dem Schleusbehälter Wasser an und fördert dieses in das Wasserbad zurück. Zum Ausgleich gelangt Wasser und Schlacke aus dem Wasserbad in die Schleuse. Die Schlacke sedimentiert in der Schleuse. Vor dem Ausschleusen der im Schleusbhälter angesammelten Schlacke wird der unter dem gleichen Druck wie das Wasserbad stehende Schleusbehälter in den gesonderten, drucklosen bzw. unter geringem Überdruck stehenden Wasservorrat entspannt. Anschliessend wird aus dem Wasservorrat eine vorgegebene Menge Wasser in den Schleusbehälter gespült, wodurch Wasser und Schlacke aus dem Schleusbehälter in einen nachgeschalteten, drucklosen bzw. unter geringem Überdruck stehenden Auffangbehälter, in dem Schlacke und Wasser getrennt werden, gelangen. Nach Unterbrechen der Verbidung vom Schleusbehälter zum Wasserbad wird der stets restlos mit Wasser gefüllte Schleusbehälter durch Öffnen einer Verbindungsleitung, die zum Wasserbad führt, auf den im Wasserbad herrschenden Druck gebracht. Das Befüllen des Schleusbehälters mit Schlacke erfolgt über den zuvor beschriebenen Wasserkreislauf, der mit Hilfe des Injektors aufrecht erhalten wird.
  • Das in der vorstehend aufgeführten Druckschrift praktizierte Verfahren lässt sich allerdings nur dann ohne Störung durchführen, wenn gewährleistet ist, dass die Temperatur im Wasserbad möglichst unter 100°C bzw. nur geringfügig über dem Siedepunkt der wässrigen Phase bei Atmosphärendruck liegt. Bei Temperaturen oberhalb des Siedepunktes der wässrigen Phase bei Atmosphärendruck treten bei der erforderlichen Entspannung des Druckes des Schleusbehälters auf Atmosphärendruck, die dem drucklos durchzuführenden Entleeren vorangehen soll, Schwierigkeiten infolge spontaner, unerwünschter Verdampfungsvorgänge auf. Diese Verdampfungen verhindern die erwünschte rasche Entspannung und wirbeln Flüssigkeit und schon abgeschiedene Asche auf, die mit dem Entspannungsgas abgeführt wird. Bei der Verwendung stark schlackehaltiger Kohle, deren Schlacke im heissen Zustand in das Wasserbad gelangt und/oder teilweisem bzw. direktem Quench des aus der Kohle gebildeten Gasgemisches wird das Wasserbad abhängig vom Betriebsdruck zwangsweise auf Temperaturen erhitzt, die weit oberhalb des Siedepunktes der wässrigen Phase bei Atmosphärendruck liegen. Als Folge hiervon stellen sich die vorstehend genannten Erschwernisse ein. Diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt.
  • Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum periodischen Ausschleusen von beim Vergasen aschehaltiger, insbesondere fester Brennstoffe mit Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln unter einem Druck von 10 bis 200 bar entstehenden Rückständen, die in einem Wasserbad granuliert werden und die über einen mit einem gesonderten Wasservorrat in Verbindung stehenden, ständig mit Wasser gefüllten Schleusbehälter, aus dem sie nach Entspannen vom Vergasungsdruck auf 0,05 bis 4 bar bzw. Atmosphärendruck durch den Wasservorrat ausgetragen werden, in einen nachgeschalteten Behälter gelangen. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wasserbad und dem Schleusbehälter eine Trennkammer angeordnet ist, beim Befüllen des Schleusbehälters mit Schlacke ein vom Wasserbad in die Trennkammer gerichteter Wasserstrom erzeugt wird, dieser von der Trennkammer in das Wasserbad zurückgeführt wird, wobei Wasser und Schlacke sich voneinander trennen, Schlacke in den unterhalb der Trennkammer befindlichen Schleusbehälter gelangt, die Trennkammer mit dem gesonderten Wasservorrat in Verbindung steht und das in der Trennkammer befindliche heisse Wasser nach Befüllen des Schleusbehälters mit Schlacke und vor dem Ausschleusen von Wasser-Schlakke-Gemisch gekühlt oder durch kaltes Wasser ersetzt wird.
