DE102015214497A1

DE102015214497A1 - Ringgaszuführungselement für den Einsatz in Vergasungsanlagen mit trockener Brennstoffeinspeisung

Info

Publication number: DE102015214497A1
Application number: DE102015214497.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Rahm; Frank Hannemann; Marcus Weder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-02
Also published as: US10040014B2; CN106398776A; US20170028334A1; CN206014795U; CN106398776B

Abstract

Es wird ein flanschloses Gaszuführungsringelement zur Bespannung und Fluidisierung von Gas/Feststoffsuspensionen vorgeschlagen, das in kompakter und kostengünstiger Ausführung zum Einen eine schnelle Bespannung ermöglicht und zum Anderen das Auflockerungsverhalten und damit das Fließverhalten verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gaszuführungsringelement zur Bespannung und Fluidisierung von Gas/Feststoffsuspensionen.
Bei der Flugstromvergasung wird im sogenannten Einspeisesystem der zu vergasende Einsatzstoff, wie zum Beispiel Kohlenstaub, vorgehalten, auf den erforderlichen Betriebsdruck zwischen 2,5 MPa und 8 MPa bespannt und über Förderleitungen dem Brenner zugeführt. Dabei stellt die schnelle Druckerhöhung des Brennstoffstaubs auf Betriebsdruck in dem so genannten Schleusenbehälter ein besonderes Problem dar. Die Druckerhöhung erfolgt durch die Zugabe von N₂ oder CO₂ als Bespannungsmedium. Dieser Bespannungsvorgang kann zu einer Verfestigung der Brennstoffstaubschüttung führen, wenn das Bespannungsmedium ausschließlich von oben der Schleuse zugeführt wird. Für ein störungsfreies Auslaufen des Brennstoffstaubs sind derartige Verfestigungen nach Möglichkeit zu vermeiden.
Um eine Verfestigung der Brennstoffstaubschüttung in der Schleuse durch den Bespannungsvorgang zu vermeiden, kann ein Teilstrom des für die Bespannung erforderlichen Gases im Auslaufbereich des Behälters zugeführt werden. Austragshilfen, wie sie standardmäßig in Form von zum Beispiel Belüftungskissen oder Vibrationspads in der Silotechnik zum Einsatz kommen sind hierzu ungeeignet. Diese Elemente sind für den drucklosen Bereich konzipiert und werden keinen größeren Druck- und/oder Temperaturwechselbeanspruchungen ausgesetzt.
Stand der Technik ist ein Auflockerungselement, wie im Dokument WO 2006/064014 A1 beschrieben. Diese Lösung hat den Nachteil, dass dieses Element aufwändig zu fertigen ist, aus mehreren Einzelteilen besteht und aufgrund einer Doppelflanschverbindung mit größerem Durchmesser zu höheren Gewichten führt und schwer händelbar für die Montage auf der Baustelle ist. Weiterhin besteht der Nachteil, dass aufgrund der Bauart der Abstand zwischen Absperrarmatur und Schleusenauslauf sowie zwischen Absperrarmatur und Auflockerungsfläche entsprechend vergrößert ist und damit insgesamt das Einspeisesystem höher baut, aber auch das Risiko einer Verfestigung des Staubes zwischen Absperrarmatur und Auflockerungsfläche besteht. Zusätzlich hat sich in der Praxis gezeigt, dass höhere Geschwindigkeiten und daraus resultierende Differenzdrücke über die Auflockerungsfläche notwendig sind. Diese können durch die in WO 2006/064014 beschriebene Lösung nicht erreicht werden, weil die mechanische Stabilität alleine durch das Filtermaterial nicht erreichbar ist.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung für die Bespannung und Fluidisierung von Gas/Feststoffsuspensionen zu schaffen, die zum Einen eine schnelle Bespannung ermöglicht und zum Anderen das Auflockerungsverhalten und damit das Fließverhalten verbessert.
Das Problem wird durch ein Gaszuführungsringelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Auflockerungselement (Auflocke rungsring) kann eine kompakte und kostengünstige Zuführung von Auflockerungs- und Bespannungsgas sichergestellt werden, ohne dass eine Verdichtung der Kohle oberhalb der Absperrarmatur 3 in der Figur zu befürchten ist. Die Gasgeschwindigkeiten können dabei sehr hoch gewählt werden, ohne dass das Filtermaterial mechanisch zerstört wird. Die mechanische Stabilität wird über den zusätzlichen Stützring 7 sichergestellt. Die Öffnungen innerhalb des Stützringes können dabei unterschiedlich ausgeführt werden. Mögliche Lösungen sind zum Beispiel Bohrungen, Schlitze oder Dreiecke. Des Weiteren kön nen diese Öffnungen auch in unterschiedlichen Winkeln ausgeführt sein, um somit eine optimale Verteilung des Gases zu gewährleisten. Die Zuführung des Gases zu dem Filtermaterial 6 und Stützring 7 erfolgt dabei über einen mechanisch ausgedrehten Verteilerraum 5.
