WO2011107266A2 - Verfahren zur allothermen vergasung von kohlenstoffhaltigen vergasungsbrennstoffen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a process for the allothermal gasification of solid carbonaceous gasification fuels, in which the gasification fuel is dried in a dryer and then gasified in a fluidized bed steam gasifier, wherein the fluidized bed steam gasifier required for the allothermal gasification heat by inert heat transfer media, in particular finely divided solids, is supplied which are circulated through the fluidized bed steam gasifier and through a separate fluidized bed furnace.
  • an inert heat transfer medium usually quartz sand - heated in an atmospheric pressure operated circulating fluidized bed combustion and then entered from this fluidized bed after deposition and discharge of the ash in a fluidized bed steam gasifier.
  • the sand releases there the heat absorbed in the fluidized-bed furnace in direct contact with the carbon-containing gasification fuel, so that it is degassed and gasified with water vapor.
  • the sand is returned together with the remaining residual coke of the gasification fuel and its ashes back into the fluidized bed combustion. Heat is released from the residual coke in the fluidized bed combustion by combustion, which for the most part is used for heating.
  • CONFIRMATION OPIE sand is used and is supplied with the sand of the allothermal gasification.
  • a fluidizing agent for the operation of the fluidized bed steam gasifier and as a reaction medium for Wasserdampfreformie- water vapor is supplied to the fluidized bed steam gasifier, which is separately generated for this purpose and consumed in the gasification and is blown from below into the fluidized bed steam gasifier.
  • the carbonaceous gasification fuel is dried in this known method (Batmaschine) prior to introduction into the fluidized bed steam gasifier with waste heat from the flue gas of fluidized bed combustion in a flue gas-containing atmosphere.
  • a problem with the known method is that in the advanced drying of the gasification fuel contaminated, unused drying vapors incurred, which are to be disposed of. Depending on the fuel, these drying vapors contain, in addition to water vapor, possibly flue gas, dust, volatile hydrocarbons expelled from the carbonaceous gasification fuel, and optionally, at higher drying temperatures, tar steam. Because of these ingredients, these drying vapors should be emitted only after careful cleaning in the environment. This cleaning results in polluted wastewater, the disposal of which is expensive.
  • a disadvantage is also the constant consumption of treated feed water for generating the water vapor used for steam gasification and optionally the primary energy consumption for generating this steam.
  • the invention proposes proceeding from the method of the type mentioned that the gasification fuel in the dryer in a vapor atmosphere is dried and that produced during drying and produced flue gas-free and water vapor-containing drying vapors are fed to the fluidized bed steam gasifier as a fluidizing medium and reactant.
  • the drying vapors produced during the drying of the gasification fuel are no longer released into the environment, but at least for the most part in the fluidized-bed steam gasifier, recycled materially and energetically.
  • the water vapor-containing drying vapors serve as fluidizing agents, as conveying and blowing agents, as vaporous heat carriers and as reactants for the reforming.
  • the energy contained in the vapors is utilized.
  • the volatile hydrocarbons still contained in the vapors take part in the reactions in the gasifier and thus ensure further enrichment of the product gas.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the dryer is designed as a fluidized bed dryer and is operated at the same pressure level as the fluidized bed steam gasifier and fluidized bed combustion.
  • the process according to the invention utilizes three major components, namely the fluidized bed dryer, fluidized bed steam gasifier and fluidized bed combustion, all operating continuously at the same pressure level, thereby facilitating mass transfer (solids and gases) between these three major components.
  • Fluidized bed steam gasifier and fluidized bed combustion are operated as circulating fluidized beds and assumed as such, if in the following of fluidized beds is mentioned.
  • the fluidized bed dryer is operated with its Tauchsammlung Structure as a stationary fluidized bed.
  • the pressure level may correspond to the atmospheric pressure, but is expediently well above this in order to accelerate the chemical and / or physical reactions, the product raw gas according to the pressure requirements of gas consumption and to produce it both in larger power units and in smaller units.
  • the method is used according to the invention for fuel gas supply of a connected gas and steam combined cycle power plant (CCGT).
  • CCGT connected gas and steam combined cycle power plant
  • a product gas pressure of the product raw gas produced by the fluidized bed steam gasifier at the pressure level at the level of the inlet pressure into the gas turbine of the gas and steam combined cycle power plant is required.
  • the pressures at which the fluidized-bed dryer and the fluidized-bed furnace are operated must also be adapted to this pressure level.
  • a particularly preferred embodiment of the method according to the invention provides that the fluidized bed dryer, the gasification fuel and finely divided solids, especially required additives such as lime and optionally further additives and additional sand are supplied in the form of an aqueous fuel paste with a defined water content in a continuous promotion, the water content the fuel paste corresponds at least to the steam demand of the fluidized bed steam gasifier and moreover at least the paste water content required for the production of pastes.
  • the gasification fuel in the form of an aqueous fuel paste offers a number of advantages.
  • a significant advantage is that you can promote such a fuel paste in a simple manner with a slurry pump and can bring with sufficient pressure in the fluidized bed dryer.
  • By maintaining a defined amount of water in the fuel paste also has the introduced into the drying process amount of water and thus the amount contained in the drying vapors and the fluidized bed steam carburetor supplied amount of water vapor under control.
  • the gasification fuel additives can be mixed in particular additional sand to cover material losses such as with the flue gas discharged sand abrasion and further required additives such as lime and optionally other additives in this fuel paste, so on separate input devices for these additional solids can be dispensed with.
  • the fuel paste input device provided in the fluidized bed dryer is provided with a drainage device by means of which the amount of water introduced into the fluidized bed dryer with the fuel paste can be regulated and can be reduced.
  • the fluidized bed dryer is heated by immersion heaters whose Tauchsammlung vom are heated with extraction steam from the steam turbine of a steam power plant, such as the connected gas and steam combined cycle power plant (GUD plant).
  • a steam power plant such as the connected gas and steam combined cycle power plant (GUD plant).
  • the use of immersion heaters in the fluidized bed dryer ensures that no foreign matter in the exhaust steam and its condensate in the feed water steam cycle of the steam power plant reach in the drying, which provides the heat of drying.
  • the process according to the invention is materially self-sufficient in the field of drying and gasification with respect to the water requirement.
  • the water quality of the fuel water and the paste water is sufficient. It consumes and requires no conditioned, expensive feed water for vapor generation in the fluidized bed dryer and fluidized bed steam gasification, which is usually required for steam generation and steam supply.
  • About the intensity of the heating of the immersion heaters can be the energy input into the fluidized bed dryer and thus the vapor generation in the fluidized bed dryer and influence there forming pressure of the drying vapors, which must be at the same pressure level, but slightly above the pressure of the raw gas generated in the fluidized bed steam gasifier.
  • the drying vapors are expediently overheated before entering the vapor network and in the fluidized bed steam gasifier by heat exchange with the raw gas and steam from the connected gas and steam combined cycle power plant or with the exhaust gas from the gas turbine.
  • This heat exchange is limited to a lower raw gas temperature above the Teerkondensationstemperatur to avoid the premature deposition of tar from the raw gas in the heat exchanger and the raw gas network.
  • the tar vapors contained in the raw gas pass directly into the combustion chamber of the gas turbine of the gas and steam combined cycle power plant and are completely burned there.
  • the drying vapors are one of the three process components: gasification fuel, steam-containing drying vapors and gasification heat.
  • the drying vapors serve next to in the field of fluidized bed dryer and the fluidized bed steam gasifier on the one hand as a carrier and conveying medium and on the other hand as a barrier medium at their solids input devices. Accordingly, in the process according to the invention in this area can be completely dispensed with other print media.
  • pressure-increased flue gas serves as a conveying medium and as a blocking medium on its solid-material input device.
  • the temperature of the heat carrier particles corresponds to the temperature of fluidized bed combustion
  • the fluidized bed steam gasifier is denoted by the reference numeral 10, the fluidized bed combustor by the reference numeral 20 and the fluidized bed dryer in its entirety by the reference numeral 30.
  • the fluidized-bed dryer 30, the fluidized-bed steam gasifier 10 and the fluidized-bed furnace 20 are the three main components of the process according to the invention.
  • the first and the second process components are dry gasification fuel on the one hand and steam-containing drying vapors on the other hand, both in the fluidized bed dryer 30 from an aqueous fuel paste getting produced.
  • the third process component is heat, which is released together with the sensible flue gas heat from Vergasungsrestkoks in the fluidized bed furnace 20 and is transported with circulating solid particles as heat transfer from the Feuerungswirbel Anlagen 20.1 in the gasification fluidized bed 10.1.
  • a vapor distribution network 34 from the power supply units 34.1 to 34.8 connects the fluidized-bed dryer 30 with the fluidized bed steam gasifier 10 and via this with the raw gas network 14 from the power supply units 14.1 to 14.3.
  • the vapor network 34 and the raw gas network 14 form with the fluidized bed dryer 30 as Brüdener Weger and Brüdendruckerzeuger and the Wirbel Anlagenwasserdampfvergaser 10 a contiguous pressure range.
  • a flue gas network 24 from the power supplies 24.1 to 24.5 is connected via the fluidized bed furnace 20 as a flue gas generator with a combustion air network 22 from the power supplies 22.1 to 22.4.
  • the flue gas network 24 and the combustion air network 22 form with the fresh air blower 22.2 as a pressure generator and the fluidized bed 20 for its own pressure range.
  • the fluidized bed steam gasifier 10 (first main component) has a housing, which is provided at the bottom with a nozzle bottom 10.2 and below with a vapor box 10.3, are blown over the water vapor-containing drying vapors as carrying and reactant in the fluidized bed steam gasifier 10. Above the nozzle bottom 10.2, the interior of the fluidized-bed steam gasifier 10 is filled with a gasification fluidized bed 10.1 fluidized by the ascending, vapor-containing drying vapors, which consists of an intimate mixture of dried gasification fuel particles, additive and aggregate particulate matter and a granular, inert heat transfer medium, for example of ashes and quartz sand, exists.
