DE69000453T2

DE69000453T2 - Vorrichtung zum extrahieren von materialteilchen aus einem wirbelbett aus einem wirbelbettgefaess.

Info

Publication number: DE69000453T2
Application number: DE9090401324T
Authority: DE
Inventors: Guy Marlair
Original assignee: Charbonnages de France CDF
Current assignee: Charbonnages de France CDF
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1993-05-13
Anticipated expiration: 2010-05-19
Also published as: JPH034930A; CN1047222A; ATE82157T1; EP0398814B1; AU630956B2; DE69000453D1; DK0398814T3; CA2017057A1; EP0398814A1; GR3006522T3; AU5519490A; FR2647031A1; ZA903793B; US5143697A; FR2647031B1; FI902432A0; ES2035719T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Extrahieren von Materialteilchen eines Wirbelbettes aus dein Wirbelbettbehälter zum Regeln des Niveaus des Wirbelbettes in dem Behälter oder zun teilweisen oder vollständigen Entleeren des Behälters.
Die industriellen Verfahren zum Betreiben eines Reaktors mit turbulent fluidisiertem Brennstoff verlangen im allgemeinen zur Erleichterung der Steuerung des Betriebs des Reaktors die Einrichtung von Mitteln, welche eine vollständige oder teilweise Entleerung des teilchenförmigen Materials ermöglichen, welches in dein Reaktor das Wirbelbett oder die Wirbelbetten bildet.
Eine teilweise Entleerung soll während des Betriebes möglich sein, da sie ein Mittel bildet, die Veränderung des Pegels des Wirbelbettes zu beherrschen, insbesondere wenn dieser steigt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Fluß inerter abgeschiedener Teilchen geringer ist als der Massefluß inerter Teilchen, die in einen Verbrennungsreaktor eintreten.
Die vollständige Entleerung ist notwendig, um periodische Inspektionen des Reaktors oder Notabschaltungen der Einrichtung vornehmen zu können.
Diese Entlehrungsvorrichtungen müssen einer bestimmten Anzahl strenger Anforderungen genügen, die sich im wesentlichen aus den physikalischen und thermischen Eigenschaften des Wirbelbettes während des Betriebes ergeben. Diese Einrichtungen unterliegen tatsächlich erheblichen mechanischen und thermischen Beanspruchungen, da sie sich in Kontakt mit einem oft sehr verschleißfördernden Material befinden und einer hohen Temperatur ausgesetzt sind, die einen nicht vernachlässigbaren Druck bewirken. Da sie darüber hinaus eine Kommunikation zwischen dem Wirbelbett und der Außenwelt sicherstellen, müssen sie einen dichten Abschluß des Behälters gewährleisten und müssen gut gekühlt sein, um die Sicherheit des Materials und des Personals während des Betriebes zu gewährleisten. Darüber hinaus müssen sie automatisch steuerbar sein, einen minimalen Raum beanspruchen und dürfen nicht den hydrodynamischen Betriebszustand der Fluidisation stören.
Die bis heute bekannten Einrichtungen zur Sicherstellung dieser Funktion entsprechen nur sehr unvollkommen diesem Anforderungskatalog. Man kennt bereits die Überlauföffnungen, die Abzugskanäle, die vertikal oder mit sehr steiler Neigung im Boden des Wirbelbettbehälters angeordnet sind und die mit zellenförmigen Schleusen oder Querschiebern zu ihrem Verschluß oder ihrer Öffnung versehen sind.
Man kennt ferner Wirbettübertragungseinrichtungen oder mit Sortiereinrichtungen verbundene gekühlte archimedische Schrauben zum Abziehen von Teilchen.
Die meisten dieser Systeme sind am Ende von vertikalen oder sehr stark geneigten Systemen angeordnet, die sich mit Material füllen, während die Vorrichtung nicht arbeitet, wobei das Material einen Pfropfen bildet oder die Mechanismen blockiert auf Grund der Tatsache, daß es sich zusammenballt, daß es sich verdichtet, das heißt sich die Materialteilchen durch chemische oder thermische Reaktionen aneinander anlagern, wobei die Kanäle häufig der Ort von Überhitzung sind.
Darüber hinaus ist die Höhe dieser Kanäle ein Faktor zur Verstärkung des hydrostatischen Druckes, der auf diese Abzugsvorrichtungen einwirkt, was die Herstellung eines dichten Abschlusses noch schwieriger macht.
Schließlich ist es neben den Nachteilen, die mit dem erheblichen Raumbedarf dieser Vorrichtungen und der Komplexität der für sie erforderlichen Kühleinrichtungen verbunden sind, häufig notwendig, stromabwärts von ihnen ein spezielles Material für die Behandlung und die Aufnahme der so aus dem Wirbelbett abgezogenen Produkte zu verwenden.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen und eine Vorrichtung zum Extrahieren von teilchenförmigem Material anzugeben, die in ihrem Aufbau wesentlich einfacher, leicht zugänglich und - für den Fall ihrer Verwendung in einem thermischen Generator -in thermischer Hinsicht geschützt sowie sehr leicht mit einem Mechanismus zur automatischen Steurung ihres Betriebes verbindbar ist.
