DE102005037111A1

DE102005037111A1 - Zirkulierender Wirbelschichtreaktor

Info

Publication number: DE102005037111A1
Application number: DE200510037111
Authority: DE
Inventors: Bernd Krohmer; Joachim Seeber; Bernd Thaler
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2007-02-15
Also published as: CN1908514A; TR200603999A2

Abstract

Zirkulierender Wirbelschichtreaktor, insbesondere zur Verfeuerung von Brennstoffen, bestehend aus: DOLLAR A einer Brennkammer (2) mit einem Bett fluidisierten festen Partikelmaterials darin und einem damit verbundenen Feststoffkühler (3) zur Abkühlung von aus dem unteren Teil der Brennkammer (2) abgeleiteten Asche bzw. Feststoff (13), der Kühler (3) bestehend aus DOLLAR A - zumindest einer Wirbelkammer (4, 5, 6) zur Durchleitung des zu kühlenden Feststoffes (13) in einem Horizontalstrom, wobei jede Wirbelkammer (4, 5, 6) einen unteren Teil (10) und einen oberhalb des Kühler-Wirbelschichtbettes (35) liegenden und mit den jeweiligen Wirbelkammern (4, 5, 6) gas- und feststoffseitig kommunizierenden Freiraum (11) aufweist, DOLLAR A - Mitteln zur Einführung von Fluidisierungsgas (12) in jeden der unteren Teile (10) zur Fluidisierung von Partikelmaterial in der bzw. den Wirbelkammer(n) (4, 5, 6), DOLLAR A - wenigstens einer Auslassöffnung (14) zur Ausleitung von Fluidisierungsgas (12) aus dem Freiraum (11) in den unteren Bereich der Brennkammer (2), DOLLAR A - wenigstens einer Einlassöffnung (15), die die erste Wirbelkammer (4) mit dem unteren Teil der Brennkammer (2) verbindet, zur Leitung von Asche (13) aus Bodennähe der Wirbelschichtfeuerung in den Kühler und DOLLAR A - wenigstens einer Auslassöffnung (16), die mit der letzten Wirbelkammer (4, 5, 6) verbunden ist, zur Ableitung von Feststoff (13) aus dem Kühler (3); DOLLAR A wobei im Freiraum (11) des Kühlers (3) zumindest ein Abscheider (30) zur Abscheidung von ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor, insbesondere zur Verfeuerung von Brennstoffen sowie auf ein Verfahren zum Betreiben eines zirkulierenden Wirbelschichtreaktors.

Derartige Wirbelschichtreaktoren finden unter anderem in der Energie- bzw. Kraftwerkstechnik Anwendung. Dabei werden im Wirbelschichtbett der Reaktor- bzw. Brennkammer Kohle oder andere brennbare Stoffe, beispielsweise Abfall oder Biomasse, verbrannt. Zur Abscheidung und Abkühlung der/des bei der Verbrennung des Brennstoffes entstandenen Asche bzw. Feststoffes ist der untere Bereich der Brennkammer mit einem Asche- bzw. Feststoffkühler verbunden. Als Feststoffkühler sind mechanische Kühler wie Kühlschnecken, Kühlschwingrinnen etc. sowie Kühler mit stationären Wirbelschichten wie Wirbelschichtkühler, Aschesichter, Stripper-cooler etc. bekannt.

Derartige Wirbelschicht- bzw. Feststoffkühler zur Kühlung der überschüssigen Asche von zirkulierenden Wirbelschichtreaktoren können entweder direkt am unteren Bereich des Wirbelschichtreaktors installiert sein oder davon getrennt einzeln angeordnet sein und mit den entsprechenden Leitungen mit der Brennkammer verbunden sein. Die abzuziehende Asche wird am unteren Teil der Brennkammer durch eine Abzugsöffnung, die mit einem Sperr- bzw. Regelorgan ausgebildet ist, und über eine Zuleitung dem Feststoffkühler zugeführt. In dem Feststoffkühler, der mit einer oder mit mehreren Kammern ausgebildet ist und die von unten zur Erzielung einer Wirbelschicht mit Fluidisierungsgas beaufschlagt werden, wird das fließfähige Gut bzw. die fließfähige Asche von der Eintrittsseite in einem Horizontalstrom durch die eine oder mehrere Kammer(n) zur, der Eintrittsseite gegenüberliegenden, Austrittsseite bewegt und dort ausgeschleust und abgeführt. Die Abkühlung des Feststoffes erfolgt zum einen mittels des Fluidisierungsgases auf direktem und zum anderen mittels in die Feststoffwirbelschicht eintauchende und ein Kühlmedium, z.B. Wasser, führende Rohrbündelwärmetauscher auf indirektem Wege, d.h. es findet ein direkter sowie ein indirekter Wärmetausch zwischen dem Feststoff und den beiden Kühlmedien statt, die jeweils getrennt zu und abgeführt werden. Das durch das Feststoff-Wirbelschichtbett hindurch geleitete Fluidisierungsgas tritt oberhalb des Wirbelschichtbettes in einen Freiraum des Kühlers aus und gelangt von dort über eine Rückführleitung zurück in die Brennkammer des Wirbelschichtreaktors.

Beim Betrieb vorgenannter Wirbelschichtreaktoren mit Wirbelschicht- bzw. Feststoffkühler hat sich gezeigt, dass ausreichend hohe Fluidisierungsgeschwindigkeiten von ca. 1 m/s erforderlich sind, um grobe Feststoffpartikel innerhalb des Kühlers in der Schwebe zu halten. Ansonsten kommt es zu Ablagerungsbildung von grobem Feststoff, was zu einem Verstopfen des gesamten Feststoffkühlers führen kann. Durch die einerseits erforderliche hohe Fluidisierungsgeschwindigkeit wird in nachteiliger Weise der Feinanteil des zu kühlenden Feststoffes mit dem Fluidisierungsgas mitgetragen bzw. weggeblasen und es kommt zu einer Verarmung des Kühler-Wirbelschichtbettes an Feinmaterial. Infolge des fehlenden Feinmaterials wird eine sich negativ auswirkende Reduzierung des Wärmetausches innerhalb des Kühlers bewirkt. Die Folge ist ein größer werdender Kühler mit mehr Wärmetauscher-Heizfläche und mit einem erhöhten Bedarf an Fluidisierungsmedium. Hieraus resultiert wiederum ein erhöhter Kraftbedarf des Fluidisierungsgasgebläses, was zu einer Verringerung des Anlagenwirkungsgrades führt. Da das mit dem Fluidisierungsgasstrom mitgetragene Feinmaterial wieder in die Wirbelschichtbrennkammer zurückgeführt wird und nach kurzer Zeit erneut in den Feststoffkühler gelangt, wird in nachteiliger Weise der Feststoffkühler mit Feinmaterial überfrachtet und das Feinmaterial mehrfach abgekühlt, bevor es tatsächlich ausgeschleust wird. Durch die Überfrachtung besteht bei Kühlern mit mehreren Kühlkammern die Gefahr, dass ein Teil des Feststoffstroms im Bypass zu den Kühlkammern läuft und dadurch in nachteiliger Weise die Kühlleistung verringert wird, da die Verweilzeit des Feststoffstroms nicht mehr ausreichend ist.

Aus der Druckschrift EP 0 801 592 B1 ist ein gattungsgemäßer Wirbelschichtreaktor bekannt geworden. Dieser bekannte Wirbelschichtreaktor weist einen Wirbelschichtkühler mit drei Kammern auf, der direkt, d.h. ohne Leitungen bzw. Kanäle, und nur mit Verbindungsöffnungen mit der Brennkammer des Reaktors verbunden ist und der von aus der Brennkammer abgezogenen Feststoffpartikeln waagrecht durchströmt ist. Jede der drei mit Fluidisierungsgas beschickten Kammern ist mit einem zur Kühlung des abgezogenen Feststoffes eingesetzten Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet.

Aus der Druckschrift DE OS 19 09 039 ist ein Wirbelschichtkühler mit mehreren Kammern, im vorliegenden Fall sechs Kammern bekannt geworden, die jeweils durch Stauwände getrennt sind und von unten mit Fluidisierungsgas zur Erzeugung einer Wirbelschicht in den Kammern beaufschlagt werden. Das fließfähige Gut, das an der einen Seite des Kühlers zugegeben wird, durchströmt mit Hilfe der Wirbelschicht den Kühler waagrecht, d.h. das fließfähige Gut bzw. der Feststoff überwindet chargenweise und kontinuierlich jeweils eine Stauwand und gelangt auf diese Weise von der ersten bis zur letzten Kammer, um zuletzt auf der dem Eintritt gegenüberliegenden Seite des Kühlers auszutreten. Die Kühlung selbst erfolgt dabei zum einen direkt mittels des von unten zugeführten und durch den Feststoff hindurchtretenden Fluidisierungsgases und zum anderen indirekt mittels der in die Wirbelschicht eingetauchten Rohrbündel, die ein Kühlmedium im indirekten Wärmetausch durch die Feststoffwirbelschicht führen. Die sowohl zur direkten als auch zur indirekten Kühlung benutzen Medien werden jeweils getrennt ein- und abgeführt.

Es ist somit Aufgabe dieser Erfindung, einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor zu schaffen, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden bzw. trotz vorhandener grober Feststoffpartikel im Feststoffkühler die Rezirkulation von Feinmaterial mittels Fluidisierungsgas in die Brennkammer geringstmöglich gehalten bzw. verhindert wird. Es ist ferner die Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen zirkulierenden Wirbelschichtreaktors aufzuzeigen.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird hinsichtlich des zirkulierenden Wirbelschichtreaktors durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruches 11 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ein zirkulierender Wirbelschichtreaktor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines zirkulierenden Wirbelschichtreaktors geschaffen, der bzw. das die nachfolgenden Vorteile aufweist:

- Verbesserung des Feststoffkühler-Wirkungsgrades,
– Ermöglichung, dass trotz erhöhter Fluidisierungsgeschwindigkeit im Feststoffkühler auch sehr feine Aschepartikel mittels eines Feststoffkühlers aus der Wirbelschichtreaktor-Brennkammer abgezogen werden kann,
– Verhindert einen Bypass heißen, d.h. größtenteils nicht abgekühlten, Feststoffs bei Feststoffkühlern mit mehreren Kammern,
– Kompaktere Bauhöhe, weil die Freiraumhöhe (Freeboard) über dem Wirbelbett des Feststoffkühlers reduziert werden kann,
– Nachträgliche Installation des Abscheiders in vorhandene Feststoffkühler möglich,
– Sehr kostengünstig.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Abscheider als Fangrinnenabscheider ausgebildet ist, der im wesentlichen aus einem oder mehreren U- bzw. V- bzw. W-Profilen bzw. einseitig offenen trapezförmigen Profilen besteht und deren Profilöffnungen im wesentlichen gegen den Fluidisierungsgasstrom gerichtet sind. Mittels der Verwendung von derartigen offenen Kastenprofilen kann einerseits eine sehr kostengünstige aber andererseits eine sehr wirksame Abscheidervariante genutzt werden.

In besonders vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist der Abscheider mit mindestens einer Reihe von Fangrinnenabscheider ausgebildet, wobei die Fangrinnenabscheider einer jeden Reihe nebeneinander und voneinander beabstandet angeordnet sind und die Fangrinnenabscheiderreihe(n) im wesentlichen senkrecht zum Fluidisierungsgasstrom und bei mehreren vorhandenen Reihen in Richtung des Fluidisierungsgasstroms gesehen hintereinander angeordnet sind. Eine zweckmäßige Ausbildung sieht hierbei noch vor, die Fangrinnenabscheider einer Reihe in Strömungsrichtung des Fluidisierungsgasstromes gesehen jeweils versetzt zu denen einer stromaufwärts und/oder stromabwärts gelegenen Reihe anzuordnen. Durch diese Maßnahmen wird die Abscheidung von Feinmaterial aus dem Fluidisierungsgasstrom optimiert.

Es ist zweckmäßig, die Länge der Fangrinnenabscheider mit mindestens dem 0,4-fachen der Freiraumhöhe H_F auszubilden und/oder die Fangrinnenabscheider bzw. offenen Kastenprofile innerhalb eines Winkels α von +/– 60° zur Vertikalen anzuordnen. Durch diese konstruktiven Maßnahmen kann auf die Wirkungsweise der Abscheider positiv eingewirkt werden.

Der Abscheider kann in vorteilhafter Weise derart ausgebildet werden, dass die Abscheideleistung während des Betriebes verändert bzw. geregelt wird, indem beispielsweise der Anstellwinkel β (Winkel zwischen der Vertikalen und der Abscheiderflanke) verändert oder die Fangrinnenabscheider bzw. Reihen mit Fangrinnenabscheider seitlich verschoben oder der Abscheider vertikal verschoben wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die vertikale Fluidisierungsgeschwindigkeit des Fluidisierungsgases in den Kammern zwischen 0.2 m/s und 1.8 m/s und die horizontale Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases im Freiraum zwischen 1 m/s und 5 m/s beträgt. Durch diese Maßnahme wird optimal erreicht, dass selbst gröbere Feststoffpartikel im Wirbelschichtbett in Schwebe gehalten werden können, dadurch abgekühlt und ausgetragen werden können, während feine Feststoffpartikel durch den Abscheider aus dem Fluidisierungsgasstrom separiert und dem Wirbelschichtbett zurückgeführt werden können.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung und der Beschreibung näher erläutert.

Es zeigt:

1 einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor mit Feststoffkühler, schematisch dargestellt im Längsschnitt,

2 einen aus drei Kammern bestehenden Feststoffkühler, schematisch dargestellt im Längsschnitt,

3 einen Detail-Längsschnitt durch den Feststoffkühler, wobei der Abscheider in Form von zwei U-Profilreihen schematisch dargestellt ist,

4 einen Detail-Querschnitt durch den Abscheider des Feststoffkühlers gemäß Schnitt A-A in 3, schematisch dargestellt, Schnitt um 90° gedreht,

5 wie 3, jedoch U-Profilreihen des Abscheiders ausgestattet mit einem Drehmechanismus, U-Profile vertikal stehend,

6 wie 5, jedoch mit um eine Drehachse gedrehten U-Profilreihen,

7 wie 3, jedoch U-Profilreihen des Abscheiders ausgestattet mit einem vertikalen Verschiebemechanismus, U-Profile vertikal nicht verschoben,

8 wie 7, jedoch mit vertikal verschobenen U-Profilreihen,

9 wie 4, jedoch U-Profilreihen des Abscheiders ausgestattet mit einem horizontalen Verschiebemechanismus, U-Profilreihen versetzt zueinander,

10 wie 9, jedoch mit horizontal verschobenen U-Profilreihen, U-Profile fluchtend hintereinander liegend,

11 wie 4, jedoch U-Profilreihen konzentrisch zu einer Auslassöffnung angeordnet.

1 zeigt schematisch dargestellt einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor 1, der eine Reaktor- bzw. Brennkammer 2 aufweist, in der ein fester, stückiger Brennstoff, wie beispielsweise Kohle, Abfall, Biomasse etc. in der Wirbelschicht verbrannt wird sowie einen mit der Brennkammer 2 verbundenen Wirbelschicht- bzw. Feststoffkühler 3. Die bei der Verbrennung entstehende Asche 13 sammelt sich zum größten Teil am Boden der Brennkammer 2 an und der überschüssige Teil der Asche 13 wird aus der Brennkammer 2 ausgeschleust und über den Wirbelschichtkühler 3 abgeführt. Die Ausschleusung der Asche 13 aus der Brennkammer 2 erfolgt über eine Kühler-Befüllleitung 18, die die Brennkammer 2 über eine Feststoffeinlassöffnung 15 mit dem Kühler 3 verbindet. Am Austritt aus der Brennkammer 2 ist eine Ascheregelarmatur 17 zur Regulierung des ausgeschleusten Feststoffstroms 13 in den Kühler 3 vorgesehen.
Zur Abkühlung der Asche bzw. des Feststoffes 13 werden Wirbelschichtkühler 3 mit einer oder mehreren Wirbelkammern 4, 5, 6 eingesetzt, wobei 2 beispielhaft einen Kühler 3 mit drei Wirbelkammern 4, 5, 6 zeigt. Zur Kühlung des Feststoffes 13 sowie zur Erzeugung eines Wirbelschichtbettes 35 innerhalb der Kammern 4, 5, 6 wird Fluidisierungsgas 12, in den meisten Fällen Luft, in den unteren Teil 10 des Kühlers 3 eingebracht, indem Fluidisierungsgas 12 von unten über einen Fluidisierungsboden 20 eingedüst und verteilt wird. Die gleichmäßige Verteilung des Fluidisierungsgases 12 erfolgt üblicherweise über Fluidisierungsgasdüsen 21, die zudem verhindern, dass der Feststoff 13 in die Gas- bzw. Luftkammern 22 unterhalb des Fluidisierungsgasbodens 20 gelangen kann.
Der durch die Einlassöffnung 15 in den Kühler 3 eintretende Feststoff 13 gelangt in die erste Wirbelkammer 4, vermischt sich dort mit dem bereits vorhandenen Feststoff 13 und wird durch das Fluidisierungsgas 12 abgekühlt. Die weitere Abkühlung des Feststoffs 13 erfolgt in den der ersten Kammer 4 nachfolgenden Wirbelkammern 5, 6, wobei durch die Horizontal- bzw. Querströmung des fluidisierten Feststoffes 13 jeweils an den die Kammern 4, 5, 6 teilweise trennenden Stauwänden bzw. Wehren 7, 8 ein Feststoffteilstrom 24, 25 in die nachfolgende Kammer 5, 6 gelangt. Um die Kühlung des Feststoffs 13 zu erhöhen bzw. zu optimieren, können die Kammern 4, 5, 6 zusätzliche Wärmetauscherrohrbündel 23 enthalten, über die ein Teil der Wärme dem Feststoff 13 entzogen wird und auf ein anderes Wärmeträgermedium (Kühlwasser, Kondensat, Speisewasser etc.) übertragen wird, das im Wärmetauscherrohrbündel 23 zirkuliert. Der Großteil des Feststoffs 13 verlässt, nachdem er auf die geforderte Temperatur abgekühlt ist, als Feststoffteilstrom 26 den Aschekühler 3 über den Auslass 16, dem eine Wand bzw. ein Wehr 9 vorgeschaltet ist. Weitere Feststoffabzüge 27, 28, 29 können am Boden der Wirbelkammern 4, 5, 6 angeordnet sein. Über diese werden insbesondere gröbere Feststoffpartikel abgezogen, die die Wehre 7, 8, 9 infolge der Horizontalströmung des Feststoffgutes 13 innerhalb des Kühlers 3 und ihres im Vergleich zu kleineren Feststoffpartikel höheren Eigengewichtes nicht überqueren kann.
Der zu kühlende Feststoff 13 setzt sich üblicherweise aus einem Körnungsspektrum an Partikel zwischen 0,05 mm bis maximal ca. 20 mm zusammen. Um zu verhindern, dass sich größere Feststoffpartikel auf den Fluidisierungsdüsen 21 ablagern, ist eine Mindest-Fluidisierungsgeschwindigkeit durch Einstellen des zugeführten Fluidisierungsgasstromes 12 erforderlich. Je höher der Grobanteil an Feststoff 13 ist, desto höher muss die Fluidisierungsgeschwindigkeit gewählt werden. Mit zunehmender Fluidisierungsgeschwindigkeit des Fluidisierungsgases 12 werden aus den Kammern 4, 5, 6 verstärkt feine Feststoffpartikel in den Freiraum 11 oberhalb des Kühlerwirbelschichtbettes 35 ausgetragen. Diese feine Feststoffpartikel enthaltenden Fluidisierungsgasteilströme 12.1, 12.2, 12.3 gelangen aus den einzelnen Kammern 4, 5, 6 größtenteils über eine oder mehrere Rückführleitungen 19 zurück in die Brennkammer 2. Sofern dieser in die Brennkammer 2 zurückgeleitete feine Feststoff 13 nicht über einen anderen Weg die Brennkammer 2 verlässt, wird er nach geraumer Zeit wieder in den Aschekühler 3 eingetragen, wo sich der gleiche Rücksichtungsvorgang wiederholt. Durch diese mehrfache Umwälzung von feinem Feststoff 13 durch den Aschekühler 3 wird die Abzugskapazität des Aschekühlers 3 vermindert. Zudem erhöht sich die Wärmemenge an das in dem Wärmetauscherrohrbündel 23 zirkulierende Wärmeträgermedium, die allgemein einen Verlust darstellt.
Zur weitestgehenden Vermeidung bzw. zur Verminderung der Rücksichtung von feinkörnigem Feststoff 13 in die Brennkammer 2 wird bzw. werden erfindungsgemäß ein oder mehrere Abscheider 30 im Freiraum 11 des Kühlers 3 angeordnet. Der Abscheider 30 ist dabei bevorzugt als Fangrinnenabscheider ausgebildet, der im wesentlichen und beispielhaft aus mehreren U-förmigen Profilen 31 besteht und deren U-Profilöffnung 32 im wesentlichen gegen den Fluidisierungsgasstrom 12 gerichtet sind, der im Freiraum 11 im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Anstelle der beispielhaft U-förmigen Profile 31 können auch V- bzw. W-förmige bzw. offene trapezförmige Profile 31 als Fangrinnenabscheider eingesetzt werden. Die aus den jeweiligen Kammern 4, 5, 6 austretenden und mit feinen Feststoffpartikel angereicherten Fluidisierungsgasteilströme 12.1, 12.2, 12.3 werden gegen die zweckmäßigerweise stromaufwärts der Auslassöffnung 14 angeordneten U-Profile 31 geleitet und dabei die Feststoffpartikel in den Innen- bzw. Mittelbereich 32 der U-Profile 31 eingetragen, während die Fluidisierungsgasteilströme 12.1, 12.2, 12.3 zwischen den U-Profilen 31 hindurch strömen. Innerhalb der U-Profile 31 fallen die Feststoffpartikel infolge ihrer eigenen Schwerkraft in das Wirbelschichtbett 35 der Wirbelkammern 4, 5, 6 zurück. Die Länge der Fangrinnenabscheider bzw. U-Profile 31 ist hierbei so bemessen, dass die Feststoffpartikel bis vor das Wirbelbett 35 bzw. sogar direkt ins Wirbelbett 35 der jeweiligen Kammern 4, 5, 6 eingetragen werden. Durch die Abscheidung von Feststoff 13 mittels der als Fangrinnenabscheider ausgebildeten Abscheidern 30 und dessen Rückführung in die Wirbelkammern 4, 5, 6 wird es ermöglicht, dass auch feine Feststoffpartikel über die Bodenabzüge 27, 28, 29 bzw. den Auslass 16 den Aschekühler 3 verlassen.
Der Feststoffkühler 3 des erfindungsgemäßen zirkulierenden Wirbelschichtreaktors 1 wird vorzugsweise mit einer vertikalen Fluidisierungsgeschwindigkeit des Fluidisierungsgases 12 in den Wirbelkammern 4, 5, 6 zwischen 0,2 m/s und 1,8 m/s und mit einer horizontalen Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases 12 im Freiraum 11 zwischen 1 m/s und 5 m/s betrieben.
Ein positiver Nebeneffekt der erfindungsgemäßen Abscheidung und Rückführung von feinen Asche- bzw. Feststoffpartikeln ist, dass hierdurch das Feststoffinventar in den Wirbelkammern 4, 5, 6 des Feststoffkühlers 3 feinkörniger wird. Weil sich feinkörnigeres Material besser fluidisieren lässt, wird eine Anreicherung und Ablagerungsbildung von Feststoff-Grobpartikeln am Fluidisierungsboden 20 unterbunden.
Die Abscheider 30 sind wie in den 2 bis 4 dargestellt üblicherweise fest angeordnet, d.h. stationär innerhalb des Freiraums 11 des Kühlers 3 angeordnet bzw. montiert. Die Abscheider 30 können dabei oberhalb des Kühler-Wirbelschichtbettes 35 bzw. eines Wärmetauscherrohrbündels 23 oder oberhalb einer Stauwand bzw. eines Wehres 7, 8, angeordnet sein. Sie können dabei, wie in 2 dargestellt, vertikal oder unter einem Winkel α, bevorzugt unter einem Winkel α von +/– 60° zur Vertikalen, und in Strömungsrichtung des Fluidisierungsgases 12 gesehen stromaufwärts der gasseitigen Kühler-Auslassöffnung 14 angeordnet sein.
3 und 4 zeigen zwei Reihen 36, 37 fest angeordnete Abscheider 30 in einem Längs- sowie Querschnitt durch den Kühler 3. Die U-Profile 31 des Abscheiders 30 weisen eine Länge L, eine Breite B und eine Tiefe T auf. Dabei sind die U-Profile 31 der jeweiligen Reihen 36, 37 nebeneinander liegend in einem Teilungsabstand t_B voneinander beabstandet, wobei der Abstand t_B vorzugsweise das 1,4- bis 3,0-fache der Breite B des U-Profiles 31 beträgt, um ausreichend Durchtrittsquerschnitt für die in Richtung Auslassöffnung 14 strömenden Fluidisierungsgasteilströme 12.1, 12.2, 12.3 zu bieten. Die zweite oder ggf. weitere in Strömungsrichtung des Fluidisierungsgases 12 gesehen hinter der ersten U-Profilreihe 36 angeordnete U-Profilreihe 37 ist vorzugsweise mit einem Abstand t_T gleich dem 1,4- bis 3,0-fachen der Tiefe T des U-Profils 31 von der ersten Reihe 36 bzw. einer weiteren Reihe beabstandet. Zur Erhöhung der Abscheideleistung sind die U-Profile 31 der zweiten oder weiterer Reihen 37 jeweils um eine halbe Teilung t_B versetzt, so dass die U-Profile 31 der zweiten oder einer weiteren Reihe 37 immer mittig auf den Durchgang zwischen den U-Profilen 31 der ersten bzw. einer davor liegenden Reihe 36 zu liegen kommt. Die Länge L der U-Profile 31 kann über die gesamte Höhe H_F des Freiraums 11 oberhalb des Feststoffkühler-Wirbelschichtbettes 35 reichen. Um eine wirksame Abscheidung zu erzielen ist es vorteilhaft, die Länge L der U-Profile 31 mindestens mit dem 0,4-fachen der Freiraumhöhe H_F auszubilden. In den 3 bis 10 sind jeweils zwei U-Profilreihen 36, 37 dargestellt, die im wesentlichen senkrecht zum Fluidisierungsgasstrom und in Richtung des Fluidisierungsgasstroms gesehen hintereinander angeordnet sind.
Die 5 bis 10 zeigen Regelungsmöglichkeiten der Abscheideleistung des Abscheiders 30 auf. Der Abscheider 30 gemäß der 5 und 6 ist mit einer gemeinsamen Drehvorrichtung 33 ausgebildet, mittels dem die zwei Reihen 36, 37 aus der Vertikalen unter einen Winkel β bis beinahe in die Horizontale gedreht werden kann. 5 zeigt die Abscheider 30 in vertikaler Position und bei voller Abscheideleistung, wogegen in 6 die Abscheider 30 aus der vertikalen in eine Winkelstellung β gebracht wurde und dabei wesentlich weniger Feinkorn aus dem Fluidisierungsgasstrom 12 abscheidet. In 7 und 8 wird dargestellt, wie die Abscheideleistung durch vertikales Verschieben der Abscheider 30 mittels einer nicht näher dargestellten Vorrichtung 34 zum vertikalen bzw. horizontalen bzw. seitlichen Verschieben der Abscheider 30 verändert bzw. geregelt werden kann. Dadurch, dass die U-Profile 31 aus dem Freiraum 11 in vertikaler Richtung um ein Maß V ver- bzw. rausgeschoben werden – dies kann nach unten gemäß der 8 oder auch nach oben geschehen – kann die Abscheideleistung verändert und geregelt werden. Eine Veränderung und Regelung der Abscheideleistung ist auch durch horizontales, seitliches Verschieben der zweiten oder weiterer U-Profilreihen 37 mittels einer nicht näher dargestellten Vorrichtung 34 zum vertikalen bzw. horizontalen bzw. seitlichen Verschieben der Abscheider 30 möglich, wie in 9 und 10 dargestellt. Die größte Verringerung der Abscheideleistung ergibt sich, wenn, wie in 10 dargestellt, die U-Profile 31 der zweiten Reihe 37 sich mit denen der ersten Reihe 36 überdecken bzw. bündig sind. Gleich große U-Profile 31 und eine gleichbleibende Kühler-Querschnittsbreite vorausgesetzt werden dann die U-Profile 31 der zweiten Reihe 37 oder weiterer Reihen um die Hälfte der Teilung t_B seitlich verschoben.
11 zeigt eine Anordnungsvariante der Abscheider 30, bei der die Abscheiderreihen 36, 37 der U-Profile bzw. einseitig offenen Trapezprofile 31 konzentrisch zu einer Auslassöffnung 14 angeordnet sind. Die U-Profile 31 der radial gesehen äußeren Reihe 36 sind dabei wie bei den hintereinander angeordneten Reihen versetzt zu den U-Profilen 31 der radial gesehen inneren Reihe 37 angeordnet. Hierdurch kann vor dem Ausströmen des Fluidisierungsgasstromes 12 aus dem Kühler 3 eine wirkungsvolle Abscheidung von feinen Feststoffpartikeln erzielt werden, wobei der mit Feinkorn befrachtete Fluidisierungsgasstrom 12 aus jedweder Richtung kommend von Feinkorn weitestgehend bereinigt wird.

1: Zirkulierender Wirbelschichtreaktor
2: Reaktor- bzw. Brennkammer
3: Feststoff- bzw. Asche- bzw. Wirbelschichtkühler
4: Wirbelkammer
5: Wirbelkammer
6: Wirbelkammer
7: Stauwand bzw. Wehr
8: Stauwand bzw. Wehr
9: Wand bzw. Wehr am Austritt aus dem Feststoffkühler
10: Unterer Teil der Wirbelkammer
11: Freiraum oberhalb des Kühlerwirbelschichtbettes
12: Fluidisierungsgas
12.1: Fluidisierungsgasteilstrom
12.2: Fluidisierungsgasteilstrom
12.3: Fluidisierungsgasteilstrom
13: Feststoff bzw. Asche
14: Auslassöffnung für Fluidisierungsgas
15: Einlassöffnung für Feststoff
16: Auslassöffnung für Feststoff
17: Ascheregelarmatur
18: Befüllleitung des Kühlers
19: Rückführleitung des Kühlers zur Brennkammer
20: Fluidisierungsboden
21: Fluidisierungsdüsen
22: Gas- bzw. Luftkammer (-plenum)
23: Wärmetauscherrohrbündel
24: Feststoffteilstrom am Überlauf
25: Feststoffteilstrom am Überlauf
26: Feststoffteilstrom am Überlauf
27: Feststoffabzug am Boden
28: Feststoffabzug am Boden
29: Feststoffabzug am Boden
30: Abscheider
31: U- bzw. V- bzw. W-förmiges bzw. einseitig offenes trapezförmigen Profil
32: U- bzw. V- bzw. W-förmige bzw. trapezförmige Profilöffnung
33: Drehvorrichtung
34: Vorrichtung zum vertikalen und/oder horizontalen und/oder seitlichen Verschieben
: des Abscheiders
35: Feststoffkühler-Wirbelschichtbett
36: Abscheiderreihe 1
37: Abscheiderreihe 2
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Claims

Zirkulierender Wirbelschichtreaktor, insbesondere zur Verfeuerung von Brennstoffen, bestehend aus: einer Brennkammer (2) mit einem Bett fluidisierten festen Partikelmaterials darin und einem damit verbundenen Feststoffkühler (3) zur Abkühlung von aus dem unteren Teil der Brennkammer (2) abgeleiteter Asche bzw. Feststoff (13), der Kühler (3) bestehend aus – zumindest einer Wirbelkammer (4, 5, 6) zur Durchleitung des zu kühlenden Feststoffes (13) in einem Horizontalstrom, wobei jede Wirbelkammer (4, 5, 6) einen unteren Teil (10) und einen oberhalb des Kühler-Wirbelschichtbettes (35) liegenden und mit den jeweiligen Wirbelkammern (4, 5, 6) gas- und feststoffseitig kommunizierenden Freiraum (11) aufweist, – Mittel zur Einführung von Fluidisierungsgas (12) in jeden der unteren Teile (10) zur Fluidisierung von Partikelmaterial in der bzw. den Wirbelkammer(n) (4, 5, 6), – wenigstens eine Auslassöffnung (14) zur Ausleitung von Fluidisierungsgas (12) aus dem Freiraum (11) in den unteren Bereich der Brennkammer (2), – wenigstens eine Einlassöffnung (15), die die erste Wirbelkammer (4) mit dem unteren Teil der Brennkammer (2) verbinden zur Leitung von Asche (13) aus Bodennähe der Wirbelschichtfeuerung in den Kühler (3), und – wenigstens eine Auslassöffnung (16), die mit der letzten Wirbelkammer (4, 5, 6) verbunden ist zur Ableitung von Feststoff (13) aus dem Kühler (3); dadurch gekennzeichnet, dass im Freiraum (11) des Kühlers (3) zumindest ein Abscheider (30) zur Abscheidung von Feststoffpartikel (13) aus dem in Richtung Auslassöffnung (14) strömenden und Feststoffpartikel (13) aufweisenden Fluidisierungsgas (12) und Rückführung des abgeschiedenen Feststoffes (13) in die Wirbelkammer (4, 5, 6) angeordnet ist.
Zirkulierender Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheider (30) als Fangrinnenabscheider ausgebildet ist, der im wesentlichen aus mehreren U- bzw. V- bzw. W-Profilen bzw. einseitig offenen trapezförmigen Profilen (31) besteht und deren Profilöffnung (32) im wesentlichen gegen den Fluidisierungsgasstrom gerichtet sind.
Zirkulierender Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheider (30) mit mindestens einer Reihe (36, 37) von einseitig offenen Profilen (31) ausgebildet ist, wobei die Profile (31) einer jeden Reihe (36, 37) nebeneinander und voneinander beabstandet angeordnet sind und die Profilreihe(n) (36, 37) im wesentlichen senkrecht zum Fluidisierungsgasstrom und bei mehreren vorhandenen Reihen (36, 37) in Richtung des Fluidisierungsgasstroms gesehen hintereinander angeordnet sind.
Zirkulierender Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (31) einer Reihe (36, 37) in Strömungsrichtung des Fluidisierungsgasstromes gesehen jeweils versetzt zu denen einer stromaufwärts und/oder stromabwärts gelegenen Reihe (36, 37) angeordnet sind.
Zirkulierender Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der Profile (31) mindestens das 0,4-fache der Freiraumhöhe (H_F) beträgt.
Zirkulierender Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (31) innerhalb eines Winkels (α) von +/– 60° zur Vertikalen angeordnet sind.
Zirkulierender Wirbelschichtreaktor nach einem der obengenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideleistung der Abscheider (30) durch Veränderung des Anstellwinkels (β) der Abscheider (30) regelbar ist.
Zirkulierender Wirbelschichtreaktor nach einem der obengenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideleistung der Abscheider (30) durch seitliches Verschieben von Profilen (31) bzw. Reihen (36, 37) mit Profilen (31) regelbar ist.
Zirkulierender Wirbelschichtreaktor nach einem der obengenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideleistung der Abscheider (30) durch vertikales Verschieben der Abscheider (30) regelbar ist, wobei dieser in einen Bereich teilweise bzw. ganz außerhalb des Freiraums (11) verschiebbar ist.
Zirkulierender Wirbelschichtreaktor nach einem der obengenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Fluidisierungsgeschwindigkeit des Fluidisierungsgases (12) in den Kammern (4, 5, 6) zwischen 0,2 m/s und 1,8 m/s und die horizontale Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases (12) im Freiraum (11) zwischen 1 m/s und 5 m/s beträgt.
Verfahren zum Betreiben eines zirkulierenden Wirbelschichtreaktors gemäß den Merkmalen des Anspruches 1.