DE20020240U1 - Waste gasifier - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der umweltrelevanten Abfallbeseitigung mittels Festbettdruckvergasern, wobei die eingesetzten Abfallstoffe vorrangig feste kohlenstoffhaltige Abfallstoffe sind, die schwankende Anteile an thermoplastischen Kunststoffen aufweisen.The invention relates to the field of environmentally relevant waste disposal by means of fixed bed pressure gasifiers, wherein the waste materials used are primarily solid carbon-containing waste materials which have varying proportions of thermoplastics.
Festbettdruckvergaser wurden für die Gasgewinnung aus Kohlen entwickelt und betrieben. Aus diesem Grunde sind alle Bauteile eines Festbettdruckvergasers für eine maximale Gasausbeute optimiert worden. Mit Beginn der neunziger Jahre wurde begonnen, in diesem Festbettdruckvergasern feste kohlenstoffhaltige Abfallstoffe, u. a. auch solche mit thermoplastischen Kunststoffanteilen, zu vergasen. Es stellte sich heraus, dass die aus der Kohlevergasung bekannten Kohleverteileinrichtungen im Oberteil des Festbettdruckvergasers für den Einsatz von festen kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen nicht geeignet waren, da die meisten dieser Abfallstoffe eine Mischung aus thermisch recht unterschiedlich reagierenden Stoffen sind und der Anteil der thermoplastischen Kunststoffe von vornherein schwankend und nicht vorhersehbar ist.Fixed bed pressure gasifiers were developed and operated for the extraction of gas from coal. For this reason, all components of a fixed bed pressure gasifier have been optimized for maximum gas yield. At the beginning of the 1990s, solid carbon-containing waste materials, including those with thermoplastic components, were started to be gasified in these fixed bed pressure gasifiers. It turned out that the coal distribution devices in the upper part of the fixed bed pressure gasifier, known from coal gasification, were not suitable for the use of solid carbon-containing waste materials, since most of these waste materials are a mixture of materials that react thermally very differently and the proportion of thermoplastics fluctuates and cannot be predicted from the outset.
Der aus der Braunkohlevergasung bekannte und dort bewährte Hochleistungskohieverteiler ähnelte einem kegelstumpfförmigen Dach mit einem Neigungswinkel von ca. 50 °, worauf ein nach unten offener Hohlzylinder mit einem seitlichen Rohgasabzug aufgesetzt war. Der Hohlraum unter dem kegelstumpfförmigen Dach diente zusammen mit dem aufgesetzten Hohlzylinder als Gassammeiraum. Durch diese Kombination von Kohleverteiler, Gassammeiraum und Rohgasabzug entstand gewollt zwischen dieser mittig im Oberteil des Festbettdruckvergasers angeordneten Baugruppe und der Generatorinnenwand ein Ringspalt für die Zuführung und Verteilung der eingeschleusten Braunkohlenbriketts auf die Schüttung. Diese Bauart ist in etwa beschrieben im Fachbuch: Gaserzeugung und Gasaufbereitung, Herausgeber: Gaskombinat Schwarze Pumpe, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig 1987, Seite 202. Eine schematische Darstellung der oben beschriebenen Baugruppe kann auch dem DE 41 25 518 entnommen werden.The high-performance coal distributor known from brown coal gasification and proven there resembled a truncated cone-shaped roof with an angle of inclination of approx. 50°, on which a hollow cylinder open at the bottom with a raw gas outlet on the side was placed. The cavity under the truncated cone-shaped roof, together with the attached hollow cylinder, served as a gas collection chamber. This combination of coal distributor, gas collection chamber and raw gas outlet intentionally created an annular gap between this assembly, which was arranged in the middle of the upper part of the fixed bed pressure gasifier, and the inner wall of the generator, for the supply and distribution of the introduced brown coal briquettes to the bed. This design is roughly described in the specialist book: Gaserzeugung und Gasaufbereitung, Publisher: Gaskombinat Schwarze Pumpe, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig 1987, page 202. A schematic representation of the assembly described above can also be found in DE 41 25 518.
