DE102008007033A1

DE102008007033A1 - System zur Staubdosierung

Info

Publication number: DE102008007033A1
Application number: DE200810007033
Authority: DE
Inventors: Norbert Fischer; Volker KIRCHHÜBEL; Manfred Dr. Schingnitz; Günter TIETZE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-06
Also published as: WO2009095290A2; WO2009095290A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterdrucksetzung von Stäuben. Dabei kommt eine Staubpumpe zum Einsatz, bei der der Staub unter einem Druck P1 der Staubpumpe zugeführt und mit Inertgas auf einen Druck von P2 bespannt wirin einen Staubaustritt mit dem Druck P3, wobei P2 > P3 ist. Über den Inertgasaustritt 4 wird die Staubkammer 17 auf den Druck P4 entspannt, wobei P4 <= P1 ist. Danach kann die Staubkammer 17 wieder mit Staub befüllt werden. Der unter Druck gesetzte Staub wird über ein Dosiergefäß oder einen Injektor mittels Staubförderleitungen einem Empfänger zugeleitet.

Description

Der Anmeldungsgegenstand betrifft ein System zur Staubdosierung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das in der Lage ist, Stäube von Umgebungsdruck auf ein höheres Druckniveau anzuheben.
In vielen technischen Prozessen ist es erforderlich, Stäube auf ein höheres Druckniveau anzuheben. Genannt seien beispielsweise die Kohlenstaubvergasung mit Vergasungsdrücken bei pneumatischer Staubzuführung bis 4 MPa (40 bar), die pneumatische Zuführung von Brennstäuben in die Windformen von Schachtöfen, wie Hochöfen zur Erzeugung von Roheisen, aber auch die einfache Förderung von Stäuben über größere Entfernungen, wobei die Stäube den Druckverlust der Rohrleitungen überbrücken müssen.
Nach dem Stand der Technik benutzt man besonders bei der Überwindung höherer Drücke, wie sie bei der Staubdruckvergasung auftreten, ein Schleusensystem, wie es in „NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN ZUR VERWERTUNG UND ENTSORGUNG VON ABFÄLLEN" EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH, 1996, Seite 34, beschrieben ist. Dabei wird der Brennstaub aus einem unter Umgebungsdruck stehenden Vorratsbunker Schleusen zugeführt, die anschließend durch Zuführung eines kondensatfreien Inertgases auf den erforderlichen Betriebsdruck bespannt werden. Durch Schwerkraftförderung gelangt der nunmehr unter Druck stehende Brennstaub in ein gleichen Druck aufweisendes Dosiergefäß, das unter den Druckschleusen angeordnet ist. Im Unterteil des Dosiergefäßes wird durch Zuführung eines gleichfalls inerten Fluidisierungsgases eine sehr dichte Wirbelschicht erzeugt, in die eine oder mehrere Staubförderleitungen eintauchen. Durch Anlegen einer Druckdifferenz zwischen dem Dosiersystem und dem Empfänger des Brennstaubes, z. B. einem Vergasungsreaktor, fließt der Brennstaub diesem als dichte Staub-Gassuspension zu. Diese Förder- und Dosiertechnologie besitzt eine Reihe von Nachteilen. Dies betrifft zunächst den diskontinuierlichen Vorgang des Betriebes der Druckschleusen. Die Schleusen werden nach ihrer in druckloser Zustand stattfindenden Befüllung mit Staub durch Zuführung eines Inertgases bespannt, unter Druck geleert und nach ihrer Entspannung auf Umgebungsdruck wieder mit Staub befällt. Um aus diesem diskontinuierlichen einen kontinuierlichen Vorgang zu gestalten, sind mehrere Schleusen einem Dosiergefäß zuzuordnen. Weitere Nachteile sind der hohe Schleusengasverbrauch, die Reinigung des Schleusengases während der Entspannung sowie der Verschleiß der druckfesten im Staubsystem angeordneten Armaturen.
Dem Anmeldungsgegenstand liegt das Problem zugrunde, ein Staubeintragsystem derart zu verbessern, dass einerseits anstelle des diskontinuierlichen ein kontinuierlicher Schleusenprozess entsteht, die Schleusen und damit die aus der Schleusenentspannung resultierenden Probleme wegfallen oder zumindest vermindert werden und die für die Staubschleusung erforderliche Inertgasmenge vermindert wird.
Das Problem wird durch ein Staubeintragsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Lösungen des Anmeldegegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Anmeldegegenstand wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel anhand von zwei Figuren in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang erläutert.
Dabei zeigen:
1 ein System zur Dosierung von Stäuben bei höheren Drücken und
2 eine prinzipielle Darstellung einer anmeldungsgemäßen Staubpumpe
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
In einem Vorratsbunker befindet sich eine Staubschüttung, die auf höheren Druck gebracht werden soll. Dazu wird – bezugnehmend auf 1 – der Staub durch Schwerkraftförderung aufgrund des Eigengewichtes über eine Leitung 1 unter dem Druck P1 der Staubkammer 17 (in 2) der Staubpumpe zugeführt, deren Flügelrad 5 beispielsweise einen elektrischen Antrieb besitzt, der das Flügelrad in Rotation versetzt. Die mit Staub befüllte Kammer 17 bewegt sich durch Rotation des Flügelrades 5 im Uhrzeigersinn in Richtung des Gasanschlusses 2, wobei durch Zuströmen eines Inertgases mit dem Druck P2 der Staubkammerinhalt auf diesen Druck bespannt wird. Dabei ist der Bespannungsdruck P2 größer als der Druck in P1 in Leitung 1. Durch weitere Rotation des Flügelrades 5 gelangt die Staubkammer 17 zum Staubaustritt 3 mit dem Druck P3, wobei der Staub über den Staubaustritt 3 aus der Staubpumpe abgeführt wird und beispielsweise in eine Rohrleitung oder ein Druckgefäß gelangt. Um einen Staubaustritt aus der Staubkammer 17 zu ermöglichen, ist der Druck P3 am Staubaustritt 3 kleiner als der Druck P2 in der Inertgaszuführung 2. Durch weitere Rotation des Flügelrades 5 gelangt die Staubkammer 17 zur Gasabführung 4 mit dem Druck P4, auf den der Inertgasinhalt der Staubkammer 17 entspannt wird. Die Drücke P1 und P4 sind mindestens gleich hoch, P4 kann auch kleiner sein als P1. Durch weitere Rotation wird die Staubkammer über die Zuführung 1 wieder mit Staub gefüllt.
Die Flügel 14 sind an ihrer in Drehrichtung gesehenen Vorderseite mit einer messerscharfen Kante 15 versehen, um am Gehäuse 16 anhaftenden Staub abzulösen.
Die Flügel 14 (in 2) des Flügelrades 5 müssen mechanisch so dimensioniert sein, dass sie der Druckdifferenz P2–P1 standhalten, was gleichfalls für das Gehäuse 16 zutrifft.
Um eine Abdichtung der mit unterschiedlichen Drücken P1 und P4 anliegenden Medien zu gewährleisten, ist die Anzahl der Flügel 14 so zu wählen, dass sich mindestens ein Flügel 14 zwischen den Zu- und Abführungen 1 bis 4 befindet.
Um den Verbrauch von Bespannungsgas zu reduzieren, werden die Staubkammern 17 zwischen dem Staubaustritt 3 und der Inertgasabführung 4 sowie der Staubzuführung 1 mit der Inertgaszuführung 2 durch eine Rohrleitung 18 verbunden, so dass bereits eine Vorbespannung des über 1 zugeführten Staubes erfolgt. Bei dieser Ausführungsform ist die Anzahl der Flügel 14 so zu wählen, dass sich mindestens zwei Flügel 14 zwischen den Zu- und Abführungen 1 und 2 sowie 3 und 4 befinden.
Werden die Druckunterschiede zwischen der Staubzuführung 1 mit P1 und der Staubabführung 3 mit P3 so hoch, dass sie von einer Staubpumpe nicht beherrscht werden können, so ist eine Staubpumpenkaskade anzuordnen, wobei in diesem Beispiel zwei synchron betriebene Staubpumpen angeordnet sind. Der Staub gelangt dann aus dem Staubaustritt 3 der ersten Staubpumpe in die Staubzuführung 7 der zweiten Staubpumpe. Die Vorgänge in den beiden Staubpumpen gleichen sich, wobei sich die Staubzuführungen 1 und 7, die Inertgaszuführungen 2 und 8, die Staubabführungen 3 und 9, sowie die Gasabführungen 4 und 10 entsprechen. Alle Zu- und Abführungen sind mit Absperrorganen bestückt. Im dargestellten Fall der Kaskade wird der Staub unter Druck P9 beispielsweise nach dem Stand der Technik einem Dosiergefäß 11 zugeführt, in dem durch Zuführung von Wirbel- und Fördergas der Staub über eine Förderleitung 13 zum Verbraucher weitergeleitet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend an zwei Beispielen erläutet, wobei die 1 und 2 zugrunde gelegt werden.
Beispiel 1:
Es besteht die Aufgabe, einen Reaktor zur Vergasung von Brennstaub unter einem Druck von 2,5 MPa (25 bar) zu betreiben. Die Reaktorleistung beträgt 200 MW, wofür eine Staubmenge von 30 Mg/h benötigt wird. Bei einer Schüttdichte des Staubes von 0,5 Mg/m3 ist ein stündliches Schüttungsvolumen von 60 m³ zu fördern. Zur Überwindung des Druckes wird eine Kaskade mit zwei hintereinander geschalteten Staubpumpen angeordnet, wobei die erste Staubpumpe von P1 0,1 MPa (1 bar) auf P3 = 0,5 Mpa (5 bar) und die zweite Staubpumpe vom P3, P7 ≙ 0,5 MPa (5 bar) auf P9 mit 2,5 MPa (25 bar) fördert. Die Druckverhältnisse P1 zu P3 und P3, P7 zu P9 betragen damit jeweils 5. Die Staubkammern 17 beider Pumpen haben ein Volumen von 0,05 m³ bei jeweils 8 Staubkammern. Je Umdrehung des Flügelrads 17 wird ein Staubvolumen von 8 × 0,05 = 0,4 m³ gefördert. Bei dem gesamten Staubvolumen von 60 m³ sind 150 Umdrehungen je Stunde erforderlich. Der Druck P1 in der Brennstaubzuführung 1 entspricht dem Umgebungsdruck, über die Inertgaszuführung 2 wird die Staubkammer 17 auf den Druck P2 = 0,6 MPa (6 bar) bespannt. Der Staubaustritt 3 wird mit dem Druck P3 = 0,5 MPa (5 bar) betrieben. Der Druck- unterschied zwischen P2 und P3 ist erforderlich, um die nun unter einem Druck von 0,6 MPa (6 bar) stehende Staubkammer 17 in den Staubaustritt 3 zu entleeren. Nach der Entleerung befindet sich die Staubkammer 17 noch unter Druck P3 = 0,5 MPa (5 bar), sie wird über die Gasabführung 4 auf den Eingangsdruck entspannt. Danach wird die Staubkammer 17 über die Staubzuführung 1 wieder befüllt. Die beiden untereinander angeordneten Staubpumpen besitzen die gleichen Dimensionen, jedoch unterschiedliche Druckverhältnisse. Der Eingangsdruck in der Staubzuführung 7 der zweiten Staubpumpe P7 entspricht dem Druck P3 des Staubaustrittes 3 der ersten Staubpumpe von 0,5 MPa (5 bar). Über die Inertgaszuführung 8 wird der Druck in der Staubkammer 17 auf 2,7 MPa (27 bar) gebracht und über den Staubaustritt 9 mit dem Druck P9 = 2,5 MPa (25 bar) abgeführt. Die Entspannung der Staubkammer erfolgt über die Gasabführung 10 auf den Druck P10 = 0,5 MPa (5 bar), entsprechend dem Druck P7. Danach kann die Staubkammer 17 über die Brennstaubzuführung 7 wieder befüllt werden. Aus der zweiten Staubpumpe gelangt der Brennstaub über den Staubaustritt 9 mit dem Druck P9 = 2,5 MPa (25 bar) in ein Dosiergefäß 11. Durch Zuführung von Wirbel- und Fördergas 12 wird im Unterteil des Dosiergefäßes 11 eine dichte Wirbelschicht erzeugt, in die beispielsweise 3 Staubförderleitungen 13 eintauchen, die durch Anlegen einer Druckdifferenz jeweils 10 Mg/h Brenn staub mit einem Druck von 2,5 MPa (25 bar) einem Vergasungsreaktor zuführen.
Beispiel 2:
Der aus der Staubkammer 17 mit einem Druck von P9 = 2,5 MPa (25 bar) über 9 austretende Staub gelangt in ein Injektorsystem, in dem nach Zuführung von Inertgas mit einer bestimmen Geschwindigkeit der Staub aufgewirbelt und über Förderrohre einem Vergasungsreaktor zugeführt wird.

1,7: Staubzuführung mit den Drücken P1 und P7
2, 8: Inertgaszuführung mit den Drücken P2 und P8
3, 9: Staubaustritt mit den Drücken P3 und P9
4, 10: Inertgasabführung mit den Drücken P4 und P10
5, 6: Flügelräder
11: Dosiergefäß
12: Wirbel- und Fördergaszuführung
13: Staubförderleitung
14: Flügel
15: Vorrichtung
16: Staubpumpengehäuse
17: Staubkammern
18: Druckausgleichsleitung

Claims

System zur Druckförderung von Stäuben, wobei der Staub mittels einer Staubpumpe auf den erforderlichen Prozessdruck gebracht wird demzufolge – Staub über eine Staubzuführung (1) einer Staubkammer (17) der Staubpumpe mit dem Druck P1 zugeführt wird, wobei die Staubkammer durch Rotation des Flügelrades (5) in den Bereich einer Inertgaszuführung (2) gelangt, wobei die gefüllte Staubkammer (17) auf den Druck P2 bespannt wird und wobei Druck P2 > P1 gilt, – durch weitere Rotation des Flügelrades (5) die Staubkammer (17) den Staubaustritt (3) erreicht, in dem der Druck P3 vorherrscht, wobei Druck P2 > P3 gilt, – der Staub über den Staubaustritt (3) die Staubpumpe verlässt und die geleerte, mit dem Druck P3 beaufschlagte Staubkammer (17) durch weitere Rotation zu einer Gasabführung (4) gelangt, wobei Druck P4 ≤ P1 gilt und – die vom Staub geleerte Staubkammer (17) durch weitere Rotation des Flügelrades (5) über die Staubzuführung (1) mit dem Druck P1 wieder mit Staub befüllt wird.
System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Staubes in die Staubkammer mittels Schwerkraft erfolgt, wobei der Staub aus einem Vorratsbehälter in die Staubkammer fällt.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der unter dem Druck P3 stehende Staub aus dem Staubaustritt (3) einem unter Druck stehenden Dosiergefäß (11) zugeführt wird, dort eine Schüttung bildet, unter Zuführung eines Wirbel- und Fördergases (12) eine dichte Wirbelschicht im Untereil des Dosiergefäßes (11) erzeugt wird, in die eine oder mehrere Förderleitungen (13) hineinragen und der Staub durch Anlegen einer Druckdifferenz einem Empfänger zugeführt wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass der unter dem Druck P3 stehende Staub über den Staubaustritt (3) einem Injektor zugeführt wird, in dem durch Zuführung von Inertgas der Staub aufgewirbelt und über Förderrohre einem Empfänger zugeführt wird.
System nach einem der vorstenenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwindung hoher Druckunterschiede der Staub über eine Kaskade von zwei oder mehr übereinander angeordneten Staubpumpen gefördert wird.
System nach einem der vorstenenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Staubdosiersystem mit einer oder mehreren übereinander angeordneten Staubpumpen, einem Dosiergefäß 11, Inertgaszuführungen 12 und Stabförderleitungen 13 gebildet ist.
System nach einem der vorstenenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Staubpumpe zur Unterdrucksetzung des Staubes aus einer Staubzuführung (1), einer Inertgaszuführung (2), einer Staubabführung (3) und einer Inertgasabführung (4) gebildet ist.
System nach einem der vorstenenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (5) der Staubpumpe so viele Flügel (14) besitzt, dass sich mindestens jeweils zwei Flügel zwischen der Staubzuführung (1) und der Inertgaszuführung (2), zwischen der Inertgaszuführung (2) und dem Staubaustritt (3), zwischen dem Staubaustritt (3) und der Inertgasabführung (4) und zwischen der Inertgasabführung (4) und der Staubzuführung (1) befinden.
System nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckausgleichsleitung (18) gegeben ist, deren eines Ende mit der Staubkammer im Pumpenraum zwischen dem Staubaustritt (3) und der Inertgasabführung (4) sowie deren anderes Ende mit der Staubkammer im Pumpenraum zwischen der Staubzuführung (1) und der Inertgaszuführung (2) verbunden ist.
System nach einem der vorstenenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Flügel eine Kante (15) aufweist, die in Drehrichtung vorne liegt, mit dem inneren Pumpengehäuse zusammenwirkt und die messerscharf ist.