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Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von Brenngas aus staubförmigen
oder feinkörnigen Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von
Brenngas aus staubförmigen oder feinkörnigen Brennstoffen durch Vergasen mittels
Luft und gegebenenfalls Wasserdampf in der Schwebe.
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Es sind Einrichtungen zum Vergasen von Brennstaub in der Schwebe bekannt,
bei .denen ein Gas-Dampf-Staub-Gemisch in den Reaktionsraum eingeleitet und :dieses
erst innerhalb des Reaktionsraumes mit der Luft in Berührung gebracht wird.
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Man hat ferner vorgeschlagen, Brennstaub, Luft und Wasserdampf gemeinsam
oder getrennt in den Vergasungsraum einzuführen.
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Die Erfindung besteht nun :darin, den Brennstaub mittels eines auf
1300 bis 1q.00° vorerhitzten Teilstromes .der Vergasungsluft in den Reaktionsraum
einzublasen und dort mit .dem vorerhitzten Hauptstrom .der Vergasungsluft und dem
gegebenenfalls zuzusetzenden Wasserdampf in Berührung zu bringen.
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Die Vergasung von leicht reaktionsfähigen Brennstauben, wie Braunkohlenstaub
od..dgl., läßt sich bei Anwendung von Luft und gegebenenfalls dieser zuzusetzendem
Wasserdampf als Vergasungsmittel leicht in der erwähnten Weise durchführen, wenn
das mit dem Brennstaub, der durch einen Teilstrom ..der Vergasungsluft eingeblasen
wird, zu vermischende Reaktionsmittel Luft und gegebenenfalls Wasserdampf hoch vorerhitzt
ist. In
gleicher Weise ist auch die Vergasung von schwer reaktionsfähigen
Brennstoffen, wie Steinkohlenstaub, Steinkohlenkoksstaub od.:dgl., durchführbar,
wenn -die Vergasung mit Sauerstoff ausgeführt wird. Bei der Vergasung von schwer
reaktionsfähigen Brennstoffen mit Luft läßt sich jedoch -die für eine schlagartige
Reaktion des Gemisches nach Eintritt in den Vergasungsraum erforderliche hohe Temperatur
auf diese Weise nicht erreichen, da der Stickstoffgehalt der Luft derartige Temperaturen
nicht zuläßt. Die theoretische Flammentemperatur bei der Sauerstoffverbrennung beträgt
ein Vielfaches der Flammentemperatur, wie sie bei der Vergasung mit Luft erzielt
wird. Diese fehlende Wärme, die für eine schlagartig einsetzende Reaktion und restlose
Vergasung schwer reaktionsfähigen Brennstoffes erforderlich ist, läßt .sich nun
durch fühlbare Wärme -der Luft ersetzen, die zum Einblasen des Brennstaubes in den
Gemischraum dient.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß
die den Brennstaub einblasende Luft auf die der Natur des Brennstaubes angepaßte
Temperatur, bei Steinkohlenstaub oder Steinkohlenkoksstaub beispielsweise auf z3oo
bis zq.oo°, vorerhitzt wird. Mittels dieses vor-erhitzten Teilstromes der Vergasungsluft
wird der einzublasende Brennstaub vermischt und einer in den Reaktionsraum mündenden,
vorzugsweise wassergekühlten Mischdüse zugeführt. In dieser Mischdüse erfolgt die
Vermischung des Luft-Brennstaub-Gemisches mit dem vorerhitzten Hauptstrom der Vergasungsluft
und dem gegebenenfalls zugesetzten Wasserdampf.
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Die Vermischung der den Brennstaub einblasenden Luft mit dem Brennstaub
und die Zuisammenführung dieses Gemisches mit dem Reaktionsmittel Luft und ,gegebenenfalls
Wasserdampf in derMischdüse erfolgt unter solchen Bedingungen (Geschwindigkeit und
Zeit der Vermischung), daß eine Zündung vor Eintritt in den Reaktionsraum ausgeschlossen
ist.
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Das Einblasen des Brennstaubes mit einem Teilstrom der Vergasungsluft
hat zunächst die Wirkung, daß eine Luft-Staub-Wolke gebildet wird, in der jedes
Staubkorn von einer Lufthülle umgeben wird. Diese Lufthülle haftet fest an -der
Oberfläche des .Staubkornes, so daß .innerhalb des Reaktionsraumes primär der Brennstaub
mit Sauerstoff, also exotherm reagiert. Hierdurch wird der Staub schnell auf die
hohe Temperatur gebracht, die für die exotherme Reaktion vorteilhaft ist.
