DE2926034C2 - Method and apparatus for generating gas from solid fuels with a fluidized bed - Google Patents
Method and apparatus for generating gas from solid fuels with a fluidized bedInfo
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Description
so Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Gas aus festen Brennstoffen gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1 und auf eine insbesondere bei einem solchen Verfahren einsetzbare Vorrichtung zur Vergasung von in einem Zyklon abgeschiedenen Partikeln.so The invention relates to a method for Generation of gas from solid fuels according to the preamble of claim 1 and in particular A device for gasifying in a cyclone which can be used in such a process deposited particles.
Bei den im Hauptpatent angegebenen Verfahren zur Gaserzeugung aus festen Brennstoffen mit Vergasungsmitteln ist ein Wirbelbett vorhanden, aus dem die Rückstände unten ausgetragen und bei dem die im vomIn the process for generating gas from solid fuels with gasification agents specified in the main patent there is a fluidized bed from which the residues are discharged below and from which the im from
fei Wirbelbett aufsteigenden Gas enthaltenen Feststoffe durch Fliehkraft abgeschieden werden. Diese Feststoffe werden in einer durch gesondert zugeleitete Vergasungsmittel betriebenen, vom Wirbelbett getrennten Nebenreaktion bei einer die Wirbelbett- und diesolids contained in the fluidized bed rising gas separated by centrifugal force. These solids are in a separately supplied gasification agent operated, separated from the fluidized bed side reaction in one the fluidized bed and the
·>> Schlackenschmelztemperatur übersteigenden Temperatur nachvergast und die dabei entstehenden Reaktionsprodukte dem Wirbelbett zugeführt. Dabei v/erden die Feststoffe innerhalb des Generators ooerhalb des· >> Slag melting temperature exceeding temperature post-gasified and the resulting reaction products fed to the fluidized bed. The Solids within the generator above the
Wirbelbettes abgeschieden und sofort nachvergast und alle Nachvergasungsprodukte unmittelbar in das Wirbelbett geleitet, wobei die Schmelze sich im Wirbelbett — und gegebenenfalls in einem darunter befindlichem Festbett — bis zum Erstarren abgekühlt Ein solches Verfahren ermöglicht u. a. eine bessere Ausnutzung des im Brennstoff dem Prozeß insgesamt zugeführten Kohlenstoffes, vermindert die Belastung des Gasstromes und gestattet eine günstige Durchführung des Gesamtprozesses. i"Fluidized bed separated and immediately post-gasified and all post-gasification products directly into the fluidized bed passed, with the melt in the fluidized bed - and possibly in one below Fixed bed - cooled down to solidification Such a process enables inter alia. better use of the The total carbon added to the process in the fuel reduces the load on the gas flow and allows the overall process to be carried out cheaply. i "
Diese Vorteile werden nach dem im Hauptpatent beschriebenen Verfahren vor allem dadurch erreicht, daß sich dort an den Zyklon eine Nachvergasungskammer anschließt, deren Übergangsbereich zugleich den Auslauf des Zyklons bildet. Im Übergangsbereich ist ein Injektor angebracht, über den von außen her Vergasungsmittel, namentlich überhitzter Wasserdampf und Sauerstoff, zugeführt werden kann, und zwar mit einem Druck, der entsprechend höher als der Druck im Generator ist. Die im Zyklon abgeschiedenen Feststoffe .w werden im Auslauf des Zyklons von dem aus dem injektor austretenden Vergasungsmiuel-Strah! erfaßt und in den Nachvergasungskammern in einem Temperaturbereich von etwa 13000C bis 15000C, d. h. oberhalb des Ascheschmelzpunktes, nachvergast Der gesamte J5 Aschegehalt der Feststoffe wird aufgeschmolzen, wobei er von schon vorhandener flüssiger Schlacke an der Wand der Nachvergasungskammer aufgenommen werden kann, und fällt, in Form von Tropfen in das Wirbelbett hinab. Infolge der Hochtemperatur-Nach- x> vergasung in der Nachvergasungskammer treten also keine trockenen Ascheteilchen auf, die vom Gasstrom aus dem Wirbelbett erfaßt wurden und erneut im Zyklon abgeschieden werden müßten. Weiterhin besteht der Vorteil, daß der Hitzestrahl aus der Nachvergasungskammer das Wirbelbett zusätzlich aufheizt.According to the method described in the main patent, these advantages are achieved above all in that there is a post-gasification chamber connected to the cyclone, the transition area of which at the same time forms the outlet of the cyclone. In the transition area there is an injector, via which gasifying agent, namely superheated steam and oxygen, can be supplied from the outside at a pressure which is correspondingly higher than the pressure in the generator. The solids separated in the cyclone .w are in the outlet of the cyclone by the gasifying agent jet emerging from the injector! detected and post-gasified in the post-gasification chambers in a temperature range of about 1300 0 C to 1500 0 C, ie above the ash melting point falls down into the fluidized bed in the form of drops. As a result of the high-temperature post-gasification in the post-gasification chamber, there are no dry ash particles that were caught by the gas flow from the fluidized bed and would have to be separated again in the cyclone. There is also the advantage that the heat jet from the post-gasification chamber additionally heats the fluidized bed.
