EP0780459A2 - Process for gasifying carbon containing solids in a fluidized bed and corresponding gasifier - Google Patents

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EP0780459A2
EP0780459A2 EP96118067A EP96118067A EP0780459A2 EP 0780459 A2 EP0780459 A2 EP 0780459A2 EP 96118067 A EP96118067 A EP 96118067A EP 96118067 A EP96118067 A EP 96118067A EP 0780459 A2 EP0780459 A2 EP 0780459A2
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EP
European Patent Office
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fluidized bed
solids
gasified
gasification
section
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP96118067A
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German (de)
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EP0780459A3 (en
Inventor
Bernd Prof. Dr. Meyer
Wolfgang H. Dr. Adlhoch
Alfred Gustav Mittelstädt
Georg Karkowski
Ingo Schumacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinbraun AG
Original Assignee
Rheinbraun AG
Rheinische Braunkohlenwerke AG
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Publication date
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Application filed by Rheinbraun AG, Rheinische Braunkohlenwerke AG filed Critical Rheinbraun AG
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Publication of EP0780459A3 publication Critical patent/EP0780459A3/en
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    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/54—Gasification of granular or pulverulent fuels by the Winkler technique, i.e. by fluidisation
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
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    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/02—Dust removal
    • C10K1/026—Dust removal by centrifugal forces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/158—Screws

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a carburetor according to the preamble of claim 15.
  • the carbon-containing solids are gasified under increased pressure in a fluidized bed using endothermic and exothermic reacting gasification agents, with a post-gasification chamber above the fluidized bed and a fixed bed from the gasification residues, the so-called bottom product, underneath the fluidized bed, and fuels are introduced into the fluidized bed and solid Gasification residues are withdrawn from the fixed bed and the gas generated is led out of the post-gasification space and passed through a separator in which at least some of the solid particles entrained in the gas produced are separated and returned to the gasifier via a return line, while the product gas is at least pre-cleaned Condition leaves the separator.
  • Such a carburetor which can be designed as a high-temperature Winkler carburetor (HTW), z. B. depending on the nature of the materials to be gasified at a temperature between about 600 ° and 1300 ° C and under an excess pressure of up to 30 bar and more.
  • These carbonaceous materials can be coal (lignite and / or hard coal), biomass, carbonaceous Residues, e.g. B. sewage sludge, plastics and also mixtures of at least two of these substances.
  • the previously built HTW carburettors can be operated with a thermal output of up to 140 MW.
  • thermal composite power plants with coupled gas and steam generation and conversion of gas and steam into electrical energy - HTW carburettors are provided, which have a much higher thermal output, which can reach up to 900 MW, for example.
  • a power density of 50 MW / m 2 and more is aimed at in relation to the free gasification cross section of the post-gasification zone. Around 25 MW / m 2 are currently realized.
  • the desired power densities can, however, only be achieved if the solids to be gasified and the gaseous gasification agents are distributed as evenly as possible, especially in the fluidized bed, and if the gasification temperature is kept constant over the height of the fluidized bed.
  • the risk of the formation of overheated areas and of irregularly occurring bubbles of different sizes and distributions decreases, so that the temperatures to be observed in some areas of the fluidized bed, for example with regard to the nature of the ash of the solids to be gasified, are not exceeded either when the temperature in the fluidized bed is close to the maximum permissible temperature. This favors the achievement of high thermal performance.
  • a homogeneous fluidized bed leads to a reduction in the formation of undesired gaseous trace substances in the raw gas, for example benzene, naphthalene and other hydrocarbons, so that the effort for removing these trace substances in the downstream gas cleaning is correspondingly lower.
  • the invention has for its object a method for To make gasification of solid carbonaceous materials available using exothermic and endothermic gasification agents and the gasifier used, in which high gasification efficiencies and high power densities can be achieved at low trace substance concentrations in the raw product gas.
  • the substantially uniform radial flow profile of the gases in the fluidized bed is adjusted by appropriate adjustment and distribution of the gasifying agents blown into the fluidized bed and possibly also additionally blown-in gaseous media, for example recycled product gas, which is branched off, for example, in gas cleaning.
  • An absolute uniformity of the radial flow profile cannot, of course, be achieved, especially since the flow velocity in the immediate vicinity of the wall of the reaction space is noticeably lower anyway. The same applies to the average velocity of the gas flow in the direction of the longitudinal axis of the fluidized bed gasifier, which is constant or only increases slightly.
  • the homogeneity is decisively improved, since when approaching a uniform radial flow profile and the conditions mentioned for the speed of the gas flow in the axial direction, uneven flow conditions in the fluidized bed, which can result, for example, in the segregation of specifically heavier mineral components, are largely avoided. which fact can lead to a drop in temperature in the lower region of the fluidized bed. Furthermore, with the homogeneity of the fluidized bed aimed for by the invention, noticeable fluctuations in the height of the fluidized bed in the reaction space are avoided or at least greatly reduced.
  • a homogeneous fluidized bed according to the invention also avoids the occurrence of local flow streaks with significantly higher flow velocities and little moved or dead zones. Avoiding such flow conditions also results in a better exchange of the gaseous and solid components located in the fluidized bed transversely to the longitudinal axis of the reaction space of the gasifier, which fact also contributes to achieving a higher power density.
  • the solids concentration in the fluidized bed is essentially constant. This also reduces undesirable segregation effects, at least noticeably.
  • the upper boundary of the fluidized bed should be below the lower level in the post-gasification room, in which gasification agent is introduced into the post-gasification room.
  • the desired homogeneity of the fluidized bed is generally favored by the fact that gasifying agents are introduced into the fluidized bed in at least two levels that are horizontally spaced apart, the number and distribution of the individual feed nozzles over the circumference of the reaction space and also the distance between the two levels may depend on the particular circumstances, for example the nature of the carbon-containing materials to be gasified, such as grain size, grain size distribution, C content or the like. Of course, it is also possible to feed gasifying agents into the fluidized bed in more than two planes that are vertically spaced apart.
  • any gasification agent supply into the fluidized bed is a disturbance variable, so that it will be important to find a compromise between the desired homogeneity and the unavoidable disturbance of the fluidized bed by the supply of gasifying agents, which approaches an optimum.
  • the fact that the gasification agents are blown into the fluidized bed through nozzles arranged in the wall of the reactor, which if at all protrude with their outflow end from the wall of the reaction space into the fluidized bed, can be avoided in the reactor in the region of the fluidized bed, which fact also favors its homogeneity.
  • the entry points can advantageously be distributed symmetrically over the circumference of the reaction space.
  • Entering the solid materials on the wall of the reaction space delimiting the fluidized bed also has the advantage that the solid materials entered first move down in the immediate vicinity of the wall before they mix intensively with the solid particles in the fluidized bed.
  • This downward movement is essentially due to the fact that, as already mentioned, the speed in the immediate vicinity of the wall is lower due to the friction between the wall and the gas. It increases the residence time of the same and thus the rate of conversion of the solid carbon in the fluidized bed.
  • the fluidized bed volume required for the greatest possible reaction conversion can be accommodated predominantly in the lower, frustoconical section of the reaction chamber, which is favorable for the gasification processes, so that the upper region of the fluidized bed extends only a small amount into the cylindrical section of the reaction chamber.
  • the return line is inclined at an angle between 10 ° and 30 ° with respect to the inner wall of the frusto-conical lower section of the fluidized bed gasifier.
  • a particularly intensive mixing of the recycled solids with the solids in the fluidized bed can be achieved in that the recycled solids are introduced into the fluidized bed with an entry pulse following the inclination of the wall. This could, for. B. the device disclosed in DE-OS 36 17 802 of the applicant.
  • Feed screws, gravity-operated inclined tubes and pneumatically operated feed members can be used as suitable feed members for the solids, different feed members being able to be provided on the same carburetor. If there are several junctions for the entry of the solids to be gasified, a symmetrical distribution of the entry points, possibly including the entry point for the returned solids, is advantageous in order to achieve a uniform charge over the circumference.
  • the nozzles of the first nozzle plane above the fluidized bed for supplying gaseous gasification agent within the cylindrical upper section of the reaction space which may have a diameter of the order of 2 m, for example, are preferably slightly inclined downwards in the direction of the fluidized bed.
  • the vertically downward flow component of the gaseous medium which is brought about in this way counteracts the prevailing upward directed axial gas flow, as a result of which part of the solid emerging from the fluidized bed is moved back into the fluidized bed. This results in an extension of the reaction time and thus an improvement in the reaction turnover.
  • Nozzles of a further nozzle plane in the post-reaction space which may be arranged above it, can be directed upwards with their orifices, in order to allow through them caused vertically upward flow component to increase the gas velocity in the upper region of the post-gasification space.
  • a minimum residence time of the C-containing solid in the fluidized bed is required.
  • the residence time of the solid particles in the fluidized bed essentially depends on the volume which the fluidized bed occupies.
  • a larger fluidized bed volume with the same diameter of the cylindrical section is achieved if the half cone angle is reduced and the height of the truncated cone - and with it the height of the fluidized bed - is increased. It may be advantageous to choose half the cone angle of the frustoconical section of the reaction chamber so that the fluidized bed is covered with a maximum of twice the diameter of the cylindrical upper section.
  • the section of the fluidized bed which is located in the cylindrical region of the reaction space, has an axial extent which corresponds at most to twice the diameter of the cylindrical upper section.
  • the overlap can be, for example, 3 m.
  • Feedstocks with lower reactivity e.g. B. hard coal
  • the speed with which the C-fix portion of the solids is converted in the gasifier also depends on the partial pressure of the exothermic and endothermic gasifying agents - mainly O 2 , H 2 O, CO 2 . If the partial pressure of the gasifying agent in the gasifier is reduced by lowering the pressure and / or by using inert gas, a longer minimum dwell time is required.
  • the method according to the invention can be carried out using air to provide the necessary exothermic gasifying agent.
  • air it is also possible to use a mixture of O 2 on the one hand and air on the other hand, ie enriched air, or mixtures of O 2 and other gasifying agents.
  • the HTW carburetor 1 shown in the drawing is provided with an upper cylindrical section 2 with the inside diameter d.
  • the lower section 3 connects to the upper section 2 and has the shape of an inverted truncated cone having. Its larger diameter corresponds to the diameter d of the upper cylindrical section 2. Its smallest diameter 4 is determined by the cross section of the two devices 5 for the floor extraction. For a given half cone angle 11, this results in a specific axial length h for the lower section 3 of the HTW carburetor 1.
  • an entry 6 opens laterally into the lower section 3, via which the carbon-containing solid 7 is introduced into the fluidized bed 8.
  • the return line 9 opens into the lower section 3. Via the return line 9, dust 10 separated from the product gas is returned to the fluidized bed 8 in a cyclone or the like. If, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the half cone angle 11 of the lower section 3 is 8 °, the return line 9 is inclined at an angle 12 of 22 ° with respect to the wall of the lower section 3.
  • the fluidized bed 8 is acted upon by recycle gas 13, which also serves as a sealing and cooling gas, by means of the device 5 for the floor extraction.
  • recycle gas 13 which also serves as a sealing and cooling gas
  • the fluidized bed 8 is supplied with water vapor via the feed line 14.
  • a small axial flow is formed in the lower part of the fluidized bed 8.
  • Gas flows 19 and 20 experience further increases by the supply of further air or exothermic gasification agent 21 or 22 and the progressive conversion of the starting material 7 into coal gas.
  • the upper limit 23 of the fluidized bed 8 is located at an axial distance above the largest diameter d of the lower section 3, so that the part of the fluidized bed delimited on the upper side by the upper limit 23 covers the part 25 of the lower section 3 thereof by the dimension u .
  • the dimension of the overlap ü is 1 m in the selected example, in which the cylindrical section 2 of the HTW carburetor 1 has an inner diameter d of 2.8 m.
  • exothermic gasification agent 26 is blown in at an angle 27 of approximately 60 ° in the direction of the fluidized bed 8.
  • the air flow 26 causes the solid emerging from the fluidized bed in the form of bubbles to react immediately with the added gasifying agent and the unreacted solid experiences an impulse in the direction of the fluidized bed.
  • An increase in the speed of the gases emerging from the top of the fluidized bed 8 and flowing into the post-gasification zone is achieved by gasifying agent nozzles 36 arranged higher up, which are directed upwards at an angle 37, which is also approximately 60 °.
  • FIG. 2 shows the outflow of the gas flow profile in the radial direction in the individual horizontal planes of the lower section 3 of the HTW carburetor.
  • the speed indicated in FIG. 1 by arrows 15, 18, 19 and 20 is in each case the average speed of the gas speed prevailing in the individual injection planes 145, 16, 21 and 22.
  • the increase in this gas velocity is represented on the right side of FIG. 2 by line 28.
  • the dash-colon line 30 represents the average gas velocity if one turns the speed arrows 34, 15, 18, 19 and 20 to the right and imagines it as the basis on line 35. Based on the initial speed 15, the speed 20 in the last injection plane 22 experiences an increase between 130 and 300%.
  • the return line 9 opens into the lower section 3 of the HTW gasifier 1 in the horizontal plane III-III from the right.
  • the return line 9 is opposite an entry 6 for the feedstock 7 to be gasified lateral distances 31 of equal size in the same horizontal plane III-III, two further entries 32 and 33 are provided for the feedstock 7 to be gasified. 3, the four entry points corresponding to the feed lines 6 for the solid to be gasified and the return line 9 as a whole, so that they have a spacing of 90 ° in radians. In the case of two feed lines for the solid to be gasified, the distances between them and the return line would accordingly be 120 °.
  • the recycling gas 13 also causes a small gas flow 34 in the lowermost part of the fluidized bed 8, as shown in FIG. 2.

