DE4013739A1 - Starting of static-bed coal gasification reactors - from cold or when already ignited, by adjusting compsn. to steadily increase temp. and treating with steam - Google Patents
Starting of static-bed coal gasification reactors - from cold or when already ignited, by adjusting compsn. to steadily increase temp. and treating with steamInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Verfahren zur Fest bettdruckvergasung fester fossiler Brennstoffe und da bei speziell auf die Inbetriebnahme von Festbettdruck vergasungsreaktoren, wobei sich die Inbetriebnahme so wohl auf das Zünden aus dem kalten Zustand als auch auf das Anfahren unter Feuer stehender Festbettdruckverga sungsreaktoren bezieht.The invention relates to the method of solid bed pressure gasification of solid fossil fuels and there at specifically for the commissioning of fixed bed printing gasification reactors, with the commissioning so probably on igniting from the cold state as well the start of a fixed bed pressure fire under fire solution reactors.
Das Zünden von Festbettdruckvergasungsreaktoren zur Vergasung von Kohle wird gegenwärtig nach zwei grund sätzlichen technischen Lösungen vorgenommen.Ignition of fixed bed pressure gasification reactors Gasification of coal is currently used for two reasons additional technical solutions.
Einmal wird ein Zündbrennstoff dem Reaktor zugeführt und entweder schon vor Zuführung gezündet oder durch ein Zündinitial im Reaktor gezündet.Once a pilot fuel is fed to the reactor and either ignited before or through ignited an ignition initial in the reactor.
Danach wird Anfahrluft in den Reaktor eingeblasen, spä ter Vergasungsstoff zugegeben und auf ein Luft-Dampf- Gemisch umgestellt.Then start-up air is blown into the reactor, late gasification agent added and placed on an air-steam Mixture changed.
Das Anfahrrohgas wird über eine Fackel in die Atmos phäre geleitet bis der Volumenanteil des Sauerstoffs 0,6% beträgt.The raw gas is launched into the atmosphere via a torch sphere passed up to the volume fraction of oxygen Is 0.6%.
Bei einer anderen Lösung wird der Reaktor mit Verga sungsstoff gefüllt oder teilgefüllt, danach mittels Dampf bis über die Selbstentzündungstemperatur des Ver gasungsstoffes aufgeheizt und schließlich mit einem Luft-Dampf-Gemisch gezündet.In another solution, the reactor with Verga Solution filled or partially filled, then by means of Steam to above the autoignition temperature of the ver Gassing heated and finally with a Air-steam mixture ignited.
Die Beurteilung der vollzogenen Zündung erfolgt durch die Bestimmung des O2- und CO2-Gehaltes im Anfahrroh gas. Bei erreichten festgelegten Grenzwerten erfolgt ei ne Steigerung der Menge des Luft-Dampf-Gemisches. Aus sicherheitstechnischen Gründen wird das Anfahrrohgas bis zu einem Volumenanteil des Sauerstoffs von 0,6% über ein Fackelsystem abgeleitet.The ignition is assessed by determining the O 2 and CO 2 content in the starting raw gas. When the specified limit values are reached, the amount of air-steam mixture increases. For safety reasons, the starting raw gas is diverted up to a volume fraction of oxygen of 0.6% via a torch system.
