DD280778A1 - Vorrichtung zur homogenisierung einer brennstoffschuettung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zur Homogenisierung einer Brennstoffschüttung. Sie bezieht sich auf das Gebiet der Festbettdruckvergasung von Kohle, insbesondere von stückigen Braunkohlen und nicht- oder schwachbackenden Steinkohlen bei hohen spezifischen Vergasungsleistungen. Durch die Erfindung wird eine vergleichsmäßige Abwärtsbewegung des Brennstoffes im aufsteigenden Strom des heißen Brenngases gewährleistet und einer Entmischung des Schüttgutes entgegen gewirkt (Homogenisierung), wodurch eine vergleichsweise gleichmäßige Durchströmung der Brennstoffschüttung auch in der Reaktionszone erreicht wird. Erfindungsgemäß besteht die Lösung darin, dass ein axial angeordneter, an sich bekannter Kohleverteiler, der gleichzeitig als Gassammelraum dient, im Kegelmantel horizontal angeordnete Verteileröffnungen aufweist, die lediglich durch Gaskanäle unterbrochen sind. Ein Teilstrom des Brennstoffes wird durch diese Verteileröffnungen nach innen geleitet und verhindert dort die Ausbildung eines Schüttungstrichters, wodurch sich die aktive Brennstoffschüttung in der Mitte des Vergaserschachtes vergrößert.{Festbettdruckvergasung; Braunkohle; Brennstoffschüttung; Homogenisierung; hohe Vergasungsleistung; Kohleverteiler; Verteileröffnungen; Gaskanäle}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Festbett-Druckvergasung von nicht- oder schwachbackender Braun- oder Steinkohle, insbesondere unter den Bedingungen hoher Schachtbelastungen und Kohlen mit unterschiedlichen Wassergehalten und unterschiedlichen Korngrößen, sowie auch bei Zumischung von flüssigen Kchlewertstoffen zur Herstellung eines Brenngases mit einem hohen Heizwert.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Stabilität dos Prozesses der Vergasung im Festbett bei hohen spezifischen Schachtbelastungen, vor allem solcher über 4000m³ i. N. Rohgas/m'h wird bekannterweise entscheidend durch die Eigenschaften des eingesetzten Brennstoffes sowie dessen Bewegung im Strom des aufsteigenden Rohgas-Dampf-Gemisches beeinflußt. Instabilitäten dieses Prozesses zeigen sich vor allem in Schwankungen der Prozeßtemperaturen, sowie in Menge und Qualität des erzougten Rohgases. Die Folge davon sind erhöhter Staubaustrag mit dem Rohgas, Verschlackung der Generatorinnenwand und Leistungseinschränkungen. Es gibt eine Vielzahl von Verschlagen sowie auch technisch erprobte Vergasungsverfahren zur Herstellung von methanischem Brenngas aus festen Brennstoffen, die aber im höheren Leistungsbereich nicht die gewünschte Stabilität bewirken. So sind in den DD-WP 66243,110297,113769,119814,121796,132980,133817,135211,136505,138505,145402,168641,148642 und 150906 Vorrichtungen und Verfahren beschrieben, die die Gostaltung von Einbauten im Ober- und Mittelteil des Generators mit Mischgasabzug oder getrennter Abführung von Klar- und Schwelgas vorschlagen, welche die Kohleschütthöhe im Generator mit oder ohne Kohleverteiler zwangsläufig oder automatisch steuern. Praktische Versuche haben aber immer wieder gezeigt, daß es zu instabilen Strömungsverhältnissen, zu erhöhtem Staubaustrag, zu hohen Rohgastemperaturen und dadurch bedingt zu Leistungseinsenkungen kam.

Die im DD-WP 236031 beschriebene Lösung geht von zwei übereinanderliegenden, durch den Rohgasabzug (Gassammeiraum) voneinander getrennten Prozeßräumen aus, in denen Aufheizung, Trocknung, Vorentgasung einerseits, sowie Teilentgasung und Vergasung andererseits ablaufen. Dieses technisch erprobte Verfahren hat jedoch einen entscheidenden Nachteil, der bei

