DE102009050165A1

DE102009050165A1 - Vorrichtung zur Behandlung von Feststoffen und/oder Gasen

Info

Publication number: DE102009050165A1
Application number: DE200910050165
Authority: DE
Inventors: René-Arndt Erler; Michael Missalla; Rolf Gilgen
Original assignee: Outotec Oyj
Current assignee: Metso Outotec Oyj
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-04-28
Also published as: EA201290215A1; WO2011047848A2; EP2490798A2; UA102467C2; US20120269688A1; AU2010310088A1; CA2774465C; EA022934B1; US8834800B2; BR112012009207A2; CA2774465A1; AU2010310088B2; WO2011047848A3

Abstract

Ein Vorrichtung zur Behandlung von Feststoffen und/oder Gasen weist einen Wirbelschichtreaktor (1), in welchem die Feststoffe mit Hilfe von Fluidisierungsgas fluidisiert und thermisch und/oder chemisch behandelt werden, und einen Fliehkraftabscheider (2) auf, in dem Gas und Feststoff voneinander getrennt werden, wobei der Wirbelschichtreaktor (1) mit dem Fliehkraftabscheider (2) über einen Überleitungskanal (3) verbunden ist. Um im oberen Bereich des Fliehkraftabscheiders die Bildung einer hochgradig mit Feststoff beladenen Strähne zu vermeiden, zweigt der Überleitungskanal (3) von dem Wirbelschichtreaktor (1) mit einem Querschnitt ab, dessen horizontales Maß größer ist als das vertikale Maß, wobei sich der Querschnitt des Überleitungskanals (3) von dem Wirbelschichtreaktor (1) zu dem Fliehkraftabscheider (2) in vertikaler Richtung nach unten erweitert. (1)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Feststoffen und/oder Gasen mit einem Wirbelschichtreaktor, in welchem die Feststoffe mit Hilfe von Fluidisierungsgas fluidisiert und thermisch und/oder chemisch behandelt werden, und mit einem Fliehkraftabscheider, in dem Gas und Feststoff voneinander getrennt werden, wobei der Wirbelschichtreaktor mit dem Fliehkraftabscheider über einen Überleitungskanal verbunden ist.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise zur Kalzinierung von Feststoffen seit langem bekannt (vgl. EP 0 861 208 B1 ). Die Feststoffe werden in einem Wirbelschichtreaktor mit heißen Gasen behandelt und kalziniert. Das Gas/Feststoffgemisch wird über einen Überleitungskanal aus dem Reaktor ausgetragen und in einem Fliehkraftabscheider, insbesondere einem Zyklon getrennt, wobei die Gase nach oben und die Feststoffe unten aus dem Fliehkraftabscheider abgezogen werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass durch Strähnenbildung am Einlass eines Fliehkraftabscheiders dessen Segregationsverhalten nachteilig beeinflusst wird.
Bei bestehenden Anlagen wurden die Leitungen lediglich gemäß den Anforderungen an die Strömungsgeschwindigkeit am Einlass des Zyklons ausgelegt, während die Strähnenbildung nicht berücksichtigt wurde.
So beschreibt die US 6,322,601 eine Einlassleitung für einen Zyklon, die durch eine äußere Bogenfläche und eine innere Bogenfläche begrenzt wird, wobei die innere Bogenfläche derart geschwungen ist, dass gedanklich daran angelegte Tangenten die äußere Bogenfläche an bestimmten Punkten schneiden. Mit der geschwungenen Form der inneren Bogenfläche sollen Feststoffteilchen auf die äußere Bogenfläche und in den Zyklon geleitet werden, um die Beschleunigungseffizienz zu verbessern. Zur weiteren Optimierung kann die innere Bogenfläche Nuten zum Leiten der Feststoffströmung aufweisen. Hierdurch soll die Strömungsgeschwindigkeit optimiert werden. Eine Strähnenbildung im oberen Teil des Zyklons wird jedoch nicht vermieden.
