DE69504524T2 - Methode zum betreiben eines wirbelbettreaktorsystems, und ein solches system - Google Patents

Methode zum betreiben eines wirbelbettreaktorsystems, und ein solches system

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Description

    HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Wirbelschichtreaktoren, insbesondere zirkulierende Wirbelschichtreaktoren, sind äußerst nützlich bei der Durchführung einer Vielzahl von Reaktionen, wie z. B. Verbrennung und Vergasung von Brennstoff. Die Vergasung ist ein attraktiver Weg, Energie des Brennstoffs in eine nützlichere Form umzuwandeln, wobei brennbares Gas produziert wird; oder die Verbrennung des Brennstoffs im Reaktor kann Dampf zum Antreiben einer Dampfturbine erzeugen. Unter vielen Verhältnissen kann das aus dem Reaktor abgezogene Gas (z. B. Brennstoff Produktgas) jedoch unerwünschte Substanzen, wie z. B. teerartige kondensierbare Verbindungen, enthalten. Diese Substanzen sind geneigt, unter bestimmten Temperaturen klebrig zu werden sich somit auf umgebenden Oberflächen, insbesondere Oberflächen von Gaskühlvorrichtungen abzulagern oder anzusammeln.
  • Die Vergasung von festem Brennstoff in einer Wirbelschicht hat man in den US- Patenten 4,017,272 und 4,057,402 beschrieben. Im allgemeinen wird angesehen, daß der Vergasungsprozeß durch folgende Reaktionen charakterisiert ist:
  • C + O&sub2; = CO&sub2; (exothermisch)
  • C + 0.5 O&sub2; = CO (exothermisch)
  • C + CO&sub2; = 2 CO (endothermisch)
  • C + H&sub2;O = CO + H&sub2; (endothermisch)
  • C + 2 H&sub2;O = CO&sub2; + 2H&sub2; (endothermisch)
  • C + 2 H&sub2; = CH&sub4; (exothermisch)
  • In der Regel enthält das Produktgas Substanzen, die beim Abkühlen des Gases Schwierigkeiten verursachen, d. h. Verbindungen (z. B. Teere), die beim Abkühlen klebrig werden. Durch das Vorhandensein derselben werden Probleme bei der Abkühlung des Produktgases verursacht, indem sie sich auf Wärmeübertragungsflächen des Gaskühlers ablagern oder ansammeln. Das Problem hinsichtlich der Verschmutzung von Gaskühlflächen hat man im Zusammenhang mit der Nutzung eines direkten Wärmeübertragungssystems, wie es z. B. in den US-Patenten 4,412,848 und 4,936,872 dargestellt ist, angegangen. Bei diesen Patenten wird das Produktgas in einen Wirbelschicht-Gaskühler geleitet, und die verschmutzenden Bestandteile werden durch die Partikel der Wirbelschicht gebunden.
  • Die Anwendung einer getrennten Wirbelschicht - wie sie oben beschrieben wurde - ist jedoch kaum eine ideale Lösung für das Problem, weil das zusätzliche Bett platzraubend ist und den Konstruktions- und Wartungsaufwand von verschiedenen Bauteilen erhöht, was die Kosten übermäßig in die Höhe treiben kann. Doch auch die Nutzung von indirekten Rekuperator-Wärmetauschern hat sich infolge von Verschmutzungsproblemen beim Ausgang als nicht akzeptabel erwiesen. Das obenbeschriebene Verschmutzungsproblem ist besonders gravierend unter Druckverhältnissen, z. B. bei einem überatmosphärischen Druck von ungefähr 2 bis 50 bar. Unter solchen Druckverhältnissen arbeiten konventionelle Rußgebläse mit Dampfeinblasung nicht ordnungsgemäß. Die oben aufgezeigten Probleme existieren nicht nur bei der Vergasung, sondern auch bei der Verbrennung einer Vielzahl von verschiedenen Brennstofftypen in einer Wirbelschicht. So enthalten etwa bei der Verfeuerung von Braunkohle die Rauchgase Alkalisorten, die auf Kühlflächen kondensieren und sich auf Oberflächen ansammeln, sie verschmutzen und Korrosion von umgebenden Oberflächen verursachen. Schwierigkeiten entstehen auch insbesondere bei der Verbrennung von Siedlungsabfall oder Schlamm.