  • a gasification fluidized bed 10.1 fluidized by the ascending, vapor-containing drying vapors, which consists of an intimate mixture of dried gasification fuel particles, additive and aggregate particulate matter and a granular, inert heat transfer medium, for example of ashes and quartz sand, exists.
  • a crude gas line 14.1 via which the raw gas laden with a mixture of solid-state heat carriers and gasification coke oven gasified at the gasification temperature, is discharged from the fluidized-bed steam gasifier 10, is connected at the top.
  • this crude gas line 14.1 is followed by a crude gas cyclone 15, in which the raw gas is freed from mitge kitten, deintercalated solid particles.
  • the dusty hot raw gas is discharged upwards, passed through a crude gas line 14.2 to a crude gas / vapor heat exchanger 37, cooled therein to a temperature above beginning Teerdampfkondensation and then released in a dust filter Rohgasaufleung 60 of residual dust.
  • the solid mixture of heat carrier (sand and ash) and residual coke separated off in the crude gas cyclone 15 is discharged from the crude gas cyclone 15 and together with the residual dust of the fluidized bed furnace 20 separated by a cross connection together with the dust (not shown) of the crude gas treatment 60 15.1 supplied.
  • the mixture of particles at the gasification temperature are accumulated in the lower part of the cross connection 15.1 in front of the entry device 28 and accumulated to a template before they from the template at the lower end of the cross connection 15.1 via the entry device 28 in the fluidized bed 20 with the aid of pressure-increased flue gas as a propellant - And conveyed medium.
  • the mixture template acts as a gas barrier. It separates the adjacent gas and gas pressure chambers, d. H. the vapor raw gas mixture on one side of the flue gas on the other side at one of two interfaces of the solids cycle.
  • the mixture stream which is at the gasification temperature, is introduced via the introduction device 28 into the fluidized-bed furnace 20 by means of pressure-increased heating Flue gas promoted as propellant and conveying gas, as will be explained below.
  • the heat carrier solid particles heated in the fluidized-bed furnace 20 (second main component) are separated from the flue gas in the cyclone 25 and fed via a cross-connection 25.1 via an input device 18 to the fluidized-bed steam gasifier 10.
  • the heated sauce josfeststoffteilchen be accumulated in the lower part of the cross-connection 25.1 in front of the input device 18 and accumulated to a template before they from the template at the lower end of the cross-connection 25.1 via the input device 18 in the fluidized bed steam gasifier 10 with the aid of pressure-increased drying vapors as propellant and Be promoted fluid.
  • the original from the heated heat carrier solid particles acts in front of the input device 18 as a gas barrier.
  • This gas barrier separates the adjacent gas and gas pressure spaces at the second of two seams of the solids cycle with the raw gas / vapor region on one side and the flue gas region on the other side.
  • Wirbel Anlagenntzdampfvergaser 10 is provided above its nozzle plate 10.2 at the same pressure level as the fluidized bed dryer 30 with a continuously operating, vapor-assisted input device 11 for the gasification fuel, for the addition (sand) to the circulating heat transfer medium to cover the abrasion losses and any necessary additives.
  • the input devices 11 and 18 on the fluidized bed steam gasifier 10 are thus each operated by itself with the aid of superheated Brüdendampf as driving and conveying means from a vapor line 34.8.
  • a bottom recess is provided separately from both, followed by a discharge device 19 for coarse parts at the bottom.
  • the fluidized bed dryer 30 (third main component) has a housing, which is provided at the bottom with a nozzle bottom 30.2 and a vapor box 30.3. Into this housing, via the vapor line 34.2 recirculated and dried by a vapor blower 34.3 drying vapors are blown back into the dryer fluidized bed 30.1 and serve as a fluidizing agent and as a drying atmosphere.
  • the drying fluidized bed 30.1 of the fluidized-bed dryer 30 is fluidized above the nozzle bottom 30.2 over a partial height by the ascending drying vapors.
  • the dryer fluidized bed 30.1 consists exclusively of the gasification fuel particles to be gasified, if necessary added sand to cover abrasion losses from the solid-matter cycle and optionally additives.
  • the supply of gasification fuel, additives and additives in the form of a pumpable, aqueous paste with defined water content in the pressure-charged fluidized bed dryer 30 takes place from a paste container 32 via a suction line 32.1, a slurry pump 32.2 and a pressure line 32.3 with input device 32.4 above the stationary dryer fluidized bed 30.1 in Fluidized bed dryer 30.
  • the input device 32.4 is provided with a dewatering device 32.5, with the aid of which excess paste water can be separated and returned to the paste preparation 40 via a return line 32.6.
  • discharge devices 33 are provided in the wall and / or the bottom of the fluidized-bed dryer, via which the dried gasification fuel, added sand and additives are discharged from the fluidized-bed dryer 30 in conjunction with an allocator 33.1 and an input device 11 be input to the fluidized bed steam gasifier 10.
  • the space above the stationary drying fluidized bed 30.1 free space of the fluidized bed dryer 30 is connected via a vapor line 34.1 with the vapor filter 35 (cyclone), in which the drying vapors are freed from the solids contained therein from gasification fuel and aggregate. From the vapor filter 35 are up of the solids exempted drying vapors discharged. Thereafter, the drying vapors via the vapor line 34.2 with the part of the evaporated paste water corresponding to the Brüdenwasserdampf conference the fluidized bed steam gasification, fed via a vapor-vapor / heat exchanger 36 the crude gas / vapor heat exchanger 37 for vapor overheating and as carrying and Christsbrüden in fluidized bed steam gasifier 10th used.
  • the vapor line 34.1 with the part of the evaporated paste water corresponding to the Brüdenwasserdampf
  • the vapor-vapor / heat exchanger 36 is supplied with steam from a connected, but not shown CCGT system 70 via a steam line 36.1 and should limit the temperature level in the crude gas Brüdenuddleleyer 37 to a temperature above beginning Teerdampfkondensation down to the steam temperature to the To leave tar vapor in the raw gas to enter the gas turbine combustion chamber of the gas and steam power plant and to keep the raw gas network tar-free.
  • the re-entrained steam from the vapor-vapor / heat exchanger 36 is supplied via a steam line 36.2 and a steam line 38.1 arranged in a fluidized bed dryer 30 immersion heater 38, the function will be explained below.
  • the steam is still highly superheated after the steam / vapor heat exchanger 36, it is fed via the steam line 36.2 to a desuperheater or a desuperheating partial heating surface, for example the immersion heating surface in the fluidized-bed dryer 30.
  • Temporarily or continuously excess vapor vapors in the vapor network 34 are fed via an overflow valve 34.5 a vapor condensation and vapor recovery devices 50 with heat recovery in the steam cycle of the gas turbine system 70 (not shown).
  • the overflow valve 34.5 is connected behind the vapor filter 35 to the vapor line 34.2 and connected via this with the vapor distribution network 34.
  • a smaller part of the dust-filtered drying vapors is recirculated via the vapor line 34.2 with the aid of a vapor blower 34.3 and via the vapor line 34.4 into the nozzle bottom 30.2 and vapor box 30.3 for fluidizing the dryer fluidized bed 30.1 and at the entry device 31 of the separated fuel dust returned to the fluidized bed dryer 30 used as conveying vapors.
  • the dust deposited in the vapor filter 35 is discharged from the vapor discharge 35 via the solids discharge 35. 1 of the vapor filter 35 and returned to the fluidized-bed dryer 30 via an input device 31.
  • the fluidized-bed dryer 30 is also provided with a discharge device 39 for coarse parts.
  • This discharge device 39 adjoins a bottom depression in the vapor box 31.2 next to and below the nozzle bottom 31.1.
  • the aqueous gasification fuel paste continuously introduced into the fluidized-bed dryer 30 is dried there in a vapor-vapor atmosphere.
  • the resulting dry gasification fuel is discharged from the fluidized bed dryer 30 by means of its discharge device 33 and conveyed by means of an arbiter 33.1 to the input device 11 of the fluidized bed steam gasifier 10 and introduced there with the help of the delivery vapors from the vapor line 34.8 in the fluidized bed steam gasifier.
  • the drying vapors generated in the fluidized-bed dryer 30 are supplied to the fluidized-bed steam gasifier 10 with a large proportion corresponding to the vapor water vapor requirement as carrying and reaction vapors via the vapor lines 34. 8 and the nozzle bottom 10. Before they are introduced into the fluidized-bed steam gasifier 10, the drying vapors are additionally preheated in a vapor-vapor heat exchanger 36 with heat from the steam taken off from the steam turbine of the CCGT plant 70 (not shown) and superheated in the crude gas / vapor heat exchanger 37.
  • the vapor network is connected via the vapor line 34.8 to the input device 18 of the fluidized bed steam gasifier 10.
  • the over the Brüdentechnisch 34.8 supplied Trocknungsbrüden serve first as Tragbrüden as well as the input device 18 supplied Trocknungsbrüden initially serve as conveying and blocking vapors and then participate in the carburetor as reaction vapors at the gasification.
  • the barrier vapors should contribute to a uniform flow of solids through the input device 18, loosen a jam in the cross-connection 25.1 by rapid, short-term gas pulses and counteract an irregularity of the solids flow.
  • the gasification fluidized bed 10.1 contained in the fluidized-bed steam gasifier 10 contains an intimate mixture of the gasification fuel and heat transfer medium (ash, lime and sand) and is fluidized by the drying vapors injected from below.
  • the gasification fuel and the heat transfer medium are carried upwards in the circulating fluidized bed as a result of their constant inflow and ascending drying vapors.
  • the heat transfer medium transfers its sensible heat to the gasification fuel, so that it is degassed and gasified.
  • the resulting gas is also reformed by the water vapor contained in the drying vapors, so that the resulting raw gas has a relatively high content of hydrogen, methane and carbon monoxide.
