DE102012004590A1

DE102012004590A1 - Zentrifugalabscheider

Info

Publication number: DE102012004590A1
Application number: DE102012004590A
Authority: DE
Inventors: Ralf Abraham; Dr. Toporov Dobrin; Domenico Pavone
Original assignee: ThyssenKrupp Uhde GmbH
Current assignee: Gidara Energy BV
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-09-12
Also published as: CN104334285B; ES2887334T3; TW201347851A; WO2013131768A1; PL2822694T3; EP2822694B1; EP2822694A1; CN104334285A; PT2822694T; RU2014137999A; DK2822694T3

Abstract

Mit einem Verfahren sowie einer Vorrichtung zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, soll der Abscheidungsgrad eines Zentrifugalabscheiders deutlich erhöht werden. Dies wird verfahrensmäßig dadurch erreicht, dass durch Einbauten am Tauchrohr des Zentrifugalabscheiders eine lokale Erhöhung der Zentrifugalkraft vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser.
Hochtemperaturvergaser wurden entwickelt, um mittels eines Wirbelschichtvergasungsprozesses die Nutzung beispielsweise von Braunkohle zu verbessern unter Nutzung eines sogenannten Hochtemperatur-Winkler-Vergasers HTW als Weiterentwicklung der ursprünglich bei Umgebungsdruck arbeitenden Winkler-Kohlevergasung. Die Vorteile liegen im Wesentlichen in der besseren Rohstoffnutzung, der erheblich größeren Vergaserkapazität für Großanlagen und in der Vermeidung der Bildung von Nebenprodukten.
Nachteilig bei dieser Verfahrensweise ist u. a., dass die Abscheideeffizienz des Rückführzyklons nicht besonders ausgeprägt ist, was zur Folge hat, dass man kostenintensive Warmgasfilter hinter dem Zyklon und Rohgaskühler schalten muss. Erschwerend kommt noch hinzu, dass sich im Warmgasfilter abgeschiedenem Staub noch hohe Mengen an Kohlenstoff befindet. Dieser Staub kann somit nicht deponiert werden, sondern muss entweder zum Vergaser über Leitungen und Schnecken zurückgeführt werden oder mit hohem Aufwand in einem separaten Kessel mittels Hilfsbrennstoff verbrannt werden.
Hier setzt die Erfindung ein, deren Aufgabe darin besteht, den Abscheidungsgrad eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, deutlich zu erhöhen.
Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß einer Variante der Erfindung dadurch gelöst, dass durch Einbauten am Tauchrohr des Zentrifugalabscheiders eine lokale Erhöhung der Zentrifugalkraft vorgenommen wird.
Zur Erhöhung der Abscheideleistung eines Zyklons ist schon vorgeschlagen worden, das Tauchrohr in den ”Totwasserbereich” zu verschieben, d. h. das Tauchrohr wird exzentrisch im Zyklon eingebaut. Eine solche Maßnahme ist nur bei Neubauten der Zyklone wirtschaftlich sinnvoll. Eine Nachrüstung und damit nachträgliche Optimierung ist damit wirtschaftlich nicht erreichbar. Die Einbauten am Tauchrohr lassen sich demgegenüber problemlos auch nachrüsten.
Eine Variante der Optimierungsmöglichkeit besteht erfindungsgemäß darin, dass durch eine Vorschaltung eines Agglomerators im Eintrittsbereich des Zentrifugalabscheiders eine mechanische Kornvergrößerung der abzuscheidenden Partikel vorgenommen wird. Durch einen Agglomerator wird Einfluss auf die Partikelgröße genommen, indem eine Erhöhung der Kollisionsrate zwischen großen und kleinen Partikeln im Eintrittsbereich des Zyklons erreicht wird, was den Abscheidungsgrad deutlich verbessert.
Da Zyklone nur in eng begrenzten Betriebszuständen optimal arbeiten, beispielsweise beträgt bei Stäuben eine optimale tangentiale Eintrittsgeschwindigkeit in den Zyklon 10 m/s, ist die Leistungsfähigkeit bei Lastwechseln Schwankungen unterworfen. Hier greift bei der Optimierung eines derartigen Zyklons die Erfindung durch Querschnittsveränderung am Zentrifugalabscheidereintritt ein, wobei diese Querschnittsveränderung in sehr unterschiedlicher Weise erfolgen kann, wie weiter unten angegeben.
Mit der variablen Querschnittsveränderung wird erreicht, dass die Auslegungsgeschwindigkeit des Zyklons immer konstant gehalten werden kann.
In Ausgestaltung ist nach der Erfindung vorgesehen, dass mehrere der oben genannten Verfahrensschritte gleichzeitig vorgenommen werden.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung auch eine Vorrichtung bzw. einen Zentrifugalabscheider vor, der sich dadurch auszeichnet, dass am Tauchrohr ein den Strömungskanal des Zentrifugalabscheiders verengendes Strömungsleitelement vorgesehen ist. Ein solches verengendes Strömungselement kann, wie dies die Erfindung vorsieht, als schalenförmiges Leitblech ausgebildet sein.
Um eine besonders optimale Strömung zu erreichen, kann dabei nach der Erfindung auch vorgesehen sein, dass am Außenbereich des Tauchrohres das exzentrische, schalenförmige Leitblech dem Gaseintritt etwa gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Leitblech bis unterhalb der Unterkante des Gaseintrittskanales gezogen und sich dann zum unteren Tauchrohrende der Rohrform verjüngend wieder angleicht. Die Position des Leitbleches kann je nach Auslegung des Zentrifugalabscheiders auch variieren.