Abstract

A process for the gasification of carbonaceous solid materials using gaseous oxygen-contg. gasification media is carried out in a cylindrical fluidised bed gasifier whose reaction chamber has a lower section in the form of an inverted truncated cone in which the larger part of the fluidised bed is contained and into which the gasification medium, the feedstock and recycled solids carried out of the unit are fed. The height (h) of the lower section (3) is between 1 and 6 times the diameter (d) of the cylindrical section, and the introduction of the gasification media (14,16,21,22) is arranged such that a uniform radial gas flow profile is generated in the bed, and the mean gas velocity parallel to the axis of the gasifier is constant or increases only slightly, at least in the region of the bed. Also claimed is a fluidised bed gasifier having a lower conical section which has a half-angle of between 2 and 20 deg. C.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Vergaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a carburetor according to the preamble of claim 15.

Die kohlenstoffhaltigen Feststoffe werden unter erhöhtem Druck in einem Wirbelbett unter Verwendung von endotherm und exotherm reagierenden Vergasungsmitteln vergast, wobei oberhalb des Wirbelbettes ein Nachvergasungsraum und unterhalb des Wirbelbettes ein Festbett aus den Vergasungsrückständen, dem sogenannten Bodenprodukt, vorhanden ist und Brennstoffe in das Wirbelbett eingeführt und feste Vergasungsrückstände aus dem Festbett abgezogen werden und das erzeugte Gas aus dem Nachvergasungsraum heraus- und durch einen Abscheider geführt wird, in welchem wenigstens ein Teil der im erzeugten Gas mitgeführten Feststoffteilchen abgeschieden und über eine Rückführleitung in den Vergaser zurückgeführt wird, während das Produktgas in zumindest vorgereinigtem Zustand den Abscheider verläßt.The carbon-containing solids are gasified under increased pressure in a fluidized bed using endothermic and exothermic reacting gasification agents, with a post-gasification chamber above the fluidized bed and a fixed bed from the gasification residues, the so-called bottom product, underneath the fluidized bed, and fuels are introduced into the fluidized bed and solid Gasification residues are withdrawn from the fixed bed and the gas generated is led out of the post-gasification space and passed through a separator in which at least some of the solid particles entrained in the gas produced are separated and returned to the gasifier via a return line, while the product gas is at least pre-cleaned Condition leaves the separator.

Ein solcher Vergaser, der als Hoch-Temperatur-Winkler-Vergaser (HTW) ausgebildet sein kann, wird z. B. in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der zu vergasenden Materialien bei einer Temperatur zwischen etwa 600° und 1300° C und unter einem Überdruck von bis zu 30 bar und mehr betrieben. Bei diesen kohlenstoffhaltigen Materialien kann es sich um Kohle (Braunkohle und/oder Steinkohle), Biomassen, kohlenstoffhaltige Reststoffe, z. B. Klärschlämme, Kunststoffe sowie auch um Mischungen von wenigstens zwei dieser Stoffe handeln.Such a carburetor, which can be designed as a high-temperature Winkler carburetor (HTW), z. B. depending on the nature of the materials to be gasified at a temperature between about 600 ° and 1300 ° C and under an excess pressure of up to 30 bar and more. These carbonaceous materials can be coal (lignite and / or hard coal), biomass, carbonaceous Residues, e.g. B. sewage sludge, plastics and also mixtures of at least two of these substances.

