DD150313A3 - Vorrichtung zur vergasung asnhehaltiger brennstoffe in der flugwolke - Google Patents

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Friedrich Berger
Peter Goehler
Dieter Koenig
Klaus-Otto Kuhlbrodt
Klaus Lucas
Helmut Peise
Manfred Schingnitz
V P Semenov
E A Gudymov
A I Jegorov
N P Majdurov
I G Achmatov
V P Gavrilin
V G Fedotov
E V Avraamov
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Friedrich Berger
Peter Goehler
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Kuhlbrodt Klaus Otto
Klaus Lucas
Helmut Peise
Manfred Schingnitz
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E A Gudymov
A I Jegorov
N P Majdurov
I G Achmatov
V P Gavrilin
V G Fedotov
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergasung aschehaltiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel in der Flugwolke und bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Asche, vorzugsweise unter erhoehtem Druck. Aufgabe der Erfindung ist die Gestaltung eines Reaktors fuer die Vergasung aschehaltiger Brennstoffe in der Flugwolke, bei dem die sichere Ueberfuehrung der im Reaktionsraum gebildeten schmelzfluessigen Schlacke, gegebenenfalls gemeinsam mit heiszem, im Reaktionsraum gebildeten Gas, in ein Kuehl- und Granulierteil gewaehrleistet ist. Erfindungsgemaesz besitzt die den Boden des Reaktionsraumes ueberragende Schlackenabfluszoeffnung eine oder mehrere Vertiefungen, an der oder denen die fluessige Schlacke strahlartig ueberlaeuft und als kompakter Strahl in die Kuehlzone eintritt.

Description

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Vorrichtung zur Vergasung aschehaltiger Brennstoffe in der Flugwolke
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergasung aschehaltiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel in der Flugwolke und bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Asche, vorzugsweise unter erhöhtem Druck«
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen In der Technik der "Gaserzeugung hat sich die Vergasung von staubförmiger Kohle mit einem Gemisch von Sauerstoff und Wasserdampf oder Kohlendioxid als JPl ammenreaktion in der Plugwolke eingeführt. Bei dieser Technologie erfolgt die Vergasung bei solchen Temperaturen, daß die mineralischen Bestandteile der Kohle als schmelzflüssige Schlacke anfallen. Prinzipiell gleiche Technologien werden für die Vergasung aschereicher flüssiger Brennstoffe (Teere, Rückstandsöle) und Gemischen von Suspensionen aus flüssigen und aschehaltigen festen Brennstoffen angewandt. Vor allem dann, wenn die Vergasung unter erhöhtem Druck erfolgt, stellt sich die 'schwierige technische Aufgabe, den zur Vergasung dienenden Reaktor so auszuführen, daß der Schlackenfluß beherrscht und die Schlacke aus dem System sicher ausgetragen werden kann.. Es sind technische Lösungen üblich,
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bei denen noch innerhalb des Reaktors die schmelz flüssige Schlacke in Wasser granuliert und gekühlt wird und als Granulat in Wasser suspendiert aus dem Drucksystem ausgetragen wird. Mir die Betriebstüchtigkeit solcher Reaktoren ist die Gestaltung des KLüssigschlacke-Auslaufs aus dem heißen Teil des Reaktors, dem Reaktionsraum im engeren Sinne, in den Kühl- und Granulierteil entscheidend» Im DDR-Ausschließungspatent 119 266 ist ein Reaktor zur Vergasung von Kohlenstaub unter Druck beschrieben, dessen Reaktionsraum aus einer wasserbeaufschlagten, durch eine Schicht feuerfester Stampfmasse geschützten Rohrwandkonstruktion besteht« Für den Ablauf der flüssigen Schlacke in den Granulierteil ist eine zentrale Öffnung im Boden des Reaktionsraumes vorgesehen, deren Konturen durch die entsprechend gestaltete Rohrwandkonstruktion mit Stampfmasse-Beschichtung gebildet werden. Der Boden des Reaktionsraumes ist in Richtung der Schlackenabflußöffnung schwach geneigt. Die Öffnung ist mit einer scharfen Schlaeken-Abtropfkante versehen.
