DE102012004590A1 - centrifugal - Google Patents

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Ralf Abraham
Dr. Toporov Dobrin
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Abstract

Mit einem Verfahren sowie einer Vorrichtung zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, soll der Abscheidungsgrad eines Zentrifugalabscheiders deutlich erhöht werden. Dies wird verfahrensmäßig dadurch erreicht, dass durch Einbauten am Tauchrohr des Zentrifugalabscheiders eine lokale Erhöhung der Zentrifugalkraft vorgenommen wird.With a method and a device for optimizing a centrifugal separator, in particular a recycling cyclone in a high-temperature gasifier, the degree of separation of a centrifugal separator should be significantly increased. This is procedurally achieved by a local increase in the centrifugal force is made by internals to the dip tube of the centrifugal.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser.The invention is directed to a method for optimizing a centrifugal separator, in particular a recycling cyclone in a high-temperature gasifier.

Hochtemperaturvergaser wurden entwickelt, um mittels eines Wirbelschichtvergasungsprozesses die Nutzung beispielsweise von Braunkohle zu verbessern unter Nutzung eines sogenannten Hochtemperatur-Winkler-Vergasers HTW als Weiterentwicklung der ursprünglich bei Umgebungsdruck arbeitenden Winkler-Kohlevergasung. Die Vorteile liegen im Wesentlichen in der besseren Rohstoffnutzung, der erheblich größeren Vergaserkapazität für Großanlagen und in der Vermeidung der Bildung von Nebenprodukten.High-temperature gasifiers were developed to improve the use of, for example, lignite by means of a fluidized-bed gasification process using a so-called high-temperature Winkler gasifier HTW as a further development of Winkler coal gasification, which originally operated at ambient pressure. The advantages lie mainly in the better use of raw materials, the considerably larger carburetor capacity for large-scale plants and in avoiding the formation of by-products.

Nachteilig bei dieser Verfahrensweise ist u. a., dass die Abscheideeffizienz des Rückführzyklons nicht besonders ausgeprägt ist, was zur Folge hat, dass man kostenintensive Warmgasfilter hinter dem Zyklon und Rohgaskühler schalten muss. Erschwerend kommt noch hinzu, dass sich im Warmgasfilter abgeschiedenem Staub noch hohe Mengen an Kohlenstoff befindet. Dieser Staub kann somit nicht deponiert werden, sondern muss entweder zum Vergaser über Leitungen und Schnecken zurückgeführt werden oder mit hohem Aufwand in einem separaten Kessel mittels Hilfsbrennstoff verbrannt werden.A disadvantage of this procedure is u. a. that the separation efficiency of the recycle cyclone is not particularly pronounced, with the result that costly hot gas filters must be switched behind the cyclone and raw gas cooler. To make matters worse, that in the hot gas filter separated dust is still high amounts of carbon. This dust can thus not be dumped, but must either be returned to the carburetor via lines and screws or burned at great expense in a separate boiler by means of auxiliary fuel.

Hier setzt die Erfindung ein, deren Aufgabe darin besteht, den Abscheidungsgrad eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, deutlich zu erhöhen.This is where the invention begins, the task of which is to significantly increase the degree of separation of a centrifugal separator, in particular a recycling cyclone in a high-temperature gasifier.

Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß einer Variante der Erfindung dadurch gelöst, dass durch Einbauten am Tauchrohr des Zentrifugalabscheiders eine lokale Erhöhung der Zentrifugalkraft vorgenommen wird.With a method of the type described, this object is achieved according to a variant of the invention in that a local increase in the centrifugal force is made by internals on the dip tube of the centrifugal.

Zur Erhöhung der Abscheideleistung eines Zyklons ist schon vorgeschlagen worden, das Tauchrohr in den ”Totwasserbereich” zu verschieben, d. h. das Tauchrohr wird exzentrisch im Zyklon eingebaut. Eine solche Maßnahme ist nur bei Neubauten der Zyklone wirtschaftlich sinnvoll. Eine Nachrüstung und damit nachträgliche Optimierung ist damit wirtschaftlich nicht erreichbar. Die Einbauten am Tauchrohr lassen sich demgegenüber problemlos auch nachrüsten.To increase the separation efficiency of a cyclone has already been proposed to move the dip tube in the "dead water", d. H. the dip tube is installed eccentrically in the cyclone. Such a measure makes economic sense only in new buildings of cyclones. A retrofit and thus subsequent optimization is therefore not economically feasible. The internals on the dip tube can be easily retrofitted.