  • the raw gas produced in the fluidized-bed steam gasifier 10 is fed to the crude gas cyclone 15 via the crude gas line 14, where it is freed from solids and cooled in the crude gas-vapor heat exchanger 37 to a temperature above the condensation of tar steam contained in the raw gas.
  • the vapors are heated to a temperature below the gasification temperature.
  • the hot, tar vapor-containing raw gas is filtered in a raw gas filter of the raw gas treatment 60 from the mixture dust for use in a gas turbine.
  • the filtered-out mixture dust, together with the mixture of residual coke, lime, ash and sand, about 850 ° C. hot, separated off in the raw gas cyclone 15, is introduced into the fluidized-bed furnace 20 via the input device 28.
  • combustion air is externally applied with a fresh-air blower 22.2. sucks and preheated in a flue gas / air preheater 27 with recycled flue gas heat and heated.
  • the mixture of reverted heat transfer medium and residual coke from the gasification entering the fluidized bed furnace 20 is fluidized by the combustion air supplied below through the nozzle bottom 20.2 and by upward flowing flue gases.
  • heat is released and heated with her by the combustion air and the flue gases in the circulating combustion fluidized bed 20.1 upward conveyed heat transfer medium.
  • the residual coke flow from the gasification corresponds to the heat flow required for heating the heat transfer medium and thus the gasification required.
  • the adjustment of the residual coke flow becomes possible when controlling the gasification with a steam vapor stream lying in the control range of the water vapor gasification, which contains a precisely defined amount of steam.
  • the flue gas which is produced during the combustion and is loaded at the outlet of the fluidized bed furnace 20 with the heated heat carrier is fed to a flue gas cyclone 25 via a flue gas conduit 24.
  • a flue gas cyclone 25 the solid heat carrier is separated and placed in the cross-connection 25.1.
  • the liberated from the heat transfer medium dusty flue gas is supplied via a flue gas line 24.2 at atmospheric pressure a flue gas air preheater 27 for preheating the combustion air.
  • a portion of the flue gas is branched off independently of the flue gas state from the flue gas line 24.3 and fed after increasing its pressure by means of a pressure booster 24.4 via the flue gas branch line 24.5 of the input device 28 before the fluidized bed 20.
  • This part of the flue gas serves as a conveying, blowing and sealing gas for the entry of the mixture of the extracted heat transfer medium and residual coke into the fluidized bed furnace 20.
  • the in the overall system consisting of fluidized bed steam gasifier 10, fluidized bed 20 and fluidized bed drying 30) to be maintained pressure level results from the requirements of the pressure of the product gas, ie when using the product gas in a gas turbine of a combined cycle gas turbine from the inlet pressure.
  • the regulated pressure equalization of vapor and raw gas network on the one hand and flue gas and combustion air network on the other facilitates the gas and solid exchange between the three components (consisting of fluidized bed steam gasifier 10, fluidized bed 20 and fluidized bed dryer 30), avoids gas losses of raw gas to the flue gas side on the one hand and the dilution of raw gas by flue gas on the other.
  • the pressure equalization also supports the effectiveness of the gas barriers in cross connections 15.1 and 25.1.
  • the input device 28 together with the cross-connection 15.1 and the therein promoted and accumulated in the lower part, the de-entrained solid particles of the mixture of heat transfer and residual coke.
  • the pressurized flue gas is fed to an expansion turbine which drives an air compressor for combustion air of the pressurized fluidized bed combustor.
  • the flue gas / air preheater 27 is omitted, not shown.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur allothermen Vergasung von festen, kohlenstoffhaltigen Vergasungsbrennstoffen, bei welchem der Vergasungsbrennstoff in einem Trockner (30) getrocknet und anschließend in einem Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) vergast wird, wobei dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) die für die allotherme Vergasung erforderliche Wärme mittels inerter Wärmeträgermedien, insbesondere feinteiliger Feststoffe, zugeführt wird, welche im Kreislauf durch den Wirbelschichtwasserdampf-vergaser (10) und durch eine separate Wirbelschichtfeuerung (20) geführt werden. Um bei einem derartigen Verfahren weniger problematische Abfälle zu erzeugen und dennoch eine gute Ausbeute an wasserstoffreichem Produktgas zu erzielen, schlägt die Erfindung vor, dass der Vergasungsbrennstoff in dem Trockner (30) in einer Brüdenatmosphäre getrocknet wird und dass beim Trocknen entstehende und erzeugte, rauchgasfreie und wasserdampfhaltige Trocknungsbrüden dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) als Fluidisierungsmedium und als Reaktionsmittel zugeführt werden.

Description

Verfahren zur allothermen Vergasung von kohlenstoffhaltigen Verqasunqs- brennstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur allothermen Vergasung von festen, kohlenstoffhaltigen Vergasungsbrennstoffen, bei welchem der Vergasungsbrennstoff in einem Trockner getrocknet und anschließend in einem Wirbelschichtwasserdampfvergaser vergast wird, wobei dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser die für die allotherme Vergasung erforderliche Wärme mittels inerter Wärmeträgermedien, insbesondere feinteiliger Feststoffe, zugeführt wird, welche im Kreislauf durch den Wirbelschichtwasserdampfvergaser und durch eine separate Wirbelschichtfeuerung geführt werden.
Ein derartiges Verfahren ist nach dem Stand der Technik als sogenannte FERCO-Battelle-Gasification bekannt, (vgl. US 6,808,534 B2 und„Synthesegas aus Biomasse" R. Berger, K.R.G. Hein, Universität Stuttgart).
Bei diesen bekannten Verfahren wird ein inertes Wärmeträgermedium - zumeist Quarzsand - in einer mit atmosphärischen Druck betriebenen zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung erhitzt und anschließend aus dieser Wirbelschichtfeuerung nach Abscheidung und Ausleiten der Asche in einen Wirbelschichtwasserdampfvergaser eingetragen. Der Sand gibt dort die in der Wirbelschicht-Feuerung aufgenommene Wärme im direkten Kontakt an den kohlenstoffhaltigen Vergasungsbrennstoff ab, so dass dieser entgast und mit Wasserdampf vergast wird. Nach einer Teilenthitzung wird der Sand zusammen mit dem verbliebenen Restkoks des Vergasungsbrennstoffs und dessen Asche wieder in die Wirbelschichtfeuerung zurückgeführt. Aus dem Restkoks wird in der Wirbelschichtfeuerung durch Verbrennung Wärme entbunden, die zum größten Teil zur Erhit-
BESTÄTIGUNGS OPIE zung von Sand verwendet wird und mit dem Sand der allothermen Vergasung zugeführt wird. Als Fluidisierungsmittel für den Betrieb des Wirbelschichtwasserdampfvergasers und als Reaktionsmittel für die Wasserdampfreformie- rung wird dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser Wasserdampf zugeführt, der für diesen Zweck gesondert erzeugt und bei der Vergasung verbraucht wird und von unten in den Wirbelschichtwasserdampfvergaser eingeblasen wird.
Der kohlenstoffhaltige Vergasungsbrennstoff wird bei diesem bekannten Verfahren (Batteile) vor dem Einbringen in den Wirbelschichtwasserdampfvergaser mit Abwärme aus dem Rauchgas der Wirbelschichtfeuerung in einer rauchgashaltigen Atmosphäre getrocknet.
Ein Problem bei dem bekannten Verfahren besteht darin, dass bei der vorgezogenen Trocknung des Vergasungsbrennstoffes verunreinigte, ungenutzte Trocknungsbrüden anfallen, die zu entsorgen sind. Diese Trocknungsbrüden enthalten brennstoffabhängig neben Wasserdampf gegebenenfalls Rauchgas, Staub, aus dem kohlenstoffhaltigen Vergasungsbrennstoff ausgetriebene flüchtige Kohlenwasserstoffe und bei höheren Trocknungstemperaturen gegebenenfalls Teerdampf. Wegen dieser Bestandteile sollten diese Trocknungsbrüden erst nach sorgfältiger Reinigung in die Umwelt emittiert werden. Bei dieser Reinigung entstehen belastete Abwässer, deren Entsorgung kostspielig ist.
Ein Nachteil ist auch der ständige Verbrauch von aufbereitetem Speisewasser zur Erzeugung des zur Wasserdampfvergasung eingesetzten Wasserdampfes und gegebenenfalls der Primärenergieverbrauch zur Erzeugung dieses Dampfes.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass erheblich weniger problematische Abfälle entstehen, ohne dass die gute Ausbeute an wasserstoffreichem Produktgas beeinträchtigt wird und dass weiterhin das Verfahren im Stoff- und Energieverbrauch weniger aufwändig ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend vom Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass der Vergasungsbrennstoff in dem Trockner in einer Brüdenatmosphäre getrocknet wird und dass beim Trocknen entstehende und erzeugte rauchgasfreie und wasserdampfhaltige Trocknungsbrüden dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser als Fluidisierungsmedium und Reaktionsmittel zugeführt werden.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden die bei der Trocknung des Vergasungsbrennstoffs entstehenden Trocknungsbrüden nicht mehr in die Umwelt abgegeben, sondern zumindest zum größten Teil in dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser stofflich und energetisch verwertet. Dabei dienen die wasser- dampfhaltigen Trocknungsbrüden als Fluidisierungsmittel, als Förder- und Treibmittel, als dampfförmiger Wärmeträger und als Reaktionsmittel für die Reformierung. Zugleich wird die in den Brüden enthaltene Energie verwertet. Die weiterhin in den Brüden enthaltenen flüchtigen Kohlenwasserstoffe nehmen an den Reaktionen im Vergaser teil und sorgen damit für eine weitere Anreicherung des Produktgases.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung sieht vor, dass der Trockner als Wirbelschichttrockner ausgebildet ist und auf dem gleichen Druckniveau betrieben wird, wie der Wirbelschichtwasserdampfvergaser und die Wirbelschichtfeuerung. Somit verwendet das Verfahren gemäß der Erfindung drei Hauptkomponenten, nämlich den Wirbelschichttrockner, den Wirbelschichtwasserdampfvergaser und die Wirbelschichtfeuerung, die alle auf dem gleichen Druckniveau kontinuierlich betrieben werden, wodurch der Stoffaustausch (Feststoffe und Gase) zwischen diesen drei Hauptkomponenten erleichtert wird.
