EP2359060A1 - Verfahren und anlage zur vergleichmässigung der förderung von brennstoffen in einen vergaser zur erzeugung von synthesegas - Google Patents

Verfahren und anlage zur vergleichmässigung der förderung von brennstoffen in einen vergaser zur erzeugung von synthesegas

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EP2359060A1
EP2359060A1 EP09760745A EP09760745A EP2359060A1 EP 2359060 A1 EP2359060 A1 EP 2359060A1 EP 09760745 A EP09760745 A EP 09760745A EP 09760745 A EP09760745 A EP 09760745A EP 2359060 A1 EP2359060 A1 EP 2359060A1
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EP
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burner
fuel
gas
gasifier
combustion chamber
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EP09760745A
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Stefan Hamel
Johannes Kowoll
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Uhde GmbH
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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
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/50—Fuel charging devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K3/00—Feeding or distributing of lump or pulverulent fuel to combustion apparatus
    • F23K3/02—Pneumatic feeding arrangements, i.e. by air blast
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K2203/00—Feeding arrangements
    • F23K2203/006—Fuel distribution and transport systems for pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K2203/00—Feeding arrangements
    • F23K2203/20—Feeding/conveying devices
    • F23K2203/201—Feeding/conveying devices using pneumatic means

Definitions

  • the invention is directed to a method for equalizing and controlling the pneumatically promoted with dense phase promotion solid fuels in a gasifier for the production of synthesis gas.
  • the controlled supply of combustible dust in an entrained-flow gasifier is described, for example, in DE 10 2005 047 583 A. It is known to convert the fuel with the burners installed in the vertical gasifier wall and substantially horizontal, wherein the fuel of finely divided or dusty ( ⁇ 0.5 mm) fuel particles, e.g. Coal, Petrokoks, biological waste and other fuels is reacted with oxygen-containing gasification agents under elevated pressure at temperatures above the slag melting point.
  • finely divided or dusty ( ⁇ 0.5 mm) fuel particles e.g. Coal, Petrokoks, biological waste and other fuels is reacted with oxygen-containing gasification agents under elevated pressure at temperatures above the slag melting point.
  • a carbonaceous fuel is reacted with an oxygen-containing gas, wherein the oxygen-containing gas is supplied to the sub-stoichiometric ratio, so as to obtain a hydrogen and carbon monoxide-containing product gas.
  • the fuel-oxygen ratio is set in a narrow range.
  • the pressure gasification burner with coaxial channels are usually used, with a mixing of the fed media not in the burner, but only in the carburetor.
  • An example of a burner used in a pressure gasification plant is shown in detail, for example, in EP 0 437 698 A1.
  • the supply of the burner with fuel usually takes place from a slightly above the gasifier pressure storage tank by means of dense phase conveying.
  • dense phase conveying a pneumatic conveying is referred to, wherein the carrier gas does not transport the fuel particles as individual particles, but in the form of dense fillings or plugs that fill the entire pipe cross-section.
  • dense-phase conveyors have velocities of 4 to 6 m / s, the high solids loading of the gas stream leading to a nevertheless high transport volume.
  • the dense phase conveying is very gentle on materials and, above all, is less susceptible to interference when it comes to adhesive or moist goods to be transported.
  • the quality of the gasification is significantly influenced by the uniformity of the coal supply to the burner. While variations are detected and taken into account over longer time intervals (for example, by intended control interventions or by changing the feed coal, etc.), very short-term fluctuations in the conveying quality (conveying density and speed) can not be compensated.