Eine Variante der Optimierungsmöglichkeit besteht erfindungsgemäß darin, dass durch eine Vorschaltung eines Agglomerators im Eintrittsbereich des Zentrifugalabscheiders eine mechanische Kornvergrößerung der abzuscheidenden Partikel vorgenommen wird. Durch einen Agglomerator wird Einfluss auf die Partikelgröße genommen, indem eine Erhöhung der Kollisionsrate zwischen großen und kleinen Partikeln im Eintrittsbereich des Zyklons erreicht wird, was den Abscheidungsgrad deutlich verbessert.A variant of the optimization option according to the invention consists in the fact that a mechanical grain enlargement of the particles to be separated is carried out by an upstream connection of an agglomerator in the inlet region of the centrifugal separator. An agglomerator influences the particle size by increasing the collision rate between large and small particles in the inlet area of the cyclone, which significantly improves the degree of separation.

Da Zyklone nur in eng begrenzten Betriebszuständen optimal arbeiten, beispielsweise beträgt bei Stäuben eine optimale tangentiale Eintrittsgeschwindigkeit in den Zyklon 10 m/s, ist die Leistungsfähigkeit bei Lastwechseln Schwankungen unterworfen. Hier greift bei der Optimierung eines derartigen Zyklons die Erfindung durch Querschnittsveränderung am Zentrifugalabscheidereintritt ein, wobei diese Querschnittsveränderung in sehr unterschiedlicher Weise erfolgen kann, wie weiter unten angegeben.Since cyclones work optimally only in narrowly limited operating conditions, for example, with dusts an optimal tangential entry velocity into the cyclone is 10 m / s, the performance is subject to fluctuations during load changes. Here, when optimizing such a cyclone, the invention intervenes by changing the cross section of the Zentrifugalabscheidereintritt, said cross-sectional change can be done in very different ways, as indicated below.

Mit der variablen Querschnittsveränderung wird erreicht, dass die Auslegungsgeschwindigkeit des Zyklons immer konstant gehalten werden kann.With the variable cross-sectional change is achieved that the design speed of the cyclone can always be kept constant.

In Ausgestaltung ist nach der Erfindung vorgesehen, dass mehrere der oben genannten Verfahrensschritte gleichzeitig vorgenommen werden.In an embodiment, it is provided according to the invention that several of the above-mentioned method steps are performed simultaneously.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung auch eine Vorrichtung bzw. einen Zentrifugalabscheider vor, der sich dadurch auszeichnet, dass am Tauchrohr ein den Strömungskanal des Zentrifugalabscheiders verengendes Strömungsleitelement vorgesehen ist. Ein solches verengendes Strömungselement kann, wie dies die Erfindung vorsieht, als schalenförmiges Leitblech ausgebildet sein.In order to achieve the object, the invention also provides a device or a centrifugal separator, which is characterized in that a flow-guiding element narrowing the flow channel of the centrifugal separator is provided on the dip tube. Such a narrowing flow element may, as the invention provides, be designed as a cup-shaped guide plate.

Um eine besonders optimale Strömung zu erreichen, kann dabei nach der Erfindung auch vorgesehen sein, dass am Außenbereich des Tauchrohres das exzentrische, schalenförmige Leitblech dem Gaseintritt etwa gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Leitblech bis unterhalb der Unterkante des Gaseintrittskanales gezogen und sich dann zum unteren Tauchrohrende der Rohrform verjüngend wieder angleicht. Die Position des Leitbleches kann je nach Auslegung des Zentrifugalabscheiders auch variieren.In order to achieve a particularly optimal flow, it can also be provided according to the invention that the eccentric, shell-shaped baffle is arranged approximately opposite the gas inlet at the outer region of the dip tube, the baffle pulled to below the lower edge of the gas inlet channel and then to the lower dip tube end rejuvenating the pipe shape. The position of the baffle may also vary depending on the design of the centrifugal separator.

Um eine mechanische Kornvergrößerung der Partikel zu erreichen, ist ein Agglomerator am Eintritt des Zentrifugalabscheiders erfindungsgemäß vorgesehen, der von einer Mehrzahl den Strömungskanal durchsetzenden rohrförmigen Strömungsstörelementen gebildet ist. Diese rohrförmigen Strömungsstörelemente können horizontal, vertikal oder im Winkel in den Strömungskanal eingebaut sein.In order to achieve a mechanical grain enlargement of the particles, an agglomerator according to the invention is provided at the inlet of the centrifugal separator, which is formed by a plurality of the flow channel passing through tubular Strömungsstörelementen. These tubular Strömungsstörelemente can be installed horizontally, vertically or at an angle in the flow channel.

