DE2203746A1

DE2203746A1 - Fließbett aus Kugeln

Info

Publication number: DE2203746A1
Application number: DE19722203746
Authority: DE
Inventors: Stephen S.; Markant Henry P.; Alliance Ohio Strom (V.St.A.). P
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1971-04-02
Filing date: 1972-01-27
Publication date: 1972-10-12
Also published as: CA964990A; JPS4733878A; IT941596B; ES397366A1; GB1366941A; US3749380A; JPS518756B2; DE2203746B1; DE2203746C2

Description

. \Ue» C-OeKHaHiI is^anaTetvc O O Π Q 7 / β

PATENTANWALT Δ LKJ O /HO

26. Januar 1972 Anw.-Akte: 27.21

PATENTANMELDUNG SBSSSSSSSBSBSBSaSSSCSSSSSS=SSSSSS=SSSSSSSSBSSSSSSSSSSSSSSSSSS=SSB Angelder: The Babcock & Wilcox Company,

161 East 42nd Street, New York, N. Y. 10017 -U.S.A.i

Titel χ

Fließbett aus Kugeln

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Optimierung des Grenzflächenkontakts zwischen Medien verschiedener Art, die in GegenstroM zwecks Absorption von Verunreinigungen fließen; weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren fUr die Verwendung der Vorrichtung. Im besonderen betrifft die Erfindung eine Vergrößerung des wechselseitigen Kontakts zwischen solchen Medien verschiedener Art fUr die Optimierung der Absorption von Verunreinigungen, wobei eines der Medien eine FlUssigkeitsuspension und/oder eine ein Absorptionsmittel enthaltende Suspension ist und das andere ein Gas, welches die Verunreinigungen enthält.

Bei gasförmigen Medien wird das Rückgewinnungsverfahren im allgemeinen mit Einrichtungen klassischer Art, wie z. B. in Türmen, Venturis

209842/1013

und dergleichen, durchgeführt. Jede dieser Einrichtungen kann normalerweise bei Konstantlast ziemlich wirksam sein, jedoch treten gewöhnlich Schwierigkeiten auf, wenn die Last des gasförmigen Mediums geändert wird. Dies tritt besonders in Erscheinung, wenn die Last um etwa 50 bis 75 % gegenüber der Auslegungsleistung gesenkt wird.

So ist es z. B. in Kraftwerken üblich, in einem Lastbereich von 3 bis 4 zu 1 zu fahren. Weiterhin ist es nicht ungewöhnlich, Kraftwerkskessel während längerer Zeiträume in der Größenordnung von etwa 6 Monaten auf Halblast zu betreiben. Infolgedessen wird aber bei den konventionellen Absorptionsvorrichtungen der Wirkungsgrad des Absorptionsverfahrens im allgemeinen drastisch vermindert, wenn eine solche Last herabgesetzt und auf einem so niedrigen Wert gehalten wird.

Das zuvor genannte Problem besteht, weil, wie bereits zum Ausdruck gebracht wurde, der Wirkungsgrad des Absorptionsverfahrens normalerweise in dem Maße sinkt, wie die Gasmenge von den Auslegungslasten abweicht. So ist z. B. bei einem Verfahren für die Absorption von Schwefeldioxyd durch Kalkstein festgestellt worden, daß der Wirkungsgrad nicht nur von der spezifischen Fläche des Absorptionsmittels pro Flüssigkeitsvolumeneinheit abhängt, sondern auch von dem Verhältnis zwischen der FlUssigkeitshaltezeit des Systems und der Gasmenge. Die FlUssigkeitshaltezeit in einer einfachen Kolonne ist eine direkte Funktion der Flüssigkeit und der Gasmenge. Wenn die Gasmenge verringert wird, nimmt auch die FlUssigkeitshaltezeit ab. Das Nettoergebnis bei der Abnahme der Haltezeit und der Gasmenge ist eine Verminderung des Absorptionswirkungsgrads. Deshalb verursacht eine Herabsetzung der Gasmenge unter gewissen Verhältnissen auch eine Verminderung der Absorption.