  • Der vorliegenden Erfindung zufolge sind ein Verfahren und ein System vorgesehen, die das Problem mit der Ablagerung von Gaspartikeln auf Gaskühlflächen (und somit Verschmutzung und vielleicht Korrosion) überwinden. Durch die Erfindung wird dieses Problem auf einfache aber dennoch wirksame Weise gelöst. Das Grundkonzept der Erfindung sieht vor, den gleichen Feststoff, der als Bettmaterial verwendet wird (z. B. inertes Bettmaterial wie Sand und/oder reaktives Bettmaterial wie Kalk), zur mechanischen Reinigung der Gaskühlflächen heranzuziehen, um Ablagerungen zu verhindern und/oder Ablagerungen daraus zu entfernen. Die Erfindung läßt sich auf alle Typen von Wirbelschichtreaktoren und Reaktorsysteme anwenden, ist aber besonders anwendbar auf zirkulierende Wirbelschichtreaktoren und Drucksysteme (die bei einem Druck von ungefähr 2 bis 50 bar, vorzugsweise 2 bis 30 bar) arbeiten.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktorsystems vorgesehen, welches System einen Wirbelschichtreaktor - der Feststoffpartikel enthält und in dem die Reaktion von Brennstoff stattfindet - und einen Reaktorauslaß für das während der Brennstoffreaktion (Verbrennung, Vergasung, usw.) produzierte Gas sowie einen Gaskühler umfaßt, der Kühlflächen aufweist und mit dem Reaktorauslaß verbunden ist. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte: (a) Einführung von Feststoffpartikeln, Fluidisierungsmittel und Brennstoff in den Reaktor, um eine Wirbelschicht darin zu erzeugen. (b) Reaktion des Brennstoffs innerhalb des Betts, um Abgas zu erzeugen und das Gas vom Reaktorauslaß abzuziehen. (c) Abkühlung des Gases vom Reaktorauslaß im Gaskühler. (d) Reinigung der Kühlflächen des Gaskühlers durch Einführung von Bettpartikeln in ausreichender Konzentration und Größe in Schritt (c) oder davor in oder davor in das Gas, so daß die Partikel Ablagerungen mechanisch von den Kühlflächen entfernen und dadurch die Kühlflächen reinigen. Und (e) Entfernung der Partikel aus dem Gas nach Schritt (d).
  • Schritt (d) wird vorzugsweise nur in bestimmten Zeitabständen (z. B. intermittierend oder periodisch oder bei Erfassung eines Rückgangs der Kühlwirkung) durchgeführt, kann aber auch kontinuierlich erfolgen. Schritt (d) wird typisch durchgeführt, indem in Schritt (e) entfernte Partikel kurz vor dem Gaskühler in das Gas eingeführt werden, und/oder Partikel aus einer Bettpartikelquelle kurz vor dem Gaskühler in das Gas eingeführt werden. Falls der Reaktor ein CFB-Reaktor mit einem Partikelabscheider zwischen Reaktor-Gasauslaß und Gaskühler ist, der normalerweise bei einer ersten Abscheideleistung arbeitet (die Bettpartikel zur Reinigung des Gaskühlers nicht in ausreichender Menge oder Größe durchläßt), wird alternativ oder zusätzlich Schritt (d) durchgeführt, indem der Betrieb des Partikelabscheiders derart unterbrochen wird, daß er bedeutend unter der ersten Abscheideleistung arbeitet, so daß Bettpartikel in ausreichender Menge und Größe dadurch fließen, um Reinigung der Gaskühlflächen zu bewirken. Falls der Partikelabscheider ein Zyklonabscheider ist, der eine Wirbelströmung erzeugt, kann dies erreicht werden, indem eine Fluidströmung in die Wirbelströmung eingeführt wird, um die Wirbelströmung zu unterbrechen und somit die Abscheideleistung herabzusetzen, oder indem ein fester Gegenstand in die Wirbelströmung eingebracht wird, wodurch der gleiche Effekt erreicht wird. Der Strömung kann aus Dampf, Luft, Inertgas oder einer Flüssigkeit bestehen. Typisch wird Schritt (b) durchgeführt, um Gas mit einer Temperatur über 600ºC zu produzieren, und Schritt (c) durchgeführt, um das Gas auf ungefähr 400ºC abzukühlen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein zirkulierendes Wirbelschichtreaktorsystem vorgesehen, das folgende Elemente umfaßt: Einen Wirbelschichtreaktor mit einem Bettmaterialeinlaß, einen Abgasauslaß und einen Fluidisierungsgaseinlaß. Einen Zyklonabscheider, der normalerweise bei einer ersten Abscheideleistung arbeitet und mit dem Reaktor-Gasauslaß verbunden ist und der einen Gasauslaß und einen Partikelauslaß zur Rückführung von abgetrenntem Bettmaterial zum Reaktor aufweist. Einen Gaskühler, der mit dem Abscheider-Gasauslaß verbundenen ist und Kühlflächen aufweist. Und Mittel zur Beeinflussung der Abscheideleistung des Abscheiders solcherart, daß sie bedeutend unter der ersten Abscheideleistung liegt, so daß ausreichend Bettpartikel den Abscheider durchfließt, um mechanische Entfernung von Ablagerungen zu bewirken, die sich auf den Kühlflächen bilden.
