DE3727146C1

DE3727146C1 - Verfahren zum Anfahren eines Vergasers

Info

Publication number: DE3727146C1
Application number: DE3727146A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl-Chem Dr Bruengel; Hermann-Josef Ing Schumacher
Original assignee: Rheinische Braunkohlenwerke AG
Current assignee: Rheinbraun AG
Priority date: 1987-08-14
Filing date: 1987-08-14
Publication date: 1988-09-22
Also published as: EP0303851A2; ES2022549B3; US4881949A; EP0303851A3; DE3863326D1; GR3002165T3; CN1031249A; EP0303851B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Vergasers zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff mit Hilfe von sauerstoffhaltigem Vergasungsmittel in der Wirbelschicht.

Zum Anfahren, d. h. Aufheizen von Vergasern zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff in der Wirbelschicht, beispiels weise HTW-Vergaser (HTW = Hoch Temperatur Winkler), geht man bisher so vor, daß man den Vergaser mit einem Inertgas, bei spielsweise Stickstoff füllt, unter Druck bringt und die Dichtig keit prüft. Die Dichtigkeitsprüfung wird mit Inertgas durch geführt, damit sauerstoffhaltige Gasbestandteile, die sich trotz vorangegangener Inertgasspülung noch in dem Vergaser bzw. in dessen Ausmauerung befinden und zu unerwünschten Reaktionen führen könnten, entfernt bzw. zu ungefährlicher Konzentration verdünnt werden.

Im Anschluß an die Dichtigkeitsprüfung wird der Vergaser mit normalen Gasbrennern, sogenannten Aufheizbrennern, drucklos auf eine Temperatur aufgeheizt, die wenigstens der späteren Verga sungstemperatur, beispielsweise zwischen 800 und 1000°C ent spricht. Das Erreichen der Aufheiztemperatur wird durch Messung am Kopf des Vergasers festgestellt.

Nach der Beendigung des Aufheizens werden die Aufheizbrenner im heißen Zustand demontiert während gleichzeitig sämtliche Zufuhr von Inertgas abgestellt wird. An den Stellen, wo die Aufheiz brenner demontiert wurden, werden die Öffnungen anschließend mit Blinddeckeln verschlossen. Wegen der Möglichkeit des Rückströmens heißer Gase ist das Entfernen der Aufheizbrenner von dem aufge heizten Vergaser nur unter großen Sicherheitsvorkehrungen mög lich.

Nachdem die Öffnungen des aufgeheizten Vergasers mit den Blind deckeln verschlossen sind, wird der Vergaser abermals mit Inert gas gespült, um sauerstoffhaltige Gase auszutreiben, die bei der Demontage der Aufheizbrenner in den Vergaser eingedrungen sein können. Diese erneute Inertgasaufgabe erfolgt noch drucklos, sie ist jedoch nachteilig, da sich dabei der Vergaser unvermeidlich abkühlt. Die Resttemperatur von etwa 500 bis 600°C reicht aber aus, um anschließend in den Vergaser eingeführten Zündbrennstoff, beispielsweise Braunkohlenkoks, zu entzünden und unter allmäh licher Zufuhr von sauerstoffhaltigem Vergasungsmittel den Ver gasungsprozeß in Gang zu bringen. Dabei wird jeweils nur soviel Sauerstoff mit dem Vergasungsmittel zugeführt, daß ein unter stöchiometrischer Umsatz des Zündbrennstoffs stattfinden kann, um auf jeden Fall das Vorhandensein von nicht umgesetztem Sauerstoff in dem Vergaser zu verhindern. Die Brennstoffzufuhr wird ge steigert und im Maße der Umsetzung erhöht sich die Temperatur, bis schließlich auf den regulären Vergaserbetrieb mit frischem, kontinuierlich zugeführten Brennstoff und sauerstoffhaltigem Vergasungsmittel umgeschaltet werden kann.