Wirbelschichtwasserdampfvergaser und Wirbelschichtfeuerung werden als zirkulierende Wirbelschichten betrieben und als solche unterstellt, wenn im Folgenden von Wirbelschichten die Rede ist. Der Wirbelschichttrockner wird mit seiner Tauchheizfläche als stationäre Wirbelschicht betrieben.
Das Druckniveau kann dem atmosphärischen Druck entsprechen, liegt aber zweckmäßig deutlich darüber, um die chemischen und/oder physikalischen Reaktionen zu beschleunigen, das Produktrohgas entsprechend den Druckan- forderungen des Gasverbrauchs bereitzustellen und es sowohl in größeren Leistungseinheiten als auch in kleineren Baueinheiten zu produzieren.
Zweckmäßig wird das Verfahren gemäß der Erfindung zur Brenngasversorgung eines angeschlossenen Gas- und Dampf-Kombikraftwerks (GuD-Anlage) verwendet. In diesem Fall ist ein Produktgasdruck des vom Wirbelschichtwasserdampfvergasers erzeugten Produktrohgases auf dem Druckniveau in Höhe des Eingangsdruckes in die Gasturbine des Gas- und Dampf-Kombikraftwerks erforderlich. An dieses Druckniveau müssen unter Berücksichtigung des für den Prozessablauf erforderlichen Druckgefälles auch die Drücke angepasst werden, mit denen der Wirbelschichttrockner und die Wirbelschichtfeuerung betrieben werden.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung sieht vor, dass dem Wirbelschichttrockner der Vergasungsbrennstoff und feinteilige Feststoffe, insbesondere benötigte Zusatzstoffe wie Kalk und gegebenenfalls weitere Zuschlagstoffe und Zusatzsand in Form einer wässrigen Brennstoffpaste mit definiertem Wassergehalt in einer kontinuierlichen Förderung zugeführt werden, wobei der Wassergehalt der Brennstoffpaste mindestens dem Wasserdampfbedarf des Wirbelschichtwasserdampfvergasers und darüber hinaus mindestens dem zur Pastenförderung erforderlichen Pastenwassergehalt entspricht.
Der Vergasungsbrennstoff in Form einer wässrigen Brennstoffpaste bietet eine Reihe von Vorteilen. Ein wesentlicher Vorteil liegt darin, dass man eine solche Brennstoffpaste auf einfache Weise mit einer Dickstoffpumpe fördern und mit ausreichendem Druck in den Wirbelschichttrockner einbringen kann. Durch die Einhaltung einer definierten Wassermenge in der Brennstoffpaste hat man außerdem die in den Trocknungsprozess eingebrachte Wassermenge und damit die in den Trocknungsbrüden enthaltene und dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser zugeführte Menge an Wasserdampf unter Kontrolle. Schließlich können in diese Brennstoffpaste neben dem Vergasungsbrennstoff Zusatzstoffe insbesondere Zusatzsand zur Deckung von Stoffverlusten etwa durch mit dem Rauchgas abgeführten Sandabrieb und weiterhin benötigte Zuschlagstoffe wie Kalk und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe eingemischt werden, so dass auf gesonderte Eingabevorrichtungen für diese zusätzlichen Feststoffe verzichtet werden kann.
Falls für den Pumpvorgang der Dickstoffpumpe ein höherer Wassergehalt in der Brennstoffpaste benötigt wird, als für die nachfolgende Vergasung günstig ist, ist die im Wirbelschichttrockner angeordnete Eingabevorrichtung für die Brennstoffpaste mit einer Entwässerungseinrichtung versehen, mittels derer die mit der Brennstoffpaste in den Wirbelschichttrockner eingetragene Wassermenge regulierbar ist und verringert werden kann .
Im Trockner erzeugte, über den Bedarf im Vergaser hinaus überschüssige Trocknungsbrüden werden über ein Überströmventil geeigneten Brüdenhilfseinrichtungen (nicht erläutert,) für betriebliche Verwendungen und insbesondere bei ständigem Brüdenüberschuß einer Brüdenkondensation Cnicht dargestellt) zugeführt.
Mit Einbindung der Brüdenkondensation in den Speisewasser-Dampf-Kreislauf des GuD-Kraftwerks, das Entnahmedampf zur Trocknung liefert, wird ein Teil der mit dem Entnahmedampf entnommenen und zur Vergasung nicht verbrauchten Wärme in den Speisewasser-Dampf-Kreislauf zurück geführt.
Um die für den Betrieb der Wirbelschicht-Feuerung erforderliche Menge an Restkoks zur Verbrennung und Wärmentbindung, insbesondere von Wärme für die allotherme Vergasung, sicherzustellen, wird mit Hilfe der dem Wirbelschichttrockner mit der Brennstoffpaste zugeführten Wassermenge die dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser mit den Trocknungsbrüden zugeführte Wasserdampfmenge so eingestellt, dass die bei der Vergasung zurückbleibende Restkoksmenge und die daraus entbundene Wärme ausreichen, den Wirbelschichtwasserdampfvergaser mit allothermer Wärme zu versorgen. Ein Grossteil der in der Wirbelschichtfeuerung entbundenen Wärme reicht aus, die Wärmeträgerteilchen zu erhitzen und mit Wärme zur Vergasung aufzuladen. Dieser Teil der Vergasungswärme wird mit den Wärmeträgerteilchen in den Wirbelschichtwasserdampfvergaser transportiert. Hierdurch ist es möglich, das Verfahren mit Hilfe der Wirbelschichtfeuerung im Bereich der Wirbelschichtwasserdampfvergasung energetisch autark zu betreiben. Zum Zwecke der Wärmerückgewinnung ist weiterhin vorgesehen, dass die Wärme aus Überschußbrüden der Trocknung durch Brüdenkondensation in den Wasserdampfkreislauf eines Dampfkraftwerkes, insbesondere des an den Prozess angeschlossenen Gas- und Dampf- Kombikraftwerks (GuD-Anlage) zurückgeführt wird.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Wirbelschichttrockner durch Tauchheizkörper beheizt wird, deren Tauchheizflächen mit Entnahmedampf aus der Dampfturbine eines Dampfkraftwerks, beispielsweise des angeschlossenen Gas- und Dampf-Kombikraftwerks (GUD-Anlage) beheizt werden. Durch die Verwendung von Tauchheizkörpern in dem Wirbelschichttrockner wird erreicht, dass im Bereich der Trocknung keine Fremdstoffe in den Abdampf und dessen Kondensat im Speisewasser-Dampfkreislauf des Dampfkraftwerks gelangen, welches die Trocknungswärme bereitstellt.
Das Verfahren ist gemäß der Erfindung ist im Bereich der Trocknung und der Vergasung hinsichtlich des Wasserbedarfs stofflich autark. Für das Verfahren genügt die Wasserqualität des Brennstoffwassers und des Pastenwassers. Es verbraucht und benötigt zur Brüdenerzeugung im Wirbelschichttrockner und zur Wirbelschichtwasserdampfvergasung kein aufbereitetes, kostspieliges Speisewasser, das zur Dampferzeugung und Dampfversorgung üblicherweise erforderlich ist.
Über die Intensität der Beheizung der Tauchheizkörper lassen sich der Energieeintrag in den Wirbelschichttrockner und damit die Brüdenerzeugung im Wirbelschichttrockner und der sich dort ausbildende Druck der Trocknungsbrüden beeinflussen, der auf dem gleichen Druckniveau, aber geringfügig über dem Druck des in dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser erzeugten Rohgases liegen muss.
Um das Trocknungsbrüdennetz hinreichend staubfrei zu halten, ist weiterhin vorgesehen, dass die Trocknungsbrüden vor Eintritt in das Brüdennetz und in den Wirbelschichtwasserdampfvergaser von Feststoff befreit werden und die abgeschiedenen Feststoffe in den Wirbelschichttrockner zurückgeführt werden. Hierdurch wird zugleich vermieden, dass Teile des Trocknungsbrüdennetzes durch Feststoff ablagerungen blockiert werden.
Zur Verbesserung des Vergasungsvorgangs in dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser werden die Trocknungsbrüden zweckmäßig vor dem Eintritt in das Brüdennetz und in den Wirbelschichtwasserdampfvergaser durch Wärmeaustausch mit dem Rohgas und Dampf aus dem angeschlossenen Gas- und Dampfkombikraftwerk oder mit dem Abgas aus dessen Gasturbine überhitzt.
Dieser Wärmeaustausch wird auf eine untere Rohgastemperatur oberhalb der Teerkondensationstemperatur begrenzt, um die vorzeitige Abscheidung von Teer aus dem Rohgas im Wärmetauscher und im Rohgasnetz zu vermeiden. Hierdurch gelangen die im Rohgas enthaltenen Teerdämpfe unmittelbar in die Brennkammer der Gasturbine des Gas- und Dampf-Kombikraftwerks und werden dort vollständig verbrannt.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung sind die Trocknungsbrüden eine der drei Verfahrenskomponenten: Vergasungsbrennstoff, wasserdampfhaltige Trocknungsbrüden und Vergasungswärme. Die Trocknungsbrüden dienen daneben im Bereich des Wirbelschichttrockners und des Wirbelschichtwasserdampfvergasers einerseits als Träger- und Fördermedium und andererseits als Sperrmedium an deren Feststoffeingabevorrichtungen. Dementsprechend kann beim Verfahren gemäß der Erfindung in diesem Bereich völlig auf andere Druckmedien verzichtet werden.