höheren Schachtbelastungen zu Instabilität im Prozeßablauf führt. Die trichterförmige Gausaustrittsfläche unter dem Kohleverteiler führt zu einer bevorzugten Durchströmung der tiefliegenden Trichterspitze, wodurch erhöhte Rohgestemperaturen und hohe örtliche Gasgoschwindigkeiten mit zwangsläufig erhöhtem Staubgehalt im Gasstrom unvermeidlich sind. Diese Wirkungen verhindern aus sicherhoitstechnischen Gründon eine weitere Leistungssteigerung des Verfahrens. Außerdem wird damit der Mechanismus der Rohgasaufteilurg aus dem unteren Raum auf Ringraum und Gassammeiraum unterbrochen. Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Vorrichtung ist deren geometrische Gestaltung. Bei Einsatz von inhomogenen Brennstoffen, insbesondere bei der Mischkohlefahrweise von Braunkohlenbriketts und Rohbraunkohleknorpel, treten beim Auffüllen des Vergasers Entmischungen auf, die unregelmäßige Strömungs- und Reaktionsbedingungon innerhalb der Brennstoffschüttung hervorrufen.

Die im DD-WP 19960 beschriebene Lösung ähnelt der im DD-WP 236031 genannten, schlägt aber vor, die vorher aufgeführten Mängel der unterschiedlichen Brennstoff schütthöhen durch ein zontral angeordnetes Füllrohr zu beseitigen. Der Nachteil dieser Lösung ist. daß bei hohen Schachtbelastungen durch die hochliegende Einfüllöffnung die Brennstoffzufuhr zum Füllrohr nicht ständig gewährleistet ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Lösung, mit der eine Erhöhung der spezifischen Schachtbelastung des Festbettdruckvergasers bei verringertem spezifischen Verbrauch der Einsatzstoff6, auch bei Verwendung von Mischbrennstoffen, beispielsweise uestehend aus Braunkohlenbriketts und Rohbraunkohlenknorpeln, denen wahlweise flüssige Brennstoffe zugemischt werden können, erreicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, durch Veränderungen in der Gestaltung und in den Abmessungen einer im Querschnittsprofil bekannten Kohleverteilerbauform mit geringem Aufwand neue, die Betriebseigenschaften des Druckvergasers verbessernde Wirkungen zu erreichen und damit eine weitere Steigerung der Vergaserleistung bei unverändertem Schachtquerschnitt zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Oberteil des Druckvergasers ein Kohleverteiler in Gehalt eines runden, kegelförmigen Dache? axial angeordnet wurde, in dessen Kegelschale in einer bestimmten Höhe mindestens zwei, vorzugsweise vier horizontal verlaufende Verteileröffnungen eingebracht wurden und an deren unterem Rand innen ein Schurrentrichter anschließt, der mit dem Unterteil der Kegelschale einen ringförmigen Hohlraum erzeugt, der als unterer Gassammeiraum dient. Die auf der Mantellinie der Kegelschale gemessene Breite der Verteileröffnungen beträgt mindestens 400mm. Die Verteileröffnungen werden durch Gaskanäle seitlich begrenzt. Diese können einmal so ausgeführt sein, daß zwischen den Verteileröffnungen in der Kegelschalo ein Steg von 200 bis 400mm Breite verbleibt, der jeweils seitlich mit einem nach innen gerichteten Stegblech versehen ist, so daß sich ein nach innen offenes U-förmiges Profil ergibt, welches innerhalb der Schüttung einen freien Querschnitt erzeugt. Oder es werden als Gasksnäle Rohre eingesetzt. Die Querschnittsflächp Jodes Gaskanals entspricht mindestens dem 0,8fachen Querschnitt des Gasabzuges. In beiden Fällen sind diese Gaskanäle mit der unteren Öffnung am Schurrentrichter angeschlossen, der an den Anschlußstellen jeweils einen dem Querschnittprofil das Gaskanals entsprechenden Ausschnitt aufweist. Die obere Mündung des Gaskanals reicht bis in den oberen Gassammeiraum, an den der Gasabzug anschließt. Der Kohleverteiler ist so hoch angeordnet, daß der vertikale Abstand zwischen jeinom unteren äußeren Rand und der Oberkante des Drehrostes 2900 bis 4000mm beträgt. Die Neigung der Kegolschalo beträgt etwa 50°, bezogen auf die Waagerechte. Der Durchmesser des Kohleverteilers ist so gewählt, daß der verbleibende Ringspalt zum Innendurchmesser des Druckvergasers nicht kleiner als 500mm ist. Weiterhin ist der Freiraum über dem Kohleverteiler so groß, daß die über dem Niveau der Verteileröffnungen auffüllbare Brennstoffmenge bei maximaler Leistung mindestens für einen Bekohlungszyklus ausreicht. Der senkrechte Abstand zwischen der mittleren Ebene der Gasaustrittsflächen in den Gassammeiräumen und der Unterkante des Gasabzuges ist mit mindestens 10OUmm auszuführen. Außerdem ist der lichte Durchmesser des Kohleverteilers in Höhe des Gesabzuges mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser des Gasabzuges zu bemessen.

