Verfahren und Einrichtung zur kontinuierlichen Vergasung fester Brennstoffe

Abstract

 Bei einem Vergaser (1) für feste Brennstoffe wird der Wirkungsgrad dadurch verbessert, daß die Trocknung des Brennstoffes indirekt durch kondensierenden Dampf erfolgt, dessen Kondensat entspannt wird, wobei der entstehende Dampf als Treibdampf zum Absaugen der im Trockner (2) entstehenden Dämpfe dient, und das Dampfgemisch als Oxidationsmittel für den im Brennstoffbett glühenden Kohlenstoff verwendet wird. Das entstehende Generatorgas wird heiß dem Verbraucher zugeführt. Durch diese Maßnahme wird der N₂-Gehalt des Generatorgases gesenkt und damit der Heizwert erhöht. Ferner wird das Gebiet für die zu verwendenden Brennstoffe erweitert, indem auch stark wasserhältige Brennstoffe verarbeitet werden können.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Vergasung fester Brennstoffe mit hohem Wassergehalt, wie z.B. Biomasse oder Rohbraunkohle, im Gegenstrom, die getrocknet und erhitzt sowie schließlich im glühenden Brennstoffbett vergast werden,und bei dem die bei der Trocknung freiwerdenden Dämpfe am glühenden Brennstoffbett reduziert werden und das Generatorgas heiß dem Verbraucher zugeführt wird, und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Es ist bekannt, Brennstoffe zu vergasen und dabei die bei der Trocknung freiwerdenden Dämpfe als Vergasungsmittel zu verwenden sowie Generatorgas zu erzeugen. Generatorgase enthalten kondensierende Bestandteile und werden daher entweder ungekühlt verbrannt oder vorher durch Wäsche gereinigt, wobei ein Wärmeverlust auftritt. Die kondensierenden Bestandteile sind brennbar (Phenole, Teer) und teilweise unbrennbar (Wasserdampf). Um den Heizwert des Generatorgases zu heben ist es bekannt, die Brennstoffe vor ihrer Vergasung durch einen Teil des heißen Generatorgases zu trocknen und den Wassergehalt des Generatorgases durch Einleitung der Dämpfe in das glühende Brennstoffbett zu verwerten. Hiebei geht aber. ein Teil des Generatorgases verloren, indem dieser Teil beim Durchgang durch das glühende Brennstoffbett chemisch verändert wird.

[0003] Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, den Wirkungsgrad derartiger Anlagen zu verbessern und den angeführten Nachteilen zu begegnen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung der zu vergasenden Brennstoffe in indirekt beheizten, insbesondere vibrierenden Trocknern erfolgt, von welchen die freigesetzten Dämpfe abgesaugt und direkt in das glühende Brennstoffbett eingeblasen werden. Weitere wesentliche Verfahrensmerkmale sind den Ansprüchen 2 bis 5 zu entnehmen. Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Trockner oberhalb des Generators mit diesem verbunden angeordnet ist und einen Dampfabzug aufweist, der in einen Gasverteiler im Generator mündet, und daß zwischen Generator und Trockner eine Schleuseneinrichtung für den durchströmenden getrockneten Brennstoff vorgesehen ist. Weitere Einrichtungsmerkmale sind den Unteransprüchen 7 bis 9 zu entnehmen.

[0004] Die Erfindung ist in der Fig. 1 in einer schematischen Ausführung dargestellt.

[0005] Fig. 1 offenbart eine Gaserzeugungsanlage mit einem Generator (1) und einem Trockner (1). Der zu vergasende Brennstoff, wie z.B. wasserhältige Biomasse oder auch Rohbraunkohle, wird gemäß Pfeil (3) in den Trockner (2) eingeführt und an Wärmetauschflächen (4), die gegebenenfalls um die Durchmischung im Trockner zu verbessern, vibriert werden können, erhitzt. Bei der Erhitzung des Brennstoffes wird derselbe getrocknet, die entstehenden Dämpfe sammeln sich im Kopfraum (5) oberhalb des aufgeschütteten zu trocknenden Brennstoffes und werden von dort über die Dampfleitung (6) in den Gasgenerator (1) eingespeist. Die Einspeisung erfolgt gemeinsam mit der notwendigen Luft (13) durch einen Gasverteiler (7). Der Brennstoff wird aus dem Trockner (2) über ein Schleusensystem (8) praktisch sauerstofffrei in den Gasgenerator eingebracht und durch die aufsteigenden heißen Gase über 200⁰ C erhitzt, so daß die Zersetzung des Brennstoffes stattfindet. Die zurückbleibende Asche wird über den Aschenteller (9) entfernt. Das heiße Generatorgas verläßt über den Abzug (10) den Generator. Die Vergasung findet im Generator praktisch in drei Zonen statt, wobei in der untersten Zone unter Wärmeentwicklung Kohlenstoff zu C0₂ verbrannt wird. In der folgenden Zone, die knapp darüber im Temperaturbereich bei 1000 C liegt, wird das in der darunterliegenden Zone erzeugte C0₂ durch glühenden Kohlenstoff in CO umgewandelt. Gleichfalls wird der vorbeiströmende Wasserdampf am glühenden Kohlenstoff der Wassergasreaktion unterzogen, so daß ein CO-H₂-Gas entsteht. In der darüberliegenden dritten Zone findet praktisch ein Schwelen des im Trockner (2) vorgewärmten Brennstoffes statt, wobei neben hochwertigen Kohlenwasserstoffen auch Teere, H₂₂ Ammoniak, Schwefelwasserstoff und andere Verbindungen freigesetzt werden. Aus dieser Gasumwandlung sieht man, daß bei der Verwendung von Luft als Sauerstoffträger das Generatorgas viel unbrennbaren Stickstoff enthält. Der in der Luft enthaltene Sauerstoff wird in CO umgewandelt und der N₂ verdünnt das brennbare Gas, so daß dessen Heizwert nicht besonders hoch ist. Erst durch die Einblasung von Wasserdampf anstelle eines Teiles der Luft entsteht vermehrt Wasserstoff und CO und der Stickstoffgehalt wird entsprechend dem Luftverbrauch geringer. Um Wärmeverluste zu vermeiden, wird das Generatorgas möglichst im heißen Zustand, also mit den kondensierbaren Bestandteilen, verbrannt. Läßt man in bekannter Weise das entstehende Generatorgas durch den Trockner(2) strömen, so wird wohl die Temperatur des Generatorgases abgesenkt und ein Teil der kondensierbaren Stoffe wie z.B. Pech und Teer wird am zu trocknenden Brennstoff kondensiert, so daß das Generatorgas leichter zu handhaben ist. Es wird aber auch bei der Einblasung des wasserdampfhältigen Generatorgases in das Brennstoffbett das Generatorgas, insbesondere seine Kohlenwasserstoffverbindungen aus der Schwelzone in CO und H₂ umgewandelt, wodurch ein Heizwertverlust gegeben ist. Da die bei der Trocknung freiwerdenden Dämpfe das Generatorgas weiter verdünnen, ist ein weiterer Heizwertverlust gegeben, der umgangen wird, indem das dem Verbraucher zugeführte Generatorgas vor dem Trockner (2) abgezogen wird.