Schließlich dient im Bereich der Wirbelschichtfeuerung druckerhöhtes Rauchgas als Fördermedium sowie als Sperrmedium an deren Feststoffeingabevorrichtung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein entsprechendes Verfahrens- und Anlageschema zeigt. In der verwendeten Dezimalgliederung der verwendeten Bezugsziffern sind zusammengehörige Anlageteile jeweils zu Gruppen zusammengefasst worden, und zwar wie folgt (siehe auch Bild):
10 Wirbelschichtwasserdampfvergaser
(Diesem werden zugeführt :
über 11 : Vergasungsbrennstoff, Zusatz- und Zuschlagstoffe, alle mit Trocknungstemperatur,
über 34.8: wasserdampfhaltige, überhitzte Trocknungsbrüden, verteilt über 10.2, 11 , 18 und
über 18: Wärme mit erhitzten, festen Wärmeträgerteilchen zusammen mit überhitztem Brüdendampf über 34.8, verteilt über 10.2, 11 und 18.
Aus diesem werden abgeführt :
über 14.1 : Rohgas, mit Feststoffgemisch beladen, enthaltend Wärmeträgerteilchen, Asche, Restkoks, Kalk, Kalkverbindungen, alle auf Vergasungs- und Reaktionstemperatur enthitzt).
10.1 Vergasungswirbelschicht
(zirkulierend; hier wird allotherme Wärme von den über 18 zugeführten, erhitzten Wärmeträgerteilchen auf das über 11 zugeführte Gemisch aus Vergasungsbrennstoff, Zusatz- und Zuschlagstoffen übertragen. Durch diese Wärmeübertragung wird in dieser Wirbelschicht die erforderlich Vergasungs- und Reaktionstemperatur erreicht, welche der Rohgastemperatur entspricht.)
10.2 Düsenboden
(für Tragbrüden)
10.3 Brüdenkasten
11 Eingabe-Vorrichtung
(für Vergasungsbrennstoff, Zusatz- und Zuschlagstoffe, alle getrocknet, Eingabe mit überhitzten Förderbrüden, Temperatur der Feststoffe gleich Trocknungstemperatur) 14 Rohgasnetz
14.1 Rohgasleitung
(von 10 nach 15; Rohgas/Feststoffgemisch, Temperatur gleich Vergasungstemperatur)
14.2 Rohgasleitung
(von 15 nach 37; Rohgas, von Feststoff befreit, noch staubhaltig, Temperatur gleich Vergasungstemperatur)
14.3 Rohgasleitung
(von 37 nach 60; Rohgas, noch staubhaltig, Temperatur über die Teerdampf- Kondensationstemperatur angehoben)
15 Rohgaszyklon
(Trennung von Rohgas und Feststoffgemisch; Temperatur gleich Vergasungstemperatur)
15.1 Querverbindung
(Feststoffgemisch von 5 nach 28; Gemischtemperatur gleich Vergasungstemperatur)
18 Eingabevorrichtung
(für erhitzte, feste Wärmeträgerteilchen in den Wirbelschichtwasserdampfvergaser, Temperatur vor 18 gleich Temperatur der Wirbelschichtfeuerung 20)
19 Austragsvorrichtung
(Grobteile)
20 Wirbelschichtfeuerung
(Dieser werden zugeführt:
- Über 28: ein Gemisch aus festen Wärmeträgerteilchen, Sand, Asche, Zuschlagstoffen und Restkoks; alle enthitzt auf Vergasungstemperatur; - über 20.2: Verbrennungsluft, erhitzt mit Abwärme aus dem Rauchgas. Aus dieser werden abgeführt:
- Über 24.1 : auf die Temperatur der Wirbelschichtfeuerung erhitztes Rauchgas, beladen mit festen, erhitzten Wärmeträgerteilchen, Asche und Kalkverbindungen).
20.1 Feuerungswirbelschicht
(zirkulierend; Verbrennung und Wärmeentbindung aus Vergasungsrestkoks, Aufladung der Wärmeträgerteilchen mit allothermer Wärme; dabei erreichen die Wärmeträgerteilchen, die Asche und die Kalkverbindungen die Temperatur der Wirbelschichtfeuerung)
20.2 Düsenboden
(Verbrennungsluft)
20.3 Luftkasten
22 Verbrennungsluftnetz
22.1 Frischluftansaugung
22.2 Frischluftgebläse
(Verbrennungsluftverdichter)
22.3 Luftleitung
(Kaltluft)
22.4 Luftleitung
(Heißluft)
24 Rauchgasnetz 24.1 Rauchgasteitung
(von 20 nach 25; Rauchgas mit festen Wärmeträgerteilchen beladen, feste Wärmeträgerteilchen mit allothermer Wärme aufgeladen, Temperatur gleich Temperatur der Wirbelschichtfeuerung)
24.2 Rauchgasleitung
(von 25 nach 27; Rauchgas, noch staubhaltig, Temperatur gleich Temperatur der Wirbelschichtfeuerung),
24.3 Rauchgasleitung,
(von 27 nach 80 und nach 24.4; kalt, Rauchgas staubhaltig)
24.4 Druckerhöhungsgebläse,
(Druckerhöhung des kalten Förderrauchgases für 28)
24.5 Rauchgaszweigleitung
(von 24.4 nach 28; kaltes, druckerhöhtes Förderrauchgas) 25 Rauchgaszyklon
(Trennung von erhitzten, festen, wärmeaufgeladenen Wärmeträgerteilchen und heißem Rauchgas; die Temperatur von Rauchgas und Wärmeträgerteilchen entspricht der Temperatur der Wirbelschichtfeuerung)
25.1 Querverbindung
(von 25 nach 18; für erhitzte, feste, wärmeaufgeladene Wärmeträgerteilchen; die Temperatur der Wärmeträgerteilchen entspricht der Temperatur der Wirbelschichtfeuerung)
27 Rauchgas / Luftvorwärmer
28 Eingabevorrichtung
(von 15 nach 20; Eintrag von enthitzten, festen wärmeentladenen Wärmeträgerteilchen, auf Vergasungstemperatur enthitzt, zur Wiederaufladung der Wärmeträgerteilchen mit allothermer Wärme in 20) 29 Austragsvorrichtung
(Grobteile)
30 Wirbelschichttrockner
(mit
dampfbeheizter Tauchfläche (innerhalb der Wirbelschicht angeordnet) und Einspritzvorrichtung 32.4 und Entwässerungsvorrichtung 32.5 für die Verteilung und Entwässerung der zugeführten Brennstoffpaste (im Innenraum des Wirbelschichttrockners oberhalb der Wirbelschicht angeordnet).)
30.1 Trocknerwirbelschicht
30.2 Düsenboden
(für rückgeführte Tragbrüden,)
30.3 Brüdenkasten
(für rückgeführte Tragbrüden)
31 Eingabevorrichtung
(für in 35 aus den erzeugten Brüden abgeschiedenen und über 31 nach 30 zurückgeführten Staub)
32 Pastenbehäiter
32.1 Saugleitung
32.2 Dickstoffpumpe
32.3 Pastendruckleitung
32.4 Eingabevorrichtung
(Eintrag und Verteilung der Paste im Trockner 30) 32.5 Entwässerungsvorrichtung
(mechanische Entwässerung und Trennung der Paste in nassen Brennstoff und abgeschiedenes Pastenwasser)
32.6 Verbindungsleitung
(Rückführung von Pastenwasser nach 40)
33 Austragsvorrichtung
(aus Wirbelschichttrockner 30; Trockenbrennstoff, Zusatz- und Zuschlagstoffe) 33.1 Zuteiler
(für Trockenbrennstoff aus Austragsvorrichtung 33 in Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10)
34 Brüdenverteilungsnetz
(Brüdentemperatur gleich Trocknungstemperatur)
34.1 Brüdenleitung
(von 30 nach 35; staubhaltige Brüden, Brüdentemperatur gleich Trocknungstemperatur)
34.2 Brüdenleitung
(von 35 nach 34.3, 34.5 und 36; reststaubhaltige Brüden, Brüdentemperatur gleich Trocknungstemperatur)
34.3 Brüdengebläse
(zur Druckerhöhung der reststaubhaltigen, Trag- und Förderbrüden; Temperatur gleich der Trocknungstemperatur)
34.4 Brüdenleitung
(Zuführung der druckerhöhten Trag- und Förderbrüden zum Brüdenkasten 30.3 und Eintrag 31 ; Temperatur gleich der Trocknungstemperatur) 34.5 Überströmventil
(Umleitung von Überschußbrüden; Temperatur gleich der Trocknungstemperatur)
34.6 Brüdenleitung
(von 34.5 nach Brüdenkondensation und Brüdenhilfseinrichtungen 50; Temperatur gleich der Trocknungstemperatur)
34.7 Brüdenleitung
(von 36 nach 37; Temperatur gleich Brüdentemperatur hinter 36)
34.8 Brüdenleitung
(von 37 nach 10.3, 11 , 18; Temperatur gleich Brüdentemperatur hinter 37) 35.1 Staubleitung
(in 35 aus erzeugten Brüden abgeschiedener und zum Eintrag 31 in den Wir- belschichtrockner 30 zurückgeführter Staub)
36 Dampf-Brüden-Wärmetauscher
(Brüdenüberhitzung mit Dampf aus dem GuD-Kraftwerk 70)
36.1 Dampfleitung
(vom GuD-Kraftwerk 70 zum Dampf-Brüden-Wärmetauscher 36)
36.2 Dampfleitung
(vom Dampf-Brüden-Wärmetauscher 36 zu einem Dampf-Enthitzer (nicht dargestellt) vor Tauchheizkörper 38)
37 Rohgas-Brüden-Wärmetauscher
(Rohgas-Teilenthitzung auf Temperaturen oberhalb der Teerdampfkondensation; gleichzeitig Brüdenüberhitzung)
38 Tauchheizkörper
(im Wirbelschichttrockner in der Wirbelschicht angeordnet) 38.1 Dampfleitung
(von nicht dargestelltem Dampfenthitzer hinter dem Dampf-Brüden-Wärmetauscher 36 zum Tauchheizkörper 38) 8.2 Kondensatrücklaufleitung
(von Tauchheizkörper 38 zum Wasserdampfkreislauf des GuD-Kraftwerks 70)
39 Austragsvorrichtung
(für Grobteile),
40 Pastenzubereitung
50 Überschussbrüdenkondensation, Hilfseinrichtungen
(für Überschußbrüden)
60 Rohgasaufbereitung
70 GuD-Anlage
80 Rauchgasentstaubung
(nach Rauchgas-Luftvorwärmer 27 oder ggf. vor Rauchgasturbine als Verdichterantrieb für Verbrennungsluft (nicht dargestellt))
In der Zeichnung kennzeichnen gegliederte Bezugszeichen Hauptkomponenten, zugehörige Komponenten und Verbindungen. Der Wirbelschichtwasserdampfvergaser ist mit der Bezugsziffer 10, die Wirbelschichtfeuerung mit der Bezugsziffer 20 und der Wirbelschichttrockner in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet. Der Wirbelschichttrockner 30, der Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 und die Wirbelschichtfeuerung 20 sind die drei Hauptanlagekomponenten des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Die erste und die zweite Verfahrenskomponente sind trockener Vergasungsbrennstoff einerseits und dampfhaltige Trocknungsbrüden andererseits, die beide in dem Wirbelschichttrockner 30 aus einer wässrigen Brennstoffpaste hergestellt werden. Die dritte Verfahrenskomponente ist Wärme, die zusammen mit der fühlbaren Rauchgaswärme aus Vergasungsrestkoks in der Wirbelschichtfeuerung 20 entbunden wird und die mit umlaufenden Feststoffteilchen als Wärmeträger aus der Feuerungswirbelschicht 20.1 in die Vergasungswirbelschicht 10.1 transportiert wird.
