DE19840627A1 - Wirbelschichtanlage zur Durchführung exothermer Prozesse in einer zirkulierenden Wirbelschicht - Google Patents

Abstract

Bei einer Wirbelschichtanlage zur Durchführung exothermer Prozesse in einer zirkulierenden Wirbelschicht, bestehend aus einem von Außenwänden und ggf. Innenwänden begrenzten Wirbelschichtreaktor (1), mindestens einem Feststoffabscheider und mindstens einer Rückführleitung, mit einer Einrichtung für die Zufuhr von Brennstoff (B) und ggf. Inertmaterial und weiteren Zuschlagstoffen in den Wirbelschichtreaktor, einer Einrichtung für die Zufuhr sauerstoffhaltiger Primärgase (P) durch den Boden (4) des Wirbelschichtreaktors und einer Einrichtung für die Zufuhr sauerstoffhaltiger Sekundärgase in den Reaktor über Austrittsöffnungen, ist zur Verbesserung der Verteilung der Sekundärgase über den Reaktorquerschnitt vorgesehen, das zumindest ein Teil der Austrittsöffnungen (13, 14; 18a-18c; 19a-19c; 22; 25) für die Sekundärgase (S 1, S 2) mittels mindestens einer sich von der Außenwand in das Reaktorinnere hinein erstreckenden Sekundärgaszuführungseinrichtung (5; 15; 21; 24) in vorgegebenem Abstand (C 1; C 2; C 4; C 5) von den Wänden des Reaktors (1) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine aus einem von Außenwänden und ggf. Innenwänden begrenzten Wirbelschichtreaktor, mindestens einem Feststoffabscheider und mindestens einer Rückführleitung bestehende Wirbelschichtanlage zur Durchführung exothermer Prozesse in einer zirkulierenden Wirbelschicht mit einer Einrichtung für die Zufuhr von Brennstoff in den Wirbelschichtreaktor, einer Einrichtung für die Zufuhr sauerstoffhaltiger Primärgase durch den Boden des Wirbelschichtreaktors und einer Einrichtung für die Zufuhr sauerstoffhaltiger Sekundärgase in den Reaktor über Austrittsöffnungen

Wie in der EP 0 281 165 B1, S. 2, Z. 25ff. ausgeführt, treten bei dem vorhandenen Trend zu Anlageneinheiten mit zunehmend größerer Wärmeleistung gewisse Schwierigkeiten in der Verfahrensführung auf. Sie bestehen im wesentlichen darin, daß größere Wärmeleistungen größere Reaktorabmessungen, insbesondere größere Reaktorquerschnitte, erfordern, bei denen die für die Umsetzung erforderliche einwandfreie Quervermischung von Brennstoff und ggf. Inertmaterial und Zuschlagstoffen wie Kalk mit sauerstoffhaltigem Sekundärgas über den gesamten Querschnitt des Wirbelschichtreaktors im Bereich des Aufgabeortes nicht mehr gewährleistet ist. Die Folge ist, daß sich die Umsetzung zu einem erheblichen Teil in den oberen Reaktorraum verlagert, ggf. eine Nachverbrennung nach Trennung von Feststoff und Gas im Feststoffabscheider auftritt. Es muß daher auch bei hoher Verbrennungsleistung ein einwandfreier Betrieb gewährleistet sein. Bei der Wirbelschichtanlage gemäß der EP 0 281 165 B1 ist vorgesehen, daß ein oder mehrere Verdrängungskörper vorgesehen sind, die 40 bis 75% der Bodenfläche des Wirbelschichtreaktors abdecken. Der Verdrängungskörper soll eine maximale Höhe gleich der halben Höhe des Wirbelschichtreaktors aufweisen und Austrittsöffnungen zum Eintrag von zusätzlichem sauerstoffhaltigen Sekundärgas aufweisen.