Die kompakte Bauweise ist über einen in eine Flanschverbin dung eingespannten Auflockerungsring gegeben, wobei keine Doppelflanschverbindung mehr notwendig ist. Aufgrund der kurzen Bauform entstehen geringere Längendehnungen und Spannungen, welche durch den Stützring 7 ohne Dehnungsfugen aufgenommen werden können. Diese Spannungen fallen auch geringer aus, weil Flanschverbindung, Stützring, Schraubverbindung und Gehäusering aus ähnlichem Material bestehen und nicht, wie in WO 2006/064014 , aus unterschiedlichem Material. Beispielsweise besteht üblicherweise das Filtermaterial, welches die Spannungen in WO 2006/064014 aufnehmen muss, aus Edelstahl oder Sinterbronze. Durch das Einspannen des Auflockerungsringes in die bestehende Flanschverbindung der Absperrarmatur und der Schleuse kann die Bauhöhe und der Materialbedarf bei gleichzeitiger Verbesserung des Auflockerungsverhaltens reduziert werden. Die Abdichtung innerhalb der Flanschverbindung kann mit handelsüblichen Dichtungssystemen erfolgen.
Über die Anzahl und die Ausgestaltung der Öffnungen lässt sich die Geschwindigkeit und damit Eindringtiefe sowie das Auflockerungsverhalten in die Schüttung optimieren.
Die Gaszuführung 10 kann für eine optimierte Strömung im Verteilerraum 5 unterschiedlich ausgeführt werden, wodurch gegebenenfalls zusätzliche mechanische Elemente, wie das Prallblech 11, entfallen können.
Das erfindungsgemäße Gaszuführungsringelement ist in vorteilhafter Weise flanschlos ausgeführt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 Anordnung des Auflockerungsrings als Teil eines Schleusungsbehälters,
2 Einbaubeispiel des Auflockerungsrings in eine Flanschverbindung und
3 Auflockerungsring mit tangentialer Gaszuführung und schräg angestellten Öffnungen.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
Das erfindungsgemäße Gaszuführungsringelement zur Bespannung und Fluidisierung von Gas/Feststoffsuspensionen ist als Ring ausgeführt und weist keine eigene Flanschverbindung auf.
Das Gaszuführungsringelement weist eine oder mehrere Gaszu führungen 10 auf, wobei das Gas über einen aus dem Gehäusering 4 mechanisch ausgearbeiteten Verteilerring 5 auf ein Filtermaterial 6 verteilt wird.
In dem Verteilerring 5 können ein oder mehrere Prallbleche 11 angeordnet sein.
Das Filtermaterial 6 ist außen auf einen Stützring 7 mit Öffnungen aufgezogen, wobei Stützring sowie Filtermaterial in einem Gehäusering 4 angeordnet sind.
Der Gehäusering 4 kann auf den Stützring 7 zusammen mit dem Filtermaterial 6 aufgeschrumpft sein.
Der Gehäusering 4 kann mit dem Stützring 7 zusammen mit dem Filtermaterial 6 verschweißt sein.
Das Filtermaterial 6 kann aus Metallgewebe, Sintermetall, oder aus porösem Metall bestehen.
Die Gaszuführung 10 kann radial in den Verteilerraum erfolgen.
Die Gaszuführung 10 kann tangential in den Verteilerraum erfolgen.
Die Öffnungen im Stützring 7 können als Bohrungen oder als Schlitze ausgeführt sein.
Die Öffnungen im Stützring 7 können schräg angestellt sein.
Das Gaszuführungsringelement kann unterhalb einer Schleuse einer Kohlevergasungsanlage mit Bespannungsdrücken zwischen 2,5 bis 8 MPa angeordnet sein.
Das Gaszuführungsringelement kann zwischen dem Flansch der Schleuse 2 und dem Flansch einer Absperrarmatur 3 angeordnet sein.
Das Gaszuführungsringelement kann in einer bezüglich der Abmessungen angepasster Ausführung in pneumatischen Förderleitungen zur Zugabe von Gas zur Spülung oder Verbesserung der Förderung eingesetzt sein.
Das Gaszuführungsringelement kann in eine pneumatische Förderleitung integriert sein.
Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken an hand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren.
Bezugszeichenliste

