DD261502A3 - Verfahren zur festbettdruckvergasung von kohle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Festbettdruckvergasung von Kohle, insbesondere beim Einsatz von Braunkohlen mit niedrigen und veraenderlichen Ascheschmelzpunkten. Erzielt werden soll eine Erhoehung der Generatorleistung und eine Senkung des spezifischen Dampfbedarfs. Die Aufgabe besteht darin, ein solches Verfahren zu entwickeln, das ohne zusaetzliche technische Einrichtungen eine vollstaendige Schmelzgranulierung der Asche ermoeglicht. Erfindungsgemaess wird das Dampf/Sauerstoff-Verhaeltnis des Vergasungsmittels so weit abgesenkt, dass die entstehende Asche unabhaengig von kurz- und mittelfristigen Schwankungen der Schmelztemperatur der Einsatzkohle vollstaendig schmilzt. Die Verweilzeit der Schuettung in der heissen Zone wird stark verringert und in gleichem Masse die vertikale Schuettgutbewegung erhoeht. Zusaetzlich wird eine intensive horizontale Bewegung und Vermischung der Schuettung in der Oxidations- und Reduktionszone mit Hilfe des Drehrostes vorgenommen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Festbettdruckvergasung von Kohle insbesondere beim Einsatz von Braunkohlen mit niedrigen und veränderlichen Ascheschmelzpunkten.
Bei der Festbettdruckvergasung von Braunkohlen, deren Asche im ungeschmolzenen Zustand äußerst feinkörnig anfällt, führt der hohe Strömungswiderstand der Ascheschüttung zu einer ungleichmäßigen, kanalartigen Durchströmung der Schüttung, zu erhöhten Stau bausträgen und zu Störungen des gesamten Vergasungsprozesses. Durch die heiße Fahrweise der Generatoren an der Schlackegrenze wird deshalb die Bildung einer besser durchströmbaren, grobkörnig granulierten Asche angestrebt. Dabei ist es notwendig, das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis dem Schmelzverhalten der Einsatzkohle und dessen Schwankungen anzupassen, um die Maximaltemperatur des Generators möglichst nahe an den Ascheschmelzpunkt anzunähern. Obwohl mit diesem Verfahren derteilweisen Aschegranulierung bereits eine wesentliche Verbesserung der Betriebsführung und eine Steigerung der Generatorleistung erreicht werden konnte, erweist sich das Anfahren der Schlackegrenze im praktischen Betrieb als äußerst problematisch und bei schnellen Änderungen der Mineralstoffeigenschaften zeitweise sogar als undurchführbar. Vielfach ist der Anteil der ungeschmolzenen, staubförmigen Asche sehr hoch und es kommt zu Ascheanreicherungen in höheren Schichten der Brennstoffschüttung und insbesondere zu Ablagerungen in Wandnähe, die in Perioden heißerer Fahrweise zu Wandansätzen und zu Verschlackungen führen können. Ebenso häufig wird über längere Zeiträume durch eine dem Rohstoff nicht angepaßte, heiße Fahrweise die Bildung von grober, Stückschlacke und ausgedehnter schmelzflüssiger Zonen hervorgerufen. Dadurch kommt es zu Verschlackungen der Generatoren mit nachfolgenden Produktionsausfällen. Solche Betriebsstörungen bzw. Beeinträchtigungen der Prozeßführungen treten dann besonders häufig auf, wenn der Aschegehalt der
Einsatzkohle starken Schwankungen unterliegt bzw. wenn unterschiedliche Einsatzkohlen bzw. Kohlemischungen zugeführt werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Vergasungsdampfbedarf mit zunehmendem durchschnittlichen Aschegehalt der Kohle ansteigt.
Zur Gewährleistung eines störungsfreien Generatorprozesses und hoher Generatorleistungen werden vorzugsweise hochwertige, aschearme Kohlen eingesetzt, die dadurch den anderen Veredlungsverfahren der Brikettierung und Verkokung verlorengehen.
Das Anfahren der Schlackegrenze wird in der Patentschrift DD-WP 159010 dargestellt. Danach soll durch Einstellung des Dampf/ Sauerstoff-Verhältnisses der Schmelzpunkt für mindestens 30% der Asche überschritten werden und als Kriterium für die Prozeßführung die Annäherung bzw. Unterschreitung der Wirbelpunktgeschwindigkeit in der Schüttung gelten. Mit der Realisierung dieses Patentes traten die bereits aufgeführten Nachteile bzw. Probleme im Zusammenhang mit der Feinaschebildung und derVerschlackungsgefahrauf.
In der Patentschrift DD-WP 235076 wird vorgeschlagen, die Feststoffverweilzeit in der heißen Zone zu verringern, um die Bildung größerer Schlackeverbände zu vermeiden. In der praktischen Durchführung ergeben sich wesentliche Einschränkungen dadurch, daß ein verstärkter Feinascheaustrag in den oberen Bereich der Schüttung mit dem daraus resultierenden Problemen stattfindet.
