DE202013003958U1

DE202013003958U1 - Safety-related monitoring of dust-like fuel production in an entrainment gasification plant

Info

Publication number: DE202013003958U1
Application number: DE201320003958
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2023-04-27
Also published as: CN204058389U

Abstract

Vorrichtung zur schnellen und sicheren Erfassung der Strömung von pneumatisch geförderten Brennstäuben, bei der – in einer von dem Brennstaub durchströmten Rohrleitung ein Druckverlustelement gegeben ist, – ein SIL-zertifizierter Druckaufnehmer zur Messung eines Druckverlustes Δp mit seinen beiden Anschlüssen in Strömungsrichtung vor beziehungsweise hinter dem Druckverlustelement verbunden ist, – eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des von dem Druckaufnehmer erfassten Messwertes für den Druckverlust gegeben ist.Device for fast and reliable detection of the flow of pneumatically conveyed fuel dusts, in which - in a flowing through the fuel dust pipe is given a pressure loss element, - a SIL certified pressure transducer for measuring a pressure drop Ap with its two ports in the flow direction before or after the pressure loss element is connected, - an evaluation device for evaluating the detected by the pressure transducer measured value for the pressure loss is given.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schnellen und sicheren Erfassung der Strömung von pneumatisch geförderten Brennstäuben.The invention relates to a device for fast and reliable detection of the flow of pneumatically conveyed fuel dusts.

Im Weiteren betrifft die Erfindung eine messtechnische Detektion eines Abbruches bzw. Ausfalls einer pneumatischen Staubströmung.Furthermore, the invention relates to a metrological detection of a demolition or failure of a pneumatic dust flow.

Unter pneumatisch geförderten Stäuben werden staubfein gemahlene Kohlen verschiedensten Inkohlungsgrades, Kokse, ggf. thermisch vorbehandelte Biomassen oder zerkleinerungsfähige Rest- und Abfallstoffe aus Industrie, Gewerbe und Haushalt verstanden. Weiterhin gehören anorganische Stäube, wie sie z. B. zum Frischen von Roheisen und zur Entschwefelung eingesetzt werden, zu den möglichen Fördergütern. Die pneumatische Förderung staubförmiger Brennstoffe ist bekannt bei der Staubdruckvergasung zur Herstellung von energetischen Gasen und Synthesegasen oder bei der Zuführung von Brennstaub in die Windformen von Hochöfen. Der Brennstaub wird dabei über einen Druckschleusenbehälter einem unter Verfahrensdruck stehenden Dosierbehälter zugeführt, aus dem der Brennstaub als Staub-Fördergas-Suspension mit hoher Beladungsdichte zwischen 250–450 kg/m³ über eine oder mehrere Förderleitungen dem Verbraucher zugeführt wird. Als Verbraucher/Empfänger sollen Flugstromvergaser, Windformen von Hochöfen, Verbrennungskessel oder Vorrichtungen zum Frischen von Roheisen verstanden werden. Als Bespannungsgas für die Druckschleusen sowie als Fördergase können beliebige, für brennbare Stäube geeignete, sauerstoffarme Gase eingesetzt werden, die frei von kondensierbaren Bestandteilen, wie beispielsweise Wasserdampf, sind.Pneumatically conveyed dusts are understood to mean pulverized coal of various degrees of coalification, cokes, possibly thermally pretreated biomass or comminuted residual and waste materials from industry, commerce and household. Furthermore, inorganic dusts such as z. B. are used for the refining of pig iron and desulfurization, to the possible assets. The pneumatic conveying of dust-like fuels is known in the dust-pressure gasification for the production of energetic gases and synthesis gases or in the supply of fuel dust in the tuyeres of blast furnaces. The fuel dust is fed via a pressure lock container to a dosing under process pressure from which the fuel dust is fed as a dust-carrier gas suspension with high loading density between 250-450 kg / m ³ via one or more delivery lines to the consumer. As a consumer / receiver entrained flow gasifier, tuyeres of blast furnaces, combustion boilers or devices for the raw iron are to be understood. Any oxygen-poor gases suitable for flammable dusts which are free of condensable constituents, such as, for example, steam, can be used as the gas for the pressure locks and as conveying gases.

