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Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen
in einer Wirbelschicht Zusatz zum Patent 945 503 Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren
zur Durchführung chemischer Reaktionen in einer Wirbelschicht, welches sich dadurch
auszeichnet, daß die sich am Boden desWirbelschichtbettes absetzenden Reaktionsruckstände
mittels einer Fördereinrichtung durch die freie Oberfläche der Wirbelschicht abgeschieden
werden.
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Die Erfindung bringt eine Weiterbildung sowie gleichzeitig auch eine
Verbesserung des Verfahrens nach dem Hauptpatent. Sie besteht in einem Verfahren
zur Durchführung chemischer Reaktionen in einer Wirbelschicht, bei welchem die sich
am Boden des Wirbeischichtbettes absetzenden Reaktionsrückstände mittels einer Fördereinrichtung
durch eine freie Oberfläche der Wirbelschicht abgeschieden werden und welches sich
dadurch auszeichnet, daß erfindungsgemäß die Reaktionsrückstände beim Verlassen
des Wirbelschichtbettes einer pneumatischen und oder mechanischen Behandlung zur
Befreiung von noch zu behandelnden .Materialien unterworfen werden. Die pneumatische
Behandlung der Reaktionsrückstände beim Verlassen des Wirbelschichtbettes erfolgt
in besonderer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch, daß der in
einem geschlossenen Raum herrschende Druck größer ist als derjenige, welcher sich
aus dem im Reaktionsraum herrschenden Druck und der Höhe des Wirbelfließschichtbettes
mit seiner Dichte multipliziert ergibt. In einer anderen Ausführungsform mird in
entgegengesetzter Richtung zur Bewegung der Fördereinrichtung ein Gasstrom auf eine
Öffnung einer Wand der Reaktionskammer gerichtet, welcher ein Ausscheiden von noch
einer chemischen Reaktion fähigen Bestandteilen verhindert, die reinen Reaktionsrückstände
jedoch durch die Öffnung passieren läßt.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens, bei welcher eine horizontale Fördereinrichtung vorgesehen ist
und welche sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß sie sich in einem geschlossenen
Raum bewegt, dem gegenüber der Reaktionsraum durch zwei vertikale Scheidewände abgetrennt
ist, von welchen sich die eine über dem hinteren Ende der Fördereinrichtung befindet
und bis auf diese hinabreicht, wohingegen die andere über dem vorderen Teil der
Fördereinrichtung befindliche, zwischen ihrem unteren Ende und der Oberfläche der
Fördereinrichtung in an sich bekannter Weise eine Öffnung frei läßt, wobei vor dieser
Öffnung pneumatische und/oder mechanische Mittel angeordnet sind, welche ein Ausscheiden
von noch einer chemischen Reaktion fähigen Bestandteilen der sich absetzenden zu
behandelnden Materialien durch die Öffnung verhindern.
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Die durch das Verfahren nach dem Hauptpatent herbeigeführte wirksame
Trennung der reinen Reaktionsrückstände von den zu behandelnden Materialien trotz
kontinuierlichen Betriebes und die dadurch gegebene Gewähr, daß nur solche Reaktionsrückstände
aus der Wirbelfließ-
schicht ausgeschieden werden, welche keiner chemischen Reaktion
mehr fähig wären, setzt gemäß der durch die Erfindung vermittelten Weiterbildung
des Verfahrens nach dem Hauptpatent somit nicht mehr notwendig voraus, daß die sich
im Laufe der gewählten chemischen Reaktionen absetzenden Reaktionsrückstände fortlaufend
durch die freie horizontale Oberfläche der Wirbelfließschicht ausgeschieden werden.
Sie können nun vielmehr auch durch eine vertikale freie Oberfläche der Wirbelschicht
aus dem Reaktionsraum abgeschieden werden, wenn erfindungsgemäß dafür Vorsorge getroffen
ist, daß die noch einer chemischen Reaktion fähigen Bestandteile der zu behandelnden
Materialien pneumatisch und/oder mechanisch am Verlassen des Wirhelfiießschichtbettes
gehindert werden. Vorrichtungsmäßig bringt die Effindung den Vorteil, daß nicht
nur eine geneigte Fördereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Verwendung finden
kann, sondern darüber hinaus nunmehr auch eine an sich bekannte horizontale Fördereinrichtung.