Um, wie oben schon angegeben, die Auslegungsgeschwindigkeit des Zentrifugalabscheiders auch bei Lastwechseln konstant halten zu können, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung auch vor, dass der Eintrittströmungskanal mit einer den Kanalquerschnitt verändernden beweglichen Wandfläche oder einer keramischen Schieberplatte ausgerüstet ist, wobei Ausgestaltungen darin bestehen können, dass die horizontal oder vertikal bewegliche Wandfläche als Schieber oder als im Übergangsbereich zur Zentrifuge gekrümmtes Wandelement ausgebildet ist.In order, as stated above, to be able to keep the design speed of the centrifugal separator constant even during load changes, The invention also provides, in a further embodiment, that the inlet flow channel is equipped with a movable wall surface or a ceramic slide plate that changes the channel cross-section, wherein configurations may consist in the horizontally or vertically movable wall surface being designed as a slide or as a curved wall element in the transition region to the centrifuge is.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt inFurther features, details and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the drawing. This shows in

1 eine vereinfachte Darstellung eines Hochtemperatur-Winkler-Vergasers sowie in den 1 a simplified representation of a high-temperature Winkler carburetor and in the

2 bis 7 vereinfachte Darstellungen eines Zentrifugalabscheiders mit unterschiedlichen strömungsverändernden Einbauten. 2 to 7 simplified representations of a centrifugal separator with different flow-changing internals.

In 1 ist vereinfacht ein System einer Hochtemperatur-Winkler-Vergasung dargestellt mit einem Vergaser 1, dem über Vorlagebehälter 2 das Einsatzmaterial zugeführt wird. Das Bodenprodukt wird bei 3 ausgetragen, z. B. mittels einer Förderschnecke 4. Das Gas beaufschlagt einen Zentrifugalabscheider 5, wobei die Feststoffpartikel über die Leitung 6 wieder zurück in den Vergaser 1 geleitet werden, das Gas wird zur weiteren Bearbeitung über eine Leitung 7 abgeführt.In 1 is simplified a system of high-temperature Winkler gasification shown with a carburetor 1 , the over container 2 the feedstock is supplied. The bottom product is added 3 discharged, z. B. by means of a screw conveyor 4 , The gas acts on a centrifugal separator 5 , wherein the solid particles via the line 6 back to the carburetor 1 be passed, the gas is for further processing via a line 7 dissipated.

In den 2 bis 7 sind Varianten der Einflussnahme auf die Strömung im Zentrifugalabscheider 5 dargestellt:In the 2 to 7 are variants of the influence on the flow in the centrifugal separator 5 shown:

2 zeigt die Zuführung des Gemisches aus Feststoffen und Gasen (Pfeil 8) in den Zentrifugalabscheider 5, wobei das Gemisch das Tauchrohr 9 umströmt. 2 shows the supply of the mixture of solids and gases (arrow 8th ) in the centrifugal separator 5 wherein the mixture is the dip tube 9 flows around.

Zur Beschleunigung der Strömung weist das Tauchrohr 9 ein Strömungsleitelement 1a auf, das als gekrümmtes Leitblech auf das Tauchrohr 9 aufgeschweißt ist oder in anderer Weise dort befestigt ist. Wie sich aus 2 ergibt, verjüngt sich das Leitblech 10, in seinem unteren Bereich mit 10a bezeichnet, derart, dass am Ende des Tauchrohres 9 die ursprüngliche Querschnittsfläche des Strömungskanales wieder erreicht ist. Das gereinigte Gas verlässt den Zentrifugalabscheider 5 über das Rohr 7, was durch einen Pfeil 11 angedeutet ist. Die Feststoffpartikel verlassen den Abscheider nach unten, was durch einen Pfeil 12 angedeutet ist.To accelerate the flow, the dip tube 9 a flow guide 1a on, as a curved baffle on the dip tube 9 is welded or otherwise secured there. As it turned out 2 results, the baffle tapers 10 , in its lower area with 10a referred to, such that at the end of the dip tube 9 the original cross-sectional area of the flow channel is reached again. The cleaned gas leaves the centrifugal separator 5 over the pipe 7 what an arrow 11 is indicated. The solid particles leave the separator down, which is indicated by an arrow 12 is indicated.