  • Des weiteren umfaßt das System vorzugsweise Druckgefäße, die den Reaktor, Abscheider und Kühler umschließen um sie auf überatmosphärischem Druck (z. B. 2 bis 50 bar) zu halten, und ein zweiter Abscheider ist vorzugsweise stromabwärts vom Gaskühler vorgesehen, um Bettpartikel aus dem den Kühler verlassenden Gas abzuscheiden, und intermittierend mindestens einen Teil der abgetrennten Bettpartikel am oder kurz vor dem Kühler in das Gas einzuführen.
  • Bei den Mitteln zur Beeinflussung der Abscheideleistung des Zyklonabscheiders kann es sich um Mittel zur Einführung einer Fluidströmung in den Zyklonabscheider-Vortex oder zur Einführung und Entfernung eines festen Gegenstands handeln.
  • Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein zirkulierendes Wirbelschichtreaktorsystem vorgesehen, das folgende Elemente umfaßt: Einen Wirbelschichtreaktor mit einem Bettmaterialeinlaß, einem Abgasauslaß und einem Fluidisierungsgaseinlaß. Einen Zyklonabscheider der mit dem Reaktor-Gasauslaß verbunden ist und einen Gasauslaß und einen Partikelauslaß zur Rückführung des abgetrennten Bettmaterials in den Reaktor aufweist. Einen Gaskühler der mit Abscheider-Gasauslaß verbunden ist und Kühlflächen aufweist. Einen zweiten Zyklonabscheider, der stromabwärts vom Gaskühler zur Abscheidung von Bettpartikeln aus dem den Kühler verlassenden Gas angeordnet ist und einen Partikelauslaß aufweist. Und einen Kanal, der sich vom Partikelauslaß des zweiten Zyklons zum Gaskühler oder bis in den Raum zwischen dem ersten Abscheider und dem Gaskühler erstreckt.
  • Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, das Problem mit der Verschmutzung von Gaskühler-Oberflächen in Wirbelschichtreaktoren auf einfache aber dennoch wirksame Weise zu vermeiden. Diese und andere Aufgaben der Erfindung gehen aus einer Einsicht in die ausführliche Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Ansprüchen hervor.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen zirkulierenden Wirbelschichtreaktorsystems;
  • Fig. 2 ist eine detaillierte seitliche Schnittansicht des ersten Zyklonabscheiders der Anlage aus Fig. 1, die Mittel zur Beeinflussung der Abscheideleistung des Abscheiders darstellt;
  • Fig. 3 ist eine zu der von Fig. 2 ähnliche Ansicht mit dem Unterschied, daß sie eine andersartige Ausführungsform der Abscheideleistung-Beeinflussungsmittel darstellt;
  • Fig. 4 ist eine zu der von Fig. 1 ähnliche Ansicht mit dem Unterschied, daß sie eine abweichende Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems darstellt; und
  • Fig. 5 ist eine zu der von Fig. 1 ähnliche Ansicht mit dem Unterschied, daß sie ein beispielhaftes Druckreaktorsystem gemäß der vorliegender Erfindung darstellt.