Voraussetzung für einen sicheren Betrieb der Anlage ist die schnelle Detektierung eines Ausfalls der Brennstoffströmung. Somit kann beispielsweise die Einhaltung eines definierten Sauerstoff-Brennstoffverhältnisses (Lambda-Wert) und folglich die entsprechende Reaktionstemperatur sichergestellt werden. In diesem Fall würde ein unbemerkter oder zu spät detektierter Ausfall der Staubförderung einen unzulässig hohen Anstieg der Reaktionstemperatur nach sich ziehen. Des Weiteren würde ein Anstieg des Lambda-Wertes bis in den oxidativen Bereich (d. h. > 1) die Gefahr einer Explosion drastisch erhöhen.The prerequisite for safe operation of the system is the rapid detection of a failure of the fuel flow. Thus, for example, compliance with a defined oxygen-fuel ratio (lambda value) and consequently the corresponding reaction temperature can be ensured. In this case, an unnoticed or too late detected failure of the dust extraction would cause an unacceptably high increase in the reaction temperature. Furthermore, increasing the lambda value down to the oxidative range (i.e.,> 1) would dramatically increase the risk of explosion.

Also muss ein Brennstoffausfall zum Schutz des Brenners bzw. Reaktors und der nachfolgenden verfahrenstechnischen Systeme schnell und sicher detektiert werden können. Der bekannte Stand der Technik sieht zur Erfassung der Brennstoffströmung unterschiedliche Messsysteme vor. Unter den gegebenen Prozess- und Medienbedingungen ist eine Überwachung der Staubströmung nach dem elektrostatischen Messprinzips möglich. Dabei erzeugen die elektrostatisch aufgeladenen Feststoffpartikel beim Durchtritt durch einen Detektor (z. B. Metallring) ein Ladungssignal. Dieses Strömungsrauschen ist abhängig von der Menge, der Strömungsgeschwindigkeit und den Eigenschaften der Partikel. Kommt der Transport der Teilchen zum Erliegen, reißt das Rauschen ab.So a fuel failure to protect the burner or reactor and the subsequent process engineering systems must be detected quickly and safely. The known state of the art provides different measuring systems for detecting the fuel flow. Under the given process and media conditions it is possible to monitor the dust flow according to the electrostatic measuring principle. The electrostatically charged solid particles generate a charge signal when passing through a detector (eg metal ring). This flow noise is dependent on the amount, the flow rate and the properties of the particles. If the transport of the particles stops, the noise breaks off.

Des Weiteren können kapazitive Messsysteme eingesetzt werden. Bei diesen Messverfahren erzeugen die Feststoffpartikel Kapazitätsänderungen. Die entsprechenden Spannungssignale werden zur Indikation einer Staubströmung genutzt.Furthermore, capacitive measuring systems can be used. In these measuring methods, the solid particles produce capacity changes. The corresponding voltage signals are used to indicate a dust flow.

Auf Grund der sicherheitstechnisch großen Bedeutung der Staubstromüberwachung werden entsprechende Anforderung an die funktionale Sicherheit (SIL) der eingesetzten Messtechnik gestellt. Diese Anforderungen erfüllen die derzeit auf dem Markt befindlichen Messgeräte nicht.Due to the safety-related importance of dust flow monitoring, corresponding requirements are placed on the functional safety (SIL) of the measuring technology used. These requirements do not meet the current measuring instruments on the market.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der das Unterschreiten einer vorgegebenen Brennstaubströmung schnell und sicher detektiert werden kann, was dem Schutz des Brenners bzw. Reaktors und der nachfolgenden verfahrenstechnischen Systeme dient.The invention is based on the problem to provide a device with which falling below a predetermined Brennstaubströmung can be detected quickly and safely, which serves to protect the burner or reactor and the subsequent process engineering systems.

Das Problem wird durch die Merkmale des Schutzanspruch 1 gelöst.The problem is solved by the features of the protection claim 1.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass unter Zuhilfenahme eines SIL-zertifizierten Druckaufnehmers in Kombination mit einem Druckverlustelement eine SIL-3 fähige Staubstromüberwachung kurzfristig realisierbar ist. Die Erfindung ermöglicht ein Messverfahren, mit dem auch elektrisch leitfähige Stäube überwacht werden können, was beispielsweise mit der elektrostatischen Messmethode nicht möglich ist. Der für die Überwachung genutzte Strömungsdruckverlust liegt in einem Bereich zwischen 50 mbar und 1000 mbar.The invention makes use of the finding that, with the aid of a SIL-certified pressure sensor in combination with a pressure loss element, SIL 3-capable dust flow monitoring can be realized in the short term. The invention enables a measuring method with which also electrically conductive dusts can be monitored, which is not possible, for example, with the electrostatic measuring method. The flow pressure loss used for the monitoring lies in a range between 50 mbar and 1000 mbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur näher erläutert. Dabei zeigt:The invention is explained in more detail below as an exemplary embodiment in a scope necessary for understanding with reference to a figure. Showing:

1 eine erfindungsgemäße Anordnung der Druckverlustmessung zur Staubstromüberwachung. 1 an inventive arrangement of the pressure loss measurement for dust flow monitoring.