  • the dense phase conveying in the broadest sense is a fluidized gas / solids mixture
  • the fluctuations in density and velocity typical of the fluidized bed are also to be observed here.
  • These can only be influenced by indirect measures such as the design of the supply to the delivery line.
  • the storage tank which supplies the burners via a feed line
  • the burners are due to the vertical design of the carburetor at a much higher level.
  • the installation of the reservoir "bottom” is inexpensive, especially if the required fuel spill into the feed tank based on gravity flow and therefore must be positioned above the reservoir.
  • Object of the present invention is to provide a method described above in such a way that a significantly homogenized supply of coal to the burner is possible, whereby the short-term fluctuations minimized and thus the gasification quality is improved and the control of the amount of coal to the burner is made more effective.
  • this object is achieved according to the invention in that the fine-grained to dust-like fuel from a positioned below the burner level storage tank initially promoted to a level above the burner level and is subsequently homogenized in a downward direction to the burner line. It has been found that a uniformity of the fuel / gas mixture transported in the dense stream is achieved by the inventive method, which is significantly better than, for example, the promotion by horizontally extending lines. Due to the homogenization in the downpipe in front of the burner, the fuel particles are accelerated by the gravitational attraction, whereby any gas bubbles in the mixture are filled with fuel during the fall.
  • Embodiments emerge from the subclaims. It can be provided that the homogenization takes place in a downwardly directed line whose length corresponds to at least five times the diameter of the pipe.
  • the fuel is homogenized in a down pipe guided from a manifold, wherein the downpipe is oriented at angles ⁇ 20 °, preferably in 0 ° to the vertical.
  • the region in which the downpipe can be adjusted with respect to the vertical can also be chosen differently than claimed here, depending on which material is used, the homogenization in the downpipe being decisive.
  • a further advantageous embodiment according to the invention is that the fuel flow gas is supplied to control the fuel flow, the mixing is made shortly before or in the burner.
  • the example shows that a very fast adjustment of the fuel throughput is possible.
  • the regulatory range is limited by the amount of gas required and the erosion-limited fuel velocity in the burner.
  • the fuel flow rate can be changed by +/- 10% in a typical application.
  • Fig. 1 is a schematic layer diagram and in
  • Fig. 2 is an enlarged section in the region of a not burner shown in an indicated carburetor wall.
  • Fig. 1 shows the dense stream promotion 2a and 2b from the storage tank 1 in the burner ' 4a, 4b of the carburetor 3.
  • the outlet of the storage container is lower than the burner, so that the fuel should be conveyed horizontally and upwards.
  • the fuel is first passed over the burner level and then homogenized after deflection in an example 3 m long downpipe. Shortly before the burner, the lines are deflected to feed the fuel horizontally into the burner and auxiliary gas IIa, IIb is fed into the line.
  • An oxygen-containing gas 5a, 5b and a moderating gas 6a, 6b, with which the gasification parameters are influenced, are likewise fed into the burner.
  • auxiliary gas IIa, IIb can alternatively be fed directly into the burner or into the fuel channel of the burner.
  • Fig. 2 shows an alternative embodiment of the method.
  • Density flow conveying 2 is directed in an arc in the vertical downpipe.
  • an auxiliary gas 11 or a part of the moderation gas 6, for example CO 2 is fed into the gas introduction device 10 in order to reduce the delivery density and the fuel flow.

