Vorrichtung für die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen

Abstract

 Bei dieser Vorrichtung werden alle Brenner (3, 4, 5 und 6) des Vergasungsreaktors (2) von einem einzigen Zuteilbe­hälter (1) über einen Verteiler (8) mit Brennstoff ver­sorgt, wobei die dafür vorgesehenen Leitungen (9, 10, 11 und 12) eine unterschiedliche Länge und/oder Leitungsfüh­rung aufweisen. Der dadurch bedingte Druckverlust wird durch den Einbau von Drosseln (13) oder Regelventilen in der Weise ausgeglichen, daß beim Eintritt des Brenn­stoffes in die Brenner (3, 4, 5 und 6) die Druckdifferenz zwischen dem Verteiler (8) und dem jeweiligen Brenner in allen Fällen gleich ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen in der Flugstaubwolke mit Sauerstoff und/oder Luft sowie gegebenen­falls Wasserdampf in einem Vergasungsreaktor, der min­destens zwei in einer Ebene in der Seitenwand des Reaktors angeordnete Brenner aufweist.

[0002] Die autotherme Vergasung von feinkörnigen bis staubförmi­gen Brennstoffen mit einer mittleren Korngröße von ca. 50 µm in der Flugstaubwolke mit Sauerstoff und/oder Luft sowie gegebenenfalls Wasserdampf ist bereits seit langer Zeit unter dem Namen Koppers-Totzek-Verfahren be­kannt. Hierbei werden der zu vergasende Brennstoff und die Reaktionsmedien über die Brenner in einen leeren Ver­gasungsreaktor eingeblasen und dort bei Temperaturen ober­halb des Schlackeschmelzpunktes durch Partialoxidation in ein Rohgas umgewandelt, das entweder zu Synthesegas oder zu Brenngas aufgearbeitet werden kann. Soweit dieses Ver­fahren unter Normaldruck durchgeführt wird, kann die Zu­fuhr des Brennstoffes zu den Brennern über Schneckenför­derer erfolgen, die eine gute Mengenregelung zulassen. Hierbei wird der Brennstoff durch die Schneckenförderer zunächst einem sogenannten Mischkopf zugeführt und von dort durch den Strom der gas- bzw. dampfförmigen Reakti­onsmedien über die Brennerköpfe in den Vergasungsreaktor eingeblasen. In neuerer Zeit geht die Tendenz jedoch dahin, dieses Verfahren so weiterzuentwickeln, daß die Vergasung unter erhöhtem Druck zwischen 10 und 100 bar, vorzugsweise zwischen 25 und 45 bar, betrieben werden kann. Die Durck­version des Koppers-Totzek-Verfahrens wird dabei als PRENFLO-Verfahren bezeichnet. In diesem Falle sind Schnek­kenförderer für den Transport des Brennstoffes zu den Brennern wenig geeignet. Stattdessen wird vielmehr eine pneumatische Förderung mit einem vorzugsweise inerten För­dergas angewendet.

[0003] Die Vergasung in der Flugstaubwolke erfordert eine genaue Zuordnung von Brennstoff und Reaktionsmedien. Vergasungs­reaktoren mit hoher Durchsatzleistung werden vorzugsweise mit zwei oder mehr Brennern ausgerüstet. Für ein optima­les Betriebsergebnis muß für eine möglichst gleichmäßige und gleichförmige Brennstoffzufuhr zu allen Brennern des Vergasungsreaktors gesorgt werden. Hierbei soll im Nor­malfall der Schwankungsbereich der Förderstromdichte bei der Brennstoffzufuhr nur ca. ± 2 % betragen.

[0004] Zur Lösung dieses Problems ist in der DE-OS 35 09 221 be­reits vorgeschlagen werden, daß je zwei Brenner eines Vergasungsreaktors von einer gemeinsamen Brennstoffzufuhr­einrichtung über symmetrisch angeordnete Leitungen ver­sorgt werden. Diese Lösung erfordert jedoch für die Auf­stellung der Brennstoffzufuhreinrichtung bzw. für die Leitungsführung bestimmte Symmetriebedingungen zu dem Vergasungsreaktor und bei mehr als zwei Vergasungsbrennern die Aufstellung zusätzlicher Brennstoffzufuhreinrichtungen. Diese Bedingungen haben entsprechende Investitions- und damit Betriebskosten zur Folge und stellen keine optimale Lösung des anstehenden Problems dar.

[0005] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Vor­richtung der eingangs genannten Art dahingehend auszuge­stalten, daß eine gleichmäßige und gleichförmige Brenn­stoffversorgung aller Brenner des Vergasungsreaktors ge­währleistet ist. Die der Lösung dieser Aufgabe dienende Vorrichtung soll sich dabei gleichzeitig durch einen mög­lichst geringen apparativen Aufwand auszeichnen und soll außerdem hinsichtlich der Leitungsführung für die Brenn­stoffzufuhr zu den Brennern einen möglichst weitgehenden Gestaltungsspielraum zulassen.