Der Kohleverteiler ist innerhalb der Schüttung angeordnet und bedingt durch seine Bauform die Ausbildung einer weitgehend homogenen Oberfläche der Brennstoffschüttung ohne trichterförmige Schüttmulde. Durch seine Höhenlage im Vergaserschacht werden zwei üb -reinanderliegende Prozeßräumö geschaffen, in denen Aufheizung, Trocknung und Vorentgasung einerseits sowie Teilentgasung und Vergasung andererseits ablaufen. Der Kohleverteiler bewirkt weiterhin, daß der Kohlestrom vom Eintritt in den Vergaser bis zur Roaktionszone so gelenkt und geteilt wird, daß eine Entmischung des Brennstoffs nicht auftritt. Die homogene Brennstoffschdt'ung gewährleistet, daß der Weg dfts Gasstromes zwischen Drehrost und Gasaustrittsfläche über dem Querschnitt der Reaktionszone annähernd gleich ist. Dadurch werden unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und damit lokale Überhitzungen verhindert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll im folgenden an einem Beispiel naher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt in schbmatischer Darstellung den neuen Kohlftvorteiler in seiner Einbaulage.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Druckvergaser, wobei der Schnitt links von der Mittellinie durch eine Verteileröffnung und rechts von der Mittellinie durch einen Gaskanal verläuft.

Figur 2 zeigt den Querschnitt des Druckvergasers in Höhe des Gasabzuges, und mit Figur 3 wird der Querschnitt eines Gaskanals dargestellt.

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In einem Festbettdruckvergaser 1 üblicher Bauart ist im Oberteil ein Kohleverteiler 2 in der Form eines kegelförmigen Daches axial angeordnet. Seine Höhenlage im Vergaserschacht ist so festgelegt, daß der senkrechte Abstand von seinem unteren äußeren Rand zur Oberkante des Drehrostes 10 3000mm beträgt.

Zwischen dem Außendurchmesser Rm unteren Kegelschalenrand des Kohleverteilers 2 und dem Innenmantel 9 ist der äußere Ringspalt 12 rr.it einer Breite von 650mm festgelegt.

Die äußere Kegelschale des Kohleverteilers 2 weist am Umfang 4 waagerecht verlaufende Verteileröffnungen 8 auf, die in ihrer waagerechten Ausdehnung lediglich durch 350mm breite Gaskanäle 5 unterbrochen sind. Die Neigung der Kegelschale beträgt 50°, bezogen auf die Waagerechte. Die Gaskanäle 5 werden durch den 350 mm breiten Steg in der Kegelschale, an dem seitlich an den Stegkanten parallel zueinander und nach innen gerichtet Stegbleche angesetzt sind, so daß sie mit dem Steg ein U-Profil ergeben, gebildet. Die Stegbleche sind weiterhin unten am Schurrentrichter 7 befestigt, zwischen den Stegblechen ist am Schurrentrichter jeweils eine Öffnung, die dem Querschnittsprofil des Gaskanals 5 entspricht, eingebracht. Durch das ringförmige Dach, welches durch den unteren Teil der Kegelschale des Kohleverteilers 2 und dem an der Unterkante der Verteilercffnungen anschließenden Schurrentrichter 7 gebildet wird, entsteht zusammen mit den darunter sich ausbildenden SchüttungsböKchungen der untere Gassammeiraum. Der Querschnitt der Gaskanäle 5 entspricht jeweils etwa dem des Gasabzuges 3, dessen lichter Durchmesser etwa 350mm ist.

Die auf der Mantellinie der Kegelschale gemessene Breite der Verteileröffnungen 8 beträgt 500mm. Der vertikale Abstand zwischen der Unterkante der Verteileröffnungen 8 und dem unteren äußeren Rand des Kohleverteilers 2 ist mit 480 mm ausgeführt. Der lichte Durchmesser des Kohleverteilers 2 in Höhe des Gasabzuges 3 beträgt 800mm und der vertikale Abstand von dort bis zum unteren äußeren Rand des Kohlevarteilers 2 ist 1300mm.