Es ist eine im Prinzip ähnliche lösung für eine wenig oberhalb des Atmosphärendruckes laufenden Vergasungsanlage bekannt, wo der obere Rand der zentralen SchlakkeablaufÖffnung dammartig überhöht ist, so daß die Schlacke auf dem Boden des Reaktionsraumes angestaut wird und über den Damm überfließt (Ullmann's Encyclopädie der technischen Chemie, 3. Auflage, Band 1o, Seite 416, 1958)„Es ist weiter bekannt, flüssige Schlacke und heißes Gas über eine Bodenöffnung mit Abtropfkante gemeinsam in einen Abkühlungsraum zu überführen, siehe z. B. Meunier, Vergasung fester Brennstoffe ..., Weinheim/Bergstraße, 1962, Seite 453·
Schließlich beschreibt die DP-OS 2-325 2o4 einen Reaktor für die Vergasung von Kohlenstaub unter Druck, bei dem heißes Gas und flüssige Schlacke gemeinsam
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über eine zentrale Öffnung im Boden des Reaktionsraumes nach unten abgezogen v/erden, wobei durch einen Damm um die zentrale Öffnung ein Schlackenbad am Boden des Reaktionsraumes aufrechterhalten wird»
Die Beanspruchung der Schlackenabflußöffnung durch Einwirkung der flüssigen Schlacke und der hohen Temperaturen im Reaktionsraum ist beträchtlich,, Sie wird noch erhöht, wenn durch diese Schlackenabflußöffnung gleichzeitig heißes Reaktionsgas aus- dem Reaktionsraum abgeführt wird. Bei- Ausführung in keramischem Material sind Infiltrationen der flüssigen Schlacke in das Steinmaterial oder Auflösung des keramischen Werkstoffes oder eines Teils der Gefügebestandteile des keramischen Werkstoffes in der Schlacke auf die Dauer unvermeidlich» Bei Ausführung als Rohrkonstruktion mit Beschichtung durch Stampfmasse wird aus den gleichen Gründen und wegen örtlicher Unterschiede in der Wärmeabfuhr aus der Stampfmassenschicht in die Kühlrohre die Stampfmasse häufig örtlich abgetragen. Es kommt zum Ausbrechen der Schutzschicht und zu örtlichen Überhitzungen der Rohrwandungen· Dadurch wird die Schlackenabflußöffnung zu einem Verschleißteil, das die Reisezeit des gesamten Aggregates begrenzt ·
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Vergasung aschehaltiger Brennstoffe, insbesondere von Kohlenstaub mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel als Plammenreaktion in der Plugwolke, bei der trotz Anfalls flüssiger Schlacke im Reaktionsraum hohe Betriebssicherheit und lange Reisezeit gewährleistet ist.
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Darlegung des Wesens der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung ist die Gestaltung eines Reaktors zur Vergasung aschehaltiger Brennstoffe, insbesondere von Kohlenstaub mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel als IPlammenreaktion in der Plugwolke, bestehend aus einem Reaktionsraum für. den Ablauf der Vergasungsrealction bei Teniperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Asche· und einem darunter befindlichen Kühl- und Granulierteil, bei dem die sichere Überführung der im Reaktionsraum gebildeten schmelzflüssigen Schlacke gegebenenfalls gemeinsam mit heißem, im Reaktionsraum gebildetem Gas, in einer: Kühl- und Granulierteil gewährleistet ist und der für den Betrieb unter erhöhtem Druck geeignet ist,
- Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der den Reaktionsraum nach unten abschließende Boden mit einer vorzugsweise zentral angeordneten, aus einem in den Boden eingelassenen ringförmigen Körper bestehenden Schlackenablauföffnung versehen ist, die den Reaktionsraum mit dem Kühl- und Granulierteil verbindet„
Die Oberkante des ringförmigen Körpers ragt dammartig über den umgebenden Boden des Reaktionsraumes hinaus. Mit dieser Ausführungsform wird die auf dem Boden des Reaktionsraumes befindliche flüssige Schlacke aufgestaut, um damit ihre Verweilzeit im heißen Reaktionsraum zu erhöhen und Zusammensetzung und Pließeigenschaften der Schlacke zu homogenisieren«,
Die dammartig über den umgebenden Boden des Reaktionsraumes hinausragende Oberkante des Gußeisenkörpers ist erfindungsgemäß mit einer oder mehreren Vertiefungen versehen, an der oder an denen die flüssige Schlacke strahlartig überläuft und als kompakter Strahl in die Kühlzone eintritt.