Ein Brüdenverteilungsnetz 34 aus den Netzteilen 34.1 bis 34.8 verbindet den Wirbelschichttrockner 30 mit dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 und über diesen mit dem Rohgasnetz 14 aus den Netzteilen 14.1 bis 14.3. Das Brüdennetz 34 und das Rohgasnetz 14 bilden mit dem Wirbelschichttrockner 30 als Brüdenerzeuger und Brüdendruckerzeuger und dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 einen zusammenhängenden Druckbereich.
Ein Rauchgasnetz 24 aus den Netzteilen 24.1 bis 24.5 ist über die Wirbelschichtfeuerung 20 als Rauchgaserzeuger mit einem Verbrennungsluftnetz 22 aus den Netzteilen 22.1 bis 22.4 verbunden. Hinter einem Rauchgas/Luft-Wärmetauscher 27, der die fühlbare Rauchgaswärme auf die Verbrennungsluft überträgt, sie erhitzt und das Rauchgas abkühlt, schließt über eine Rauchgasleitung 24.3 eine Rauchgasaufbereitung 80 an. Das Rauchgasnetz 24 und das Verbrennungsluftnetz 22 bilden mit dem Frischluftgebläse 22.2 als Druckerzeuger und der Wirbelschichtfeuerung 20 für sich einen eigenen Druckbereich.
Der Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 (erste Hauptkomponente) hat ein Gehäuse, welches unten mit einem Düsenboden 10.2 und darunter mit einem Brüdenkasten 10.3 versehen ist, über den wasserdampfhaltige Trocknungsbrüden als Trag- und Reaktionsmittel in den Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 eingeblasen werden. Der Innenraum des Wirbelschichtwasserdampfvergasers 10 ist oberhalb des Düsenboden 10.2 mit einer durch die aufsteigenden, was- serdampfhaltigen Trocknungsbrüden fluidisierten Vergasungswirbelschicht 10.1 ausgefüllt, welche aus einem innigen Gemisch aus getrockneten Vergasungsbrennstoffteilchen, Zusatz- und Zuschlag-Stoffteilchen und einem körnigen, inerten Wärmeträgermedium, beispielsweise aus Asche und Quarzsand, besteht. An den Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 schließt oben eine Rohgasleitung 14.1 an, über welche das mit einem Gemisch aus auf Vergasungstemperatur enthitzten Feststoffwärmeträgern und Vergasungsrestkoks beladene Rohgas aus dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 ausgetragen wird. An diese Rohgasleitung 14.1 schließt sich ein Rohgaszyklon 15 an, in welchem das Rohgas von mitgeförderten, enthitzten Feststoffteilchen befreit wird. Aus dem Rohgaszyklon 15 wird nach oben das staubhaltige heiße Rohgas ausgetragen, über eine Rohgasleitung 14.2 zu einem Rohgas/Brüden-Wärmetauscher 37 geführt, darin auf eine Temperatur oberhalb beginnender Teerdampfkondensation gekühlt und danach in einem Staubfilter einer Rohgasaufbereitung 60 von Reststaub befreit.
Das in dem Rohgaszyklon 15 abgeschiedene, auf Vergasungstemperatur enthitzte Feststoffgemisch aus Wärmeträger (Sand und Asche) und Restkoks wird unten aus dem Rohgaszyklon 15 ausgetragen und zusammen mit dem in einem Staubfilter (nicht dargestellt) der Rohgasaufbereitung 60 abgeschiedenen Reststaub der Wirbelschichtfeuerung 20 über die eine Querverbindung 15.1 zugeführt.
Dabei werden die auf Vergasungstemperatur enthitzten Gemischteilchen im unteren Teil der Querverbindung 15.1 vor der Eintragsvorrichtung 28 angestaut und zu einer Vorlage angesammelt, bevor sie aus der Vorlage am unteren Ende der Querverbindung 15.1 über die Eintragsvorrichtung 28 in die Wirbelschichtfeuerung 20 mit Hilfe von druckerhöhtem Rauchgas als Treib- und Fördermedium gefördert werden.
In der Querverbindung 15.1 und vor der Eingabevorrichtung 28 zur Wirbelschichtfeuerung 20 angestaut wirkt die Gemischvorlage als Gassperre. Sie trennt die benachbarten Gas- und Gasdruckräume, d. h. das Brüden-Rohgasgemisch auf der einen Seite vom Rauchgas auf der anderen Seite an der einen von zwei Nahtstellen des Feststoffkreislaufes.
Der auf Vergasungstemperatur enthitzte Gemischstrom wird über die Eintragsvorrichtung 28 in die Wirbelschichtfeuerung 20 mit Hilfe von druckerhöhtem Rauchgas als Treib- und Fördergas gefördert, wie weiter unten noch erläutert wird.
Die in der Wirbelschichtfeuerung 20 (zweite Hauptkomponente) erhitzten Wärmeträgerfeststoffteilchen werden in dem Zyklon 25 vom Rauchgas getrennt und über eine Querverbindung 25.1 über eine Eingabevorrichtung 18 dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 zugeführt.
Dabei werden die erhitzten Wärmeträgerfeststoffteilchen im unteren Teil der Querverbindung 25.1 vor der Eingabevorrichtung 18 angestaut und zu einer Vorlage angesammelt, bevor sie aus der Vorlage am unteren Ende der Querverbindung 25.1 über die Eingabevorrichtung 18 in den Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 mit Hilfe von druckerhöhten Trocknungsbrüden als Treib- und Fördermedium gefördert werden.
In der Querverbindung 25.1 vor dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 wirkt die Vorlage aus den erhitzten Wärmeträgerfeststoffteilchen vor der Eingabevorrichtung 18 als Gassperre. Diese Gassperre trennt die benachbarten Gas- und Gasdruckräume an der zweiten von zwei Nahtstellen des Feststoffkreislaufes mit dem Rohgas/Brüden-Bereich auf der einen Seite und dem Rauchgasbereich auf der anderen Seite.
Weiterhin ist der Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 oberhalb seines Düsenbodens 10.2 auf dem gleichen Druckniveau wie der Wirbelschichttrockner 30 mit einer kontinuierlich arbeitenden, brüdengestützten Eingabevorrichtung 11 für den Vergasungsbrennstoff, für den Zusatz (Sand) zum umlaufenden Wärmeträgerfeststoff zur Deckung der Abriebverluste und für gegebenenfalls erforderliche Zuschlagsstoffe versehen. Die Eingabevorrichtungen 11 und 18 an dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 werden also jede für sich mit Hilfe von überhitztem Brüdendampf als Treib- und Fördermittel aus einer Brüdenleitung 34.8 betrieben. Schließlich ist unten im Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 neben dem Düsenboden 10.2 und dem Brüdenkasten 10.3 getrennt von beiden eine Bodenvertiefung vorgesehen, an die sich unten eine Austragsvorrichtung 19 für Grobteile anschließt. Der Wirbelschichttrockner 30 (dritte Hauptkomponente) hat ein Gehäuse, welches unten mit einem Düsenboden 30.2 und einem Brüdenkasten 30.3 versehen ist. In dieses Gehäuse werden über die Brüdenleitung 34.2 zurückgeführte und mittels einem Brüdengebläse 34.3 druckerhöhte Trocknungsbrüden wieder in die Trocknerwirbelschicht 30.1 eingeblasen und dienen hier als Fluidisierungsmittel und als Trocknungsatmosphäre. Die Trocknungswirbelschicht 30.1 des Wirbelschichttrockners 30 wird oberhalb des Düsenbodens 30.2 über eine Teilhöhe durch die aufsteigenden Trocknungsbrüden fluidi- siert. Dabei besteht die Trocknerwirbelschicht 30.1 ausschließlich aus den zu vergasenden Vergasungsbrennstoffteilchen, erforderlichenfalls zugesetztem Sand zur Deckung von Abriebverlusten aus dem Feststoffkreislauf und gegebenenfalls Zuschlagsstoffen.