Die bisher gebauten HTW-Vergaser können mit einer thermischen Leistung bis zu 140 MW betrieben werden. Für Kombinationskraftwerke - das sind thermische Verbundkraftwerke mit gekoppelter Gas- und Dampferzeugung und Umwandlung von Gas und Dampf in elektrische Energie - sind aber HTW-Vergaser vorgesehen, die eine wesentlich höhere thermische Leistung haben, die beispielsweise bis 900 MW erreichen kann. Bei einer auf den freien Vergaserquerschnitt der Nachvergasungszone bezogenen Leistungsdichte werden 50 MW/m2 und mehr angestrebt. Derzeit sind etwa 25 MW/m2 realisiert.The previously built HTW carburettors can be operated with a thermal output of up to 140 MW. For combined power plants - these are thermal composite power plants with coupled gas and steam generation and conversion of gas and steam into electrical energy - HTW carburettors are provided, which have a much higher thermal output, which can reach up to 900 MW, for example. A power density of 50 MW / m 2 and more is aimed at in relation to the free gasification cross section of the post-gasification zone. Around 25 MW / m 2 are currently realized.

Die angestrebten Leistungsdichten sind jedoch nur bei einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der zu vergasenden Feststoffe und der gasförmigen Vergasungsmittel insbesondere in der Wirbelschicht sowie die Einhaltung von konstant hohen Vergasungstemperaturen über die Höhe der Wirbelschicht zu erreichen. Mit zunehmender Homogenität der Wirbelschicht nimmt die Gefahr der Bildung von überhitzten Bereichen sowie von unregelmäßig entstehenden Blasen unterschiedlicher Größe und Verteilung ab, so daß die beispielsweise im Hinblick auf die Beschaffenheit der Asche der zu vergasenden Feststoffe einzuhaltenden Temperaturen in Teilbereichen des Wirbelbettes auch dann nicht überschritten werden, wenn die Temperatur im Wirbelbett dicht an der jeweils zulässigen Maximaltemperatur liegt. Dies begünstigt das Erreichen einer hohen thermischen Leistung. Zum anderen führt ein homogenes Wirbelbett zu einer Verringerung der Bildung von unerwünschten gasförmigen Spurstoffen im Rohgas, beispielsweise Benzol, Naphtalin und andere Kohlenwasserstoffe, so daß auch der Aufwand zur Entfernung dieser Spurstoffe in der nachgeschalteten Gasreinigung entsprechend geringer wird.The desired power densities can, however, only be achieved if the solids to be gasified and the gaseous gasification agents are distributed as evenly as possible, especially in the fluidized bed, and if the gasification temperature is kept constant over the height of the fluidized bed. With increasing homogeneity of the fluidized bed, the risk of the formation of overheated areas and of irregularly occurring bubbles of different sizes and distributions decreases, so that the temperatures to be observed in some areas of the fluidized bed, for example with regard to the nature of the ash of the solids to be gasified, are not exceeded either when the temperature in the fluidized bed is close to the maximum permissible temperature. This favors the achievement of high thermal performance. On the other hand, a homogeneous fluidized bed leads to a reduction in the formation of undesired gaseous trace substances in the raw gas, for example benzene, naphthalene and other hydrocarbons, so that the effort for removing these trace substances in the downstream gas cleaning is correspondingly lower.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Vergasen von festen kohlenstoffhaltigen Materialen unter Verwendung von exothermen und endothermen Vergasungsmitteln und den dazu verwendeten Vergaser verfügbar zu machen, bei welchem hohe Vergasungswirkungsgrade und hohe Leistungsdichten bei niedrigen Spurstoff-Konzentrationen im Roh-Produktgas erreicht werden können.The invention has for its object a method for To make gasification of solid carbonaceous materials available using exothermic and endothermic gasification agents and the gasifier used, in which high gasification efficiencies and high power densities can be achieved at low trace substance concentrations in the raw product gas.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 15 gelöst.This object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1 and claim 15.

Das im wesentlichen gleichmäßige radiale Strömungsprofil der Gase in der Wirbelschicht wird durch eine entsprechende Einstellung und Verteilung der in die Wirbelschicht eingeblasenen Vergasungsmittel und ggf. auch zusätzlich eingeblasener gasförmiger Medien, beispielsweise rückgeführtes Produktgas, das beispielsweise in der Gasreinigung abgezweigt wird, eingestellt. Dabei ist selbstverständlich eine absolute Gleichmäßigkeit des radialen Strömungsprofils nicht erreichbar, zumal die Strömungsgeschwindigkeit in unmittelbarer Nähe der Wandung des Reaktionsraumes ohnehin merklich geringer ist. Entsprechendes gilt für die mittlere Geschwindigkeit der Gasströmung in Richtung der Längsachse des Wirbelschichtvergasers, die konstant ist oder nur geringfügig ansteigt. Jedoch wird die Homogenität entscheidend verbessert, da bei Annäherung an ein gleichmäßiges radiales Strömungsprofil und an die genannten Bedingungen für die Geschwindigkeit der Gasströmung in axialer Richtung ungleichmäßige Strömungsverhältnisse in der Wirbelschicht weitestgehend vermieden werden, die beispielsweise die Segregation von spezifisch schwereren Mineralbestandteilen zur Folge haben können, welche Tatsache zu einem Absinken der Temperatur im unteren Bereich der Wirbelschicht führen kann. Weiterhin werden bei der durch die Erfindung angestrebten Homogenität der Wirbelschicht merkliche Schwankungen der Höhe der Wirbelschicht im Reaktionsraum vermieden oder doch zumindest sehr stark reduziert. Beim Ansteigen der Wirbelschicht innerhalb des Reaktionsraumes im Verlauf derartiger Schwankungen wird mehr kohlenstoffhaltiger Staub aus dem Reaktionsraum ausgetragen mit der Folge einer Verringerung des C-Vergasungsgrades, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens ebenfalls eine Verringerung erfährt. Eine homogene Wirbeischicht gemäß der Erfindung vermeidet bei Vorliegen normaler Betriebsbedingungen auch das Auftreten lokaler Strömungssträhnen mit deutlich höheren Strömungsgeschwindigkeiten sowie wenig bewegter oder toter Zonen. Das Vermeiden derartiger Strömungszustände bewirkt ebenfalls einen besseren Austausch der im Wirbelbett befindlichen gasförmigen und festen Komponenten quer zur Längsachse des Reaktionsraums des Vergasers, welche Tatsache ebenfalls zur Erzielun einer höheren Leistungsdichte beiträgt.The substantially uniform radial flow profile of the gases in the fluidized bed is adjusted by appropriate adjustment and distribution of the gasifying agents blown into the fluidized bed and possibly also additionally blown-in gaseous media, for example recycled product gas, which is branched off, for example, in gas cleaning. An absolute uniformity of the radial flow profile cannot, of course, be achieved, especially since the flow velocity in the immediate vicinity of the wall of the reaction space is noticeably lower anyway. The same applies to the average velocity of the gas flow in the direction of the longitudinal axis of the fluidized bed gasifier, which is constant or only increases slightly. However, the homogeneity is decisively improved, since when approaching a uniform radial flow profile and the conditions mentioned for the speed of the gas flow in the axial direction, uneven flow conditions in the fluidized bed, which can result, for example, in the segregation of specifically heavier mineral components, are largely avoided. which fact can lead to a drop in temperature in the lower region of the fluidized bed. Furthermore, with the homogeneity of the fluidized bed aimed for by the invention, noticeable fluctuations in the height of the fluidized bed in the reaction space are avoided or at least greatly reduced. When the fluidized bed rises within the reaction space in the course of such Fluctuations, more carbon-containing dust is discharged from the reaction space, with the result that the C-gasification rate is reduced, which also reduces the overall efficiency of the process. In the presence of normal operating conditions, a homogeneous fluidized bed according to the invention also avoids the occurrence of local flow streaks with significantly higher flow velocities and little moved or dead zones. Avoiding such flow conditions also results in a better exchange of the gaseous and solid components located in the fluidized bed transversely to the longitudinal axis of the reaction space of the gasifier, which fact also contributes to achieving a higher power density.

Durch das gleichmäßige radiale Geschwindigkeitsprofil im Sinne einer gleichmäßigen Geschwindigkeit und die annähernd gleichbleibende Gasgeschwindigkeit in axialer Richtung führt dazu, daß die Feststoffkonzentration in der Wirbelschicht im wesentlichen konstant ist. Dadurch werden ebenfalls unerwünschte Segregationseffekte zumindest merklich reduziert. Die obere Begrenzung der Wirbeischicht sollte unterhalb der unteren Ebene im Nachvergasungsraum liegen, in welcher Vergasungsmittel in den Nachvergasungsraum eingeführt wird. Oberhalb der Wirbelschicht, also im Nachvergasungsraum, erfolgt eine deutliche Erhöhung der Gasgeschwindigkeit in axialer Richtung. Diese Geschwindigkeit kann ggf. noch dadurch erhöht werden, daß Vergasungsmitteldüsen vorgesehen sind, deren Mündung so ausgerichtet ist, daß das austretende gasförmige Medium eine vertikal nach oben gerichtete Strömungskomponente aufweist.Due to the uniform radial speed profile in the sense of a uniform speed and the approximately constant gas speed in the axial direction, the solids concentration in the fluidized bed is essentially constant. This also reduces undesirable segregation effects, at least noticeably. The upper boundary of the fluidized bed should be below the lower level in the post-gasification room, in which gasification agent is introduced into the post-gasification room. Above the fluidized bed, i.e. in the post-gasification chamber, there is a significant increase in the gas velocity in the axial direction. This speed can be increased if necessary by providing gasification agent nozzles, the mouth of which is oriented such that the escaping gaseous medium has a vertically upward flow component.

