WO2013037722A1

WO2013037722A1 - Quenchsystem zur kühlung und waschung staubführender vergasungsrohgase

Info

Publication number: WO2013037722A1
Application number: PCT/EP2012/067618
Authority: WO
Inventors: Tino Just; Manfred Schingnitz; Norbert Fischer; Manfred JÄNIG; Heidrun Toth
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2014-03-14
Also published as: US20140345466A1; CN103796730B; CN103796730A; US9504951B2

Abstract

Es werden Vorrichtungen beschrieben, die zu einer verbesserten Staubabscheidung in einer Quencheinrichtung führen, die einer Flugstromvergasung nachgeordnet ist. Durch Anordnung einer Strömungsschikane mit zweifacher Umlenkung des Rohgases um 180°C und zusätzlicher Bedüsung wird der Abscheideeffekt erhöht. Diese Anordnung kann einseitig, doppelseitig oder mit einem zusätzlichen Wehr ausgestaltet sein.

Description

Beschreibung

Quenchsystem zur Kühlung und Waschung staubführender Vergasungsrohgase

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Quenchen und Waschen von Rohgas in einer Vergasungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich auf eine Flugstromvergasung unterschiedlicher aschehaltiger fester und flüssiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Drücken bis 10 MPa und Vergasungstemperaturen bis 1.900°C. Feste Brennstoffe sind dabei zu Staub aufgemahlenen Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, Petrolkokse sowie andere mahlbare Feststoffe aus der Abfall- und Recyclingwirtschaft. Unter flüssigen Brennstoffen sind Öle, Öl- Feststoff- Suspensionen, aber auch Kohle- Wasser- Suspensionen, sogenannte Slurries zu verstehen. In der Technik der Gaserzeugung ist die autotherme Flugstromvergasung langjährig bekannt. Das

Verhältnis von Brennstoff zu sauerstoffhaltigen Vergasungs^¬ mittel wird dabei so gewählt, dass man Temperaturen erreicht, die über dem Schmelzpunkt der Brennstaubasche liegen. Dann wird die Asche zu flüssiger Schlacke aufgeschmolzen, die ge- meinsam mit dem Vergasungsgas den Vergasungsraum verlässt und anschließend gekühlt wird. Eine ausführliche Beschreibung des Standes der Technik mit verschiedener Ausgestaltung des

Quenchsystemes finden sich in J. Carl u. a., NOELL- KONVERSATIONSVERFAHREN, EF- VERLG für Energie- und Umwelt- technik GmbH 1996. Die darin beschriebene direkte Kühlung von heißem Vergasungsrohgas und flüssiger Schlacke durch Ein^¬ spritzen von Wasser im Überschuss kühlt das Rohgas bis auf Sättigungstemperatur, die vom Vergasungsdruck abhängig ist. Beträgt der Vergasungsdruck beispielsweise 40bar, so wird das Rohgas auf ca. 210 °C abgekühlt und ist wasserdampfgesättigt . Die gleichfalls abgekühlte Schlacke sammelt sich im Wasserbad im Unterteil des Quenchraumes und wird ausgeschleust, das wasserdampfgesättigte Rohgas verlässt den Quenchraum seitlich und wird weiteren Reinigungsstufen beispielsweise einer Ven- turiwäsche zur weiteren Staubabscheidung zugeführt. Die Bereitstellung des Quenchwassers erfolgt dabei über einen Pro^¬ zesswasserkreislauf, dem nach der Feststoffabscheidung Pro- zesskondensate und Frischwasser ergänzend zugeführt werden. Die im Stand der Technik dargestellten Lösungen besitzen den Nachteil, dass ein erheblicher Teil des vom Rohgas mitgeführten, aus kleinen Schlacketeilchen und Russ bestehenden Feststoffes, in diesen einfachen Systeme nicht ausgewaschen wer- den und die nachfolgenden Reinigungsstufen überfordern. Die feinen Feststoffe werden teilweise durch die gesamte Prozess^¬ kette transportiert und führen zu Betriebsstörungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Quenchung in einer Vergasungseinrichtung anzugeben, die eine sichere Kühlung des Vergasungsrohgases gewährleistet und gleichzeitig einen hohen Anteil des mitgeführten Staubes ab^¬ scheidet und im Überschusswasser bindet. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des 1. Anspruches gelöst.

