DD147933B1 - Vorrichtung zur steuerung bei der feststoff-stroemungsfoerderung - Google Patents

Description

Titel der Erfindung

Vorrichtung zur Steuerung bei -der Peststoff«Strömungsförderung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung und Regelung des Peststoff-H&ssenstromes bei der Strömungsförderung von Schüttgut, das in einem Trägergas suspendiert ist, insbesondere zur Gewährleistung und Beherrschung von Fe3tstoff-Trägergas-Strömen mit sehr großer Feststoff "-Konzentration und sehr hoher Konstanz sowie bei der Strömungsförderung in Systemen unter hohem Druck, Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Zuteilung staubförmiger Brennstoffe für Vergasungsreaktoren und Feuerungen unter hohem Druck, beispielsweise unter einem Druck zwischen 1 und 5 MPa.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine bekannte Ausführungsform für die Strömungsförderung körniger oder staubförmiger Feststoffe ist dadurch charakterisiert, daß der Feststoff in einem Behälter eingebracht wird, durch Einführung eines gasförmigen Mediums (Trägergas) in diesem Behälter fluidisiert wird und unter der Wirkung eines im Behälter herrschenden Überdruckes über eine Förderleitung als Suspension in einem Trägorgas der Verbraucherstelle

zufließt. Vielfach ist der in der fluidisierten Feststoff -Schutt ung befindliche Einlauf in die Förderleitung als ein sich in Förderrichtung konisch verjüngender Einlauftrichter ausgebildet. Es ist bekannt, den Einlauftrichter durch einen axial verstellbaren konvexen Schließkörper, z. B, durch einen Dorn, verschließbar zu gestalten. Es ist weiter bekannt, zur Verbesserung der Stabilität der Förderung durch eine zentrale Düse einen "Treibgasstrahl" in Richtung der Feststoff-Förderung in den Einlauf der Förderleitung einzublasen, was allerdings die Verwendung des axial verstellbaren, konvexen Schließkörpers hindert. Es ist schließlich eine Anordnung bekannt, bei der das Treibgas durch eine ringförmige Düse achsparallel entlang der Innenwand der Förderleitung eingeblasen wird, allerdings in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Einlauftrichter. Bei dieser Anordnung ist der Durchmesser der Förderleitung größer als der kleinste Durchmesser des Einlauftriehters, doch ist das Verschließen des Einlauftriehters mit einem axial verstellbaren Schließkörper möglich (DD-V/P B 65 G/ 76 940).

Eine Regelung des Fest stoff-Massenstromes ist bei diesen bekannten Verfahren und Einrichtungen in gewissem Umfang durch Verändern des Behälterdruckes bzw, der Druckdifferenz zwischen Behälter und Verbraucherstelle, durch Verändern der Treibgasmenge oder durch Veränderung der zur Fluidisierung in den Behälter eingeblasenen Gasmenge möglich.

Die bekannten Ausführungsformen der Strömungsförderung dienen fast ausschließlich der Überführung von Schüttgut über Entfernungen bis zu einigen hundert Metern in einem drucklosen Auffangbehälter, Abhängig vom Strömungswiderstand der Feststoff-Gas-Suspension in der Förderleitung und des geodätischen Höhenunterschiedes herrschen dabei am Beginn der Förderleitung Drücke bis maximal

0,4 tCPa, Das Beladungsverhältnis, das Verhältnis von Feststoff masse zu Volumen des Trägergases, liegt am Beginn der Förderleitung in einer Größenordnung bis 50 kg/m , so daß sich der Terminus Dünnstrom-Förderung eingebürgert hat. Die Anforderungen an die Gleichmäßigkeit des Pörderstromes sind verhältnismäßig gering« Beispielsweise aus den Patentschriften DD-AP 127 904, DT-OS 25 54 5C5 und DO-V-T 201 O64 ist bekannt, das Prinzip der Strömungsförderung von staubförmigen Feststoffen, suspendiert in einem Trägergas, für die Zuteilung und Dosierung staubförmiger Brennetoffe bei der Kohlenstaubvergasung unter hohem Druck zu nutzen» Mit Rücksicht auf Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Vergasung sind dabei folgende Forderungen an das Zuteilsystem zu stellen:

- hohe Gleichmäßigkeit des Feststoffstromes;

- gute Regelbarkeit des Feststoffstromes;

- Beherrschung von Gegendrücken zwischen 1 und 5 MPa und mehr am Ende dor !förderleitung bei Eintritt in d en Vergasimgsrekator;

- minimaler Zeitbedarf für das Erreichen stabiler und konstanter T.Iengenströme beim Start des Prozesses.

Insbesondere bei hohen Gegendrücken sind zur Minimierung des Trägergasbedarfes sehr hohe Beladungsverhältnisse, beispielsweise zwischen 200 und 6OO kg Kohlenstaub je m Trägergas erwünscht, wobei sich bei solchen Werten die Feststoffkonzentration der Suspension den Werten einer losen, ruhenden Schüttung nähert.

Es ist bekannt, den Vorrat an staubförmigem Brennstoff in einem Druckbehälter in eine Wirbelschicht zu überführen, also zu fluidisieren. Über eine Förderleitung wird aus dieser Wirbelschicht ein Staub-Trägergasstrom dem Vergasungsreaktor zugeleitet, wobei der Staubfluß eine Funktion der Dichte der Wirbelschicht und des Differenzdruckes zwischen Behälter und Reaktor ist. Ein Nachteil

ist die Notwendigkeit, das zur Aufwirbelung erforderliche Trägergas nach Austritt aus dem Druckbehälter zu entstauben und zu rekomprimieren.

Es sind zusätzlich spezielle Anordnungen für den Einlauf in die Förderleitung sowie der Einsatz einer Treibgasdüse vor dem Einlauf der Förderleitung und achsgleich dazu bekannt, DD-AP 127 904, ohne daß damit der oben genannte Nachteil behoben ist.

In der Offenlegungsschrift DT-OS 2 554 565 ist eine Zuteileinrichtung für Kohlenstaubvergasungsanlagen beschrieben, bei der ein Teil des Trägergases als Treibgasstrahl vor der EinlaufÖffnung einer Förderleitung zugeführt wird, ein weiterer Teil zur Auflockerung der Feststoff-Schüttung am Boden des Druckbehälters eingeblasen wird, ohne daß der gesamte Feststoffinhalt desBehälters aufgewirbelt wird und eine Kreislaufführung von Trägergas zur Aufwirbelung erforderlich ist. Eine ausreichend stabile Zuführung von Kohlenstaub zum Vergasungsreaktor mit genügender Gleichmäßigkeit und mit Feststoffkonzentrationen, wie oben gefordert, also im Dichtstrom, wird mit dieser Anordnung nicht erreicht. Es wird vielmehr eine weitere Trägergasmenge, die Hauptmenge, kurz hinter dem Einlauf zusätzlich in die Förderleitung eingeblasen und auf Dünnstromförderung mit hohem Bedarf an Trägergas übergegangen. Es ist schließlich mit- DD-V/P 201 064 ein Verfahren zur Staubeinspeisung in Kohlenstaub-Vergasungsanlagen unter Druck bekannt, das durch folgende Merkmale charakterisiert ist:

Im Unterteil eines Dosierbehälters wird durch Einblasen von Trägergas eine örtlich begrenzte Wirbelschicht erzeugt. Das zur Auf wirbelung di'enende Trägergas fließt zusammen mit dem staubförmigen Brennstoff im dichten Strom über eine Förderleitung, deren Einlauf in die örtlich begrenzte Wirbelschicht eintaucht, dem Vergasungs-

reaktor zu« Me Dosierung des Gtaubes erfolgt durch Verändern 6er Trägergasmenge» MLt diesem Verfahren wird ein konstanter, in verhülltnismäß:Ig weitern Umfang regelbarer Brennstoffstrom hoher Feststoffkonzuntra·» tion (beispielsweise 4-00 kg/m^ Trägergas) erreicht« Nachteilig ist jedoch eine verhältnismäßig große Regelträgheit, da jede Veränderung des Brennstoffstromes zum Reaktor durch Verstellen der eingeblasenen Trägergasmenge mit einer Veränderung des Gasdruckes im Dosierbehälter verbunden ist, die lange Totzeiten verursacht. Nchteilig ist weiter, daß beim Start der Brennst off zuführung zum Reaktor vor allem bei förderschwierigen Brennstoffen (z, B, Braunkohlenstaub mit fasrigen, stengligen Xylitte liehen) leicht Unstetigkeiten im Förderstrorn auftreten, die durch Einblasen einer zusätzlichen Menage an Trägergas in die Förderleitung behoben werden müssen, bis eine volle Stabilität der Förderung erreicht ist» Schließlich ist die Gefahr einer Verstopfung des Förderrohres in der Nähe des Einlaufes bei Stillständen nicht auszuschließen, weil der Einlauf bei Stillstand nicht unmittelbar verschließbar ist. Es ist deshalb vor dem Start vielfach ein Freispülen der Förderleitung in umgekehrter Richtung erforderlich, was mit zusätzlichem Aufwand verbunden ist.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, eine stabile, stetige, gut regelbare Förderung von Feststoffen, die in einem Trägergas suspendiert sind, zu erreichen, bei der ein minimaler Trägergasbedarf gewährleistet ist und die geeignet ist, kontinuierliche, auch unter hohem Druck ablaufende Prozesse, wie beispielsweise die Vergasung oder Verbrennung von Kohlenstaub unter Druck, regelbar mit Feststoff zu versorgen, sie sicher zu beherrschen und mit geringster Verzögerung zu beeinflussen.

Ziel der Erfindung ist weiter, ein rasches und störungsfreies An- und Abstellen der Förderung zu gewährleisten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die es gestattet, einen durch Einblasen eines Trägergases fließfähig gemachten Pest stoff aus einem Behälter über eine Förderleitung mit verschließbarem Einlauf einer Verbraucherstelle so zuzuleiten, daß ein stabiler, störungsfreier und stetiger Feststoffmassenstrom mit sehr hoher Feststoffkonzentration (DichtStromförderung), eine gute Regelbarkeit des Feststoffmassenstromes mit geringer Regelträgheit und eine rasche und störungsfreie Inbetriebnahme und Außerbetriebnahme gewährleistet sind und auch höhere Gegendrücke an der Verbraucherstelle, beispielsweise Drücke zwischen 1 und 5 MPa, beherrscht werden.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

Erfindungsgemäß besteht die Vorrichtung zur Steuerung bei der Feststoff-Strömungsförderung aus einem Behälter mit bekannten Einrichtungen zur Fluidisierung von Feststoffen, einem im feststofferfüllten Raum des Behälters angeordneten Einlauftrichter, einer Förderleitung, die sich an den Einlauftrichter anschließt und zu einer Verbraucherstelle führt, und einem axial verstellbaren, konvexen Schließkörper, der in seiner Endstellung die Innenwand des Einlauftriehters entlang einer Dichtlinie berührt und diesen verschließt. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung folgende Merkmale auf:

Die Innenwand des Einlauftriehters ist stromaufwärts und stromabwärts der Dichtlinie von Öffnungen durchbrochen, wobei die stromaufwärts' der Di'chtlinie mündenden

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Öffnungen mit mindestens einer stromaufwärtigen Ringkammer und die stromabwärts mündenden Öffnungen mit mindestens einer stromabwärtigen Hingkammer verbunden ist, die jeweils mit einem Anschluß für Steuergas versehen sind, und wobei mindestens die stromaufwärts der Dichtlinie mündenden Öffnungen, in der Regel aber auch die stromabwärts der Dichtlinie mündenden Öffnungen parallel bis spitzwinklig zur Innenwand des Einlauftrichters in Richtung zur Förderleitung hin ausgerichtet sind. Als besonders vorteilhafte Lösung wurde gefunden, die stromaufwärts mündenden und die stromabwärts mündenden Öffnungen in der Innenwand des Einlauftrichters in Form umlaufender Ringspalte auszubilden, die, wie oben beschrieben, parallel bis spitzwinklig zur Innenwand des Einlauftriebters in Richtung zur Förderleitung hin ausgerichtet sind.

Zur Einleitung der Förderung wird erfindungsgemäß der konvexe Schließkörper durch axiale Verstellung soweit von seiner Endstellung entfernt, daß ein ringförmiger Zwischenraum zwischen der Innenwand des Einlauftriehters und dem Schließkörper entsteht und ein über den Umfang des Einlauftrieht ers verteilter, bezogen auf die genannte Dichtlinie stromaufwärts mündender Steuergasstrom in den genannten ringförmigen Zwischenraum eingeblascn, wobei erfindungsgemäß mindestens dieser stromaufwärts mündender Steuergasstrom, vorzugsweise aber beide Steuergasströme parallel bis spitzwinklig zur Innenwand des Einlauftrichters in Richtung der Feststoff-Förderung geführt werden. Erfindungsgemäß wird schließlich nach Erreichen einer stabilen Förderung der genannte stromabwärts mündende Steuergasstrom unterbrochen und der Feststoffstrom durch Mengenveränäerung des stromaufwärts mündenden Steuergasstromes und durch axiale Verstellung des Schließkörpers geregelt.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß mindestens der stromaufwärts mündende Steuergasstrom als fla-

eher, sich über eine Umfangslinie der Innenwand des Einlauftriehters erstreckender Schleier parallel bis spitzwinklig zur Innenwand des Einlauftrichters in Richtung der Peststoff-Förderung eingeblasen wird. Offenbar bildet dieser Schleier eine Art Gleitschicht, die sich vorteilhaft auf die Stabilität der Förderung auswirkt und die es gestattet, mit einem Minimum an Steuergas auszukommen.

Für die Regelung und Dosierung von Stoffströmen ist es zweckmäßig, die Zahl der Stellgrößen möglichst gering zu halten. Erfindungsgemäß kann nach Erreichen einer stabilen Förderung der stromaufwärts mündenden Steuergasstrom konstant gehalten und der Feststoffstrom durch axiale Verstellung des konvexen Schließkörpers geregelt werden, ohne daß die Förderstabilität durch die Bewegung des S.chließkörpers beeinträchtigt wird. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, daß nach Erreichen einer stabilen Förderung die Stellung des konvexen Schließkörpers konstant gehalten und der Feststoffstrom durch Mengenveränderung des stromauf" wärts mündenden Steuergasstromes geregelt wird. Für die Wahl zwischen diesen beiden Regelmöglichkeiten sowie einer erfindungsgemäß ebenfalls möglichen Regelung durch gleichzeitiges Verstellen von konvexen Schließkörpern und stromaufwärts mündenden Steuergasstrom ist letzten Endes die Konzeption des BMSR-Systems für die Gesamtanlage bestimmend, in der die Strömungsförderung bzw, Zuteilung von Feststoffen integriert ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es, den Staubstrom bis zu geringsten Fördergeschwindigkeiten (< 1 m/s) und höchsten Feststoffkonzentrationen (nahe der Schüttdichte einer ruhenden Schüttung des -Feststoffs) zu fördern und zu regeln. In allen Bereichen stabile Betriebsverhältnisse können dabei schon erreicht werden, wenn der stromaufwärts mündende Steuergasstrom

nur einen Bruchteil, nämlich 5 bis 25 % der gesamten, im Festet of f-^rägergas-»Strom enthaltenden Trägergasmenge (gemessen in dBr .Förderleitung) ausmacht, die Beladung des Pörderstrorncs· also nur geringfügig vermindert wird,

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Dazu seien die !Figuren 1 und 2 herangezogen.

Es zeigen

Figur 1 die ßchematische Darstellung der Vorrichtung Figur 2 einen Schnitt durch den Einlauftrichter mit dem konvexen Schließkörper

In einem unter erhöhtem Druck stehenden Behälter 1 wird durch Einblasen eines Trägergases über die Trägergaszuleitung 2 und dem porösen Anströmboden 3 ein staubförmiger Peststoff fluidisiert. Das Gemisch von Peststoff und Trägergas wird über eine Förderleitung 4 einer nicht dargestellten Verbrauchsstelle zugeführt. Über eine Zulauföffnung 5 und eine beliebiges, in Pig, 1 nicht dargestelltes Schleusensyctem wird der Abförderung entsprechend frischer staubförmiger Peststoff nachgefüllt, so daß während des Betriebes ein minimaler Peststoff-Füllstand im Behälter nicht unterschritten wird« Der Einlauf in die Förderleitung 4 ist als ,sich konisch in Förderrichtung verjüngender Einlauftrichter б ausgebildet, der innerhalb des ständig mit Peststoff erfüllten Teils des Behälters 1 angeordnet ist. Koaxial zum Einlauftrichter 6 ist ein axial verstellbarer konvexer Schließkörper 7 vorhanden, der in seiner Endstellung die Innenwand 8 des Einlauftriehters entlang einer Dichtlinie 9 berührt und den Einlauftrichter б verschließt. Es ist für den Sinn der Erfindung unerheblich, ob - wie in Pig. 1 dargestellt - die Axialver-

stellung des konvexen Schließkörpers 7 über eine durch die Behälterwand geführte Schubstange 10 in geeigneter Weise von außen erfolgt oder ob die Betätigung durch beispielsweise eine hydraulische Vorrichtung innerhalb des Behälters 1 erreicht wird. Ebenso wird die Einlaufrichtung in Einlauftrichter б und Förderleitung 4 - in Pig. 1 senkrecht nach oben - durch die Erfindung nicht festgelegt.

Die Innenwand 8 des Einlauftriehters 6 wird gem. Pig. von einer bezogen auf die Dichtlinie stromaufwärts mündenden Öffnung 11 und einer stromabwärts mündenden Öffnung 12 durchbrochen. Die Öffnungen haben jeweils die Porm eines umlaufenden Ringspaltes und sind spitzwinklig zur Innenwand 8 in Richtung der Förderung angestellt. Die Öffnungen 11 und 12 sind mit einer stromaufwärtigen Ringkammer 13 bzw. einer stromabwärtigen Ringkammer 14 verbunden, die mit je einem Anschluß für Steuergas 15 bzw. 16 versehen sind. Die Ringkammern sind in die mehrteilige Wand des Einlauftriehters eingelassen.

Vor dem Start der Staubförderung zur Verbrauchssteile befindet sich der konvexe Schließkörper 7 in seiner Endstellung und dichtet den Einlauftrichter б ab. Über den Anschluß für Steuergas 16 wird über die Ringkammer 14 und die Öffnung 12 ein bezogen auf die Dichtlinie 9 stromabwärts mündender Steuergasstrom in den Einlauftrichter eingeblasen, der über die Förderleitung 4 der Verbrauchsstelle zufließt. Bei einem Durchmesser der Förderleitung 4 von 40 mm genügt dabei ein Steuergas-Volumenstrom von etwa 5 m /h, gemessen unter den Zustandsbedingungen in der Förderleitung. Gleichzeitig wird in den mit staubförmigem Feststoff gefüllten Behälter 1 über den Anströmboden 3 Trägergas eingeblasen, wobei der Festst.off fluidisiert und der Behälter auf einen Druck gebracht wird, der den Druck der Verbrauchs-