Weitere Vorschläge gemäß den Patentschriften DD-WP 144275, WP C 10 J/292344, WP C 10 J/287501 dienen der Ermittlung repräsentativer Meßgrößen für die Ascheschmelztemperatur sowie der Verschlackungsneigung des Rohstoffs als Führungsgröße für die Generatorbetriebsführung.
In der Patentschrift DD-WP 224660 wird vorgeschlagen, das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis auf zwei Niveaus periodisch derart zu ändern, daß beim niedrigen Dampf/Sauerstoffverhältnis eine erhebliche Schlackebildung auftritt und beim hohen Dampf/ Sauerstoff-Verhältnis die Schlackebildung ausgeschlossen wird. Der Anteil der beim hohen Dampf/Sauerstoff-Verhältnis gebildeten ungeschmolzenen Feinasche kann in Abhängigkeit von den Kohleeigenschaften hohe Werte annehmen. Des weiteren ist die Abkühlgeschwindigkeit der Schlacke beim Wechsel des Dampf/Sauerstoff-Verhältnisses begrenzt, so daß längere Perioden kälterer Fahrweise mit Feinaschebildung notwendig sind. Zudem besteht die Gefahr, daß das Schlackewachstum in lokal überhitzten Generatorzonen mit überdurchschnittlich hoher Maximaltemperatur nicht sicher unterbrochen wird.
Als alternative Verfahrensentwicklung ist der Festbettgenerator mit Flüssigschlackeabzug beispielsweise nach US-PS 3985518 bekannt. Abgesehen vom hohen apparatetechnischen Aufwand für den Schlackeabzug stellt das Verfahrensprinzip hohe Anforderungen an den Brennstoff bezüglich der Ausbildung eines stützfähigen Koksgerüstes. Diese Voraussetzung wird von Braunkohle und insbesondere von Weichbraunkohle, die einen locker zerfallenden Koks bildet, nicht erfüllt.
Das Ziel der Erfindung ist ein Verfahren für die Festbettdruckvergasung zur Erhöhung der Generatorleistung und zur Senkung des spezifischen Dampfbedarfs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Festbettdruckvergasung zu entwickeln, das im wesentlichen ohne zusätzliche technische Einrichtungen eine vollständige Schmelzgranulierung der Asche gestattet.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis des Vergasungsmittels soweit abgesenkt wird, daß die in der Oxidationszone entstehende Asche vollständig schmilzt und daß durch eine Begrenzung der Verweilzeit der Schüttung in der heißen Zone verbunden mit einer intensiven vertikalen Schüttgutbewegung und Vermischung und/oder durch eine zusätzliche intensive horizontale Bewegung und Vermischung der Schüttung in der Oxidations- und in der Aschezone die sich bildende Schlacke in ihrem Wachstum begrenzt und in einer mittleren Korngröße granuliert, ohne daß es zu großflächigen, prozeßgefährdenden Schlackebildungen kommt.
Das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis wird auf einen solchen Wert abgesenkt, daß die entstehende Asche unabhängig von kurz- und mittelfristigen Schwankungen schmilzt bzw. schmelzflüssig in die die Aschezone bildende Schlackegranulatschüttung abfließt.
Der für die Schlackegranulierung optimale Wert des Dampf/Sauerstoff-Verhältnisses wird entsprechend der Qualität der Einsatzkohle festgelegt und durch Versuche präzisiert, wobei längerf ristige Niveauverschiebungen des Ascheschmelzverhaltens berücksichtigt werden. Um die sich bildende Schlacke in ihrem Wachstum zu begrenzen und mit einer mittleren Körnung von vorzugsweise 10-60 mm zu granulieren, wird in erster Linie eine so starke vertikale Schüttgutbewegung und-Vermischung in der heißen Zone der Schüttung erzeugt, daß die Verweilzeit in dieser Zone zur Ausbildung großf lächiger Schlackeagglomerate nicht ausreicht und daß die Oxidations-, Reduktions- un ΐ Aschezone als Bestandteile der heißen Zone des Generators in dieser Zone nicht mehr scharf abgegrenzt, sondern einander im Wechsel örtlich überlagernd bzw. verzahnt vorliegen. Die horizontale Ausdehnung der Schlacke wird dadurch vermieden.
Die starke vertikale Schüttbewegung wird erreicht, indem die Generatorleistung bzw. der Kohledurchsatz auf ein solches Niveau erhöht wird, bei dem eine reguläre Durchströmung der Schüttung oberhalb der Aschezone mit vertretbarem Staubaustrag noch gewährleistet ist und bei dem die Ent- und Vergasungsreaktionen sowie die Wärmeübertragungsvorgänge im Oberteil des Generators geschwindigkeitsbestimmend und damit leistungsbegrenzend werden.