Zu diesem Zweck ist daher Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zum Extrahieren von Materialteilchen eines Wirbelbettes aus dem Wirbelbettbehälter zum Regeln des Niveaus des Wirbelbettes in dem Behälter oder zum Entleeren des Behälters, umfassend:
- eine in einer Seitenwand des Wirbelbettbehälters ausgebildete Öffnung, die zum Außenraum des Behälters hin durch einen Rohrstutzen verlängert ist, der im wesentlich senkrecht zur Seitenwand gerichtet ist,
- eine Leitung, die im wesentlichen senkrecht zu diesem Rohrstutzen mit diesem verbunden ist und sich nach unten erstreckt,
- einen Kolben, der dicht abschließend in dem Rohrstutzen zwischen einer ersten Stellung, in der er eine Verschlußplatte für die Öffnung bildet, und einer zweiten Stellung gleitend verschiebbar gelagert ist, in der er die Mündung der Leitung in den Rohrstutzen mindestens teilweise verschließt,
- und eine Steuereinrichtung zum Verstellen des Kolbens in dem Rohrstutzen.
In einer speziellen Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einen thermischen Generator mit turbulent fluidisiertem Brennstoff, der eine den Feuerraum umgebende Außenhülle in Form einer Doppelwand hat, zwischen deren Einzelwänden Zufluß- und Abflußeinrichtungen eines Wasserkreislaufes vorgesehen sind, durchsetzt der Rohrstutzen die Außenhülle dicht abschließend, wobei die Leitung mit dem Rohrstutzen zwischen den beiden Wänden der Hülle verbunden ist. In dem Fall, in dem der thermische Generator eine hohle Außenhülle umfaßt, welche einen an den Feuerraum angrenzenden Zwischenraum zum Durchzug der Rauchgase begrenzt mit einem Sammler zum Sammeln und Entfernen der Asche in einem unteren Teil, durchsetzt der Rohrstutzen den Zwischenraum, der die oben genannte Leitung bildet, in welche der Rohrstutzen über eine untere seitliche Öffnung mündet. In diesem Falle erleichtert das Vorhandensein des Zwischenraumes außerdem den dichten Abschluß zwischen dem Reaktor und der Außenatmosphäre da sich der Zwischenraum wie eine Schleuse verhält.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung einer nur beispielhaft und nicht beschränkend wiedergegebenen Ausführungsform und ihrer Anwendungen auf einen thermischen Generator erläutert, dessen Außenhülle doppelwandig ist.
Es wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Behälter eines Reaktors mit turbulent fluidisiertem Brennstoff zeigt, und
die Figuren 2 und 3 zwei Anwendungsfälle der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einen thermischen Generator mit hohler Wand und Wasserkreislauf, Kreislauf der Rauchgase und Wiedergewinnung der Aschen zeigen.
Zunächst wird auf Figur 1 Bezug genommen, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Wirbelbettbehälter 1 zeigt, der an sich bekannt ist und der ein Fluidisierungsgitter 2 zeigt, durch das (durch die Öffnungen 3) ein Gas geblasen wird, um ein Wirbelbett 4 von fluidisierten Materialteilchen zu bilden.
Der Behälter 1 hat eine Öffnung 5, die vorzugsweise nahe dem Fluidisierungsgitter 3 angeordnet und nach außen durch einen Rohrstutzen 6 verlängert ist. Dieser Rohrstutzen ist vorzugsweise horizontal und mit einer Leitung 7 so verbunden, daß ihre geometrischen Achsen sich schneiden. Diese Leitung 7 ist vertikal oder stark geneigt 4 (nahe der Vertikalen) und mündet in den Rohrstutzen 6 an einer Öffnung 8, die in dem unteren Teil des Rohrstutzens 6 liegt. Der Durchmesser der Leitung 7 kann gleich oder kleiner als der des Rohrstutzens 6 sein.
Der Rohrstutzen 6 formt eine Führungshülse für eine bewegliche Verschlußeinrichtung zum Verschließen der Öffnung 5. Diese Vorrichtung umfaßt einen Kolben 9, dessen Durchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Rohrstutzens 6 ist (die Querschnitte werden als kreisförmig vorausgesetzt), um darin leicht zu gleiten, wobei ein korrekter Verschluß sichergestellt ist. Dieser Kolben 9 ist mit einer Spange 10 starr verbunden, die die Kolbenstange eines Arbeitszylinders 11 ist, der am äußeren Ende des Rohrstutzens 6 befestigt ist. Der Arbeitszylinder dient zur Bewegung des Kolbens 9 entlang dieses Rohrstutzens 6. In der Figur wurde ein Magnetventil 12 dargestellt, welches das Steuerorgan des Arbeitszylinders 11 symbolisiert und welches das Betätigungsglied einer Regelautomatik mit Fühlern zum Erfassen des Niveaus des Wirbelbettes 4 in dem Behälter 1 sein kann oder das durch einen programmierbaren Automaten gesteuert wird. Man erkennt, daß die Arbeitsweise der Vorrichtung äußerst einfach ist. Die Verschiebung des Kolbens 9 in der Figur nach links ist so groß, daß dann, wenn man eine Entleerung des Behälters gewährleisten will, die Öffnung 8 freigegeben wird, wobei dadurch der Innenraum des Behälters mit der Leitung 6 verbunden wird, die zu einem nicht dargestellten Aufnahmegefäß für das Produkt führt. Eine Verschiebung nach rechts unterbricht diese Verbindung.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise zur Verwendung als Regler durch wiederholte Öffnungs- und Schließvorgänge geeignet. Der Zyklus dieser Operationen kann auf sehr einfache Weise in Abhängigkeit der abzuführenden Mengen mittels einer Zeitsteuerung gewählt werden, um den Wärmeaustausch zu modulieren.