Aus »Freiberger Forschungshefte«, A 69 (1957), S. 20/21 ist eine Schmelzkammer bekannt, in der aus einem Winklergenerator mittels eines Zyklons abgeschiedenen und angesammelten Flugstäube unter Zusatz von Dampf oberhalb der Ascheschmelztemperatur außerhalb des Generators verbrannt und die heißen Verbrennungsgase dem Generator wieder zugeführt werden. - Die DE-OS 10 23 844 beschreibt ein entsprechendes Verfahren mit vom Generator getrenn- Ί5 ter Flugstaubverbrennungszone, die aber unterhalb der Ascheschmelztemperatur arbeitet una die Verbrennungsprodukte unter ein fest angeordnetes Koksbett im Generator leitet. Die DE-OS 26 40 180 schließlich beschreibt einen Generator mit aufeinanderfolgender Festbett-, Wirbelschicht- und Staubvergasungszone. wobei die Staubvergasungszone innerhalb des Generators angeordnet ist.From "Freiberger Forschungshefte", A 69 (1957), pp. 20/21, a melting chamber is known in which from flue dusts separated and collected by means of a cyclone in a winkler generator Addition of steam above the ash melting temperature outside the generator burned and the hot Combustion gases are fed back to the generator. - The DE-OS 10 23 844 describes a corresponding procedure with disconnected from the generator Ί5 The flue dust combustion zone, which, however, works below the ash melting temperature and the combustion products under a fixed bed of coke in the generator. The DE-OS 26 40 180 finally describes a generator with successive fixed bed, fluidized bed and dust gasification zones. wherein the dust gasification zone is arranged within the generator.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren nach dem Hauptpatent noch writer zu verbessern und auszugestalten. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die Vorgänge bei der Vergasung der im Zyklon abgeschiedenen Partikel. Des weiteren soll mit der Erfindung eine vorteilhafte Vorrichtung für die bei der Gaserzeugung aus festen Brennstoffen erfolgende Vergasung von in einem Zyklon abgeschiedenen Partikeln geschaffen und im einzelnen günstig ausgebildet werden. Mit alledem im Zusammenhang stehende weitere Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösung.The object of the invention is to improve and design the method according to the main patent still writer. This is particularly true with regard to the gasification processes involved in the cyclone Particles. Furthermore, the invention aims to provide an advantageous device for generating gas gasification of particles deposited in a cyclone, made from solid fuels, and in the individual are inexpensive. With all of that Related other problems with which the invention is concerned emerge from US Pat respective explanation of the solution shown.
Die Erfindung sieh', vor, da3 die im Zyklon abgeschiedenen Partikel angesammelt und aus dieser Ansammlung mittels eines gasförmigen Fördermediums in den Bereich für die Vergasung der Partikel unter Erzeugung einer wenigstens teilweise rotativen Bewegung oder Zirkulationsbewegung in diesem Bereich transportiert werden .und daß Sauerstoff räumlich getrennt vom Fördermedium in den Vergasungsbereich eingeführt wird. Hierdurch wird ein besonders günstiger Ablauf der im Vergasungsbereich der Partikel stattfindenden Reaktionen erzielt Durch die Rotations- bzw. Zirkulationsbewegung werden die Wege der Partikel innerhalb des Vergasungsbereiches verlängert, so daß eine besonders intensive Durchmischung mit Reaktionspartnern eintritt The invention envisages that those in the cyclone deposited particles are accumulated and removed from this accumulation by means of a gaseous conveying medium in the area for the gasification of the particles with the generation of an at least partially rotary movement or circulation movement in this area are transported .and that oxygen spatially is introduced into the gasification area separately from the pumped medium. This makes a particularly inexpensive one The sequence of reactions taking place in the gasification area of the particles is achieved by the rotation or Circulation movement, the paths of the particles within the gasification area are lengthened, so that a particularly intensive mixing with reactants occurs
Vorteilhaft wird zu diesem Zweck das Fördermedium mit den von ihm aufgenommenen Partikeln im wesentlichen sekantial in den Vergasungsbereich eingeführt. Die Sauerstoffzufuhr kann dabei insbesondere zentral erfolgen.For this purpose, the conveying medium with the particles it has picked up is advantageous essentially introduced secantially into the gasification area. The oxygen supply can in particular take place centrally.
Als Fördermedium kommen alle für den Vergasungsprozeß geeigneten oder erforderlichen gasförmigen Stoffe in Frage, weiche z. B. CO3, Wasserdampf oder Brenngas mit beliebiger Zusammensetzung sein können. Besonders vorteilhaft ist es, dem erzeugten Produktgas eine Rezirkulationsmenge zu entnehmen, zweckmäßig hinter einer Gasreinigung, und dieses Gas, ggfs. nach entsprechender Verdichtung, als Fördermedium zu verwenden Das im Gesamtprozeß erzeugte Produktgas besteht, je nach Führung des Prozesses, insbesondere vorwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Dies gilt dann auch für das verwendete Rezirkulationsgas. Die Verwendung eines Rezirkulationsgpses hat den Vorteil, daß es gegenüber der Atmosphäre des Zyklons und des Prozesses als nicht reaktionsfähig (quasi inert) zu betrachten ist. Es geht beim Ausströmen in diese Räume keine Reaktionen ein, weil es annähernd die gleiche Analyse aufweist. Einem als Fördermedium für die im Zyklon abgeschiedenen Partikel verwendeten Rezirkuiationsgas kann vorteilhaft Wasserdampf und/ oder Kohlendioxid beigemischt werden.All gaseous substances suitable or required for the gasification process can be used as the conveying medium; B. CO 3 , steam or fuel gas with any composition. It is particularly advantageous to take a recirculation amount from the product gas generated, expediently after a gas purification, and to use this gas as a conveying medium, if necessary after appropriate compression Carbon monoxide. This then also applies to the recirculation gas used. The use of a recirculation gps has the advantage that it is to be regarded as non-reactive (quasi-inert) with respect to the atmosphere of the cyclone and the process. There is no reaction when it flows into these spaces because it has almost the same analysis. A recirculation gas used as a conveying medium for the particles separated in the cyclone can advantageously be admixed with water vapor and / or carbon dioxide.
