DE1757018A1 - Wirbelschichtreaktor - Google Patents

Description

DR. WILLRATH DR. WEGER

PATENTANWALT!

WIESBADEN

& Ul 372720

Dorr-Oliver Incorporated, 77 Havemeyer Lane, Stamford, Connecticut, USA

\7irbelschichtreaktor

Priorität: 627 489 vom 31. März 1967

in USA

Die Erfindung betrifft einen Mehrkammerwirbelachichtreaktor mit einem Ansaugsystem, das verhindert, daso feine Feststoffe und Staub, die sich aus dem Gasstrom abgelagert haben können und in den heissen Windkasten eintreten bzw. durch die Windformen in der V/irbelschioht oberhalb des heissen Windkastens herabfallen, in dem Reisten Windkasten zurückbleiben.

ORIGINAL INSPECTED

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Die Aufrechterhaltung eines sauberen heissen Windkastens ist immer eine beträchtliche Schwierigkeit bei der Konstruktion und dem Betrieb von Mehrkammerwirbelsohiehtreaktoren gewesen. Staub und Feststoffe, die in den eintretenden Gasen aus dem heissen Zyklon während des Betriebes mitgeführt werden, sowie Feststoffe, die durch die Windformen der Vorheizkammer während der Abschaltung durchsickern, haben gemeinsam eine häufige Säuberung des heissen Windkastens erforderlich gemacht. Man muss nicht nur die Säuberung von Hand vornehmen, was teuer und schon an sich zeitraubend ist, sondern es ist auch eine sehr unangenehme Aufgabe im Hinblick auf die geschlossene und unangenehme Umgebung. Ausserdem neigen gewisse Arten von Rohstoffen, wie Kalkstein und Phosphatgestein, zur Klebrigkeit bei erhöhten Temperaturen, so dass die aus dem Hitzebehandlungsabteil mitgeführten feinen Stoffe sich ansetzen und die Windformen in der Lochplatte der Vorheiekammer verstopfen. TJm mit dieser Schwierigkeit fertig zu werden, hat es eich als notwendig erwiesen, Windformen oder Luftdüsen für diesen Lochboden zu verwenden, die gerade hindurchgehen oder eine Absiebung bewirken. Dadurch wird jedoch die ünterhaltungeschwierigkeit dee heissen Windkaetena nooh grosser, well dtr Durchmesser dieser Luftdüsen ao gross wird» dass, wenn einmal

das Aufströmgaa abgestellt wird, wie z.B. während der Absohal tung des Reaktors, der ganze Inhalt des Vorheizabteilee durch j

■' i die Winddüsen in den heissen Windkasten hindurchsiokert. Ein , Teil dieses Materials kann zwar durch die Luftdlisen in die Vorheizkammer zurückgeführt werden, wenn wieder Aufströmgas ^; zum heissen Windkasten eingeführt wird, jedoch bleibt immer noch genügend in letzterem zurüok, um eine Abschaltung und Säuberung zu erzwingen, j 09836/ 1 1 70

Die Erfindung vermeidet dieae Schwierigkeiten durch eine Reihe von Öffnungen in dem Dom zwischen dem heissen Windkasten und dem Hitzebehandlungsabteil zur Überführung von Staub und Feststoffen, die sich in dem heissen T.'indkasten abgelagert haben, um diese zur Hitzebehandlungskammer zurückzuführen. Ausserdem wird eine Reihe Ansaugdüsen von hoher Geschwindigkeit vorgesehen und zwar je eine für jede Ablauföffnung, um den Überführungsvorgang durch Vergrösserung der Arbeitsfläche so zu steigern, dass jede Ablauföffnung aus dem heissen Windkasten ansaugen kann und die Austragsgeschwindigkeit daraus zur Hitzebehandlungskammer gesteigert wird.

Demnach richtet sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Behandlung feinteiliger Peststoffe nach der Wirbelschichtmethode mit mehreren Behandlungskammern, die übereinander liegen und durch welche die zu behandelnden Feststoffe abwärts im Gegenstrom zu aufsteigenden Aufströmgasen gehen; die Behandlungskammern umfassen eine Vorbehandlunskammer und eine Hauptbehandlungskammer mit einem Windkasten und einem Zyklonabscheider, der wirkungsmässig mit der Hauptbehandlungskammer verbunden ist, während der Yfindkasten zur Abtrennung von feinen Teilchen dient, die in den aufsteigenden Aufströmgas en mitgeführt werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptbehandlungskammer von dem Windkasten durch eine Platte mit mindestens einer Öffnung abgetrennt ist, die mit Ansaugeinrichtungen zur Überführung des Feingutes aus dem Windkasten zur Hauptbehandlungskammer versehen ist.