Außerdem ist der Kohleverteiler 2 im Druckvergaser 1 so angeordnet, daß die zwischen dem geschlossenen unteren Kegelverschluß der Kohleschleuse und dem oberen Rand der Verteileröffnungen 8 gespeicherte Brennstoffschüttung 13 bei maximaler Vergaserleistung mindestens für einen Bekohlungszyklus ausreicht. Die Vergasungskohle gelangt aus der Kohleschleuse in den Druckvergaser 1. Während der Schleusung erfolgt eine Entmischung, indem beim Auffüllen des freien Raumes das Grobkorn nach außen getragen wird. Die Vergasungskohle wird zunächst erwärmt, getrocknet und vorentgast. Dabei bewegt sie sich sowohl über den äußeren Ringspalt 12, als auch über die Verteileröffnungen 8, den Volumenschwund in der Reaktionszone auffüllend, nach unten. Die durch die Verteileröffnungen 8 hervorgerufene radiale Schüttguibewegung nach innen gleicht die vorangegangene Entmischung wieder weitgehend aus und führt zu der erwähnten Homogenisierung der Schüttung vor Erreichen der Reaktionszone. Gleichzeitig wird die Ausbildung eines Schuttungstrichters unter dem Kohleverteiler 2 vermieden.

Das erzeugte Brenngas strömt aus der Gasaustrittsfläche 11 in den unteren 4 und oberen Gassammeiraum 6. Über die Gaskanäle 5 wird das Brenngas aus dem unteren Gassammeiraum 4 in den oberen Gassammeli aum 6 geloitet und verläßt über den Gasabzug 3 den Festbettdruckvergaser 1.

Claims (7)

1. -1- 280 773 Patentansprüche:

   1. Vorrichtung zur Homogenisierung einer Brennstoffschüttung in einem Festbettdruckvergaser mit einem lichten Schachtdurchmessev. von mindestens 3000 mm und der zur Vergasung von nicht- oder schwachbackenden Kohlen bestimmt ist, wobei die Vorrichtung mittig im Oberteil des Vergasers angeordnet als Kohleverteiler und Gassammeiraum dient, dadurch gekennzeichnet, daß die nach unten offene äußere Kegelschale des Kohleverteilers (2) mindestens zwei Verteileröffnungen (8) aufweist, die horizontal am Umfang nur durch Gaskanäle (5) unterbrochen sind, die am unteren Gassammeiraum an Öffnungen im Schurrentrichtor (7) anschließen und in den oberen Gassarnmelraum (6) münden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileröffnungen (8) im Kohleverteiler (2), auf der Mantellinie der Kegelschale gemessen, mindestens 400 mm breit sind und der vertikale Abstand zwischen der Unterkante der Verteileröffnungen (8) und dem unteren äußeren Rand des Kohleverteilers (2) 450 bis 600 mm beträgt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittfläche jedes Gaskanals (5) mindestens dem 0,8fachen Querschnitt des Gasabzuges (3) entspricht.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abstand zwischen dem unteren äußeren Rand des Kohleverteilers (2) und der Oberkante des Drehrostes (10) 2800 bis 4000mrn beträgt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringspalt (12), als radialer Abstand zwischen dem unteren äußeren Rand des Kohleverteilers (2) und dem Innendurchmesser des Festbettdruckvergasers (1) mindestens 500mm beträgt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohleverteiler (2) im Druckvergaser (1) in einer Höhe angeordnet ist, die zwischen dem geschlossenen unteren Kegelverschluß der Kohleschleuse und dem oberen Rand der Verteileröffnungen (8) im Kohleverteiler (2) ein Brennstoffvolumen ergibt, daß bei maximaler Vergaserleistung für mindestens einen Bekohlungszyklus ausreicht.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Abstand zwischen der mittleren Ebene der Gasaustrittsfläche (11) und der Unterkante des Gasabzuges (3) mindestensi 000mm beträgt und daß der lichte Durchmesser des Kohleverteilers (2) in Höhe des Gasabzuges (3) mindestens dem 2fachen Durchmesser des Gasabzuges (3) entspricht.