Das mit den aufgenommenen festen Partikeln aus dem Zyklon beladene Fördermedium, insbesondere Rezirkulationsgas, gelangt in den gesonderten Vergasungsb'-reich, wo der Sauerstoff eingedüst wird, der mit einem Teil des Gases spontan exotherm reagiert, so daß soviel Wärme frei wird, daß sich in diesem Vergasungsbereich eine Temperatur von 1600°C bis 18000C einstellen kann. Diese Temperatur läßt sich über die zugeführte Menge des Sauerstoffs und/oder über Zuführung bestimmter Mengen von Inertgas bzw. Wasserdampf im Fördermedium cder zusätzlich zu diesem sehr genau regeln.The conveying medium loaded with the absorbed solid particles from the cyclone, in particular recirculation gas, reaches the separate gasification area, where the oxygen is injected, which reacts spontaneously exothermically with part of the gas, so that so much heat is released that in a temperature of 1600 ° C to 1800 0 C can set this gasification range. This temperature can be regulated very precisely via the supplied amount of oxygen and / or via the supply of certain amounts of inert gas or water vapor in the delivery medium or in addition to this.
Die Menge des in den Vergasungsbereich eingeführten Sauerstoffs wird bei einer zweckmäßigen Ausführungsweise des Verfahrens unterstöchiometrisch (A < 1) -'cgenüber der angebotenen Gasmenge eingestellt. Es ist dann gewährleistet, daß immer eine vollständige Umsetzung des Sauerstoffs eintri'.t und die theoretische Verbrennungstemperatur der partiellen Verbrennung mit einem Überangebot von Gas, insbesondere Vergasungsmittel, heruntergekühlt wird.The amount of oxygen introduced into the gasification area is, in one convenient embodiment of the process is set substoichiometric (A <1) -'c compared to the amount of gas offered. It is then guaranteed that a complete conversion of the oxygen always occurs and the theoretical combustion temperature of partial combustion with an oversupply of gas, especially gasification agent, is cooled down.
Infolge der hohe.i Temperatur im Bereich der erläuterten V^rbrennungs- und Vergasungsprozesse werden die Aschebestandteile in den flüssigen Phasenzustand gebracht. Durch ein sekantiales Eindüsen des mit den Partikeln beladenen Fördermediums, insbesondere des Rezirkulationsgases, in den Vergasungsbereich werden auch die bereits verflüssigten Schlackentropfen in eine rotierende Bewegung versetzt und durch Zentrifugalkräfte zur Wand der VergasungskammerAs a result of the high temperature in the area of the combustion and gasification processes explained the ash components are brought into the liquid phase state. By injecting the The conveying medium loaded with the particles, in particular the recirculation gas, into the gasification area the already liquefied slag droplets are set in a rotating motion and through Centrifugal forces to the wall of the gasification chamber
getragen.carried.
Die Erfindung sieht ferner vor, mittels eines ganz oder wenigstens nahezu vollständig aus Vergasungsmittel, insbesondere Wasserdampf, bestehenden Fördermediums so weit wie möglich aus Kohlenstoff bestehende Partikel in den Vergasungsbereich einzubringen und dort zu verbrennen bzw. zu vergasen. Dies ist ganz besonders günstig. Dabei kann dann erfindungsgemäß Sauerstoff auch in stöchiometrischer oder größerer Menge eingeführt werden.The invention also provides, by means of a completely or at least almost completely of gasification agent, in particular water vapor, existing conveying medium consisting as far as possible of carbon Bringing particles into the gasification area and burning or gasifying them there. This is whole very cheap. According to the invention, oxygen can then also be in a stoichiometric or greater amount Amount to be introduced.
Eine vorteilhafte Vorrichtung mit einem Zyklon und einer diesem zugeordneten Vergasungskammer zur Vergasung von im Zyklon abgeschiedenen Partikeln kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß die Vergasungskammer wenigstens einen Einlaß für Sauerstoff und wenigstens eine davon getrennte Einführung für ein mit den im Zyklon abgeschiedenen Partikeln beledenes Förd?nr>?di"r·.! enthalt, wohei die Einführung wenigstens einen Anschluß für Fördermedium, wenigstens einen in den Weg des Fördermediums mündenden Einlauf für die abgeschiedenen Partikel und einen im wesentlichen sekantial in die Vergasungskammer gerichteten düsenartigen Auslaß aufweist.An advantageous device with a cyclone and a gasification chamber assigned to it for the gasification of particles separated in the cyclone is characterized according to the invention in that the gasification chamber has at least one inlet for oxygen and at least one inlet separate from it for a conveyance loaded with the particles separated in the cyclone? nr>? di " r ·.!, where the inlet has at least one connection for the conveying medium, at least one inlet for the separated particles opening into the path of the conveying medium and a nozzle-like outlet directed essentially secantially into the gasification chamber.