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Pneumatisch können die noch einer chemischen Realtion fähigen Bestandteile
der zu behandelnden Materialien dadurch am Verlassen des Wirbelfließschichtbettes
gehindert werden, daß erfindungsgemäß ein starker Gas- oder Luftstrom angewandt
wird, welcher die zwischen
dem unteren Ende der über dem vorderen
Teil der Fördereinrichtung befindlichen Scheidewand und der Oberfläche der Fördereinrichtung
freigelassene Öffnung in einer der Bewegung der Fördereinrichtung entgegengesetzten
Richtung durchquert. Dieser Gas- oder Luftstrom kann durch die Herbeiführung eines
Druckunterschiedes zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Reaktionsraumes oder
mit Hilfe eines starken Strahls eines gasförmigen Mediums hervorgerufen werden,
welcher durch horizontal zu der Öffnung angeordnete Rohre eingeblasen werden kann.
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Bekanntlich enthält ein in Wirbelffießschicht befindliches Reaktionsmedium
zu behandelnde Materialien, die durch Einblasen von Gasen durch eine Fördereinrichtung
in einem Zustand gehalten werden, welcher völlig mit demjenigen einer Flüssigkeit
vergleichbar ist. Eine derartige Pseudoflüssigkeit, welche in einem Reaktionsraum
enthalten ist, folgt den Gesetzen der Hydrostatik. Infolgedessen kann durch Einwirkung
auf die Druckverhältnisse, welche einerseits innerhalb des Reaktionsraumes und andererseits
außerhalb dessen vorherrschen, das Abfließen der Pseudofiüssigkeit durch eine Öffnung
gesteuert werden, welche am Boden einer Scheidewand angeordnet ist, die die beiden
Zonen der verschiedenen Druckverhältnisse voneinander trennt. Das Absinken der Flüssigkeit
kann sogar verhindert werden, wenn ein hydrostatischer Gegendruck geschaffen wird,
welcher durch die Abflußöffnung auf die Wirbelffießschicht einwirkt.
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Mechanisch können die noch einer chemischen Reaktion fähigen Bestandteile
der zu behandelnden Materialien am Verlassen des Wirbelfiießschichtb ettes durch
eine vorzugsweise mit einer Kühlung versehenen Trommel gehindert werden, deren horizontale
Achse in ihrer Höhe veränderlich ist und die bei ihrer Rotation das untere Ende
der über dem vorderen Teil der Fördereinrichtung befindlichen Scheidewand tangiert
und dabei die Ablagerungen auf der Fördereinrichtung zerkleinert und infolgedessen
den Verlust solcher Bestandteile verhindert, die noch einer chemischen Reaktion
in der Wfrbelffießschicht fähig sind. Statt der genannten Trommel kann erfindungsgemäß
auch eine Reihe von auf einer horizontalen Achse angeordneten beweglichen Schaufeln
Verwendung finden, welche am unteren Ende der über dem vorderen Teil der Fördereinrichtung
befindlichen Scheidewand vorgesehen sind. Die Schaufeln können nach Belieben geneigt
sein, um die festen Reaktionsrückstände, welche sich auf der Fördereinrichtung abgelagert
haben und von dieser mitgenommen werden, durchzulassen, jedoch das Entweichen derjenigen
Teile zu behandelnder Materalien verhindern, die noch einer chemischen Reaktion
in der Wirbelfließschicht fähig sind.
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Selbstverständlich können nach der Erfindung auch die beiden im vorstehenden
erläuterten pneumatischen und mechanischen Vorkehrungen vorteilhaft miteinander
verbunden werden, indem einerseits außerhalb des Reaktionsraumes ein höherer Druck
herbeigeführt wird, als er im Reaktionsraum selbst vorherrscht und andererseits
am Ende der über dem vorderen Teil der Fördereinrichtung befindlichen Scheidewand
eine Trommel oder ein Schaufelrad angeordnet werden. Dies kann vorteilhaft dadurch
begünstigt werden, daß ein Entweichen der Gase in den oberen Teil des Realdionsraumes
in mehr oder weniger großem Umfang durch die Anordnung eines Schiebers gesteuert
wird, welcher die Gase oder die Luft durchläßt, die vom Ende der Fördereinrichtung
kommen. Es ist bei verschiedenen Anwendungsfällen des Verfahrens bei der Durchführung
chemischer Reaktionen und insbesondere bei der Verbrennung von Kohlefeinstoffen
zweckmäßig, Luft quer über denjenigen Teil der Fördereinrichtung zu führen, welcher
sich an deren Ende außerhalb des Reaktionsraumes befindet, damit die Verbrennung
der
kohlenstoffhaltigen Rückstände, welche die Schlacken begleiten, beendet wird
oder damit diese abgekühlt werden. In diesem speziellen Anwendungsfall sind es also
Verbrennungsdämpfe, welche durch den einstellbaren Schieber entweichen.