  • Im Wasserbad granulieren die bei der Vergasung aschehaltiger, insbesondere fester Brennstoffe enthaltenden Rückstände. Das Wasser-Schlacke-Gemisch gelangt mittels eines Kreislaufstromes über Absperrorgane durch einen zentrischen Kanal in eine restlos mit Wasser gefüllte Trennkammer und wird als von Feststoffen gereinigte, heisse Wasserphase von der Trennkammer unter Verwendung eines Förderaggregates in das Wasserbad zurückgeführt. Der zentrische Kanal besteht in seinem oberen Teil aus einem Rohrstutzen, an den sich parallel zueinander angeordnete Leitflächen anschliessen, die in ihrer Mitte eine den Kanal bildende Öffnung aufweisen. Zweckmässigerweise sind die Leitflächen in sich geschlossen und besitzen die Form eines Kegelstumpfes oder einer Schrägplatte, deren durch den Gesamtdurchmesser bestimmte Öffnung nach oben weist. Ihr Durchmesser beträgt von 70% bis 99% des Durchmessers der Trennkammer. Sie sind an tragenden Achsen aufgehängt, die Distanzstücke aufweisen, um eine parallele Anordnung der einzelnen Leitflächen zu gewährleisten. Es erweist sich als vorteilhaft, eine Kegelform mit einem Öffnungswinkel von 30 bis 160°, vorzugsweise 60 bis 120°, zu verwenden. Es ist jedoch auch möglich, die Leitflächen als Schrägplatten auszugestalten.
  • Den unteren Teil des zentrischen Kanals bildet ein weiterer rohrförmiger Stutzen, der mit seinem Ende in einen der Trennkammer unmittelbar nachgeschalteten Schleusbehälter lediglich ein kurzes Stück hineinragt. Dem zentrischen Kanal kommt die Aufgabe zu, herabfallende Feststoffteile in den Schleusbehälter zu leiten und heisses Wasser entlang seiner Leitflächen aus der Trennkammer abzuführen.
  • In der Trennkammer wird zum einen die Trennung von feinteiliger Schlacke, die sich auf den in der Trennkammer eingebauten Leitflächen absetzt, und Wasser herbeigeführt, zum anderen wird das heisse Wasser unmittelbar aus der Trennkammer wieder in das Wasserbad zurückgeführt.
  • Das heisse Wasser tritt durch den zentrischen Kanal in die Trennkammer ein, strömt zwischen den Leitflächen hindurch, wodurch infolge eines vergrösserten Gesamtquerschnittes eine erhebliche Strömungsverlangsamung und unterstützt durch die kurzen Sedimentationswege zwischen den Platten auch feine Partikel wirkungsvoll abgeschieden werden. Das heisse Wasser wird am Kopf der Trennkammer abgezogen und mit Hilfe des Förderaggregates wieder dem Wasserbad zugeleitet. Die grobteilige, kompakte Schlacke sinkt infolge ihres hohen Eigengewichtes direkt durch den zentrischen Kanal in den unterhalb der Trennkammer angeordneten Schleusbehälter und setzt sich dort ab. Da der zentrische Kanal zwar durch die Trennkammer führt, aber nur geringfügig in den Schleusbehälter eintaucht, ist gewährleistet, dass das im Kreislauf geführte heisse und entsprechend leichtere Wasser nicht in den Schleusbehälter gelangt. Vielmehr strömt das heisse Wasser bereits vor dem Ende des zentrischen Kanals zwischen den einzelnen, parallel angeordneten Leitflächen hindurch und wird mit Hilfe des Förderaggregates in das Wasserbad zurückgeführt.
  • Die feinteiligen Asche- bzw. feinkörnigen Schlackepartikel setzen sich auf den Leitflächen ab, agglomerieren im Laufe der Zeit zu einer kompakteren Schicht, die infolge ihres Eigengewichtes schliesslich der Neigung der Leitflächen folgend in den zentrischen Kanal rutschen und über diesen ebenfalls in den Schleusbehälter gelangen. Eine mögliche Erwärmung infolge von Vermischung des heissen, dem Wasserbad entstammenden Wassers und dem kalten Wasser des Schleusbehälters wird somit verhindert und zugleich eine ausreichende Abscheidung feinteiliger Schlacke bzw. Asche erreicht.