Abstract

Ein Verfahren und eine Anlage zur Vergleichmäßigung und Regelung der mit Dichtstromförderung pneumatisch geförderten festen Brennstoffe in einen Vergaser zur Erzeugung von Synthesegas, soll so ausgestaltet werden, dass eine deutlich homogenisierte Zufuhr der Kohle zum Brenner ermöglicht wird, wobei die kurzzeitigen Fluktuationen minimiert und damit die Vergasungsqualität verbessert wird und die Regelung der Kohlmengen zum Brenner effektiver gestaltet wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der feinkörnige bis staubförmige Brennstoff aus einem unterhalb der Brennerebene positionierten Vorlagebehälter (1) zunächst auf ein Niveau oberhalb der Brennerebene gefördert und nachfolgend in einer abwärts zum Brenner (4a, 4b) gerichteten Leitung homogenisiert wird.

Description

"Verfahren und Anlage zur Vergleichmäßigung der Förderung von Brennstoffen in einen Vergaser zur Erzeugung von Svntheseαas"
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Vergleichmäßigung und Regelung der mit Dichtstromförderung pneumatisch geförderten festen Brennstoffe in einen Vergaser zur Erzeugung von Synthesegas .
Die geregelte Zufuhr von Brennstaub in einem Flugstromvergaser ist beispielsweise in der DE 10 2005 047 583 A beschrieben. Dabei ist es bekannt, den Brennstoff mit den in die vertikale Vergaserwand eingebauten und im Wesentlichen waagerecht ausgerichteten Brennern umzusetzen, wobei der Brennstoff aus fein zerteilten oder staubförmigen (< 0,5 mm) BrennstoffPartikeln, z.B. Kohle, Petrokoks, biologischen Abfällen und anderen Brennstoffen mit sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln unter erhöhtem Druck bei Temperaturen oberhalb des Schlackeschmelzpunktes umgesetzt wird.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur pneumatischen Beförderung von Schüttgütern im Dichtstromverfahren ist aus der WO 2006/015702 Al bekannt.
Bei der Durchführung von Druckvergasungen wird ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff mit einem sauerstoffhaltigen Gas umgesetzt, wobei das sauerstoffhaltige Gas dem unter- stöchiometrischen Verhältnis zugeführt wird, so dass man ein Wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltiges Produktgas erhält. Um einen hohen Umsatz des Brennstoffes und einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ist das Brennstoff-Sauerstoff-Verhältnis in einem engen Bereich einzustellen.
In der Druckvergasung werden üblicherweise Brenner mit koaxialen Kanälen eingesetzt, wobei eine Vermischung der zugeführten Medien nicht im Brenner, sondern erst im Vergaser erfolgt. Ein Beispiel für einen in einer Druckvergasungsanlage eingesetzten Brenner ist beispielsweise in der EP 0 437 698 Al detailliert dargestellt. Die Versorgung der Brenner mit Brennstoff erfolgt üblicherweise aus einem geringfügig über Vergaserdruck stehenden Vorlagebehälter mittels Dichtstromförderung. Als Dichtstromförderung wird dabei eine pneumatische Förderung bezeichnet, wobei das Trägergas die Brennstoffpartikel nicht als Einzelpartikel transportiert, sondern in Form von dichten Füllungen oder Pfropfen, die den gesamten Rohrquerschnitt ausfüllen. In der Regel besitzen Dichtstromförderungen Geschwindigkeiten von 4 bis 6 m/s, wobei die hohe Feststoffbeladung des Gasstromes zu einer dennoch hohen Transportmenge führt. Die Dichtstromförderung ist sehr materialschonend und ist vor allem wenig störanfällig gegenüber verklebendem oder feuchtem Transportgut.
Die Güte der Vergasung wird maßgeblich durch die Gleichförmigkeit der Kohlezufuhr zum Brenner beeinflusst. Während Variationen über längere Zeitintervalle (z.B. durch beabsichtigte Regeleingriffe oder durch Änderung der Einsatzkohle, etc.) messtechnisch erfasst und berücksichtigt werden, können sehr kurzfristige Fluktuationen in der Förderqualität (Förderdichte und -geschwindigkeit) nicht kompensiert werden.
Da es sich bei der Dichtstromförderung im weitesten Sinne um ein fluidisiertes Gas-/Feststoffgemisch handelt, sind hier auch die wirbelschichttypischen Fluktuationen in Dichte und Geschwindigkeit zu beobachten. Diese können nur durch indirekte Maßnahmen wie die Gestaltung der Zufuhr in die Förderleitung beeinflusst werden. Dazu ist weiterhin bekannt, dass es in langen horizontalen Abschnitten der Förderleitung zu Absetzerscheinungen des Feststoffes kommen kann, was üblicherweise durch zusätzliche Gaszufuhr minimiert wird. Eine weitere Homogenisierung wird dann erreicht, wenn die Leitung wieder aufwärts führt.