Der Auslauf des Zyklons ist vorteilhaft so ausgebildet, daß sich darin die abgeschiedenen Partikel absetzen und 2; dann über eine möglichst kurze Verbindung, vorzugsweise unmittelbar, in den Einlauf einer oder mehrerer Einführungen gelangen. Wenn die Partikel in eine Kammer gefördert werden müssen, in der der Druck im wesentlichen um den Druckverlust des Zyklons höher j« ist als im Auslauf des letzteren, muß das Fördersystem für die Partikel in der Lage sein, diese Druckdifferenz zu überwinden und zugleich die kinetische Energie für den Transport der Partikel aufzubringen. Hierfür geeignete Einführungen können in verschiedener Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Injektor. Bei einer günstigen Ausbildung ist die Einführung nach Art einer Venturidüse ausgebildet. Ein Gasstrom als Fördermedium erfährt in der engsten Stelle einer solchen Düse soweit einen statischen Druckabfall, daß die Partikel infolge ihrer -to Schwerkraft in den Fördergasstrom fallen und von diesem in die Vergasungskammer transportiert werden.The outlet of the cyclone is advantageously designed so that the separated particles settle in it and 2; then via the shortest possible connection, preferably directly, into the inlet of one or more Introductions arrive. If the particles have to be conveyed into a chamber in which the pressure in the is substantially higher by the pressure loss of the cyclone than in the outlet of the latter, the conveyor system must for the particles to be able to increase this pressure difference overcome and at the same time generate the kinetic energy for the transport of the particles. Suitable for this Entries can be designed in various ways, for example as an injector. With a cheap Training, the introduction is designed in the manner of a Venturi nozzle. Experiences a gas flow as a conveying medium in the narrowest point of such a nozzle so far a static pressure drop that the particles due to their -to Gravity fall into the conveying gas flow and are transported by this into the gasification chamber.
Die Vorrichtung kann sich mit dem Zyklon innerhalb eines zur Gaserzeugung dienenden und ein Wirbelbett enthaltenden Generator-Gefäßes angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, den Zyklon oberhalb oder an anderer Stelle außerhalb des Generator-Gefäßes anzuordnen, wobei sich dann aber zumindest das untere Ende der Vergasungskammer innerhalb des Generator-Gefäßes befindet oder in dasselbe mündet, derart, daß die entstehenden Reaktionsprodukte aus der Vergasungskammer in das Wirbelbett eintreten können.The device can be used with the cyclone within a gas generation and a fluidized bed containing generator vessel be arranged. But it is also possible to put the cyclone above or on to be arranged elsewhere outside of the generator vessel, but then at least the lower The end of the gasification chamber is located within the generator vessel or opens into the same, such that the resulting reaction products can enter the fluidized bed from the gasification chamber.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung, aus der Zeichnung und aus den Ansprüchen. Es zeigtFurther details, features and advantages of the invention emerge from the following explanation, from the drawing and from the claims. It shows
F i g. 1 einen Generator im vertikalen Längsschnitt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung weitgehend schematisch,F i g. 1 largely shows a generator in vertical longitudinal section with the device according to the invention schematic,
Fig.2 den sich an das untere Ende eines Zyklons anschließenden Teil der Vorrichtung, teilweise im Schnitt,Fig.2 which is at the lower end of a cyclone adjoining part of the device, partly in section,
Fig.3 einen Schnitt nach der Linie M-IH in Fig.2 und3 shows a section along the line M-IH in FIG and
Fig.4 einen Ausschnitt aus Fig.2 in größerem Maßstab.4 shows a detail from FIG. 2 in a larger scale Scale.
Der Generator nach F i g. 1 weist ein den Gesamtreaktionsraum umschließendes Generator-Gefäß G auf.The generator according to FIG. 1 has a generator vessel G which surrounds the entire reaction space.
das eine Wirbelschicht-Vergasungs-Zone Wund darunter eine Festbett-Vergasungs-Zone F enthält. Dies bedeutet, daß in ein und demselben Generator-Gefäß C ein Festbettgenerator Fund ein Wirbelbettgenerator W in Verbindung miteinander vorgesehen sind.which contains a fluidized bed gasification zone and a fixed bed gasification zone F underneath. This means that a fixed bed generator and a fluidized bed generator W are provided in connection with one another in one and the same generator vessel C.