Die Vorrichtung ist ferner geeignet, das Wirbelbett vollständig zu entleeren, wobei das Magnetventil 12 in seiner entsprechenden Stellung gehalten wird und um eine vollständige Entleerung der Einrichtung zu erreichen.
Diese Vorrichtung findet eine besonders geeignete Anwendung, wenn sie mit einer Fluidisierung verbunden wird, die durch Gitter mit nach oben sich erweiternden Öffnungen erfolgt, die eine nicht entmischende Fluidisierung der Teilchen erzeugen (Beispiele dieser Gitter sind in den französischen Patentanmeldungen FR- A-2.519.877 und 2.588.772 dargestellt).
Diese Figur 1 zeigt, daß die Steuerorgane 11, 12 für den Kolben 9 von letzterem entfernt sind und daher auf einfache Weise für Wartungszwecke und zum Austausch abgebaut werden können. Ferner verbessert die Entfernung die thermische Isolierung, was ihre Lebensdauer erhöht und einen Sicherheitsfaktor für das Betriebspersonal darstellt.
Die Figuren 2 und 3 zeigen einen Teil eines thermischen Reaktors/Generators gemäß FR-A-2.591.722, der zwei interessante Anwendungsfälle für die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet.
Es wird kurz daran erinnert, daß dieser Generator ein Generator ist, der einen Wirbelbettfeuerraum umfaßt mit einer Seitenwand an sich bekannter Art und einer hohlen Außenhülle 22 mit einer Doppelwand 22a, 22b, in der Wasser strömt und die den Feuerraum 1 umgibt, wobei sie mit der Seitenwand 23 des letzteren einen Zwischenraum 24 begrenzt.
Der Feuerraum 21 hat hier eine rechteckige Gestalt in der Anordnung; die Außenhülle 22 ist zylindrisch und begrenzt mit dem Feuerraum 1 zwei Zwischenräume 24a, 24b, die von einander getrennt sind und einander gegenüber liegen, wobei jeder an einer langen Seite des Feuerraums 21 liegt.
Die Außenhülle 22 ist zwischen den Wänden 22a, 22b durch innere radiale Trennwände 26a, 26b, 26c, 26d unterteilt, die vier sich paarweise gegenüberliegende Kammern bilden. Zwei einander gegenüberliegende Kammern 28a, 28c, die in Umfangsrichtung größer sind, enthalten vertikale Rohre 29 für die Rauchzirkulation, die in einen Aschesammler 3l münden, der sich unter der unteren Wand 30 erstreckt und der über einen unteren Kanal 31a mit einem entsprechenden Zwischenraum 24b in Verbindung steht (siehe Figur 3). Die vom Feuerraum kommenden Verbrennungsgase strömen in den Zwischenräumen 24a, 24b nach unten, durchströmen die Sammler 31 und steigen in den Rohren 29 nach oben, um eine Ausgangsleitung zu erreichen.
In der Figur 2 hat man zusammen die beiden möglichen Fälle A kund B der Ausrüstung dieses Generators mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
Bei A handelt es sich um die Anwendung, die in Figur 3 im Schnitt dargestellt ist, in der die Leitung 7 weggelassen und durch die Kammer 24b ersetzt wurde, welche in den Sammler 31 für die Asche (oder die abzuführenden Produkte) mündet. Die in Richtung der Pfeile umlaufenden Rauchgase sind schon abgekühlt und tragen somit zur Kühlung der Hülse oder des Rohrstutzens 6 bei.
Im Fall B durchsetzt in der Figur 2 die Leitung 7 die Kammer 28d. Sie ist somit vollständig in diese Kammer eingebettet, was ihre kräftige Kühlung ermöglicht. Die Produkte können anschließend mittels eines Sammlers ähnlich dem Sammler 31 in Figur 3 aufgefangen werden.
Die Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Man erkennt:
- einen geringeren Raumbedarf dank der Integration in die Struktur des Reaktors
- das Fehlen spezieller Kühleinrichtungen,
- eine erleichterte Abdichtung auf Grund eines nur durch den hydrostatischen Druck des Wirbelbettes belasteten Verschlußkörpers und auf Grund eines Systems, das als Schleuse dient oder eine vorhandene Schleuse benutzt,
- keine Rohrleitungen, die defluidisierte Produkte enthalten, somit keine Gefahren einer Überhitzung,
- eine erleichterte Wartung auf Grund der guten Zugänglichkeit der Steuerorgane von der Außenseite des Reaktor,
- schließlich die Verwendung von Material üblicher Qualität auf Grund der wirksamen Kühlung.