Die Position des Leitbleches 10 mit Verjüngung 10a ist in 2 zur besseren Darstellung an der vorgesehenen Stelle wiedergegeben. Diese muss nicht der echten Einbauposition entsprechen.The position of the baffle 10 with rejuvenation 10a is in 2 reproduced for better representation at the intended location. This does not have to correspond to the actual installation position.

In den folgenden Figuren sind alle baugleichen Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet ebenso die Pfeile.In the following figures, all identical elements are denoted by the same reference numerals as the arrows.

Im Unterschied zu 2 sind bei dem Ausführungsbeispiel der 3 zur Bildung eines Agglomerators, allgemein mit 13 bezeichnet, im Eingangsstutzen 14 des Zentrifugalabscheiders 5 rohrförmige Strömungsstörelemente 15 eingebaut, die nicht nur, wie hier dargestellt, horizontal, sondern auch vertikal oder diagonal im Einlaufkanal 14 positioniert sein können.In contrast to 2 are in the embodiment of 3 to form an agglomerator, generally with 13 designated, in the inlet neck 14 of the centrifugal separator 5 tubular flow disturbing elements 15 installed, not only, as shown here, horizontally, but also vertically or diagonally in the inlet channel 14 can be positioned.

Im Ausführungsbeispiel der 4 kann der Querschnitt des Eintrittskanales 14 in den Zentrlfugalabscheider 5 durch ein anhebbares bzw. senkbares Sperrelement bzw. eine keramische Schieberplatte 16 verändert werden. Diese Bewegung ist mit einem Doppelpfeil 17 angedeutet.In the embodiment of 4 can the cross section of the inlet channel 14 in the centrifugal separator 5 by a liftable or lowerable blocking element or a ceramic slide plate 16 to be changed. This movement is with a double arrow 17 indicated.

In 5 ist eine Variante dargestellt, um den Querschnitt des Eintrittskanales 14 des Zentrifugalabscheiders 5 verändern zu können, nämlich durch eine heb- und senkbare Bodenplatte, z. B. ebenfalls als keramische Platte ausgebildet, die mit 18 bezeichnet ist, die Bewegungsmöglichkeit wird durch einen Doppelpfeil 19 angedeutet.In 5 a variant is shown to the cross section of the inlet channel 14 of the centrifugal separator 5 to be able to change, namely by a raised and lowered bottom plate, z. B. also formed as a ceramic plate with 18 is designated, the possibility of movement is by a double arrow 19 indicated.

In 6 ist die keramische Platte, hier mit 20 bezeichnet, zur Querschnittsveränderung vertikal verschwenkbar, was mit einem Doppelpfeil 21 angedeutet ist.In 6 is the ceramic plate, here with 20 referred to the cross-sectional change vertically pivotable, which with a double arrow 21 is indicated.

Schließlich zeigt 7 noch die Möglichkeit der Querschnittsverringerung im Einlaufbereich zum Zentrifugalabscheider 5 durch eine dem gekrümmten Wandverlauf des Abscheiders angepasste Platte 22, die Bewegung ist durch einen Doppelpfeil 23 angedeutet.Finally shows 7 nor the possibility of reducing the cross section in the inlet region to the centrifugal separator 5 by a plate adapted to the curved course of the wall of the separator 22 , the movement is by a double arrow 23 indicated.

Wie weiter oben schon angegeben, können die einzelnen Maßnahmen auch in Kombination vorgenommen werden, etwa gleichzeitig eine Querschnittsverengung des Eintrittskanales 14 durch entsprechende keramische Platten 18, 20 oder 22 in Verbindung mit einem Agglomerator 13 und einem Strömungsleitblech 10, 10a, um nur eine Variatiorismöglichkeit anzugeben.As already stated above, the individual measures can also be carried out in combination, for example at the same time a cross-sectional constriction of the inlet channel 14 through appropriate ceramic plates 18 . 20 or 22 in conjunction with an agglomerator 13 and a flow baffle 10 . 10a to specify only one variational option.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vergasercarburettor
22
Vorlagebehälterstorage container
33
BodenproduktaustragBodenproduktaustrag
44
FörderschneckeAuger
55
Zentrifugalabscheidercentrifugal
6, 76, 7
Leitungmanagement
8, 11, 128, 11, 12
Pfeilarrow
99
Tauchrohrdip tube
10, 10a10, 10a
Strömungsleitblechflow baffle
1313
Agglomeratoragglomerator
1414
Eintrittskanalinlet channel
1515
StrömungsstörelementeStrömungsstörelemente
1616
keramische Schieberplatteceramic slide plate
17, 19, 21, 2317, 19, 21, 23
Doppelpfeildouble arrow
18, 20, 2218, 20, 22
keramische Platteceramic plate