Aufgrund des Platzbedarfes und der anlagenspezifischen Aufstellung ist es üblicherweise so, dass der Vorlagebehälter, der die Brenner über eine Förderleitung versorgt, sich im Anlagengerüst "unten" befindet, während die Brenner sich aufgrund der vertikalen Bauweise des Vergasers auf einem deutlich höheren Level befinden. Die Aufstellung des Vorlagebehälters "unten" ist kostengünstig, insbesondere wenn die erforderliche BrennstoffSchleusung in den Vorlagebehälter auf Schwerkraftfluss basiert und daher oberhalb des Vorlagebehälters positioniert sein muss.
Bisher erfolgte die Leitungsführung der Förderleitung zu den Brennern von "unten" nach "oben" auf Brennerebene und wurde dort meist waagerecht an den Anschlussstutzen des Brenners geführt, von wo die Kohle in den Brenner gelangte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein eingangs beschriebenes Verfahren so auszugestalten, dass eine deutlich homogenisierte Zufuhr der Kohle zum Brenner ermöglicht wird, wobei die kurzzeitigen Fluktuationen minimiert und damit die Vergasungsqualität verbessert wird und die Regelung der Kohlemengen zum Brenner effektiver gestaltet wird.
Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der feinkörnige bis staubförmige Brennstoff aus einem unterhalb der Brennerebene positionierten Vorlagebehälter zunächst auf ein Niveau oberhalb der Brennerebene gefördert und nachfolgend in einer abwärts zum Brenner gerichteten Leitung homogenisiert wird. Es hat sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise eine Gleichförmigkeit des im Dichtstrom transportierten Brennstoff-/Gasgemisches erreicht wird, die deutlich besser ist als beispielsweise die Förderung durch horizontal verlaufende Leitungen. Durch die Homogenisierung in der Fallleitung vor dem Brenner werden die Brennstoff- Partikel durch die Erdanziehung beschleunigt, wobei eventuell sich im Gemisch befindliche Gasblasen beim Fallen mit Brennstoff gefüllt werden.
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Homogenisierung in einer abwärts gerichteten Leitung erfolgt, deren Länge wenigstens dem fünffachen Leitungsdurchmesser entspricht.
Als zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn der Brennstoff in einer aus einem Krümmer geführten Fallleitung homogenisiert wird, wobei die Fallleitung in Winkeln < 20° vorzugsweise in 0° zur Vertikalen ausgerichtet ist.
Der Bereich, in dem die Fallleitung gegenüber der Senkrechten eingestellt sein kann, kann auch anders als hier beansprucht gewählt werden, je nachdem, welches Material zum Einsatz kommt, entscheidend ist die Homogenisierung im Fallrohr.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung nach der Erfindung besteht darin, dass zur Regelung des Brennstoffdurchsatzes dem Brennstoffström Gas zugeführt wird, wobei die Vermischung kurz vorher oder im Brenner vorgenommen wird.
Durch Zugabe von Hilfsgas in den mit Dichtstrom geförderten Brennstoffström wird eine Verdünnung verursacht, d.h. die Förderdichte wird verringert. Die Geschwindigkeit des verdünnten Brennstoffes wird zwar erhöht, gleichwohl überwiegt der Einfluss der verringerten Dichte, wobei der Durchsatz verringert wird.
Beispiel:
Mit Dichtstromförderung werden 10 kg/s Brennstoff mit Dichte 400 kg/m3 und Geschwindigkeit 5 m/s durch einen Brenner in den Vergaser gefördert. In der Rohrleitung entsteht wegen der Reibung und Aufwärtsförderung ein Druckverlut von 100 kPa. Im Brenner entsteht durch Reibung und weitere Beschleunigung der Suspension ein Druckverlust von 20 kPa. Um den Durchsatz zu verringern, wird Hilfsgas direkt vor dem Brenner in die Brennstoffleitung eingespeist, wodurch der Volumenstrom nahezu verdoppelt wird. Der Druckverlust im Brennstoffkanal des Brenners wird dadurch ebenfalls verdoppelt. Da der Brennstoffkanal nur 2 m lang ist, wird er bereits nach 0,2 s mit dem verdünnten Brennstoff gefüllt. Bereits nach dieser kurzen Zeit wird der Brennstoffdurchsatz verringert.