Die angestrebte Homogenität des Wirbelbettes wird im allgemeinen dadurch begünstigt, daß Vergasungsmittel in wenigstens zwei einen horizontalen Abstand voneinander aufweisenden Ebenen in das Wirbelbett eingeführt werden, wobei Anzahl und Verteilung der einzelnen Zuführdüsen über den Umfang des Reaktionsraumes und auch der Abstand der beiden Ebenen voneinander von den jeweiligen Gegebenheiten, beispielsweise Beschaffenheit der zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Materialien, wie Korngröße, Korngrößenverteilung, C-Gehalt oder dgl., abhängen können. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zuleitung von Vergasungsmitteln in das Wirbelbett in mehr als zwei einen vertikalen Abstand voneinander aufweisenden Ebenen durchzuführen. Allerdings ist zu bedenken, daß in bezug auf die angestrebte Homogenität des Wirbelbettes jede Vergasungsmittelzufuhr in das Wirbelbett hinein eine Störgröße darstellt, so daß es darauf ankommen wird, zwischen angestrebter Homogenität und unvermeidbarer Störung des Wirbelbettes durch die Zuführung von Vergasungsmitteln einen Kompromiß zu finden, der sich einem Optimum nähert. Dadurch, daß die Vergasungsmittel durch in der Wandung des Reaktors angeordnete Düsen, die, wenn überhaupt, mit ihrem Ausströmende nur wenig von der Wandung des Reaktionsraumes in letzteren hineinragen, in das Wirbelbett eingeblasen werden, können Einbauten im Reaktor im Bereich des Wirbelbettes vermieden werden, welche Tatsache ebenfalls die Homogenität desselben begünstigt. Entsprechendes gilt für das Einführen der zu vergasenden frischen Materialien und der rückgeführten Feststoffe in das Wirbelbett.The desired homogeneity of the fluidized bed is generally favored by the fact that gasifying agents are introduced into the fluidized bed in at least two levels that are horizontally spaced apart, the number and distribution of the individual feed nozzles over the circumference of the reaction space and also the distance between the two levels may depend on the particular circumstances, for example the nature of the carbon-containing materials to be gasified, such as grain size, grain size distribution, C content or the like. Of course, it is also possible to feed gasifying agents into the fluidized bed in more than two planes that are vertically spaced apart. However, it should be borne in mind that with regard to the desired homogeneity of the fluidized bed, any gasification agent supply into the fluidized bed is a disturbance variable, so that it will be important to find a compromise between the desired homogeneity and the unavoidable disturbance of the fluidized bed by the supply of gasifying agents, which approaches an optimum. The fact that the gasification agents are blown into the fluidized bed through nozzles arranged in the wall of the reactor, which if at all protrude with their outflow end from the wall of the reaction space into the fluidized bed, can be avoided in the reactor in the region of the fluidized bed, which fact also favors its homogeneity. The same applies to the introduction of the fresh materials to be gasified and the recycled solids into the fluidized bed.

Es ist zweckmäßig, beide Materialien in Wandnähe in das Wirbelschicht einzuführen, und zwar ggf. an zwei einander gegenüberliegenden Stellen in derselben Ebene, um auch die durch das Einführen der festen Materialien bedingten Störungen des Wirbelbettes so gering wie möglich zu halten. Bei Eintragen von mehr als zwei Materialströmen in den Reaktionsraum können die Eintragsstellen vorteilhafterweise symmetrisch über den Umfang des Reaktionsraumes verteilt sein. Allerdings kann es unter Umständen auch erforderlich sein, die zu vergasenden frischen Materialien und den rückgeführten Feststoff an Stellen in die Wirbelschicht einzuführen, die parallel zur Längsachse des Reaktionsraumes einen Abstand voneinander aufweisen. Dies wird insbesondere dann der Fall sein, wenn die Größe des Vergasers, insbesondere dessen Umfang, im Bereich der Eintragsstellen nicht genügend Platz bietet, um alle für das Eintragen notwendigen Einrichtungen, Armaturen usw. in einer Ebene unterzubringen. Das Eintragen der festen Materialien an der das Wirbelbett begrenzenden Wandung des Reaktionsraumes hat zudem den Vorteil, daß die eingetragenen festen Materialien sich zunächst in unmittelbarer Nähe der Wandung nach unten bewegen, bevor sie sich mit den im Wirbelbett befindlichen Feststoffteilchen intensiv vermischen. Diese nach unten gerichtete Bewegung ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß, wie bereits erwähnt, in unmittelbarer Nähe der Wandung die Geschwindigkeit aufgrund der Reibung zwischen Wandung und Gas geringer ist. Sie erhöht die Verweilzeit derselben und damit die Umsatzrate des festen Kohlenstoffes in der Wirbelschicht.It is expedient to introduce both materials into the fluidized bed near the wall, if necessary at two opposite points in the same plane, in order to keep the disturbances of the fluidized bed caused by the introduction of the solid materials as low as possible. If more than two material flows are introduced into the reaction space, the entry points can advantageously be distributed symmetrically over the circumference of the reaction space. However, it may also be necessary under certain circumstances to introduce the fresh materials to be gasified and the recycled solid into the fluidized bed at locations which are parallel to the longitudinal axis of the reaction space. This will be the case in particular if the size of the carburetor, in particular its scope, is in the range the entry points do not offer enough space to accommodate all the facilities, fittings, etc. required for entry on one level. Entering the solid materials on the wall of the reaction space delimiting the fluidized bed also has the advantage that the solid materials entered first move down in the immediate vicinity of the wall before they mix intensively with the solid particles in the fluidized bed. This downward movement is essentially due to the fact that, as already mentioned, the speed in the immediate vicinity of the wall is lower due to the friction between the wall and the gas. It increases the residence time of the same and thus the rate of conversion of the solid carbon in the fluidized bed.

Diese Zusammenhänge lassen es auch zweckmäßig erscheinen, die wenigstens eine Ebene, in welcher die festen Materialien in das Wirbelbett eingetragen werden, in einem Mindestabstand unterhalb der oberen Begrenzungsfläche des Wirbelbettes anzuordnen, wobei dies auch die Homogenität jedenfalls im oberen Bereich des Wirbelbettes begünstigt, die von besonderer Bedeutung ist auch im Hinblick auf das Bestreben, die Menge des aus der Wirbelschicht mit dem Gas nach oben, also in den Nachreaktionsraum, ausgetragenen feinstkörnigen Feststoffes ein bestimmtes Maß nicht überschreiten zu lassen.These relationships also make it seem expedient to arrange the at least one level in which the solid materials are introduced into the fluidized bed at a minimum distance below the upper boundary surface of the fluidized bed, which also favors the homogeneity in any case in the upper region of the fluidized bed, which by Of particular importance is also with regard to the endeavor not to allow the amount of the fine-grained solid discharged from the fluidized bed with the gas upwards, that is to say into the after-reaction space, to exceed a certain level.

Üblicherweise werden halbe Kegelwinkel in der Größe zwischen 6° und 10° gewählt. Bei dieser Ausgestaltung kann das für den möglichst weitgehenden Reaktionsumsatz notwendige Wirbelschichtvolumen überwiegend in dem für die Vergasungsvorgänge günstigen, kegelstumpfförmigen unteren Abschnitt des Reaktionsraumes untergebracht werden, so daß der obere Bereich der Wirbelschicht nur um ein geringes Maß in den zylindrischen Abschnitt des Reaktionsraumes hineinreicht.Usually half cone angles between 6 ° and 10 ° are chosen. In this embodiment, the fluidized bed volume required for the greatest possible reaction conversion can be accommodated predominantly in the lower, frustoconical section of the reaction chamber, which is favorable for the gasification processes, so that the upper region of the fluidized bed extends only a small amount into the cylindrical section of the reaction chamber.

