DE102014202236A1

DE102014202236A1 - Hilfsgaselement zum Befördern von Staubströmen

Info

Publication number: DE102014202236A1
Application number: DE102014202236.3A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schingnitz; Frank Hannemann; Matthias Köhler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-13
Also published as: CN204162089U

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zum Befördern von Staubströmen in Reaktoren zur Flugstromvergasung, in die Windformen von Hochöfen, in Kessel mit Staubfeuerung und zur Fließförderung kleinkörniger Materialien wie Kalkstaub, Zement oder Plastikgranulate. Die Vorrichtung dient der Zuführung von Hilfsgas über eine poröse Membran in die Staubförderleitung, um die Förderdichte, die Strömungsgeschwindigkeit und den Druckverlust zu beeinflussen und Regelungsvorgänge steuern zu können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohrteil zum Fördern eines festen teilchenförmigen Materials unter hohem Druck mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen pneumatischen Förderung von Stäuben im Bereich der Fließförderung bei Förderdichten von 100 bis 550 kg/m³. Das Hilfsgaselement kommt zum Einsatz bei der Zuführung von Brennstäuben in Reaktoren zur Flugstromvergasung, in die Windformen von Hochöfen und bei der Zuführung von Frischungsmitteln oder Legierungskomponenten bei der Stahlerzeugung sowie bei der Kalk- und Zementförderung.
In der Flugstromvergasung werden staubförmige Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel unter Drücken bis 10 MPa und Temperaturen bis 1900°C in ein H₂- und CO-reiches Synthesegas umgesetzt. Feste Brennstoffe sind dabei zu Brennstaub aufgemahlene Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, oder Kokse, besonders Petrolkokse, Biomassen oder aus Rest- und Abfallstoffen gewonnene verwertbare Fraktionen. Die Technologie ist ausführlich beschrieben wurden in „Die Veredelung und Umwandlung von Kohle“, Schingnitz, Kapitel 4.4.3, GSP-Vergasung, herausgegeben von der Deutschen Wissenschaftlichen Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V., Dez. 2008.
Die Zuführung des Brennstaubes in das unter den genannten Druck stehende Vergasungssystem geschieht dabei durch eine Brennstaub-Trägergassuspension mit Förderdichten von 250–450 kg/m³ im Bereich der Fließförderung. Eine umfangreiche Beschreibung der Technologie enthält die Patentschrift DD 147 188 . Danach wird der in einer Mahl- und Trocknungsanlage hergestellte Brennstaub über eine konventionelle Dünnstromförderung einem Betriebsbunker zugeführt und das Fördergas über einen Filter abgetrennt. Zur Druckerhöhung gelangt der Brennstaub über Schwerkraftförderung in Druckschleusen, in denen der Staub durch Bespannen mit einem Inertgas mit weniger als 5 % Sauerstoff auf den gewünschten Verfahrensdruck gebracht wird. Als Inertgase können Stickstoff, Kohlendioxid oder Abgase aus der Verbrennung genutzt werden. Je nach Leistung können die Druckschleusen ein- oder mehrfach ausgeführt sein. Aus den Druckschleusen gelangt der Brennstaub wieder durch Schwerkraftförderung in ein Dosiergefäß, in dessen Unterteil eine Vorrichtung zur Erzeugung einer dichten Wirbelschicht angeordnet ist, in die eine oder mehrere Förderleitungen zum Transport des Brennstaubes zum Brenner des Vergasungsreaktors eintauchen. Durch Anlegen bzw. Regeln einer bestimmen Druckdifferenz zwischen dem Dosiergefäß und dem Vergasungsreaktor kann die gewünschte Brennstaubmenge zugeführt werden.
Mit einer vergleichbaren Technologie werden Brennstäube den Windformen von Hochöfen zugeführt. Aus dem genannten Dosiergefäß führen die Förderleitungen direkt zu den Windformen. Eine ausführliche Darlegung findet sich in Stahl und Eisen (1985) 25 Seiten 43 bis 47 „Betriebserfahrungen mit einer neuen Generation von Anlagen zum Kohlenstaubeinblasen in den Hochofen". Das Patentdokument EP 0872 689 beschreibt die Förderung und Dosierung von Trockenbraunkohlenstaub in den Feuerraum von Dampferzeugern, wobei ebenfalls die Fließförderung bei hoher Dichte zum Einsatz kommt.
Die genannten Technologien setzen eine kontinuierliche sowie mess- und regelbare Fließförderung voraus, um die Vergasungsrespective Verbrennungsprozesse zielgerichtet und sicher betreiben zu können. Durch die Anordnung von Hilfsgaselementen in den Förderleitungen besteht die Möglichkeit, durch Zuführung von zusätzlichen Fördergas die geförderte Staubmenge, die Fördergeschwindigkeit, die Druckdifferenzen und die Kontinuität des Staubstromes zu beeinflussen. Die Hilfsgaselemente müssen so gestaltet sein, dass Längenausdehnungen, die durch Temperatur- oder Druckänderung auftreten können, nicht zur Zerstörung des Elementes führen.
