Gaserzeuger für die Druckvergasung fester körniger Brennstoffe

Die Erfindung betrifft einen Gaserzeuger für die Druckvergasung fester körniger Brennstoffe unter einem Druck von 5 bis 100 bar[a] und durch Aufheizen mit einem aus Wasserdampf und O ₂ oder Wasserdampf und Luft bestehenden Vergasungsmittel in brennbare gasförmige Verbindungen für die Herstellung von Synthesegas oder von H ₂ geeignetem Rohgas, bestehend aus einem geschlossenen Reaktionsbehälter mit einem aus den Brennstoffen gebildeten Fließbett, mit einer am Kopf angebrachten Schleuse für das kontinuierliche Einschleusen der Brennstoffe und einem unterhalb der trichterförmigen Verengung des Bodens angebrachten Verschluss für das Ausschleusen der gebildeten Asche in eine Ascheschleuse, mit einem im unteren Abschnitt des Reaktionsbehälters über der trichterförmigen Verengung eingebauten Drehrost, durch den das Vergasungsmittel von unten her in das Fließbett einleitbar ist und durch den die gebildete Asche über die trichterförmige Verengung und einen anschließenden Rohrabschnitt in die Ascheschleuse austragbar ist. Die Erfindung bezieht sich auch ein Verfahren zum Betrieb der Ascheschleuse.

Der Gaserzeuger besteht aus einem geschlossenem Doppelmantelgefäß, das durch Druckwasserverdampfung gekühlt wird. Die festen, körnigen Brennstoffe, wie beispielsweise Steinkohle, Braunkohle, Torf, Koks, Rückstände aus der Erdölverarbeitung, Biomasse oder dergleichen Einsatzgüter mit einer Körnung im Bereich von 3 bis 100 mm werden über eine Schleuse am Kopf des Gaserzeugers eingetragen und über den Querschnitt verteilt. Die Vergasungsmittel Wasserdampf und O ₂ oder Wasserdampf und Luft werden von unten durch einen Drehrost in das Fließbett eingeleitet. Der eingebrachte Brennstoff wandert unter dem Einfluss der Schwerkraft langsam nach unten und wird dabei im Gegenstrom zum Gas bei Temperaturen unterhalb des Ascheschmelzpunktes getrocknet, bei Temperaturen von 300 bis 700 ⁰ C entgast und bei 700 bis 1500 ⁰ C, vorzugsweise 1100 bis 1500 ⁰ C, vergast, so dass schließlich nur noch Asche übrig bleibt, die von dem Drehrost in die halbautomatisch

arbeitende Ascheschleuse ausgebracht wird. Das Rohgas, dass je nach Art des eingesetzten Brennstoffs eine Temperatur von 300 bis 600 ⁰ C hat, wird oben aus dem Gaserzeuger ausgeleitet und entsprechend der Zusammensetzung und des Verwendungszwecks einer Aufarbeitung zugeführt. Der Brennstoff wird durch eine voll- oder halbautomatisch arbeitende Schleuse kontinuierlich in den Gaserzeuger eingetragen.

Im stationären Gaserzeugerbetrieb ist der obere Verschluss der Ascheschleuse geöffnet. Der Drehrost fördert die im Gaserzeugerunterteil anfallende Asche mengenproportional zur Gaserzeugerleistung und dem Aschegehalt der Brennstoffe kontinuierlich in die Ascheschleuse. Bei einem voreingestellten Füllgrad von beispielsweise 80% des Ascheschleusevolumens startet das Ascheschleuseprogramm den Ascheschleuse-Entleerungszyklus. Dabei wird im ersten Schritt der Drehrost angehalten, um den Aschefluss zur Ascheschleuse zu unterbinden. Das Unterbrechen des Ascheflusses ist wichtig, da bei nicht unterbrochenen Aschefluss der obere Ascheschleuseverschluss nicht dicht geschlossen werden kann. Erst wenn der obere Verschluss der Ascheschleuse nachweislich dicht verschlossen ist, wird der Drehrost wieder gestartet. Die bei verschlossener Ascheschleuse anfallende Asche wird in den von der trichterförmigen Verengung und dem Rohrabschnitt gebildeten Zwischenraum unterhalb des Drehrostes gefördert und dort zwischengelagert bis der obere Ascheschleuseverschluss wieder geöffnet wird und die Asche in die Ascheschleuse fällt. Die Dichtigkeit des oberen Ascheschleuseverschlusses ist zwingend notwendig und wird mehrfach geprüft. Eine Dichtigkeitsprüfung dauert im Durchschnitt drei Minuten und wird in dieser Zeit so oft wiederholt bis keine Undichtigkeit mehr feststellbar ist.