Zum besseren Verständnis und zur leichteren Durchführbarkeit der Erfindung wird diese nachstehend anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel beschrieben«

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Pig. 1 zeigt schematisch eine Mehrkammerwirbel-

schichtreaktoranlage mit den Merkmalen der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Verteiler und die Luftzufuhrleitung für die Ansaugdüae nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt teilweise geschnitten unter Fortlassung von einzelnen Teilen die Verteilerleitung, Luftzufuhrleitung und eine Düse für einen Ansaugstrahl.

Der Wirbelschichtreaktor 10 besteht aus einem Mantel 12, einer Vorheizkammer 14, einem heissen Windkasten 16, einer Calcinierkammer 18, einer Kühlkammer 20 und einem kalten Windkasten 22. Die Vorheizkammer 14 und der heisse Windkasten sind voneinander durch eine Querwand 24 mit mehreren Löchern oder Windformen 26 getrennt. Calcinierkammer 18, Kühlkammer und kalter Windkasten 22 sind jeweils durch Lochböden 28 und voneinander getrennt.

Das zu behandelnde Erz wird oben in die Vorheizkammer 14 mittels bekannter Einrichtungen, z.B. einer Leitung 32 zugespeist. Nach Aufnahme der gewünschten Wärmemenge in einer nunmehr zu beschreibenden Weise werden die Feststoffe durch Schwerkraft über Leitung 34 in die Calcinierkammer 18 überführt. Wenn die Feststoffe calciniert sind, werden sie wiederum unter Schwerkraft durch Leitung 36 in die Kühlkammer überführt, um anschliessend durch Leitung 38 aus dem Reaktor ausgetragen zu werden.

BAOORIQtNAt 109836/1170

Durch das Gebläse 40 wird Luft in den kalten Uindkasten 22 eingeblasen und fliesst durch den Lochboden 30 zur Kühlkammer 20 und durch den Lochboden 28 zur Kühlkammer 18. Die aufsteigende Luft steht in direkter Wärmeübertragung in der Kühlkammer 20, absorbiert aus den calcinLcrten Teilchen ^ärme» kühlt dadurch die Peststoffe unter V/irbelschichtbildung und streicht durch die Schicht. Die vorerhity te Luft strömt dann die Schicht auf und liefert den Sauerabo ff für die CaI-cinierreaktion in Abteil 18. Das verbrauch be Aufströmgas steigt in den oberen Beruhigungsraum über der Schicht in der Calcinierkammer 18 und trägt Feingut und Staub zum Austrag durch Leitung 41 in den heissen Zyklon 42 mit sich. In diesem Zyklon erfolgt eine Trennung, wobei die meisten feinen Teilchen durch die Apexleitung 44 ausgetragen werden, während die heissen Gase die restlichenmitgerissenen feinen Teilchen und Staub mit sich führen, zum heissen Windkasten des Reaktors durch Leitung 46 zurückkehren, um das !/irbelschichtgas für die Schicht in der Vorheizkammer 14 zu liefern.

Gerade an dieser Verbindungsstelle treten die Hauptschwierigkeiten bei dem heissen Yfindkasten auf. Der plötzliche Abfall an Druck und Geschwindigkeit der Luft bei ihrer Überführung aus dem eingeengten Volumen der Leitung 46 in das grösaere Volumen des heissen Uindkastens 16 lässt die meisten der noch vorhandenen Peingutteilchen und den Staub, die mit der Luft aua dem heissen Zyklon mitgerissen wurden, ausfallen und sich in dem heissen V/indkasten ablagern. Ausserdem dienen Wirbelströme und sich daraus ergebende tote Ecken in dem heisasn

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V/indkasten zur Ausscheidung etwa zurückgebliebenen Peingutes und Staubs, die nach dem plötzlichen Abfall von Druck und

Geschwindigkeit noch in dem Aufströmgas mitgerissen wurden. Nach einer unwirtschaftlich kurzen Betriebsdauer haben bisher die sich im heissen Uindkasten aufbauenden Peststoffe zu einer kostspieligen und zeitraubenden Abschaltung zwecks Reini gung gezwungen. Wenn einmal die Zufuhr von Aufströmluft unterbrochen wurde, so wurde das Reinigungsproblem zu einer wesentlichen Betriebsmassnahme. Dies beruht darauf, dass gewisse Erze, inabesondere Kalkstein und Phosphatgestein, feine Teilchen mit erheblichen Verkruatungaschwierigkeiten erzeugen, welche die Verwendung grosser Durchmesser für die Windformen verlangten, um deren Verstopfung und Abschaltung der Anlage zu verhindern. Diese Windformen waren zu gross, um die Schicht zu tragen, wenn die Luftzufuhr abgeschaltet wurde, so dass die ganze Schicht der Vorheizkammer in den heissen Windkasten fiel.