Das Patentdokument WO 2004/087331 zeigt „Verfahren und Vorrichtungen zum Fördern von pulverförmigem Material, vornämlich Plastestaub, wobei zur Hilfsgaszuführung ein Element aus Sintermetall eingesetzt ist, das über Weichdichtungen in das Gehäuse eingepasst ist. Die Dichtungen erlauben ein Gleiten des Sintermetallelementes in beide Richtungen, was aber bei schnellen Temperatur- und/oder Druckänderungen durch schnelle Bewegungen zur Zerstörung führen kann.
Das Patentdokument EP 1824766 offenbart ein Rohrteil zum Befördern eines festen Partikelmaterials, bei dem der Filtereinsatz gleichfalls über Weichdichtungen zum Gehäuse abgedichtet ist, die eine axiale Verschiebbarkeit des Filterelementes in beide Richtungen gestatten. Dabei können speziell im Fall von sprungartigen Veränderungen des Staubmassenstromes schwingungsähnliche Bewegungen des Filterelementes auftreten, die letztlich zu Defekten führen können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Stand der Technik durch ein Hilfsgaselement zu bereichern, dessen austauschbarer Filtereinsatz durch Temperatur- und/oder Druckschwankungen bedingte Längenänderungen problemlos aufnimmt und eine langfristige Verfügbarkeit aufweist.
Die Aufgabe wird durch ein Hilfsgaselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Hilfsgaselement ist das Filterelement auf einer Seite am Gehäuse befestigt, wobei Längenänderungen auf der anderen Seite des Filterelementes ausgeglichen werden ohne dass ungewollte Bewegungen des Filterelementes insgesamt auftreten.
Die Erfindung wird im Folgenden durch zwei Ausführungsbeispiele in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von zwei Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Hilfsgaselement mit mechanisch befestigtem Filterelement und
2 ein Hilfsgaselement mit eingeklebtem Filterelement.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
Einem Vergasungsreaktor mit einer Bruttolast von 500 MW fließt eine Brennstaubmenge von 72 Mg/h über zwei Förderleitungen zu. Die Förderleitungen beginnen im Wirbelschichtbereich eines Dosiergefäßes und enden am Vergasungsbrenner. Der Druck beträgt 4,2 MPa. Die Staubförderleitungen sind mit Mess-, Regel- und Überwachungseinrichtungen ausgestattet. Weiterhin befinden sich in den Staubförderleitungen 10 mehrere Hilfsgaselemente nach 1, die der Druckmessung und der Zuführung von zusätzlichem Fördergas oder Hilfsgas dienen. Das Hilfsgaselement nach 1 besitzt einen rohrförmigen Filtereinsatz 1, der mit Sintermetall, gesintertem Kunststoffpulver oder kunstharzgebundenem Kies gebildet sein kann und der in das geteilte Gehäuse 2 eingebettet ist. Der rohrförmige Filtereinsatz 1 ist einseitig am Gehäuse 2 befestigt, wobei die Befestigungselemente 5 Schrauben oder Stifte sein können. Gleichfalls ist es möglich, die Befestigung durch einen Spannring anstelle der Dichtung 4 zu erreichen. Um Längenausdehnungen oder -schrumpfungen aufzunehmen wird zwischen dem Filtereinsatz 1 und dem geteilten Gehäuse 2 ein Spalt 3 belassen. Die Gehäusedichtung 6 befindet sich zwischen den beiden Teilen des Gehäuses 2, die Dichtung 7 zwischen dem rohrförmigen Filtereinsatz 1 und dem Gehäuse 2. Das Hilfsgas gelangt über die Hilfsgaszuführung 8 in die Filterkammer 9, in der das Hilfsgas verteilt wird, und über den porösen rohrförmigen Filtereinsatz 1 in den Staubstrom 10.
Unter den gleichen technologischen Bedingungen wie im vorstehenden Beispiel wird ein Hilfselement nach 2 eingesetzt. Der rohrförmige Filtereinsatz 1 wird hierbei gleichfalls fest mit dem Gehäuseteil 2 verbunden. Als Befestigungselement 5 dient eine Klebeverbindung. Der Filtereinsatz 1 kann sich zur Aufnahme von Längsausdehnungen oder -schrumpfungen in Richtung des Spaltes 3 bewegen. Das Hilfsgas gelangt gleichfalls über die Zuführung 8 in die Filterkammer 9 und durch den porösen rohrförmigen Filtereinsatz 1 in den Staubstrom 10.
Die Erfindung umfasst auch ein Hilfsgaselement als Teil einer Rohrleitung zum Befördern von Staubströmen, aufweisend ein geteiltes Gehäuse 2, 12, einer Zuführung von Hilfsgas über eine Hilfsgaszuführung 8, die Filterkammer 9 und den rohrförmigen Filtereinsatz 1 in den Staubstrom 10, wobei der Filtereinsatz 1 über Dichtringe 4 und 7 gegen das geteilte Gehäuse 2 abgedichtet ist, der rohrförmige Filtereinsatz 1 einseitig mit dem geteilten Gehäuse 2 durch Befestigungselemente 5 fest verbunden ist und durch Temperatur- oder Druckänderungen in der Staubleitung bedingte Längenänderungen des rohrförmigen Filtereinsatzes 1 durch den Dehnungsspalt 3 aufgenommen sind.
Bezugszeichenliste