Das Anhalten des Drehrostes hat zur Folge, dass die Gasaustrittstemperatur kontinuierlich steigt. überschreitet die Temperatur des Gases am Austritt aus dem Gaserzeuger einen vorgegebenen Wert von > 630 ⁰ C, wird der Gaserzeuger durch das Schließen der Vergasungsmittelventile automatisch abgeschaltet, um Schäden, wie beispielsweise Risse im Material des Gaserzeugermantels oder Gaserzeugeraustrittsstutzen, zu vermeiden. Die Gasaustrittstemperatur steigt bei stark aschehaltigen Brennstoffen schneller an als bei Brennstoffen mit relativ niedrigem Aschegehalt. Neben der hohen Belastung der Antriebselemente, die das Anhalten und Wiederanfahren des Drehrostes mit sich bringt und dadurch einen hohen Ma- terialverschieiß zur Folge hat, kommt es weiterhin zu änderungen in der Lage und Ausbildung in der Oxidationszone des Gaserzeugers. Die Folge ist eine überschreitung der zulässigen Gasaustrittstemperatur.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Gaserzeuger so zu gestalten, dass die gebildete Asche kontinuieriich aus dem Gaserzeuger auszutragbar ist, ohne den Reaktions-

ablauf zu unterbrechen und damit die Druck- und Temperaturverhältnisse nachteilig zu beeinflussen. Insbesondere soll auf das Anhalten des Drehrostes verzichtet werden, so dass die Anlagenteiie geschont und der Materialverschleiß minimiert werden. Weiterhin soll eine gleichbleibende Leistung in Qualität und Quantität erhalten bleiben und auf die zeitaufwendigen und produktionsverzögemden Dichtheitsprüfungen des oberen Ascheschleuseverschlusses verzichtet werden.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen in den Rohrabschnitt eingebauten Schüttgutschieber, der vorzugsweise als Flachschieber ausgebildet ist.

Der Schüttgutschieber, wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ansich bekannt. Zum Beispiel wird in der US-Patentschrift 5,396,919 ein Dauerventil beschrieben, welches aus zwei rotierenden Scheiben, befestigt an einer Achse und einer Schieb- /Hubvorrichtung, besteht. Die Scheiben werden mit rotierenden Bewegungen in die zu verschließende öffnung geschoben. Aufgrund der Rotation wird ein gleichmäßiger Abrieb der Metalloberflächen erreicht, wodurch eine dauerhaft vollständige Abdichtung bei beschlossenem Ventil garantiert wird.

Der Schüttgutschieber in der erfindungsgemäßen Anwendung für einen Gaserzeuger unterbricht den Aschefluss zur Ascheschleuse, ohne dass der Drehrost dabei angehalten werden muss. Die Asche wird nach Schließen des Schüttgutschiebers kontinuierlich in den Zwischenraum zwischen der Unterseite des Drehrostes und dem Schüttgutschieber eingetragen. Unmittelbar danach wird der unterhalb des Schüttgutschiebers befindliche obere Ascheschleuseverschluss verschlossen und der notwendigen Dichtigkeitsprüfung unterzogen, ohne dadurch die Druckvergasung zu beeinflussen. Nachdem sichergestellt ist, dass der obere Ascheschleuseverschluss dicht verschlossen ist, wird die Ascheschleuse auf Atmosphärendruck entspannt, der untere Ascheschleuseverschluss geöffnet und die Asche aus der Ascheschleuse zur Weiterbehandlung entfernt. Unmittelbar nach Verschließen des oberen Ascheschleuseverschlusses wird der Schüttgutschieber wieder geöffnet. Nach der Ascheschleuseentleerung wird der untere Ascheschleuseverschluss wieder dicht verschlossen, die Ascheschleuse auf den Gaserzeugerdruck gespannt und der obere Ascheschleuseverschluss wieder geöffnet. Die zwischenzeitlich im Zwischenraum oberhalb des oberen Ascheschleuseverschlusses angesammelte Asche fällt in die geleerte Ascheschleuse. Sobald der voreingestellte Füllstand erreicht ist, beginnt der Ascheeπtleerungszyklus mit dem Verschließen des Schüttgutschiebers von neuem.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass während des Ascheentleerungszyklus der Drehrost nicht mehr angehalten werden muss. Die Gaserzeugung bleibt dadurch von dem A- scheentleerungszyklus unberührt und kann in gleichbleibender Qualität und Quantität fortgeführt werden. änderungen in der Lage und der Ausbildung der Gaserzeugeroxydationszone, überschreitungen der höchstzulässigen Gaserzeugergasaustrittstemperatur von 630 ⁰ C und Leistungserniedrigung werden vermieden. Ein weiterer Vorteil besteht in der Verhinderung des Drehrostverschleißes. Häufiges Anfahren und Anhalten des Drehrostes sowie hohe Drehrostanfahrmomente werden vermieden, wodurch die Drehrostantriebselemente weniger belastet und der Verschleiß der Anlagenteile minimiert ist. Durch den erfindungsgemäß verwendeten Schüttgutschieber wird somit eine höhere Betriebsstabilität, gleichbleibende Produktqualität und eine Erhöhung der Lebensdauer der Drehrostantriebselemente erreicht.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Gaseizeuger nachfolgend näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Gaserzeuger mit der Anordnung des Schüttgutschiebers.