    • GENAUE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 stellt ein Vergasungsreaktorssystem 11 mit zirkulierender Wirbelschicht (CFB) gemäß der vorliegenden Erfindung dar, das einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor 12 und einen Gaskühler 13 aufweist. Vergasung wird im Reaktor 12 durch Einführung von Fluidisierungsgas durch einen Anströmboden 14 im unteren Teil des Reaktors 12 erreicht. Fester Brennstoff wird in den Reaktor 12 über einen Einlaß 15 und feste Bettmaterialpartikel werden aus einem Lagergefäß 16 über Einlaß 17 eingegeben. Das feste Bettmaterial kann ein inertes Material, wie z. B. Sand, sein, und kann auch aktives Material (das im Vergasungsprozeß aktiv ist, wie z. B. Kalk oder andere Schwefeloxid-reduzierendes Mittel) enthalten.
  • Der bei 15 eingeführte Brennstoff erfährt eine Reaktion (im Falle von Fig. 1 Vergasung, aber auch Verbrennung oder andere Reaktionen sind im Schutzumfang der Erfindung möglich), um ein Abgas zu produzieren, das durch einen Auslaß (ohne Bezugsziffer) abgezogen wird, der nahe dem oberen Ende des Reaktors 12 angeordnet und mit einem ersten Zyklonabscheider 18 verbunden ist. Das während der Reaktion im Reaktor 12 erzeugte Gas wird aus dem Reaktor 12 entlassen und enthält mitgerissene Partikel, z. B. inerte feste Bettpartikel und nichtreagierten Brennstoff Der Großteil der Partikel - insbesondere die großen Partikel - werden im Abscheider 18 aus dem Abgas abgetrennt und in Leitung 19 zum unteren Teil des Reaktors 12 zurückgeführt, was an sich konventionell ist.
  • Das den Abscheider 18 verlassende Produktgas fließt zum Gaskühler 13. Typisch hat das Abgas vom Reaktor 12 und Abscheider 18 eine Temperatur über 600ºC, und der Kühler 13 ist typisch derart konstruiert, daß er die Gase auf ungefähr 400ºC abkühlt. Bei der Ausführungsform von Fig. 1 ist der Gaskühler 13 ein Rauchrohrkühler, wo das Gas innerhalb einer Vielzahl mit Abstand zueinander angeordneter Rohre fließt. Der Raum zwischen den Rohren wird als Kanal für Wärmeträger benutzt, um von den Gasen Wärme abzuführen. Der Wärmeträger wird in den Kühler 13 über Einlaß 20 eingeführt und fließt über Auslaß 21 ab. Außerdem können Wasserrohr- Wärmetausflächen benutzt werden, in welchem Fall das Gas außerhalb der Wärmeübertragungsflächen fließt.
  • Beim Abkühlen des Gases im Gaskühler 13 kondensieren teerartige Substanzen oder aber sie werden klebrig und neigen deshalb dazu, sich auf den Oberflächen des Kühlers 13 anzusammeln. Der vorliegenden Erfindung zufolge werden die Oberflächen nach der Bildung von Ablagerungen reingehalten oder gereinigt, indem feste Partikel im oder kurz vor dem Kühler 13 in den Gasstrom eingeführt werden. Bei Benutzung einer Einspritzvorrichtung 22 kann dies zum Beispiel durch Einspritzung von reinen Partikeln erfolgen, wobei die reinen Bettpartikel aus Quelle 16 zugeführt werden (die z. B. Sand enthält). Ein Strömungsregler 16 kann zur Regelung der Partikelströmung zur Einspritzvorrichtung 22 und Leitung 17 vorgesehen werden. Obwohl die Einspritzung auch kontinuierlich stattfinden kann, sollte sie bevorzugt mit Zeitabständen, zum Beispiel entweder intermittierend oder periodisch, erfolgen, wenn zu erwarten ist, daß sich eine Schicht kondensierten und/oder klebrigen Materials auf den reinen Oberflächen abgelagert hat. Wahlweise kann die Regelung automatisch, z. B. bei Erfassung eines Rückgangs der Kühlleistung infolge einer Ablagerung von kondensierenden oder klebrigen Substanzen, erfolgen.
