Brennstoffverteiler in einem Reaktor zum Vergasen fester, körniger Brennstoffe

Abstract

 57 Der Reaktor für die Vergasung der Brennstoffe im Festbett weist einen Über dem Festbett angeordneten drehbaren Verteiler mit mindestens einem Brennstoffauslauf auf. Der Auslauf ist als Rohr ausgebildet, das am unteren Ende zwei bogenförmige Ausschnitte besitzt, durch die der Brennstoff etwa senkrecht zur Bewegungsrichtung des Rohrs ausfließt.
Jeder Ausschnitt besitzt eine Schnittebene, die mit der Horizontalen einen Winkel von etwa 25 bis 50 ° bildet. Vorzugsweise hat das Auslaufende des Rohrs, in Bewegungsrichtung gesehen, vorn und hinten etwa die gleiche Höhe.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum Vergasen fester, körniger Brennstoffe mit Korngrößen im Bereich von etwa 2 bis 80 mm unter einem Druck von 5 bis 150 bar mit Sauerstoff, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid enthaltenden Vergasungsmitteln, wobei die Brennstoffe im Reaktor ein Festbett bilden, das sich langsam nach unten bewegt, in das man die Vergasungsmittel von unten einleitet und unter dem man die unverbrennlichen mineralischen Bestandteile als feste Asche oder flüssige Schlacke abzieht, mit einem über dem Festbett angeordneten drehbaren Verteiler mit mindestens einem auf das Festbett gerichteten Brennstoffauslauf und mit einer über dem Verteiler angeordneten Schleuse zum Zuführen von Brennstoff auf den Verteiler.

[0002] Die Vergasung fester Brennstoffe, insbesondere Kohle oder Braunkohle, ist bekannt und z.B. in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage (1977), Band 14, Seiten 383 bis 386, dargestellt. Einzelheiten des Vergasungsverfahrens mit festbleibender Asche sind den US-Patenten 3 540 867 und 3 854 895 zu entnehmen. Die Verfahrensvariante mit Abzug flüssiger Schlacke ist in den britischen Patentschriften 1 507 905, 1 508 671 und 1 512 677 erläutert. In der deutschen Patentschrift 2 352 900 und der deutschen Offenlegungsschrift 3 032 949 sowie den dazu korrespondierenden US-Patenten 3 902 872 und 4 405 340 sind Vergasungsreaktoren mit Brennstoffverteilern der eingangs genannten Art beschrieben. Diese Verteiler besitzen _Auslaufkanäle für den Brennstoff, deren vorderer Bereich (in Drehrichtung gesehen) üblicherweise etwas tiefer liegt als der hintere Bereich. Dabei kann es geschehen, daß der vordere Bereich des Kanals durch den auf das Festbett abgelegten Brennstoff pflügt und den Brennstoff teilweise zur Seite schiebt, wenn Störungen ein kontinuierliches Absinken des Festbettes verhindern. Durch dieses Beiseiteschieben des Brennstoffes kann dann, wenn Störungen ein kontinuierliches Absinken des Brennstoff-Festbettes verhindern, ständig neuer Brennstoff auf das Festbett fließen. Bei länger dauernden Unterbrechungen des Vergasungsprozesses füllt sich dabei der Reaktor mit frischem Brennstoff in unerwünschter Weise immer mehr an.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Auslauf des Brennstoffverteilers so auszubilden, daß beim normalen Vergasungsbetrieb eine störungsfreie Zufuhr von frischem Brennstoff auf das Festbett gewährleistet ist und dann, wenn das Festbett zeitweise nicht absinkt, frischer Brennstoff nicht mehr in störender Menge vom Verteiler auf das Festbett fließen kann. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß der Brennstoffauslauf als Rohr ausgebildet ist, dessen Auslaufende senkrecht zur Bewegungsrichtung des Rohres an beiden Seiten je einen bogenförmigen Ausschnitt aufweist, durch den der Brennstoff etwa senkrecht zur Bewegungsrichtung ausfließt. Bei den bekannten Auslaufkanälen fließt im Gegensatz hierzu der Brennstoff bevorzugt im Bereich des hinteren Endes des Auslaufkanals aus, wenn sich im Störungsfall das Festbett nicht nach unten bewegt, was zu den bereits erwähnten Schwierigkeiten geführt hat.