Das Beispiel zeigt, dass eine sehr schnelle Anpassung des Brennstoffdurchsatzes möglich ist. Der Regelungsbereich ist jedoch durch die erforderliche Gasmenge und die wegen Erosion begrenzte Brennstoffgeschwindigkeit im Brenner beschränkt. Mit dieser Methode kann der Brennstoffdurchsatz in einer typischen Anwendung um +/- 10 % verändert werden.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in
Fig. 1 ein schematisches Lagenschaltbild sowie in
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich eines nicht näher dargestellten Brenners in einer angedeuteten Vergaserwand .
Fig. 1 zeigt die Dichtstromförderung 2a und 2b aus dem Vorlagebehälter 1 in die Brenner '4a, 4b des Vergasers 3. Der Austritt des Vorlagebehälters ist tiefer als die Brenner, so dass der Brennstoff horizontal und aufwärts gefördert werden sollte. Um jedoch eine homogene BrennstoffSuspension zu erreichen, wird der Brennstoff zuerst über die Brennerebene geleitet und dann nach der Umlenkung in einer z.B. 3 m langen Fallleitung homogenisiert. Kurz vor dem Brenner werden die Leitungen umgelenkt, um den Brennstoff waagerecht in die Brenner einzuspeisen und Hilfsgas IIa, IIb wird in die Leitung eingespeist. In den Brenner werden ebenfalls ein sauerstoffhaltiges Gas 5a, 5b und ein Moderationsgas 6a, 6b eingespeist, mit dem die Vergasungsparameter beeinflusst werden.
Das Hilfsgas IIa, IIb kann alternativ direkt in den Brenner bzw. in den Brennstoffkanal des Brenners zugeleitet werden.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführung des Verfahrens. Dichtstromförderung 2 wird in einem Bogen in die vertikale Fallleitung geleitet. Vor dem vertikal ausgerichteten Brennerstutzen 12 wird ein Hilfsgas 11 oder ein Teil des Moderationsgases 6, z.B. CO2, in die Gaseinleitungsvorrichtung 10 eingespeist, um die Förderdichte und den Brennstoffström zu verringern.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Vergleichmäßigung und Regelung der mit Dichtstromförderung pneumatisch geförderten festen Brennstoffe in einen Vergaser zur Erzeugung von Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass der feinkörnige bis staubförmige Brennstoff aus einem unterhalb der Brennerebene positionierten Vorlagebehälter zunächst auf ein Niveau oberhalb der Brennerebene gefördert und nachfolgend in einer abwärts zum Brenner gerichteten Leitung homogenisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Homogenisierung in einer abwärts gerichteten Leitung erfolgt, deren Länge wenigstens dem fünffachen Leitungsdurchmesser entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff in einer aus einem Krümmer geführten Fallleitung homogenisiert wird, wobei die Fallleitung in Winkeln < 20° vorzugsweise in 0° zur Vertikalen ausgerichtet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Brennstoffdurchsatzes dem Brennstoff- ström Gas zugeführt wird, wobei die Vermischung kurz vorher oder im Brenner vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere zur Temperaturregelung im Vergaser we- nigstens ein Teil des darin eingesetzten Gases (Moderationsgas) in den geförderten Brennstoff eingeleitet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Gas, wie Stickstoff, Kohlendioxid, Dampf, andere Inertgase oder Mischungen daraus eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass über einen Rohrstutzen in unmittelbarer Brennernähe das zusätzliche Gas eingeleitet wird.
8. Anlage zur Vergleichmäßigung und Regelung der mit Dicht- Stromförderung pneumatisch geförderten festen Brennstoffe in einen Vergaser (3) zur Erzeugung von Synthesegas, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Dichtstromförderleitungen (2, 2a, 2b) aus einem Vorlagebehälter (1) zu den Brennern (4,4a, 4b) des Vergasers (3), wobei der Endbereich der DichtStromförderleitung (2) vor dem jeweiligen Brenner (4) senkrecht positioniert ist.
9. Anlage nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des senkrechten Dichtstromleitungsabschnit- tes wenigstens dem fünffachen des Dichtstromleitungsdurch- messers entspricht.
EP09760745A 2008-12-17 2009-11-20 Verfahren und anlage zur vergleichmässigung der förderung von brennstoffen in einen vergaser zur erzeugung von synthesegas Withdrawn EP2359060A1 (de)

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