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-x Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der ringförmige Körper aus einein in mehrere Windungen gelegtem und in Gußeisen eingegossenem Stahlrohr, das mit einer Zuführung und einer Abführung für Kühlwasser versehen ist. Der metallische Kontakt zwi-
sehen Stahlrohrwindungen und Gußeisen sowie die gute Wärmeleitfähigkeit des Gußeisens garantieren eine intensive Kühlung der so gestalteten Schlackenabflußöffnung, einen dichten überzug des ringförmigen Körpers mit einer erstarrten dünnen Schlackenschicht und die dauerhafte Einhaltung der äußeren Kontur der Schlackenabflußöffnung. Der Reaktionsraum wird vielfach von einem wassergekühlten Schirm aus gestifteten, mit feuerfester Stampfmasse beschichteten Rohren umgeben.
In einem solchen Pail ist eine erfindungsgemäße Ausführung dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung und die Abführung für das Kühlwasser zur Kühlung des ringförmigen Körpers mit dem Kühlwasserversorgungssystem des Kühl-"rohrschirmes für den Reaktionsraum verbunden ist, so daß ein einheitliches Kühlsystem für Kühlrohr schirm und Schlackenablauföffnung besteht.
Eine Betriebsweise von Reaktoren zur Vergasung von Kohlenstaub in der Flugwolke ist dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Rohgas und die Schlacke durch Einspritzen von Wasser gemeinsam gekühlt und dabei das Rohgas mit Wasserdampf aufgesättigt wird« Der Wasserdampfgehalt wird für nachfolgende Gaswandlungsstufen, insbesondere für die katalytische CO-Konvertierung benötigt. Eine dieser Betriebsweise entgegenkommende Ausfülirungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kühlwasserabführung der Schlackenablauföffnung mit der Wasserverteilungseinrichtung für die direkte Kühlung und Sättigung • des· Rohgases verbunden ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Wärmeinhalt des bei der Kühlung der Schlackenab-
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lauföffnung erhitzten Wassers zur Erhöhung der Sättigungstemperatur des Rohgases und damit zur Verbesserung der CO-Konvertierung genutzt werden kann,
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung sei durch das folgende Ausführungsbeispiel mit den Figuren 1 und 2 erläutert. Dabei zeigt Fig, 1 die schematische Darstellung eines Reaktors zur Vergasung von Kohlenstaub als Flammenreaktion in der Flugwolke, Fig. 2 als vergrößerter Ausschnitt die Schlackenabflußöffnung,
Der Reaktor 1 zur Vergasung von Kohlenstaub unter Druck besteht aus dem Reaktionsraum 2 und dem Kühl- und Gr anulierteil 3 α Der Reaktionsraum 2 wird von einem wasserbeaufschlagten Kühlrohrschirm 4 umgeben, der reaktionsraumseitig mit Stampfmasse 5 beschichtet ist. Am Kopf des Reaktionsraumes 2 ist der Brenner-.6 angeordnet,, der der Zuführung von Kohlenstaub, Sauerstoff und Dampf dient. Der Reaktionsraum 2 wird nach unten durch den Boden 7 abgeschlossen, der durch entsprechende Gestaltung des Kühlrohrschirmes entsteht. In der Mitte des Bodens ist die Schlackenabflußöffnung 8 angeordnet, die durch den ringförmigen Körper 9 gebildet wird, der wiederum durch eine gekühlte Tragekonstruktion 12 gehalten wird. Während des Betriebes herrschen im Reaktionsraum solche Temperaturen, daß die im Kohlenstaub enthaltene Asche zu schmelzflüssiger Schlacke wird, die gemeinsam mit dem gebildeten Rohgas durch die Schlackenabflußöffnung 8 in den Kühl- und Granulierteil 3 überführt. wird. Eine in Fig. 1 schematisch als Düse dargestellte Wasserverteilungseinrichtung 13 dient der direkten Kühlung von Rohgas μ^ Schlacke,
Der Kühl- und Granulierteil 3 ist weiter mit einem Rohgas-Austrittsstutzen 15 und einer Bodenöffnung 16 versehen. Die Bodenöffnung 16 dient der gemeinsamen Ab-
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fülirung von granulierter Schlacke und unverdampftem Einspritzwasser aus dem Reaktor, die sich in der unteren Hälfte des Kühl- und Granulierteiles 3 sammeln.