stelle um einen bestimmten, von Art des Feststoffes, Durchmesser, Länge und Höhendifferenz der Förderleitung und Förderleistung abhängigen Betrag übersteigt. Beim Start der Förderung wird der konveze Schließkörper 7 soweit von seiner Endstellung entfernt, daß sich ein ringförmiger Zwischenraum zwischen Schließkörper und Innenwand 8 des Einlauftrichters bildet, dessen freier Querschnitt etwa dem lichten Querschnitt der Förderleitung entspricht. Gleichzeitig wird über den Anschluß für Steuergas 15, die Ringkammer 13 und die Öffnung 11 ein bezogen auf die Dichtlinie 9 stromaufwärts mündender Steuergasstrom in den Einlauftrichter geblasen. Damit setzt die Förderung einer Fest stoff-Trägergas-Suspension zur Verbrauchsstelle ein. Der stromabwärts mündende Steuergasstrom wird nunmehr gedrosselt und nach Erreichen einer stabilen Förderung völlig unterbrochen.

Durch Verstellen des konvexen Schließkörpers 7 wird der Sollwert der Feststoff«Förderung zur Verbrauchsstelle eingeregelt, wobei der stromaufwärts mündende Steuergasstroir konstant gehalten wird. Er wird auf beispielsv^eise 15 % der in der Förderleitung 4 fließenden, gesamten Trägergasmenge eingestellt. Ebenfalls konstant gehalten wird der Differenzdruck zwischen Behälter 1 und Verbrauchsstelle, Die Außerbetriebnahme der Förderung geschieht in nachstehender Reihenfalge:

- Zuführung von Steuergas über die stromabwärts mündende Öffnung 11 zum Freispülen der Förderleitung

- Schließen des konvexen Schließkörpers 7.

- Absperren des stromaufwärts mündenden Steuergasstroms.

- Beenden des Freispülens der Förderleitung 4.

Erzielt wird eine gut regelbare stetige Dichtstromförderung mit sehr hoher Feststoffkonzentration, die allerdings von der Art und Beschaffenheit des Fest-

stoffes beeinflußt wird. Es werden ohne zusätzliche weitere Trägergaszufuhr in die Förderleitung Förderstrecken von z, B, 40 m und entsprechende Höhendifferenzen beherrscht.

Kontrollversuche, bei denen auf den stromaufwärts mündenden Steuergasstrom verzichtet wurde, zeigten, daß eine Regelung des Förderstromes mit Hilfe des verstellbaren, konvexen Schließkörpers praktisch nicht möglich ist, daß die Förderung zu häufiger Instabilität neigt und daß eine für alle Einsatzfälle befriedigende Stetigkeit der Förderung allenfalls durch Zuspeisung vergleichsweise sehr großer, zusätzlicher Trägergasmengen in die Förderleitung erreicht werden kann, so daß die erreichbare Feststoffkonzentration deutlich vermindert ist.

Claims (2)

1. Erfindungsansprüche

   1. Vorrichtung zur Steuerung bei der Peststoff-Strömungsförderung bestehend aus einem Behälter mit Einrichtungen zur Fluidisierung von Peststoffen, einem in feststofferfüllten Raum dos Behälters angeordneten Einlauftrichters, einer Förderleitung, die sich an den Einlauftrichter anschließt und zu einer Verbrauchsstelle führt, und einem axial zum Einlauftrichter verstellbaren konvexen Schließkörper, der in seiner Endstellung die Innenwand des Einlauftrichters entlang einer Dichtlinie berührt und diesen verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Einlauftrichters stromaufwärts und stromabwärts der Dichtlinie von Öffnungen durchbrochen ist, wobei die stromaufwärts der Dichtlinie mündenden Öffnungen mit mindestens einer stromaufwärtigen Ringkammer und die stromabwärts mündenden Öffnungen mit mindestens einer stromabwärtigen Ringkammer verbunden sind, die Ringkammern jeweils mit einem Anschluß für Steuergas versehen sind und mindestens die stromaufwärts der Dichtlinie mündenden Öffnungen parallel bis spitzwinklig zur Innenwand des Einlauftriehters in Richtung zur Förderleitung hin ausgerichtet sind.
2. 2. Vorrichtung nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts mündenden und üie stromabwärts mündenden Öffnungen in Form umlaufender Ringspalte ausgebildet sind«

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