Die Festbett-Vergasungs-Zone F zur Vergasung des Brennstoffes in ruhender oder quasi ruhender Schicht hat die Form eines Schachtes und ist mit einem Drehrost 4 bekannter Art ausgestattet. Mit der Ziffer 5 sind in den Drehrost mündende Zuleitungen für Vergasungsmittel (z. B. Luft oder Sauerstoff und/oder Wasserdampf, je nach dem durchzuführenden Prozeß bzw. dem gewünschten Gas) bezeichnet. Zum Abführen der Vergasungsrückstände aus der Festbett-Vergasungs-Zone Fdient eine Schleuse 6 von bekannter Art.The fixed-bed gasification zone F for gasifying the fuel in a stationary or quasi-stationary shift has the shape of a shaft and is equipped with a rotating grate 4 of a known type. With the number 5 are in the Rotary grate opening feed lines for gasifying agents (e.g. air or oxygen and / or water vapor, depending on according to the process to be carried out or the desired gas). To discharge the Gasification residues from the fixed-bed gasification zone F is used by a lock 6 of a known type.
In der sich an die Festbett-Vergasungs-Zone F anschließenden Wirbelschicht-Vergasungs-Zone Wsind Einlasse 10 für den Brennstoff vorgesehen. Die Brennstoff-Eintrageinrichtungen weisen jeweils eine antreibbare Förderschnecke Il auf, welcher der Brennstoff von einem Vorrat jeweils über eine Schleuse 13 von bekannter Art zugeleitet wird. Statt einer Förderschnecke kann auch eine andere Vorrichtung zum Einbringen des Brennstoffes vorgesehen sein. z. B. eine Rutsche, ein Vibrationsförderer od. dgl.In the fluidized bed gasification zone W which adjoins the fixed bed gasification zone F Inlets 10 are provided for the fuel. The fuel entry devices each have a drivable screw conveyor II, which the fuel from a supply via a lock 13 is supplied of a known type. Instead of a screw conveyor, another device can also be used be provided for introducing the fuel. z. B. a slide, a vibratory conveyor or the like.
Unteihalb der Brennstoffeinlässe 10 sind mehrere, jeweilsringförmig über den Umfang verteilt angeordnete Zuleitungen 14 für Vergasungsmittel (z. B. Luft, Sauerstoff. Wasserdampf) angeordnet. Deren in die Zone Wmündenden Einlasse liegen dabei in verschiedenen Höhen, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. Dieser die Wirbelschicht-Vergasungs-Zone VV einschließende Teil des Gefäßes G hat einen sich nach oben hin erweiternden, insbesondere konischen Innenquerschnitt. Die Form sowie der obere und der untere Endquerschnitt dieses Teiles sind so gewählt, daß körniger Brennstoff mit gegebenem Kornspektrum unter dem Einfluß des zugeführten Vergasungsmittels sowie auch der aus der Festbett-Vergasungs-Zone F aufsteigenden Gase im Wirbelzustand gehalten wird.Below the fuel inlets 10 are a plurality of feed lines 14 for gasifying agents (for example air, oxygen, water vapor), each of which is arranged in a ring-shaped manner distributed over the circumference. Their inlets opening into Zone W are at different heights, as can be seen from the drawing. This part of the vessel G , which includes the fluidized bed gasification zone VV, has an inner cross section which widens towards the top, in particular a conical cross section. The shape and the upper and lower end cross-sections of this part are chosen so that granular fuel with a given particle size spectrum is kept in a fluidized state under the influence of the gasifying agent fed in and also the gases rising from the fixed-bed gasification zone F.
Das Gefäß G ist geschlossen und so ausgebildet, daß die Gaserzeugung unter erhöhtem Innendruck durchgeführt werden kann. Es kann aber auch ohne erhöhten Druck gearbeitet werden. Wenn nur letzteres in Betracht kommt, können ggfs. die Schleusen 6 und 13 entfallen bzw. durch andere Einrichtungen ersetzt werden.The vessel G is closed and designed so that the gas generation can be carried out under increased internal pressure. But you can also work without increased pressure. If only the latter comes into consideration, the locks 6 and 13 can be omitted or replaced by other devices.
Im oberen Teil des Generator-Gefäßes G ist zentrisch ein Zyklon 60 angeordnet, der in üblicher Weise nach dem Fliehkraftprinzip arbeitet und h: .r zur Abscheidung von Feststoff-Partikeln aus dem von Wirbelbett ^aufsteigenden Gas dient.In the upper part of the generator vessel G , a cyclone 60 is arranged centrally, which works in the usual way on the principle of centrifugal force and serves to separate solid particles from the gas rising from the fluidized bed ^.
Es kann eine nicht dargestellte Einlauf-Vorrichtung vorhanden sein, durch die das mit den Partikeln beladene Gas in den Zyklon 60 eintritt. Das von den abgeschiedenen Teilchen befreite Produktgas verläßt den Generator durch einen in der Mittelachse des Zyklons 60 angeordneten Auslaßstutzen 24.There may be an inlet device, not shown, through which the particles loaded gas enters cyclone 60. The product gas freed from the separated particles leaves the generator through an outlet connection 24 arranged in the central axis of the cyclone 60.