[0004] Bevorzugt weist jeder der beiden Ausschnitte am Auslaufende des Rohres eine Schnittebene auf, die zur Horizontalen einen Winkel X von etwa 25 bis 50° und vorzugsweise 30 bis 45° bildet. Am besten wählt man den Winkel so aus, daß er kleiner ist als der Böschungswinkel des Schüttgutes. Das Auslaufen des Rohres soll vorzugsweise, in _Bewe- gungsrichtung gesehen, vorn und hinten etwa die gleiche Höhe aufweisen. Auf diese Weise ist gesichert, daß bei einem verhinderten Absinken des Brennstoff-Festbettes beim Weiterdrehen des Brennstoffverteilers kein Brennstoff weiterhin dem Festbett zugeführt wird.

[0005] Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, die beiden Ausschnitte etwa symmetrisch zur Mittelebene des Rohres, die vertikal verläuft und senkrecht zur Bewegungsrichtung steht, auszubilden. Untersuchungen haben ferner gezeigt, daß die Höhe des Rohres mindestens das Zweifache des Rohrdurchmessers und höchstens etwa das Vierfache dieses Durchmessers betragen soll, um im Normalbetrieb ein störungsfreies Ablaufen des Brennstoff durch das Rohr zu ermöglichen, ohne daß die Gefahr von Anbackungen im Rohr besteht.

[0006] Einzelheiten der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Brennstoffauslaufs werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert.

[0007] Es zeigt:

_Fig. l: in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch den oberen Bereich des Vergasungsreaktors mit dem Brennstoffverteiler,

Fig. 2: in vergrößerter Darstellung die Ansicht eines Brennstoffauslaufs, in Richtung des Pfeils A in Fig. 1 gesehen und

_Fig. 3: das Auslaufrohr der Fig. 2 in einer gegenüber der Fig. 2 um 90° gedrehten Ansicht, d.h. entgegen der Bewegungsrichtung des Rohrs gesehen.

[0008] Der Vergasungsreaktor 1 weist einen wassergekühlten Doppelmantel 2, einen Abzug 3 für Produktgas und am oberen Ende eine Schleuse 4 zum Einfüllen von Brennstoff auf. Bei geöffnetem Ventil 5 fließt der frische Brennstoff in den Reaktor 1 und gelangt zunächst auf den drehbaren Brennstoffverteiler 6, wobei die Schüttung durch eine ortsfeste zylindrische Wand 7 eingegrenzt wird. Der Verteiler 6 hängt an einer zentralen Welle 8, die auf einem Lagerkranz 9 gelagert ist. Der Kranz 9 ist durch einzelne _Stre- ben 10 mit dem Gehäuse des Reaktors 1 verbunden. Der drehendeAntrieb des Verteilers 6 erfolgt durch ein Ritzel 11, das über eine Welle 12 mit einem nicht dargestellten, außerhalb des Reaktors befindlichen Motor in Verbindung steht. Das Ritzel 11 greift in einen Zahnkranz ein, der sich am äußeren Rand 6a des tellerartigen Verteilers 6 befindet.

[0009] Der Verteiler 6 weist zwei Auslaufrohre 15 und 15 a auf, wobei unter Umständen-auch nur ein Rohr genügt oder die Zahl der Auslaufrohre bei Bedarf noch größer sein kann. Der als Schüttung 16 über dem Verteiler 6 bereitgehaltene körnige Brennstoff fließt beim Drehen des Verteilers 6 kontinuierlich durch die Rohre 15 und 15 a, die keine _Ab-sperrorgane enthalten, nach unten auf das Festbett 17, von dem nur der oberste Bereich dargestellt ist. In bekannter Weise werden die Vergasungsmittel von unten nach oben durch das Festbett geleitet, und Produktgas verläßt den Reaktor durch den Abzug 3. In der Zeichnung wurden hierzu Einzelheiten zur Vereinfachung weggelassen.

[0010] Ein Auslaufrohr 15 ist in den Figuren 2 und 3 in Ansicht vergrößert dargestellt; Fig. 2 zeigt die Ansicht in Richtung des Pfeils A, vgl. Fig. 1, gesehen und Fig. 3 zeigt die Ansicht des um 90° gedrehten Rohrs der Fig. 2. Das Rohr der Fig. 3 ist entgegen der Bewegungsrichtung, die sich beim Drehen des Verteilers 6 ergibt, gesehen. Diese Bewegungsrichtung ist in Fig. 2 durch den Pfeil 18 angegeben.

