DE102015121619B4

DE102015121619B4 - Fluidisierungsboden mit einem Rührwerk in einem Druckbehälter für Schüttgut und Verfahren zur Fluidisierung von Schüttgut in einem Druckbehälter

Info

Publication number: DE102015121619B4
Application number: DE102015121619.1A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Kuske
Original assignee: Choren Industrietechnik GmbH; Choren Industries GmbH
Current assignee: Choren Industrietechnik GmbH; Choren Industries GmbH
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2035-12-12
Also published as: CN106867591B; CN106867591A; DE102015121619A1; CN205687873U

Abstract

Fluidisierungsboden mit einem Rührwerk in einem Druckbehälter für Schüttgut, wobei- der Fluidisierungsboden (3) horizontal im Druckbehälter (1) angeordnet ist und zur Erzeugung einer lokalen Wirbelschicht (12) im auf dem Fluidisierungsboden (3) lagernden Schüttgut für einen aufwärts in das Schüttgut gerichteten Strom eines Fluidisierungsgases (11) durchlässig ist,- eine Gaszuleitung (8) zur Zufuhr des Fluidisierungsgases (11) von außen durch eine Druckbehälterwand (2) des Druckbehälters (1) in einen unter dem Fluidisierungsboden (3) liegenden Fluidisierungsgasraum (4) geführt ist,- horizontal rotierende Arme eines Rührwerkes (7) oberhalb des gasdurchströmten Fluidisierungsbodens (3) angeordnet sind und- der Antrieb des Rührwerks (7) an einer durch den Fluidisierungsboden (4) verlaufenden Antriebswelle (6) unterhalb des Fluidisierungsbodens (3) im Fluidisierungsgasraum (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass- der Druckbehälter ein Dosierbehälter einer Kohlevergasungsanlage ist, wobei der Dosierbehälter einen Innendruck von bis zu 40 bar aufweist und das Fluidisierungsgas ein Inertgas ist,- der Antrieb des Rührwerks (7) ein Pneumatikmotor (5) ist,- das für die Wirbelschicht (12) benötigte Fluidisierungsgas (11) oder ein Teil davon über die Gaszuleitung (8) für den Pneumatikmotor (5) als Antriebsgas dem Pneumatikmotor (5) zuführbar ist und- ein Gasauslass (10) für das aus dem Pneumatikmotor (5) austretende Gas im Fluidisierungsgasraum (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fluidisierungsboden mit einem Rührwerk zur Verwendung in einem Druckbehälter für Schüttgut gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Druckbehälter mit einem solchen Fluidisierungsboden, auf die Verwendung eines Pneumatikmotors in einem Druckbehälter und auf ein Verfahren zur Fluidisierung von Schüttgut in einem Druckbehälter.
Für eine störungsfreie Förderung von staubförmigen Schüttgut aus einem Lagerbehälter (Silo) wird das Prinzip der lokalen Fluidisierung genutzt. Ein Mittel dazu ist die Lagerung des Schüttgutes auf einem gasdurchlässigen Fluidisierungsboden. Durch das Einleiten von Gas in das Schüttgut wird dieses aufgelockert und bildet unmittelbar über dem Fluidisierungsboden eine Wirbelschicht aus. Der Fluidisierungseffekt kann durch ein zusätzliches Rührwerk unterstützt werden.
In Flugstromvergasungsanlagen zur Erzeugung von Synthesegas wird ein staubförmiger, Kohlenstoff enthaltender Brennstoff (Kohlestaub) in einem Vergasungsreaktor bei Drücken bis 4 MPa teiloxidiert. Dabei wird im sogenannten Einspeisesystem der zu vergasende Brennstaub zwischengelagert und vor einer Dichtstromförderung zum Reaktor auf Reaktordruck gebracht. Aus einem Vorlagebehälter, der auch als Dosier-oder Fluidisierungsbehälter bezeichnet wird und mit einem Druck bis über Reaktordruck beaufschlagt ist, wird der staubförmige Brennstoff über Förderleitungen einem Brenner zugeführt. Die