Gemäß beider technischen Lösungen wird beim Erreichen der folgenden Grenzwerte:According to both technical solutions will be reached of the following limits:
Volumenanteil des Sauerstoffs <0,6%
Volumenanteil des CO2 im Rohgas <23%
Rohgasaustrittstemperatur <200°C und
Reaktordruck <0,6 MPaVolume fraction of oxygen <0.6%
Volume fraction of CO 2 in the raw gas <23%
Raw gas outlet temperature <200 ° C and
Reactor pressure <0.6 MPa
vom Fackelbetrieb auf ein Rohgasanfahrsystem umgestellt. In diesem System wird das Anfahrrohgas auf den üblichen Netzdruck verdichtet und dem Rohgasansatz zugeführt. Die Nachteile dieser technischen Lösungen sind eine hohe Schadstoffbelastung der Umgebung während des mehrere Stunden dauernden Fackelbetriebes, der erforderliche Energieaufwand bei der Verdichtung des Anfahrrohgases und daß vom Beginn der Inbetriebnahme bis zur Netzschal tung des Reaktors die anfallenden Gaskondensate in ein extra dafür notwendiges druckloses Gaskondensatsystem abgeführt werden müssen.converted from flare operation to a raw gas start-up system. In this system the raw gas is started on the usual Network pressure compressed and fed to the raw gas batch. The disadvantages of these technical solutions are high Pollution of the environment during the several Hours of torchlight operation, the required Energy expenditure in the compression of the raw gas and that from the start of commissioning to the network scarf tion of the reactor the gas condensates pressure-free gas condensate system necessary for this must be dissipated.
Aufgrund der nicht voll geschlossenen Auslegung des drucklosen Kondensatsystems ist die Einleitung der hei ßen Gaskondensate auch mit einer erheblichen Schadstoff emission verbunden. Der Anfahrprozeß unter Feuer abge stellter Generatoren unterscheidet sich vom Zündprozeß nur dadurch, daß die Handlungsschritte bis zur Zündung des Vergasungsstoffes entfallen. Nach der Zuführung des Luft-Dampf-Gemisches werden die Verfahrensschritte, wie Fahrweise über die Fackel, Fahrweise über die Rohgasan fahrleitung und Netzschaltung analog der beim Zündvor gang beschriebenen Technologie vorgenommen. Die be schriebenen Nachteile treten demnach ebenfalls auf. Es wurde weiter vorgeschlagen, anstelle eines Dampf- Luft-Gemisches ein Dampf-Sauerstoff-Gemisch bei der In betriebnahme der Reaktoren zu verwenden. Als Vorteile werden die Verkürzung des Anfahrvorganges, geringerer Anlagenaufwand und Wegfall des Umstellvorganges von ei nem Dampf-Luft-Gemisch auf ein Dampf-Sauerstoff-Gemisch und damit ein erweiterter sicherheitstechnischer Vorteil angegeben.Due to the not fully closed interpretation of the unpressurized condensate system is the initiation of the hot Gas condensates also contain a significant pollutant emission related. The start-up process under fire generator sets differs from the ignition process only in that the steps up to the ignition of the gasification substance are eliminated. After feeding the Air-steam mixture are the process steps, such as Driving style over the torch, driving style over the raw gas Catenary and mains circuit analogous to that of the ignition technology described. The be The disadvantages described also occur. It was further suggested that instead of a steam Air mixture a vapor-oxygen mixture at the In use of reactors. As advantages the shortening of the starting process is less Plant expenditure and elimination of the changeover process from egg a steam-air mixture on a steam-oxygen mixture and thus an extended safety advantage specified.