Unter dem Zyklon 60 ist eine Einrichtung mit einer Vergasungskammer 70 angeordnet, die zur Vergasung von im Zyklon 60 abgeschiedenen festen Partikeln dient Diese aus dem unteren Ende des Zyklons 60 austretenden Partikel sammeln sich in einem Absetzraum 61, der im wesentlichen eine rotationssymmetrische Grundgestalt hat und den über der Vergasungskammer 70 liegenden Raum einnimmt bzw. den Kopfteil der Vergasungskammer umgibt. Mit der Ziffer 71 sind Rohre eines Kühlsystems bezeichnet, dem über einenA device with a gasification chamber 70 is arranged under the cyclone 60, which is used for gasification of solid particles separated in the cyclone 60, this from the lower end of the cyclone 60 is used emerging particles collect in a settling space 61, which is essentially rotationally symmetrical Has basic shape and occupies the space above the gasification chamber 70 or the head part surrounds the gasification chamber. With the numeral 71 pipes of a cooling system are designated, which via a
Einlaß 72 ein geeignetes Kühlmittel zugeführt werden kann, welches die Rohre im Sinne der in Fig. 2 eingezeichneten Pfeile durchströmt und das System über eine Austrittsleitung 73 verläßt. Mit der Ziffer 62 ist ein Kühlmitteleintritt tür ein zum Zyklon 60 gehörendes Kühlsystem 63 bezeichnet.A suitable coolant can be fed to inlet 72, which cools the tubes in the sense of the in FIG. 2 flows through the arrows shown and leaves the system via an outlet line 73. With the digit 62 is a coolant inlet door denotes a cooling system 63 belonging to the cyclone 60.
Wie Fig. 2 weiterhin erkennen läßt, ist eine von einem Kühlmantel 65 mit nicht besonders dargestelltem Ein- und ,.\jstntt für Kühlmittel umgebene Sauerstoff-Zuleitung 64 von oben her zur Vergasungskammer 70 geführt und zentral angeordnet, d. h. sie liegt in der vertikalen Längsachse L der bei dieser Ausfühiung im wesentlichen zylindrischen Vergasungskammer 70. Die Sauerstoff-Zuleitung weist an ihrem Ende einen sich in die Vergasungskammer 70 erstreckenden Kopf 66 mit Auslaßöffnungen 80 auf, durch die der Sauerstoff in die Vergasungskammer gelangen kann.As can also be seen in FIG. 2, an oxygen supply line 64, which is surrounded by a cooling jacket 65 with an inlet and an oxygen supply line 64 for coolant, is guided from above to the gasification chamber 70 and is arranged centrally, ie it lies in the vertical longitudinal axis L the gasification chamber 70, which is essentially cylindrical in this embodiment. The oxygen supply line has at its end a head 66 which extends into the gasification chamber 70 and has outlet openings 80 through which the oxygen can pass into the gasification chamber.
Die aus dem Zyklon kommenden, sich im Absetzraum 61 ansammelnden festen Partikel werden durch gleichmäßig über den umfang der Vergasungskammer 70 verteilt angeordnete Einführungen 74 in die Vergasungskammer eingeleitet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede Einführung 74 nach Art einer Venturidüse 78 ausgebildet, deren Achse 75 sekantial in die Vergasungskammer 70 gerichtet ist, wie insbesondere F i g. 3 erkennen läßt. Außerdem sind die Einführungen 74 leicht gegenüber der Horizontalen geneigt (F i g. 2). Die Einführungen 74 weisen jeweils einen Anschluß 76 für ein gasförmiges Fördermedium auf, das insbesondere wenigstens teilweise ein im Generator C selbst erzeugtes Gas ist, welches also als Rezirkulanonsgas verwendet wird. Dieses Rezirkulationsgas wird insbesondere im Strömungsweg hinter einer nicht dargestellten Einrichtung zur Gaswäsche entnommen, in die das den Generator durch den Auslaßstutzen 24 verlassende Produktgas gelangt. Dem Rezirkulationsgas kann außerdem Wasserdampf und/The solid particles coming out of the cyclone and collecting in the settling space 61 are carried through evenly over the circumference of the gasification chamber 70 distributed inlets 74 introduced into the gasification chamber. With the one shown In the exemplary embodiment, each introduction 74 is designed in the manner of a Venturi nozzle 78, the axis 75 of which is directed secantially into the gasification chamber 70, as in particular FIG. 3 reveals. Besides, they are Inlets 74 inclined slightly with respect to the horizontal (FIG. 2). The entries 74 each have a connection 76 for a gaseous delivery medium, which is in particular at least partially an im Generator C is self-generated gas, which is used as a recirculation gas. This recirculation gas is in particular in the flow path behind a device for gas scrubbing, not shown taken, into which the product gas leaving the generator through the outlet nozzle 24 passes. To the Recirculation gas can also contain water vapor and /
Jede Einführung 74 weist einen Einlauf 77 für die zu vergasenden Partikel auf, der sich an der engsten Stelle der Venturidüse 78 befindet und unmittelbar mit dem darüberliegenden Absetzraum 61 für die abgeschiedenen Partikel in Verbindung steht.Each inlet 74 has an inlet 77 for the particles to be gasified, which is located at the narrowest point the Venturi nozzle 78 is located and immediately with the overlying settling space 61 for the separated Particle communicates.