[0006] Die der Lösung dieser Aufgabe dienende Vorrichtung der ein­gangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeich­net, daß alle Brenner des Vergasungsreaktors von einem ein­zigen Zuteilbehälter über einen Verteiler mit Brennstoff versorgt werden, wobei die Leitungen für die Brennstoffzu­fuhr vom Verteiler zu den einzelnen Brennern eine unter­schiedliche Länge und/oder Leitungsführung aufweisen.

[0007] Das heißt, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in Abkehr von der Lehre nach der DE-OS 35 09 221 auf symme­trische Leitungen für die Brennstoffzufuhr zu den Brennern des Vergasungsreaktors verzichtet. Diese Leitungen können vielmehr eine unterschiedliche Länge und/oder Leitungsfüh­rung aufweisen, so daß die besonderen betrieblichen Gege­benheiten sowie die Erfordernisse der Wartung und Bedie­nung in optimaler Weise berücksichtigt werden können. Der hierbei auftretende, durch die Länge und/oder Leitungs­führung (Zahl der Umlenkungen) bedingte Druckverlust, der natürlich in diesem Falle in jeder Leitung unterschied­lich groß sein kann, wird durch den Einbau spezieller Drosseln egalisiert. Anstelle dieser Drosseln können hier­bei gegebenenfalls auch Regelventile herkömmlicher Bauart verwendet werden. Dabei kann in der Leitung mit dem zu erwartenden höchsten Druckverlust auf den Einbau einer Drossel ganz verzichtet werden. Außerdem ist bei der er­findungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, daß alle Brenner des Vergasungsreaktors von einem einzigen Zuteilbehälter mit Brennstoff versorgt werden. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Vergasungsreaktor mehr als zwei Brenner aufweist. Bei modernen, dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Großanlagen wird man davon aus­gehen können, daß der Vergasungsreaktor mit mehr als zwei Brennern, die vorzugsweise paarweise angeordnet sind, ausgerüstet ist. Ist die Zahl der Brenner größer, bei­spielsweise > 6, dann kann auch auf eine paarweise An­ordnung der Brenner verzichtet werden. Diese können dann vielmehr gleichmäßig über den gesamten Umfang des Verga­sungsreaktors verteilt in einer Ebene angeordnet werden. In allen genannten Fällen bedeutet die Brennstoffversor­gung der Brenner über nur einen einzigen Zuteilbehälter eine deutliche Einsparung an Anlage- und Betriebskosten. Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, daß jedem Zuteilbehälter auch die erforderlichen Förder- und Schleuseinrichtungen zugeordnet sein müssen, mit Hilfe derer der von der Aufbereitungsanlage kommende Brennstoff auf den erforderlichen Betriebsdruck gebracht und in den Zuteilbehälter überführt wird.

[0008] Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Leitungen für die Brennstoffzufuhr zu den Brennern an einen Vertei­ler angeschlossen, der vom Zuteilbehälter mit Brennstoff versorgt wird. Dieser Verteiler ist dabei senkrecht und möglichst dicht unter dem Auslauf des Zuteilbehälters an­geordnet und mit diesem durch eine starre Förderleitung verbunden, wobei auf eine Zugabe von Fördergas in diese Leitung verzichtet wird. Vom Verteiler gehen hierbei im Normalfall vier Leitungen für die Brennstoffzufuhr zu den Brennern ab. Ist dagegen die Zahl der Brenner im Ver­gasungsreaktor größer als vier, so können zwei oder - bei entsprechend großer Brennerzahl - mehr als zwei Ver­teiler vorgesehen sein, wobei der zweite und jeder wei­tere Verteiler in einer Leitung für die Brennstoffzufuhr vom ersten Verteiler zu den Brennern angeordnet ist. Selbstverständlich weisen diese zusätzlichen Verteiler ebenfalls Leitungen für die Brennstoffzufuhr zu den ihnen zugeordneten Brennern auf.

[0009] Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den vorliegenden Unteransprüchen und sol­len nachfolgend an Hand der Abbildungen erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Fließschema einer erfindungsgemäßen Vor­richtung mit einem Verteiler,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Drossel.