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Bei den bekannten Verfahren ist der Vorgang umgekehrt. Dort wird der
Brennstaub mit endotherm reagierenden Vergasungsmitteln oder mit Wälzgasen eingeblasen,
so daß seine Temperatur nur durch die füllbare Wärme des Dampfes bzw. der Wälzgase
erhöht werden kann. Die Reaktion geht somit auf einer verhältnismäßig niedrigen
Temperaturstufe vor sich, die dann zwar durch Zutritt -der Luft sekundär wieder
gehoben wird, jedoch bei weitem nicht so gleichmäßig in bezug auf alle Staubteile,
wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Daher rührt auch das immer wiederkehren-de
Bestreben, die Staubvergasung in möglichst großen Reaktionsräumen durchzuführen,
was aber das Übel nur vergrößert.
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Daraus ergibt sich, daß auch jede Verdünnung der Vergasungsluft durch
Wasserdampf sowie die getrennte Einführung von Staub, Luft und Wasserdampf die durch
das erfindungsgemäße Verfahren erstrebte Wirkung herabsetzen muß.
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Die Zuführung des vorerhitzten Teilstromes der Vergasungsluft zwecks
Einblasen des Brennstaubes erfolgt gemäß der Erfindung durch einen Düsenkanal aus
feuerfestem Baustoff, welcher in ein vorzugsweise wassergekühltes Mischrohr mündet,
in welches der Brennstaub eingeführt wird. An dieses Mischrohr schließt sich die
in den Reaktionsraum mündende wassergekühlte Mischdüse an. Das Mischrohr und gegebenenfalls
der aus feuerfestem Baustoff bestehende Kanal für den zum Einblasen des Brennstaubes
dienenden vorerhitzten Teilstrom der Vergasungsluft .durchsetzt vorteilhaft einen
zur Zuführung :des Hauptstromes der vorerhitzten Vergasungsluft und gegebenenfalls
des zugesetzten Wasserdampfes >dienenden Kanal aus feuerfestem Baustoff.
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Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin"daß,das wassergekühlte
Mischrohr zum Einblasen des Brennstaubes mittels der erhitzten Verblaseluft an ein
im wesentlichen senkrechtes, ebenfalls- wassergekühltes Staubzuführungsrohr angeschlossen
ist, welches das feuerfeste Mauerwerk ,des :den Hauptstrom der Vergasungsluft und
gegebenenfalls den Wasserdampf zuführenden Kanals -durchsetzt.
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Ferner besteht die Erfindung darin, die zum Erhitzen der Vergasungsluft
dienende turmartige regenerative Erhitzereinrichtung in zwei voneinander unabhängige
Räume zu unterteilen, von denen .der eine für den den Brennstaub einblasenden Teilstrom
der Vergasungsluft und der andere für den Hauptstrom der Vergasungsluft und den
gegebenenfalls zugesetzten Wasserdampf dient. Durch eine derartige Ausbildung der
Erhitzereinrichtung ist es möglich, für beide zu erhitzende Arten Vergasungsmittel
mit nur einer Erhitzerei.nrichtung auszukommen, was gegenüber der Anordnung von
zwei 'Erhitzeraggregaten den Vorteil einer erheblichen Baustoff- und Kostenersparnis
bedeutet.
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Es ist jedoch auch möglich, nur ein Erhitzeraggregat anzuordnen, .
wobei die gesamte Vergasungsluft in der Erhitzereinrichtung auf d.ie höchste Temperatur
erhitzt wird, die für einen der beiden Teilströme der Vergasungsluft erforderlich
ist. In diesem Falle muß jedoch der andere Teilstrom der Vergasungsluft von niedrigerer
Temperatur durch Zumischung kalter Luft od. dgl. auf die erforderliche Temperatur
herabgesetzt werden. Die mengenmäßige Zuteilung der beiden Vergasungsluftströme
wird in diesem Falle durch entsprechende Bemessung der Querschnitte der zu der Vergasungseinrichtung
führenden Leitungen vorgenommen, wobei eine Feineinstellung ,der Luftmengen
mittels
in den Zuleitungen angeordneter Schieber möglich ist. Der hocherhitzte Dampf wird
dabei hinter den Schieber in die den Hauptstrom zuführende Leitung dem Vergaser
zugeführt.
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Mittels zweier Erh.itzeraggregate oder nur eines in zwei voneinander
unabhängigeRäume unterteilten ist demgegenüber jedoch eine genauere Mengenzuteilung
und Temperaturregelung möglich. Ferner ist hierbei der Brennstoffverbrauch für die
Erhitzung :der Vergasungsmittel erheblich geringer.
