[0001] Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen
festen Brennstoffen. Feste Brennstoffe bezeichnet insbesondere Steinkohle, Koks, Petrolkoks
und dergleichen. Die Vergasung geschieht mit Sauerstoff und/oder Luft und gegebenenfalls
Wasserdampf im Flugstrom und führt zu einem Rohgas aus hauptsächlich Kohlenmonoxid
und Wasserstoff. Das Rohgas führt Flugstaub mit, der einen Anteil an Restkohlenstoff
aufweist. Die Vergasung ist eine Druckvergasung.
[0002] Die Erfindung betrifft konkret ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage für die Vergasung
feinkörniger und staubförmiger fester Brennstoffe mit Vergasungsreaktor, der mit Vergasungsbrennern
ausgerüstet ist, Einrichtung für die Flugstaubabscheidung aus dem Rohgas, Flugstaubsammelbehälter
und Einrichtung für die Flugstaubrückführung in den Vergasungsreaktor, wobei die Vergasungsbrenner
mit einem am Vergasungsbrenneraustritt rotationssymmetrischen Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl
in den Vergasungsreaktor hineinbrennen und von den Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen
in dem Vergasungsreaktor eine Primärreaktionszone hoher Temperatur gebildet wird.
Sie betrifft fernerhin eine Anlage, die für den Betrieb entsprechend diesem Verfahren
besonders eingerichtet ist. - Im dem Ausdruck Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl
bezeichnet Reaktionsmittel sowohl die Oxidationsmittel als auch bereits gebildete
Reaktionsprodukte und gegebenenfalls auch Moderatorgas sowie Trägergas.
[0003] Im Rahmen der bekannten Maßnahmen, von denen die Erfindung ausgeht (EP 0 072 457
B1, EP 0 109 109 B1) wird der Flugstaub dem frischen Brennstoff beigemischt und zusammen
mit dem Brennstoff den Vergasungsbrennern zugeführt .Das ist aufwendig und erfordert
eine besondere Aufbereitung des Flugstaubes, nämlich umfangreiche und komplizierte
technische Einrichtungen mit großen Sicherheitsvorkehrungen. Der Porenraum oder Lückenraum
des aus dem Rohgas abgezogenen Flugstaubes ist mit dem Kohlenmonoxid und Wasserstoff
enthaltenden Rohgas gefüllt, welches erst durch mehrmaliges Beaufschlagen und Umpumpen
mit Inertgas bis unter die Gefahrengrenze verdünnt oder entfernt werden muß. Auch
die Behandlung des aus dem Flugstaub abgetrennten Rohgases ist umständlich und aufwendig,
da es häufig schwefelhaltig ist und aus Gründen des Umweltschutzes weder abgefackelt
noch sonstwie verbrannt oder an die Atmosphäre abgegeben werden kann. Im übrigen
stört, daß der dem frischen Brennstoff beigemischte Flugstaub den Heizwert des Brennstoffes
reduziert, was die Thermodynamik und die Reaktionskinetik des Vergasungsprozesses
beeinflußt.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so
zu führen, daß ohne besondere Aufbereitung des Flugstaubes sowie ohne störende Beeinflussung
der Thermodynamik oder Reaktionskinetik des Vergasungsprozesses eine ausreichend vollständige
Einbindung des Flugstaubes in die Schlacke erreicht werden kann, und zwar bei gleichzeitigter
Verbrennung des Restkohlenstoffes.
[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Flugstaub mit seinem Gehalt
an Rohgas und seinem Restkohlenstoff durch einen Fördergasstrom in die Achse von
zumindest einem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl eingeführt, von diesem in die Primärreaktionszone
eingebracht und in dieser eingeschmolzen wird. Nach bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung wird der Flugstaub durch die Achse des jeweiligen Vergasungsbrenners
eingeführt. - Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß bei Vergasung mit rotationssymmetrischen
Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen, die zur Vergasung fester Brennstoffe eingesetzt
werden, die Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen in gasdynamischer Hinsicht sehr stabil
sind und einen Flugstaubmengenstrom in die Primärreaktionszone hineintragen können.
Die Vergasungsreaktion beginnt bekanntlich bereits in dem Brennstoff-Reaktionsmittel-Strom
und wird hier sowie in der Primärreaktionszone durch den Flugstaub nicht gestört,
wozu beiträgt, daß auch deren Restkohlenstoff vergast wird. Der Mengenstrom an Flugstaub
darf allerdings nicht zu groß gewählt werden. In der Primärreaktionszone entstehen
die üblichen hohen Temperaturen, von beispielsweise 2000°C und mehr, die für das Einschmelzen
des Flugstaubes erforderlich sind. Überraschenderweise wird trotz der erfindungsgemäßen
Flugstaubrückführung aus der Primärreaktionszone der Flugstaub kaum stärker ausgetragen
als üblich und ohne die beschriebene Rückführung von Flugstaub. Im ungereinigten Rohgas
reichert sich der Flugstaub nicht störend an, so daß die beschriebene Kreislaufführung
möglich ist. - Grundsätzlich ist es bekannt, Flugstaub in einen Vergasungsreaktor
zurückzuführen (DE 24 09 008 C2), und zwar über besondere, von den Vergasungsbrennern
getrennte Zuführungsdüsen. Das beeinträchtigt die Vergasungsreaktion und hat in die
Praxis kaum Eingang gefunden. In der Praxis ist es eher üblich (DE-AS 23 25 204),
den Flugstaub in einem Reaktor auf die Schlacke aufzublasen, wobei im allgemeinen
auch der mitgeführte Restkohlenstoff in die Schlacke geht.