  • Sobald der unmittelbar unterhalb der Trennkammer angeordnete Schleusbehälter mit Schlacke, d.h. sowohl mit der soeben beschriebenen feinkörnigen Schlacke, die auf den Leitflächen in der Trennkammer agglomeriert und von dort absinkt, als auch mit grobkörniger, kompakter Schlacke, die direkt durch die Trennkammer im zentrischen Kanal nach unten in den Schleusbehälter sinkt, gefüllt ist, wird die Zufuhr von Wasser-Schlacke-Gemisch aus dem Wasserbad in die Trennkammer durch Schliessen von Absperrorganen unterbrochen. Dies gilt ebenfalls für den mittels des Förderaggregates betriebenen Kreislauf, in dem von dem Wasserbad zu der Trennkammer ein Wasser-Schlacke-Gemisch und von der Trennkammer zu dem Wasserbad die von Schlacke befreite heisse Wasserphase zirkuliert. Im Anschluss an die Befüllung des Schleusbehälters mit Schlacke und Asche wird das in derTrennkammer befindliche, heisse Wasser nach Öffnen entsprechender Absperrorgane mit Hilfe des Förderaggregates über einen Wärmeaustauscher geführt und solange abgekühlt, bis die Füllung der Trennkammer Temperaturen unter 100°C aufweist. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass beim nachfolgenden Entspannen der Trennkammer und des Schleusbehälters von einem Vergasungsdruck von 10 bis 200 bar auf einen Druck von 0,05 bis 4 bar bzw. Atmosphärendruck infolge der hohen Wassertemperatur spontan auftretende Verdampfungsvorgänge unterbunden werden. Die Entspannung tritt so sehr rasch und ohne Aufwirbelung bzw. teilweisen Austrag des Schleusinhalts über die Entspannungsleitung ein.
  • Eine Alternative sieht vor, anstelle der Kühlung mittels eines Wärmeaustauschers direkt kaltes, unter Druck stehendes Wasser in die Trennkammer einzuführen, das in der Trennkammer vorhandene, heisse Wasser über die Verbindungsleitung zwischen Trennkammer und Wasserbad in das Wasserbad zu verdrängen, um anschliessend die Entspannung des so ausgetauschten, ebenfalls kalt vorliegenden Inhaltes von Trennkammer und Schleusbehälter vorzunehmen. Die weitere Entspannung erfolgt durch Öffnen eines Ventils in einer Verbindungsleitung, die die Trennkammer mit einem dem Schleusbehälter nachgeschalteten, drucklos betriebenen Auffangbehälter verbindet. Dieser Auffangbehälter weist stets einen vorgegebenen Wasserstand auf und ist an ein unter mässigem Druck stehendes Gasnetz oder an eine Absaugung angeschlossen. Die Entspannung des Druckes erfolgt, da lediglich ein imkompressibles Wasservolumen, das Temperaturen unterhalb seines Siedepunktes bei Atmosphärendruck aufweist, freigesetzt wird, fast augenblicklich.
  • Die Ausschleusung der Schlacke, die sich im Schleusbehälter angesammelt hat, erfolgt mittels einer vorgegebenen Wassermenge aus einem oberhalb der Trennkammer angeordneten Vorratsbehälter, welcher über eine Leitung mit dem Kopf der Trennkammer in Verbindung steht. Das Wasser strömt innerhalb der Trennkammer von aussen zwischen den Leitflächen in den zentrischen Kanal der Trennkammer und gelangt durch diesen in den Schleusbehälter und von dort über eine Leitung durch ein zuvor geöffnetes Absperrorgan in einen dem Schleusbehälter nachgeschalteten Auffangbehälter. Durch die Zugabe von Wasser aus dem Vorratsbehälter wird die im unteren Teil des Schleusbehälters angesammelte Schlacke herausgeschwemmt und gelangt als Wasser-Schlacke-Gemisch in den unterhalb des Schleusbehälters angeordneten Auffangbehälter, in dem die Schlacke sedimentiert und auch die abschliessende Trennung von Wasser und Schlacke z.B. durch eine mechanische Trennvorrichtung, wie einem Schlackekratzer oder Schlammbagger, erfolgt.