[0010] Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus dem Zu­teilbehälter 1, in dem sich der zu vergasende Brennstoff befindet. Der Zuteilbehälter 1 steht dabei so unter Druck, daß ein pneumatischer Transport des Brennstoffes über die nachgeschalteten Leitungen zu den Brennern 3 bis 6 im Vergasungsreaktor 2 möglich ist. Zu diesem Zweck wird der Brennstoff aus dem Zuteilbehälter 1 über die Förderleitung 7 ab­gezogen und gelangt in den Verteiler 8. Dieser ist dabei relativ dicht unterhalb des trichterförmigen Auslaufes des Zuteilbehälters 1 angeordnet. Wie aus der Abbildung zu erkennen ist, können sowohl der Zuteilbehälter 1 als auch der Verteiler 8 in einigem Abstand vom Vergasungsreak­tor 2 angeordnet sein. Vom Verteiler 8 gehen die Leitungen 9, 10, 11 und 12 für die Brennstoffzufuhr zu den Brennern 3, 4, 5 und 6 ab. Wie in der Abbildung schematisch darge­stellt ist, weisen diese Leitungen eine unterschiedliche Länge und Leitungsführung auf. Der daraus resultierende unterschiedliche Druckverlust in den Leitungen 9, 10 11 und 12 wird erfindungsgemäß durch den Einbau von Drosseln 13 in der Weise ausgeglichen, daß beim Eintritt des Brenn­stoffes in die Brenner 3, 4, 5 und 6 der Druckverlust zwischen dem Verteiler 8 und dem jeweiligen Brenner in allen Fällen gleich ist. Das heißt, in der Leitung, die auf Grund ihrer Länge und Leitungsführung den geringsten Druckverlust aufweist, muß die Wirkung der Drossel 13 am stärksten sein, während umgekehrt in die Leitung mit dem höchsten Druckverlust überhaupt keine Drossel 13 eingebaut zu werden braucht. Im vorliegenden Ausführungs­beispiel ist dies die Leitung 10. Auf konstruktive Ein­zelheiten der Drossel 13 wird weiter unten noch eingegan­gen werden.

[0011] Änderungen in der Leistung des Vergasungsreaktors 2 kön­nen durch entsprechende Sollwertveränderung des Diffe­renzdruckreglers 20 erfolgen. Durch diesen Differenz­druckregler 20 wird die Druckdifferenz zwischen dem Zuteilbehälter 1 und dem Vergasungsreaktor 2 geregelt. Alternativ können die Drosseln 13 durch geeignete Regel­ventile herkömmlicher Bauart ersetzt werden, die es er­möglichen, den Brennstoffstrom zu jedem Brenner gleich oder unterschiedlich einzustellen. In diesem Fall wird der Differenzdruck zwischen Zuteilbunker 1 und Vergasungs­reaktor 2 konstant gehalten.

[0012] Die Abbildung in Fig. 1 zeigt nur die zur Erläuterung der Erfindung notwendigen Anlagenteile in schematischer Dar­stellung. Auf die konstruktive Ausgestaltung dieser An­lagenteile, das heißt insbesondere des Zuteilbehälters 1, des Vergasungsreaktors 2, des Verteilers 8 sowie der Brenner 3, 4, 5 und 6 wurde dabei nicht näher eingegangen, da dies nicht Gegenstand der Erfindung ist. Es kann aber davon ausgegangen werden, daß es sich hierbei um bekannte, für diesen Zweck geeignete Konstruktionen handelt. Selbst­verständlich muß der Zuteilbehälter 1 auch mit entspre­chenden Einrichtungen für das Nachfördern des Brennstof­fes sowie das Konstanthalten des Druckes ausgerüstet sein, die in der Abbildung ebenfalls nicht dargestellt sind. Auch hierbei kann es sich um für diesen Zweck be­kannte Aggregate, wie z.B. Drucktopfförderer oder Schleus­bunker, handeln.

[0013] Die konstruktiven Einzelheiten der Drossel 13 sind der Abbildung in Fig. 2 zu entnehmen, die einen Schnitt durch eine derartige Drossel zeigt. Die Drossel besteht dabei aus einem zylindrischen Mantel 14, dessen äußerer Durch­messer etwa dem Flanschdurchmesser der Rohrleitung ent­spricht, in der die Drossel eingebaut ist. Da die Dros­sel in diese Rohrleitung eingeflanscht ist, ist es außer­dem vorteilhaft, wenn der zylindrische Mantel 14 aus dem gleichen metallischen Material besteht wie die Rohrlei­tung. An seinem vorderen und hinteren Ende weist der zy­lindrische Mantel 14 einen inneren Durchmesser d₁ auf, der dem inneren Durchmesser der angeschlossenen Rohrlei­tung entspricht. Innerhalb des zylindrischen Mantels 14 ist die Auskleidung 15 angeordnet, die aus einem ver­schleißfesten Material, wie z.B. Keramik, besteht und gegebenenfalls aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein kann. Die Auskleidung 15 ist in ihrer Formgebung so ausge­staltet, daß sie den Verdrängungskörper 16 aufnehmen kann. Dieser besteht ebenfalls aus einem verschleißfesten Ma­terial und ist mittels der Stege 17 so innerhalb der Aus­kleidung 15 befestigt, daß zwischen der Auskleidung 15 und dem Verdrängungskörper 16 ein ringförmiger Spalt 18 gebildet wird, der der Höhe der Stege 17 entspricht. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, weist der Ver­drängungskörper 16 eine Formgebung auf, bei der sich seine beiden Enden kegelförmig verjüngen, während sich in der Mitte ein zylindrischer Teil befindet. Die Dicht­ringe 19 dienen der Abdichtung der Auskleidung 15 inner­halb des zylindrischen Mantels 14. Durch den Vorsprung 21 am Flansch der anzuschließenden Rohrleitung wird die Auskleidung 15 im Mantel 14 angepreßt. Der Druckverlust in der Drossel richtet sich nach der Breite und Länge des ringförmigen Spaltes 18 sowie der Brennstoff-/Förder­gasgeschwindigkeit im Ringquerschnitt des Spaltes 18, die größer ist als in der mit dem Durchmesser d₁ ausge­führten Rohrleitung.