Bei der EP 0 444 732 B1 wird zur Lösung desselben Problems vorgeschlagen, daß das Innere des Wirbelschichtreaktors mit einer von der Decke des Reaktors sich nach unten erstreckenden und in vorgegebenem Abstand oberhalb des Bodens enden den Trennwand versehen ist, die in ihrem unteren Ende mindestens eine Zufuhrleitung mit Verteileinrichtung zum Einleiten von Verbrennungsluft über in der Trennwand versehene Austrittsöffnungen in die Teilkammern aufweist. Bei der Wirbelschichtanlage gemäß der EP 0 281 165 B1 ist ein zusätzlicher Verdrängungskörper erforderlich und bei der EP 0 444 732 B1 ist eine mittlere Trennwand erforderlich und die Austrittsöffnungen des Sekundärgases sind jeweils direkt in den Wänden ausgebildet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wirbelschichtanlage der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der die Verteilung der Sekundärgase über den Reaktorquerschnitt verbessert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der Austrittsöffnungen für die Sekundärgase mittels mindestens einer sich von einer Außenwand in das Reaktorinnere hinein erstreckenden Sekundärgaszuführungseinrichtung in vorgegebenem Abstand von den Wänden des Reaktors angeordnet ist.

Die vorliegende Erfindung weicht also von dem bisher stets eingesetzten Konstruktionsprinzip ab, daß die Austrittsöffnungen für die Sekundärgase in bzw. direkt an den Wänden ausgebildet sein müssen. Durch die von der Wand unabhängige Sekundärgaszuführungseinrichtung kann der freie Reaktorquerschnitt gleichmäßiger mit Sekundärluft beaufschlagt werden und somit eine bessere Quervermischung erzielt wird.

Vorzugsweise sind die Austrittsöffnungen in mindestens einem sich von einer Außenwand des Reaktors zur gegenüberliegenden Außenwand des Reaktors hin erstreckenden Sekundärgaskanal ausgebildet.

Zweckmäßigerweise ist dieser Sekundärluftkanal als mit einem Kühlmittel gekühlter Kanal ausgebildet.

Der Sekundärgaskanal kann mit Luft gekühlt werden; es ist aber zweckmäßiger, daß der Sekundärgaskanal mit einem Fluid aus einem der Wirbelschichtanlage zugeordneten Dampf-Wasser-Kreislauf kühlbar ist.

Um eine einfache Sekundärgasstufung in Strömungsrichtung der Rauchgase im Wirbelschichtreaktor zu erreichen, kann der Sekundärgaskanal als Mehrkammerkanal mit übereinander liegenden Einzelkammern ausgebildet sein.

Anstelle eines sich durch den Reaktor erstreckenden Sekundärgaskanals kann es aber auch zweckmäßig sein, daß die Austrittsöffnungen in an der Außenwand befestigten und in das Reaktorinnere kragarmartig vorragenden Sekundärgaszuführungseinrichtungen ausgebildet sind.

Bei einer Wirbelschichtanlage, die wie die Anlage gemäß der EP 0 444 732 B1 mit einer oberhalb des Bodens endenden Innenwand versehen ist, ist es zweckmäßig, daß die Gasaustrittsöffnungen gruppenweise auf die Zwischenräume zwischen Innenwand und gegenüberliegender Außenwand ausgerichtet sind.

Bei einer Wirbelschichtanlage, die ebenfalls wie die Anlage gemäß der EP 0 444 732 B1 mit einem sich auf den Boden zu im Querschnitt verkleinernden unteren Reaktorabschnitt versehen ist, ist es zweckmäßig, daß die Austrittsöffnungen im unteren Reaktorabschnitt angeordnet sind.

Auch ist es möglich, daß in an sich bekannter Weise in der Reaktorwand Austrittsöffnungen für die zusätzliche Zufuhr sauerstoffhaltiger Sekundärgase vorgesehen sind.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Wirbelschichtanordnung mit vier sich von der Rückwand des Reaktors zur Vorderwand erstreckenden Sekundärgaskanälen,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Sekundärgaskanal gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung vergleichbar Fig. 2 eines Mehrkammersekundärgaskanals,

Fig. 4 einen Teilschnitt vergleichbar Fig. 1 mit einer Sekundärgaszuführungseinrichtung in Form eines freien Kragarms und

Fig. 5 eine Darstellung vergleichbar Fig. 4 mit einer Sekundärgaszuführungseinrichtung in Form eines unterstützten Kragarms.