Claims (10)

Verfahren zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einbauten am Tauchrohr des Zentrifugalabscheiders eine lokale Erhöhung der Zentrifugalkraft vorgenommen wird.Method for optimizing a centrifugal separator, in particular a recycle cyclone in a high-temperature gasifier, characterized in that a local increase in the centrifugal force is made by internals on the dip tube of the centrifugal separator. Verfahren zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Vorschaltung eines Agglomerators im Eintrittsbereich des Zentrifugalabscheiders eine mechanische Kornvergrößerung der abzuscheidenden Partikel vorgenommen wird.Method for optimizing a centrifugal separator, in particular a recycling cyclone in a high-temperature gasifier, characterized in that a mechanical grain enlargement of the particles to be separated is carried out by an upstream connection of an agglomerator in the inlet region of the centrifugal separator. Verfahren zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, dadurch gekennzeichnet, dass eine variable Querschnittsveränderung am Zentrifugalabscheidereintritt vorgenommen wird.Method for optimizing a centrifugal separator, in particular a recycle cyclone in a high-temperature gasifier, characterized in that a variable change in the cross section of the Zentrifugalabscheidereintritt is made. Verfahren zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 1 bis 3 gleichzeitig vorgenommen werden.Method for optimizing a centrifugal separator, in particular a recycling cyclone in a high-temperature gasifier, characterized in that several of the method steps according to claims 1 to 3 are carried out simultaneously. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Tauchrohr (9) ein den Strömungskanal des Zentrifugalabscheiders (5) verengendes Strömungsleitelement (10) vorgesehen ist.Device for carrying out the method, in particular according to claim 1, characterized in that on the dip tube ( 9 ) a the flow channel of the centrifugal separator ( 5 ) narrowing flow guide ( 10 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenbereich des Tauchrohres (9) ein den Strömungskanal verengendes schalenförmiges Leitblech (10) vorgesehen ist.Apparatus according to claim 5, characterized in that at the outer region of the dip tube ( 9 ) a narrowing the flow channel cup-shaped baffle ( 10 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenbereich des Tauchrohres (9) das exzentrische, schalenförmige Leitblech (10) dem Gaseintritt etwa gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Leitblech (10) bis unterhalb der Unterkante des Eintrittskanales (14) gezogen und sich dann zum unteren Tauchrohrende der Rohrform verjüngend wieder angleicht.Apparatus according to claim 6, characterized in that at the outer region of the dip tube ( 9 ) the eccentric, cup-shaped guide plate ( 10 ) is arranged approximately opposite the gas inlet, wherein the baffle ( 10 ) to below the lower edge of the inlet channel ( 14 ) and then rejuvenated to the lower dip tube end of the tube shape rejuvenating. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Agglomerator (13) am Eintrittskanal (14) des Zentrifugalabscheiders (5) von einer Mehrzahl den Strömungskanal durchsetzenden rohrförmigen Strömungsstörelementen (15) gebildet ist.Device for carrying out the method, in particular according to claim 2, characterized in that the agglomerator ( 13 ) at the entrance channel ( 14 ) of the centrifugal separator ( 5 ) of a plurality of the flow channel passing through tubular Strömungsstörelementen ( 15 ) is formed. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittskanal (14) mit einer den Kanalquerschnitt verändernden beweglichen Wandfläche oder einer keramischen Schieberplatte (16) ausgerüstet ist.Device for carrying out the method, in particular according to claim 3, characterized in that the inlet channel ( 14 ) with a channel cross section changing movable wall surface or a ceramic slide plate ( 16 ) is equipped. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontal oder vertikal bewegliche Wandfläche (16, 18, 20) als Schieber oder als im Übergangsbereich zur Zentrifuge gekrümmtes Wandelement (22) ausgebildet ist.Apparatus according to claim 9, characterized in that the horizontally or vertically movable wall surface ( 16 . 18 . 20 ) as a slide or as in the transition region to the centrifuge curved wall element ( 22 ) is trained.
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