Um diese Aufgabe zu lösen, ist der Domboden 50 zwischen dem heissen 'Tindkasten 16 und der Galcinierkaramer 18 mit mehreren öffnungen 52 verteilt über den Umfang und einer öffnung 54 in der Mitte versehen. Jede öffnung 52 und 54 besitzt ein Metallfutter 56 zur Verminderung der Abnutzung und Steigerung der Betriebsdauer des Domes. Im Abstand oberhalb jeder Öffnung befindet sich eine Luftstrahldüae 58, die einwärts gegen die Mitte der öffnung gerichtet ist. Mehrere Luftzufuhrleitungen 60, und zwar je eine für jede Düse, sind an das eine Ende der Düse und mit dem anderen Ende an eine Verteilerringleitung 62 angeschlossen. Die Verteilerleitung erhält

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Luft von einem Gebläse 64 und führt sie mit erwünschtem Druck und erwünschter Geschwindigkeit zu jeder Zufuhrleitung. Der statische Druck in der Calcinierkammer 18 ist grosser als der statische Druck im heissen Y/indkasten 16, so dass die Geschwindigkeit der Luftstrahlen hoch genug sein muss, um zu verhindern, dass verbrauchtes Aufströmgas in der Calcinierkamraer die Leitung 41 umgeht und durch die Öffnungen 52 und 54 im Dom aufsteigt. V/ie oben angegeben, ist der kombinierte Effekt der öffnungen und der Ansaugstrahlen ausreichend, um etwaiges Peingut und Staub, die sich im heissen Windkaaten abgetrennt haben können, von dort zu der Calcinierkammer zu überführen. V/enn einmal Peingut und Staub in die Calcinierkammer eintreten und von dom Einfluss der Ansaugluftstrahlen freikommen, dann v/erden sie durch aufsteigendes verbrauchtes Aufströmgas wieder mitgerissen und wiederum durch Leitung 41 in den heissen Zyklon 42 abgegeben. Ein zusätzliches Merkmal der Anlage besteht darin, dass im Falle einer notwendigen Abschaltung des Reaktors die Ansaugstrahlen in Betrieb gehalten werden können und alle Teilchen aus der Vorheizkammer, die normalerweise im heisaen Vindkasten zur Ablagerung kämen, jetzt in die Calcinierkammer geblasen werden können.

Die Aufströmluft vom heissen >/indkasten steigt durch ^indformen 26 im Lochboden 24, um die eintretenden Peststoffe aufzuströmen und durch direkten Wärmeübergang vorzuheizen, wenn die Luft durch die Schicht geht. Die verbrauchte Luft wird dann durch Leitung 66 zum kalten Zyklon 68 abgezogen, wo die endgültige Abtrennung von Peingut und Staub erfolgt. Die im kalten Zyklon 68 abgetrennten Teilchen werden zur Calcinierkammer "durch" Leitung 70 zurückgeführt,um weiterbehandelt

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zu werden, und die abgehende Luft gelangt entweder in die Atmosphäre oder in weitere nicht dargestellte Behandlungazonen.

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Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE

1. Mehrkaooerifirbelschichtroaktor,, worin zu behandelnde Toliehen im Gegenstrora zu aufsteigenden Au/strtfmgasen abwärts wandern, mit einer Vorbehandlungskammer uud einer Hauptbehandlungskamraer, die durch einen Windkasten voneinander getrennt sind, und mit einem an die Huuptbehandlungskantmer und den Windkasten angeschlossenen Kyklonabsohelder zur Abtrennung der im Aufströmgaa entrissenen feinen Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptbebandlungskammer von de· Windkasten durch einen Boden Bit mindestens einer öffnung abgetrennt ist» die Ansaugeinriohtungen zur überführung des Feingutes aus dem Windkasten in dio Hauptbohandlungskammer aufweist,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden mit mehreren Öffnungen versehen ist und oberhalb jeder öffnung eine Ansaugeinriohtung vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugeinrichtung eine der betreffenden öffnung zugeordnete Düse aufweist, die einen Gasstrom in die Öffnung richtet» der Peingut hindurchsaugt,

h. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2„ dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen ein abriebfestes Innenfutter besitzen. ·

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