Die obengenannten Nachteile können jedoch nicht besei tigt werden.However, the above disadvantages cannot be overcome be done.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Inbetriebnahme bzw. Wiederinbetriebnahme von Kohledruckvergasungsreaktoren wirtschaftlicher und umweltfreundlicher zu gestalten und das Anfahren bzw. Wiederanfahren von Kohledruckver gasungsreaktoren frei von Emissionsquellen, speziell von Schadstoffemissionsquellen zu gestalten und die In betriebnahme über die drucklose Gaskondensatleitung auszuschließen.The object of the invention is to commission or Recommissioning of coal pressure gasification reactors to make it more economical and environmentally friendly and the start-up or restart of Kohledruckver gassing reactors free of emission sources, especially of pollutant emission sources and the In commissioning via the pressureless gas condensate line to exclude.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Inbetriebnahme, sowohl für den Zündvorgang als auch für das Anfahren von unter Feuer stehenden Kohledruck vergasungsreaktoren das zugeführte Zünd-Anfahrvergasungs mittelgemisch in seiner Zusammensetzung während des In betriebsnahmevorganges die Zusammensetzung des Zünd-An fahrvergasungsmittelgemisches so gestaltet wird, daß der Sauerstoffanteil gerade so hoch ist, daß eine stete Er höhung des Temperaturniveaus im Reaktor möglich ist, andererseits aber ein explosibles Gasgemisch, selbst bei Nichtumsetzung des Sauerstoffanteiles im Reaktor, nicht entstehen kann. Das Zünd-Anfahrvergasungsmittelge misch wird in unterkritischer Zusammensetzung eingestellt, wobei als kritische Zusammensetzung der O2-Gehalt im Inertgas zu verstehen ist, der bei Nichtumsetzung im Reaktor gerade ausreichen würde, im Anfahrrohgas bzw. im Gemisch Anfahrrohgas und Rohgas ein explosibles Gas gemisch zu bilden.According to the invention the object is achieved in that for the start-up, both for the ignition process and for starting coal pressure gasification reactors under fire, the supplied ignition-starting gasification medium mixture in its composition during the start-up process the composition of the ignition-starting gasification agent mixture is designed in this way that the oxygen content is just so high that a constant increase in the temperature level in the reactor is possible, but on the other hand an explosive gas mixture, even if the oxygen content in the reactor is not converted, cannot arise. The ignition-starting gasification mixture is set in a subcritical composition, the critical composition being the O 2 content in the inert gas which, if not reacted in the reactor, would be sufficient to form an explosive gas mixture in the starting raw gas or in the starting raw gas and raw gas mixture .
Um das zu erreichen, werden für das Zünd-Anfahrverga sungsmittelgemisch Inertgaskomponenten eingesetzt, die eine Kondensationstemperatur bei gegebenen Prozeßdrücken von unter 273 K haben.To achieve this, the ignition start-up process mixed inert gas components used, the a condensation temperature at given process pressures of less than 273 K.
Zusätzlicher Dampf als Wärmeträger ist einsetzbar. Bei Verwendung von N2 oder CO2 als Inertgaskomponente sollte der Volumenanteil des Sauerstoffes 5% in den er sten 30 Min. der Inbetriebnahme nicht überschreiten und 2,5% nicht unterschreiten.Additional steam can be used as a heat carrier. When using N 2 or CO 2 as an inert gas component, the volume fraction of oxygen should not exceed 5% in the first 30 minutes of commissioning and should not fall below 2.5%.
Die Druckerhöhung im Reaktor erfolgt bei Zündprozessen schon in der Aufheizphase mit Dampf, indem alle Ausbla seleitungen geschlossen werden und bei der Inbetrieb nahme unter Feuer stehender Reaktoren in den ersten Mi nuten der Inbetriebnahme durch die natürliche Drucker höhung infolge der Einleitung des Zünd-Anfahrvergasungs mittelgemisches.The pressure increase in the reactor occurs during ignition processes Already in the heating phase with steam, by blowing out all lines are closed and during commissioning reactors under fire in the first Mi the commissioning by the natural printer increase due to the initiation of ignition-start gasification medium mixture.
Mit Hilfe einer kontinuierlich arbeitenden O2-Analysen messung wird eine Überprüfung des O2-Gehaltes im Rohgas vorgenommen. Nach 30 Min. anstehender Volumenanteile des Sauerstoffs im Rohgas von kleiner 1% wird der O2- Anteil im trockenen Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisch auf 9% durch die Zugabe von Sauerstoff erhöht. Beträgt der Volumenanteil des Sauerstoffs nach 30 Min. kleiner 1% im Rohgas, wird auf ein Vergasungsmittel umgestellt, das nur noch aus Dampf und Sauerstoff besteht.The O 2 content in the raw gas is checked with the help of a continuously working O 2 analysis measurement. After 30 minutes of pending volume fractions of oxygen in the raw gas of less than 1%, the O 2 fraction in the dry ignition-start gasifying agent mixture is increased to 9% by adding oxygen. If the volume fraction of oxygen after 30 minutes is less than 1% in the raw gas, a gasification agent is used which only consists of steam and oxygen.