[0011] Fig. 2 zeigt einen bogenförmigen Ausschnitt 19 am unteren Ende des Rohrs 15, der durch einen schrägen Schnitt, vgl. in Fig. 3 die gestrichelt eingezeichnete Schnittebene 20, entstanden gedacht werden kann. Das Auslaufende des Rohrs 15 weist zwei solche Ausschnitte 19 und 19 a auf, wie Fig. 3 zeigt. Beim Drehen des Verteilers 6, wobei sich jedes Rohr 15, 15 a in Richtung des Pfeils 18 (vgl. Fig. 2) bewegt, fließt der körnige Brennstoff zu beiden Seiten aus dem Rohr nach unten und zur Seite, wie das in Fig. 3 durch die Pfeile 21 und 22 angedeutet ist.

[0012] Für die optimale Funktionsfähigkeit des Auslaufrohrs 15, 15 a ist es wichtig, daß sich der vordere Auslaufbereich 23 und der hintere Auslaufbereich 24 auf gleicher Höhe befinden und der ganze Auslaufbereich etwa symmetrisch zur Mittelebene B, die in Fig. 2 strichpunktiert eingezeichnet ist, ausgebildet ist. Je mehr von dieser symmetrischen Ausbildung zur Mittelebene B abgewichen wird, umso mehr kann das Auslaufende beim Bewegen in _Rich- tung des Pfeils 18 die bei der vorausgegangenen Umdrehung des Verteilers 6 auf das Festbett 17 abgelegten Brennstoffe zur Seite schieben und damit Platz für das Nachfließen frischen Brennstoffs auch dann machen, wenn sich das Festbett inzwischen nicht gesenkt hat. Wie bereits erläutert, ist dies nicht erwünscht und kann über einen längeren Zeitraum, währenddem durch Störungen die Vergasung im Festbett unterbleibt, zum Überfüllen des Reaktors führen.

[0013] In Fig. 3 ist die Schnittebene 20 dargestellt, durch die der Ausschnitt 19 entstanden gedacht sein kann. Diese Schnittebene steht in einem Winkel X zur Horizontalebene 25, wobei der Winkel X üblicherweise im Bereich von 25 bis 50° liegt. Es ist möglich, daß die beiden Ausschnitte 19 und 19a eines Rohrs 15 unterschiedliche Schnittwinkel X aufweisen. Die Gesamthöhe des Rohrs 15 beträgt vorzugsweise mindestens das Zweifache und üblicherweise bis zum Vierfachen des Durchmessers des Rohres. Dadurch wird dafür gesorgt, daß auch während des Normalbetriebs Anbackungen im Rohr 15 möglichst vermieden werden.

Ansprüche

1. Reaktor zum Vergasen fester körniger Brennstoffe mit Korngrößen im Bereich von etwa 2 bis 80 mm unter einem Druck von 5 bis 150 bar mit Sauerstoff, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid enthaltenden Vergasungsrnitteln, wobei die Brennstoffe im Reaktor ein Festbett bilden, das sich langsam nach unten bewegt, in das man die Vergasungsmittel von unten einleitet und unter dem man die unverbrennlichen mineralischen Bestandteile als feste Asche oder flüssige Schlacke abzieht, mit einem über dem Festbett angeordneten drehbaren Verteiler mit mindestens einem auf das Festbett gerichteten Brennstoffauslauf und mit einer über dem Verteiler angeordneten Schleuse zum Zuführen von Brennstoff auf den Verteiler, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenstoffauslauf als Rohr ausgebildet ist, dessen Auslaufende senkrecht zur Bewegungsrichtung des Rohres an beiden Seiten je einen bogenförmigen Ausschnitt aufweist, durch den der Brennstoff etwa senkrecht zur Bewegungsrichtung ausfließt.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausschnitt eine Schnittebene aufweist, die zur Horizontalen einen Winkel X von etwa 25 bis 50° bildet.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaufende des Rohres, in Bewegungsrichtung gesehen, vorn und hinten etwa die gleiche Höhe aufweist.

4. Reaktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ausschnitte etwa symmetrisch zur Mittelebene des Rohrs, die vertikal verläuft und senkrecht zur Bewegungsrichtung steht, ausgebildet sind.

5. Reaktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, äaB die Höhe des Rohres mindestens das Zweifache des Rohrdurchmessers beträgt.

Zeichnung