Am Kopf des Gaserzeugers (1), der eine Druckwasserverdampfungskühlung im Doppelmantel (2) besitzt, wird Steinkohle mit einer Körnung von 3 mm bis 100 mm und einem Aschegehalt von 30% in einer Menge von etwa 50.000 kg/h über die Aufgabeschleuse (3) eingetragen und bei einem Druck von 50 bar[a] und einer mittleren Temperatur von 1200 ⁰ C vergast. Die sich über den Schachtquerschnitt des Gaserzeugers (1) verteilende Steinkohle bildet ein Fließbett (4), das sich unter dem Einfluss der Schwerkraft durch einen im Oberteil (5) des Gaserzeugers (1) angeordneten mit der Innenseite des Doppelmantels (2) einen Ringraum (6) bildenden Rohrabschnitt (7) und durch den Mittel- und Unterteil (8) langsam nach unten bewegt. über Leitung (9) wird O ₂ mit einer Temperatur von 110° C und bei einem Druck von 34 bar[a] und über Leitung (10) Wasserdampf mit einer Temperatur von 400° C bei einem Druck von 40 bar[a], deren Gemisch das Vergasungsmittel bildet, von unten durch den Drehrost (11 ) in das Fließbett (4) eingeblasen. Dabei wird die Steinkohle durch das entgegenströmende Vergasungsmittel in zeitlicher Reihenfolge nacheinander getrocknet, bei einermittleren Temperatur von 450° C geschwelt, bei einer mittleren Temperatur von 950° C vergast und bei einer mittleren Temperatur von 1150° C verbrannt. Das sich dabei bildende Produktgas sammelt sich Rohrabschnitt (7) zwischen dem Ringraum (6) und dem Doppelmantel (2) und wird über die Leitung (12) zur weiteren Verarbeitung ausgeleitet. Die sich bildende Asche (13) wird kontinuierlich in einer Menge von etwa 8800 kg/h durch den Drehrost (11) und über einen sich unter dem Gaserzeuger (1 ) anschließenden und sich nach unten hin trichterförmig verengenden Zwischenraum (14), der in einen Rohrabschnitt (15) übergeht, in die Ascheschleuse (16) eingetragen. Die Ascheschleuse (16) wird oben von dem oberen

Ascheschleuseverschluss (17) und unten von dem unteren Ascheschleuseverschluss (18) begrenzt. Oberhalb des oberen Ascheschleuseverschlusses (17) ist der Schüttgutschieber (19) in den Rohrabschnitt (15) eingebaut.

Die aus dem Gaserzeuger (1) über den Drehrost (11) ausgetragene Asche passiert den sich nach unten trichterförmig verengenden Zwischenraum (14) und den sich anschließenden Rohrabschnitt (15), in dem der Schüttgutschieber (19) und der obere Ascheschleuseverschluss (17) angebaut sind. Der Schüttgutschieber (19) und der obere Ascheschleusever- schiuss (17) sind geöffnet und die Asche (13) fällt kontinuierlich in die Ascheschleuse (16), die am Boden durch den unteren Ascheschleuseverschluss (18) verschlossen ist.

Bei Erreichen eines Füllgrads von 80% des Ascheschleusevolumens wird der Schüttgutschieber (19) automatisch geschlossen, so dass sich die anfallende Asche über dem Schütt- gutschieber (19) sammelt. Das Dreπrost (i i) läuft unverändert weiter. Unmittelbar nach Schließung des Schüttgutschiebers (19) wird der obere Ascheschleuseverschluss (17) verschlossen und seine Dichtigkeit geprüft. Nach positiver Prüfung wird die Ascheschleuse (16) auf Atmosphärendruck entspannt und der Schüttgutschieber (19) und der untere Ascheschleuseverschluss (18) geöffnet, so dass die Asche (13) aus der Ascheschleuse (16) ausgetragen wird.

Nach Entleerung der Ascheschleuse (16) wird der untere Ascheschleuseverschluss (18) geschlossen und seine Dichtigkeit bei einem Druck von 2 bar[a] geprüft. Nach positiver Prüfung wird der obere Ascheschleuseverschluss (17) wieder geöffnet, so dass sich der Druck in der Ascheschleuse auf Betriebsdruck erhöht und die über dem oberen Ascheschleuseverschluss (17) gesammelte Asche (13) in der Ascheschleuse (16) fließen kann.