Die Zufuhr von Vergasungsbrennstoff, Zusatz- und Zuschlagstoffen in Form einer pumpfähigen, wässrigen Paste mit definiertem Wassergehalt in den druckaufgeladenen Wirbelschichttrockner 30 erfolgt aus einem Pastenbehälter 32 über eine Saugleitung 32.1 , eine Dickstoffpumpe 32.2 und eine Druckleitung 32.3 mit Eingabevorrichtung 32.4 oberhalb der stationären Trocknerwirbelschicht 30.1 im Wirbelschichttrockner 30. Dabei ist die Eingabevorrichtung 32.4 mit einer Entwässerungsvorrichtung 32.5 versehen, mit deren Hilfe überschüssiges Pastenwasser abgeschieden und über eine Rückführleitung 32.6 zur Pastenzubereitung 40 zurückgeführt werden kann.
Im unteren Bereich der Trocknungswirbelschicht 30.1 sind in der Wand und/oder dem Boden des Wirbelschichttrockners 30 Austragsvorrichtungen 33 vorgesehen, über die in Verbindung mit einem Zuteiler 33.1 und einer Eingabevorrichtung 11 der getrocknete Vergasungsbrennstoff, zugesetzter Sand und Zuschlagsstoffe aus dem Wirbelschichttrockner 30 ausgetragen werden, um in den Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 eingegeben zu werden.
Der oberhalb der stationären Trocknungswirbelschicht 30.1 befindliche Freiraum des Wirbelschicht-Trockners 30 ist über eine Brüdenleitung 34.1 mit dem Brüdenfilter 35 (Zyklon) verbunden, in welchem die Trocknungsbrüden von den darin enthaltenen Feststoffen aus Vergasungsbrennstoff und Zuschlagsstoff befreit werden. Aus dem Brüdenfilter 35 werden nach oben die von Feststoffen befreiten Trocknungsbrüden ausgetragen. Danach werden die Trocknungsbrüden über die Brüdenleitung 34.2 mit dem Teil des verdampften Pasten wassers, der dem Brüdenwasserdampfbedarf der Wirbelschichtwasserdampfvergasung entspricht, über einen Dampf-Brüden/Wärmetauscher 36 dem Rohgas/Brüden- Wärmetauscher 37 zur Brüdenüberhitzung zugeführt und als Trag- und Reaktionsbrüden im Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 eingesetzt.
Der Dampf-Brüden/Wärmetauscher 36 wird mit Dampf aus einer angeschlossenen, aber nicht dargestellten GuD-Anlage 70 über eine Dampfleitung 36.1 versorgt und soll mit der Dampftemperatur das Temperaturniveau im Rohgas- Brüdenwärmetauscher 37 auf eine Temperatur oberhalb beginnender Teerdampfkondensation nach unten begrenzen, um den Teerdampf im Rohgas bis Eintritt in die Gasturbinenbrennkammer der GuD-Anlage zu belassen und das Rohgasnetz teerfrei zu halten. Der enthitzte Dampf aus dem Dampf- Brüden/Wärmetauscher 36 wird über eine Dampfleitung 36.2 und eine Dampfleitung 38.1 einem im Wirbelschichttrockner 30 angeordneten Tauchheizkörper 38 zugeführt, dessen Funktion weiter unten erläutert wird. Ist der Dampf nach dem Dampf/Brüden-Wärmetauscher 36 noch hoch überhitzt, wird er über die Dampfleitung 36.2 einem Enthitzer oder einer Enthitzungsteilheizfläche, etwa der Tauchheizfläche im Wirbelschichttrockner 30 zugeführt.
Vorübergehend oder ständig überschüssige Dampfbrüden im Brüdennetz 34 werden über ein Überströmventil 34.5 einer Brüdenkondensation und Brüdenhilfseinrichtungen 50 mit Wärmerückgewinnung in den Wasserdampfkreislauf der GUD-Anlage 70 (nicht dargestellt) zugeführt. Das Überströmventil 34.5 ist hinter den Brüdenfilter 35 an die Brüdenleitung 34.2 angeschlossen und über diese mit dem Brüdenverteilungsnetz 34 verbunden.
Ein kleinerer Teil der staubgefilterten Trocknungsbrüden wird über die Brüdenleitung 34.2 mit Hilfe eines Brüdengebläses 34.3 rezirkuliert und über die Brüdenleitung 34.4 in den Düsenboden 30.2 und Brüdenkasten 30.3 zur Fluidi- sierung der Trocknerwirbelschicht 30.1 und an der Eintragsvorrichtung 31 des abgeschiedenen, in den Wirbelschichttrockner 30 zurückgeführten Brennstoffstaubes als Förderbrüden eingesetzt. Der in dem Brüdenfilter 35 abgeschiedene Staub wird über den Feststoffaus- trag 35.1 des Brüdenfilters 35 aus diesem ausgetragen und über eine Eingabevorrichtung 31 dem Wirbelschichttrockner 30 wieder zugeführt.
Die Beheizung des Wirbelschichttrockners 30 erfolgt über in der stationären Wirbelschicht 30.1 angeordnete Tauchheizkörper 38, deren Tauchheizflächen durch die Kondensationswärme aus Entnahmedampf der Dampfturbine der in der Zeichnung nicht dargestellten GuD-Anlage beheizt werden. Das in dem Tauchheizkörper 38 entstehende Kondensat wird über eine Kondensatleitung 38.2 wieder dem Wasser-Dampf-Kreislauf der GuD-Anlage zugeführt.
Schließlich ist auch der Wirbelschichttrockner 30 mit einer Austragsvorrich- tung 39 für Grobteile versehen. Diese Austragsvorrichtung 39 schließt sich an eine Bodenvertiefung im Brüdenkasten 31.2 neben und unterhalb dem Düsenboden 31.1 an.
Die kontinuierlich in den Wirbelschichttrockner 30 eingebrachte wässrige Vergasungsbrennstoffpaste wird dort in einer Dampfbrüdenatmosphäre getrocknet. Der entstehende trockene Vergasungsbrennstoff wird aus dem Wirbelschichttrockner 30 mit Hilfe von dessen Austragsvorrichtung 33 ausgetragen und mit Hilfe eines Zuteilers 33.1 zur Eingabevorrichtung 11 des Wirbelschichtwasserdampfvergasers 10 gefördert und dort mit Hilfe der Förderbrüden aus der Brüdenleitung 34.8 in den Wirbelschicht-Wasserdampfvergaser eingebracht.
Die in dem Wirbelschichttrockner 30 erzeugten Trocknungsbrüden werden mit einem Großteil entsprechend dem Brüdenwasserdampfbedarf als Trag- und Reaktionsbrüden über die Brüdenleitungen 34.8 und den Düsenboden 10.2 dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 zugeführt. Vor ihrer Eingabe in den Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 werden die Trocknungsbrüden noch zusätzlich in einem Dampf-Brüden-Wärmetauscher 36 mit Wärme aus dem Entnahmedampf der Dampfturbine der nicht dargestellten GuD-Anlage 70 vorgewärmt und im Rohgas/Brüden-Wärmetauscher 37 überhitzt.
Das Brüdennetz ist über die Brüdenleitung 34.8 an die Eingabevorrichtung 18 des Wirbelschichtwasserdampfvergasers 10 angeschlossen. Die über die Brüdenleitung 34.8 zugeführten Trocknungsbrüden dienen zunächst als Tragbrüden wie auch die der Eingabevorrichtung 18 zugeführten Trocknungsbrüden zunächst als Förder- und Sperrbrüden dienen und danach alle im Vergaser als Reaktionsbrüden an der Vergasung teilnehmen. Die Sperrbrüden sollen zu einem gleichmäßigen Feststoffstrom durch die Eingabevorrichtung 18 beitragen, einen Stau in der Querverbindung 25.1 durch schnelle, kurzzeitige Gasimpulse auflockern und einer Unregelmäßigkeit des Feststoffstroms entgegenwirken.
Die in dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 befindliche Vergasungs-wirbelschicht 10.1 enthält ein inniges Gemisch aus dem Vergasungsbrennstoff und Wärmeträgermedium (Asche, Kalk und Sand) und wird durch die von unten eingeblasenen Trocknungsbrüden fluidisiert. Dabei werden der Vergasungsbrennstoff und das Wärmeträgermedium in Folge ihres ständigen Zustroms und der aufsteigenden Trocknungsbrüden in der zirkulierenden Wirbelschicht nach oben getragen. Gleichzeitig gibt das Wärmeträgermedium seine fühlbare Wärme an den Vergasungsbrennstoff ab, so dass dieser entgast und vergast wird. Das entstehende Gas wird zugleich durch den in den Trocknungsbrüden enthaltenen Wasserdampf reformiert, so dass das entstehende Rohgas einen relativ hohen Gehalt an Wasserstoff, Methan und Kohlenmonoxid hat.
Das in dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 erzeugte Rohgas wird über die Rohgasleitung 14.1 dem Rohgaszyklon 15 zugeführt, dort von Feststoffen befreit und im Rohgas-Brüden-Wärmetauscher 37 auf eine Temperatur oberhalb der Kondensation von im Rohgas enthaltenen Teerdampf gekühlt. Die Brüden werden dabei auf eine Temperatur unterhalb der Vergasungstemperatur erhitzt.
Das heiße, teerdampfhaltige Rohgas wird in einem Rohgasfilter der Rohgasaufbereitung 60 vom Gemischstaub für den Einsatz in einer Gasturbine gefiltert. Der ausgefilterte Gemischstaub wird zusammen mit dem im Rohgaszyklon 15 abgeschiedenen Gemisch aus Restkoks, Kalk, Asche und Sand, ca. 850°C heiß, in die Wirbelschicht-Feuerung 20 über die Eingabevorrichtung 28 eingetragen.