In der Teildarstellung gemäß Fig. 1 ist zur Vereinfachung der Darstellung der Wirbelschichtanlage nur der mittlere und der untere Abschnitt eines Wirbelschichtreaktors 1 dargestellt. Der Wirbelschichtreaktor 1 weist einen oberen Abschnitt 2 und einen sich im Querschnitt nach unten verringerenden unteren Abschnitt 3 auf, der an seinem unteren Ende durch einen Boden 4 abgeschlossen ist. Senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 erstrecken sich in vertikaler Ausrichtung und mit Abstand voneinander im Bereich des Überganges vom mittleren Abschnitt 2 zum unteren Abschnitt 3 vier balkenartige Sekundärgaszuführungskanäle 5a-5d von der Rückwand des Reaktors zur Vorderwand des Reaktors. Es ist denkbar, daß bereits ein Sekundärgaszuführungskanal ausreicht. Die unteren Enden der Sekundärgaszuführungskanäle 5 liegen in einer vorgegebenen Höhe A über dem Boden. Die oberen Enden der Kanäle 5a und 5d weisen einen Abstand C 1 von der Seitenwand 7 bzw. 8 auf und die oberen Enden der Kanäle 5b und 5c einen Abstand C2 von der mittigen Symmetrieachse auf. In der Symmetrieachse des Reaktors ist bei der gezeigten Ausführungsform eine Innenwand 6 angeordnet, die sich im Reaktor 1 im oberen Abschnitt 2 bis zum Abschnitt 3 erstreckt. Die Kanäle 5a, 5b bzw. 5c, 5d weisen einen Abstand C3 voneinander auf.

Durch den Boden 4 wird Primärgas P zugeführt. Brennstoff B und ggf. Inertmaterial und weitere Zuschlagstoffe wie Kalk werden unterhalb der Sekundärgaszuführungskanäle in den unteren Abschnitt 3 über eine gemeinsame Leitung oder getrennte Leitungen eingeführt. Die Kanäle 5 sind gruppenweise (5a-5b/5c-5d) auf die Zwischenräume zwischen der linken Seitenwand 7 und der Innenwand 6 bzw. der rechten Seitenwand 8 und der Innenwand 6 ausgerichtet. Mit den Kanälen 5 wird eine gleichmäßige Verteilung des Sekundärgases S1, insbesondere Luft, über den Reaktorquerschnitt erreicht.

Wie die Fig. 2 zeigt, besteht der einzelne in der Fig. 1 dargestellte Sekundärgaszuführungskanal 5 aus zwei übereinander angeordneten Sammlern 9 und 10, zwischen denen sich gekühlte Wände, z. B. in Rohr-Steg- Rohr-Konstruktion, erstrecken und die zwischen sich einen Sekundärgasführungsraum begrenzen. Das Kühlmittel tritt in einen der Sammler ein, durchströmt die Wände 11 und 12 und wird aus dem anderen Sammler abgeführt. Als Kühlmittel wird vorzugsweise Siedewasser aus einem der Wirbelschichtanlage zugeordneten Wasser-Dampf-Kreislauf eingesetzt. In den Wänden sind Sekundärgasaustrittsöffnungen 13 bzw. 14 vorgesehen, durch die das zugeführte Sekundärgas S1 in das Reaktorinnere austreten kann.

Die Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt einen Sekundärgaszuführungskanal 15, bei dem in den gekühlten Wänden 16 und 17 mehrere Sekundärgasaustritts­ öffnungen 18a-18c bzw. 19a-19c vorgesehen sind. Zwischen den beiden gekühlten Wänden 16 und 17 erstrecken sich im Inneren des Sekundärgaszuführungskanals Trennbleche 20, so daß der Kanal in mehrere Kammern 20a-20c unterteilt ist und eine Stufung der Sekundärgaszufuhr möglich ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind keine sich durch das Innere des Reaktors 1 erstreckende längliche Sekundärgaszuführungskanäle vorgesehen, sondern die Sekundärgaszuführungseinrichtung besteht bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 aus einer Vielzahl von freien Kragarmen 21 mit mindestens einer Sekundärgasaustrittsöffnung 22, die einen Abstand C4 von der geneigten Wand des unteren Abschnitts 3 aufweist und durch die Sekundärgas S1 in das Reaktorinnere austreten kann. Wie in Fig. 4 dargestellt, kann zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Sekundärgaszuführung S1 auch noch Sekundärgas S2 durch in der Außenwand vorgesehene Austrittsöffnungen 23 zugeführt werden. Bei Bedarf kann dies unter Umständen auch noch bei der Wirbelschichtanlage gemäß Fig. 1 erfolgen.