Bezüglich des Eintragens der rückgeführten Feststoffe in die Wirbeischicht ist es vorteilhaft, daß die Rückführleitung unter einem Winkel zwischen 10° und 30° gegenüber der inneren Wandung des kegelstumpfförmigen unteren Abschnittes des Wirbelschichtvergasers geneigt ist. Eine besonders intensive Vermischung der rückgeführten Feststoffe mit den in der Wirbelschicht befindlichen Feststoffen kann dadurch erreicht werden, daß die rückgeführten Feststoffe mit einem der Wandneigung folgenden Eintragsimpuls in die Wirbelschicht eingetragen werden. Dazu könnte z. B. die in der DE-OS 36 17 802 der Anmelderin offenbarte Einrichtung verwendet werden.Regarding the entry of the returned solids in the Fluidized bed, it is advantageous that the return line is inclined at an angle between 10 ° and 30 ° with respect to the inner wall of the frusto-conical lower section of the fluidized bed gasifier. A particularly intensive mixing of the recycled solids with the solids in the fluidized bed can be achieved in that the recycled solids are introduced into the fluidized bed with an entry pulse following the inclination of the wall. This could, for. B. the device disclosed in DE-OS 36 17 802 of the applicant.

Als geeignete Eintragsorgane für die Feststoffe können Eintragsschnecken, unter der Wirkung der Schwerkraft arbeitende Schrägrohre und pneumatisch betriebene Eintragsorgane verwendet werden, wobei an demselben Vergaser unterschiedliche Eintragsorgane vorgesehen sein können. Bei mehreren Einmündungen für den Eintrag der zu vergasenden Feststoffe ist eine symmetrische Verteilung der Eintragsstellen ggf. einschließlich der Eintragsstelle für die rückgeführten Feststoffe vorteilhaft, um eine gleichmäßige Beschickung über den Umfang zu erreichen.Feed screws, gravity-operated inclined tubes and pneumatically operated feed members can be used as suitable feed members for the solids, different feed members being able to be provided on the same carburetor. If there are several junctions for the entry of the solids to be gasified, a symmetrical distribution of the entry points, possibly including the entry point for the returned solids, is advantageous in order to achieve a uniform charge over the circumference.

Die Düsen der ersten Düsenebene oberhalb der Wirbelschicht zur Zuführung von gasförmigem Vergasungsmittel innerhalb des zylindrischen oberen Abschnittes des Reaktionsraumes, der beispielsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 2 m haben kann, sind vorzugsweise leicht nach unten in Richtung auf die Wirbelschicht geneigt. Die auf diese Weise bewirkte vertikal nach unten gerichtete Strömungskomponente des eingeblasenen gasförmigen Mediums wirkt der vorherrschenden nach oben gerichteten axialen Gasströmung entgegen, wodurch ein Teil des aus der Wirbelschicht austretenden Feststoffes wieder in die Wirbeischicht zurückbewegt wird. Dies hat eine Verlängerung der Reaktionszeit und damit eine Verbesserung des Reaktionsumsatzes zur Folge. Düsen einer ggf. darüber angeordneten weiteren Düsenebene im Nachreaktionsraum können mit ihren Mündungen nach oben gerichtet sein, um durch die dadurch bewirkte vertikal nach oben gerichtete Strömungskomponente die Gasgeschwindigkeit im oberen Bereich des Nachvergasungsraumes zu erhöhen.The nozzles of the first nozzle plane above the fluidized bed for supplying gaseous gasification agent within the cylindrical upper section of the reaction space, which may have a diameter of the order of 2 m, for example, are preferably slightly inclined downwards in the direction of the fluidized bed. The vertically downward flow component of the gaseous medium which is brought about in this way counteracts the prevailing upward directed axial gas flow, as a result of which part of the solid emerging from the fluidized bed is moved back into the fluidized bed. This results in an extension of the reaction time and thus an improvement in the reaction turnover. Nozzles of a further nozzle plane in the post-reaction space, which may be arranged above it, can be directed upwards with their orifices, in order to allow through them caused vertically upward flow component to increase the gas velocity in the upper region of the post-gasification space.

Um hohe C-Vergasungsgrade zu erreichen, ist eine Mindestverweilzeit des C-haltigen Feststoffes in der Wirbeischicht erforderlich. Die Verweilzeit der Feststoffteilchen in der Wirbeischicht ist im wesentlichen vom Volumen, welches die Wirbelschicht einnimmt, abhängig. Ein größeres Wirbelschichtvolumen bei gleichem Durchmesser des zylindrischen Abschnittes wird erreicht, wenn der halbe Kegelwinkel verringert wird und die Höhe des Kegelstumpfes - und damit einhergehend die Höhe der Wirbelschicht - vergrößert wird. Dabei kann es vorteilhaft sein, den halben Kegelwinkel des kegelstumpfförmigen Abschnittes des Reaktionsraumes so zu wählen, daß die Wirbelschicht mit maximal dem 2-fachen Durchmesser des zylindrischen oberen Abschnittes überdeckt ist. D.h., daß der Abschnitt des Wirbelbettes, der sich in dem zylindrischen Bereich des Reaktionsraumes befindet, eine axiale Erstreckung aufweist, die maximal dem 2-fachen Durchmesser des zylindrischen oberen Abschnittes entspricht. Bei einem Durchmesser von 2 m dieses zylindrischen Abschnittes kann die Überdeckung beispielsweise 3 m betragen.In order to achieve high levels of C gasification, a minimum residence time of the C-containing solid in the fluidized bed is required. The residence time of the solid particles in the fluidized bed essentially depends on the volume which the fluidized bed occupies. A larger fluidized bed volume with the same diameter of the cylindrical section is achieved if the half cone angle is reduced and the height of the truncated cone - and with it the height of the fluidized bed - is increased. It may be advantageous to choose half the cone angle of the frustoconical section of the reaction chamber so that the fluidized bed is covered with a maximum of twice the diameter of the cylindrical upper section. This means that the section of the fluidized bed, which is located in the cylindrical region of the reaction space, has an axial extent which corresponds at most to twice the diameter of the cylindrical upper section. With a diameter of 2 m of this cylindrical section, the overlap can be, for example, 3 m.

Einsatzstoffe mit niedrigerer Reaktionsfähigkeit, z. B. Steinkohle, benötigen eine größere Mindestverweilzeit für einen vollständigen Umsatz und damit bei im übrigen gleichen Bedingungen ein größeres Wirbelschichtvolumen als reaktionsfreudigere Einsatzstoffe, z. B. Braunkohle. Allerdings ist die Geschwindigkeit, mit welcher der C-fix-Anteil der Feststoffe im Vergaser umgesetzt wird, auch vom Partialdruck der exothermen und endothermen Vergasungsmittel - hauptsächlich O2, H2O, CO2 - abhängig. Wird der Partialdruck der Vergasungsmittel im Vergaser durch Druckabsenkung und/oder durch Inertgas-Anteile gesenkt, ist eine höhere Mindestverweilzeit erforderlich.Feedstocks with lower reactivity, e.g. B. hard coal, require a longer minimum dwell time for complete conversion and thus, under the same conditions, a larger fluidized bed volume than more reactive feedstocks, e.g. B. lignite. However, the speed with which the C-fix portion of the solids is converted in the gasifier also depends on the partial pressure of the exothermic and endothermic gasifying agents - mainly O 2 , H 2 O, CO 2 . If the partial pressure of the gasifying agent in the gasifier is reduced by lowering the pressure and / or by using inert gas, a longer minimum dwell time is required.

Bei der Vergasung von reaktiver Braunkohle ist es zweckmäßig, einen halben Kegelwinkel zu wählen, der zwischen 6° und 10° liegt.When gasifying reactive lignite, it is advisable to choose a half cone angle that is between 6 ° and 10 °.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann unter Verwendung von Luft zur Bereitstellung des erforderlichen exothermen Vergasungsmittels durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, ein Gemisch aus O2 einerseits und Luft andererseits, d.h., angereicherte Luft, oder Gemische aus O2 und anderen Vergasungsmitteln zu verwenden.The method according to the invention can be carried out using air to provide the necessary exothermic gasifying agent. However, it is also possible to use a mixture of O 2 on the one hand and air on the other hand, ie enriched air, or mixtures of O 2 and other gasifying agents.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch in starker Vereinfachung

Fig. 1
einen Längsschnitt durch den unteren Bereich eines Wirbelschicht-Vergasers,
Fig. 2
radiale Strömungsprofile der axialen Gasströmung in der Wirbelschicht,
Fig. 3
einen Horizontalschnitt durch den unteren Bereich eines Wirbelschichtvergasers etwa in der Ebene III-III der Fig. 1.
The invention is described in more detail below using an exemplary embodiment. They each show schematically in simplification
Fig. 1
a longitudinal section through the lower region of a fluidized bed gasifier,
Fig. 2
radial flow profiles of the axial gas flow in the fluidized bed,
Fig. 3
a horizontal section through the lower region of a fluidized bed gasifier approximately in the plane III-III of FIG. 1st

Der in der Zeichnung dargestellte HTW-Vergaser 1 ist mit einem oberen zylindrischen Abschnitt 2 mit dem Innendurchmesser d versehen. An den oberen Abschnitt 2 schließt der untere Abschnitt 3 an, der die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes aufweist. Sein größer Durchmesser entspricht dem Durchmesser d des oberen zylindrischen Abschnittes 2. Sein kleinster Durchmesser 4 wird vom Querschnitt der beiden Einrichtungen 5 für den Bodenabzug bestimmt. Daraus ergibt sich bei vorgegebenem halbem Kegelwinkel 11 eine bestimmte axiale Länge h für den unteren Abschnitt 3 des HTW-Vergasers 1.The HTW carburetor 1 shown in the drawing is provided with an upper cylindrical section 2 with the inside diameter d. The lower section 3 connects to the upper section 2 and has the shape of an inverted truncated cone having. Its larger diameter corresponds to the diameter d of the upper cylindrical section 2. Its smallest diameter 4 is determined by the cross section of the two devices 5 for the floor extraction. For a given half cone angle 11, this results in a specific axial length h for the lower section 3 of the HTW carburetor 1.