  • Die Ausschleusung erfolgt binnen kurzer Zeit und ist in der Regel innerhalb von 15 bis 25 Sekunden abgeschlossen, für den gesamten Ablauf der Entspannung, Ausschleusung und des Druckausgleiches sind zwischen 20 bis 30 Sekunden zu veranschlagen. Der zeitliche Ablauf des Öffnens und Schliessens entsprechender Absperrorgane erfolgt automatisch, auf diese Weise wird menschliches Versagen ausgeschlossen.
  • Die Trennkammer und der Schleusbehälter verbleiben auch während des Ausschleusungsvorganges stets restlos mit Wasser gefüllt. Dies wird dadurch erreicht, dass der oberhalb der Trennkammer angeordnete Vorratsbehälter nicht restlos entleert, vielmehr ihm nur eine vorgegebene Menge Wasser entnommen wird. Nach der Ausschleusung wird die Verbindung zwischen Trennkammer und Vorratsbehälter ebenso wie die zwischen Schleusbehälter und Auffangbehälter unterbrochen und der sich spontan einstellende Druckausgleich durch Öffnen eines Ventils in einer Verbindung zwischen Wasserbad und Trennkammer herbeigeführt. Nach Druckausgleich wird dieses Ventil geschlossen und die Leitung zwischen Wasserbad und Trennkammer, die für den Durchtritt von Schlacke vorgesehen ist, geöffnet. Gleichzeitig wird der Weg von der Trennkammer über das Förderaggregat zum Wasserbad freigegeben, der Kreislauf also wieder hergestellt, und der Schleusbehälter kann erneut Schlanke aufnehmen.
  • Eine mögliche Ausgestaltung der dem Erfindungsgedanken zugrundeliegenden Vorrichtung ist der Abbildung 1 zu entnehmen.
  • Die in einem Gasraum 1 bei Drücken von 10 bis 200 bar und bei Temperaturen von 1100 bis 1700°C gebildeten Vergasungsrückstände gelangen in ein Wasserbad 2, kühlen dort ab, granulieren und treten durch ein geöffnetes Sicherheitsabsperrorgan 3, eine flexible Verbindung 4, z.B. einen Kompensator, ein geöffnetes Absperrorgan 5 in Wasser suspendiert in eine Trennkammer 43, die mit einem Schleusbehälter 6 verbunden ist und unter dem gleichen hohen Druck wie der Vergasungsraum steht, ein. Die Trennkammer 43 ist mit einem Füllstandsmessgerät 14 ausgerüstet. Der Schleusbehälter 6 weist zwei Füllstandsmessgeräte 23 und 25 sowie ein Druckmessgerät 20 auf und besitzt eine Mantelkühlung 48.
  • Das Wasserbad 2 hat eine vom Wasserdampfpartialdruck im Synthesegas abhängige hohe Temperatur von beispielsweise 200°C. Um die Konzentration an gelösten Salzen und feinkörnigen Feststoffpartikeln, die von den Vergasungsrückständen herrühren, im Wasser nicht unzulässig hoch ansteigen zu lassen, wird über eine Leitung 9 eine mit einem Ventil 10 einstellbare Menge Prozesskreislaufwasser bzw. Frischwasser ständig eingespeist. Eine Standregelung 11 hält durch Betätigen eines Drosselorgans 12 in einer Ablaufleitung 13, die einen Kühler 41 und einen weiteren Kühler 54 enthält, den Wasserstand konstant. Granulierte Rückstände mit schlechtem Sedimentationsverhalten werden mit Hilfe eines Förderaggregates 7, z.B. einer Pumpe, die über eine Leitung 40, 16 und Ventil 8 mit der Trennkammer in Verbindung steht, aus dem Wasserbad 2 in die Trennkammer 43 abgezogen. In der Trennkammer erfolgt eine Trennung des heissen Wassers von der Schlacke. Das dabei aus der Trennkammer abgeleitete Wasser gelangt mit dem Prozesskreislaufwasser über eine Leitung 36 in das Wasserbad zurück. Die Trennkammer 43 besteht gemäss Fig. 2 aus einem zentrischen Zuführungskanal 45, der im oberen Teil als Rohrstutzen (45a) ausgebildet ist, und dessen unterer Teil 44 durch kegelförmig ausgebildete, parallel angeordnete Teller, die eine zentrische Öffnung (45b) an den nach unten weisenden Leitflächen besitzen, gebildet wird. Der letzte dieser kegelförmigen Teller besitzt in der Mitte einen Verlängerungsstutzen (45C), der in den Schleusbehälter 6 ragt. Infolge der Saugwirkung der Pumpe 7 gelangt das Wasser-Schlacke-Gemisch über den zentrisch angeordneten Zuführungskanal 45 in die Trennkammer 43. Die Geschwindigkeit des Wasser-Schlacke-Gemisches ist in dem Zuleitungskanal höher als zwischen den parallel angeordneten, nach oben gerichteten Tellerflächen 44. Zwischen diesen Tellerflächen 44 kommt es somit zu einer Verlangsamung der Strömung und zu einer Sedimentation der Feststoffpartikel. Gröbere Schlackenpartikel sinken während dieses Füllvorganges durch den Zuführungskanal direkt in den unterhalb derTrennkammer 43 befindlichen Schleusbehälter 6.