Bei dem im Generator G stattfindenden Vergasungsprozeß gehen die eingeblasenen Vergasungsmittel, z. B. Wasserdampf und Sauerstoff, mit der eingeführten Kohle eine chemische Reaktion ein, insbesondere derart, daß ein Gas produziert wird, das vorwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht. Dieses Gas tritt nach oben aus dem Wirbelbett W aus und nimmt dabei entsprechend der Austrittsgeschwindigkeit auch staubförmige Kohlepartikel mit. Diese werden in dem über dem Wirbelbett W angeordneten Zyklon 60 abgeschieden und sammeln sich im Absetzraum 61.In the gasification process taking place in the generator G , the gasifying agents blown in, e.g. B. water vapor and oxygen, a chemical reaction with the introduced coal, in particular such that a gas is produced which consists primarily of hydrogen and carbon monoxide. This gas emerges from the fluidized bed W upwards and, in accordance with the exit speed, also takes along coal particles in the form of dust. These are separated in the cyclone 60 arranged above the fluidized bed W and collect in the settling space 61.
Der im Zyklon abgeschiedene heiße Staub, der zum Teil aus Kohle und zum Teil aus Asche besteht und durch das Fördermedium durch die Einführungen 74 sekantial in die Vergasungskammer 70 eingeblasen wird, wobei er eine Rotationsbewegung erhält, wird durch Verbrennung mit dem zugeführten Sauerstoff in einer Verbrennungszone des zugeführten Gases, namentlich Rezirkulationgsgases, gleichzeitig weiter aufgeheizt und geht dann mit den umgebenden Gaskomponenten chemische Reaktionen ein. Der Sauerstoff reagiert mit einem Teil des eingeblasenen Gases spontan exotherm, so daß sich in der Vergasungskarr.rner 70 Temperaturen von beispielsweise 1600"C bis 180O0C einstellen können. Der Kohlenstoffanteil des mit dem Fördermedium eingeblasenen Staubes wird entsprechend den lokalen Zustandsgrößen und der Zusammensetzung der Gasphase zum Teil direkt verbrennen, und der darüber hinaus verbleibende Anteil wird mit den Verbrennungsprodukten der Gasflamme und ggfs. mit Überschußdampf nach der Bonduard-Reaktionsgleichung und der heterogenen Wassergasgleichung umgesetzt.The hot dust separated in the cyclone, which consists partly of coal and partly of ash and is blown secantially into the gasification chamber 70 by the conveying medium through the inlets 74, whereby it receives a rotational movement, is by combustion with the supplied oxygen in a combustion zone of the supplied gas, namely recirculation gas, is further heated at the same time and then enters into chemical reactions with the surrounding gas components. The oxygen reacts spontaneously exothermically with part of the gas blown in, so that temperatures of, for example, 1600 "C to 180O 0 C can set in the gasification cart 70. The carbon content of the dust blown in with the conveying medium depends on the local state variables and the composition burn directly in part of the gas phase, and the remaining portion is reacted with the combustion products of the gas flame and possibly with excess steam according to the Bonduard reaction equation and the heterogeneous water gas equation.
Zur gleichen Zeit werden die Aschebestandteile in den flüssigen Zustand gebracht. Durch das sekantialeAt the same time, the ash components are brought into the liquid state. Through the secantial
ίο Eindüsen des Fördermediums mit dem aufgenommenen Staub in die Vergasungskammer 70 werden nicht nur die Staubpartikel, sondern auch die bereits verflüssigten Schlackentropfen in eine rotierende Bewegung versetzt, so daß die Schlackentropfen durch Zentrifugalkräfte zur Wand der Vergasungskammer getragen werden, an der sie bis zu einer unteren Sammelrinne 79 herablaufen. Letztere weist eine oder mehrere nicht gezeigte Ablauföffnungen auf, aus denen die flüssige Schlacke in das Wirbelbett W herabtropfen kann, auf ihrem Wegίο Injecting the conveying medium with the absorbed dust into the gasification chamber 70, not only the dust particles, but also the already liquefied slag droplets are set in a rotating motion, so that the slag droplets are carried by centrifugal forces to the wall of the gasification chamber, on which they are down to a lower one Run down collecting chute 79. The latter has one or more drainage openings, not shown, from which the liquid slag can drip down into the fluidized bed W on its way
λ) erstarrt, durch das Wirbeibett fäiit und schließlich in fester Form ausgetragen wird. Infolge der Hochtemperatur-Vergasung in der Kammer 70 treten also keine trockenen Ascheteilchen auf, die vom Gasstrom aus dem Wirbelbett W erfaßt werden könnten und erneut im Zyklon abgeschieden werden müßten. Der Auslaß der Kammer 70 ist auf das Wirbelbett W gerichtet. Dies hat u. a. den Vorteil, daß der Hitzestrahl aus der Kammer 70 das Wirbelbett zusätzlich aufheizt.λ) solidifies, passes through the fluidized bed and is finally discharged in solid form. As a result of the high-temperature gasification in the chamber 70, no dry ash particles occur which could be caught by the gas flow from the fluidized bed W and would have to be separated out again in the cyclone. The outlet of the chamber 70 is directed towards the fluidized bed W. This has the advantage, among other things, that the heat jet from the chamber 70 additionally heats the fluidized bed.