Bei der Wirbelschichtanlage gemäß Fig. 5 stützt sich die Sekundärgaszuführungseinrichtung 24 noch auf der Innenwand 3 im Bereich oberhalb des Düsenbodens 4 ab. Seine Austrittsöffnung 25 weist einen Abstand C5 von der Wand des unteren Abschnittes 3 auf.

Um den Querschnitt des Reaktors überdecken zu können, können die längs einer Reaktorwand reihenartig angeordneten Kragarme unterschiedliche Kragweiten aufweisen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist eine Trennwand 6 beschrieben, während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 eine solche Trennwand nicht beschrieben ist. Der Einsatz einer solchen Trennwand wird bei sehr großen Reaktorquerschnitten bevorzugt.

Claims (9)

1. Aus einem von Außenwänden und ggf. Innenwänden begrenzten Wirbelschichtreaktor (1), mindestens einem Feststoffabscheider und mindestens einer Rückführleitung bestehende Wirbelschichtanlage zur Durchführung exothermer Prozesse in einer zirkulierenden Wirbelschicht mit einer Einrichtung für die Zufuhr von Brennstoff (B) und ggf. Inertmaerial und weiteren Zuschlagstoffen in den Wirbelschichtreaktor, einer Einrichtung für die Zufuhr sauerstoffhaltiger Primärgase (P) durch den Boden (4) des Wirbelschichtreaktors und einer Einrichtung für die Zufuhr sauerstoffhaltiger Sekundärgase in den Reaktor über Austrittsöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Austrittsöffnungen (13, 14; 18a-18c; 19a-19c; 22; 25) für die Sekundärgase (S1, S2) mittels mindestens einer sich von der Außenwand in das Reaktorinnere hinein erstreckenden Sekundärgaszuführungseinrichtung (5; 15; 21; 24) in vorgegebenem Abstand (C1; C2; C4; C5) von den Wänden des Reaktors (1) angeordnet ist.

2. Wirbelschichtanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (13, 14; 18a-18c; 19a-19c) in mindestens einem sich von einer Außenwand des Reaktors zur gegenüberliegenden Außenwand des Reaktors hin erstreckenden Sekundärgaszuführungskanal (5; 15) ausgebildet sind.

3. Wirbelschichtanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärgasführungs­ kanal als mit einem Kühlmittel gekühlter Kanal ausgebildet ist.

4. Wirbelschichtanlage nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärgasführungs­ kanal mit einem Fluid aus einem der Wirbelschichtanlage zugeordneten Dampf-Wasser-Kreislauf kühlbar ist.

5. Wirbelschichtanlage nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärgasführungs­ kanal als Mehrkammerkanal (15) mit übereinander liegenden Einzelkammern (20a-20c) ausgebildet ist.

6. Wirbelschichtanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen in an der Außenwand befestigten und in das Reaktorinnere kragarmartig vorragenden Sekundärgaszufuhreinrichtungen (21; 24) ausgebildet sind.

7. Wirbelschichtanlage nach mindestens einem der Ansprüche 1-6 mit einer oberhalb des Bodens endenden Innenwand (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen gruppenweise (5a, 5b; 5c, 5d) auf die Zwischenräume zwischen der Innenwand (6) und der jeweils gegenüberliegenden Außenwand (7, 8) ausgerichtet sind.

8. Wirbelschichtanlage nach mindestens einem der Ansprüche 1-7 mit einem sich auf den Boden zu in seinem Querschnitt verkleinernden unteren Reaktorabschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen im unteren Reaktorabschnitt angeordnet sind.

9. Wirbelschichtanlage nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise auch in der Reaktorwand Austrittsöffnungen (23) für die zusätzliche Zufuhr von sauerstoffhaltigen Sekundärgasen vorgesehen sind.