Die bekannte Art des Aufheizens bzw. Anfahrens eines Vergasers ist schwierig und nur mit Hilfe von aufwendigen Sicherheitsvor kehrungen durchführbar. Außerdem geht ein beträchtlicher Teil der eingebrachten Energie durch die notwendige Inertisierung nach dem Aufheizprozeß wieder verloren.

Daraus ergibt sich die Aufgabe für die vorliegende Erfindung, das Anfahren eines Vergasers zu vereinfachen, zu verkürzen, sicherer zu machen und die für das Aufheizen eingebrachte Energie ohne wesentliche Verluste für den anschließenden Vergasungsprozeß zu nutzen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Vergaser mit einem inerten, gasförmigen Medium gefüllt und unter einen Überdruck gebracht wird und, nach Feststellung der Dicht heit, in einer mit dem unteren Teil des Vergasers verbundenen Brennkammer ein brennbares Gasgemisch mit Hilfe einer unter Druck funktionierenden Zündvorrichtung gezündet und im wesentlichen unter Einhaltung des Überdrucks mindestens so lange verbrannt wird, bis die Temperatur innerhalb des Vergasers der Vergasungs temperatur entspricht.

Die Durchführung des Verfahrens ist demnach an das Vorhandensein einer Zündvorrichtung gebunden, die unter Druck funktioniert und beispielsweise aus der DE-PS 28 32 115 der Anmelderin bekannt ist. Die bekannte Zündvorrichtung wird erfindungsgemäß an einer Brennkammer angeordnet, die am unteren Teil des Vergasers vorge sehen ist und dazu dient, ein zündfähiges Gemisch z. B. von Luft und Brenngas zu verbrennen. Da sowohl das Zünden dieses brenn fähigen Gemischs als auch seine Verbrennung unter Druck erfolgen können, ist es möglich, nach dem Inertisieren und der Dichtig keitsprüfung des Vergasers die Verbrennung einzuleiten, ohne daß zwischendurch eine Druckabsenkung vorgenommen werden muß. Damit wird gewährleistet, daß erneute Undichtigkeiten durch die Demon tage von Teilen, beispielsweise den bekannten Aufheizbrennern und/oder durch die zwischenzeitliche Absenkung des Drucks an dem Vergaser nicht mehr auftreten können.

Die in der Brennkammer erzeugten heißen Verbrennungsgase sind dazu geeignet, den nach und nach in größeren Mengen zugeführten Brennstoff innerhalb des Vergasers in reduzierender Atmosphäre auf Zündtemperatur zu erhitzen und damit bereits Endvergasungsreak tionen einzuleiten. Mit Fortschreiten dieser Umsetzung wird dem Vergaser nach und nach sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel zugeführt. Auf diese Weise wird der Vergaser in verhältnismäßig kurzer Zeit und mit großer Betriebssicherheit auf Leistung gebracht.

Mit fortschreitendem Vergasungsprozeß wird die Menge des in der Brennkammer verbrannten Gasgemischs zurückgenommen. Die Verbren nung in der Brennkammer kann sogar völlig abgeschaltet werden. Da über die jederzeit einschaltbare Zündvorrichtung die Zündflamme wieder neu erzeugt werden kann, besteht die Möglichkeit, die Verbrennung wieder einzuschalten, wenn der Vergasungsbetrieb eine Zeitlang unterbrochen werden sollte.

Insgesamt ergeben sich mehrere Vorteile, nämlich:

- daß die Dichtigkeitsprüfung und der Aufheiz- und Anfahrprozeß bereits bei dem gewählten Betriebsdruck erfolgen,
- daß die Brennkammer einschließlich der Zündvorrichtung mit dem Vergaser verbunden ist und betriebsbereit bleibt,
- daß die Verbrennung in der Brennkammer mit einem Brenngas überschuß arbeitet,
- daß die Verbrennung des Brenngases sowohl mit Sauerstoff als auch mit Luft erfolgen kann,
- daß die Zündung der Verbrennung in der Brennkammer mittels Thermoelementen überwacht werden kann,
- daß die Zündung der Verbrennung in der Brennkammer mit Hilfe einer kontinuierlich betriebenen, und unter Druck funktionie renden Zündvorrichtung, erfolgt,
- daß die Zündvorrichtung jederzeit wieder gestartet werden kann,
- daß bei mehrsträngigen Vergasungsanlagen das Produktgas als Brenngas eingesetzt werden kann,
- daß ein Einzelvergaser innerhalb einer mehrsträngigen Verga sungsanlage immer betriebsbereit gehalten und innerhalb kür zester Frist auf Leistung gebracht werden kann (stand-by-Be trieb), und
- daß die Anfahrzeiten des Vergasers verkürzt werden können.