[0006] Der Trockner (2) wird von kondensierendem Dampf mit einer Temperatur von etwa 200° C in Rohrschlangen oder in eingebauten Beheizungswänden durchströmt, wobei das Kondensat in einem Kondensatsammelgefäß (14) gesammelt wird. Das Kondensat wird in einer Drosselstelle (15) entspannt, worauf sich in einem Entspannungsdampferzeuger (16) Dampf von niedrigem Druck und ausgedampftes Kondensat bildet. Der erzeugte Dampf wird über die Dampfleitung (17) dem Generator (1) eingeblasen, wobei er durch einen Ejektor (18) strömt, wobei durch den Dampfabzug (6) die im Trockner (2) erzeugten Dämpfe angesaugt und mit dem Niedrigdruckdampf aus dem Entspannungsdampferzeuger (16) gemischt werden. Das Kondensat aus dem Entspannungsdampferzeuger (16) wird in einem Kondensatunterkühler (19) gekühlt, wobei die Unterkühlungswärme an die Luft zumindest zum Teil abgegeben wird, die für den Betrieb des Generators (1) notwendig ist.

Ansprüche

1) Verfahren zur kontinuierlichen Vergasung fester Brennstoffe mit hohem Wassergehalt, wie z.B. Biomasse oder Rohbraunkohle, im Gegenstrom, die getrocknet und erhitzt sowie schließlich im glühenden Brennstoffbett vergast werden und bei dem die bei der Trocknung freiwerdenden Dämpfe am glühenden Brennstoffbett reduziert werden und das Generatorgas heiß dem Verbraucher zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung der zu vergasenden Brennstoffe in indirekt beheizten Trocknern erfolgt, von welchen die freigesetzten Dämpfe abgesaugt und direkt in das glühende Brennstoffbett eingeblasen werden.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die indirekte Beheizung der Brennstoffe kondensierender Wasserdampf, insbesondere im Druckbereich zwischen 10 und 30 ata, verwendet wird, dessen Kondensat in einem Entspannungsdampferzeuger entspannt wird,und der entstehende Dampf,insbesondere gemeinsam mit den bei der Trocknung des Brennstoffes entweichenden Dämpfen, in das Brennstoffbett des Vergasers eingeblasen wird.

3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Entspannungsdampferzeuger abströmende Kondensat in einem Kühler zur Erwärmung des für den Vergaser benötigten Sauerstoffträgers, wie z.B. Luft, unterkühlt wird.

4) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Brennstoffbett entweichenden Dämpfe durch einen vom Dampf des Entspannungsdampferzeugers betriebenen Ejektor aus dem Trockner abgesaugt werden.

5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung des Brennstoffes in vibrierenden Trocknern erfolgt.

6) Einrichtung für die Vergasung und Trocknung fester Brennstoffe zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockner (2) obehalb des Generators (1) mit diesem verbunden angeordnet ist und einen Dampfabzug (6) aufweist, der in einen Gasverteiler (7) im Generator (1) mündet und daß zwischen Generator (1) und Trockner (2) eine Schleuseneinrichtung (8) für den durchströmenden getrockneten Brennstoff vorgesehen ist.

7) Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Trockner (2) angeordneten Heizflächen (4) mit einem Kondensatsammelgefäß (14) verbunden sind und die Kondensatseite desselben über eine Drosselstelle (15) mit einem Entspannungsdampferzeuger (16) verbunden ist, von dem eine Dampfleitung (17) zum Gasverteiler (7) im Generator (1) führt.

8) Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dampfleitung (17) ein Ejektor ((18) vorgesehen ist, der saugseitig über den Dampfabzug (6) mit dem Kopfraum (5) des Trockners (2) verbunden ist.

9) Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das entspannte Kondensat des Entspannungsdampferzeugers (16) über einen Kondensatunterkühler (19) geführt ist, der in der Luftleitung (13) für den Generator (1) eingebunden ist.

Zeichnung