Durch Messungen in bestehenden Anlagen mit zirkulierender Wirbelschicht wurde bestätigt, dass der Einfluss der Strähnenbildung auf das Segregationsverhalten des Zyklons nicht vernachlässigbar ist und hauptsächlich von der Bildung der Einlassströmung abhängt. Strähnen, welche in dem oberen Teil der Einlassleitung gebildet werden und daher die oberste Grenzschicht des Fliehkraftabscheiders erfassen, sind zu vermeiden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, im oberen Bereich des Fliehkraftabscheiders die Bildung einer hochgradig mit Feststoff beladenen Strähne zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art insbesondere dadurch gelöst, dass der Überleitungskanal von dem Wirbelschichtreaktor mit einem Querschnitt abzweigt, dessen horizontales Maß größer ist als das vertikale Maß und dass sich der Querschnitt des Überleitungskanals von dem Wirbelschichtreaktor zu dem Fliehkraftabscheider in vertikaler Richtung nach unten erweitert.
Wie bereits erwähnt wurde, ist die Auslegung des Einlasskanals in den Fliehkraftabscheider besonders wichtig für dessen Segregationsverhalten. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es daher, den nachteiligen Effekt des aufwärts gerichteten Impulses von abwärts befördernden Feststoffsystemen zu minimieren. Mir der vorliegenden Erfindung wird die effektive Länge des Einlasskanals erhöht und dadurch die Bildung der Strähne im unteren Teil dieses Kanals unterstützt. Daneben lässt sich mit der vorliegenden Erfindung die Konstruktionshöhe der aufwärts befördernden Vorrichtung verringern und außerdem ein Wiedereintritt der im oberen Teil des Zyklons gebildeten Strähne in den Kanal verhindern, was zu einem deutlich niedrigeren Materialverschleiß führt.
Zum Erreichen einer gleichmäßigen Strömung ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die untere Begrenzungsfläche des Überleitungskanals zum Fliehkraftabscheider hin nach unten geneigt.
Wenn, wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, der Querschnitt des Überleitungskanals am Einlass des Fliehkraftabscheiders kleiner ist als am Auslass des Wirbelschichtreaktors, kann die Geschwindigkeit des Gasstroms erhöht werden.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist der Querschnitt des Überleitungskanals am Auslass des Wirbelschichtreaktors um den Faktor 1.1 bis 2.5, insbesondere 1.2 bis 1.8, größer als am Einlass des Fliehkraftabscheiders. Der Faktor berechnet sich hierbei aus dem Verhältnis (Querschnitt des Überleitungskanals am Austritt aus dem Wirbelschichtreaktor)/(Querschnitt des Überleitungskanals am Eintritt in den Fliehkraftabscheider).
Vorzugsweise verjüngt sich der Querschnitt des Überleitungskanals von dem Wirbelschichtreaktor zu dem Fliehkraftabscheider in horizontaler Richtung.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Überleitungskanal in vertikaler und/oder horizontaler Richtung einen trapezförmigen Querschnitt auf, wodurch die Herstellung erleichtert wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Entstaubung von Strömen mit hoher Feststoffbeladung eingesetzt werden, bspw. in einer Kalzinieranlage zur Behandlung von Alumina. Vorzugsweise ist der Fliehkraftabscheider hierbei ein Rückführzyklon einer zirkulierenden Wirbelschicht. Eine Verwendung der Vorrichtung in anderen Fliehkraftabscheidern ist aber ebenfalls Bestandteil der Erfindung.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezug.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
2 zeigt eine weitere schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die die Erfindung aufweisende Vorrichtung weist einen Wirbelschichtreaktor 1 und einen bspw. als Entstaubungszyklon ausgestalteten Fliehkraftabscheider 2 auf, die über einen Überleitungskanal 3 miteinander verbunden sind.
Die Austrittsöffnung aus dem Wirbelschichtreaktor 1 ist hierbei als querliegender, Schlitz ausgebildet, so dass der Querschnitt des Überleitungskanals 3 an seinem Einlass in horizontaler Richtung größer ist als in vertikaler Richtung. Der Auslassbereich des Wirbelschichtreaktors 1 ist daher bei gleicher Austrittsfläche relativ flach, so dass die Höhe der Wirbelschichtreaktor 1 anders bei der herkömmlichen Verwendung eines rechteckigen, hohen Überleitungskanals 3 niedriger ausgeführt werden kann.
