DE3872528T2 - Wirbelschichtreaktor und seine betriebsmethode. - Google Patents
Wirbelschichtreaktor und seine betriebsmethode.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat und ein Verfahren zur Ausnutzung eines Wirbelschichtreaktors mit einem Abscheider zur Abscheidung von mitgeführten Feststoffpartikeln aus dem Rauchgas und zur Rückführung der abgeschiedenen Partikeln in die Reaktorkammer. Und zwar werden die abgeschiedenen rückgeführten Partikeln vor dem Wiedereintritt in die Reaktorkammer fluidisiert und zu den Eintrittsöffnungen der Reaktorkammer befördert, damit die rückgeführten Partikeln über das Bett der Kammer gleichmäßig verteilt werden.
- Aus EP-A-0 161 970 ist ein Apparat gemäß der Einleitung von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Behandlung von Material in einer zirkulierenden Wirbelschicht bekannt. Dabei werden die unverbrannten größten Partikeln in der Filterungskammer, die vom Fluidisierungsgas in der Querrichtung durchströmt wird, wiedergewonnen und in die Wirbelschicht direkt zurückgeführt. Die feinen Partikeln werden in einer benachbarten Kammer einer Behandlung zur Agglomeration der Asche unterzogen, welche agglomerierte Asche am Fuß der Behandlungskammer ausgetragen und die unverbrannten feinen Partikeln über ein Rückführsystem der Wirbelschicht rückgeführt werden. In dem Rückführsystem werden die wieder eingegebenen Partikeln in die Wirbelschicht durch Öffnungen zurückgeführt, die in der Seitenwandung des Hauptreaktors vertikal übereinander angeordnet sind. Dies ergibt jedoch keine gleichinäßige Verteilung der Partikeln in den Hauptreaktor, weil alle Partikeln auf der gleichen Vertikalachse eingegeben werden.
- Es sind auch andere Wirbelschichtreaktoren mit Abscheidern z.B. des Zyklontyps zur Abscheidung von mitgeführten Feststoffpartikeln aus dem Rauchgas und Rückführung der abgeschiedenen Partikeln zurück in die Brennkammer des Reaktors gut bekannt. Beispiele für solche Systeme sind in den USPatenten Nr. 4,522,154 und 4,442,797 dargestellt. Beim ersteren Patent werden die im Zyklonabscheider abgeschiedenen Partikeln durch einen Gasverschluß dem Reaktor rückgeführt, der das Zurückfließen des Gases aus der Brennkammer zum Zyklonabscheider verhindert. Im US-Patent Nr. 4,442,797 wird Brennstoff den abgeschiedenen Partikeln beigemischt, wenn diese Partikeln rückgeführt werden, um in die Brennkammer des Reaktors zu fließen.
- Im allgemeinen ist es jedoch schwierig, eine gleichmäßige Verteilung der abgeschiedenen rückgeführten partikeln zu erreichen, wenn sie zurück in die Brennkammer des Wirbelschichtreaktors zurückgeleitet werden. Es soll auch beachtet werden, dar die rückgeführten Partikeln unverbrannten festen Brennstoff enthalten. In hinsicht auf die Effektivität ist es wünschenswert, jenen unverbrannten Brennstoff und anderen Partikeln gleichmäßig in der Brennkammer zu verteilen. Dies ist besonders schwierig in Wirbelschichtreaktoren mit großen Querschnittsflächen. Somit, wenn die rückgeführten Partikeln durch eine Wandung der Reaktorkammer eingeführt werden, gibt es in der Verbrennungsschicht, vor allem in größeren Reaktoren, Bereiche, die überhaupt keine abgeschiedenen Partikeln empfangen, oder die abgeschiedene Partikeln empfangen aber in einern geringeren Maße als die anderen Kammerbereiche.
- Es ist möglich, in Verbindung mit einem Wirbelschichtreaktor zusätzliche Zyklonabscheider vorzusehen, wobei die abgeschiedenen Partikeln aus den jeweiligen Abscheidern an verschiedene Stellen in den Brennkammern geleitet werden können. Obwohl hierdurch beachtlich große Wirbelschichtreaktoren errichtet werden können, beschränken die Kosten der Zyklonabscheider in der Praxis jedoch die Verwendung eines solchen Systems als Lösung des Problems der ungleichmäßigen Verteilung von rückgeführtenen Partikeln in der Brennkammer. Darüber hinaus wird das Problem der Verteilung in der Reaktorkaminer dadurch verschlimmert, daß den rückgeführtenen Partikeln Brennstoff zur Begünstigung von gleichmäßigerer Verbrennung in der Kammer beigemischt werden sollte.
