DE2412379C2

DE2412379C2 - Verteilerplatte für Wirbelschichtöfen und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE2412379C2
Application number: DE2412379A
Authority: DE
Inventors: Herbert Raymond Hawkshill Leatherhead Surrey Hoy; Alan Gregson Wotton Dorking Surrey Roberts; Dennis Malcolm Highwalld Chipstead Surrey Wilkins
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1973-03-20
Filing date: 1974-03-15
Publication date: 1982-07-29
Also published as: JPS5718109B2; JPS5047880A; FR2222609A1; US3881857A; DE2412379A1; GB1459766A; SE392765B; FR2222609B1

Description

a) ein sauerstoffhaltiges Trägergas durch die Luftrohre der Verteilerplatte in eine Wirbelschicht geleitet wird,

b) Heizgas in eine vorbestimmte Anzahl der Rohre eingeführt, das gebildete brennbare Gemisch von Heizgas und Luft gezündet und

c) die Zahl der heizgasführenden Rohre stufenweise vergrößert und gezündet wird.

Die Erfindung betrifft die Wirbelschichtverbrennung, insbesondere die Zündung von Wirbelschicht-Verbrennungsöfen.

Vor dem Verbrennen von Kohle oder öl in einem Wirbelschichtofen muß das Wirbelmaterial auf die Zündtemperatur gebracht werden. Dies kann beispielsweise durch Vormischen von Heizgas mit der als Trägermedium dienenden Luft erreicht werden. Eine geeignete Methode zum Zünden eines solchen Wirbelschichtofens wird in der britischen Patentschrift 11 59 310 beschrieben.
Im allgemeinen ist diese Zündmethode geeignet

ίο wenn die Wirbelschicht im Ofen ein verhältnismäßig kleines Volumen (z. B. weniger als 0,57 m³) hat Bei Wirbeibetten mit großem Querschnitt oder großer Tiefe genügt jedoch die potentielle Energie (in Form eines Heizgas-Luft-Gemisches), die in der Wirbelschicht gespeichert werden kann, um dies zu einem gefährlichen Unterfangen zu machen, da die Möglichkeit daß Explosionen stattrinden, gegeben ist Dies ist insbesondere der Fall bei unter Druck arbeitenden oder vorverdichteten Wirbelschichtofen, die von Natur aus hohe Betten (z. B. 3 bis 44 m) haben, und bei denen Temperatur- oder Druckstöße und -wellen beispielsweise nachgeschaltete Gasturbinen und Entstaubungsanlagen beschädigen können.
Gegenstand der Erfindung ist eine Verteilerplatte, die sich für die Verwendung in einem Wirbelschichtofen eignet eine Kammer mit Eintrittsöffnungen für Heizgas oder OeI aufweist und von einer Vielzahl von Luftrohren durchzogen ist deren Innenraum mit der Kammer in Verbindung steht und die an einem Ende Köpfe mit Austrittsöffnungen aufweisen, durch die ein brennbares Gemisch einem Wirbelschichtofen zugeführt wird. Die Kammer ist ferner mit unterteilenden Bauteilen, die es ermöglichen. Heizgas einer alimählichen zunehmenden Zahl von Luftrohren zuzuführen, und einer Zündung versehen, die oberhalb der Platte angeordnet ist und zur Zündung des Heizgases dient

Die Verteilerplatte ist als Teil eines Wirbelschichtofens vorgesehen, dessen Wirbelschicht über der Platte liegt.

Die Zündung ist vorzugsweise als Hilfsbrenner ausgebildet, der vorzugsweise mit einem Funkenzünder versehen ist Die Hilfsbrenner können in die Wände des Ofens eingesetzt werden. Die Achse des Brenners ist vorzugsweise nach unten geneigt wobei ein Winkel von 20 bis 30° zur Horizontalen besonders bevorzugt wird. Hierdurch wird das Eindringen von Wirbelschichtmaterial in den Brenner weitgehend ausgeschaltet, wenn der Brenner nicht in Betrieb ist.
Die Kammer ist so unterteilt daß Heizgas fortschreitend größeren Bereichen der Wirbelschicht zugeführt werden kann. Die Unterteilung wird vorzugsweise mit Hilfe von Trennplatten erreicht die feststehend in der Kammer angeordnet sind.