- 3 209842/1013

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Fließbett zu schaffen, das die beschriebenen Nachteile nicht mehr aufweist und das eine konstante Absorptionsleistung durch die Flüssigkeitssuspension in einem veränderlichen Gasmengen-Lastbereich aufrechtzuerhalten imstande ist.

Im einzelnen besteht die Aufgabe darin, ein Fließbett zum Einsatz in der Kontaktzone eines Absorptionsrieselturmes mit unterschiedlichen, im Gegenstrom geschalteten Medien zu schaffen, wobei das Fließbett verbesserte Absorptionswirkungsgrade in einem breiten Gas- und FlUssigkeitsströmungsbereich durch diese Zone aufrechtzuerhalten imstande ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß das Fließbett eine Grundplatte mit zahlreichen runden Öffnungen aufweist, die als Sitze für durchbohrte hohle Kugeln dienen, die auf die Gasströmung reagieren und deren Bewegung durch eine Vorrichtung sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung begrenzt wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die schwersten der Kugeln an den äußeren Enden der Anordnung angeordnet und sie weisen eine geringere Dichte auf, als die Flüssigkeit, während die leichtesten der Kugeln eine größere Dichte als das Gas haben, so daß die Gas- und Flüssigkeitsverteilung Über den gesamten Querschnitt der Absorptionskolonne in einem breiten Lastbereich optimiert wird.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, in dem Fließbett mindestens einen inneren Längskern aus Kugeln anzuordnen, die ein verhältnismäßig

209842/1013

leichtes Gewicht haben, wobei der Kern von mindestens einem Längsrand aus Kugeln mit einem verhältnismäßig höheren Gewicht und einem Längsrand aus Kugeln verhältnismäßig mittleren Gewicht begrenzt wird.

In der Praxis hat sich eine Anordnung bewährt, die fortschreitend mindestens einen Innenkern aus Kugeln verhältnismäßig niedrigeren Gewichtes und einen Außenrand aus Kugeln verhältnismäßig höheren Gewichts aufweist. Dabei wird mindestens eine Lage Kugeln verhältnismäßig mittleren Gewichtes zwischen dem Innenkern und Außenkeewrand angeordnet.

In einer Abänderung wird die Anordnung fortschreitend mindestens mit einem Längskern verhältnismäßig leichten Gewichtes und einem Ufngsrand verhältnismäßig höheren Gewichtes ausgestattet, wobei zwischen denselben eine Längslage aus Kugeln verhältnismäßig mittleren Gewichtes angeordnet wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen voralle« darin, ein verbessertes Fließbett zu schaffen, das wirtschaftlicher im Betrieb ist, als konventionelle Anlagen und bei dem zusätzlich der Absorptionswirkungsgrad bei jeder Belastung in der Größenordnung von etwa 90 gehalten werden kann.

Einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Fließbettes besteht darin, daß bei normaler Last alle Kugeln schweben. Diese Schwebung erlaubt eine konstante FlUssigkeitshaltezeit Über der Berechnungslast. Wenn die Gaslast jedoch vermindert wird, dann schweben die schwereren

209842/1013

Kugeln nicht mehr oder jedenfalls nicht so stark wie zuvor. Infolgedessen wird die Gasmenge zu den leichteren Kugeln strömen, die noch schweben, und eine konstante Haltezeit wird bei Lastminderung aufrechterhalten. Außerdem ist jede der Kugeln ein hohles, angebohrtes Teil, so daß die Kugeln, wenn sie sich auf das Bett absetzen, nicht vollständig die Ringöffnungen versperren werden. Wenn also die Flüssigkeit die Form eines Schlamms hat, wird eine Verstopfung durch toten Raum nicht vorkommen und eine vollständige Sperrung des Betts wird vermieden.

Wie zuvor beschrieben, sind durch die richtige Wahl der Gewichte der verschiedenen Kugeln Regelverhältnisse von zwei oder drei und eventuell sogar noch höhere praktisch durchfuhrbar unter Aufrechterhaltung eines konstanten Wirkungsgrads. So betrug z. B. in einem Rieselturm, der in Reihe mit zwei Stufen des erfindungsgemäßen Fließbettes ausgerüstet war, in dem der flüssige Schlamm, welcher etwa 5 % eines festen CaC(L - Absorptionsmittels mit einer Teilchengröße von 3 Mikron

enthielt, in einer Menge von etwa 11700 kg/h/m strömte, der Wirkungsgrad bei der Absorption von Schwefeldioxyd aus dem Gas etwa 90 % in einem Gasströmungsbereich von etwa 0,61 bis 3,66 m pro Sekunde. Ein weiterer zusätzlicher Vorteil, den man bei dieser Art von Fließbett erreichen kann, besteht darin, daß man es einfach durch Änderung des Gewichts der Kugeln für einen Betrieb selbst oberhalb der Auslegungsleistung umstellen kann.

Zusammenfassen ist festzustellen, daß es das erfindungsgemäße Fließbett durch die richtig« Wahl der Füllung oder Kugeln erlaubt, ein

209842/1013

hohes Regelverhältnis unter Einhaltung einer konstanten Haltezeit zu erzielen, wodurch ein optimaler Absorptionswirkungsgrad in einem breiten Lastbereich erreicht wird. Die erfindungsgemäße StUtz- oder Grundplatte ermöglicht es der Füllung oder den Kugeln, die runden öffnungen teilweise zu sperren, wenn sie sich nicht in der Schwebe befinden. Somit schließt die offene Ausführung der Kugeln eine vollständige Blockierung einzelner Abschnitte aus. Darüber hinaus kann das Fließbett in Reihe als Einzelstufe oder als ein Glied einer mehrgliederigen Stufe je nach der Größe der Kontaktzone des Turms eingesetzt werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Rieselturms mit dem darin eingebauten Fließbett im Schnitt,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht einer Vorrichtung zur Kugelhalterung,

Fig. 4 und 6 Ansichten verschiedener Kugelanordnungen über den Querschnitt des Fließbettes.

Grob gesagt, besteht die Erfindung aus einem Fließbett aus Kugeln, von denen jede einen linear bestimmten vertikalen Weg hat, bei einer im wesentlichen geringen horizontalen Breite, dieses Weges, und zwar in einem freien Strömungsbereich oberhalb eines solchen

209842/1013

Betts, der Weg entspricht zwischen 3,5 und 5,0 mal dem Durchmesser der Kugeln.

Im besonderen besteht das Fließbett aus einer Grundplatte für die Kugeln mit einer Vielzahl von Sitzen in Form von runden Öffnungen; auf jeder dieser Öffnungen sitzt eine durchbohrte, hohle Kugel, die einen linear bestimmten vertikalen Strömungsweg, ohne im wesentlichen irgendeine horizontale Breite, in einem freien Strömungsweg oberhalb eines solchen Betts hat; ein solcher Weg entspricht zwischen 3,5 und 5,0 mal den Durchmesser der Schwebekugeln, von denen jede lösbar einem jeweiligen Sitz in einer Gesamtanordnung unterschiedlicher Dichte zugeordnet ist und auf die aktiven Kräfte einer in Gegenstrom geschalteten Flüssigkeit und eines Gases anspricht.

Bei der bevorzugten AusfUhrungsform, wie sie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, ist das Fließbett mit einer Grundplatte 10 ausgerüstet, die eine Vielzahl von runden Öffnungen 11 hat, auf denen zahlreiche Hohlkugeln 12 aufliegen. Die zuvor genannten Kugeln sind je mit einer Vielzahl Bohrungen 13 versehen, die einen Zugang zum Innern ermöglichen. Das Bett ist auch mit einem wegbestimmenden Teil versehen, wie z. B. einem offenen Drahtgitterwerk 14, das jede der Kugeln in einen bestimmten freien Strömungsweg oder -bereich oberhalb einer jeweiligen runden Öffnung in der Grundplatte 10 zwingt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist das aus Kugeln bestehende Fließbett in einem bestimmten Bereich eines Rieselturms 15 angeordnet, in welchem ein Kontakt hergestellt wird zwischen einer Flüssigkeits-

209842/1013

suspension 16, die nach unten in Form eines Sprühnebels aus einer DUse 17 rieselt, und einem nach oben sich bewegenden Gasmedium 18, das gewöhnlich von einem nicht dargestellten Gebläse gedruckt wird. Die FlUssigkeitssuspension 16 enthält gewöhnlich ein Absorptionsmittels, wie z. B. Kalziumkarbonat, das benutzt wird, um Verunreinigungen, wie z. B. Schwefeldioxyd, aus dem Gas 18 zu entfernen. In einigen Fällen kann die Flüssigkeit jedoch durch andere Mittel in die Kontaktzone geleitet werden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, können die Anzahl und die Größe einer jeden der einzelnen Bohrungen 13 in den einzelnen Hohlkugeln 12 be -nutzt werden, um deren Gewicht zu kontrollieren und dadurch die Hubeigenschaften der Kugeln in der Kontaktzone des Rieselturms zu bestimmen. Es gibt jedoch noch viele andere Mittel, die zur Gewichtskontrolle der einzelnen Kugeln verwendet werden können, einschließlich Änderungen bei der Dichte oder der Stärke der Kugeln konstanten Volumens; außerdem kann Gewicht durch Zusätze entsprechender Wahl hinzugefügt werden.

Fig. 3 zeigt ein typisches Gitterwerk, das verwendet werden kann, um den Fluchtweg der Kugeln zu kontrollieren. In diesem Fall besteht das Gitterwerk 14 aus einem offenen Drahtrost, der vertikale und horizontale Führungsschienen 19 und 20 besitzt, um den freien Strömungsweg der Kugeln oberhalb der runden Öffnungen 11 in der Grundplatte 10 zu begrenzen. Die gleiche Wirkung kann jedoch mit einer Rostkonstruktion erzielt werden, die eine etwas geringere Fläche zwischen den Traversen einer jeden der Führungsschienen hat, solange die einzelnen Kugeln linear an einen vertikalen Weg gebunden werden, der nur irgendeine geringe horizontale Breite aufweist.

209842/1013

Die Kugeln werden vorzugsweise auf den runden Sitzen 11 in einer durch das Gewicht bestimmten Geeamtanordnung verteilt. Im allgemeinen sollen die schwersten Kugeln an den äußersten Enden der Anordnung liegen und die leichtesten Kugeln den zentralen Kern der Anordnung bilden. FUr die Optimierung des Verfahrens sollen die schwersten Kugeln eine Dichte aufweisen, die geringer als die der flüssigen Suspension ist, während die leichtesten Kugeln eine Dichte haben sollen, die größer als die des Gases ist. Es gibt jedoch viele andere Anordnungen, die möglich sind, solange die Kugeln so verteilt werden, daß eine optimale Gas-Flüssigkeitsverteilung über den Querschnitt der Absorptionskolonne in einem breiten Lastbereich erzielt wird.

In einem Fall, der in Fig. 4 dargestellt ist, ist die Anordnung der Kugeln so gewählt worden, daß wenigstens ein innerer Kugel-Längskern, der aus Kugeln von verhältnismäßig niedrigem Gewicht 21 besteht, von wenigstens zwei Kugel-Längsrändern begrenzt wird, von denen der eine aus Kugeln verhältnismäßig höheren Gewichts 22 besteht und der andere aus Kugeln 23, die ein Gewicht besitzen, welches zwischen dem leichtesten und dem schwersten Gewicht der Kugeln in der Anordnung liegt.

In Fig. 5 ist eine andere Anordnung dargestellt; hier sind die Kugeln so plaziert, daß diejenigen, die ein verhältnismäßig niedriges Gewicht 21 haben, einen Innenkern der Anordnung bilden; außen liegt wenigstens ein Rand aus Kugeln 22 verhältnismäßig höheren Gewichts und dazwischen liegt dann wenigstens eine Lage aus Kugeln 23, die ein Zwischengewicht aufweisen.