[0014] Die Berechnung einer sich unter den Bedingungen der soge­nannten Fließförderung als geeignet erweisenden Drossel ist aufgrund experimentell ermittelter Daten mit einer Genauigkeit von ± 5 % möglich. Der Einbau der Drossel hat neben dem gewünschten Druckverlust auch noch den Vorteil, daß dort gröbere, zu Verstopfungen führende Partikel im Brennstoff, wie z.B. Fasern, bereits festgehalten werden und nicht erst in den Brenner gelangen können, aus dem sie weit schwerer zu entfernen wären. Selbstverständlich muß bei der Auslegung der Drosseln darauf geachtet wer­den, daß ihre Wirkung nicht so groß ist, daß es zu einer Störung der Brennstoffzufuhr zum Brenner infolge Ver­stopfung der Leitung kommt.

Ansprüche

1. Vorrichtung für die Vergasung von feinkrönigen bis staubförmigen Brennstoffen in der Flugstaub­wolke mit Sauerstoff und/oder Luft sowie gegebenen falls Wasserdampf in einem Vergasungsreaktor, der mindestens zwei in einer Ebene in der Seitenwand des Reaktors angeordnete Brenner aufweist, da­durch gekennzeichnet, daß alle Brenner (3, 4, 5 und 6) des Vergasungsreaktors (2) von einem ein­zigen Zuteilbehälter (1) über einen Verteiler (8) mit Brennstoff versorgt werden, wobei die Leitun­gen (9, 10, 11 und 12) für die Brennstoffzufuhr vom Verteiler (8) zu den einzelnen Brennern (3, 4, 5 und 6) eine unterschiedliche Länge und/oder Leitungsführung aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Länge und/oder Leitungsführung bedingte Druckverlust in den Leitungen (9, 10, 11 und 12) durch den Einbau von Drosseln (13) in der Weise ausgeglichen wird, daß beim Eintritt des Brennstoffes in die Brenner (3, 4, 5 und 6) die Druckdifferenz zwischen dem Verteiler (8) und dem jeweiligen Brenner in allen Fällen gleich ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (10) für die Brennstoffzufuhr vom Verteiler (8) zum Brenner (4), die den höchsten Druckverlust aufweist, keine Drossel (13) eingebaut wird.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenzeichnet, daß zwei oder mehr Verteiler in der Weise vorgesehen sind, daß der zweite und jeder weitere Verteiler in einer Leitung für die Brennstoffzufuhr vom ersten Verteiler (8) zu den Brennern (3, 4, 5 und 6) angeordnet ist und daß von diesem nachgeschalteten Verteiler wiederum Leitungen für die Brennstoffzufuhr zu weiteren Brennern abgehen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (13) aus einem zylindrischen Mantel (14) mit einer Auskleidung (15) aus einem verschleißfesten Material be­steht, wobei innerhalb der Auskleidung (15) ein Verdrängungskörper (16) aus verschleißfestem Ma­terial so angeordnet ist, daß zwischen der Aus­kleidung (15) und dem Verdrängungskörper (16) ein ringförmiger Spalt (18) gebildet wird.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (16) eine Formgebung aufweist, bei der sich seine bei­den Enden kegelförmig verjüngen, während sich in der Mitte ein zylindrischer Teil befindet.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Drosseln (13) Regelventile herkömmlicher Bauart verwendet wer­den.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (8) senkrecht unter dem Zuteilbehälter (1) angeordnet ist und mit diesem über eine kurze Förderleitung (7) verbunden ist, wobei diese Förderleitung (7) keinen Anschluß für die zusätzliche Zufuhr von Fördergas aufweist.

Zeichnung