- Es ist folglich eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue und verbesserte Verfahren und Apparate zur Rückführung von abgeschiedenen Partikeln aus durch einen Wirbelschichtreaktor erzeugtem Rauchgas auf solche Weise, daß die rückgeführtenen abgeschiedenen Partikeln und der damit vermischte Brennstoff im wesentlichen gleichmäßig in der Brennkammer verteilt werden.
- Gemäß einen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Wirbelschichtreaktor germäß der Einleitung von Anspruch 1 gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Gasverschluß einen horizontalen Kanal umfaßt, daß Eintrittsöffnungen aus dem horizontalen Kanal in die Reaktorkammer in einer horizontalen Ebene angeordnet sind und daß die Fluidisierungsvorrichtung eine Verteilerkammer und ein Organ mit einer Vielzahl Düsen zur Leitung von Fluid aus dem Luftverteilerkasten in den horizontalen Kanal aufweist.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Abscheiderpaar vorgesehen, deren untere Enden über ein Standrohr mit einer Verteilerkammer verbunden ist, die aus einem hauptsächlich horizontal verlaufenden Kanal besteht, wobei das Standrohr und der Kanal im wesentlichen eine T-Verbindung bilden. Von den gegenüberliegenden Enden eines jeden Kanals erstrecken sich aufwärts Stutzen und enden in geneigten Stutzen, um mit der Brennkammer verbunden zu werden. Unter dem Kanal sind Verteilerkammer und Düsen angeordnet, und sie führen Fluidisierungsgas, z.B. Luft in den Kanal, um die aus den Abscheidern empfangenen abgeschiedenen Partikeln in einem langsamen Fluidisierungszustand zu halten. Somit wandern die fluidisierten abgeschiedenen Partikeln durch die Wirkung des eingeführten Fluids durch die Endstutzen in die geneigten Stutzen. In den geneigten Stutzen können Brennstoffaufgabeöffnungen vorgesehen werden, wobei der Brennstoff und abgeschiedene Partikeln vermischt und in die Brennkammer befördert werden. Die unteren Enden der geneigten Stutzen enden bevorzugt in Eintrittsöffnungen, die in hauptsächlich gleichmäßen Abständen über die Länge der Brennkammer angeordnet sind, wodurch eine gleichmäßige Verteilung des Gemisches aus abgeschiedenen Partikeln und Brennstoff erreicht wird.
- Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ausnutzung eines Wirbelschichtreaktors mit einem Abscheider zur Entfernung von mitgeführten Feststoffpartikeln aus dem Rauchgas, bestehend aus der Schrittenleitung der im Abscheider abgeschiedenen partikeln aus dem Abscheider in eine horizontale Kammer, Einführung eines druckbeaufschlagtem Fluids in die Kammer und Verteilung des Fluids darin, um die abgeschiedenen Partikeln in der Kammer zu fluidisieren, Teilung der Partikeln in der Kammer in separate Partikelströme und Einführung der separaten Partikelströme durch verschiedne Eintrittsöffnungen in den Wirbelschichtreaktor, um die abgeschiedenen Partikeln horizontal und hauptsächlich gleichmäßig im Wirbelschichtreaktor zu verteilen.
- Bevorzugt wird Brennstoff ein jedem der Ströme von abgeschiedenen Partikeln beigemischt, bevor sie in der Brennkammer eintreffen. Die Fluidisierung der abgeschiedenen Partikeln in der Kammer umfaßt die Einspritzung eines Fluids, z.B. Luft in die Kammer, um die abgeschiedenen Partikeln in einem fluidisierten Zustand zu halten. Das in die Fluidisierungskammer eingespritzte Fluid trägt auch dazu bei, die abgeschiedenen Partikeln aus der Fluidisierungskammer in die Brennkammer durch Stutzen zu befördern, in die Brennstoff eingegeben werden kann. Somit können gemäß diesem Verfahren die getrennten Partikelströme an in der Längsrichtung angeordneten Stellen über der Länge irgendeiner Seitenwandung des Wirbelschichtreaktors eingegeben werden, wobei eine hauptsächlich gleichmäßige Verteilung der abgeschiedenen Partikeln erreicht wird.
- Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt dabei
- Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Wirbelschichtreaktors und von Zyklonabscheidern, die zeigt, wie die abgeschiedenen Partikeln der Brennkammer rückgeführt werden;
- Fig. 2. einen Querschnitt hauptsächlich entlang Linie A-A aus Fig. 1;
- Fig. 3. eine vergößerte perspektivische Ansicht vom unteren Ende des Wirbelschichtreaktors und stellt die Verteilerkanäle für abgeschiedne Partikel dar;
- Fig. 4 ein vergrößerter fragmentarischer Querschnitt hauptsächlich entlang Linie B-B aus Fig. 1, und
- Fig. 5 ein vergrößerter Querschnitt hauptsächlich entlang Linie C-C aus Fig. 4.
- Im folgenden wird eine in den beigefügten Zeichnungen dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung detailliert beschrieben.
- In Fig. 1 ist ein Wirbelschichtreaktor, allgemein mit 1 bezeichnet, mit einem Reaktor oder Brennkammer 2 dargestellt. Der Wirbelschichtreaktor kann ein Vergaser, ein Verbrennungsreaktor, ein Dampferzeuger oder ein beliebiger ähnlicher, einem vom Fach bekannter Apparat sein. Primärund Sekundärgase werden durch den Boden und die Seitenwandungen des Reaktors auf eine nicht dargestellte Weise eingeführt. Ein Zyklonabscheiderpaar 3 ist über ein Austrittsöffnungspaar 4 mit dem oberen Ende der Reaktorkammer 2 verbunden. Kanäle 5 verbinden die Austrittsöffnungen 4 mit den Zyklonabscheidern 3. Dabei wird das Rauchgas durch die Austrittsöffnungen 4 und Kanäle 5 aus der Brennkammer 2 in die Zyklonkammern des betreffenden Abscheiders abgezogen, wobei die Kanäle 5 das Rauchgas mit den mitgeführten Feststoffpartikeln tangential aus und in die Zyklonkammern 6 leiten. Die Zyklonabscheider 3 sind konventioneller Konstruktion und trennen die heißen Rauchgase von den Feststoffpartikel ab, die durch die Schwerkraft zum unteren Ende der Kammern 6 befördert werden.
- Bei jedem der Zyklonabscheider 6 ist das obere Ende eines Fallrohrs 7 mit dem unteren Ende des konischen Teils des Abscheiders verbunden, wo die Feststoffpartikel gesammelt werden. Das entgegengesetzte oder untere Ende eines jeden Fallrohrs 7 hat, wie es am besten in Fig. 4 dargestellt ist, eine Austrittsöffnung 8 in der Mitte zwischen den Enden einer horizontalen Kammer oder eines Kanals mit stirnseitigen Wandungen 10. Das heißt, daß das Fallrohr 7 und die horizonale Kammer oder der Kanal 9 einen auf Kopf gestellten T-förmigen Strömungsstutzen bilden, wobei das Fallrohr den Steg und der horizontale Kanal die Arme bildet. Das untere Ende eines jeden Fallrohrs 7 öffnet sich durch die Oberseite zum Kanal 9, und die unteren Enden von zwei im wesentlichen vertikalen Stutzen 11 sind über die Öffnungen 12 mit Kanal oder Kammer 9 an dessen/deren entgegengesetztem Ende verbunden. Die oberen Enden der Stutzen 11 sind, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, mit den oberen Enden der geneigten Stutzen 14 verbunden, deren untere Enden sich durch Eintrittsöffnungen 13 in die Brennkammer öffnen. Auch Brennstoff-Eintrittskanäle 15 schließen sich auf halber Höhe an die Stutzen 14 zur Beimischung von Brennstoff zu den abgeschiedenen Partikeln, wie weiter unten beschrieben wird.