Förderleitungen münden dabei senkrecht von oben oder unten in den unteren Bereich des Vorlagebehälters ein. Eine stabile, pulsationsfreie Brennstoffstaubförderung über die Förderleitungen ist entscheidend für den optimalen Betrieb der Vergasungsanlage. Eine stabile Förderung setzt voraus, dass die Brennstoffschüttung im Dosierbehälter vor dem Einschleusen in die Förderleitungen soweit aufgelockert wird, dass das Schüttgut (der Brennstaub) sich wie ein Fluid verhält. Dazu wird, wie oben beschrieben, innerhalb der Schüttung im Bereich der Förderleitungsmündungen eine lokale Wirbelschicht erzeugt, indem der Brennstaub auf einem gasdurchlässigen Wirbel-oder Fluidisierungsboden lagert und ein inertes Gas, wie zum Beispiel Stickstoff oder Kohlendioxid, in einen Fluidisierungsgasraum unterhalb des Wirbelbodens im Dosierbehälter eingeleitet wird. Von dort strömt das Fluidisierungsgas gleichmäßig über den Querschnitt des Fluidisierungsbodens verteilt aufwärts in die Schüttung des Brennstaubes und lockert dabei die Schüttung soweit auf, dass der Brennstaub in die Förderleitungen abfließt. Ist die Brennstaubschüttung im Dosierbehälter nicht ausreichend fluidisiert, kann es zu Schwankungen im Brennstoffstrom zum Reaktor und zu Prozessstörungen im Reaktor kommen, die erhebliche Reaktorschäden zur Folge haben können.
Das Einstellen der Fluidisierungsdichte in der lokalen Wirbelschicht erfolgt über die Regulierung des Volumenstroms des Fluidisierungsgases. Zur Vermeidung der Bildung von Gaskanälen innerhalb der Schüttung wird häufig ein Rührwerk eingesetzt, dessen Arme in der fluidisierten Wirbelschicht rotieren.
In der DE 10 2009 048 961 A1 ist ein gattungsgemäßer Dosierbehälter beschrieben, der in seiner Konus-Austragszone einen Wirbelboden und eine oberhalb des Wirbelbodens angeordnete Rührvorrichtung umfasst, wobei eine Wirbelgasleitung unterhalb des Wirbelbodens in einen Fluidisierungsgasraum mündet. Der Rührwerksantrieb besteht aus einem außerhalb des Dosierbehälters angeordneten Elektromotor, dessen Antriebswelle mit einer Wellendichtung durch die Behälterwand in den Fluidisierungsgasraum geführt ist.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Wellendichtung bei hohen Behälterdrücken sehr aufwändig gestaltet sein muss und unter Staubeinwirkung schnell verschleißt.
Die US 5,018,909 A offenbart eine Zuführvorrichtung für pulverförmiges Schüttgut mit einem Gehäuse und einem Fluidisierungsboden. Im Fluidisierungsboden ist ein Rührwerk gelagert, das von einem Pneumatikmotor angetrieben wird. Der Pneumatikmotor ist in einem separaten Gehäuseteil unterhalb des Fluidisierungsraumes angeordnet, wobei die Antriebswelle mittels Wellendichtungen und Wellengehäuse durch den Fluidisierungsraum hindurchgeführt ist.
Die US 3,849,900 A zeigt einen Fließbetttrockner, der unter Umgebungsdruck arbeitet. Das Schüttgut ist hier in einem separaten Behälter mit einem Siebboden gelagert, unter dem eine scheibenförmige Blende mit unterschiedlichen Gasdurchlassöffnungen rotiert. Die Blende wird von einem Motor oder anderen beliebigen Antriebsmittel angetrieben, wobei die Blende und der Motor im Zuluftstrom des Trockners angeordnet sind.
In der EP 0 039 039 B1 ist ein Wirbelschichtreaktor offenbart, wobei das Wirbelgas von oben über eine Drehdurchführung in eine hohle Antriebswelle und hohle Rührarme in die Wirbelschicht eingeleitet wird. Das Rührwerk wird von einem Antrieb in Rotation versetzt, der oberhalb der Drehdurchführung und außerhalb des Reaktors angeordnet ist.