Diese Leistungserhöhung ist möglich, da die Schmelzgranulierung der Asche zu einer extremen Senkung des Strömungswiderstandes der Aschezone führt. Die Aschezone ist selbst bei den höchsten Generatorleistungen noch regulär durchströmbar.
Aus reaktionskinetischen Abschätzungen ergibt sich, daß für eine Braunkohle mit einem Reaktionsfähigkeitswert gegenüber CO2 vonkm = 1cm3/g s die Vergasungsreaktionen bis zu einer spezifischen Sauerstoff belastung des Generators von ca. 600-70Om3
i. N./m2h ohne Ausbeuteminderung ablaufen. Die spezifische Sauerstoffbelastung kann in der erfindungsgemäßen Weise auf Werte bis ca. 700 m3 i. N./m2 h erhöht werden, die auch bei der Vergasung von Steinkohle mit grobkörniger, stückiger Asche erreicht werden. Mögliche Begrenzungen ergeben sich durch zunehmenden Staubaustrag.
Die vertikale Bewegung und Vermischung der Schüttung kann durch zusätzliche, die Schüttung anhebende, Elemente am bzw. auf dem Drehrost, wie z.B. Rührelemente oder Rostaufbauten, unterstützt werden.
Im Falle einer nicht ausreichenden vertikalen Schüttgutbewegung und -Vermischung wird die Schüttung in der heißen Zone zusätzlich in horizontaler Richtung intensiv bewegt und gemischt.
Dies geschieht, in dem der Drehrost im Grenzfall ohne Unterbrechung ständig bewegt wird und indem die Aschezone durch Steuerung des Ascheaustrags soweit abgesenkt wird, daß einerseits die Schüttgutbewegung des Drehrostes über die Aschezone bis zur Oxidationszone wirksam ist und andererseits Drehrostüberhitzungen bzw. das Aufwachsen von Schlacke infolge einer zu geringen Aschezonenhöhe vermieden werden.
Nach orientierenden Untersuchungen mit einem Modelldrehrost ist von einer Aschezonenhöhe über der Rostspitze im Bereich von vorzugsweise 0,3 bis 0,7 m auszugehen.
Anhand der Korngröße der ausgetragenen Asche werden die Aschezonenhöhe und die Drehrostgeschwindigkeit eingestellt bzw. verändert. Der Ascheaustrag bei ständiger Bewegung des Drehrostes wird durch Wechsel der Drehrichtung des Rostes, der vorzugsweise reversierbar und mit Austragsfunktion in nur einer Richtung ausgeführt ist, gesteuert.
Treten betriebs- oder störungsbedingt Verringerungen bzw. Unterbrechnungen der für die Schlackegranulierung notwendigen intensiven Schüttgutbewegung und -Vermischung auf, wird die Generatorleistung verringert und das Dampf-Sauerstoff-Verhältnis erhöht. Es werden die Parameter eingestellt, die den Bedingungen der Feinaschebildung mit geringem Schmelzanteil gerecht werden.
Das Verfahren in der erfindungsgemäßen Weise wird vorzugsweise unter Verwendung eines metallischen Innenmantels, der mit zusätzlichen Zirkulationseinrichtungen zur Erhöhung der Kühlwassergeschwindigkeit und zur Vermeidung von anhaftenden Dampfblasen hinter dem Innenmantel ausgeführt ist, durchgeführt. Die Temperatur an der Innenseite des Kühlmantels wird dadurch gleichmäßig auf ca. < 3000C abgesenkt, wodurch das Anhaften von Schlacke an der Generatorinnenwand vermieden wird.
Als Einsatzkohle wird vorzugsweise eine aschereiche Braunkohle in Form von Briketts oder von Brikett/Rohkohle-Mischungen eingefahren, deren Aschegehalte durchschnittlich so hoch sind, daß der Ascheschmelzpunkt (oxidierende Atmosphäre) bei Temperaturen im Bereich von 1200 bis 13000C liegt.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.
In der Druckvergasung werden Weichbraunkohlen mit Ascheschmelzpunkten vorwiegend von 1220 bis 1300"C und erhöhten Aschegehalten von 9-15% bezogen auf wasserfreie Substanz eingesetzt. Die Asche ist im angeschmolzenen Zustand äußerst feinkörnig.