Wie Pigο 2 weiter zeigt, ist in den die Schlackenabflußöffnung 8 bildenden, aus Gußeisen gefertigten ringförmigen Körper 9 in mehreren Windungen und der Form des ringförmigen Körpers 9 entsprechend ein Stahlrohr 17 eingegossen, das an eine Wasserzuführungsleitung 1o und -abführungsleitung 11 angeschlossen ist. Die Oberkante des ringförmigen Körpers 9 ragt über das Niveau des Bodens 7 des Reaktionsruumes 2, so daß die auf den Boden 7 gelangende flüssige Schlacke dort zu einem flachen Schlackebad 18 aufgestaut wird. Die Oberkante des ringförmigen Körpers 9 ist einseitig mit einer Vertiefung 19 versehen. Damit kann an dieser Stelle die Schlacke als kompakter Strahl 2o durch die •Schlackenabflußöffnung 8 gemeinsam mit dem Rohgas in den Kühl- und Granulierteil 3 strömen. Die Wasserabführleitung 11 ist an die Zuleitung 14 zur Wasserverteilungseinrichtung 13 angeschlossen. Damit wird der Wärmeinhalt des aus dem ringförmigen Körper 9 abfließenden und dort aufgeheizten Kühlwassers zur Erhöhung der sich im Kühl- und Granulierteil 3 einstellenden Sättigungstemperatur des Rohgases genutzt. Gleichzeitig wird damit - bis auf den Druckabfall des strömenden Kühlwassers zwischen Eintritt in den ringförmigen Körper 9 und Wasserverteileinrichtung 13 - ein Druckausgleich zwischen dem im Stahlrohr des Körpers 9 herrschenden Druck und dem Druck im Reaktionsraum und Kühl- und Granulierteil herbeigeführt»

Claims (4)

Brfindungsansprüch .
1. Vorrichtung zur Vergasung von aschehaltigen Brennstoffen mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel als fflammenreaktion in der Plugwolke bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Asche, wobei die schmelzflüssige Schlacke gemeinsam mit erzeugtem heißen Rohgas aus einem Reaktionsraum in ein Kühl- und Granulierteil überführt wird, mit einer im Boden des Reaktlonsraumes befindlichen, von einem ringförmigen, dammartig über den umgebenden Boden des Reaktionsraumes hinausragenden ringförmigen Körper gebildeten Schlackenabflußöffnung (8), gekennzeichnet dadurch, daß die Oberkante des ringförmigen Körpers (9) init einer oder mehreren Vertiefungen (19) versehen ist.
2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der die Schlackenabflußöffnung bildende ringförmige Körper (9) aus einem in mehrere Windungen gelegtem und in Gußeisen eingegossenem Stahlrohr (17) besteht, welches mit einer Wasserzuführungsleitung (1o) und einer Wasserabführungsleitung (11) versehen ist. .
3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Wasserzuführungsleitung (1o) und die Wasserabführungsleitung (11) mit der Kühlwasserversorgung des Kühlrohrschirmes (4) für den Reaktionsraum verbunden ist.
-·-· 208158
4· Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Wasserabf uhrungsleitung (11) mit einer Wasserverteilungseinrichtung (13) im Kühl- und Granulierteil (3) so verbunden ist, daß das im ringförmigen Körper
(9) erwärmte und durch die Wasserabführungsleitung
(11) ablaufende Wasser unmittelbar zur Granulierung
der Schlacke, gegebenenfalls zur direkten Kühlung des Eohgases dienen kann»
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