  • Stromabwärts vom Gaskühler 13 befindet sich ein zweiter Zyklonabscheider 23. Der zweite Abscheider 23 kann kontinuierlich arbeiten, ist aber besonders erforderlich, wenn Partikel (z. B. durch Injektor 22) zwecks Reinigung eingeführt werden. Im zweiten Abscheider 23 abgeschiedene Partikel können entweder dem Reaktor 12, wie durch Linie 24 angedeutet ist, zurückgeführt werden, zum Injektor 22 geleitet werden, und/oder abgezogen werden, wie durch Linie 26 angedeutet ist. Das vom zweiten Abscheider 23 in Leitung 27 abgezogene Produktgas kann gefiltert und anschließend aufbereitet werden, oder kann - in Abhängigkeit vom vorgesehenen Verwendungszweck und der Zusammensetzung des Gases - direkt verwendet werden.
  • Fig. 1 stellt auch beispielhafte konventionelle Regelventile 30, 31 dar, die betrieblich mit der Quelle für reine Bettpartikel 16 bzw. abgezogene Partikel vom Abscheider 23 verbunden sind. Ferner sind in Fig. 1 Mittel 32 zur Herabsetzung der Partikel-Abscheideleistung des ersten Abscheiders 18 schematisch dargestellt. Sämtliche Elemente 16, 30, 31 und 32 können durch geeignete automatische Organe, wie z. B. eine konventionelle Prozessorsteuerung 33, zur Zeit- und volumenmäßigen Regelung der zur Reinigung verwendeten Partikel angesteuert werden.
  • Die Vorrichtung 32 in Fig. 1 ist schematisch aber detaillierter in Fig. 2 im Zusammenhang mit dem ersten Abscheider 18 dargestellt. Ein zur Achse des Hauptkörpers 37 des Abscheiders 18 versetzt angeordneter Einlaß 36 ist mit dem Gasauslaß aus dem Reaktor 12 verbunden und führt die Gas- und Partikelgemische in eine Wirbelströmung ein, die um ein Mittenrohr 38 herumläuft. Der sich verjüngende untere Teil der Konstruktion 37 ist durch die Bezugszeichen 39 angedeutet und mit der Partikelrückführleitung 19 verbunden. Bei der Ausführungsform von Fig. 2 umfassen die Mittel 32 zur Beeinflussung der Abscheideleistung des Abscheiders 18 eine Fluidleitung 40 mit einem Ventil 41, das von dem daran angeordneten Regler 33 angesteuert wird und mit einer Quelle 42 für Druckfluid verbunden ist. Beim Fluid in Quelle 42 kann es sich um Dampf, Luft, ein Inertgas, wie z. B. Stickstoff, oder eine Flüssigkeit handeln. Leitung oder Injektor 40 ist zur Einführung von Fluid aus Quelle 42 - wenn das Ventil 41 durch den Regler 33 geöffnet ist - derart angeordnet, daß es die Wirbelströmung innerhalb des Abscheiders 18 unterbricht, dadurch die Abscheideleistung reduziert und zur Folge hat, daß eine bedeutende Menge verhältnismäßig großer Partikel mit dem durch das Mittenrohr 38 fließenden Gas zum Gaskühler 13 gelangt.
  • Im Normalbetrieb des Abscheiders 18 ist seine Partikel-Abscheideleistung solch, daß Partikel in ungenügender Menge und Größe zum Kühler 13 fließen, um Reinigung der Kühlflächen durch mechanisches Entfernen von Ablagerungen daraus zu bewirken. Jedoch, wenn die Partikel-Abscheideleistung des Abscheiders 18 durch Einführung von Fluid durch Leitung/Düse 40 herabgesetzt wird, fließen ausreichend Partikel durch den Abscheider 18, so daß sie - entweder allein oder durch Partikel aus Quelle 16 und/oder aus Leitung 25 ergänzt - Reinigung bewirken können.
  • Fig. 3 stellt eine andere beispielhafte Ausführungsform der Mittel zur Reduzierung der Abscheideleistung dar. In diesem Fall sind die Mittel durch das Bezugszeichen 32' angedeutet und umfassen einen festen Gegenstand, wie z. B. eine Metallstange 44, die durch einen pneumatischen oder hydraulischen Zylinder 45 oder ein anderes lineares Stellglied betätigt wird und sich in Richtung des Pfeils 46 bewegt. Die Stange 44 kann aus dem Kontakt mit der Wirbelströmung im Abscheider 18 bewegt werden, wie durch die durchgehende Linie in Fig. 3 angedeutet ist, oder - wenn die Abscheideleistung reduziert werden soll - in die Stellung gemäß der strichlierten Linie in Fig. 3 gefahren werden.
  • Fig. 4 stellt ein System dar, das im wesentlichen dem von Fig. 1 entspricht abgesehen von den Einzelheiten des Kühlers 13' und davon, daß man auf eine Bettpartikel-Zufuhr aus Quelle 16 zum Injektor 22 verzichtet hat. Auch bei der Ausführungsform von Fig. 4 ist der Reaktor 12 eher eine Feuerung als ein Vergaser, wobei das Abgas zunächst den ersten Abscheider 18 und dann den Kühler 13' durchfließt. Der Kühler 13' umfaßt einen Wärmetauscher 50 mit Anschlüssen 51, die aus dem Kühler 13' herausgeführt sind, wie es zum Beispiel zur Erzeugung von Dampf zum Antreiben einer Dampfturbine typisch ist. Ebenfalls kann ein zweiter Wärmetauscher 52 vorgesehen sein, der mit einer Turbine, anderen Wärmetauschern und dergleichen über Anschlüsse 53 verbunden ist.
  • Bei Nutzung des Systems 11 aus Fig. 4 können Braunkohle, Siedlungsabfall, Schlamm, oder dergleichen verfeuert werden. Alkalische Ablagerungen im Gas, die sich auf den Oberflächen der Wärmetauscher 50, 52 bilden, werden durch Einspritzung von Partikeln durch Injektor 22 und/oder durch Ansteuerung der Mittel 32 zur Beeinflussung der Partikel-Abscheideleistung des ersten Abscheiders 18 entfernt, wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform von Fig. 1 beschrieben wurde.
  • Die Ausführungsform von Fig. 5 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform von Fig. 1 mit der Ausnahme, daß sie ein PCFB-(druckbeaufschlagte zirkulierende Wirbelschicht)Vergasungssystem umfaßt. In diesem Fall wird das ganze System bei überatmosphärischem Druck, typisch 2 bis 50 bar und vorzugsweise 2 bis 30 bar, betrieben. Druckgefäße 59, 60, 61, 62 und 63 sind vorgesehen und umschließen jeweils die Bettpartikel-Quellen 16, den Reaktor 12 samt Abscheider 18, den Kühler 13, den Kanal zwischen Abscheider 18 und Kühler 13 und den zweiten Abscheider 23. Bei dieser Ausführungsform ist der Regler 33 zur Veranschaulichung der Illustration nicht dargestellt.
  • Während die hauptsächliche Funktion der Partikel, die in oder direkt von den Kühler 13, 13' eingegeben werden, bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung darin besteht, mechanische Beseitigung von Ablagerungen zu bewerkstelligen, sollte es einleuchten, daß sich das feste Bettmaterial, das die eingeführten Partikel enthält, mit nachteiligen kondensierbaren oder klebrigen Verbindungen (die z. B. sich an den Partikeln festsetzen oder daran kondensieren) vereinigen kann, wodurch die auf den Kühlflächen gebildeten Ablagerungen zurückgehen. Selbst in druckbeaufschlagtem Zustand (z. B. besonders bei der Ausführungsform von Fig. 5) hat das feste Bettmaterial ist eine so niedrige Temperatur, daß zumindest einige kondensierbare Verbindungen, wie z. B. Teer, darauf kondensieren.
  • Während die Erfindung oben im Zusammenhang mit der Anwendung eines konventionellen Zyklonabscheiders einer hauptsächlich kreisförmigen Konfiguration bei jedem der Abscheider 18, 23 beschrieben wurde, leuchtet es ein, daß auch andere Zyklonabscheider, wie z. B. der im US-Patent 5,281,398 dargestellte Typ, eingesetzt werden können. Neben Zyklonabscheidern können auch andere Abscheidertypen eingesetzt werden, in welchem Fall die Partikel-Abscheideleistung auf jede beliebige, für den jeweiligen Abscheidertyp wirksame Weise geändert werden kann. Während es sich bei den Mitteln zur Beeinflussung der Partikel-Abscheideleistung vorzugsweise um eine Fluidart oder einen mechanischen Mechanismus zur Beeinflussung - der Wirbelströmung handelt, der äußerst einfach ist, können bei Zyklonabscheidern auch andere Mechanismen vorgesehen werden, wie etwa ein Deflektor im Einlaß 36, eine Drosselstelle im Partikelauslaß 39 usw.
  • Während die Erfindung im besonderen in hinsicht auf zirkulierende Wirbelschichten beschrieben wurde - die die bevorzugten Ausführungsformen sind - können unter bestimmten Verhältnissen statt dessen auch Brodelbetten eingesetzt werden. In einem Brodelbett wird weniger inertes Material, anderes partikelförmiges Bettmaterial verwendet, so daß auf den Abscheider 18 verzichtet werden kann. Unter diesen Verhältnissen kann die Einführung von Partikeln dann eindeutig nur von Abscheider 23 und/oder aus Quelle 16 erfolgen. Sogar bei der Ausführungsform mit der zirkulierenden Wirbelschicht kann jede ausgewählte der oben beschriebenen Partikel- Einführungsmechanismusse allein oder in Kombination benutzt werden.
  • Während die Erfindung im Zusammenhang mit dem beschrieben wurde, was man derzeit für die praktischste und bevorzugteste Ausführungsform hält, sollte es einleuchten, daß die Erfindung nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt werden soll, sondern, im Gegenteil, verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen im Rahmen und Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche einschließen soll.

Claims (25)

1. Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktorsystems, welches System einen Wirbelschichtreaktor - der Feststoffpartikel enthält und in dem die Reaktion von Brennstoff stattfindet - und einen Reaktorauslaß für das während der Brennstoffreaktion produzierte Gas und einen Gaskühler umfaßt, der Kühlflächen aufweist und mit dem Reaktorauslaß verbunden ist, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt:
(a) Einführung von Feststoffpartikeln, Fluidisierungsmittel und Brennstoff in den Reaktor, um darin eine Wirbelschicht zu erzeugen;
(b) Reaktion des Brennstoffs innerhalb des Betts, um Abgas zu erzeugen und Entlassen des Gases vom Reaktorauslaß;
(c) Abkühlung des Gases vom Reaktorauslaß im Gaskühler;
(d) Reinigung der Kühlflächen des Gaskühlers durch Einführung von Bettpartikeln in ausreichender Konzentration und Größe in Schritt (c) oder davor in das Gas, so daß die Partikel Ablagerungen mechanisch von den Kühlflächen entfernen und dadurch die Kühlflächen reinigen; und
(e) Entfernung der Partikel aus dem Gas nach Schritt (d).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) nur intermittierend durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) kontinuierlich durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) durchgeführt wird, indem in Schritt (e) abgeschiedene Partikel kurz vor dem Gaskühler in das Gas eingeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) auch dadurch durchgeführt wird, daß Partikel über eine Bettpartikelzufuhr kurz vor dem Gaskühler in das Gas eingeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) auch dadurch durchgeführt wird, daß Partikel über eine Bettpartikelzufuhr kurz vor dem Gaskühler in das Gas eingeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor ein CFB- Reaktor ist, der einen Partikelabscheider zwischen Reaktor-Gasauslaß und Gaskühler aufweist, der normalerweise bei einer ersten Abscheideleistung arbeitet, die nicht zuläßt, daß Bettpartikel in ausreichender Menge oder Größe dadurchfließen, um Reinigung des Gaskühlers zu bewirken; und daß Schritt (d) durchgeführt wird, indem der Betrieb des Partikelabscheiders derart unterbrochen wird, daß er erheblich unter der ersten Abscheideleistung arbeitet, so daß Bettpartikel in ausreichender Menge und Größe dadurch fließen, um Reinigung der Gaskühler-Oberflächen zu bewirken.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) durchgeführt wird, indem in Schritt (c) abgeschiedene Partikel kurz vor dem Gaskühler in das Gas eingeführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) ferner durchgeführt wird, indem Partikel aus einer Bettpartikelquelle kurz vor dem Gaskühler in das Gas eingeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) ferner durchgeführt wird, indem Partikel aus einer Bettpartikelquelle kurz vor dem Gaskühler in das Gas eingeführt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelabscheider ein Zyklonabscheider ist, der eine Wirbelströmung erzeugt und daß Schritt (d) durchgeführt wird, indem eine Fluidströmung in die Wirbelströmung eingeführt wird, um die Wirbelströmung zu unterbrechen und die Abscheideleistung dadurch zu reduzieren.
12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelabscheider ein Zyklonabscheider ist, der eine Wirbelströmung erzeugt und daß Schritt (d) durchgeführt wird, indem ein fester Gegenstand in die Wirbelströmung eingeführt wird, um die Wirbelströmung zu unterbrechen und die Abscheideleistung dadurch zu reduzieren.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (a) durchgeführt wird, indem ein Strom von Dampf, Luft, oder Inertgas in die Wirbelströmung eingeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (a) bis (e) bei einem überatmosphärischen Druck zwischen ungefähr 2 bis 50 bar durchgeführt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (a) bis (e) bei einem überatmosphärischen Druck zwischen ungefähr 2 bis 50 bar durchgeführt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, umfassend als weiteren Schritt die Druckbeaufschlagung des Bettmaterials auf überatmosphärischen Druck, bevor es in das Bett eingeführt wird zur Durchführung von Schritt (d).
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (b) durchgeführt wird, um Gas mit einer Temperatur über 600ºC zu produzieren und daß Schritt (c) durchgeführt wird, um das Gas auf ungefähr 400ºC abzukühlen.
18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) durch Einführung des inerten Bettmaterials durchgeführt wird.
19. Zirkulierendes Wirbelschichtreaktorsystem, umfassend;
einen Wirbelschichtreaktor mit Bettmaterialeinlaß, Abgasauslaß und Fluidisierungsgaseinlaß;
einen Zyklonabscheider, der normalerweise bei einer ersten Abscheideleistung arbeitet und mit dem Reaktor-Gasauslaß verbunden ist und einen Gasauslaß und einen Partikelauslaß aufweist zur Rückführung abgeschiedenen Bettmaterials zum Reaktor;
einen Gaskühler, der mit dem Abscheider-Gasauslaß verbunden ist und Kühlflächen aufweist; und
Mittel zur Beeinflussung der Abscheideleistung des Abscheiders derart, daß sie erheblich unter der ersten Abscheideleistung liegt, so daß ausreichend Bettpartikel durch den Abscheider fließen, um mechanisches Entfernen von Ablagerungen zu bewirken, die sich auf den Kühlflächen bilden.
20. System nach Anspruch 19, das des weiteren Druckgefäße umfaßt, die den Reaktor, Abscheider und Kühler umschließen, um sie auf überatmosphärischem Druck zu halten.
21. System nach Anspruch 19, das des weiteren einen zweiten Abscheider stromabwärts vom Gaskühler umfaßt zur Abscheidung von Bettpartikeln aus dem den Kühler verlassenden Gas, und Einführung von mindestens einem Teil der abgeschiedenen Bettpartikel intermittierend am Kühler oder kurz davor in das Gas.
22. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklonabscheider eine Wirbelströmung erzeugt und daß die Mittel zur Beeinflussung der Abscheideleistung der Abscheiders Mittel umfassen zur Einführung einer Fluidströmung in die Wirbelströmung, um die Wirbelströmung zu unterbrechen und die Abscheideleistung dadurch zu reduzieren.
23. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklonabscheider eine Wirbelströmung erzeugt und daß die Mittel zur Beeinflussung der Abscheideleistung der Abscheiders einen festen Gegenstand und Mittel zur Einführung oder Entfernung des festen Gegenstands in oder aus der Wirbelströmung umfassen, wobei der feste Gegenstand bei Einführung in die Wirbelströmung die Wirbelströmung unterbricht und dadurch die Abscheideleistung reduziert.
24. System nach Anspruch 19 umfassend:
einen zweiter Zyklonabscheider stromabwärts vom Gaskühler zur Abtrennung von Bettpartikeln aus dem den Kühler verlassenden Gas, der einen Partikelauslaß umfaßt; und
eine Leitung, die sich vom zweiten Zyklon-Partikelauslaß zum Gaskühler oder bis in den Raum zwischen dem ersten Abscheider und dem Gaskühler erstreckt.
25. System nach Anspruch 24, das des weiteren Druckgefäße umfaßt, die den Reaktor, die Abscheider und den Kühler umschließen, um sie auf überatmosphärischem Druck zu halten.
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