- In Fig. 4 ist der Boden von Kanal oder der Kammer 9 mit einer Vielzahl Öffnungen 16 versehen, in denen Verteilungsdüsen 17 zur Einführung von Luft aus unterhalb des Kanals oder der Kammer 9 befindlichen Verteilerkammern in den Kanal oder die Kammer angeordnet sind, um die abgeschiedenen Partikeln zu fluidisieren. Unter dem Kanal oder der Kammer 9 sind hier fünf Verteilerkammern angeordnet. Die Kammern 18 sind in der Nähe der entgegengesetzten Enden
- TEXT FEHLT
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Claims (14)
1. Wirbelschichtreaktor bestehend aus:
a) einer Reaktorkammer (2);
b) Abzugsvorrichtung (5)
für den Abzug eines Rauchgases
mit den mitgeführten Feststoffpartikeln aus der
Reaktorkammer;
c) einem Zyklonabscheider (3), der mit der Abzugsvorrichtung
zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus dem Rauchgas
verbunden ist;
d) einer Vorrichtung zur Rückführung von mindestens einem
Teil der abgeschiedenen Partikeln in die Reaktorkammer,
wobei die Rückführvorrichtung einen Gasverschluß (9, 11),
eine Vorrichtung (17, 18, 19, 20) zur fluidisierung des
abgeschiedenen Teils in getrennte Partikelströme und eine
Vorrichtung (11, 14) zur Verbindung der separaten
Partikelströme mit der Reaktorkammer aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gasverschluß einen horizontalen Kanal
(9) hat, daß Eintritte aus dem horizontalen Kanal in die
Reaktorkammer in einer horizontalen Ebene angeordnet sind,
und daß Fludisierungsvorrichtung eine Verteilerkammer
(18, 19, 20) und eine Vorrichtung mit einer Vielzahl
Fluidverteilungsdüsen (17) umfaßt, zur Leitung des Fluids
aus der Verteilerkammer in den horizontalen Kanal.
2. Apparat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rückführvorrichtung ein Standrohr (7) zwischen dem unteren
Ende des Abscheiders (13) und dem Gasverschluß (9, 11)
und eine Fördervorrichtung (11, 14) aufweist, die den
Gasverschluß mit dem unteren Ende der Reaktorkammer
verbindet.
3. Apparat gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Standrohr (7) und der horizontale Kanal (9) eine
hauptsächlich T-förmige Rohrverzweigung mit einem Steg und
fluchtenden Armen bildet, wobei das Standrohr den Steg und
der horizontale Kanal die Arme bildet.
4. Apparat gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fluidisierungsvorrichtung mit einem Anschluß für
druckbeaufschlagtes Fluid zur Fluidisierung der separaten
Partikeln im horizontalen Kanal verbunden ist.
5. Apparat gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
ein im wesentlichen senkrechte Stutzen (11) an seinem
unteren Ende in der Nähe der beiden Enden mit dem
horizontalen Kanals (9) verbunden ist und ein geneigter Kanal (14)
die oberen Enden der senkrechten Stutzen mit dem unteren
ende der Reaktorkammer verbindet.
6. Apparat gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Kanal (15) mit dem geneigten Kanal (14) zur Zuführung
von Brennstoff in die Partikelströme verbunden ist, wobei
ein Gemisch aus rückgeführten Partikeln und Brennstoff im
Partikelstrom in die Reaktorkammer eingeführt wird.
7. Verfahren zur Ausnutzung eines zirkulierendenden
Wirbelschichtreaktors mit einem Abscheider zur Entfernung von
mitgeführten Feststoffpartikeln aus dem Rauchgas,
bestehend aus den folgenden Schritten:
a) Leitung der im Abscheider abgeschiedenen Partikeln vom
Abscheider in eine horizontale Kammer;
b) Einführung von druckbeaufschlagtem Fluid in die Kammer
und das Verteilung des Fluids darin, um die abgeschiedenen
Partikeln in der Kammer zu fluidisieren;
c) Teilung der Partikeln in der Kammer in separate
Partikelströme; und
d) Leitung der separaten Partikelströme durch verschiedne
Eintrittsöffnungen in den Wirbelschichtreaktor, um die
abgeschiedenen Partikeln horizontal und hauptsächlich
gleichmäßig im Wirbelschichtreaktor zu verteilen.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die abgeschiedenen Partikeln aus dem Abscheider in zwei
getrennte Partikelströme geteilt werden.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
den abgeschiedenen Partikeln Brennstoff beigemischt wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß den abgeschiedenen Partikeln in jedem der getrennten
Partikelströme Brennstoff beigemischt wird.
11. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß den Partikelströmen Brennstoff beigemischt wird, bevor
die Partikelströme in den Wirbelschichtreaktor eingegeben
werden.
12. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömung der getrennten Partikelströme in den
Wirbelschichtreaktor eingestellt werden.
13. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Wirbelschichtreaktor mit einer bestimmten seitlichen
Erstreckung vorgesehen, die Eintrittsöffnung in
hauptsächlich gleich großen Abständen über die seitliche Erstreckung
des Reaktors angeordnet sind, damit die abgeschiedenen
Partikeln im wesentlichen gleichmäßig verteilt werden.
14. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die im Abscheider abgeschiedenen Partikeln vom
Abscheider durch ein Standrohr geleitet werden, um von dort in
die Kammer geleitet zu werden.
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