Neben dem Verfahren wird eine Vorrichtung zum Anfahren eines Vergasers zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff mit Hilfe von sauerstoffhaltigem Vergasungsmittel in der Wirbel schicht unter Druck vorgeschlagen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß eine druckfeste Brennkammer zur Verbrennung eines brennbaren Gasgemischs mit einer unter Druck funktionierenden Zündvorrichtung mit dem unteren Teil des Vergasers wenigstens zeitweise verbunden ist. Die Brennkammer kann über einen öffen baren Schieber mit dem Vergasungsraum des Vergasers zeitweise verbunden werden.

Vorteilhaft wird die Brennkammer zur Längsachse des Vergasers unter einem spitzen Winkel angeordnet, denn diese Schrägstellung der Brennkammer erleichtert das Wiederanfahren. Die Schrägstel lung der Brennkammer stellt nämlich sicher, daß aus der Wirbel schicht in die Brennkammer eingedrungener Brennstoff, der zur Vergasung vorgesehen ist, unter der Wirkung der Schwerkraft aus der Brennkammer immer wieder abfließen kann. Sofern die Schwer kraft allein nicht ausreicht, wird die restliche Beseitigung durch die Strömung der Brenngase erzielt, die in der Brennkammer verbrennen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Die Figur zeigt das Schema eines Vergasers im Schnitt.

Der Vergaser 1 dient zur Umwandlung von Brennstoff 2, welcher über eine Eintragsvorrichtung 3 in den unteren Teil 4 des Ver gasers 1 eingebracht und dort mit Hilfe von sauerstoffhaltigem Vergasungsmittel 5, welches dem Vergaser 1 über eine Mehrzahl von Düsen (nicht gezeigt) zugeführt wird, in Gas umgesetzt wird. Die Umsetzung des Brennstoffs 2 mit Hilfe des Vergasungsmittels 5 erfolgt innerhalb einer Wirbelschicht 6. Bei der Umsetzung herrschen innerhalb des Vergasers 1 Temperaturen zwischen 800 und 1000°C und Drücke zwischen 5 und 30 bar.

Am Kopf 7 des Vergasers 1 befindet sich der Austrag 8 in dessen Weg ein Schieber 9 angeordnet ist, mit dessen Hilfe der Verga sungsdruck innerhalb des Vergasers 1 eingestellt werden kann. Am unteren Ende des unteren Teils 4 des Vergasers 1 ist ein Aus tragsorgan 10 vorgesehen, über welches die nicht umwandelbaren Bestandteile 11 des Brennstoffs 2 abgezogen werden.

An einem Stutzen 12, der unter einem spitzen Winkel seitlich neben dem unteren Teil 4 des Vergasers 1 heraufragt, ist eine Brennkammer 13 angeschlossen, die mit dem Vergaser 1 dauerhaft verbunden ist und von dem Vergaser 1 gegebenenfalls durch einen absperrbaren Schieber 14 getrennt wird. In der Brennkammer 13 wird ein brennbares Gasgemisch 15 verbrannt, welches beispiels weise aus Erdgas, Produktgas oder einem Gemisch aus CO/H₂ be steht. Die Verbrennung erfolgt unter Druck mit Hilfe von Sauer stoff 16 oder Luft, wobei durch Einstellung der Mengenverhält nisse zwischen den Gasen 15 und 16 dafür gesorgt wird, daß immer nur eine partielle Verbrennung des Brenngases 15 stattfinden kann und ein Überschuß von Sauerstoff vermieden wird. Die Verbrennung in der zugeschalteten Brennkammer 13 erfolgt kontinuierlich und das Entstehen von explosionsfähigen Gasgemischen wird dadurch ausgeschlossen.