Etwa auf halber Höhe h/2 mündet seitlich ein Eintrag 6 in den unteren Abschnitt 3, über den der kohlenstoffhaltige Feststoff 7 in die Wirbelschicht 8 eingetragen wird. Gegenüber dem Eintrag 6 und auf gleicher Höhe von etwa h/2 mündet die Rückführleitung 9 in den unteren Abschnitt 3. Über die Rückführleitung 9 wird in einem Zyklon oder dgl. aus dem Produktgas abgeschiedener Staub 10 in die Wirbelschicht 8 zurückgeführt. Wenn bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der halbe Kegelwinkel 11 des unteren Abschnittes 3 8° beträgt, ist die Rückführleitung 9 gegenüber der Wandung des unteren Abschnittes 3 unter einem Winkel 12 von 22° geneigt.About halfway up h / 2, an entry 6 opens laterally into the lower section 3, via which the carbon-containing solid 7 is introduced into the fluidized bed 8. Compared to the entry 6 and at the same level of approximately h / 2, the return line 9 opens into the lower section 3. Via the return line 9, dust 10 separated from the product gas is returned to the fluidized bed 8 in a cyclone or the like. If, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the half cone angle 11 of the lower section 3 is 8 °, the return line 9 is inclined at an angle 12 of 22 ° with respect to the wall of the lower section 3.

Durch die Einrichtung 5 für den Bodenabzug wird die Wirbelschicht 8 mit Recyclegas 13 beaufschlagt, das zugleich als Sperr- und Kühlgas dient. Zur Basisfluidisierung wird der Wirbelschicht 8 über die Zuleitung 14 Wasserdampf zugeführt. Dabei bildet sich im unteren Teil der Wirbelschicht 8 eine geringe axiale Strömung aus. Mit der Zufuhr von Luft 16 oder einem anderen ein exothermes Vergasungsmittel enthaltenen Gemisch in einem axialen Abstand 17 von mindestens 50 cm unterhalb der horizontalen Querschnittsebene III-III erhöht sich die axiale Gasströmung 18 gegenüber der Gasströmung 15 geringfügig.The fluidized bed 8 is acted upon by recycle gas 13, which also serves as a sealing and cooling gas, by means of the device 5 for the floor extraction. For basic fluidization, the fluidized bed 8 is supplied with water vapor via the feed line 14. A small axial flow is formed in the lower part of the fluidized bed 8. With the supply of air 16 or another mixture containing an exothermic gasification agent at an axial distance 17 of at least 50 cm below the horizontal cross-sectional plane III-III, the axial gas flow 18 increases slightly compared to the gas flow 15.

Weitere Steigerungen erfahren die Gasströmungen 19 und 20 durch die Zufuhr von weiterer Luft bzw. exothermem Vergasungsmittel 21 bzw. 22 und die nach oben fortschreitende Umwandlung des Einsatzstoffes 7 in Kohlegas. Die obere Grenze 23 der Wirbeischicht 8 befindet sich in einem axialen Abstand oberhalb des größten Durchmessers d des unteren Abschnittes 3, so daß der von der oberen Grenze 23 oberseitig begrenzte Teil der Wirbeischicht den im unteren Abschnitt 3 befindlichen Teil 25 derselben um das Maß ü überdeckt. Das Maß der Überdeckung ü beträgt im gewählten Beispiel, bei welchem der zylindrische Abschnitt 2 des HTW-Vergasers 1 einen Innendurchmesser d von 2,8 m hat, 1 m.Gas flows 19 and 20 experience further increases by the supply of further air or exothermic gasification agent 21 or 22 and the progressive conversion of the starting material 7 into coal gas. The upper limit 23 of the fluidized bed 8 is located at an axial distance above the largest diameter d of the lower section 3, so that the part of the fluidized bed delimited on the upper side by the upper limit 23 covers the part 25 of the lower section 3 thereof by the dimension u . The dimension of the overlap ü is 1 m in the selected example, in which the cylindrical section 2 of the HTW carburetor 1 has an inner diameter d of 2.8 m.

In einer weiteren Einlaßebene wird noch exothermes Vergasungsmittel 26 unter einem Winkel 27 von etwa 60° in Richtung auf die Wirbeischicht 8 eingeblasen. Der Luftstrom 26 bewirkt, daß der aus der Wirbelschicht in Form von Blasen austretende Feststoff unmittelbar mit dem zugegebenen Vergasungsmittel reagiert und der dabei nicht umgesetzte Feststoff einen Impuls in Richtung der Wirbeischicht erfährt. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit der oberseitig aus der Wirbelschicht 8 austretenden und in die Nachvergasungszone strömenden Gase wird durch weiter oben angeordnete Vergasungsmittel-Düsen 36 erzielt, die unter einem Winkel 37, der ebenfalls etwa 60° beträgt, nach oben gerichtet sind.In a further inlet plane, exothermic gasification agent 26 is blown in at an angle 27 of approximately 60 ° in the direction of the fluidized bed 8. The air flow 26 causes the solid emerging from the fluidized bed in the form of bubbles to react immediately with the added gasifying agent and the unreacted solid experiences an impulse in the direction of the fluidized bed. An increase in the speed of the gases emerging from the top of the fluidized bed 8 and flowing into the post-gasification zone is achieved by gasifying agent nozzles 36 arranged higher up, which are directed upwards at an angle 37, which is also approximately 60 °.

In der linken Hälfte der Fig. 2 ist die Ausströmung des Gasströmungsprofils in radialer Richtung in den einzelnen horizontalen Ebenen des unteren Abschnittes 3 des HTW-Vergasers dargestellt. Hierbei ist erkennbar, daß es sich bei der in Fig. 1 über die Pfeile 15, 18, 19 und 20 angedeuteten Geschwindigkeit um jeweils die mittlere Geschwindigkeit der in den einzelnen Einblasebenen 145, 16, 21 und 22 vorherrschenden Gasgeschwindigkeit handelt. Die Zunahme dieser Gasgeschwindigkeit ist auf der rechten Seite der Fig. 2 durch die Linie 28 dargestellt. Diese läßt erkennen, daß die mittlere Gasgeschwindigkeit 15, 18, 19 und 20 an den zugehörigen Einblasstellen 14 16, 21 und 22 jeweils eine sprunghafte Änderung 29 erfährt. Im Mittel stellt sich allerdings eine stetig zunehmende Gasgeschwindigkeit ein, wie sie durch die Strich-Doppelpunkt-Linie 30 angedeutet ist. Die Linie 30 stellt die mittlere Gasgeschwindigkeit dar, wenn man sich die Geschwindigkeitspfeile 34, 15, 18, 19 und 20 nach rechts umgeklappt und auf der Linie 35 als Basis aufgetragen vorstellt. Bezogen auf die Anfangsgeschwindigkeit 15 erfährt die Geschwindigkeit 20 in der letzten Einblasebene 22 eine Zunahme zwischen 130 und 300%.The left half of FIG. 2 shows the outflow of the gas flow profile in the radial direction in the individual horizontal planes of the lower section 3 of the HTW carburetor. It can be seen here that the speed indicated in FIG. 1 by arrows 15, 18, 19 and 20 is in each case the average speed of the gas speed prevailing in the individual injection planes 145, 16, 21 and 22. The increase in this gas velocity is represented on the right side of FIG. 2 by line 28. This shows that the average gas velocity 15, 18, 19 and 20 at the associated injection points 14 16, 21 and 22 each undergoes a sudden change 29. On average, however, there is a steadily increasing gas velocity, as is indicated by the dash-colon line 30. Line 30 represents the average gas velocity if one turns the speed arrows 34, 15, 18, 19 and 20 to the right and imagines it as the basis on line 35. Based on the initial speed 15, the speed 20 in the last injection plane 22 experiences an increase between 130 and 300%.