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Die genannte bauliche Kombination von Kohleverteiler, Gassammeiraum und Rohgasabzug hat sich bei der Vergasung von Braunkohlenbriketts bewährt. Für den Einsatz von Abfallstoffen mit thermoplastischen Kunststoffanteilen -und das ist die Mehrzahl der auf dem Markt zur Verfügung stehenden Abfallarten - erwies sich die beschriebene Bauart von Kohleverteiler und Rohgasabzug als nicht geeignet. Beim Einsatz der genannten festen kohlenstoffhaltigen Abfallstoffe mit thermoplastischen Kunststoffanteilen stellt sich die plastische Phase des thermoplastischen Kunststoffanteils entsprechend der Temperaturverteilung im Festbettdruckvergaser schon weit im oberen Teil des Festbettdruckvergasers noch in Höhe des sogenannten Kohleverteilers ein. Der plastisch gewordene Teil der eingesetzten Abfallstoffe verklebt die Oberfläche des kegelstumpfförmigen Daches des Kohleverteilers und verringert somit die für eine optimale Füllung des Festbettdruckvergasers wesentliche Öffnungsweite des Ringspaltes zwischen Kohleverteiler und Generatorinnenwand. Im Extremfall kann es zum vollständigen Verschluss dieses Ringspaltes kommen. Im letzteren Fall erfordert das das sofortige Stillsetzen des Festbettdruckvergasers. Verklebungen ohne vollständigen Verschluss des Ringspaltes führen zu schlechter Generatorfüllung mit den Folgen schlechter Rohgasqualität, höherer Staubaustrag aus dem Festbettdruckvergaser, Gefahr eines Sauerstoffdurchbruchs und erhöhtem Reinigungsaufwand.The structural combination of coal distributor, gas collection chamber and raw gas outlet mentioned above has proven itself in the gasification of brown coal briquettes. The described design of coal distributor and raw gas outlet has proven to be unsuitable for the use of waste materials with thermoplastic plastic components - and this is the majority of the types of waste available on the market. When using the solid carbon-containing waste materials mentioned above with thermoplastic plastic components, the plastic phase of the thermoplastic plastic component occurs in accordance with the temperature distribution in the fixed bed pressure gasifier, well into the upper part of the fixed bed pressure gasifier, still at the level of the so-called coal distributor. The plastic part of the waste materials used sticks to the surface of the truncated cone-shaped roof of the coal distributor and thus reduces the opening width of the annular gap between the coal distributor and the generator inner wall, which is essential for optimal filling of the fixed bed pressure gasifier. In extreme cases, this annular gap can be completely closed. In the latter case, this requires the fixed bed pressure gasifier to be shut down immediately. Bonding without complete closure of the annular gap leads to poor generator filling, resulting in poor raw gas quality, increased dust discharge from the fixed bed pressure gasifier, risk of oxygen breakthrough and increased cleaning effort.
Der aus der Vergasung von Braunkohlenbriketts bekannte Kohleverteiler ist damit für den Einsatz von kohlenstoffhaltigen festen Abfällen, speziell solcher mit thermoplastischen Kunststoffanteilen, nicht geeignet.The coal distributor known from the gasification of lignite briquettes is therefore not suitable for the use of carbon-containing solid waste, especially those containing thermoplastic components.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem besteht somit darin, eine technische Lösung zu finden, mit deren Hilfe feste kohlenstoffhaltige Abfallstoffe, insbesondere solche mit thermoplastischen Kunststoffanteilen, in herkömmlichen Festbettdruckvergasungsanlagen problemlos zugeführt und vergast werden können.The problem underlying the invention is therefore to find a technical solution with the help of which solid carbon-containing waste materials, in particular those with thermoplastic components, can be easily fed and gasified in conventional fixed-bed pressure gasification plants.
Die Lösung des Problems erfolgt dadurch, dass unterhalb des unteren Verschlusskopfes der Beschickungsschleuse ein zylindrischer oder konischer Schüttschacht angeordnet wird, der ca. 700 bis 1200 mm in den Festbettdruckvergaser hineinreicht. Sein Durchmesser ist abhängig von der Bauart des Festbettdruckvergasers. Dieser Schüttschacht ist ungekühlt, aber aus thermostabilem Material hergestellt.The problem is solved by placing a cylindrical or conical chute below the lower closure head of the feed lock, which extends approximately 700 to 1200 mm into the fixed bed pressure gasifier. Its diameter depends on the design of the fixed bed pressure gasifier. This chute is uncooled, but is made of thermostable material.
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Die Temperaturverteilung im Festbettdruckvergaser ist so, dass sich unterhalb des Schüttschachtes schon die sogenannte Pyrolysezone mit Temperaturen zwischen 575 - 700 0C befindet. Seitlich des genannten Schüttschachtes entsteht zwangsläufig ein Hohlraum als Gassammei- und -beruhigungsraum. In diesem Gassammel- und -beruhigungsraum ragt ein bis in den Kuppelbereich des Festbettdruckvergasers hochgeführter Rohrbogen bzw. ein Rohreckstück. Rohrbogen bzw. Rohreckstück können nach oben mit einem aufgesetzten T-Stück abgeschlossen werden, das der Minimierung der Gasgeschwindigkeit dient.The temperature distribution in the fixed bed pressure gasifier is such that the so-called pyrolysis zone with temperatures between 575 - 700 0 C is already located below the hopper. A hollow space is inevitably created to the side of the hopper as a gas collection and settling chamber. In this gas collection and settling chamber, a pipe bend or a pipe corner piece extends up into the dome area of the fixed bed pressure gasifier. Pipe bends or pipe corner pieces can be closed off at the top with a T-piece that is attached to minimize the gas velocity.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:The solution according to the invention is characterized by the following advantages:
- Auf komplizierte Einbauten kann weitgehend verzichtet werden.- Complicated installations can largely be dispensed with.