Zur Zündung der Verbrennung innerhalb der Brennkammer 13 dient eine Zündvorrichtung 17, wie sie beispielsweise in der DE-PS 28 32 115 ausführlich beschrieben ist. Mit Hilfe dieser Zündvorrichtung 17 ist es möglich, die Verbrennung in der Brenn kammer 13 unter Druck in Gang zu halten und jederzeit wieder in Gang zu bringen.

Zum Anfahren des Vergasers 1 werden in der Brennkammer 13 bei spielsweise 2000 m³/h Brenngas 15 mit 200 m³/h Sauerstoff 16, d. h. im Verhältnis von 10 : 1 verbrannt. Sobald die Vergasungs temperatur in der Nähe von 900°C innerhalb des Vergasers 1 erreicht ist, erfolgt die Zufuhr von kohlenstoffhaltigem Brenn stoff 2 und die allmählich gesteigerte Zugabe von sauerstoff haltigem Vergasungsmittel 5, beispielsweise Luft, Dampf oder O₂, bis die Vergasung in Gang ist. Danach wird die Brennkammer 13 entweder über den absperrbaren Schieber 14 vom Wirkungsraum des Vergasers 1 getrennt oder bei geöffneter Verbindung 14 kann eine Zündflamme 18 an der Zündvorrichtung 17 unterhalten werden, während die Zufuhr von brennbarem Gas 15 und Sauerstoff 16 abgeschaltet ist.

Beim erfindungsgemäßen Anheizen des Vergasers 1 wird grundsätz lich mit einem Gasgemisch gearbeitet, das sich durch einen Mangel an Sauerstoff auszeichnet und daher nicht explosionsfähig ist. Bei der Verbrennung dieses Brenngases verbleibt ein unverbrannter Überschuß, der am Austritt 8 des Vergasers 1 in ein Heizgassystem oder Kraftwerk (nicht gezeigt) abgegeben und dort vollständig verbrannt werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Anfahren eines Vergasers zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff mit Hilfe von sauerstoff haltigem Vergasungsmittel in der Wirbelschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser mit einem inerten, gasförmigen Medium gefüllt und unter einen Überdruck gebracht wird, und, nach Feststellung der Dichtheit, in einer mit dem unteren Teil des Vergasers verbundenen Brennkammer ein brennbares Gasgemisch mit Hilfe einer unter Druck funktionierenden Zündvorrichtung gezündet und im wesentlichen unter Einhaltung des Überdrucks mindestens solange verbrannt wird, bis die Temperatur innerhalb des Vergasers der Vergasungstemperatur entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vergaser während der Verbrennung des Gasgemischs eine zunehmende Menge an Brennstoff zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vergaser während der Verbrennung des Gasgemischs eine zunehmende Menge an Vergasungsmittel zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des Gasgemischs in der Brennkammer während der Vergasung des Brennstoffs im Vergaser abgeschaltet oder bis auf das Brennen einer Zündflamme an der Zündvor richtung eingeschränkt wird.

5. Vorrichtung zum Anfahren eines Vergasers zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff mit Hilfe von sauerstoff haltigem Vergasungsmittel in der Wirbelschicht unter Druck, dadurch gekennzeichnet, daß eine druckfeste Brenn kammer (13) zur Verbrennung eines brennbaren Gasgemischs (15, 16) mit einer unter Druck funktionierenden Zündvor richtung (17) mit dem unteren Teil (4) des Vergasers (1) wenigstens zeitweise verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (13) über einen öffenbaren Schieber (14) mit dem Vergaser (1) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß die Brennkammer (13) zur Längsachse des Vergasers (1) in einem spitzen Winkel angeordnet ist.