Das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte Rohgas weist eine erhebliche Reduktion in der Beladung mit Partikeln auf.

Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.

Die Erfindung wird im Folgenden in 3 Beispielen in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von 3 Figuren näher erläutert .

Dabei zeigen: Fig. 1 Vorrichtung zur Staubabscheidung durch eine Schikane mit Haube 10 und innerer Trennwand 9 mit einsei^¬ tiger Rohgasabführung, Fig. 2 Vorrichtung zur Staubabscheidung durch eine Schikane mit Haube 10 und innerer Trennwand 9 mit doppel^¬ ter Rohgasabführung,

Fig. 3 Vorrichtung zur Staubabscheidung mit zusätzlichem

Wehr .

Beispiel 1 nach Figur 1:

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Ele- mente .

In einer Vergasungsanlage mit einer Leistung von 500MW werden 80t/h Steinkohle mit einem Aschegehalt von 9 Ma% bei Tempera^¬ turen von 1.650°C und einem Druck von 42 bar vergast. Die da- bei entstehende Rohgasmenge von 130.000 Nm³/h gelangt dabei gemeinsam mit der Schlacke 1 in das Oberteil des Quenchraumes (hier nicht gezeigt) und wird mit Quenchwasser aus Düsenrin^¬ gen besprüht. Dabei kühlt sich das Rohgas gemeinsam mit der Schlacke auf 210°C ab. Ein Teil des Quenchwassers wird wäh- rend des Kühl- und Waschvorganges verdampft, so dass die feuchte Rohgasmenge auf 230.000 Nm3/h steigt. Im Unterteil des Quenchraumes 2 befindet sich das Wasserbad 7, das in der Höhe zwischen einem Minimal- (Min) und Maximalstand (Max) ge^¬ regelt wird. Der Quenchraum ist vom Druckmantel 3 umgeben, seinem Schutz dient die innere Schutzwand 4. Das Rohgas wird vom oberen Spiegel des Wasserbades 7 nach oben abgelenkt. Durch die Fliehkraft der Feststoffpartikel wird durch die Um- lenkung ein erheblicher Teil in das Wasserbad verbracht. Die^¬ se abgeschiedenen Feststoffpartikel werden gemeinsam mit dem Überschusswasser aus dem Wasserbad 7 über eine Abführung 8 aus dem Quenchraum entfernt.

Ein Rohgasabgang 6 ist oberhalb des maximalen Wasserspiegels Max des Wasserbades 7 angeordnet. Vor dem Rohgasabgang 6 in dem Quenchraum ist eine Trennwand 9 so angeordnet, dass sie beiderseits des Rohgasabganges 6 mit der inneren Wandung 4 des Quenchraumes 2 abschließt. Das untere Ende der Trennwand 9 taucht unterhalb des minimalen Wasserspiegels Min des Was- serbades 7 ein derart, dass das von der Trennwand vom Quench- raum abgegrenzte Volumen mit dem Wasserbad kommunizieren kann. Das von der Trennwand vom Quenchraum abgegrenzte Volu^¬ men ist nach oben offen. Die von der Trennwand vom Quenchraum abgegrenzte Querschnittsfläche beträgt 5 bis 10 Prozent, vor^¬ zugsweise 7 Prozent, der gesamten Querschnittsfläche des Quenchraumes 2. Das obere Ende der Trennwand 9 überragt die Oberkante des Rohgasabganges 6. Das obere Ende der Trennwand 9 wird von einer Haube 10 derart überdeckt, dass sie einer- seits mit der inneren Wandung 4 des Quenchraumes 2 abschließt und andererseits die Unterkante der Haube unterhalb des obe^¬ ren Endes der Trennwand 9 endet. Die Unterkante der Haube en^¬ det beispielsweise auf Höhe der Mittelachse des Rohgasabgan^¬ ges 6. Die Haube fällt zur Mitte des Quenchraumes hin ab, was ein Abfließen von Schlacke begünstigt. Die Haube bildet also nach oben ein Dach über dem von der der Trennwand abgetrennten Querschnittsfläche derart, dass ein unmittelbarer Zugang von Rohgas und Schlacke von oben in die von der der Trennwand abgetrennte Querschnittsfläche verhindert ist.