Das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis des Vergasungsmittels wird auf einen konstanten Wert im Bereich von 5,5 bis 6,5kg/m3i. N.
eingestellt, wobei derfürdieSchmelzgranulierung optimale Wert zuvor durch Versuche ermittelt wird. Die Maximaltemperatur in der Oxidationszone liegt damit unabhängig von den Schmelzpunktschwankungen der Einsatzkohle ständig über dem Schmelzpunkt der Asche, so daß diese schmilzt und ohne Feinaschebildung in den Prozeß der Schmelzgranulierung einbezogen
Um die Größe der sich bildenden Schlackestücke auf <60 mm zu begrenzen, wird eine hohe Generatorleistung im Bereich von 4000-6000 m3i. N. Sauerstoff/h · m2 eingestellt. Bei dieser Belastung ergeben sich noch keine negativen Auswirkungen bzgl. des Staubaustrags und der spezifischen Kennziffern. Der Ascheaustrag wird mittels der Rostgeschwindigkeit und kurzzeitiger Roststillstände nach den in Wandnähe befindlichen Temperaturmeßstellen in der heißen Zone so gesteuert, daß die Aschezonenhöhe ca. 1 m über der Rostspitze beträgt.
Kommt es bei diesen Bedingungen zu einem zunehmenden Anfall von Schlackestücken >60mm, wird die Aschezonenhöhe auf ca. 0,5 m über Rostspitze abgesenkt und der Drehrost mit einer dem Austrag angepaßten Geschwindigkeit ständig bewegt.
Der Druckgasgenerator ist mit einem nicht ausgemauerten Innenmantel und Zirkulationsblechen zur Erhöhung der Kühlwassergeschwindigkeit im Wassermantel ausgestaltet. Durch eine ausreichend gute Wandkühlung werden Schlackeansätze sicher vermieden.
Durch das Verfahren der Schlackegranulierung kann das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis der Generatoren im Durchschnitt um 1,5 Einheiten gegenüber der bislang praktizierten Fahrweise an der Schlackegrenze bei gleichzeitiger wesentlicher Erhöhung der Generatorleistung abgesenkt werden. Darüber hinaus kommen bevorzugt minderwertigere Kohlen ohne Beeinträchtigung des Betriebsergebnisses zum Einsatz.
Claims (7)
1. Verfahren zur Festbettdruckvergasung von Kohle, vornehmlich Braunkohle, in bekannter Weise mit einem Dampf/Sauerstoff-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis des Vergasungsmittels auf einen solchen Wert abgesenkt wird, daß die entstehende Asche unabhängig von kurz- und mittelfristigen Schwankungen des Schmelzpunktes der Einsatzkohle vollständig schmilzt und daß die Verweilzeit der Schüttung in der heißen Zone stark verringert und in gleichem Maße die vertikale Schüttgutbewegung erhöht wird und daß zusätzlich eine intensive horizontale Bewegung und Vermischung der Schüttung in der Oxidations- und Reduktionszone mit Hilfe des Drehrostes vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Schüttgutbewegung dadurch erzeugt wird, daß die Generatorleistung bzw. der Kohledurchsatz auf ein solches Niveau erhöht wird, daß einerseits die Schlacke in einer Korngröße von vorzugsweise 10-60 mm verschlackungsfrei anfällt und andererseits noch eine reguläre Durchströmung der Schüttung oberhalb der Aschezone mit vertretbarem Staubaustrag und intensiven Reaktions- und Wärmeübertragungsbedingungen gewährleistet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Drehroststeuerung die Aschezone auf eine Höhe von vorzugsweise 0,3-0,7 m über Rostspitze abgesenkt und die Geschwindigkeit des Drehrostes so eingestellt wird, daß die Schlacke iri einer Korngröße von vorzugsweise 10-60mm verschlackungsfrei anfällt, und daß einerseits die Schüttgutbewegung des Drehrostes über die Aschezone bis zur Oxidationszone wirksam ist und andererseits Drehrostüberhitzungen bzw. das Aufwachsen von Schlacke infolge zu geringer Aschezonenhöhe vermieden werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrost ständig bewegt wird und daß der Ascheaustrag durch Wechsel der Drehrichtung des Rostes, der als reversierbarer Rost mit Austragsfunktion in nur einer Richtung ausgeführt ist, gesteuert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttung zusätzlich durch mechanische Elemente auf dem Drehrost in vertikaler Richtung angehoben und abgesenkt und dadurch vermischt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei betriebs- und störungsbedingten Verringerungen bzw. Unterbrechungen der für die Schlackegranulierung notwendigen Schüttgutbewegung und -Vermischung die Generatorleistung verringert und das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis soweit erhöht wird, daß die Maximaltemperatur in der Oxidationszone auf Werte unterhalb der Schmelztemperatur der Asche abgesenkt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur an der Innenseite des metallischen Innenmantels des Generators durch zusätzliche Zirkulationseinrichtungen zur Erhöhung der Kühlwassergeschwindigkeit und zur Vermeidung anhaftender Dampfblasen auf gleichmäßig niedrige Werte von <300°C abgesenkt wird.
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| YU190987A (en) | 1989-02-28 |
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