- Es wird eine gleichmäßige Schüttung im Festbettdruckvergaser erreicht.- A uniform filling is achieved in the fixed bed pressure gasifier.
- Die gesamte Schüttungsoberfläche kann als Gasaustrittsfläche genutzt werden, wodurch sichOasgeschwindigkeit und Staubaustrag verringern.- The entire filling surface can be used as a gas outlet surface, which reduces gas velocity and dust discharge.
- Durch die mittige Vergasungsstoffzuführung wird das Sicherheitsrisiko eines Sauerstoffanstiegs im Rohgas extrem gesenkt, da ein Festbettdruckvergaser unabhängig von den Austragsorganen zur sogenannten Mittelgängigkeit neigt.- The central gasification material feed greatly reduces the safety risk of an increase in oxygen in the raw gas, since a fixed bed pressure gasifier tends to be so-called centrally located, independent of the discharge devices.
- Durch den größeren Freiraum oberhalb der Brennstoffschüttung ist eine sichere Pyrolyse der eingebrachten Abfallstoffe mit thermoplastischen Kunststoffanteilen gewährleistet.- The larger free space above the fuel bed ensures safe pyrolysis of the waste materials containing thermoplastic components.
- Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Schüttschacht und Rohgasabführung ist die Vergasungsstoffschütthöhe ca. 1,5 - 2 m höher als bei der ursprünglichen Ausführung der Kohleverteiler. Das gewährleistet ein höheres Kohlenstoffangebot im Festbettdruckvergaser und sichert gleichzeitig Freiraum für den durch die Pyrolyse auftretenden Masseverlust des zugeführten Vergasungsstoffes bei hohen Zumischraten an Abfallstoffen mit thermoplastischen Eigenschaften, ohne das Gefährdungspotential zu erhöhen.- Due to the inventive arrangement of the chute and raw gas discharge, the gasification material loading height is approx. 1.5 - 2 m higher than with the original design of the coal distributor. This ensures a higher carbon supply in the fixed bed pressure gasifier and at the same time ensures space for the loss of mass of the gasification material fed in due to pyrolysis at high admixture rates of waste materials with thermoplastic properties, without increasing the risk potential.
Die Erfindung soll im Folgenden mittels eines Ausführungsbeispiels kurz erläutert werden. Die zugehörigen Figuren 1 und 2 zeigen einen konischen und einen zylindrischen Schüttschacht. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Anordnung nach Figur 2.The invention will be briefly explained below using an embodiment. The associated figures 1 and 2 show a conical and a cylindrical chute. The embodiment relates to the arrangement according to figure 2.
Unterhalb des unteren Verschlusskopfes der Beschickungsschleuse 5 wird ein zylindrischer Schüttschacht 1 mittig angeordnet. Dieser Schüttschacht ragt ca. 1000 mm in den Festbettdruckvergaser hinein. Der offene Durchmesser des Schüttschachtes 1 beträgt 1450 mm. Der Abstand zwischen Unterseite Schüttschacht 1 und Schüttungsoberfläche 4 beträgt in Abhängigkeit von der Betriebsfahrweise minimal 500 mm.A cylindrical hopper 1 is arranged centrally below the lower closure head of the feed lock 5. This hopper extends approximately 1000 mm into the fixed bed pressure gasifier. The open diameter of the hopper 1 is 1450 mm. The distance between the bottom of the hopper 1 and the hopper surface 4 is a minimum of 500 mm, depending on the operating mode.
Die Rohgasabführung 2 besteht aus einem bis in den Kuppelbereich des Festbettdruckvergasers 3 seitlich neben dem Schüttschacht 1 hochgeführten Rohreckstück, das zur Minimierung der Gasaustrittsgeschwindigkeit ein über der Öffnung der Rohgasabführung angeordnetes T-Stück aufweist.The raw gas discharge 2 consists of a pipe corner piece which extends up into the dome area of the fixed bed pressure gasifier 3 at the side next to the chute 1 and which has a T-piece arranged above the opening of the raw gas discharge in order to minimize the gas outlet velocity.
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