Die von der Haube vom Quenchraum abgegrenzte Querschnittsflä^¬ che beträgt 10 bis 20 Prozent, vorzugsweise 15 Prozent, der gesamten Querschnittsfläche des Quenchraumes 2. In einer be^¬ sonderen Ausführungsform beträgt die von der Trennwand abge- trennte Querschnittsfläche die Hälfte der von der Haube abge^¬ trennten Querschnittsfläche. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die von der Trennwand abgetrennte Quer^¬ schnittsfläche weniger als die Hälfte der von der Haube abge^¬ trennten Querschnittsfläche.

Das Rohgas wird über der Wasseroberfläche des Wasserbades um^¬ gelenkt und dabei vom Staub entfrächtet. Weiter strömt das Rohgas in dem aus der Haube 10 und der inneren Trennwand 9 gebildeten Raum nach oben, nach einer weiteren Umlenkung über das obere Ende der Trennwand verlässt das gewaschene Rohgas in abwärts gerichteter Strömung das Unterteil des Quenchrau^¬ mes 2 über den Rohgasabgang 6 und gelangt in weitere Reinigungsstufen (hier nicht gezeigt) . Der Rohgasweg ist so dimensioniert, dass die von der Trenn^¬ wand abgetrennte Querschnittsfläche nicht kleiner ist als die Querschnittsfläche des Rohgasabganges 6 und die Querschnitts^¬ fläche zwischen Haube und Trennwand nicht kleiner ist als von der Trennwand abgetrennte Querschnittsfläche ist. Der Rohgas^¬ weg weist also über seine gesamte Länge mindestens den Quer^¬ schnitt des Rohgasabganges 6 auf.

Unter der Haube sind Waschdüsen 5 angeordnet, aus denen

Waschwasser zur Reinigung des Rohgases nach unten ausgedüst wird. Die Waschdüsen können oberhalb des oberen Endes der Trennwand angeordnet sein. Eine Waschdüse kann so angeordnet sein, dass sie Waschwasser in den Raum zwischen Haube und Tennwand, also dem aufsteigenden Rohgas entgegen, sprüht. Eine Waschdüse kann so angeordnet sein, dass sie Waschwasser in den von der Trennwand abgetrennten Raum, also in Richtung des herunterströmenden Rohgases, sprüht. Sind mehrere Waschdüsen 5 angeordnet, die Waschwasser in den Raum zwischen Haube und Tennwand sprühen, können sie über den mittleren Abstand zwischen Trennwand und Haube verteilt angeordnet sein. Weist die Trennwand und die Haube die Form eines jeweiligen Kreisseg^¬ ments auf, können die Waschdüsen 5 bogenförmig angeordnet sein .

Die innere Trennwand 9 ist unten zum Wasserbad 7 geöffnet, um das Waschwasser aus den Waschdüsen 5 und abgeschiedenen Staub aufnehmen zu können.

Beispiel 2 nach Fig. 2:

Es gelten die gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1. Die aus innerer Trennwand 9 und Haube 10 gebildete Schikane wird ge^¬ meinsam mit dem Rohgasabgang 6 in symmetrischer Form doppelt ausgeführt. Dadurch sinken die Strömungsgeschwindigkeiten und die Staubabscheidung verbessert sich weiter. Dies geht mit einer Verengung im Unterteil des Quenchraumes 2 einher.

Beispiel 3 nach Fig. 3: Es gelten die gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1. Durch Schwankungen im Betriebsdruck kann es auch zu stärkeren

Schwankungen des maximalen Füllstandes im Wasserbad 7 kommen mit der Gefahr des Überreißens von feststoffhaltigem Quench- wasser aus dem Wasserbad 7 über den Rohgasabgang 6 in nachgeschaltete Anlagenteile. Durch die Anordnung des Wehres 11 kann der maximale Füllstand weiter erhöht und diese Gefahr des Überreißens reduziert beziehungsweise verhindert werden. In der von der Trennwand abgetrennten Querschnittsfläche ist eine als Wehr wirkende Blende 11 angeordnet derart, dass sie unterhalb des Rohgasabgangs 6 mit der inneren Wandung des Quenchraumes abschließt und zur Mitte des Quenchraumes hin ansteigt. Die Ränder der Blende beiderseits des Rohgasabgangs schließen mit der Trennwand ab. Auf der dem Rohgasabgang ge- genüberliegenden Seite der Blende ist ein Spalt zur Trennwand zum Druckausgleich belassen. Der zulässige maximale Wasserstand Max des Wasserbades kann oberhalb der Unterkante des Rohgasabgangs und unterhalb des von der Blende belassenen Spaltes liegen.