Um eine mechanische Kornvergrößerung der Partikel zu erreichen, ist ein Agglomerator am Eintritt des Zentrifugalabscheiders erfindungsgemäß vorgesehen, der von einer Mehrzahl den Strömungskanal durchsetzenden rohrförmigen Strömungsstörelementen gebildet ist. Diese rohrförmigen Strömungsstörelemente können horizontal, vertikal oder im Winkel in den Strömungskanal eingebaut sein.
Um, wie oben schon angegeben, die Auslegungsgeschwindigkeit des Zentrifugalabscheiders auch bei Lastwechseln konstant halten zu können, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung auch vor, dass der Eintrittströmungskanal mit einer den Kanalquerschnitt verändernden beweglichen Wandfläche oder einer keramischen Schieberplatte ausgerüstet ist, wobei Ausgestaltungen darin bestehen können, dass die horizontal oder vertikal bewegliche Wandfläche als Schieber oder als im Übergangsbereich zur Zentrifuge gekrümmtes Wandelement ausgebildet ist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in
1 eine vereinfachte Darstellung eines Hochtemperatur-Winkler-Vergasers sowie in den
2 bis 7 vereinfachte Darstellungen eines Zentrifugalabscheiders mit unterschiedlichen strömungsverändernden Einbauten.
In 1 ist vereinfacht ein System einer Hochtemperatur-Winkler-Vergasung dargestellt mit einem Vergaser 1, dem über Vorlagebehälter 2 das Einsatzmaterial zugeführt wird. Das Bodenprodukt wird bei 3 ausgetragen, z. B. mittels einer Förderschnecke 4. Das Gas beaufschlagt einen Zentrifugalabscheider 5, wobei die Feststoffpartikel über die Leitung 6 wieder zurück in den Vergaser 1 geleitet werden, das Gas wird zur weiteren Bearbeitung über eine Leitung 7 abgeführt.
In den 2 bis 7 sind Varianten der Einflussnahme auf die Strömung im Zentrifugalabscheider 5 dargestellt:
2 zeigt die Zuführung des Gemisches aus Feststoffen und Gasen (Pfeil 8) in den Zentrifugalabscheider 5, wobei das Gemisch das Tauchrohr 9 umströmt.
Zur Beschleunigung der Strömung weist das Tauchrohr 9 ein Strömungsleitelement 1a auf, das als gekrümmtes Leitblech auf das Tauchrohr 9 aufgeschweißt ist oder in anderer Weise dort befestigt ist. Wie sich aus 2 ergibt, verjüngt sich das Leitblech 10, in seinem unteren Bereich mit 10a bezeichnet, derart, dass am Ende des Tauchrohres 9 die ursprüngliche Querschnittsfläche des Strömungskanales wieder erreicht ist. Das gereinigte Gas verlässt den Zentrifugalabscheider 5 über das Rohr 7, was durch einen Pfeil 11 angedeutet ist. Die Feststoffpartikel verlassen den Abscheider nach unten, was durch einen Pfeil 12 angedeutet ist.
Die Position des Leitbleches 10 mit Verjüngung 10a ist in 2 zur besseren Darstellung an der vorgesehenen Stelle wiedergegeben. Diese muss nicht der echten Einbauposition entsprechen.
In den folgenden Figuren sind alle baugleichen Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet ebenso die Pfeile.
Im Unterschied zu 2 sind bei dem Ausführungsbeispiel der 3 zur Bildung eines Agglomerators, allgemein mit 13 bezeichnet, im Eingangsstutzen 14 des Zentrifugalabscheiders 5 rohrförmige Strömungsstörelemente 15 eingebaut, die nicht nur, wie hier dargestellt, horizontal, sondern auch vertikal oder diagonal im Einlaufkanal 14 positioniert sein können.
Im Ausführungsbeispiel der 4 kann der Querschnitt des Eintrittskanales 14 in den Zentrlfugalabscheider 5 durch ein anhebbares bzw. senkbares Sperrelement bzw. eine keramische Schieberplatte 16 verändert werden. Diese Bewegung ist mit einem Doppelpfeil 17 angedeutet.
In 5 ist eine Variante dargestellt, um den Querschnitt des Eintrittskanales 14 des Zentrifugalabscheiders 5 verändern zu können, nämlich durch eine heb- und senkbare Bodenplatte, z. B. ebenfalls als keramische Platte ausgebildet, die mit 18 bezeichnet ist, die Bewegungsmöglichkeit wird durch einen Doppelpfeil 19 angedeutet.
In 6 ist die keramische Platte, hier mit 20 bezeichnet, zur Querschnittsveränderung vertikal verschwenkbar, was mit einem Doppelpfeil 21 angedeutet ist.
Schließlich zeigt 7 noch die Möglichkeit der Querschnittsverringerung im Einlaufbereich zum Zentrifugalabscheider 5 durch eine dem gekrümmten Wandverlauf des Abscheiders angepasste Platte 22, die Bewegung ist durch einen Doppelpfeil 23 angedeutet.
Wie weiter oben schon angegeben, können die einzelnen Maßnahmen auch in Kombination vorgenommen werden, etwa gleichzeitig eine Querschnittsverengung des Eintrittskanales 14 durch entsprechende keramische Platten 18, 20 oder 22 in Verbindung mit einem Agglomerator 13 und einem Strömungsleitblech 10, 10a, um nur eine Variatiorismöglichkeit anzugeben.
Bezugszeichenliste

