DE3447265C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Erzeugung von überhitztem Dampf mit Hilfe heißer Reaktionsgase eines Gaserzeugers, in dem Kohle oder kohlenstoffhaltige Materialien vergast werden.

Aus "Brennstoff-Wärme-Kraft" 1976 Nr. 2, Seiten 57 bis 60 ist ein Verfahren gemäß Oberbegriff des gelten­ den Anspruchs 1 bekannt. Der dort beschriebene Wink­ ler-Vergaser arbeitet mit Drucken von 3 bis 15 bar und bei Temperaturen von 900 bis 1200°C.

Ausgehend von einem Verfahren gemäß Oberbegriff ist es Aufgabe der Erfindung, hohe Wärmemenge aus dem Gaserzeuger, insbesondere einem bei hohen Vergasungs­ temperaturen und -drucken arbeitenden Kohledruckver­ gasungsreaktor abzuführen und höhere Überhitzungstem­ peraturen bis zu 550°C zu erzielen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und die Merkmale des Vorrich­ tungsanspruchs 8 zur Durchführung dieses Verfahrens gelöst.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der hochgespannte Dampf zwischen Strahlungsverdampfung und Strahlungsüberhitzung einer weiteren Verdampfung oder Überhitzung unterworfen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Strahlungsverdampfung mehrstufig erfolgt, vorzugsweise in zwei Stufen.

Um die im Dampf mitgeführte Flüssigkeit beziehungs­ weise das im Dampf mitgeführte Wasser vom Dampf zu trennen, wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung der aus der ersten Stufe austretende, hoch­ gespannte Dampf über einen Wasserabscheider geführt, bevor er in der zweiten Stufe der Strahlungsüber­ hitzung unterworfen wird. Diese Betriebsweise gilt für den Anfahr-, Abfahr- und Teillastbereich. Im Lastbereich 50-130% kann der Dampferzeuger im Abhitzesystem im Zwangsdurchlauf und im Lastbereich <50% im Zwangsumlauf betrieben werden.

Zur Erreichung von überkritischem Betrieb der Strah­ lungsverdampfung ist zwischen Verdampfer und Trenn­ gefäß ein Druckhalteventil dampf- und wasserseitig vorgesehen. Für die Überhitzerstufen kann somit jeder beliebige Dampfdruck eingehalten werden.

Um die Reaktionsgase des Gasgenerators von Vergasungs­ rückständen in der Endstufe freizuhalten, werden nach einer weiteren vorteihaften Ausgestaltung der Erfin­ dung die Reaktionsgase des Gasgenerators, vor Durch­ strömen der als Konvektivüberhitzer ausgebildeten Endstufe, weitgehend von den Feststoffen befreit.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden die Heizflächen einer mechanischen Staub-Abreinigung unterworfen. Die Reinigung der Heizflächen kann hierbei in einfacher Weise mit Hilfe einer an sich bekannten mechanisch oder pneumatisch betriebenen Klopfeinrichtung erfolgen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Verfahrensvarianten. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung eines Gaserzeugers mit Abhitzesystem und ein­ stufigem Strahlungsverdampfer,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung eines Gaserzeugers mit Abhitzesystem und zwei­ stufigem Strahlungsverdampfer und Druck­ halteventil.