Danach erfolgt in Abständen von 15 Min. eine Belastungs steigerung von 100 m3 i. N. O2/h bis zu einer Sauerstoff belastung von 1600 m3 i. N. O2/h bei Einhaltung eines vor gegebenen, den Kohleeigenschaften entsprechenden Dampf- Sauerstoff-Verhältnisses. Bei dieser Belastung erfolgt 4 Stunden lang eine Stabilisierung des Aschebettes. Da nach wird die gewünschte Belastung schrittweise einge stellt.This is followed by a load increase of 100 m 3 i at intervals of 15 minutes. N. O 2 / h up to an oxygen load of 1600 m 3 i. N. O 2 / h if a given, the coal properties corresponding steam-oxygen ratio. With this load, the ash bed is stabilized for 4 hours. Since the desired load is gradually set.
Bei Anfahrvorgängen von unter Feuer stehenden Reaktoren entfällt die Stabilisierungsphase des Aschebettes. Dieses Verfahren hat folgende Vorteile:When starting reactors under fire the stabilization phase of the ash bed is eliminated. This procedure has the following advantages:
- - Die Zünd- und Anfahrvorgänge erfolgen emissionsfrei.- The ignition and start-up processes are emission-free.
- - Durch eine unterkritische Zusammensetzung des Anfahr vergasungsmittels in der Anfangsphase ist eine gefahr lose Technik realisiert.- By a subcritical composition of the start Gasification in the early stages is a danger loose technology realized.
- - Die Gasableitung über die Fackel und die Rohgasanfahr leitung wird nicht mehr vorgenommen. Damit werden Gas verluste und Gasverdichtungsaufwendungen vermieden.- The gas discharge via the torch and the raw gas start line is no longer made. This turns gas losses and gas compression costs avoided.
- - Die Gaskondensatableitung erfolgt bei Nutzung des Gas kondensatdrucksystems störungsfrei und ohne die Schad stoffemissionen, die beim Stopsystem auftreten. - The gas condensate drainage takes place when the gas is used condensate pressure system trouble-free and without the damage emissions that occur with the stop system.
- - Durch die Vergasungsstoffaufheizung im geschlossenen Drucksystem erfolgt eine bessere Ausnutzung der Dampf enthalpie und eine sicherere Zündung als bei druckloser Aufheizung. Die Dampfemission in die Atmosphäre wäh rend des Aufheizvorganges wird beseitigt.- Due to the gasification heating in the closed Pressure system takes better advantage of the steam enthalpy and a safer ignition than with unpressurized Heating. Select the vapor emission into the atmosphere The end of the heating process is eliminated.
Die Erfindung wird nachstehend mittels zweier Beispiele näher erläutert, wobei Beispiel 1 einen Zündvorgang dar stellt und Beispiel 2 einen Anfahrvorgang. Die für beide Beispiele zutreffende Fig. 1 zeigt ein Verfahrensschema.The invention is explained in more detail below by means of two examples, example 1 being an ignition process and example 2 a starting process. The true for both examples Fig. 1 shows a process scheme.
Der Zündvorgang wird durch folgende, nacheinanderablau fende Verfahrensschritte charakterisiert:The ignition process turns blue one after the other characterized process steps:
- 1. Vollschleusen des Reaktors 4 mit Kohle1. Full locks of the reactor 4 with coal
- 2. Inertisierung des mit Kohle gefüllten Reaktors 4 einschließlich des aus Waschkühler 5, Abhitzekessel 6 und Rohgasleitung 7 bestehenden Rohgasweges bis hin zum Inertisierungsstutzen 8 vor dem geschlossenen Trennschieber 9 in der Rohgasleitung mit Inertgas, bestehend aus N2 oder CO2, das über die entsprechen de Stickstoff- oder CO2-Leitung 1 herangeführt wird, über den Injektor 2 und die Vergasungsmittelgemisch leitung 3.2. Inerting the reactor 4 filled with coal including the raw gas path consisting of the washing cooler 5 , waste heat boiler 6 and raw gas line 7 up to the inerting nozzle 8 in front of the closed slide valve 9 in the raw gas line with inert gas consisting of N 2 or CO 2 , which correspond to the de Nitrogen or CO 2 line 1 is introduced, via the injector 2 and the gasification mixture line 3 .