Die Wirbelschicht selbst besteht aus Mineralstoffteilchen mit einem Größenbereich und einem Schüttgewicht, die auf die Geschwindigkeit des Trägergases abgestellt sind. Geeignet als Wirbelschichtmaterialien sind beispielsweise Sand, Dolomit und Kalkstein.

Die Ausströmköpfe der Luftrohre können jede beliebige geeignete Form haben. Die Querschnittsfläche der Köpfe sollte so bemessen werden, daß eine gute Verteilung von Brennstoff und Luft erzielt wird. Die jeweilige Ausbildung hängt von den Eigenschaften des jeweiligen festen Wirbelschichtmaterials ab.

Die Anzahl der Luftrohre je Flächeninhalt kann in Anpassung an die jeweiligen Bedingungen und Erfordernisse des Verfahrens variiert werden. Vorzugsweise beträgt die Zahl der Luftrohre 108 bis 322 je m² und die

Länge der Rohre 1 15 bis 30,5 cm. Die gesamte Querschnittsfläche der Austrittsöffnungen der Köpfe der Luftrohre beträgt vorzugsweise 1,5 bis 3% der Gesamtfläche der Platte.

Die Austrittsöffnungen der Köpfe der Luftrohre werden durch seitliche Bohrungen gebildet, deren Richtung im wesentlichen senkrecht zur Wand der Luftrohre ist

Gemäß einem weiteren Merkmal ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Zünden eines Wirbelschichtofens oder eines Wirbelschichtvergasers gerichtet, wobei a) ein sauerstoffhaltiges Trägergas durch die Rohre einer Verteilerplatte in eine Wirbelschicht in einem Ofen oder einem Vergaser eingeführt, b) Heizgas in einen vorbestimmten Bruchteil oder eine Zone der Rohre eingeführt, das gebildete brennbare Gemisch von Heizgas und Luft gezündet und c) die Zahl oder Zonen von Heizgas zuführenden Rohren fortschreitend vergrößert und gezündet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung w^:rd nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben.

F i g. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Verteilerplatte mit einer Unterteilungsplatte,

Fig.2 zeigt einen Querschnitt durch die Verteilerplatte und veranschaulicht die Unterteilung der Heizgaszufuhr in Zonen.

Der Wirbelschichtofen weist eine Vorkammer, eine Verteilerplatte und eine Wirbelschicht aus geeignetem Material, z. B. Sand, auf.

Die Platte schließt eine Gas/Öl-Kammer 1 ein und ist von Luftrohren 2 durchzogen. Die Luftrohre 2 sind mit öffnungen 3 versehen, die mit der Gas- und Ölkammer in Verbindung stehen.

Oberhalb der Luftrohre 2 sind ein oder mehrere Hilfsgasbrenner 4 in die Wände des Ofens eingesetzt. Diese Hilfsbrenner können in beliebiger geeigneter Weise konstruiert sein und sind mit getrennter Luftzuführung 5 und Gaszuführung 6, einem Zünder (z. B. einem Funkenzünder) und Flammenausfallanzeiger versehen. Die Brenner 4 sind so ausgebildet und eingestellt, daß die heißen Gase mit hoher Geschwindigkeit (61 bis 244 m/sek.) von einem Austritt nach unten in das Wirbelbett 7 gerichtet sind. Die hohe Austrittsgeschwindigkeit der heißen Gase aus dem Brenner 4 trägt mit dazu bei, Wirbelmaterial, das in den Brenner 4 gelangt ist, auszublasen.

Die Gas/Öl-Kammer 1 unter der Verteilerplatte ist mit Trennplatter! 12 so unterteilt, daß das Heizgas zunehmend größeren Flächen des Betts 7 (Fig.2) beispielsweise im Verhältnis von 1 :2 :4 :8 zugeführt werden kann.

Zur Vorbereitung des Betriebs wird der Wirbelschichtofen wie folgt angefahren: Aus der Vorkammer 8 wird durch die Luftrohre 2 genügend Luft geleitet, um das Wirbelmaterial aufzuwirbeln. Die Vorkammer 8 selbst kann für Zwecke der Belastungsregelung in mehrere Abschnitte unterteilt sein. In dieser Phase können ein oder mehrere Abschnitte angeströmt werden.