In der Fig. 3 mündet in der horizontalen Ebene III-III von rechts die Rückführleitung 9 in den unteren Abschnitt 3 des HTW-Vergasers 1. Der Rückführleitung 9 gegenüber liegt ein Eintrag 6 für den zu vergasenden Einsatzstoff 7. Symmetrisch zum Eintrag 6 sind in jeweils gleich großen seitlichen Abständen 31 in derselben horizontalen Ebene III-III zwei weitere Einträge 32 bzw. 33 für den zu vergasenden Einsatzstoff 7 vorgesehen. Es kann jedoch zweckmäßiger sein, abweichend von der Darstellung gemäß Fig. 3 die vier Eintragsstellen entsprechend den Zuleitungen 6 für den zu vergasenden Feststoff und der Rückführleitung 9 insgesamt symmetrisch anzuordnen, so daß sie einen Abstand im Bogenmaß von 90° aufweisen. Bei zwei Zuführleitungen für den zu vergasenden Feststoff würden demzufolge die Abstände zwischen diesen und der Rückführleitung 120° betragen.3, the return line 9 opens into the lower section 3 of the HTW gasifier 1 in the horizontal plane III-III from the right. The return line 9 is opposite an entry 6 for the feedstock 7 to be gasified lateral distances 31 of equal size in the same horizontal plane III-III, two further entries 32 and 33 are provided for the feedstock 7 to be gasified. 3, the four entry points corresponding to the feed lines 6 for the solid to be gasified and the return line 9 as a whole, so that they have a spacing of 90 ° in radians. In the case of two feed lines for the solid to be gasified, the distances between them and the return line would accordingly be 120 °.

Es sei noch angemerkt, daß auch das Recyling-Gas 13 eine geringe Gasströmung 34 im untersten Teil der Wirbeischicht 8 hervorruft, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.It should also be noted that the recycling gas 13 also causes a small gas flow 34 in the lowermost part of the fluidized bed 8, as shown in FIG. 2.

Im folgenden sind die wichtigsten Daten eines Ausführungsbeispiels eines HTW-Vergasers für den Einsatz in einem Kombikraftwerk unter Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung angegeben:

  • thermische Leistung 600 MW,
  • Leistungsdichte 55 MW/m2,
  • Einsatzstoff: Trockenbraunkohle mit 12 bis 18% Wassergehalt,
  • Einsatzmenge der Trockenbraunkohle 160 t/h,
  • Vergasungsdruck 27 bar,
  • Innendurchmeser des zylindrischen Abschnittes des Reaktionsraumes 3,7 m,
  • halber Kegelwinkel 8°,
  • Neigung der Rückführleitung gegenüber der Innenwand des unteren Abschnittes 22°,
  • drei Vergasungsmittel-Düsenebene in der Wirbelschicht,
  • zwei Vergasungsmittel-Düsenebenen im Nachvergasungsraum,
  • rückgeführtes Gas zur Spülung der Abzugsschächte des Bodenproduktes,
  • Basisfluidiserung mit Dampf,
  • Eintragung der Trockenbraunkohle mit Hile von Schnecken und über Schrägrohr in halber Höhe des kegelstumpfförmigen unteren Abschnittes,
  • Trockenbraunkohle wird an zwei oder drei Stellen, symmetrisch verteilt gegenüber der Rückführleitung angeordnet, eingetragen,
  • 1,0 m unterhalb des Eintrags der Trockenbraunkohle befindet sich die unterste Vergasungsmitteldüsenebene,
  • die Düsen der ersten Vergasungsmittelebene im Nachvergasungsraum sind unter 60° gegenüber der Vertikalen geneigt und blasen auf die obere Begrenzung der Wirbeischicht, die eine Überdeckung von etwa 1 m hat,
  • die Düsen der obersten Veragasungsmittelebene im Nachvergasungsraum sind unter einem Winkel von 60° gegenüber der Vertikalen geneigt und blasen nach oben in den Nachvergasungsraum hinein,
  • das radiale Gasgeschwindigkeitsprofil zeigt eine für homogen fluidisierte Wirbelschichten typische Ausbildung mit gleichmäßier Geschwindigkeitsverteilung über den Querschnitt
  • die axiale Gasgschwindigkeit steigt in Strömungsrichtung leicht an.
The most important data of an exemplary embodiment of an HTW gasifier for use in a combined cycle power plant using the method according to the invention are given below:
  • thermal output 600 MW,
  • Power density 55 MW / m 2 ,
  • Input material: dry brown coal with 12 to 18% water content,
  • Amount of dry brown coal 160 t / h,
  • Gasification pressure 27 bar,
  • Inner diameter of the cylindrical section of the reaction space 3.7 m,
  • half cone angle 8 °,
  • Inclination of the return line in relation to the inner wall of the lower section 22 °,
  • three gasification agent nozzle level in the fluidized bed,
  • two gasification agent nozzle levels in the post-gasification chamber,
  • recirculated gas for purging the extraction ducts of the soil product,
  • Basic fluidization with steam,
  • Entry of the dry brown coal with the help of snails and over a sloping pipe halfway up the frustoconical lower section,
  • Dry lignite is fed in at two or three points, symmetrically arranged opposite the return line,
  • The lowest gasification agent nozzle level is located 1.0 m below the entry of dry lignite,
  • the nozzles of the first gasification medium level in the post-gasification chamber are inclined at 60 ° to the vertical and blow onto the upper boundary of the fluidized bed, which has an overlap of approximately 1 m,
  • the nozzles of the top middle gasification level in the post-gasification chamber are inclined at an angle of 60 ° to the vertical and blow upwards into the post-gasification chamber,
  • the radial gas velocity profile shows a configuration typical of homogeneously fluidized fluidized beds with uniform velocity distribution over the cross section
  • the axial gas velocity increases slightly in the direction of flow.

Claims (23)

Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Feststoffen mit gasförmigen, sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln in einem zylinderförmigen Wirbelschichtvergaser, der einen Reaktionsraum aufweist, dessen unterer Abschnitt die Form eines Kegelstumpfes hat, innerhalb dessen sich wenigstens der größere Teil der Wirbelschicht befindet, wobei in den kegelstumpfförmigen Abschnitt gasförmige Vergasungsmittel und gegebenefalls zu vergasende Feststoffe sowie rückgeführte Feststoffe, die aus dem Reaktionsraum des Vergasers ausgetragen wurden, eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
die Höhe (h) des unteren Abschnittes (3) zwischen dem 1- und 6-fachen des Durchmessers (d) des zylindrischen Abschnittes (2) des Wirbelschichtvergasers (1) beträgt,
die Zufuhr der Vergasungsmittel (14, 16, 21, 22) und eventueller anderer gasförmiger Medien so eingestellt wird, daß in jeder horizontalen Querschnittsebene (III-III) der Wirbelschicht (8) ein im wesentlichen gleichmäßiges, radiales Strömungsprofil (15, 18, 19, 2O) der Gasströmung in der Wirbelschicht erzeugt wird und die mittlere Geschwindigkeit (30) der Gasströmung in Richtung der Längsachse (35) des Wirbelschichtvergasers zumindest im Bereich des Wirbelbettes konstant ist oder geringfügig ansteigt.Process for the gasification of carbon-containing solids with gaseous, oxygen-containing gasification agents in a cylindrical fluidized bed gasifier, which has a reaction chamber, the lower section of which is in the form of a truncated cone, within which at least the major part of the fluidized bed is located, the gaseous gasifying agent and, if appropriate, in the conical section Solids to be gasified and recycled solids which were discharged from the reaction space of the gasifier are introduced, characterized in that
the height (h) of the lower section (3) is between 1 and 6 times the diameter (d) of the cylindrical section (2) of the fluidized bed gasifier (1),
the supply of the gasification means (14, 16, 21, 22) and any other gaseous media is adjusted so that in each horizontal cross-sectional plane (III-III) of the fluidized bed (8) there is an essentially uniform, radial flow profile (15, 18, 19 , 20) of the gas flow is generated in the fluidized bed and the average velocity (30) of the gas flow in the direction of the longitudinal axis (35) of the fluidized bed gasifier is constant or slightly increases at least in the region of the fluidized bed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergasenden Feststoffe (7) in der Nähe der Wandung des Reaktionsraumes in diesen eingetragen werden.Method according to claim 1, characterized in that the solids (7) to be gasified are introduced into the vicinity of the wall of the reaction space. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rückgeführten Feststoffe (10) in der Nähe der Wandung des Reaktionsraumes in diesen eingetragen werden.Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the recycled solids (10) are introduced into the reaction chamber in the vicinity of the wall thereof. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergasenden Feststoffe in einem axialen Abstand von mindestens 50 cm unterhalb der oberen Begrenzung (23) der Wirbelschicht (8) eingetragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the solids to be gasified are introduced at an axial distance of at least 50 cm below the upper boundary (23) of the fluidized bed (8). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die rückgeführten Feststoffe in einem axialen Abstand von mindestens 50 cm unterhalb der oberen Begrenzung (23) der Wirbelschicht (8) eingetragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the returned solids are introduced at an axial distance of at least 50 cm below the upper boundary (23) of the fluidized bed (8). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergasenden Feststoffe an einer Stelle eingetragen werden, die gegenüber der Stelle, an welcher die rückgeführten Feststoffe eingetragen werden, um etwa 180° versetzt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the solids to be gasified are introduced at a point which is offset by approximately 180 ° from the point at which the recycled solids are introduced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergasenden Feststoffe an wenigstens zwei Stellen (6, 32, 33) eingetragen werden, die in derselben horizontalen Ebene (III-III) in Abständen voneinander angeordnet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the solids to be gasified are introduced at at least two points (6, 32, 33) which are spaced apart from one another in the same horizontal plane (III-III). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergasenden Feststoffe und die rückgeführten Feststoffe im wesentlichen in derselben horizontalen Ebene eingetragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the solids to be gasified and the recycled solids are introduced essentially in the same horizontal plane. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergasenden Feststoffe und die rückgeführten Feststoffe im wesentlichen an symmetrisch über den Umfang des Reaktionsraums verteilten Stellen in letzteren eingetragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the solids to be gasified and the recycled solids are introduced into the latter essentially at points symmetrically distributed over the circumference of the reaction space. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu vergasende Feststoff und ggf. auch der zurückgeführte Feststoff an Stellen eingetragen werden, die axial gegeneinander versetzt sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the solid to be gasified and possibly also the returned solids are entered at locations that are axially offset from each other. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb des unteren Abschnittes (3) befindliche Teil (25) der Wirbelschicht (8) von einem anderen Teil (24) dieser Wirbelschicht (8) überdeckt wird, dessen axiale Höhe (ü) bis zum 2-fachen des Durchmessers(d) des Wirbelschichtvergasers (1) beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the part (25) of the fluidized bed (8) located within the lower section (3) is covered by another part (24) of this fluidized bed (8), the axial height (u) of which up to 2 times the diameter (d) of the fluidized bed gasifier (1). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Vergasungsmittel in wenigstens zwei einen vertikalen Abstand voneinander aufweisenden Ebenen in den kegelstumpfförmigen Abschnitt des Reaktionsraums eingetragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the gaseous gasification agents are introduced into the frustoconical section of the reaction chamber in at least two planes which are at a vertical distance from one another. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedarf an exothermen Vergasungsmitteln durch das Einblasen von Luft in den Reaktionsraum gedeckt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the need for exothermic gasifying agents is met by blowing air into the reaction space. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedarf an exothermen Vergasungsmitteln zumindest teilweise durch Sauerstoff gedeckt wird, der nicht Bestandteil von in den Reaktionsraum eingeblasener Luft ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the need for exothermic gasifying agents is at least partially met by oxygen which is not part of air blown into the reaction space. Wirbelschichtvergaser zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Feststoffen unter Verwendung von gasförmigen, sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln mit einem zylindrischen Abschnitt, der sich nach unten in einen kegelstumpfförmigen Abschnitt fortsetzt, wobei letzterer wenigstens einen Teil der Wirbelschicht aufnimmt und Düsen zum Einblasen der gasförmigen Vergasungsmittel sowie gegebenenfalls wenigstens eine Zuleitung für den zu vergasenden Feststof sowie eine Zuleitung zum Eintragen von rückgeführtem Feststoff, der mit dem Produktgas aus dem Reaktionsraum ausgetragen wurde, in diesen Abschnitt münden,
dadurch gekennzeichnet, daß
der halbe Kegelwinkel (11) des unteren Abschnittes (3) zwischen 2° und 20° beträgt,
die Vergasungsmittel (14, 16, 21, 22) über Düsen zuführbar sind, die über den Umfang des kegelstumpfförmigen Abschnittes (3) in Abständen voneinander verteilt in wenigstens zwei einen axialen Abstand (17) voneinander aufweisenden horizontalen Ebenen (III-III, 16) und in wenigstens einer Düsenebene (26) oberhalb der Wirbeischicht (8) im zylindrischen Abschnitt (2) vorgesehen sind und
die Rückführleitung (9) unter einem Winkel (12) zwischen 15° und 30° zu inneren Wandung des unteren Abschnittes (3) geneigt ist.Fluidized bed gasifier for gasifying carbon-containing solids using gaseous, oxygen-containing gasifying agents with a cylindrical section which continues downwards into a frustoconical section, the latter receiving at least part of the fluidized bed and nozzles for blowing in the gaseous gasifying agents and optionally at least one feed line for the Solids to be gasified and a feed line for introducing recycled solid which was discharged from the reaction space with the product gas flow into this section,
characterized in that
half the cone angle (11) of the lower section (3) is between 2 ° and 20 °,
the gasification means (14, 16, 21, 22) can be fed via nozzles which are distributed over the circumference of the frustoconical section (3) at intervals from one another in at least two horizontal planes (III-III, 16) having an axial distance (17) from one another and are provided in at least one nozzle plane (26) above the fluidized bed (8) in the cylindrical section (2) and
the return line (9) is inclined at an angle (12) between 15 ° and 30 ° to the inner wall of the lower section (3). Wirbelschichtvergaser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (6) für den zu vergasenden Feststoff (7) in einem axialen Abstand von mindestens 50 cm unterhalb der oberen Begrenzung (23) der Wirbeischicht (8) im unteren Abschnitt (3) mündet.Fluidized bed gasifier according to claim 15, characterized in that the feed line (6) for the solid to be gasified (7) opens at an axial distance of at least 50 cm below the upper boundary (23) of the fluidized bed (8) in the lower section (3). Wirbelschichtvergaser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (9) für den rückgeführten Feststoff in einem Abstand von mindestens 50 cm unterhalb der oberen Begrenzung (23) der Wirbeischicht (8) im unteren Abschnitt (3) mündet.Fluidized bed gasifier according to claim 15, characterized in that the feed line (9) for the recycled solid opens at a distance of at least 50 cm below the upper boundary (23) of the fluidized bed (8) in the lower section (3). Wirbelschichtvergaser nach einem der Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (6) für den zu vergasenden Feststoff (7) gegenüber der Zuleitung für den rückgeführten Feststoff um etwa 180° versetzt angeordnet ist.Fluidized bed gasifier according to one of the claims 15, characterized in that the feed line (6) for the solid matter (7) to be gasified is arranged offset by approximately 180 ° with respect to the feed line for the recycled solid matter. Wirbelschichtvergaser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Zuführungen (6, 32, 33) für die zu vergasenden Feststoffe in Abständen (31) voneinander in derselben horizontalen Ebene (III-III) angeordnet sind.Fluidized bed gasifier according to claim 15, characterized in that at least two inlets (6, 32, 33) for the solids to be gasified are arranged at intervals (31) from one another in the same horizontal plane (III-III). Wirbelschichtvergaser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Zuführungen für die zu vergasenden Feststoffe vorgesehen sind, die in horizontalen Ebenen in den Reaktionsraum münden, die axial gegeneinander versetzt angeordnete sind.Fluidized bed gasifier according to claim 15, characterized in that at least two feeds are provided for the solids to be gasified, which lead into the reaction chamber in horizontal planes which are arranged axially offset from one another. Wirbelschichtvergaser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungen für die zu vergasenden Feststoffe und die rückgeführten Feststoffe symmetrisch über den Umfang des Reaktionsraumes verteilt angeordnet sind.Fluidized bed gasifier according to claim 15, characterized in that the feeds for the solids to be gasified and the recycled solids are arranged symmetrically over the circumference of the reaction space. Wirbelschichtvergaser nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Düsenebenen (16), durch welche exothermes Vergasungsmittel zugeführt wird, in einem axialen Abstand bis zu 250 cm unterhalb der Ebene, in welcher der zu vergasende Feststoff (7) eingetragen wird, angeordnet ist.Fluidized bed gasifier according to claim 17, characterized in that one of the nozzle levels (16), through which exothermic gasifying agent is supplied, is arranged at an axial distance of up to 250 cm below the level in which the solid (7) to be gasified is introduced. Wirbelschichtvergaser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (26) der oberhalb der oberen Begrenzung (23) der Wirbeischicht (8) im zylindrischen Abschnitt (2) des Reaktionsraumes vorgesehenen Düsenebene unter einem Winkel (27) zwischen 45 und 75° in Richtung af die Wirbeischicht (8) geneigt verlaufen.Fluidized bed gasifier according to claim 15, characterized in that the nozzles (26) of the nozzle plane provided above the upper boundary (23) of the fluidized bed (8) in the cylindrical section (2) of the reaction space at an angle (27) between 45 and 75 ° in the direction af the fluidized bed (8) is inclined.
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