Das von der Trennwand abgegrenzte Volumen beziehungsweise der von der Trennwand abgegerenzte Raum kommuniziert am unteren Ende der Trennwand mit dem Wasserbad und am oberen Ende der Trennwand mit dem Quenchraum.

Die Erfindung ist auch gegeben durch eine Vorrichtung zur Ab- scheidung mitgeführter Feststoffe aus einem Rohgas der Flugstromvergasung unter Druck in einem dem Vergasungsraum nachgeschaltetem Quenchraum durch Einspritzen von Quenchwasser im Überschuss und Abkühlung des Rohgases bis auf Sättigungstem^¬ peratur bei der das Rohgas durch die Anordnung eine Haube 10 und einer inneren Trennwand 9 zu einer zweimaligen Richtungsänderung um 180° gezwungen wird und vor dem Rohgasaustritt 6 eine verbesserte Feststoffabscheidung erfährt.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird das Rohgas im Bereich der zweiten Richtungsänderung um 180 °C durch Bedüsung 5 zusätzlich gewaschen. In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung besitzt die innere Trennwand 9 eine offene Verbindung zum Wasserbad 7.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die Haube

10 nach oben gasdicht verschlossen.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird die aus Haube 10 und innerer Trennwand 9 bestehende Schikane gemein^¬ sam mit dem Rohgasabgang 6 gedoppelt oder mehrfach ausgeführt .

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist ein Wehr

11 angeordnet mit dem Vorteil, dass der Füllstand des Wasser^¬ bades 7 erhöht werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Abscheidung mitgeführter Feststoffe aus dem Rohgas einer unter vielfachem Atmosphärendruck betriebe- nen Flugstromvergasungseinrichtung mit einem dem Vergasungsraum nachgeschalteten Quenchraum für ein Einspritzen von Quenchwasser im Überschuss und Abkühlung des Rohgases bis auf Sättigungstemperatur, bei der

• in dem Quenchraum (2) vor dem Rohgasabgang (6) eine

Trennwand (9) angeordnet ist, die beiderseits des Roh^¬ gasabganges (6) mit der inneren Wandung des Quenchraumes abschließt,

• die Trennwand am oberen Ende und am unteren Ende offen ist,

· das untere Ende der Trennwand in das Wasserbad am Boden des Quenchraumes eintaucht,

• das obere Ende der Trennwand höher liegt als die Ober^¬ kante des Rohgasabgangs (6),

• das obere Ende der Trennwand von einer Haube (10) über- dacht ist,

• die untere Kante der Haube tiefer liegt als das obere Ende der Trennwand derart, dass das Rohgas über der Oberfläche des Wasserbades (7) am Boden des Quenchraumes unter Abscheidung von Partikeln in das Wasserbad nach oben in den Raum zwischen Haube und Tennwand aufsteigend umgelenkt wird, über die obere Kante der Trennwand ab^¬ wärts strömend umgelenkt wird und den Rohgasabgang (6) verlässt .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

unter der Haube Waschdüsen (5) zum Ausdüsen von Waschwasser zur Reinigung des Rohgases angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Waschdüsen (5) oberhalb des oberen Endes der Trennwand (9) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der Rohgasweg vom Quenchraum (2) zum Rohgasabgang (6) mindes- tens den Querschnitt des Rohgasabganges aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die Haube (10) zur Mitte des Quenchraumes (2) hin abfallend ausgestaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

in der von der Trennwand abgetrennten Querschnittsfläche eine Blende (11) angeordnet ist derart, dass sie

• unterhalb des Rohgasabganges (6) mit der inneren Wandung des Quenchraumes abschließt,

• zur Mitte des Quenchraumes hin ansteigt,

• beiderseits des Rohgasabgangs mit der Trennwand (9) ab^¬ schließt und

• auf der dem Rohgasabgang abgewandten Seite einen Spalt zur Trennwand hin belässt.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

eine Mehrzahl von Rohgasabgängen (6) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Waschdüse (5) senkrecht über dem Kanal für das aufstei^¬ gende Rohgas zwischen Haube und Trennwand angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Waschdüse (5) senkrecht über dem von der Trennwand abge^¬ grenzten Kanal für das hinabströmende Rohgas angeordnet ist.