Wie aus Fig. 1 zu entnehmen, wird Speisewasser über eine Druckleitung 1 zur Dampferzeugung in einem als Konvektivvorwärmer ausgebildeten Wärmetauscher F, der sich in einem Druckbehälter 2 befindet, vorgewärmt und über eine Druckleitung 3 dem im Gaserzeuger 4 angeord­ neten Strahlungsverdampfer A zugeführt, wo es mit Hilfe heißer Reaktionsgase, die durch Vergasung von Kohle oder kohlenstoffhaltigen Materialien erzeugt werden, verdampft. Das im Strahlungsverdampfer A unter hohem Druck und hoher Temperatur verdampfte Speise­ wasser tritt nach Durchströmen der hinter der Ausmaue­ rung des Gasgenerators 4 befindlichen Heizfläche B als überhitzter Dampf aus. Dieser überhitzte Dampf wird über eine Druckleitung 5 einem Trenngefäß C zuge­ führt, in dem für den Schwachlastbetrieb eine Abschei­ dung des im Dampf mitgeführten Wassers erfolgt. Nach Durchströmen des als Abscheider wirkenden Trenngefäßes C gelangt der hochgespannte, überhitzte Dampf über eine weitere Druckleitung 6 in den unter dem Strah­ lungsverdampfer A angeordneten Strahlungsüberhitzer D, der prozeßgasseitig dem Strahlungsverdampfer A nachge­ schaltet ist. Der Strahlungsüberhitzer D weist mecha­ nische Abreinigungseinrichtungen auf. Eine weitere Druckleitung 7 führt den hochgespannten überhitzten Dampf zu einer zweiten Überhitzungsstufe E. Die End­ stufe E ist in dem Behälter 2 als Konvektivheizfläche eingerichtet und ist prozeßgasseitig dem Speisewasser­ vorwärmer F vorgeschaltet. Der Konvektivüberhitzer E ist mit in der Schemazeichnung nicht dargestellten pneumatischen Schlageinrichtungen versehen, die eine Abreinigung ermöglichen.

Der im Konvektionsüberhitzer E erzeugte, hochge­ spannte, überhitzte Dampf wird über eine ange­ schlossene Druckleitung 8 bei einer Temperatur von etwa 550 Grad Celsius und einem Druck von etwa 185 bar zu seiner Nutzung abgeführt, beispielsweise um damit Dampfturbinen anzutreiben.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden im Gas­ generator 4 mittels Kohle oder kohlenstoffhaltiger Rückstände Reaktionsgase mit einer Temperatur von etwa 1500 Grad Celsius erzeugt, die nach Durchströmen der Strahlungsverdampfung A und der Strahlungsüberhitzung D noch eine Temperatur von ca. 800 Grad Celsius auf­ weisen. Zur Beherrschung der hohen Wärmestromdichten am Ausgang des Strahlungsraumes 9, ist es erforder­ lich, daß die Reaktoinsgase in diesem Bereich mit Hilfe einer weiteren Heizfläche abgekühlt werden. Das den Gasgenerator 4 über die Prozeßgasleitung 10 ver­ lassende Reaktionsgas wird im Druckbehälter 2 vor Durchströmen des Konvektionsüberhitzers E einer Gasrei­ nigung 11 unterzogen, bei der es weitgehend von Fest­ stoffen befreit wird, beispielsweise mittels eines Zyklonabscheiders.

Wie Fig. 2 zeigt, ist es nach der vorliegenden Erfin­ dung auch möglich, im Gaserzeuger 4 nach dem Reak­ tionsraum den ersten Teil des Strahlungskühlers als Verdampfer G, den zweiten Teil als Überhitzer D auszu­ bilden, über dem dann der Strahlungsverdampfer A ange­ ordnet ist. Der Strahlungsverdampfer kann darüber hinaus beliebig mehrstufig ausgeführt werden. Gemäß Fig. 2 ist ferner in der Druckleitung 5 ein Druck­ halteventil 12 eingebaut, um den Verdampfer über­ kritisch und die Überhitzer mit jedem beliebigen Druck betreiben zu können.

Vorteilhaft erfolgt die Ausführung der Heizflächen in gewickelter Form, um eine gleichmäßige Beheizung zu erreichen. Ab einer bestimmten Neigung der Verdampfer­ rohre ist es erforderlich, den Verdampfer mit überkri­ tischem Druck zu betreiben. Auf diese Weise wird im Verdampferbereich dem Entmischungsvorgang und den damit verbundenen unterschiedlichen Wärmeübergängen auf der Rohrinnenseite entgegengewirkt.