  • Da sowohl die Trennkammer 43 als auch der mit ihr verbundene Schleusbehälter 6 stets restlos mit Wasser befüllt vorliegen, findet eine Durchmischung des kalten Inhaltes des Schleusbehälters 6 mit dem in die Trennkammer 43 eintretenden heissen Wasser-Schlacke-Gemisch nicht statt. Vielmehr wird das heisse Wasser in der Trennkammer entlang der kegelförmigen Teller umgelenkt und über Kopf mittels der Ringleitung 16, die in die Leitung 40 mündet, über Ventil 8, Förderaggregat 7, Ventil 42 und Leitung 36 in das Wasserbad 2 zurückgeführt. Nach Befüllen des Schleusbehälters 6 mit Schlacke werden das Ventil 10 und das Ventil 12 gleichzeitig geschlossen. Die Wasserzufuhr über Leitung 9 und die Wasserableitung über die Leitung 13 sind damit unterbrochen. Durch Schliessen von Ventil 5 wird die Verbindung mit dem Wasserbad und die Rückführung des Wassers aus der Trennkammer in das Wasserbad durch Schliessen von Ventil 42 beendet. Durch Öffnen von Ventil 37 wird über eine Leitung 39, die über die Leitung 45, die Trennkammer 43 und Ringleitung 16 die Verbindung zur Ansaugleitung 40 des Förderaggregates 7 herstellt, das in der Trennkammer befindliche heisse Wasser mittels eines in der Leitung 39 angebrachten Kühlsystems 38 abgekühlt. Nach Abkühlung des heissen Wassers kann die Druckentspannung eingeleitet werden.
  • Es ist auch vorgesehen, das heisse, in der Trennkammer befindliche, unter Druck stehende Wasser durch Zufuhr von kaltem Wasser zu verdrängen. Hierfür wird kaltes Wasser aus Leitung 9 über eine Leitung 53, die die Leitung 9 über ein Ventil 52 mit dem Zuführungskanal 45 verbindet, der Trennkammer zugeleitet und das in der Trennkammer befindliche heisse Wasser über die Ringleitung 16, Leitung 13, Kühler 41 und Ventil 12, das um einen gewissen Betrag geöffnet ist, abgeleitet. Die Ventile 8 und 37 sind geschlossen. Nach Verdrängung des heissen Wassers und nach Schliessen von Ventil 12 kann die Druckentspannung von Trennkammer 43 und Schleusbehälter 6 vorgenommen werden.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das heisse, in der Trennkammer befindliche, unter Druck stehende Wasser durch Zufuhr von kaltem Wasser in das Wasserbad zu verdrängen. Die Wasserzugabe erfolgt dabei, wie zuvor beschrieben, über Leitung 9, Leitung 53, Ventil 52 und Zuführungskanal 45. Das zu verdrängende, heisse Wasser gelangt aus der Trennkammer 43 über die Ringleitung 16, die Leitung 40, Ventil 8, das geöffnet wird, Pumpe 7, Ventil 42, das geöffnet wird, und über die Leitung 36 in das Wasserbad 2. Nach Verdrängen des heissen Inhalts der Trennkammer werden die Ventile 52 und 8 abgesperrt. Danach kann die Druckentspannung von Trennkammer 43 und Schleusbehälter 6 erfolgen.