Claims

1. Vorrichtung zum Extrahieren von Materialteilchen eines Wirbelbettes (4) aus dem Wirbelbettbehälter (1) zum Regeln des Niveaus des Wirbelbettes (4) in dem Behälter oder zum Entleeren des Behälters gekennzeichnet durch

- eine in einer Seitenwand des Wirbelbettbehälters (1) ausgebildete Öffnung, die zum Außenraum des Behälters hin durch einen Rohrstutzen (6) verlängert ist, der im wesentlichen senkrecht zur Seitenwand gerichtet ist,

- eine Leitung (7), die im wesentlichen senkrecht zu diesem Rohrstutzen (6) mit diesem verbunden ist und sich nach unten erstreckt,

- einen Kolben (9), der dicht abschließend in dem Rohrstutzen (6) zwischen einer ersten Stellung, in der er eine Verschlußplatte für die Öffnung (5) bildet, und einer zweiten Stellung gleitend verschiebbar gelagert ist, in der er die Mündung (8) der Leitung (7) in den Rohrstutzen mindestens teilweise verschließt,

- und eine Steuereinrichtung (11, 12) zum Verstellen des Kolbens in dem Rohrstutzen,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (9) mit einer Stange (10) verbunden ist, die sich in dem Rohrstutzen (6) in die zur oben genannten Öffnung (5) entgegengesetzte Richtung erstreckt, wobei die Steuereinrichtung (11) mit dieser Stange (10) verbunden und von dem Rohrstutzen (6) gehalten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Rohrstutzen (6) verlängerte Öffnung (5) nahe dem Boden (2) des Behälters (1) liegt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei Verwendung für einen Wärmegenerator mit Wirbelbett, der eine Außenhülle (22) in Form einer von Wasser durchströmten Doppelwand (22a, 22b) hat, welche den Feuerraum (21) umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (6) die Außenhülle (22) dicht abschließend durchsetzt und daß die Leitung (7) zwischen den beiden Wänden (22a, 22b) der Hülle mit dem Rohrstutzen (6) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 bei Anwendung für einen Wärmegenerator mit Wirbelbett, umfassend eine hohle Außenhülle (22), welche einen an den Feuerraum (21) angrenzenden Zwischenraum (24a) zum Durchzug der Rauchgase begrenzt, wobei dieser Zwischenraum einen unteren Teil, einen Sammler (31) zum Sammeln und zum Entfernen der Asche hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (6) den Zwischenraum (24a) durchsetzt, welcher die oben genannte Leitung (7) bildet, in welche der Rohrstutzen (6) über eine Seitliche untere Öffnung (8) mündet.