1: Filtereinsatz (rohrförmig)
2: Gehäuse
3: Dehnungsspalt
4: Dichtungsring oder dichtender Spannring
5: Befestigungselement
6: Elastische Gehäusedichtung
7: Dichtring zwischen Filtereinsatz 1 und Gehäuse 2
8: Hilfsgaszuführung
9: Filterkammer
10: Rohrteil, Staubförderleitung
11: Flansch des Filtereinsatzes 1
12: Gehäuseflansch
13: Dichtring zwischen Gehäuseflansch 12 und Gehäuse 2
14: Verbindung zwischen Filtereinsatz 1 und Gehäuseflansch 12

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DD 147188 [0004]
EP 0872689 [0005]
WO 2004/087331 [0007]
EP 1824766 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Stahl und Eisen (1985) 25 Seiten 43 bis 47 „Betriebserfahrungen mit einer neuen Generation von Anlagen zum Kohlenstaubeinblasen in den Hochofen“ [0005]

Claims

Rohrteil (10) zum Fördern eines festen teilchenförmigen Materials unter hohem Druck, bei dem – ein rohrförmiges Gehäuse (2) gegeben ist, – ein rohrförmiger Filtereinsatz (1), der innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist, der zum Fördern des festen teilchenförmigen Materials von einem Ende zu einem anderen Ende ausgebildet ist und der zwischen seinen beiden Enden einen für Hilfsgas permeablen Abschnitt aufweist, – der Filtereinsatz (1) an einem Ende einen Flansch (11, 12) zum Fixieren in dem Gehäuse (2) aufweist, – der Filtereinsatz (1) an dem Ende mit dem Flansch unter druckfester Abdichtung mit dem Gehäuse (2) verbindbar ist, – der Filtereinsatz (1) an seinem dem Flansch abgewandten Ende in dem Gehäuse (2) abdichtend abgestützt ist (7), – der Sitz des Filtereinsatzes (1) in dem Gehäuse (2) so bemessen ist, dass an dem Ende, das dem Flansch abgewandt ist, ein Wärmeausdehnungsspalt (3) verbleibt, – eine Zuführung (8) von Hilfsgas durch den für Hilfsgas permeablen Abschnitt in das teilchenförmige Material gegeben ist.
Rohrteil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung zwischen Flansch (11) und Gehäuse (2) durch eine in axialer Richtung gepresste Dichtung gegeben ist.
Rohrteil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung zwischen Flansch (11) und Gehäuse (2) durch eine in radialer Richtung stützende Dichtung (4, 13) gegeben ist.
Rohrteil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrteil an einem Ende durch einen Gehäuseflansch (12) abgeschlossen ist, der von dem Gehäuse (2) lösbar ist, und dieser Gehäuseflansch den Flansch des Filtereinsatzes (1) bildet.
Rohrteil nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz (1) mit dem Gehäuseflansch (12) zu einer Baueinheit verbunden ist.
Rohrteil nach einem der Ansprüche 4 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz (1) mit dem Gehäuseflansch (12) verklebt ist.
Rohrteil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (11) des Filtereinsatzes (1) mittels eines Befestigungselementes (5) mit dem Gehäuse (2) fixiert ist.
Rohrteil nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) eine Schraubverbindung ist.
Rohrteil nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) eine Stiftverbindung ist.
Rohrteil nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) ein dichtender Spannring (4) ist.
Rohrteil nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) eine Klebeverbindung ist.
Rohrteil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der für Hilfsgas permeable Abschnitt des Filtereinsatzes (1) mit Sintermetall gebildet ist.
Rohrteil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der für Hilfsgas permeable Abschnitt des Filtereinsatzes (1) mit einem Kunstharz-gebundenem Kiesfilter gebildet ist.
Rohrteil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der für Hilfsgas permeable Abschnitt des Filtereinsatzes (1) mit einem porösen Plastikrohr gebildet ist.
Rohrteil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es als Hilfsgaselement in eine mit einem Druck von bis zu 10 MPa beaufschlagte Staubförderleitung eingesetzt ist.
Rohrteil nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass es als Hilfsgaselement in eine Staubförderleitung eingesetzt ist, die Brennstaub einer Flugstromvergasungsanlage zuführt.
Rohrteil nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass es als Hilfsgaselement in eine Staubförderleitung eingesetzt ist, die Brennstaub den Windformen eines Hochofens zuführt.
Rohrteil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Filtereinsatzes (1) gleich ist dem Innendurchmesser des rohrförmigen Gehäuses (2).
Rohrteil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Förderung des teilchenförmigen Materials von dem Wärmeausdehnungsspalt (3) zu dem Flansch (11, 12) des Filtereinsatzes (1) gegeben ist.