  • Die Druckentspannung von Trennkammer 43 und Schleusbehälter 6 erfolgt über die Ringleitung 16 in eine Leitung 17, die durch Öffnen von Ventil 15 bei gleichzeitig geschlossenen Ventilen 8 und 37 die Trennkammer über eine Leitung 17 mit einem Wasservorratsbehälter 18, der unter einem Druck von 0,05 bis 4 bar steht, und an ein Abgasnetz 19 angeschlossen ist, herbeigeführt wird. Hierbei entweichen in Wasser gelöste gasförmige Bestandteile wie CO und H2. Da im wesentlichen lediglich ein eingeschlossenes Flüssigkeitsvolumen entspannt wird, erfolgt der Druckausgleich spontan. Ventil 15 wird anschliessend geschlossen. Die Druckentspannung auf Atmosphärendruck erfolgt über eine Leitung 51, die ebenfalls an die Ringleitung 16 angeschlossen ist, durch Öffnen von Ventil 46 in einen Auffangbehälter 22, der mit einer mechanischen Trennvorrichtung 49 zur Trennung von Schlacke und Wasser versehen ist und unter Atmosphärendruck steht. Die bei diesem Druckentspannungsschritt restlichen, freigesetzten Gasmengen werden in dem Auffangbehälter 22 über eine Leitung 50 abgesaugt und beispielsweise einer Verbrennung zugeführt.
  • Die Entleerung der Trennkammer und des mit ihr verbundenen Schleusbehälters wird durch Öffnen von Ventil 24, das sich in einer Verbindungsleitung 47 zwischen Wasservorratsbehälter 18 und Leitung 40 befindet und durch Öffnen von Ventil 21, das in der Verbindungsleitung zwischen Schleusbehälter 6 und Auffangbehälter 22 eingebaut ist, herbeigeführt. Aus dem Vorratsbehälter 18 strömt nunmehr Wasser über die Ringleitung in die Trennkammer 43 und spült die zwischen den einzelnen konischen, parallel angeordneten Tellerflächen abgelagerte Schlacke in den zentrischen Zuführungskanal und von dort in den Schleusbehälter 6. Das Wasser-Schlacke-Gemisch gelangt über das zuvor geöffnete Ventil 21 in den Auffangbehälter 22, wo Wasser und Schlacke z.B. mit einer mechanischen Vorrichtung, wie mit einem Schlackekratzer 49, getrennt werden.
  • Wasser aus dem Auffangbehälter 22 gelangt über eine Pumpe 32 und ein durch ein Füllstandsmessgerät 33 gesteuertes Ventil 30 und eine Leitung 31 in den Vorratsbehälter 18. Wasserverluste, die infolge der Wasser-Schlacke-Trennung im Auffangbehälter 22 entstehen, werden mit Hilfe eines am Vorratsbehälters 18 angebrachten Füllstandsmessgerätes 29, das ein in einer Leitung 35 befindliches Ventil 34 öffnet, über Leitung 31 ergänzt. Auf diese Weise wird im Vorratsbehälter 18 ein vorgegebener Füllungsgrad gewährleistet.
  • Bevor der Wasservorratsbehälter 18 leer läuft, werden die Ventile 21, 46 und 24 geschlossen. Der Schleusbehälter 6 und die Trennkammer 43 sind somit ständig mit Wasser gefüllt. Die Befüllung des Schleusbehälters 6 mit Schlacke kann hiernach erneut erfolgen.
  • Der Druckausgleich zwischen Wasserbad 2 und Schleussbehälter 6 erfolgt durch Öffnen von Ventil 26 in einer Leitung 27, die die Leitungen 40 und 36 miteinander verbindet. Ein Differenzdruckmessgerät 28 zeigt diesen Druckausgleich an. Da die Verbindungsleitungen 45, 40 und 9 ebenso wie die Trennkammer restlos mit Wasser befüllt vorliegen, erfolgt der Druckausgleich zwischen Wasserbad 2 und Trennkammer 43 über das inkompressible Medium Wasser momentan. Durch Schliessen der Ventile 26 und 37 und durch Öffnen der Absperrorgane 5, 8 und 42 wird die ursprüngliche Verbindung von Wasserbad und Trennkammer wieder hergestellt und die Trennkammer erneut mit Schlacke aus dem Wasserbad 2 befüllt. Die Standregelung 11 über die Ventile 10 und 12 wird wieder in Funktion gebracht.