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Weitere Einzelheiten sind in -den ein Ausfübrungsbeispie-1der Erfindung
bildenden Abbildungen dargestellt, von .denen Abb. i einen senkrechten Ouerschnitt
durch die Staub- und Vergasungsmittelzuführungseinrichtung, Abb.2 eine gemäß -der
Erfindung ausgebildete Erhitzereinrichtung, Abb. 3 eine entsprechend Abb. i ausgebildete
Einrichtung mit Zuführungsleitungen für nur in einem Erhitzerraum erhitzte Vergasungsmittel
und Abb. 4 eine Vorderansicht der Einrichtung nach Abb. i einer besonderen Form
der Vergasungseinrichtung darstellen.
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Mit i ist der Vergasungsraum bezeichnet, der von einem wassergekühlten
Doppelmantel 2 umschlossen ist. Der Vergasungsraum kann jedoch auch von feuerfestem
Mauerwerk umschlossen sein. Der wassergekühlte Doppelmantel z ist bei 3 konisch
verjüngt und umschließt mit dem ver--jungten Fortsatz eine wassergekühlte Kammer
4, in deren waagerechter Achse eine die Gemischdüse bildende Öffnung 5 vorgesehen
ist.
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Die wassergekühlte Kammer 4 umschließt mit ihrem zylindrischen Ansatz
6 eine feuerfeste Auskleidung 7, welche einen Zuführungskanal 8 für das der Mischdüse
5 zuzuführende Reaktionsmittel Luft und gegebenenfalls dieser zugesetzten Wasserdampf
bildet. An die wassergekühlte Kammer 4 schließt sich ferner ein Gehäuse 9 an, welches
mit einer feuerfesten Ausmauerung io ausgestattet ist. In dieser feuerfesten Ausmauerung
io setzt sich -der Kanal 8 fort, welcher mit einem senkrechten Zuführkanal i i in
Verbindung steht.
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Der Kanal 8 wird von einem Düsenkanal 12 aus feuerfestem Baustoff
durchsetzt, der mit einem senkrechten Zuführungsrohr 13 in Verbindung steht. Dieser
Düsenkanal 12 mündet in ein Mischrohr 14, welches von einem wassergekühlten Doppelrohr
gebildet wird. Das wassergekühlte Doppelrohr 14 ist von einem feuerfesten Baustoff
15 umgeben. Das wassergekühlte Mischrohr 14 ist an ein senkrechtes Brennstaubzuführungsrohr16
angeschlossen, welches die feuerfeste Aasmauerung 7 und den zylindrischen Fortsatz
6 der Mischdüse 5 durchsetzt. Das senkrechte Staubzuführungsrohr 16 .steht mit einem
waagerechten Staubförderer 17, der .aus einer Schnecke od. dgl. bestehen kann, in
Verbindung. Oberhalb des senkrechten wassergekühlten Staubzuführungsrohres 16 ist
zwischen diesem und dem waagerechten Staubförderer 17 eine Zuführungsleitung 18
zur Einführung von kalten, gasförmigen Sperrmitteln vorgesehen, durch welche ein
Eintreten etwa aufsteigender heißer Luft in die Staubfördereinrichtung vermieden
werden soll.
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Durch das senkrechte Zuführungsrohr 13 wird dem Düsenkanal 12 .auf
etwa 130o bis 1q.00° vorerhitzte Luft zugeführt, welche den aus dem senkrechten
Zuführungsrohr 16 in das Mischrohr 14 einfallenden Brennstaub unter inniger Vermischung
mit demselben in die wassergekühlte Düse 5 einbläst. Der Hauptstrom der Vergasungsluft
gelangt durch die senkrechte Leitung i i ebenfalls vorerhitzt, gegebenenfalls unter
Zumischu.ng von Wasserdampf, in den waagerechten Kanal 8 und von hier ebenfalls
in die Mischdüse 5. Das in der kurzen Mischdüse 5 innig vermischte hocherhitzte
Staub Luft-Wasserdampf-Gemisch gelangt dann mit einer Geschwindigkeit, die eine
Zündung weder in dem ITischrohr 14 noch in der Mischdüse 5 zuläßt, in den Reaktionsraum
i, wo schlagartig die Reaktion einsetzt. Im Zuge des Düsenkanals 12 ist schließlich
noch eine Schauöffnung ig vorgesehen, welche eine Beobachtung des Vergasungsvorganges
gestattet.