- 3. Bespannung des mit Kohle gefüllten Reaktors mit Ver gasungsdampf über die Treibdampfleitung 10 mit einer Dampfmenge von 5 t/h bis zum Betriebsdruck. Dabei sind alle aus dem Rohgassystem abführenden Leitungen ge schlossen.3. Covering the reactor filled with coal with gasification gas Ver via the motive steam line 10 with a steam amount of 5 t / h to the operating pressure. All lines leading away from the raw gas system are closed.
- 4. Netzschaltung des Reaktors 4 bei Erreichung des Netz druckes im Reaktor.4. Mains circuit of the reactor 4 when the network pressure is reached in the reactor.
- 5. Vorwärmen der Kohle im Reaktor 4 mit einer Vergasungs dampfmenge von 15 t über die Treibdampfleitung 10, den Injektor 2 und die Vergasungsmittelgemischleitung 3.5. Preheating the coal in the reactor 4 with a gasification vapor amount of 15 t via the motive steam line 10 , the injector 2 and the gasification mixture line 3 .
- 6. Zünden des Vergasungsstoffes nach einer Aufheizzeit von einer Stunde bei einer Dampftemperatur nach dem Reaktor von über 523 K mittels eines Zünd-Anfahrver gasungsmittelgemisches mit unterkritischer Zusammen setzung von 2000 m3 i. N. N2/h und einem Volumenan teil des Sauerstoffs von 4% über die N2-Leitung 1 und der Mengenregelung 12. Die Dampfzuführung wird ausgesetzt.6. Ignition of the gasification substance after a heating-up time of one hour at a steam temperature after the reactor of over 523 K by means of an ignition-starting gas mixture with subcritical composition of 2000 m 3 i. N. N 2 / h and a volume share of the oxygen of 4% via the N 2 line 1 and the quantity control 12 . The steam supply is suspended.
-
7. Vergasungsmittelgemischeinstellung nach folgendem
Programm:
Der Volumenanteil des Sauerstoffs im Anfahrrohgas 30 Min. lang unter 1% liegt.
Bleibt bei einem Volumenanteil des Sauerstoffs von 9% im Zünd-Anfahrvergasungsmittel 30 Min. lang der Volumenanteil des Sauerstoffs im Anfahrrohgas unter 1%, wird auf ein reines Dampf-Sauerstoff-Gemisch Leitung 10 und 11 von 200 m3 i. N. O2/h und 1,5 t Dampf/h umgestellt.7. Gasification agent mixture setting according to the following program:
The volume fraction of oxygen in the raw gas is below 1% for 30 minutes.
If the volume fraction of oxygen in the starting raw gas remains at 30% for a period of 30 minutes with a volume fraction of oxygen of 9% in the ignition gasification medium, lines 10 and 11 of 200 m 3 i. N. O 2 / h and 1.5 t steam / h switched. - 8. Die Einstellung der Reaktorbelastung bzw. des Normal betriebes wird durchgeführt, wenn bei der letztge nannten Einstellung gemäß Punkt 7 in einem Zeitraum von 30 Min. der Volumenanteil des Sauerstoffes im An fahrrohgas unter 0,6% und die Rohgasaustrittstempe ratur 503 K beträgt. Die Erhöhung der O2-Menge er folgt in Schritten von 15 Min. um jeweils 100 m3 i. N. O2/h bei Einhaltung eines Dampf-Sauerstoff-Verhält nisses von 7,5 kg Dampf/m3 i. N. O2, wobei die Höhe des Dampf-Sauerstoff-Verhältnisses dem Ascheschmelz verhalten angepaßt wird.8. The setting of the reactor load or normal operation is carried out if the last mentioned setting according to point 7 within a period of 30 minutes. The volume fraction of oxygen in the raw gas to start is less than 0.6% and the raw gas outlet temperature is 503 K. The amount of O 2 is increased in steps of 15 minutes by 100 m 3 each. N. O 2 / h when maintaining a steam-oxygen ratio of 7.5 kg steam / m 3 i. N. O 2 , the height of the steam-oxygen ratio being adapted to the ash melt.
Der Unterschied zum Zündvorgang resultiert aus den sich unterscheidenden Ausgangsbedingungen im Reaktor. Ist zum Beginn eines Zündvorganges der Reaktor noch völlig leer, so befindet sich bei Einleitung eines Anfahrvorganges schon ein gezündeter Vergasungsstoff im Reaktor. Der artige Bedingungen entstehen meist, wenn Generatoren zum Zwecke der Erledigung bestimmter Reparaturarbeiten außer Betrieb genommen werden müssen. The difference to the ignition process results from the different starting conditions in the reactor. Is for Start of an ignition process the reactor is completely empty, so is when initiating a start-up process already an ignited gasification substance in the reactor. The like conditions usually arise when generators for Purposes of performing certain repair work except Must be put into operation.
Die einzelnen Verfahrensschritte für einen Anfahrvorgang sind:The individual process steps for a start-up process are:
- 1. Inertisierung des Reaktors über die Inertisierungs leitung 13 am Reaktorkopf bis hin zum Inertisierungs stutzen 8 vor dem geschlossenen Trennschieber 9 in der Rohgasleitung mittels Inertgas. Der Volumenanteil des Sauerstoffs in der Rohgasleitung muß kleiner als 4% betragen.1. Inerting the reactor via the inerting line 13 on the reactor head to the inerting nozzle 8 before the closed slide valve 9 in the raw gas line by means of inert gas. The volume fraction of oxygen in the raw gas line must be less than 4%.
- 2. Einleitung eines Zünd-Anfahrvergasungsmittelgemisches über die Leitung 1 mit unterkritischer Zusammensetzung von 2000 m3 i. N./h und einem Volumenanteil des Sauer stoffs von 4% mittels Mengenregelung 12 in den Reak tor 4. DAbei sind alle aus dem Rohgassystem abführen den Leitungen geschlossen.2. Initiation of an ignition-starting gasifying agent mixture via line 1 with a subcritical composition of 2000 m 3 i. N./h and a volume fraction of the oxygen of 4% by means of quantity control 12 in the reactor 4 . All lines leading out of the raw gas system are closed.
- 3. Netzschaltung des Reaktors bei Erreichung des Netz druckes im Reaktor. Der Volumenanteil des Sauerstoffs im Anfahrrohgas muß kleiner 5% sein.3. Mains connection of the reactor when the network is reached pressure in the reactor. The volume fraction of oxygen in the starting raw gas must be less than 5%.
- 4. Die weiteren Verfahrensschritte verlaufen analog der Punkte 7. und 8. des Zündvorganges.4. The further process steps proceed analogously to Points 7 and 8 of the ignition process.
Verzeichnis der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used
1 Stickstoff- bzw. CO2-Leitung
2 Injektor
3 Vergasungsmittelgemischleitung
4 Reaktor
5 Waschkühler
6 Abhitzekessel
7 Rohgasleitung
8 Inertisierungsstutzen
9 Trennschieber
10 Treibdampfleitung
11 Sauerstoffleitung
12 Mengenregelung
13 Inertisierungsleitung am Reaktorkopf 1 nitrogen or CO 2 line
2 injector
3 gasification agent mixture line
4 reactor
5 washer coolers
6 waste heat boilers
7 Raw gas line
8 inerting nozzle
9 slide gate valve
10 motive steam line
11 oxygen line
12 Quantity control
13 Inerting line on the reactor head
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