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Es ist bekannt, die Seitenwände der Reaktionskammern mit Hilfe von
wasserführenden Ummantelungen abzukühlen. Hierdurch wird das Ansetzen der zu behandelnden
Materialien bzw. der Reaktionsrückstände an den Seitenwänden des Reaktionsraumes
verhindert. Diese Kühleinrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie kompliziert
sind. Um hier eine Verbesserung zu schaffen, sind erfindungsgemäß die vertikalen
Seitenwände des Reaktionsraumes von den Rändern der Fördereinrichtung oder der Öffnung
zum Ausscheiden der Reaktionsrückstände im Boden des Reaktionsraumes in einem solchen
Abstand angeordnet, daß sich in den Randzonen des Wirbelfließschichtbettes zwischen
den vertikalen Seitenwänden und von diesen aus bis an die Fördereinrichtung oder
die Öffnung zum Ausscheiden der Reaktionsrückstände heranreichenden Bodenteilen
des Reaktionsraumes tote Winkel und infolgedessen schräg abfallende Anhäufungen
von zu behandelnden Materialien bilden, welche an der von den Reaktionsgasen hervorgerufenen
Wirbelung nicht teilnehmen. Diese zwischen den vertikalen Seitenwänden des Reaktionsraumes
und der Fördereinrichtung oder der Öffnung zum Ausscheiden der Reaktionsrückstände
vorgesehenen Bodenteile können horizontal oder geneigt sein, jedoch muß der Neigungswinkel
stets kleiner sein als derjenige, der sich ergibt, wenn die zu behandelnden Materialien
sich in diesen toten Winkeln absetzen und dadurch Böschungen bilden. Durch die Anordnung
der Bodenteile zwischen den vertikalen Seitenwänden des Reaktionsraum es und der
Fördereinrichtung oder der Öffnung zum Ausscheiden der Reaktionsrückstände bilden
sich auf diesen an zwei gegenüberliegenden Seiten Böschungen, an welchen die zu
behandelnden Materialien herabrollen.
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Die geneigte Oberfläche der sich in den toten Winkeln absetzenden
zu behandelnden Materialien ist in ständiger Erneuerung, da die sich im oberen Teil
der Anhäufungen absetzenden, zu behandelnden Materialien bis auf die Fördereinrichtung
oder in die Öffnung zum Ausscheiden der Reaktionsrückstände hinabrollen. Hierbei
rollen die sich auf Grund der chemischen Reaktion ergebenden Rückstände schneller
die Böschung hinab und werden automatisch auf der in Bewegung befindlichen Fördereinrichtung
gesammelt oder unmittelbar durch die Öffnung abgeschieden. Hierdurch wird ein doppelter
Vorteil erreicht. Einmal ist eine ausreichende thermische Isolierung des Reaktionsraumes
gewährleistet und zum anderen besteht keine Gefahr, daß zu behandelnde Materalien
oder Reaktionsrückstände sich an den Seitenwänden festsetzen und anbacken, weil
die Oberfläche der Anhäufungen in den toten Winkeln sich in ständiger Erneuerung
befindet.
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Selbstverständlich ist diese erfindungsgemäße Vetbesserung nur dann
anwendbar, wenn die zu behandelnden Materialien, welche sich in den toten Winkeln
absetzen und eine Böschung bilden, die Neigung besitzen, bei der in Betracht kommenden
Reaktionstemperatur anemanderzukleben. Dies ist beispielsweise bei den meisten Verbrennungsfeinstoffen
der Fall.
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Erfindungsgemäß kann die Bildung einer böschungsartigen Anhäufung
von zu behandelnden Materialien auch auf der Förderungseinrichtung selbst hervorgerufen
werden. Hierzu eignet sich insbesondere diejenige Stelle, an welcher sie in den
Reaktionsraum eintritt. Aber auch jede andere Zone der Fördereinrichtung kann zur
Bildung der böschungsartigen Anhäufungen herangezogen werden, indem ein oder mehrere
Kästen zum Durchblasen der Gase stillgelegt werden.
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Obwohl die Oberfläche der böschungsartigen Anhäufungen sich in ständiger
Erneuerung befindet, könnte es vorkommen, daß sich in deren unterem Teil, insbesondere
in der Ecke zwischen der vertikalen Seitenwand und dem Bodenteil, Zusammenbackungen
bilden. Um diese zu vermeiden, wird die Versorgung des Reaktionsraumes mit Verbrennungsfeinstoffen
nicht mehr von oben oder unmittelbar in das Wirbelfließschichtbett hinein vorgenommen,
sondern vielmehr erfindungsgemäß seitlich durch die größte Breite der schräg abfallenden
Materialanhäufungen in deren unterem Teil. Die Zuführung der Verbrennungsfeinstoffe
erfolgt dabei durch die Seitenwände des Reaktionsraumes mit Hilfe von Druckkolben
oder Schraubenschnecken. Hierdurch wird erreicht, daß sich nicht nur die Oberfläche
der böschungsartigen Ablagerungen der zu behandelnden Materialien in ständiger Erneuerung
befindet, sondern darüber hinaus die böschungsartige Anhäufung in ihrer Gesamtheit.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Reaktionsvorrichtung,
in welcher mit pneumatischen Mitteln ein Ausscheiden von noch einer chemischen Reaktion
fähigen Bestandteilen der sich absetzenden zu behandelnden Materialien verhindert
wird; Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 gibt entsprechend
der Fig. 1 eine Vorrichtung mit mechanischen Mitteln wieder, welche ein Ausscheiden
der noch reaktionsfähigen Bestandteile verhindern; Fig. 4 ist ein Schnitt entlang
der Linie IV-IV der Fig. 3.
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In den Fig. 1 und 3 ist ein horizontaler mechanischer Rost 1 dargestellt,
welcher durch zwei Rollen 2, 3 mit horizontalen Achsen angetrieben wird. Dieser
Rost bewegt sich in Richtung des Pfeiles F innerhalb des geschlossenen Gehäuses
4. Zwei vertikale Seitenwände 5, 6 teilen innerhalb des Gehäuses 4 den eigentlichen
Reaktionsraum 7 ah, in welchem die zu behandelnden Materialien, die mittels geeigneter
Vorrichtungen zugeführt werden, in einer Wirbelfließschicht mit dem Spiegel 8 gehalten
werden.
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Unter dem Rost 1 sind Kästen 9 zum Durchblasen der Gase vorgesehen,
welche durch eine Sammelleitung 10 zugeführt werden.
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Die Scheidewände 5, 6 sind jeweils über dem hinteren Ende und über
dem vorderen Teil des Rostes 1 angeordnet, wobei die über dem hinteren Ende des
Rostes befindliche Scheidewand 5 bei 11 mit dem Rost in Berührung kommt und die
zweite Scheidewand 6 zwischen ihrem unteren Ende und dem Rost eine Öffnung 12 frei
läßt. Die Scheidewand 6 trägt in ihrem oberen Teil eine weitere Öffnung, die mit
Hilfe eines Schiebers R gesteuert wird.
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Bei dem in Fig. 1 dar gestellten Ausführungsbeispiel wird einerseits
der Gasdruck welcher durch die Kästen 9 geblasen wird und andererseits der Überdruck,
welcher in dem Gehäuse 4 herrscht, derart geregelt, daß sich die nachstehende Relation
ergibt: p2l>P, +hXd P2 ist der Druck, welcher im Gehäuse 4 herrscht. P1 ist der
Druck, welcher im eigentlichen Reaktionsraum 7 herrscht. h ist die Höhe des Wirbelfließschichtbettes
13, welches im Reaktionsraum eine nahezu horizontale oder zum mindesten hydrostatisch
ausbalancierte freie Ob erfläche aufweiset . d ist die Dichte derWirhelfließschicht.