Wie aus den Figuren ersichtlich ist, hat der Überleitungskanal 3 sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt, wobei sich die Breite des Überleitungskanals 3 zum Fliehkraftabscheider 2 hin verringert. In vertikaler Richtung ist der Überleitungskanal 3 dagegen zum Fliehkraftabscheider 2 hin nach unten geneigt, so dass sich sein Querschnitt vergrößert.
Insgesamt ist der Querschnitt am Einlass in den Fliehkraftabscheider 2 hinein kleiner um den Faktor 1.8 bis 1.2 als der Querschnitt am Auslass aus dem Wirbelschichtreaktor 1, so dass die Gasgeschwindigkeit angehoben wird.
Durch die Gestaltung des Überleitungskanals 3 wird erreicht, dass sich im unteren Abschnitt des Überleitungskanals 3 Strähnen bilden, während das Eindringen die aufwärts gerichtetem Feststoff in den Überleitungskanal 3 minimiert wird. Eine Strähnenbildung in der oberen Grenzschicht des Fliehkraftabscheiders 2 wird zuverlässig vermieden bzw. verringert, und die Trenneigenschaften des Fliehkraftabscheiders 2 werden verbessert.
Aus dem Fliehkraftabscheider 2 kann der Feststoff in nicht dargestellter Weise in den Wirbelschichtreaktor 1 zurückgeführt werden (zirkulierende Wirbelschicht) oder einer anderen Behandlungsstufe zugeführt werden. Der Gasstrom wird über eine Öffnung 5 oben aus dem Fliehkraftabscheider 2 abgezogen.
Die vorliegende Erfindung lässt sich zur Effizienzsteigerung bei allen Fliehkraftabscheidern einsetzen, speziell bei Zyklonen mit hohen Eingangsbeladungen, wie sie in der Wirbelschichttechnologie bspw. für die Kalzinierung von Alumina, zur Entstaubung in Röstanlagen oder dgl. verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Wirbelschichtreaktor
2: Fliehkraftabscheider
3: Überleitungskanal
4: untere Begrenzungsfläche
5: Öffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0861208 B1 [0002]
US 6322601 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Behandlung von Feststoffen und/oder Gasen mit einem Wirbelschichtreaktor (1), in welchem die Feststoffe mit Hilfe von Fluidisierungsgas fluidisiert und thermisch und/oder chemisch behandelt werden, und mit einem Fliehkraftabscheider (2), in dem Gas und Feststoff voneinander getrennt werden, wobei der Wirbelschichtreaktor (1) mit dem Fliehkraftabscheider (2) über einen Überleitungskanal (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Überleitungskanal (3) von dem Wirbelschichtreaktor (1) mit einem Querschnitt abzweigt, dessen horizontales Maß größer ist als das vertikale Maß, und dass sich der Querschnitt des Überleitungskanals (3) von dem Wirbelschichtreaktor (1) zu dem Fliehkraftabscheider (2) in vertikaler Richtung nach unten erweitert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Begrenzungsfläche (4) des Überleitungskanals (3) zum Fliehkraftabscheider (2) hin nach unten geneigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des Überleitungskanals (3) von dem Wirbelschichtreaktor (1) zu dem Fliehkraftabscheider (2) in horizontaler Richtung verjüngt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Überleitungskanals (3) am Einlass des Fliehkraftabscheiders (2) kleiner ist als am Auslass des Wirbelschichtreaktors (1).
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Überleitungskanals (3) am Einlass des Fliehkraftabscheiders (2) um den Faktor 1.1 bis 2.5 kleiner ist als am Auslass des Wirbelschichtreaktors (1).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überleitungskanal in vertikaler und/oder horizontaler Richtung einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fliehkraftabscheider (2) ein Rückführzyklon einer zirkulierenden Wirbelschicht ist.