Aus der DE 34 24 841 A1 ist ein Wirbelschichtgranulator mit einem Rührwerk entnehmbar, wobei das Rührwerk oberhalb eines Wirbelbodens Rührarme in mehreren Ebenen aufweist. Eine Antriebswelle des Rührwerkes ist nach oben aus dem Granulationsraum herausgeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aufbauend auf bekannten Antriebsvarianten einen Antrieb für ein Rührwerk in einem Druckbehälter zu schaffen, der ohne aufwändige Wellendichtung auskommt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Fluidisierungsboden mit den Merkmalen des ersten Anspruchs und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des dritten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der vorgeschlagene Fluidisierungsboden ist in einem Dosierbehälter einer Kohlevergasungsanlage angeordnet, wobei der Dosierbehälter einen Innendruck von bis zu 40 bar aufweist und das Fluidisierungsgas ein Inertgas ist. Der Antrieb des Rührwerks ist ein Pneumatikmotor. Das für die Wirbelschicht benötigte Fluidisierungsgas oder ein Teil davon ist über die Gaszuleitung für den Pneumatikmotor als Antriebsgas dem Pneumatikmotor zuführbar. Ein Gasauslass für das aus dem Pneumatikmotor austretende Gas ist im Fluidisierungsgasraum angeordnet.
Damit wird es möglich, dass ein Inertgas zuerst dem Pneumatikmotor zum Antrieb des Rührwerks zugeführt wird und danach das aus dem Pneumatikmotor austretende Inertgas zur Fluidisierung des Schüttgutes dem Fluidisierungsboden zugeführt und somit das Antriebsgas zweifach genutzt wird.
Durch die Verwendung eines Pneumatikmotors, der innerhalb des Druckbehälters im Fluidisierungsgasraum an der Antriebswelle des Rührwerkes angeordnet ist, entfällt die Notwendigkeit, die Antriebswelle für das Rührwerk durch die Druckbehälterwand hindurch nach außen zu führen und dafür eine aufwändige Wellendichtung vorzusehen.
Pneumatikmotoren, auch als Druckluft- oder Gasexpansionsmotoren bezeichnet, sind als Antriebsmaschinen bekannt, die mit komprimiertem Gas betrieben werden. Das für den Pneumatikmotor benötigte Antriebsgas ist über eine für die Fluidisierung der Wirbelschicht vorgesehene Gaszuleitung von außen zuführbar, wofür eine einfache Gasdurchführung durch die Behälterwand ausreicht. In Abhängigkeit von dem Volumenstromverhältnis zwischen dem für den pneumatischen Antrieb erforderlichen Druckgas und dem für die Aufrechterhaltung der Wirbelschicht zuzuführenden Fluidisierungsgas ist der gesamte Gasstrom oder nur ein Teil davon dem Pneumatikmotor zuführbar.
Das aus dem Pneumatikmotor austretende Gas ist anschließend dem Fluidisierungsboden für die Fluidisierung der Wirbelschicht zuführbar. Somit wird das Fluidisierungsgas vorteilhaft mehrmals genutzt, zunächst für den Rührwerksantrieb und danach für die Wirbelschichterzeugung.
Die vorgeschlagene Lösung vermeidet jegliche Wellendurchführung durch die externe Druckhülle. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine ohnehin vorhandene Gaszuführung für die Erzeugung der Wirbelschicht des Schüttgutes auch für den pneumatischen Antrieb nutzbar ist. Da sich der Pneumatikmotor bereits im Fluidisierungsgasraum unter dem Fluidisierungsboden befindet, ist keine separate „Auspuff-Leitung erforderlich und die Regelung des Gaseintrages in die Wirbelschicht kann bei Gasüberschuss in einfacher Weise über eine Gasabführung aus dem Fluidisierungsgasraum zu einem externen Verbraucher vorgenommen werden.
Im Folgenden soll die Erfindung beispielhaft in einem zum Verständnis der vorgeschlagenen Lösung erforderlichen Umfang erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung stellt dabei dar:

1: schematische Darstellung des Rührwerkes im Druckbehälter

Wie aus der 1 ersichtlich, ist der Fluidisierungsboden 3 mit einem Rührwerk 7 ausgestattet und horizontal in einem Druckbehälter 1 für Schüttgut angeordnet. Der Fluidisierungsboden 3 ist für einen aufwärts in das Schüttgut gerichteten Strom eines Fluidisierungsgases 11 durchlässig. Der Fluidisierungsboden 3 kann beispielsweiseaus einem porösen Sintermetall, einem Metallschaum, einem Lochblech oder Drahtgestrick gefertigt sein. Mit Hilfe des aufwärts aus einem Fluidisierungsgasraum 4 durch den Fluidisierungsboden 3 strömenden Fluidisierungsgases 11 ist eine Auflockerung und Fluidisierung des Schüttgutes bis hin zu einer lokalen Wirbelschicht 12 erzeugbar. Oberhalb des gasdurchströmten Fluidisierungsbodens 4 sind horizontal rotierende Arme des Rührwerks 7 angeordnet, deren Antriebswelle 6 nach unten durch den Fluidisierungsboden 3 hindurch verläuft und beispielsweise zentral im Fluidisierungsboden 3 gelagert ist. Der zugeordnete Antrieb ist an der Antriebswelle 6 unterhalb des Fluidisierungsbodens 4 fest im Druckbehälter 1 angeordnet.
Für den Antrieb wird erfindungsgemäß ein Pneumatikmotor 5 eingesetzt, der sich im Fluidisierungsgasraum 4 innerhalb des Druckbehälters 1 befindet, wodurch eine aufwändige druckdichte Wellendurchführung der Antriebswelle 6 durch die Druckbehälterwand 2 entfällt.
Als Antriebsgas für den Pneumatikmotor 5 dient das Fluidisierungsgas für die Erzeugung der Wirbelschicht 12 oder ein Teil davon. Dazu ist eine Gaszuleitung 8 zur Zufuhr des Fluidisierungsgases 11 von außen durch eine Druckbehälterwand 2 des Druckbehälters 1 in den unter dem Fluidisierungsboden 3 liegenden Fluidisierungsgasraum 4 bis zum Pneumatikmotor 5 geführt.
Das aus dem Pneumatikmotor 5 über den Gasauslass 10 in den Fluidisierungsgasraum 4 austretende Gas steht dann auf einem geringeren Druckniveau im Fluidisierungsgasraum 4 als Fluidisierungsgas 11 zur Verfügung.
Zur unabhängigen Regelung des pneumatischen Antriebes und der Fluidisierung des Schüttgutes ist eine zweite, separat regelbare Gaszuleitung 9 zur Zuführung von zusätzlichem Fluidisierungsgas 11 in den Fluidisierungsgasraum 4 verlegt und eine dritte drosselbare Gasleitung 13 mündet in den Fluidisierungsgasraum 4, über die überschüssiges Gas abführbar ist zu einem anderen (nicht dargestellten) Gasverbraucher auf geringerem Druckniveau. Anwendung findet ein derartiger Fluidisierungsboden in einem Dosierbehälter für Kohlestaub in einer Kohlevergasungsanlage, wobei der Dosierbehälter einen Innendruck von bis zu 40 bar aufweist und einen Fluidisierungsboden 3 mit Rührwerk 7 zur Erzeugung einer lokalen Wirbelschicht 12 in der Kohlestaubschüttung enthält, wobei das Rührwerk 7 von einem Pneumatikmotor 5 angetrieben ist und das Fluidisierungsgas 11, mit dem auch der Pneumatikmotor 5 angetrieben wird, ein Inertgas ist, beispielsweise Kohlendioxid oder Stickstoff oder eine Gasmischung mit diesen Bestandteilen.
Zur Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung:
Dem Pneumatikmotor 5 im Inneren des Druckbehälters 1 wird 30 das Antriebsgas von außen über eine Gaszuleitung 8 unter höherem Druck, als im Fluidisierungsgasraum 4 herrscht, zugeführt. Im Pneumatikmotor 5 wird dem Antriebsgas die für den Rührwerksantrieb benötigte Antriebsleistung entnommen, wobei der Gasdruck auf das Druckniveau im Fluidisierungsgasraum 4 sinkt. Nach dem Austreten des Antriebsgases aus dem Pneumatikmotor 5 in den Fluidisierungsgasraum 4 strömt das Gas nunmehr als Fluidisierungsgas 11 durch den gasdurchlässigen Fluidisierungsboden 3 aufwärts in das darauf lagernde Schüttgut, beispielsweise eine Kohlestaub-Schüttung. Die Strömungskräfte des Fluidisierungsgases 11 bewirken eine Auflockerung der Schüttung, bis sich eine lokale Wirbelschicht 12 unmittelbar über dem Fluidisierungsboden 4 bildet. Zur Unterdrückung der Bildung von Gaskanälen und zur Homogenisierung der Wirbelschicht 12 rotieren oberhalb des porösen Fluidisierungsbodens 3 die vom Pneumatikmotor 5 angetriebenen Rührarme des Rührwerks 7.
In die Wirbelschicht 12 münden Schüttgutförderleitungen (nicht dargestellt), in denen das Schüttgut mechanisch oder pneumatisch mit Unterstützung von Fördergas zum Zielort transportiert wird. Kohlestaub würde beispielsweise in einem Inertgas zu einem Druckvergasungsreaktor gefördert, in dem aus den organischen Bestandteilen der Kohle und separat zugeführtem Sauerstoff/Wasserdampf bei hohen Temperaturen und unter hohem Druck ein Synthesegas erzeugt wird.
Falls die Fluidisierung mehr Gas benötigt, als der Antrieb des Rührwerkes 7 erfordert, wird dem Fluidisierungsgasraum 4 über eine zweite Gaszuleitung 9 zusätzliches Fluidisierungsgas 11 zugeführt. Falls die Fluidisierung weniger Gas erfordert, als der Pneumatikmotor 5 verbraucht, wird das überschüssige Gas durch eine Gasableitung 13 aus dem Fluidisierungsgasraum 4 abgeführt und einem anderen Verbraucher zugeführt, innerhalb einer Kohlevergasungsanlage z.B. zur Spülung eines für Vergasungsreaktoren typischen Ringspaltes zwischen einem Kühlschirm und der Reaktoraußenwand oder zur Spülung eines Flammenwächter- Sichtkanals.
Bezugszeichenliste