Wenn die im vorstehenden angegebene Relation eingehalten wird, verhindert der im
Gehäuse 4 herrschende Überdruck ein Entweichen der sich in Wirbeiffießschicht befindlichen,
zu behandelnden Materialien durch die Öffnung 12, während die sich infolge der chemischen
Reaktion auf dem Rost absetzenden Rückstände von diesem ungehindert
aus dem eigentlichen
Reaktionsraum herausbefördert werden können.
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Die Vorrichtung gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist zunächst die gleichen Elemente auf, wie sie bei der in Fig. 1 abgebildeten
Vorrichtung beschrieben worden sind. Darüber hinaus ist jedoch vor der Öffnung 12
eine drehbare Trommel 14 mit horizontaler Achse angebracht, welche einerseits auf
dem Rost auftrifft und andererseits die Scheidewand 6 tangiert.
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Diese Trommel ist derartig gelagert, daß sie vertikal verschoben werden
kann, um eine vertikale Einstellung der Trommel zu ermöglichen. Das Gehäuse 4 ist
unter einem Druck gehalten, welcher etwas über demjenigen liegt, der im eigentlichen
Reaktionsraum 7 herrscht, so daß die zu behandelnden Materialien nicht durch den
Spalt entweichen, der sich zwischen der Trommel 14 und dem unteren Ende der Scheidewand
6 ergibt. Infolgedessen können die zu behandelnden Materialien, welche sich im eigentlichen
Reaktionsraum 7 befinden, nicht durch den Rost aus der Wirbelfließschicht entfernt
werden. Die Reaktionsrückstände hingegen, welche sich auf dem Rost ablagern und
von diesem mitgenommen werden, werden heim Verlassen des Reaktionsraumes durch die
Trommel zerkleinert.
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In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann die Trommel durch
bewegliche Schaufeln ersetzt werden, welche von den auf dem Rost mitgenommenen Rückständen
beim Passieren der Öffnung 12 hochgehoben werden, jedoch ein Entweichen der noch
in Wirbelfließschicht befindlichen Materialien verhindern.
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Aus den Fig. 2 und 4 ist ersichtlich, daß zwischen dem Rost 1 und
den vertikalen Seitenwänden des Reaktionsraumes zwei Bodenteile 15, 16 angeordnet
sind. Diese sind im Ausführungsbeispiel horizontal angeordnet. Auf den Bodenteilen
bilden sich böschungsartige Ablagerungen 17 und 18. Durch die Schwerkraft befindet
sich die freie Oberfläche dieser böschungsartigen Ablagerungen in ständiger Erneuerung,
so daß ein Anhaften der zu behandelnden Materialien bzw. der Reaktionsrückstände
an den Wänden der Reaktionskammer nicht zu befürchten ist.
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Wenn darüber hinaus die Gasversorgung durch den Kasten 9 am hinteren
Ende des Rostes abgeschnitten wird, bildet sich auch eine hintere böschungsartige
Ablagerung 19 in der Wirbelfließschicht. Diese befindet sich nicht nur durch das
Abrollen der Materialien infolge ihrer Schwerkraft, sondern vor allem auch deshalb
in ständiger Erneuerung, weil der Rost den unteren Teil der Anhäufung stets mit
sich fortreißt. Diese Ablagerung 19 ist insbesondere von Bedeutung, weil mit ihrer
Hilfe die für die Wirbelfließschicht maßgebende, gaszuführende Oberfläche des Rostes
und somit die Wirksamkeit des Wirbelfließschicht-Verfahrens nach Belieben gesteuert
werden kann.
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Es ist auch eine Anordnung möglich, bei welcher der Rost kreisförmig
ist und sich um eine vertikale Achse dreht. DieScheidewände, welche die eigentlicheReaktionskammer
von dem unter Druck gehaltenen Gehäuse 4 trennen, sind dann radial ausgestaltet.
Die Trommel zum Zer kleinem der Reaktionsrückstände ist hierbei durch eine kegelstumpfförmige
Rolle ersetzt, welche zur Mitte hin zugespitzt ist und die zweite Scheidewand in
gleicher Weise radial tangential berührt.