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In Abb.2 ist die zum Erhitzen der durch die senkrechte Leitung i i
einerseits und die senkrechte Leitung 13 andererseits eingeführten Vergasungsmittel
dienende Erhitzereinrichtung dargestellt. Bei diesen aus zwei Einheiten bestehenden
turmartigen regenerativen Erhitzern ?-o, 21 sind die Erhitzerräume in zwei voneinander
unabhängige mit Gitterwerk ausgestattete Räume 22, 23 unterteilt. Die Größe dieser
Räume ist so bemessen, daß beispielsweise in dem Raum 22 der Hauptstrom der Vergasungsluft,
welche durch die senkrechte Leitung i i und Mischdüse 5 zugeführt wird, und in dem
Raum 23 :die zum Einblasen des Brennstaubes ,dienende Luft erhitzt wird. Die Erhitzer
2o, 21 sind an ihren Kuppeln 24,durch waagerechte Kanäle 25, 26 mit ebenfalls gasdicht
voneinander getrennten Brennschächten 27, 28 verbunden, wobei der Brennschacht 28
kleineren Ouerschnittes mit dem Erhitzerraum 23 ebenfalls kleineren Querschnittes,
und er Brennschacht 27 mit ,dem Erhitzerraum 22 verbunden ist.
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Die Aufheizung der Erhitzerräume 22, 23 erfolgt mittels der am Fuß
der Brennschächte 27, 2$ angeordneten Brenner 29, 30 in der Weise, daß eine
Verbrennungswärme erzeugt wird, welche den einzelnen aufzuheizeüdenTeilströmen,der
Vergasungsmittel entspricht. Die in den Brennschächten aufsteigenden heißen Verbrennungsgase
gelangen dann vollständig .ausgebrannt in die Gitterwerksräume 22, 23 und dann durch
die Abgasleitungen 32, 31 zum Kamin. Nach Aufheizung des Gitterwerks werden den
beiden Gitterwerksräumen 22, 23 am Fuße derselben durch die Leitungen 33, 34 die
entsprechend abgestimmten Luftmengen zugeführt. Durch eine Leitung 35 wird dem Gitterwerk
22 gegebenenfalls Wasserdampf zugeführt. Die in den Gitterwerksräumen 22, 23 des
Erhitzers 2o erhitzte Luft bzw. das erhitzte Luft-Wasserdampf-Gemisch gelangt dann
durch die Brennschächte 27, 28 und die unten an diese angeschlossenen Leitungen
37, 36
zu den Leitungen 11, 13, welche an die Zuführungseinrichtung
des Vergasers angeschlossen sind.
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Nachdem die Temperatur des Gitterwerks der Erhitzereinrichtung 2o
infolge Wärmeabgabe an die Vergasungsmittel unter die zulässige_Temperatur gesunken
.ist, erfolgt die Umschaltung -der beiden Erhitzereinheiten in :der Weise, daß die
vorher aufgeheizte Erhitzereinrichtung2i nunmehr zur Erhitzung der Vergasungsmittel
in der beschriebenen Weise dient, während in der gleichen Zeit .die Erhitzereinrichtung
2o aufgezeigt wird.
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Bei Verwendung einer zur gemeinsamen Erhitzung der Vergasungsluft
:dienenden Erhitzereinrichtung, bei welcher also die Erhitzer nicht in unabhängig
voneinander beheizbare Räume 22, 23 unterteilt sind, sind, wie aus Abb. 3 ersichtlich,
an die senkrechten Leitungen i i, 13 der Vergasungseinrichtung Zwischenleitungen38,39
angeschlossen. Diese Zwischenleitungen stehen durch eine von der Erhitzeranlage
kommende Leitung 4o, welche mit Abzweigleitungen 41, 42 versehen .ist, in Verbindung.
Die den Leitungen i i, 13 zuzuführenden Luftmengen werden dadurch in die
erforderlichen Mengen aufgeteilt, daß ,die Querschnitte der Zwischenleitungen 38,
39 in entsprechender Weise .bemessen sind. Durch in denlxitungen.angeordnete Schieber
43, welche von verschließbaren Öffnungen 44 bedienbar sind, erfolgt eine Feineinstellung
dieser Luftmengen. Die :dem Hauptstrom der Vergasungsluft zuzuführende Menge Dampf
wird, vorteilhaft in einem besonderenErh.itzer erh:itzt,durch eine Leitung 45 hinter
dem Regelschieber 43 in die Zwischenleitung 38 eingeführt. Gemäß Abb. 4 sind die
bei einer Aufteilung ödes Brennstaub-Vergasungsmittel-Gemisches in Einzelströme
erforderlichen Einzelmischdüsen 5 mit :den Mischrohren-14 und den anschließenden
Düsenkanälen 12 nebeneinander angeordnet. Eine derartige Nebeneinanderanor.dnung
hat gegenüber einer ringförmigen Anordnung der Düsenkanäle den Vorteil, daß sich
ein einfacher Anschluß :der Mischrohre 14 mit den senkrechten Staubzuführungsrohren
16 an die Staubfördereinrichtungen 17 ergibt. In :diesem Falle .ist der Querschnitt
d:es Reaktionsraumes i vorteilhaft oval.