1: Druckbehälter
2: Druckbehälterwand
3: Fluidisierungsboden
4: Fluidisierungsgasraum
5: Pneumatikmotor
6: Antriebswelle
7: Rührwerk
8: Gaszuleitung für den Antrieb
9: Gaszuleitung für die Wirbelschicht
10: Gasauslass
11: Fluidisierungsgas für die Wirbelschicht
12: Wirbelschicht
13: Gasableitung

Claims

Fluidisierungsboden mit einem Rührwerk in einem Druckbehälter für Schüttgut, wobei - der Fluidisierungsboden (3) horizontal im Druckbehälter (1) angeordnet ist und zur Erzeugung einer lokalen Wirbelschicht (12) im auf dem Fluidisierungsboden (3) lagernden Schüttgut für einen aufwärts in das Schüttgut gerichteten Strom eines Fluidisierungsgases (11) durchlässig ist, - eine Gaszuleitung (8) zur Zufuhr des Fluidisierungsgases (11) von außen durch eine Druckbehälterwand (2) des Druckbehälters (1) in einen unter dem Fluidisierungsboden (3) liegenden Fluidisierungsgasraum (4) geführt ist, - horizontal rotierende Arme eines Rührwerkes (7) oberhalb des gasdurchströmten Fluidisierungsbodens (3) angeordnet sind und - der Antrieb des Rührwerks (7) an einer durch den Fluidisierungsboden (4) verlaufenden Antriebswelle (6) unterhalb des Fluidisierungsbodens (3) im Fluidisierungsgasraum (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - der Druckbehälter ein Dosierbehälter einer Kohlevergasungsanlage ist, wobei der Dosierbehälter einen Innendruck von bis zu 40 bar aufweist und das Fluidisierungsgas ein Inertgas ist, - der Antrieb des Rührwerks (7) ein Pneumatikmotor (5) ist, - das für die Wirbelschicht (12) benötigte Fluidisierungsgas (11) oder ein Teil davon über die Gaszuleitung (8) für den Pneumatikmotor (5) als Antriebsgas dem Pneumatikmotor (5) zuführbar ist und - ein Gasauslass (10) für das aus dem Pneumatikmotor (5) austretende Gas im Fluidisierungsgasraum (4) angeordnet ist.
Fluidisierungsboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Fluidisierungsgasraum (4) eine Gaszuleitung (9) für die Zuführung von zusätzlichem Fluidisierungsgas (11) und eine Gasableitung (13) für die Abführung von Gas zu einem anderen Gasverbraucher münden.
Verfahren zur Fluidisierung von Schüttgut in einem Druckbehälter (1), welches auf einem gasdurchlässigen Fluidisierungsboden (3) nach Anspruch 1 gelagert ist und von einem Fluidisierungsgas (11) zur Erzeugung einer Wirbelschicht (12) aufwärts durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Inertgas zuerst dem Pneumatikmotor (5) zum Antrieb des Rührwerks (7) zugeführt wird und danach das aus dem Pneumatikmotor (5) austretende Inertgas zur Fluidisierung des Schüttgutes dem Fluidisierungsboden (3) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Fluidisierung erforderliches Fluidisierungsgas (11) dem Fluidisierungsgasraum (4) separat zugeführt wird und nicht zur Fluidisierung benötigtes Gas aus dem Pneumatikmotor (5) einer anderen Verbrauchsstelle mit gegenüber der Gaszufuhr verringertem Druck zugeführt wird.