Zur Realisierung einer sicheren Prozessüberwachung wird die Staubströmung unter Einsatz eines SIL-zertifizierten Druckaufnehmers erfasst. Dieser Druckaufnehmer misst kontinuierlich den Reibungsdruckverlust eines strömenden Mediums, wie zum Beispiel Staub oder insbesondere Brennstaub, über eine definierte Rohrleitungslänge. Ein Erliegen der Staubströmung hat einen Abfall des Differenzdruckes über die Messstrecke zur Folge. Dieser Abfall dient als Indikation für die Überwachung. Durch den Einsatz von sogenannten Druckverlustelementen kann der sich durch die Staubströmung einstellende Druckverlust soweit variiert werden, sodass man ein ausreichend großes Messsignal erhält. Bei den Druckverlustelementen handelt es sich um verschleißarme Rohrleitungsabschnitte, welche einen im Vergleich zur bestehenden Förderleitung geringeren Innendurchmesser aufweisen.To ensure reliable process monitoring, the dust flow is detected using a SIL-certified pressure transducer. This pressure transducer continuously measures the friction pressure loss of a flowing medium, such as dust or, in particular, fuel dust, over a defined pipeline length. Deterioration of the dust flow results in a drop in the differential pressure across the measuring path. This waste serves as an indication for monitoring. Through the use of so-called pressure loss elements, the pressure loss that occurs as a result of the dust flow can be varied so that a sufficiently large measurement signal is obtained. In the pressure loss elements are low-wear pipe sections, which have a smaller compared to the existing delivery line inner diameter.

Es gibt zwei Varianten zur Messung des Strömungsdruckverlustes:

Variante 1: Der Differenzdruck wird über zwei Druckentnahmestellen in der Förderleitung gemessen.
Variante 2: Der Differenzdruck wird über eine Druckentnahme in der Förderleitung beziehungsweise am Verbraucher/Empfänger gebildet.

There are two variants for measuring the flow pressure loss:

Variant 1: The differential pressure is measured via two pressure taps in the delivery line.
Variant 2: The differential pressure is formed via a pressure discharge in the delivery line or at the consumer / receiver.

Die aus dem Unterteil des Dosierbehälters herausführenden Förderleitungen können horizontal oder, wie in der Figur dargestellt, vertikal angeordnet sein. Der Druck in den Förderleitungen kann zwischen 1 und 60 bar liegen. Der Förderleitungsdurchmesser kann in Abhängigkeit von der Förderleistung und der Anzahl der Förderrohre zwischen 10 und 80 mm gewählt werden.The out of the lower part of the metering outgoing feed lines can be arranged horizontally or, as shown in the figure, vertically. The pressure in the delivery lines can be between 1 and 60 bar. The delivery pipe diameter can be selected between 10 and 80 mm, depending on the delivery rate and the number of delivery pipes.

Claims

Device for fast and reliable detection of the flow of pneumatically conveyed fuel dust, in which A pressure loss element is present in a pipeline through which the fuel dust flows, A SIL-certified pressure transducer for measuring a pressure loss Δp is connected with its two connections upstream of and behind the pressure-loss element, respectively, - An evaluation device for evaluating the detected by the pressure transducer measured value for the pressure loss is given.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the pressure loss element is given by a low-wear pipe section with reduced relative to the pipe inner diameter.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the pressure loss element is given by a pipe of predetermined length, in which by the flow of the fuel dust, a corresponding frictional pressure loss is given.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation is given by the detection of the overshoot or undershooting of a threshold value for the pressure loss.

Apparatus according to claim 4, characterized in that when exceeding the threshold value for the pressure loss, a predetermined flow of the fuel dust is present.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the flow-related pressure loss is given in a range between 50 mbar and 1000 mbar.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pipeline has a diameter between 10 mm and 80 mm.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the connection is connected in the flow direction behind the pressure loss element with the receiver of the fuel dust.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pipe is arranged between the metering and the reactor of a plant for the pressure gasification of fuel dust.