Claims (17)

1. Verfahren zur Erzeugung von überhitztem Dampf mit Hilfe heißer Reaktionsgase, bei dem Kohle oder kohlen­ stoffhaltige Materialien in einem Gaserzeuger vergast werden und zur Dampferzeugung den Reaktionsgasen in dem Gaserzeuger und in einem diesem nachgeschalteten und mit entstaubtem Gas beaufschlagten Abhitzesystem Wärme entzogen wird, wobei das Abhitzesystem eine Konvektionsüberhitzung (E) und eine dieser in Gasströ­ mungsrichtung gesehen nachgeschalteten Speisewasser­ vorwärmung (F) aufweist, und in dem Gaserzeuger der Dampf in einer Strahlungsverdampfung (A) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsverdampfung (A; G) bei überkritischem Druck stattfindet, daß der Dampf im weiteren Verlauf einer Strahlungsüberhitzung (D) unterworfen wird, und daß das vorgewärmte Speisewas­ ser (F) der Strahlungsverdampfung (A; G) direkt zuge­ führt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochgespannte Dampf zwischen Strahlungsver­ dampfung und Strahlungsüberhitzung einer weiteren Verdampfung oder Überhitzung unterworfen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Strahlungsverdampfung mehrstufig erfolgt, vorzugsweise in zwei Stufen (A; G).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Strahlungsüberhitzung (D) im Gaserzeuger die Konvektionsüberhitzung (E) des Abhitzesystems als Endstufe nachgeschaltet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heizflächen einer mechanischen Staub-Abreinigung unterworfen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Strahlungsüberhitzer (D) im Gleichstrom betrieben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Konvektivüberhitzer (E) im Gegenstrom betrieben wird.

8. Vorrichtung zur Erzeugung von hochgespanntem und überhitztem Dampf mit Hilfe heißer Reaktionsgase eines Gaserzeugers, in dem Kohle oder kohlenstoffhal­ tige Materialien vergast werden zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, be­ stehend aus einem Gaserzeuger (4) mit einem darin angeordneten Strahlungsverdampfer (A; G) und einem dem Strahlungsverdampfer nachgeschalteten Abhitzesystem, welches einen Konvektionsüberhitzer (E) und einen diesem in Gasströmungsrichtung nachgeschalteten Spei­ sewasservorwärmer (F) aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß im Gaserzeuger (4) ein Strahlungsüberhitzer (D) und zwischen Strahlungsverdampfer (A; G) und Strahlungsüberhitzer ein Druckhalteventil (12) sowie ein Trenngefäß (C) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Strahlungsverdampfer ein hinter der Feuerfest-Auskleidung des Gaserzeugers (4) liegender Verdampfer (B) nachgeschaltet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Gaserzeuger (4) zwei Strahlungs­ verdampfer (A, G) und zwischen ihnen der Strahlungs­ überhitzer (D) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsverdampfer (A; G) und der Strahlungsüberhitzer (D) aus gasdich­ ten spiralförmig gewickelten Zylinderheizflächen bestehen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsverdampfer (A) und der Strahlungsüberhitzer (D) aus stranggepreß­ ten Cr/Ni-Flossenrohren bestehen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zylinderheiz­ fläche und Druckbehälter eine feuerfeste Stampfmasse angebracht ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Strahlungs­ verdampfer (A) und der Strahlungsüberhitzer (D) einer­ seits sowie der Konvektionsüberhitzer (E) anderer­ seits in getrennten Behältern angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, gekennzeichnet durch einen vom Gaserzeuger (4) separa­ ten Druckbehälter (2), mit dem in dessen unterem Bereich angeordneten Konvektionsüberhitzer (E), dem abgasseitig der Speisewasservorwärmer (F) nachgeschal­ tet ist, wobei der Druckbehälter (2) unterhalb des Konvektionsüberhitzers (E) eine Gasreinigungseinrich­ tung (11) aufweist, wobei ferner der Gaserzeuger (4) und der Druckbehälter (2) über Druckleitungen (3, 7) für Speisewasser und Dampf sowie eine Prozeßgaslei­ tung (10) miteinander verbunden sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung der Feuer­ fest-Auskleidung im Bereich der hinter ihr liegenden Heizfläche (B) aus Kühlelementen besteht, die in den Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers integriert sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung der Feuerfest-Auskleidung im Bereich der hinter ihr liegenden Heizfläche (B) aus Kühlelementen besteht, die in der Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers integriert sind.