[0006] Im einzelnen bestehen mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Vorteilhaft wird mit Vergasungsbrennern gearbeitet, die einen zur Vergasungsbrennerachse
koaxialen Zuführungskanal für Primärsauerstoff, einen umgebenden Ringkanal für die
Brennstoffzuführung und einen diesen mittelbar oder unmittelbar umgebenden Ringkanal
für die Zuführung von Sekundärsauerstoff aufweisen. Hier empfiehlt die Erfindung,
den Flugstaub in der Achse des Zuführungskanals für den Primärsauerstoff durch einen
besonderen Zuführungskanal zuzuführen. Der Primärsauerstoffstrom kann in zwei konzentrische
Teilströme aufgeteilt werden. Um die Vergasungsreaktion nicht zu beeinträchtigen,
empfiehlt es sich, so vorzugehen, daß die Vergasungsbrenner für die Zuführung eines
Flugstaubmengenstromes eingerichtet sind, der um einen Faktor von 0,01 bis 0,15 kleiner
ist als der Brennstoffmengenstrom. Das gilt praktisch proportional für andere Auslegungen
des Vergasungsbrenners. Diese Abstimmung läßt sich bei üblichen Vergasungsreaktoren
des eingangs beschriebenen Aufbaus ohne Schwierigkeiten dann verwirklichen, wenn der
Flugstaub über alle Vergasungsbrenner zugeführt wird. Zusätzliche Maßnahmen für die
Sauerstoffzuführung und die Regelung der Sauerstoffzuführung sind nicht erforderlich.
Vielmehr genügt es, daß die Menge des Primärsauerstoffes und/oder des Sekundärsauerstoffes
nach Maßgabe des Restkohlenstoffgehaltes im Flugstaub erhöht wird.
[0007] Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage die für die Durchführung des Verfahrens
besonders geeignet ist. Sie wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
- Die einzige Zeichnung zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Anlage.
[0008] Die in der Figur dargestellte Anlage besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus
einem Vergasungsreaktor 1, der mit Vergasungsbrennern 2 ausgerüstet ist, einer Einrichtung
3 für die Flugstaubabscheidung aus dem Rohgas, einem Flugstaubsammelbehälter 4 mit
Einrichtung für die Flugstaubrückführung in den Vergasungsreaktor 1. Die Vergasungsbrenner
2 brennen mit am Vergasungsbrenneraustritt rotationssymmetrischen Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl
5 in den Vergasungsreaktor 1 hinein und erzeugen in diesem eine Primärreaktionszone
6 hoher Temperatur. Wie sich aus dem vergrößerten Ausschnitt A ergibt, besitzen die
Vergasungsbrenner 2 einen zentralen Zuführungskanal 7 für den Flugstaub. Dieser ist
von einem Ringkanal 8 für die Zuführung von Primärsauerstoff umgeben. Die Anordnung
ist fernerhin so getroffen, daß die zentralen Zuführungskanäle 7 über eine Dosiereinrichtung
9 an den Flugstaubsammelbehälter 4 angeschlossen sind. - Es versteht sich, daß die
Vergasungsbrenner 2 im übrigen wie bei der Vergasung von festen Brennstoffen üblich
eingerichtet sein können.