Die F i g. 4 läßt einige Einzelheiten der Vorrichtung in größerem Maßstab erkennen, so auch den am unteren Ende der vom Kühlmantel 65 umgebenen Sauerstoff-Zuleitung 64 befindlichen Kopf 66. Dieser iit mit beispielsweise zwanzig Austrittsöffnungen 80 versehen. Diese haben vorteilhaft einen relativ kleinen Querschnitt (z. B. einen Durchmesser von wenigen Millimetern), so daß sich düsenartige Auslaßwege ergeben. Dies ist günstig für die Ausbildung der Flamme in der Vergasungskammer 70. Es läßt sich auf diese Weise erreichen, daß der Sauerstoff zumindest bei vollemThe F i g. 4 shows some details of the device on a larger scale, including the one below Head 66 located at the end of the oxygen supply line 64, which is surrounded by the cooling jacket 65 for example, twenty outlet openings 80 are provided. These advantageously have a relatively small cross section (z. B. a diameter of a few millimeters), so that nozzle-like outlet paths result. this is favorable for the formation of the flame in the gasification chamber 70. It can be in this way achieve that the oxygen at least at full
«o Betrieb der Vorrichtung und somit entsprechender Menge wenigstens mit Schallgeschwindigkeit austritt.«O Operation of the device and thus the corresponding amount emerges at least at the speed of sound.
Bei der Inbetriebnahme der Vergasungskammer wird zunächst zweckmäßig als Fördermedium ein brennbares Gas eingeführt, das extern (z. B. in einem mit Gas betriebenen Rekuperator) auf eine über der Zündtemperatur mit Sauerstoff liegende Temperatur aufgeheizt worden ist. Die Temperatur dieses der Vergasungskammer zugeleiteten Gasstromes wird vor dem Eintritt in die Kammer gemessen und kontrolliert. Erst wenn dieser Gasstrom die vorgegebene Temperatur hat. wird die Zufuhr von Sauerstoff zur Vergasungskammer freigegeben.When the gasification chamber is put into operation, a combustible medium is initially expediently used Gas introduced externally (e.g. in a gas-powered recuperator) to a temperature above the ignition temperature with oxygen lying temperature has been heated. The temperature of that of the gasification chamber The supplied gas flow is measured and checked before it enters the chamber. Only when this gas flow has the specified temperature. becomes the supply of oxygen to the gasification chamber Approved.
Abweichend von der dargestellten Ausführung kann der Generator auch nur als Wirbelbett-Generator (Winkler-Generator) ausgebildet sein, wobei dann in F i g. 1 der untere Teil wegzudenken ist. In diesem Fall ist dann unterhalb des Wirbelbettes eine geeignete Austragvorrichtung für die Vergasungsrückstände vorhanden, z. B. ein flüssiger Schlackenabzug.In contrast to the embodiment shown, the generator can also be used only as a fluidized bed generator (Winkler generator), in which case FIG. 1 the lower part is unimaginable. In this case a suitable discharge device for the gasification residues is then available below the fluidized bed, z. B. a liquid slag discharge.
Für die konstruktive Ausführung und die Anordnung des Zyklons mit der Nachvergasungs-Einrichtung
bestehen verschiedene Möglichkeiten. Dies gilt auch für die Halterung, Abstützung oder Aufhängung des
Zyklons im Generator und für die Anordnung und Anbringung der Leitungen für die verschiedenen
Medien. Dazu stehen dem Fachmann geeignete Konstruktionselemente zur Verfügung.
Die Erfindung umfaßt weiterhin auch eine Ausfüh-There are various options for the structural design and the arrangement of the cyclone with the post-gasification device. This also applies to the mounting, support or suspension of the cyclone in the generator and to the arrangement and attachment of the lines for the various media. Suitable construction elements are available to those skilled in the art for this purpose.
The invention also includes an embodiment
rung, bei welcher der Zyklon nicht innerhalb eines Generators angeordnet ist, sondern sich außerhalb des Generator-Gefäßes befindet. Bei solchen und ähnlichen Ausführungen, bei denen der vom Wirbelbett aufsteigende Gasstrom durch geeignete Leituingswege in dention, in which the cyclone is not arranged inside a generator, but outside of the Generator vessel is located. In such and similar designs, in which the rising from the fluidized bed Gas flow through suitable Leituingswege in the
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Zyklon eingeleitet wird, befindet sich jedoch die Vergasungskammer zumindest teilweise, vorteilhaft aber in ihrer Gesamtheit, innerhalb des betreffenden Generator-Gefäßes, namentlich immer so, daß ihr Austritt auf das Wirbelbett hin gerichtet ist.Cyclone is introduced, however, the gasification chamber is at least partially, advantageous but in their entirety, within the generator vessel in question, always in such a way that you Exit is directed towards the fluidized bed.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen For this purpose 3 sheets of drawings
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|---|---|---|---|
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| OD | Request for examination | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: CARBON GAS TECHNOLOGIE GMBH, 4030 RATINGEN, DE |
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| AF | Is addition to no. |
Ref country code: DE Ref document number: 2742222 Format of ref document f/p: P |
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| AF | Is addition to no. |
Ref country code: DE Ref document number: 2742222 Format of ref document f/p: P |
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| D2 | Grant after examination | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| AF | Is addition to no. |
Ref country code: DE Ref document number: 2742222 Format of ref document f/p: P |
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| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DEUTSCHE BABCOCK WERKE AG, 4200 OBERHAUSEN, DE |
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| 8362 | Rights of main patent transferred to additional patent | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |