DE102009022530A1

DE102009022530A1 - Method for uniform introduction of flow medium i.e. air, from space area through individual nozzles into fluidized bed i.e. sand, involves controlling flow through individual nozzles by control devices by movable unit i.e. ball

Info

Publication number: DE102009022530A1
Application number: DE200910022530
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2010-12-02

Abstract

The method involves controlling flow through individual nozzles by control devices by a movable unit i.e. ball (3), which changes flow cross section at critical points. The control devices are directly operated on the individual nozzles. Maximum flow for each individual nozzles and/or local groups of individual nozzles is limited. Temperature difference of the fluid medium flowing through the individual nozzles and medium surrounding the individual nozzles is used for controlling the flow. The movable unit is arranged in a space area. An independent claim is also included for a device for uniform introduction of flow medium from a space area through individual nozzles in a horizontal plane into a fluidized bed.

Description

Stand der TechnikState of the art

Wirbelschichten werden in unterschiedlichen Größen mit unterschiedlichen Korngrößen des Bettmaterials für unterschiedliche Einsatzgebiete angewendet, z. B. Sand und Klärschlamm, der verbrannt wird.fluidized beds come in different sizes different particle sizes of Bedding for applied different applications, eg. Sand and sewage sludge, which is burned.

Dabei muss ein Strömungsmedium wie z. B. Luft von unten durch viele Einzeldüsen in einer horizontalen Ebene gleichmäßig in die darüberliegende Schicht des Bettmaterials eingepresst werden. Die einzelnen Körner des Bettmaterials schweben im Strömungsmedium. Im Idealfall verhält sich das Bettmatierial ähnlich wie eine Flüssigkeit, man spricht vom fluidisierten Zustand der Wirbelschicht.there must be a flow medium such as B. air from below through many individual nozzles in a horizontal plane evenly in the overlying layer be pressed the bed material. The individual grains of the Bed material float in the flow medium. Ideally behaves The Bettmatierial similar like a liquid, one speaks of the fluidized state of the fluidized bed.

Problemstellungproblem

Stehen dem Strömungsmedium Einzeldüsen mit einem insgesamt zu großen freien Strömungsquerschnitt zur Verfügung, d. h. ist der Strömungsverlust des Strömungsmediums an der Einzeldüse zu gering, so entweicht bei einem ungünstigen Betriebszustand das Strömungsmedium nur durch wenige, eng beieinanderliegende Einzeldüsen. Über diesen Düsen bildet sich im Bettmaterial ein fast freier Strömungskanal. Das Strömungsmedium wird nur noch durch den Strömungswiderstand der Einzeldüsen gebremst. Der Rest der Wirbelschicht fällt in sich zusammen und wird kaum noch durchströmt. Für den Normalbetrieb wird von Fachleuten empfohlen, dass der Strömungswiderstand an den Einzeldüsen 20% des gesamten Gegendrucks beträgt, mit dem das Strömungsmedium in die Wirbelschicht gepresst wird.Stand the flow medium Single nozzles with a total too large free flow cross section to disposal, d. H. is the flow loss of the flow medium at the single nozzle too low, then escapes in an unfavorable operating condition flow medium only by a few, closely spaced individual nozzles. Forms over these nozzles in bed material an almost free flow channel. The flow medium is only due to the flow resistance the individual nozzles braked. The rest of the fluidized bed collapses and becomes hardly flowed through. For normal operation It is recommended by those skilled in the art that the flow resistance at the individual nozzles is 20% total backpressure is, with the flow medium is pressed into the fluidized bed.

Bei Luft als Strömungsmittel in einer Verbrennungsanlage sind dazu erhebliche Zusatzleistungen des Ventilators notwendig.at Air as a fluid In an incinerator, there are significant additional benefits necessary for the fan.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der der Antriebsenergieverbrauch des Ventilators verringert werden kann, ohne das oben skizzierte Problem in Kauf zu nehmen.The The object of the invention is a method and a device specify the drive energy consumption of the fan can be reduced without buying the problem outlined above to take.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wird diese Zusatzleistung des Ventilators deutlich verringert und der entsprechende Energieverbrauch eingespart.By the inventive method and the device according to the invention This additional power of the fan is significantly reduced and the saved corresponding energy consumption.

Dazu wird die Durchströmung der Einzeldüsen geregelt, z. B. durch Variation des freien Strömungsquerschnittes.To will the flow the individual nozzles regulated, z. B. by variation of the free flow cross-section.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Regelung erfolgt entweder für jede der Einzeldüsen oder jeweils für Gruppen von Einzeldüsen zusammen, die räumlich eng beieinander liegen.The Regulation takes place either for each of the individual nozzles or for each Groups of individual nozzles together, the spatially lie close together.

Für den relativ zuverlässigen Betrieb der Wirbelschicht reicht es aus, dass bei einem ungünstigen Betriebszustand die wenigen Einzeldüsen vorübergehend fast geschlossen werden, durch welche fast das gesamte Strömungsmittel entweicht.For the relative reliable Operation of the fluidized bed, it suffices that in an unfavorable operating condition the few individual nozzles temporarily almost closed, through which almost all the fluid escapes.

Dies kann erfindungsgemäß z. B. dadurch erfolgen, dass eine Kugel von unten durch die Kraft des großen Strömungwiderstand nach oben bewegt wird und das Einzelventil fast verschlossen wird.This can according to the invention z. B. be done by a ball from below by the force of huge flow resistance is moved upward and the single valve is almost closed.

In der Folge wird der größte Teil der Wirbelschicht wieder fluidisiert der Strömungskanal in der Wirbelschicht fällt in sich zusammen.In the episode will be the biggest part the fluidized bed again fluidizes the flow channel in the fluidized bed falls in together.

Über den fast geschlossenen Einzeldüsen baut sich in der Wirbelschicht ein höherer Druck auf. Die Druckdifferenz ist dann so klein, dass die Kugel durch ihre Gewichtskraft (oder eine Federkraft) wieder nach unten fällt.On the builds almost closed individual nozzles in the fluidized bed a higher Pressure on. The pressure difference is then so small that the ball through their weight (or a spring force) drops back down.

Ausführungsbeispiele mit Lochblechenembodiments with perforated sheets

Bei bekannten Ausführungsbeispielen von Wirbelschichten wird der Raum, in dem sich nur das Strömungsmedium befinden soll, von dem durchströmbaren Medium darüber durch ein Lochblech abgegrenzt.at known embodiments of fluidized beds becomes the space in which only the flow medium should be located by the permeable Medium about it delimited by a perforated plate.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das bisher verwendete horizontal angeordnete Lochblech durch eine flache Vorrichtung ersetzt, bei der oben Lochblech 1 mit größeren Löchern angebracht ist.In an advantageous embodiment of the invention, the previously used horizontally arranged perforated plate is replaced by a flat device, in the above perforated plate 1 attached with larger holes.

Unter jedem Loch wird eine Kugel 3 vorzugsweise aus Metall oder Keramik platziert. Die Kugel 3 darf nicht durch das obere Loch des Lochbleches 1 hindurch passen.Under each hole becomes a ball 3 preferably placed of metal or ceramic. The ball 3 must not pass through the top hole of the perforated plate 1 fit through.

D. h. der Inkreisradius eines Loches In Lochblech 1 ist kleiner als der Kugelradius. Vorteilhaft kann die Kugel das Loch im Lochblech nicht vollständig verschließen, da das Loch in Lochblech 1 nicht vollständig rund ist sondern z. B. quadratisch, dreieckig oder elliptisch ist.Ie. the radius of a hole in a perforated plate 1 is smaller than the sphere radius. Advantageously, the ball can not completely close the hole in the perforated plate, since the hole in perforated plate 1 not completely round but z. B. is square, triangular or elliptical.

Anliegend unter dem Lochblech 1 wird ein zweites Lochblech 2 mit einem Lochdurchmesser, der ca. 20% über dem Kugeldurchmesser liegt, so angebracht, dass die Löcher beider Lochbleche 1 und 2 konzentrisch sind.Adjacent under the perforated plate 1 becomes a second perforated plate 2 with a hole diameter that is about 20% above the ball diameter, so attached that the holes of both perforated plates 1 and 2 are concentric.

Die Stärke des Lochbleches 2 ist ca. 10% größer als der Kugeldurchmesser.The strength of the perforated plate 2 is about 10% larger than the ball diameter.

Falls für die Erreichung der Stärke notwendig, so werden statt einem Lochblech 2 mehrere identische Lochbleche deckungsgleich übereinander gelegt.If necessary for the achievement of the strength, then instead of a perforated plate 2 several identical perforated sheets are laid over one another congruently.

Durch ein Lochblech 4, werden die Kugeln vor den Löchern in Position gehalten, so dass sie in die Löcher von Lochblech 1 hineingesaugt werden, falls die Durchströmung der Löcher zu stark wird.Through a perforated plate 4 , the balls are held in position in front of the holes, allowing them into the holes of perforated sheet 1 be sucked in, if the flow through the holes is too strong.

Eine präzise Ruheposition der Kugel in der Symmetrieachse 0 der Löcher der oberen Lochbleche 1, 2 kann durch jeweils ein zur Symmetrieachse 0 drehsymmetrisches Loch im Lochblech 4 erreicht werden, z. B. in Form eines Quadrates oder gleichseitigen Dreiecks. Die Kugel kann durch die Löcher im Lochblech 4 nicht hindurchfallen.A precise resting position of the ball in the axis of symmetry 0 the holes of the upper perforated sheets 1 . 2 can each by one to the axis of symmetry 0 rotationally symmetrical hole in the perforated plate 4 be achieved, for. B. in the form of a square or equilateral triangle. The ball can pass through the holes in the perforated plate 4 do not fall through.

Ein gleichseitiges Dreieck hat ein vorteilhaftes Verhältnis von seiner Dreiecksfläche zu seiner Inkreisfläche. Das Lochblech 2 kann mit einem Lochradius gewählt werden, der kleiner ist als der Umkreisradius der Dreiecke in Lochblech 4. Dadurch kann das Verstopfungsrisiko für die Anordnung verringert werden.An equilateral triangle has an advantageous ratio of its triangular surface to its inscribed surface. The perforated plate 2 can be selected with a hole radius that is smaller than the radius of circumference of the triangles in perforated plate 4 , As a result, the risk of blockage for the arrangement can be reduced.

Um einen freieren durchströmbaren Bereich und eine besseren Schutz gegen Verstopfung der Löcher durch das feste Material zu erreichen, wird das Lochblech 4 durch ein Gitter 4 ersetzt. Der beschriebene Stapel aus den Lochblechen 1, 2 und dem Gitter 4 wird durch Vernietung oder Verschraubung verbunden. Zu jedem Loch der Lochbleche 1, 2 befindet sich parallel um ca. einen halben Lochabstand auf eine freie Fläche verschoben eine Vernietung oder Verschraubung.To achieve a freer flow area and better protection against blockage of the holes by the solid material, the perforated plate 4 through a grid 4 replaced. The described stack of perforated sheets 1 . 2 and the grid 4 is connected by riveting or screwing. To every hole of the perforated plates 1 . 2 is parallel to about half a hole distance on a free surface moved riveting or screwing.

Bei einem großen Temperaturunterschied zwischen dem Bettmaterial und dem ursprünglichen durchströmenden Medium kann der Temperaturunterschied zwischen dem obersten und dem untersten Lochblech zu Spannungen und Verformungen führen.at a big one Temperature difference between the bed material and the original medium flowing through can the temperature difference between the top and the bottom perforated plate lead to tension and deformation.

Dem wird dadurch entgegengewirkt, dass nur das obere Lochblech 1 durchgängig ausgebildet ist und die anderen Lochbleche 2, 4 darunter als Stapel mit jeweils nur einer relativ kleinen Anzahl von Löchern nebeneinander befestigt sind.This is counteracted by the fact that only the upper perforated plate 1 is consistently formed and the other perforated plates 2 . 4 are attached as a stack, each with only a relatively small number of holes next to each other.

Ausführungsbeispiele mit Düsen, die durch ein Rohrsystem oder einen Düsenboden versorgt werdenembodiments with nozzles, which are supplied by a pipe system or a nozzle bottom

Bei vielen bekannten Ausführungen von Wirbelschichtfeuerungen sind jeweils mehrere Einzeldüsen 5 am Ende eines z. B. 30 cm langen Stücks einer Rohrleitung 6 angebracht. Dazu wird auf das Ende der Rohrleitung 6 ein weiteres Stück aufgesetzt, das mehrere Einzeldüsen aufweist. Die Anordnung weist eine vertikal verlaufende Drehsymmetrieachse 0 auf. Das andere Ende der Rohrleitungsstücke 6 ist mit einem Leitungssystem verbunden, das meist in einer horizontalen Ebene unterhalb der Düsenebene verläuft und das die Düsen mit Luft versorgt.In many known designs of fluidized bed combustion systems each have a plurality of individual nozzles 5 at the end of a z. B. 30 cm long piece of a pipeline 6 appropriate. This is done on the end of the pipeline 6 another piece attached, which has several individual nozzles. The arrangement has a vertical rotational axis of symmetry 0 on. The other end of the pipe pieces 6 is connected to a piping system, which usually runs in a horizontal plane below the nozzle plane and which supplies the nozzles with air.

Je nach Anwendung kann der freie Querschnitt des zylinderförmigen Raumes 7 direkt oberhalb des Endes der Rohrleitung 6 größer oder kleiner als der freie Querschnitt der Rohrleitung 6 gewählt werden.Depending on the application, the free cross section of the cylindrical space 7 directly above the end of the pipeline 6 greater or smaller than the free cross section of the pipeline 6 to get voted.

In diesem Raum 7 befindet sich eine Kugel 8, die nach unten durch vier radial angebrachte Schrauben 9 konzentrisch zur Symmetrieachse 0 in einer Ruhelage gehalten wird.In this room 7 there is a ball 8th , down through four radially-mounted screws 9 concentric to the axis of symmetry 0 is kept in a quiet location.

Der Spalt zwischen der Kugel 8 und der Wand des Raumes 7 wird so gewählt, dass die Kugel im Normalbetrieb unten liegen bleibt und erst bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels Luft, die für einen normalen Betrieb zu groß ist, wird die Kugel 8 durch die an ihr wirkende Druckdifferenz des Strömungswiderstandes der einzublasenden Luft angehoben. Dies ist dann der Fall, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Raum 7 und dem Außenbereich bei einer der Düsen 5 zu groß für einen ungestörten Normalbetrieb ist.The gap between the ball 8th and the wall of the room 7 is chosen so that the ball remains in the normal operation below and only at a flow velocity of the fluid air, which is too large for normal operation, the ball 8th raised by acting on her pressure difference of the flow resistance of the air to be injected. This is the case when the pressure difference between the room 7 and the outside area at one of the nozzles 5 too big for undisturbed normal operation.

Bei einer speziellen Abstimmung, die später beschrieben wird, kann das Anheben der Kugel 8 bereits bei einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit vorteilhaft sein.In a special tuning, which will be described later, lifting the ball 8th already be advantageous at a lower flow rate.

Die Wandung des zylinderförmigen Raumes 7 geht direkt über in einen Kegel 10, der nach oben enger wird. Die Bohrungen 11 für die Einzeldüsen verlaufen radial in Strömungsrichtung mit 10° Neigung bergab. Der Kegel wird in dem Bereich von den Bohrungen durchstoßen, in dem die Kugel 8 in ihrer obersten möglichen Stellung anliegen würde. Die oberste Stellung der Kugel kann durch eine Stellschraube 12 abgesenkt werden. Der Kegelraum 13 oberhalb der Kugel 8 wird durch eine Bohrung 14 aus dem Raumbereich 7 mit Luft versorgt. Bei geringer Durchströmung der Düsen 5 und einer Kugel 8 in der obersten Stellung wird so die Ausbildung einer zu großen Druckdifferenz zwischen dem Raum 7 und dem Raum 13 entgegengewirkt, die ein Absinken der Kugel nach Rückkehr des Normalfalles und die angestrebte Regelung verhindern würde.The wall of the cylindrical space 7 goes straight into a cone 10 that gets narrower upwards. The holes 11 for the individual nozzles run radially downwards in the flow direction with 10 ° inclination. The cone is pierced in the area of the holes in which the ball 8th would be in their highest possible position. The topmost position of the ball can be adjusted by a set screw 12 be lowered. The cone room 13 above the ball 8th gets through a hole 14 from the room area 7 supplied with air. With low flow through the nozzles 5 and a ball 8th in the highest position, the formation of too great a pressure difference between the room becomes 7 and the room 13 counteracted, which would prevent a sinking of the ball after return of normal case and the desired regulation.

Bei einer optimierten Abstimmung wird der Regelungseffekt verwendet, dass die Kugel 8 in ihrer obersten Stellung bei einer schrittweisen Absenkung den Anteil der Luft, der aus dem Raum 13 in die geradlinigen Ausströmkanäle 11 strömt, schrittweise vergrößert.In an optimized tuning, the control effect is used that the ball 8th in its uppermost position with a gradual lowering the proportion of the air coming out of the room 13 in the straight-line outflow channels 11 flows, gradually increased.

Der äußerste Bereich der Bohrung 14 ist weiter von der Symmetrieachse entfernt als die Zylinderwand von Raum 7. Die Bohrung 14 ist so gestaltet, dass sich aufgrund der Strömungsverbindung 14 die Druckverhältnisse an der Kugel 8 so einstellen, dass sich die Kugel aus ihrer obersten Position schrittweise absenkt bei schrittweise abgesenkter Differenz der Drücke bei 7 und 13 und die Strömungsgeschwindigkeit durch die Düsen 5 schrittweise abnimmt. Die Bohrung 14 wird dazu größer ausgeführt als in der Zeichnung dargestellt. Die optimierte Abstimmung ist insbesondere für das Erreichen eines günstigen Teillastverhaltens anzuwenden.The outermost area of the hole 14 is further from the axis of symmetry than the cylinder wall of space 7 , The hole 14 is designed so that due to the flow connection 14 the pressure conditions on the ball 8th adjust so that the ball gradually descends from its uppermost position at gradually reduced difference in pressures at 7 and 13 and the flow rate through the nozzles 5 gradually decreases. The hole 14 will be made larger than shown in the drawing. The optimized tuning is to be used in particular for achieving a favorable partial load behavior.

Der gesamte Strömungswiderstand der Düsenanordnung soll im Maximalfall den Strömungswiderstand der bisher üblicherweise verwendeten Düsen nicht überschreiten. Der Vorteil der Erfindung besteht durch die Regelung in einem deutlich geringeren Strömungswiderstand im Normalfall. Dies bedeutet eine entsprechende Einsparung von Energie und Kosten.Of the entire flow resistance the nozzle assembly should in the maximum case the flow resistance the usual way used nozzles do not exceed. The advantage of the invention is the regulation in a clear lower flow resistance normally. This means a corresponding saving of energy and costs.

Claims

Apparatus and / or method for relatively uniform introduction of a flow medium from a space provided for the distribution space by many individual nozzles in the region of a more horizontal plane in an overlying layer of substantially constant height, which contains another second medium through which can flow, in particular a bed such. B. sand, characterized in that the flow through the individual nozzles is controlled by means.

Device and / or method according to claim 1, characterized characterized in that a control device in each case directly on a single nozzle acts.

Device and / or method according to one or more the claims 1-2, by characterized in that a control device in each case to a Group of individual nozzles acts close together.

Device and / or method according to one or more the claims 1-3, by characterized in that the flow through the individual nozzles and / or local groups of individual nozzles is controlled by at least one movable means which the flow-through cross-section at a crucial point changes.

Device and / or method according to one or more the claims 1-4, by characterized in that the flow for all individual nozzles and / or local groups of individual nozzles to about the same strength is regulated.

Device and / or method according to one or more the claims 1-5, by characterized in that the maximum flow for each individual nozzles and / or local groups of individual nozzles in about the same strength is limited.