1: Auflockerungsring, Gaszuführungsringelement
2: Schleuse
3: Absperrarmatur
4: Gehäusering
5: Ausnehmung Gehäusering, Verteilerraum, Ringkammer
6: Filtermaterial
7: Stützring
8: Öffnungen im Stützring
9: Staubraum
10: Gaszuführung
11: Prallblech
12: Schleusenflansch
13: Kugelhahnflansch, Flansch Absperrarmatur

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

WO 2006/064014 A1 [0004]
WO 2006/064014 [0004, 0008, 0008]

Claims

Gaszuführungsringelement zur Bespannung und Fluidisierung von Gas/Feststoffsuspensionen, bei dem – ein Gehäusering (4) gegeben ist, der auf seiner Innenseite eine umlaufende Ausnehmung (5) aufweist, – ein Stützring (7) mit einer Vielzahl von Öffnungen (8) gegeben ist, – Filtermaterial (6) zwischen dem Stützring und dem Innendurchmesser des Gehäuserings eingepasst ist, – die Ausnehmung und das Filtermaterial eine Verteilkammer (5) begrenzen ist und – eine Gaszuführung (10) von außen in die Verteilkammer angeordnet ist.
Gaszuführungsringelement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in der Verteilkammer im Eintrittsbereich der Gaszuführung (10) eine Prallplatte (11) angeordnet ist.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen in einem Winkel zur Oberfläche des Stützrings (7) angeordnet sind, der von der Senkrechten abweicht.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen untereinander unterschiedliche Winkel aufweisen.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführung (10) in einem Winkel zur Oberfläche des Stützrings angeordnet ist, der von der Senkrechten abweicht.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführung (10) in das ringförmige Volumen der Verteilkammer tangential mündet.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial (6) mit Metallgewebe gebildet ist.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial (6) mit Sintermetall gebildet ist.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial (6) mit porösem Metall gebildet ist.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusering (4), das Filtermaterial (6) und der Stützring (7) zu einer Einheit verschweißt sind.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusering (4) auf den Stützring (7) zusammen mit dem Filtermaterial (6) aufgeschrumpft ist.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es frei von einem Anschlussflansch ist.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff durch Brennstaub gegeben ist und das Gaszuführungsringelement am Boden einer Schleuse (2) zur Einspeisung von Brennstaub mit einem Bespannungsdruck zwischen 2,5 und 8 MPa angeordnet ist.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es zwischen dem Flansch einer Schleuse (2) und dem Flansch einer Absperrarmatur (3) angeordnet ist.
Gaszuführungsringelement nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass es in eine pneumatische Förderleitung eingefügt ist.