Die Hilfsgasbrenner 4 werden dann gezündet und so eingestellt, daß sie mit ungefähr stöchiometrischer Verbrennung arbeiten. In dieser Phase kann die Oberfläche der Wirbelschicht sich unter der Höhe der

t5 Hilfsgasbrenner 4 befinden. In diesem Fall kann die Brennerflamme einen großen Teil der Oberfläche der Wirbelschicht bestreichen. Diese Situation könnte sich nach einer Stillstandszeit ergeben, wenn das Wirbelbett 7 geleert worden ist Es ist auch möglich, daß die Austrittsöffnungen der Hilfsbrenner unter der Oberfläche der Wirbelschicht liegen. In diesem Fall würde das heiße Brennergas nur in geringe Tiefen der Wirbelschicht 7 eindringen. Diese Situation könnte sich nach einer normalen Stillsetzung ergeben.

Nach der Zündung des Hilfsbrenners 4 wird Heizgas aus der Verteilerplatte einer ersten Zone 9 der Wirbelschicht zugeführt, die dem Teil des Wirbelbetts 7 entspricht, der von der Flamme des Hilfsbrenners 4 bestrichen bzw. durchdrungen wird. Wenn die Temperatür dieses Teils des Wirbelbetts auf etwa 500° C gestiegen ist, wird weiteres Heizgas aus der Verteilerplatte einer zweiten angrenzenden Zone 10 des Wirbelbetts zugeführt. Dieser Prozeß wird wiederholt, bis Heizgas aus der Verteilerplatte der gesamten Fläche des Wirbelbetts zugeführt wird und die Temperatur etwa 800° C beträgt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Wirbelschichtofen für die Hauptheizölzufuhr aufnahmebereit. Die Hilfsbrenner 4 werden abgestellt, wenn die normale Verbrennung des Hauptbrennstoffs erreicht ist.

Während der Anfangsphasen der Zuführung von Heizgas aus der Verteilerplatte, besonders wenn die Temperatur unter 60O⁰C liegt, kann ein Teil des Heizgases unverbrannt durch das Wirbelbett strömen. Als Sicherheitsmaßnahme werden ein oder mehrere (in F i g. 1 und F i g. 2 nicht dargestellte) Hilfsbrenner mit eigener Luft- und Brennstoffzufuhr so angeordnet, daß ihre Flammen die Oberseite der Wirbelschicht bestreichen, so daß das aus der Wirbelschicht entweichende Gas verbrannt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verteilerplatte für Wirbelschichtöfen, gekennzeichnet durch eine Kammer (1) mit Eintrittsöffnungen für Heizgas und öl, eine Vielzahl von Luftrohren (2), die durch die Kammer geführt sind, und deren Innenraum mit der Kammer (1) durch Löcher (3) in Verbindung steht und die an einem Ende mit Köpfen mit Austrittsöffnungen versehen sind. Bauteile, die die Kammer (1) so unterteilen, daß das Heizgas einer fortschreitend größeren Zahl von Luftrohren (2) zugeführt werden kann, und eine. oberhalb der Platte angeordnete Zündung für das Heizgas.

2. Verteilerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile zur Unterteilung der Kammer (1) aus Trennplatten (12) bestehen, die feststehend in die Kammer eingesetzt sind.

3. Verteilerplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündung für das Heizgas ein Hilfsbrenner (4) vorgesehen ist

4. Verteilerplatte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsbrenner (4) mit einem Funkenzünder versehen ist

5. Verteilerplatte nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen durch senkrecht zur Wand der Luftrohre (2) ausgerichtete Bohrungen durch die Seite der Luftrohre gebildet sind.

6. Verteilerplatte nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Querschnittsfläche der Austrittsöffnungen der Köpfe der Luftrohre (2) 1,5 bis 3% der Fläche der Verteilerplatte beträgt.

7. Verteilerplatte nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Luftrohre (2) 108 bis 322 je m² beträgt

8. Verteilerplatte n&ch Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftrohre eine Länge von 15,3 bis 30,5 cm haben.

9. Wirbelschichtofen, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Verteilerplatte nach Anspruch 1 bis 8 versehen und der Hilfsbrenner (4) in eine Wand des Ofens eingesetzt ist.

10. Wirbelschichtofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Brenners (4) nach unten, vorzugsweise iin Winkel von 20 bis 30° zur Horizontalen, geneigt ist.

11. Verfahren zum Zünden von Wirbelschichtofen oder Wirbelschichtvergasern mit einer Verteilerplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß