DE2506080C2

DE2506080C2 - Vorrichtung zur Wärmereaktion von körnigen Feststoffen in der Wirbelschicht

Info

Publication number: DE2506080C2
Application number: DE2506080A
Authority: DE
Inventors: Albert Paris Godel
Original assignee: Société Fives-Cail Babcock, Paris
Priority date: 1974-02-14
Filing date: 1975-02-13
Publication date: 1987-01-29
Also published as: SU1085500A3; FR2261051B1; DD117613A5; FR2261051A1; US3982884A; CA1032735A; DE2506080A1; PL94961B1; IN141130B; CS207338B2; ZA75741B; GB1491558A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmereaktion von körnigen Feststoffen in der Wirbelschicht, die auf einer beweglich ausgebildeten oder Mittel zur Fortbewegung der sich darauf absetzenden Agglomerate aufweisenden Unterlage angeordnet ist, wobei die Wirbelschicht mittels Trennwänden in mindestens zwei Reaktionsabschnitte unterteilt ist, die untereinander in Verbindung stehen, wobei die Unterlage mindestens im Bereich des zweiten Reaktionsabschnittes ansteigend ausgebildet ist.
Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-PS 9 45 503 bekannt. Dort ist die Wirbelschicht in einem einheitlichen Reaktionsraum auf einer als Wanderrost ausgebildeten Unterlage gelagert. In die Wirbelschicht ragen zwei Trennwände hinein, welche in einem Abstand von der Unterlage enden und auch den Reaktionsraum selbst nicht in einzelne Kammern trennen. Die Trennwände dienen dazu, daß die durch den Wanderrost hervorgerufene Materiallängswanderung bzw. -rotation unterbrochen und fraktioniert wird. Die Oberfläche der Wirbelschicht ist in allen drei Reaktionsraum-Abschnitten gleich. Der als Unterlage dienende Wanderrost ist im Bereich des in Bewegungsrichtung des Wanderrostes liegenden dritten Reaktionsraum-Abschnittes nach oben geneigt ausgebildet.
In dem einheitlichen Reaktionsraum herrschen einheitliche Druck- und Temperaturverhältnisse, welche durch die in die Wirbelschicht hineinragenden Trennwände nicht beeinflußt werden.
Diese bekannte Vorrichtung ist zur Verbrennung von Kohle in einer Wirbelschicht bzw. einem Fließbett vorgesehen. Durch die stattfindende Wärmeeinwirkung auf die einzelnen Kohle-Partikel backen die dabei schmelzbar werdenden Produkte vorzugsweise untereinander zusammen, ohne mit den Partikeln des Ausgangsmaterials zu agglomerieren. Hierbei bilden sich im Laufe des Reaktionsprozesses immer größere Agglomerate, welche sich nach Erreichen einer bestimmten Größe auf der Fließbettunterlage absetzen und von dieser entfernt werden müssen, um das Zusetzen der Wirbelschicht zu vermeiden, durch den der das Fließbett bzw. die Wirbelschicht formende Gasstrom hindurchgeht.
Diese bekannte Vorrichtung ist aber nicht dazu geeignet, die Vergasung von körnigen Brennstoffen bzw. die Herstellung von Klinkern in Zementfabriken etc. durchzuführen. Hierfür ist die Anwendung von tiefen Wirbelschichten notwendig, welche mit der bekannten Vorrichtung nicht zufriedenstellend arbeiten können.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche geeignet ist, unterschiedliche Materialien, insbesondere solche von stark differierenden Korngrößen, einer Wärmereaktion zu unterziehen, wobei die infolge der Reaktion entstehenden Agglomerate aus dem laufenden Reaktionsprozeß und aus dem sich noch in Reaktion befindlichen Material kontinuierlich ausgesondert werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ein Reaktionsabschnitt als tiefes Hauptbett in einer ersten Kammer und ein daneben angeordneter Reaktionsabschnitt als weniger tiefes Nebenbett in einer zweiten Kammer ausgebildet ist, wobei die Kammern bis auf eine Verbindung, welche unmittelbar über der beweglichen Unterlage angeordnet ist, voneinander getrennt sind, außerdem die zweite Kammer mit einem gasdichten Ausgang versehen ist und wobei die Bewegung der Unterlage bzw. der darauf vorgesehenen Mittel zur Fortbewegung der Agglomerate zur zweiten Kammer hin gerichtet ist bzw. sind.
In vorteilhafter Ausbildung dieser Vorrichtung ist die beweglich ausgebildete Unterlage ein Wanderrost und ist im Bereich der zweiten Kammer aus der Oberfläche der Wirbelschicht herausragend ausgebildet.
Diese vorbeschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Herstellung unterschiedlicher Druckverhältnisse in den beiden Reaktionsräumen, welche erforderlich sind, um Materialien unterschiedlichster Formgröße verwenden zu können. Denn von der Materialbeschaffenheit (Körnung etc.) ist nämlich die Tiefe der Fließbettschichten abhängig, mit anderen Worten, die "Durchlässigkeit" des Materials steht in einem bestimmten Verhältnis zur Wirbelschicht-Tiefe bzw. zur Dicke der Materialschicht, welche in Reaktion versetzt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 2 einen vertikalen Längsschnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1 und
Fig. 3 einen vertikalen Längsschnitt gemäß Linie III-III in Fig. 1.
Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Schacht E mit einem Boden 1, mit zwei vertikalen, als vordere und hintere Mauer des Aufbaues angeordneten Wänden 2 und 3 sowie mit zwei vertikalen Seitenwänden 4 und einer Decke 5. In der hinteren Wand 3 ist an ihrem unteren Abschnitt eine rechtwinkelige Öffnung 6 vorgesehen, die sich bis zum Boden 1 erstreckt; der Schacht E ist, ausgehend von der Wand 3, nach hinten durch zwei Wände 7 verlängert, die beiderseits der Öffnung 6 angeordnet sind, sowie durch eine Decke 8 in Höhe des oberen Randes der Öffnung.
Der obere Teil der Öffnung 6 ist durch eine Trennwand 9 abgedeckt, die eine Verlängerung der Wand 3 nach unten darstellt.
Auf diese Weise bildet der Schacht E zwei nebeneinanderliegende Kammern, eine erste Kammer 10 mit großer Höhe und eine zweite niedrige Kammer 11, welche miteinander durch den nicht abgedeckten Teil der Öffnung 6 in Verbindung stehen.
Die erste Kammer 10 weist einen Zwischenboden 12 mit nach hinten ansteigender Neigung auf, in welchem eine längsverlaufende Ausnehmung angeordnet ist, die ebenso breit oder annähernd so breit wie die Öffnung 6 ist. Die Ausnehmung 13 ist durch eine beweglich ausgebildete Unterlage 15 abgedeckt, welche bei dieser Ausführungsform aus dem oberen rechteckigen Strang 16&min;, einer endlosen Kette 14 mit nach unten durchhängendem Strang 16&min;&min; gebildet ist. Die endlose Kette 14 greift über eine vordere Walze 17, die in einer in der Vorderwand 2 ausgesparten Öffnung angeordnet ist, und über eine hintere Walze 18, welche sich auf einer Querwand 19 abstützt. Der obere Strang 16&min; der endlosen Kette 14 bildet einen Wanderrost, der sich von vorn nach hinten ansteigend bewegt, und eine Einrichtung 20 in bekannter Ausführung bläst Gas an der Unterseite des Wanderrostes zur Formung der Fließbetten in den Schacht ein.
An ihrem hinteren Ende ist die zweite Kammer 11 durch eine Querwand 21 abgeschlossen und weist zwischen dieser und der Wand 19 eine quergerichtete Trennwand 22 auf, welche ebenso wie die Wand 21 mit ihrem unteren Ende in einen Wasserbehälter als gasdichten Ausgang 23 eintaucht, der einen Schlackengraben mit hydraulischer Sperre für den durch die Wände 7, 21 und 22 begrenzten Kanal bildet.
Die beiden die erste Kammer 10 des Schachtes E begrenzenden Seitenwände 4 sind mit einer Reihe von Düsen oder Mundstücken 24, welche zur Versorgung der Kammer 10 mit Gas zum Erhitzen und/oder zur chemischen Behandlung dienen, und mit einer zweiten, höher angeordneten Reihe von Düsen 25 ausgerüstet, die für die pneumatische Einführung von Materialpartikeln vorgesehen sind.
Ein Rohrstutzen 26 durchdringt die Vorderwand 2 an ihrem oberen Abschnitt und dient gleichfalls zur Versorgung der Kammer 10 mit körnigem Material.
Ein Gasabzugsrohr 27 durchdringt die Decke 5 der ersten Kammer 10 und führt zu einem Zyklon 28, welcher mit einem oberen Gasabzugsrohr 29 und einem unteren Rohr 30 versehen ist, welches Feststoffe der Kammer 10 wieder zuführt. Das Rohr 27 ist mit einem Ansatz 31 versehen, der in Strömungsrichtung gesehen, vor dem Eintritt des Rohres in den Zyklon 28 angeordnet ist.
Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Anlage an einer als Beispiel gewählten besonderen Anwendungsart beschrieben, die die Vergasung von Brennstoff, Kohle oder kohlenstoffhaltigem Material betrifft.
Bei dieser Anwendung bildet das zu vergasende, der Anlage zugeführte Material zwei Betten, ein tiefes in der ersten Kammer 10 und ein weniger tiefes in der zweiten Kammer 11, dessen Oberfläche sich annähernd in der Höhe des unteren Randes der Wandung 9 befindet, die vorzugsweise durch Wasser gekühlt wird. Die beiden Betten ruhen auf der Unterlage 15, gebildet von dem oberen Strang 16&min; der endlosen Kette 14.
Die Vorrichtung 20 bläst heiße Luft von beispielsweise 100 bis 150°C unter die Unterlage 15. Diese warme Luft durchdringt die beiden Fließbetten; da das Rohr 27 infolge des gasdichten Ausgangs 23 die einzige Abzugsleitung für den gesamten Schacht E bildet, kann das in der zweiten Kammer 11 ausströmende Gas nur durch die Wirbelschicht der ersten Kammer 10 hindurch entweichen und trägt deshalb zur Vergasung des diese Wirbelschicht bildenden Brennstoffes bei, genau so wie die diesem direkt zugeführte Luft. An der freien Oberfläche der Wirbelschicht in der zweiten Kammer 11 existiert daher ein Überdruck, so daß sich die beiden Wirbelschichten im Gleichgewicht befinden.
Da die Produktion von Gas mit hohem Heizwert durch Vergasung eine große Wärmezufuhr erfordert, wird in die Wirbelschicht der ersten Kammer 10 durch die Rohre 24 Luft mit einer Temperatur von etwa 500°C eingeblasen, mit viel höherer Temperatur also, als sie die durch den Verteiler 20 eingeführte Luft besitzt, was unter anderem den Vorteil bietet, daß der Rost vor zu hohen Temperaturen geschützt ist.
Im Betrieb wird die Anlage mit Brennstoff versorgt, entweder direkt in die Masse des Hauptbettes mit Hilfe der Düsen 25, durch Verteilung auf der Oberfläche über den Zulauf 26 oder auch auf beide Arten.
Die erzeugten Gase, die oben in der ersten Kammer 10 ausströmen treten durch das Rohr 27 aus und gelangen in den Entstaubungszyklon 28.
Der feste Anteil kehrt durch die Leitung 30 in die Wirbelschicht der ersten Kammer 10 zurück, während der gasförmige Anteil durch die Leitung 29 zu einer Speicherstelle abgezogen, einer Nutzbarmachung zugeführt wird, oder auch einem oder mehreren Separatoren, Zyklonen oder dgl., die dem Zyklon 28 in Reihe nachgeschaltet sind.
Der Ansatz 31 dient zur Versorgung des Schachtes E mit Brennstoff durch das Rohr 27, in welchem eine Rückgewinnung der Wärme des erzeugten Gases durch direkten Wärmeaustausch zwischen dem Gas und dem neu zugeführten Brennstoff erfolgt.
Die selbst zusammenbackende Schlacke S, die sich im Betrieb der Anlage bildet, setzt sich auf der Unterlage 15 ab und gelangt aufwärts mit ihr zur weniger tiefen Wirbelschicht der zweiten Kammer 11, durchquert deren Oberfläche und fällt zwischen den Trennwänden 21, 22 in den Schlackengraben 23, der eine hydraulische Sperre darstellt.
Im veranschaulichten Beispiel befindet sich die höchste Stelle der Unterlage 15 annähernd in derselben Höhe wie der untere Rand der Trennwand 9, welcher ebenfalls in dieser Höhe angeordnet ist. Für andere Anwendungsfälle können auch Höhenunterschiede vorgesehen sein, beispielsweise kann das obere Ende der Unterlage 15 vorteilhaft höher als der untere Rand der Trennwand 9 angeordnet sein, um zu bewirken, daß die Schlacke über die Oberfläche der weniger tiefen Wirbelschicht der zweiten Kammer 11 merkbar hervortritt. Ebenso kann der untere Rand der Trennwand 9 niedriger als die Oberfläche der Wirbelschicht der zweiten Kammer 11 angeordnet sein. In jedem Fall ist der Durchgang, durch den die beiden Wirbelschichten in Verbindung stehen, ein an ihrer Basis versenkt angeordneter Durchgang.
Es ist vorteilhaft, durch das Rohr 32 auf die Oberfläche der den Rost überragenden Schlacke Gas zu blasen, um ihre Entstaubung zu verbessern.
Selbstverständlich können die beschriebenen und dargestellten Anordnungen verschiedene Varianten und Modifikationen erfahren, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird.
So können die seitlichen Einspritzdüsen 25 für den Brennstoff in bezug auf die Lufteinblasdüsen anders angeordnet sein und sich beispielsweise in derselben Höhe wie diese befinden.
Es kann auch der neu zugeführte Brennstoff auf anderem als auf pneumatischem Wege eingebracht werden, beispielsweise durch mechanische Mittel.
Der Zyklon oder die Zyklone zum Entstauben oder andere Separatoren könnten zum Wärmeaustausch zwischen den erzeugten Gasen und dem frischen Brennstoff dienen, um Wärme zurückzugewinnen, wie es in Zementfabriken üblich ist.
Ebenfalls zur Wärmerückgewinnung könnte auch ein Wärmeaustausch zwischen den erzeugten Gasen und der Luft oder anderen einzublasenden Gasen erfolgen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung ist oberhalb der tiefen Wirbelschicht aus in Reaktion befindlichen Feststoffen eine zweite Wirbelschicht zur Behandlung der von dieser Schicht herrührenden Gase vorgesehen, wobei diese Behandlung beispielsweise in einer Entschwefelung bestehen könnte, insbesondere bei der Vergasung von Brennstoffen.
Die Unterlage 15 braucht nur an einem Abschnitt seines Weges, und zwar an seinem hinteren Abschnitt, eine Neigung aufzuweisen. Er könnte anders als mit einer durchhängenden Kette ausgeführt sein und die erfindungsgemäße Anlage könnte beispielsweise unter Verwendung eines Schüttelrostes oder eines gemischten Rostes mit einem Abschnitt als Rost mit horizontaler Kette und einem Abschnitt als Rost mit Mitnehmern oder mit einer geneigten, einen horizontalen Rost verlängernden Schnecke zum Abführen der durch das Schmelzen erzeugten Agglomerate versehen sein.
Für die Vergasung kann ganz oder teilweise die Luft durch ein Gemisch von Sauerstoff und Wasserdampf ersetzt werden.
Im übrigen ist die Erfindung nicht auf die beschriebene, sich auf die Vergasung von Brennstoff beziehende Anwendung beschränkt. Sie ist auch für die Herstellung von Klinkern in Zementfabriken geeignet, und insbesondere anwendbar für alle Reaktionen, die einen Vorteil aus der Anordnung eines unter der Wirbelschicht angeordneten Rostes für die Zuführung von Gas zur Formung dieser Wirbelschicht ziehen, wobei die tiefen in dieser Weise ausgeführten Wirbelschichten unter anderem den Vorteil bieten, ein Verfahren mit Material mit wesentlich größerer Körnung durchführen zu können, als dies bei weniger tiefen Wirbelschichten möglich ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Wärmereaktion von körnigen Feststoffen in der Wirbelschicht, die auf einer beweglich ausgebildeten oder Mittel zur Fortbewegung der sich darauf absetzenden Agglomerate aufweisenden Unterlage angeordnet ist, wobei die Wirbelschicht mittels Trennwänden in mindestens zwei Reaktionsabschnitte unterteilt ist, die untereinander in Verbindung stehen, wobei die Unterlage mindestens im Bereich des zweiten Reaktionsabschnittes ansteigend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktionsabschnitt als tiefes Hauptbett in einer ersten Kammer (10) und ein daneben angeordneter Reaktionsabschnitt als weniger tiefes Nebenbett in einer zweiten Kammer (11) ausgebildet ist, wobei die Kammern (10, 11) bis auf eine Verbindung, welche unmittelbar über der Unterlage (15) angeordnet ist, voneinander getrennt sind, außerdem die Kammer (11) mit einem gasdichten Ausgang (23) versehen ist und wobei die Bewegung der Unterlage (15) bzw. der darauf vorgesehenen Mittel zur Fortbewegung der Agglomerate zur zweiten Kammer (11) hin gerichtet ist bzw. sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (15) ein Wanderrost ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (15) im Bereich der zweiten Kammer (11) aus der Oberfläche der Wirbelschicht herausragt.