Device and / or method according to one or more the claims 1-6, by in that the temperature difference of the flow medium flowing through the individual nozzles and the single nozzles surrounding media for the flow control is used.

Device and / or method according to one or more the claims 1-7, by characterized in that the controlling moving means in the space area is arranged, in which almost exclusively the flow medium is present, and so before the opening a flow channel leading to one or more individual nozzles arranged to be movable is that the free flow cross section by moving the agent can change decisively and the position of the agent through the forces of flow resistance at the center and a conditional by the weight of the agent caused drag is regulated.

Device and / or method according to one or more the claims 1-8, by characterized in that the controlling moving means in the space area is arranged, in which almost exclusively the flow medium is present, and so before the opening a flow channel leading to one or more individual nozzles arranged to be movable is that the free flow cross section by moving the agent can change decisively and the position of the agent through the forces of flow resistance is effected on the means and a counterforce, by a suitably attached resilient means is applied.

Device and / or method according to one or more the claims 1-9, by characterized in that the controlling mobile means are so mobile is arranged so that the free flow cross section through movement of the remedy change decisively can and the position of the agent by the temperature dependence an actuator is set, its temperature by the energy exchange with the druchströmbaren second medium by heat conduction and heat radiation and determined by the exchange of energy with the flow medium, z. B. a bimetal as an actuator and / or means.

Device and / or method according to one or more of claims 1-10, characterized in that the means influencing the free flow channel ver vary depending on temperature forms and thereby the free flow channel is influenced.

Device and / or method according to one or more the claims 1-11, characterized in that the controlling moving means in the room area is arranged, in which almost exclusively the flow medium is present, and so before the opening a flow channel leading to one or more individual nozzles arranged to be movable is that the free flow cross section by moving the remedy can change decisively and the remedy to a horizontal axis is rotatably fixed above the center of gravity.

Device and / or method according to one or more the claims 1-12, characterized in that the movable means is a ball.

Device and / or method according to one or more the claims 1-13, characterized in that a movable means the passage through different flow channels to individual Nozzles controls.

Device and / or method according to one or more the claims 1-14, characterized in that a nozzle arrangement has a vertical Has rotational symmetry axis and from below with flow medium is supplied.

Device and / or method according to claim 15, characterized in that in a cylindrical and / or conical space a means is movably arranged about the rotational axis of symmetry

Apparatus and / or method according to claim 16, characterized in that in a cylindrical and / or conical space a ball is movably arranged about the rotational axis of symmetry

Device and / or method according to one of claims 16-17, characterized characterized in that the rectilinear outflow channels extend radially.

Apparatus and / or method according to claim 18, characterized in that the outflow channels in the flow direction obliquely downwards run.

Device and / or method according to one of claims 16-19, characterized characterized in that the rectilinear outflow channels of a space with flow medium be supplied, the shape of a downwardly open Cone has.

Apparatus and / or method according to any one of claims 16-20, characterized characterized in that the movable means in an upward movement the free flow channel (s) reduced to the discharge channels.

Device and / or method according to one of claims 20-21, characterized characterized in that the movable means by a device or several facilities are prevented from going so far in the cone to get to the top to the outflow channels completely close.

Apparatus and / or method according to any one of claims 20-22, characterized characterized in that at least one additionally created flow connection is present, through which flow medium around the middle in its highest Position can get around in the cone space above the agent.

Device and / or method according to one of claims 20-23, characterized characterized in that the at least one additionally created flow connection is designed so that due to the flow connection, the pressure conditions on the medium adjust so that the agent is out of its uppermost Position with gradually reduced difference of the pressures in the Supply of the fluid and the direct outdoor area at the nozzle openings gradually lowers and the flow rate through the nozzles gradually decreases.

Apparatus and / or method according to any one of claims 20-24, characterized characterized in that the geometry of the agent and / or the adjacent surfaces designed so that with a gradual reduction of the agent from the uppermost position of the agent, the proportion of the fluid, the one from the room over the agent flows in the straight-line outflow, is gradually increased.