Zur Verbrennung von Restkoks aus der Vergasung in der Wirbelschichtfeuerung 20 wird mit einem Frischluftgebläse 22.2 Verbrennungsluft außen ange- saugt und in einem Rauchgas/Luftvorwärmer 27 mit rückgeführter Rauchgaswärme vorgewärmt und erhitzt. Das in die Wirbelschicht-Feuerung 20 eintretende Gemisch aus enthitztem Wärmeträgermedium und Restkoks aus der Vergasung wird durch die unten durch den Düsenboden 20.2 zugeführte Verbrennungsluft und durch aufwärtsströmende Rauchgase fluidisiert. Bei Verbrennung des Restkoks in der Feuerungswirbelschicht 20.1 wird Wärme entbunden und mit ihr das von Verbrennungsluft und den Rauchgasen in der zirkulierenden Feuerungswirbelschicht 20.1 aufwärtsgeförderte Wärmeträgermedium erhitzt.
Der Restkoksstrom aus der Vergasung entspricht dabei dem zur Erhitzung des Wärmeträgermediums und damit dem zur Vergasung benötigten Wärmestrom. Die Einstellung des Restkoksstroms wird möglich bei Regelung der Vergasung mit einem im Regelbereich der Wasserdampfvergasung liegenden Dampfbrüdenstrom, der eine exakt definierte Dampfmenge enthält.
Das bei der Verbrennung entstehende, am Austritt der Wirbelschichtfeuerung 20 mit dem erhitzten Wärmeträger beladene Rauchgas wird über eine Rauchgasleitung 24.1 einem Rauchgaszyklon 25 zugeführt. In diesem Rauchgaszyklon 25 wird der Feststoffwärmeträger abgeschieden und in die Querverbindung 25.1 gegeben. Das von dem Wärmeträgermedium befreite, staubhaltige Rauchgas wird über eine Rauchgasleitung 24.2 bei Normaldruck einem Rauchgas-Luftvorwärmer 27 zur Vorwärmung der Verbrennungsluft zugeführt.
Beschreibung und Schema einer Rauchgasteilanlage für den Fall von druckaufgeladenem Rauchgas der Feuerungswirbelschicht 20 sind hier nicht enthalten.
Ein Teil des Rauchgases wird unabhängig vom Rauchgaszustand aus der Rauchgasleitung 24.3 abgezweigt und nach Erhöhung seines Drucks mit Hilfe eines Druckerhöhungsgebläses 24.4 über die Rauchgaszweigleitung 24.5 der Eingabevorrichtung 28 vor der Wirbelschichtfeuerung 20 zugeführt. Dieser Teil des Rauchgases dient als Förder-, Treib- und Sperrgas zum Eintrag des Gemisches aus enthitztem Wärmerträgermedium und Restkoks in die Wirbelschichtfeuerung 20. Das in der Gesamtanlage (bestehend aus Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10, Wirbelschichtfeuerung 20 und Wirbelschichttrocknung 30) einzuhaltende Druckniveau ergibt sich aus den Anforderungen an den Druck des Produktgases, d. h. bei Einsatz des Produktgases in einer Gasturbine einer angeschlossenen GuD-Anlage aus deren Eintrittsdruck.
Die geregelte Druckangleichung von Brüden- und Rohgasnetz auf der einen Seite und Rauchgas- und Verbrennungsluftnetz auf der anderen Seite erleichtert den Gas- und Feststoffaustausch zwischen den drei Komponenten (bestehend aus Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10, Wirbelschichtfeuerung 20 und Wirbelschichttrockner 30), vermeidet Gasverluste von Rohgas zur Rauchgasseite einerseits und die Verdünnung von Rohgas durch Rauchgas andererseits. Die Druckangleichung unterstützt auch die Wirksamkeit der Gassperren in den Querverbindungen 15.1 und 25.1.
Als feststoffdurchlässige Gassperren wirken:
- die Eingabevorrichtung 18 zusammen mit der Querverbindung 25.1 und den darin geförderten und im unteren Teil angestauten, erhitzten Wärmeträgerfeststoffteilchen und
- die Eingabevorrichtung 28 zusammen mit der Querverbindung 15.1 und den darin geförderten und im unteren Teil angestauten, enthitzten Feststoffteilchen des Gemisches aus Wärmeträger und Restkoks.
Diese beiden Gassperren trennen beide Gas- und Gasdruckbereiche, nämlich von Brüden/Rohgas 34/14 auf der einen Seite und Rauchgas 24 auf der anderen Seite an beiden Nahtstellen des Feststoffkreislaufes zwischen dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser 10 und der Wirbelschichtfeuerung 20.
Beide Druckbereiche, der Brüden/Rohgasbereich 34/14 und der Rauchgasbereich 24, werden jeder für sich druckgeregelt, und zwar der Brüden/Rohgasdruck mit dem Trockner 30 als Brüden- und Brüdendruckerzeuger und der Rauchgasdruck mit dem Frischluftgebläse 27.1 oder bei einer Druckwirbelschicht-Feuerung mit einem Luftverdichter. Beide Drücke werden an ein gemeinsames Druckniveau angeglichen.
Im Fall einer allothermen Druckwirbelschichtvergasung und einer Druckwirbelschichtfeuerung wird das druckaufgeladene Rauchgas einer Entspannungstur- bine zugeführt, die einen Luftverdichter für Verbrennungsluft der Druckwirbelschichtfeuerung antreibt. In diesem Fall entfällt der Rauchgas/Luftvorwärmer 27, nicht dargestellt.
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur allothermen Vergasung von festen, kohlenstoffhaltigen Vergasungsbrennstoffen, bei welchem der Vergasungsbrennstoff in einem Trockner (30) getrocknet und anschließend in einem Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) vergast wird, wobei dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) die für die allotherme Vergasung erforderliche Wärme mittels inerter Wärmeträgermedien, insbesondere feinteiliger Feststoffe, zugeführt wird, welche im Kreislauf durch den Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) und durch eine separate Wirbelschichtfeuerung (20) geführt werden,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Vergasungsbrennstoff in dem Trockner (30) in einer Brüdenatmosphäre getrocknet wird und dass beim Trocknen entstehende und erzeugte, rauchgasfreie und wasserdampfhaltige Trocknungsbrüden dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) als Fluidisierungsmedium und als Reaktionsmittel zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Trockner als Wirbelschichttrockner (30) ausgebildet ist und auf dem gleichen Druckniveau betrieben wird, wie der Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) und die Wirbelschichtfeuerung (20).
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckniveau im Wirbelschichttrockner (30), im Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) und in der Wirbelschichtfeuerung (20) höher als der Atmosphärendruck ist.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohgasdruck des im Wirbelschichtwasserdampfvergaser(10) erzeugten Rohgases höher als der Eingangsdruck eines an den Prozess angeschlossenen Gas- und Dampf-Kombikraftwerks (GuD-Anlage) ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergasungsbrennstoff und feinteilige Feststoffe, insbesondere benötigte Zuschlagsstoffe wie Kalk und gegebenenfalls weitere Zuschlagsstoffe und Zusatzsand , dem Wirbelschichttrockner (30) in Form einer wässrigen Brennstoffpaste mit definiertem Wassergehalt in einer kontinuierlichen Förderung zugeführt werden, wobei der Wassergehalt der Brennstoffpaste mindestens dem Wasserdampfbedarf des Wirbelschichtwasserdampfvergasers (10) und darüber hinaus mindestens dem zur Pastenförderung erforderlichen Pastenwassergehalt entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wirbelschichttrockner (30) angeordnete Eingabevorrichtung (32.4) für die Brennstoffpaste mit einer Entwässerungsvorrichtung (32.5) versehen ist, mittels derer die mit der Brennstoffpaste in den Wirbelschichttrockner (30) eingebrachte Wassermenge regulierbar ist und verrringert werden kann.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die dem Wirbelschichttrockner (30) mit der Brennstoffpaste zugeführte Wassermenge die dem Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) mit den Trocknungsbrüden zugeführte Wasserdampfmenge so eingestellt wird, dass die bei der Vergasung zurückbleibende Restkoksmenge und die daraus entbundene Wärme ausreichen, den Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) mit allothermer Wärme zu versorgen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme aus Überschußbrüden der Trocknung durch Brüdenkondensation (50) in den Wasserdampfkreislauf eines Dampfkraftwerks, insbesondere des angeschlossenen Gas- und Dampf-Kombikraftwerks (GuD-Anlage) zurückgeführt wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelschichttrockner (30) durch Tauchheizkörper (38) beheizt wird, deren Tauchheizflächen mit Abdampf und/oder Entnahmedampf aus der Dampfturbine eines Dampfkraftwerks, insbesondere des angeschlossenen Gas- und Dampf-Kombikraftwerks (GuD-Anlage) beheizt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsbrüden vor Eintritt in das Brüdennetz (34) und in den Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) von Feststoff befreit werden und die abgeschiedenen Feststoffe in den Wirbelschichttrockner (30) zurückgeführt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsbrüden vor dem Eintritt in das Brüdennetz (34) und in den Wirbelschichtwasserdampfvergaser (10) durch Wärmeaustausch mit dem Rohgas und mit Dampf aus dem angeschlossenen Gas-und Dampf-Kombikraftwerk (GuD-Anlage) oder mit Abgas aus dessen Gasturbine überhitzt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohgas vor der Zuführung zur Rohgasaufbereitung (60) und vor der Übergabe an das angeschlossene Gas- und Dampf-Kombikraftwerk (GuD-Anlage) auf eine Temperatur über der Teerkondensationstemperatur gebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsbrüden im Bereich des Wirbelschichttrockners (30) und des Wirbelschichtwasserdampfvergasers (10) als Träger- und Fördermedium sowie als Sperrmedien an deren Feststoffeingabevorrichtungen (11 , 18 und 31 ) dienen.
14. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass druckerhöhtes Rauchgas im Bereich der Wirbelschichtfeuerung (20) als Fördermedium sowie als Sperrmedium an der Feststoffeingabevorrichtung (28) dient.
- Zusammenfassung -
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