- 10 209842/1013

Bei einer weiteren wahlweisen Anordnung - siehe Fig. 6 - sind die Kugeln gewichtsweise in Reihen verteilt, wobei auf wenigstens einen Längsrand aus Kugeln verhältnismäßig hohen Gewichts 22 wenigstens eine Innenreihe aus Kugeln verhältnismäßig leichten Gewichts 21 folgt und wenigstens eine Kugelreihe 23 dazwischen angeordnet wird, die aus Kugeln mit einem Gewicht besteht, das zwischen den Gewichten der Kugeln 21 und 22 liegt.

Es ist festgestellt worden - und die Ergebnisse werden unten in Tabelle I aufgeführt - , daß eine Kugel der zuvor genannten Art, die eine Fläche bestimmter Scheindichte hat, sich von der Schicht hebt, wenn die Geschwindigkeit des Gases einen bestimmten Wert erreicht, und in der Schwebe bleibt, bis sie an dem oberen Begrenzungsrost gehalten wird, wenn eine solche Geschwindigkeit einen zweiten Wert überschreitet, der ebenfalls unten aufgeführt ist. In diesen Fällen betrug die Flüssigkeitsmenge etwa 25 000 Kilogramm pro Stunde und Quadratmeter.

Tabelle I	GasgeschwindigKeit (m /see) Heben halten**	1,67
Scheindichte der Kugel * (Kg/m²)	10	2,74
β) 0,77	1,22	3,66
b) 0,87	1,83	4,27
c) 1,08	1,98	5,48
d) 1,11	2,44
e) 1,52

* Kilogramm pro Quadratmeter Kugelfläche

** m pro Sekunde, beruhend auf der freien Strömung uerschnittsfläche der Absorptionskolonne.

- 11 -

2098-42/1013

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Fließbett aus Kugeln zur Absorption durch Grenzflächenkontakt zwischen Medien im Gegenstrom, wobei eines der Medien ein Verunreinigungen enthaltendes Gas und das andere eine Verunreinigungen aufnehmende Flüssigkeit ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließbett eine Grundpaltte (10) mit zahlreichen runden Öffnungen (11) aufweist, die als Sitze für durchbohrte hohle Kugeln (12) dienen, die auf die Gasströmung reagieren und deren Bewegung durch eine Vorrichtung (14) sowohl in horizontaler und vertikaler Richtung begrenzt ist.

2. Fließbett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (12) auf den Öffnungen (11) in einer nach ihrem Gewicht bestimmten Gesamtanordnung verteilt sind, wobei die schwersten der Kugeln an den äußersten Enden der Anordnung angeordnet sind und eine geringere Dichte haben als die Flüssigkeit, während die leichtesten der Kugeln eine größere Dichte als das Gas haben.

3. Fließbett nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung mindestens einen inneren Längskern aus Kugeln hat, die ein verhältnismäßig leichtes Gewicht haben, wobei der Kern von mindestens einem Längsrand aus Kugeln mit einem verhältnismäßig höheren Gewicht und einem Längsrand aus Kugeln verhältnismäßig mittleren Gewichts begrenzt ist.

- 12 -

209842/1O13

4. Fließbett nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung fortschreitend mindestens einen Innenkern aus Kugeln verhältnismäßig niedrigen Gewichts und einen Außenrand aus Kugeln verhältnismäßig höheren Gewichts hat, wobei mindestens eine Lage Kugeln verhältnismäßig mittleren Gewichts zwischen denselben angeordnet ist.

5. Fließbett nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung fortschreitend mindestens einen Längskern verhältnismäßig leichtens Gewichts und einen Längsrand verhältnismäßig höheren Gewichts hat, wobei zwischen denselben eine Längslage aus Kugeln verhältnismäßig mittleren Gewichts angeordnet ist.

209842/1Ö13