1: Vergaser
2: Vorlagebehälter
3: Bodenproduktaustrag
4: Förderschnecke
5: Zentrifugalabscheider
6, 7: Leitung
8, 11, 12: Pfeil
9: Tauchrohr
10, 10a: Strömungsleitblech
13: Agglomerator
14: Eintrittskanal
15: Strömungsstörelemente
16: keramische Schieberplatte
17, 19, 21, 23: Doppelpfeil
18, 20, 22: keramische Platte

Claims

Verfahren zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einbauten am Tauchrohr des Zentrifugalabscheiders eine lokale Erhöhung der Zentrifugalkraft vorgenommen wird.
Verfahren zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Vorschaltung eines Agglomerators im Eintrittsbereich des Zentrifugalabscheiders eine mechanische Kornvergrößerung der abzuscheidenden Partikel vorgenommen wird.
Verfahren zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, dadurch gekennzeichnet, dass eine variable Querschnittsveränderung am Zentrifugalabscheidereintritt vorgenommen wird.
Verfahren zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 1 bis 3 gleichzeitig vorgenommen werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Tauchrohr (9) ein den Strömungskanal des Zentrifugalabscheiders (5) verengendes Strömungsleitelement (10) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenbereich des Tauchrohres (9) ein den Strömungskanal verengendes schalenförmiges Leitblech (10) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenbereich des Tauchrohres (9) das exzentrische, schalenförmige Leitblech (10) dem Gaseintritt etwa gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Leitblech (10) bis unterhalb der Unterkante des Eintrittskanales (14) gezogen und sich dann zum unteren Tauchrohrende der Rohrform verjüngend wieder angleicht.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Agglomerator (13) am Eintrittskanal (14) des Zentrifugalabscheiders (5) von einer Mehrzahl den Strömungskanal durchsetzenden rohrförmigen Strömungsstörelementen (15) gebildet ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittskanal (14) mit einer den Kanalquerschnitt verändernden beweglichen Wandfläche oder einer keramischen Schieberplatte (16) ausgerüstet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontal oder vertikal bewegliche Wandfläche (16, 18, 20) als Schieber oder als im Übergangsbereich zur Zentrifuge gekrümmtes Wandelement (22) ausgebildet ist.