[0009] Aus dem Vergasungsreaktor 1 gelangt das mit Flugstaub beladene Rohgas durch die
Leitung 10 in die Einrichtung 3 für die Flugstaubabscheidung, die als Abscheidezyklon
ausgeführt ist. Hier wird der Flugstaub abgetrennt. Der abgetrennte Flugstaub, der
in seinem Porenraum oder Lückenraum noch Rohgas enthält, fällt durch die Leitung
11 in den Flugstaubsammelbehälter 4.Aus diesem Flugstaubsammelbehälter 4 wird die
Dosiereinrichtung 9 bedient. Zu ihr gehören zwei Zuteilbehälter 12. Periodisch werden
aus dem Flugstaubsammelbehälter 4 durch freien Fall die beiden Zuteilbehälter 12
über Leitungen 13 gefüllt. Der jeweils mit Flugstaub gefüllte Zuteilbehälter 12 wird
durch eine Leitung 14 mit gereinigtem Rohgas oder Inertgas unter einen Druck gesetzt,
der nur unwesentlich über dem Druck im Vergasungsreaktor 1 liegt. Durch die Leitungen
15 wird der Flugstaub unter ausreichenden Druck über die Leitung 16 in die Leitungen
eingeführt, die in den Vergasungsbrennern 2 münden. Sie münden in den zentralen Zuführungskanal
7 für den Flugstaub, der von dem Ringkanal 8 für die Zuführung von Primärsauerstoff
umgeben ist. Die Leitungen 17 sind Entspannungsleitungen für die jeweils geleerten
Zuteilbehälter 12 und führen in die aus der Einrichtung 3 für die Flugstaubabscheidung
abgehende Leitung 18 für das gereinigte Rohgas. - Es versteht sich, daß das Verfahren
von den Hilfsmitteln der modernen Verfahrenstechnik begleitet werden muß. Dazu werden
die üblichen Meß- und Regelorgane eingebaut und werden die erforderlichen Regel- und
Steuerungsmaßnahmen rechnergestützt durchgeführt. (Vgl. P 38 13 357.1)
Ausführungsbeispiel |
Analyse des Brennstoffes (Kohle): |
C |
68,40 Gew.% wf |
|
H |
4,40 Gew.% wf |
|
O |
6,03 Gew.% wf |
|
N |
1,60 Gew.% wf |
|
S |
1,10 Gew.% wf |
|
Cl |
0,17 Gew.% wf |
|
Asche |
18,30 Gew.% wf |
|
gesamt |
100,00 Gew.% wf |
Hu |
27,1326 MJ/kgwf |
Kohlenstaubmenge je Brenner |
13 005 kgwf/h |
Chemische Wärmemenge der Kohle je Brenner |
352 860 MJ/h |
Flugstaubmenge je Brenner |
540 kgwf/h |
Chemische Wärmemenge des Flugstaubes je Brenner |
2 824 MJ/h |
Rohgasmenge im Lückenvolumen des Flugstaubes |
17,25 m³n tr/h |
Chemische Wärmemenge des Rohgases |
192,8 MJ/h |
[0010] Diese Mengenrelationen ergeben sich aus folgenden Gründen:
80% der in den Vergasungsreaktor mit dem Brennstoff eingesetzten Asche werden als
Schlacke ausgetragen, 20 % der Achse plus unvergaster Kohlenstaub werden mit dem
Gas ausgetragen. 80 % der im Gas enthaltenen Feststoffe (Flugstaub) werden in dem
Flugstaubabscheider abgeschieden und unter den beschriebenen Bedingungen in die Vergasungsbrenner
zurückgeführt.
1. Verfahren zum Betrieb einer Anlage für die Vergasung fenkörniger bis staubförmiger
fester Brennstoffe, - mit
Vergasungsreaktor, der mit Vergasungsbrennern ausgerüstet ist,
Einrichtung für die Flugstaubabscheidung aus dem Rohgas,
Flugstaubsammelbehälter und Einrichtung für die Flugstaubrückführung in den Vergasungsreaktor,
wobei die Vergasungsbrenner mit einem am Vergasungsbrenneraustritt rotationssymmetrischen
Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in den Vergasungsreaktor hineinbrennen und von
den Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen in dem Vergasungsreaktor eine Primärreaktionszone
hoher Temperatur gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugstaub mit seinem Gehalt an Rohgas und seinem Restkohlenstoff durch einen
Fördergasstrom in die Achse von zumindest einem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl
eingeführt, von dem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in die Primärreaktionszone
eingebracht und in dieser eingeschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugstaub durch die
Achse des jeweiligen Vergasungsbrenners eingeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei mit Vergasungsbrennern gearbeitet
wird, die einen zur Achse des Vergasungsbrenners koaxialen Zuführungskanal für Primärsauerstoff,
einen umgebenden Ringkanal für die Brennstoffzuführung und einen diesen umgebenden
Ringkanal für die Zuführung von Sekundärsauerstoff aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß der Flugstaub in der Achse des Zuführungskanals für den Primärsauerstoff durch
einen besonderen Zuführungskanal zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasungsbrenner
für die Zuführung eines Flugstaubmengenstromes eingerichtet sind, der um einen Faktor
von 0,01 bis 0,15 kleiner ist als der Brennstoffmengenstrom.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge
des Primärsauerstoffes und/oder des Sekundärsauerstoffes nach Maßgabe des Restkohlenstoffgehaltes
im Flugstaub erhöht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugstaub
über alle Vergasungsbrenner zugeführt wird.
7. Anlage für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die
den im Anspruch 1 angegebenen grundsätzlichen Aufbau aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasungsbrenner (2) einen zentralen Zuführungskanal (7) für den Flugstaub
aufweisen, der von einem Ringkanal (8) für die Zuführung von Primärsauerstoff umgeben
ist, und daß die zentralen Zuführungskanäle (7) über eine Dosiereinrichtung (9) an
den Flugstaubsammelbehälter (4) angeschlossen sind.