  • Zur Verdeutlichung ist in Figur 2 die Trennkammer 43 und der Schleusbehälter 6 vergrössert abgebildet. Die eingetragenen Zahlen entsprechen den in der vorangegangenen Beschreibung erwähnten Elementen der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Claims (7)

1. Verfahren zum periodischen Ausschleusen von beim Vergasen aschehaltiger, insbesondere fester Brennstoffe mit Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln unter einem Druck von 10 bis 200 bar entstehenden Rückständen, die in einem Wasserbad (2) granuliert werden und die über einen mit einem gesonderten Wasservorratsbehälter (18) in Verbindung stehenden, ständig mit Wasser gefüllten Schleusbehälter (6), aus dem sie nach Entspannen vom Vergasungsdruck auf 0,05 bis 4 bar bzw. Atmosphärendruck durch Wasser aus dem Wasservorratsbehälter ausgetragen werden, in einen nachgeschalteten Behälter (22) gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser-Schlacke-Gemisch durch einen zentrischen Kanal (45) in eine restlos mit Wasser gefüllte Trennkammer (43) gelangt, das heisse Wasser zwischen Leitflächen (44) hindurchströmt und am Kopf der Trennkammer (43) abgezogen und dem Wasserbad wieder zugeführt wird, das in der Trennkammer befindliche heisse Wasser bis auf eine Temperatur unter 100°C abgekühlt wird, Trennkammer und Schleusbehälter entspannt werden, eine vorgegebene Wassermenge aus einem Wasservorratsbehälter (18) über Kopf (16) in die Trennkammer eingeführt wird und innerhalb der Trennkammer von aussen zwischen den Leitflächen hindurch über den zentrischen Kanal in den Schleusbehälter (6) strömt und die im unteren Teil des Schleusbehälters angesammelte Schlacke herausschwemmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Kühlung des in der Trennkammer befindlichen heissen Wassers in die Trennkammer direkt unter Druck stehendes, kaltes Wasser eingeführt und das heisse Wasser aus der Trennkammer verdrängt wird, um anschliessend Trennkammer und Schleusbehälter zu entspannen.
3. Vorrichtung zum periodischen Ausschleusen von beim Vergasen aschehaltiger, insbesondere fester Brennstoffe mit Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln unter einem Druck von 10 bis 200 bar entstehenden Rückständen, die in einem Wasserbad (2) granuliert werden, bestehend aus einem Gasgenerator mit Vergasungsraum und an diesem sich anschliessenden Wasserbad (2), das über Absperrorgane mit einem nachgeschalteten Schleusbehälter (6) sowie mit einem Wasservorratsbehälter (18) verbunden ist, der an ein Unterdruck aufweisendes Gasnetz (19) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wasserbad (2) und Schleusbehälter (6) eine Trennkammer (43) angeordnet ist, das Wasserbad (2) über eine Leitung (45) mit der Trennkammer (43) und die Trennkammer (43) über eine am Kopf der Trennkammer (43) angebrachte Ringleitung (16) sowie eine Leitung (40), Ventil (8), ein Förderaggregat (7), ein Ventil (42) und eine Leitung (36) mit dem Wasserbad (2) in Verbindung steht, und dass die Trennkammer (43) über die Leitung (40), Ventil (8), das Förderaggregat (7), über ein Ventil (37), über einen Kühler (38) und eine Leitung (39) mit der Leitung (45) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den zentrischen Kanal (45), der im oberen Teil als Rohrstutzen (45a) ausgebildet ist, Leitflächen (44) anschliessen, die in ihrer Mitte eine den Kanal bildende Öffnung (45b) aufweisen und den unteren Teil des Kanals ein weiterer rohrförmiger Stutzen (45c) bildet, der ein kurzes Stück in den Schleusbehälter (6) hineinragt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflächen (44) parallel angeordnet sind, einen Öffnungswinkel von 30 bis 160° aufweisen und der Strömungsquerschnitt sich nach aussen hin kontinuierlich erweitert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflächen in sich geschlossen sind und die Form eines Kegelstumpfes oder einer Schrägplatte besitzen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Leitflächen 70 bis 99% des Durchmessers der Trennkammer (43) beträgt.
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