DE2554565A1 - Anlage zur druckvergasung feinkoerniger brennstoffe - Google Patents
Anlage zur druckvergasung feinkoerniger brennstoffeInfo
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Description
Dipl.-Ing. E. E. Finkener
Dipl.-Ing. W. Ernesti Dr. G. Otto & Comp.
Dipl.-Ing. W. Ernesti Dr. G. Otto & Comp.
Patentanwälte Gesellschaft mit beschränkter
463 Bochum Haftung
27/75
WPR/HP
WPR/HP
Die Erfindung "betrifft eine Anlage zur Druckvergasung
feinkörniger Brennstoffe, "bei der dem Reaktor der feinkörnige Brennstoff aus einem mit einem Füllstandsregler
ausgestatteten Druckbehälter mittels eines, durch eine Leitung zugeführten Fördergases durch eine Brennstoffzuleitung
und in einem der zugeführten Brennstoffmenge entsprechenden vorgegebenen Volumenverhältnis durch
eine weitere Leitung das Vergasungsmittel zugeführt wird.
Eine Anlage der genannten Art soll so ausgebildet werden,
daß der Heaktor kontinuierlich, d.h. ohne Umschaltvorgänge betrieben werden kann. Dabei soll das "Volumen
des in der Zeiteinheit erzeugten Gases festzulegen und von einem geringen Wert bis zu einem Maximalwert einstellbar
sein und ebenso die daraus resultierende Masse des zu vergasenden feinkörnigen Brennstoffes. Das Volumen
des gleichzeitig in der Zeiteinheit einzubringenden Vergasungsmittels soll in einem bestimmten, vorgegebenen
Verhältnis zu der Masse des in der Zeiteinheit eingeführten feinkörnigen Brennstoffes stehen. Die Zuführung des
diesem Verhältnis entsprechenden Gasvolumens soll selbsttätig erfolgen.
Außerdem sollen in dem Fördersystem Verriegelungen vorgesehen sein, die verhindern, daß etwa nur feinkörniger
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Brennstoff oder nur Vergasungsmittel in den Reaktor gelangen.
Gemäß der Erfindung ist in der Brennstoffzuleitung eine
Einrichtung zur Messung des in einem bestimmten Querschnitt der Leitung vorhandenen feinkörnigen Brennstoffes
eingebaut, die auf dem Prinzip der Absorption elektromagnetischer Strahlung durch den Brennstoff beruht.
Diese Meßeinrichtung ist mit einem Prozeßrechner verbunden, der aus der in der Meßeinrichtung gewonnenen
Größe einer elektrischen Spannung u,. den Kehrwert U^,
bildet. In der Leitung zur Zuführung des Hauptanteils des Fördergases ist eine Einrichtung zur Messung des in
der Zeiteinheit zugeführten Volumens angeordnet, und diese Meßeinrichtung ist ebenfalls mit dem Prozeßrechner verbunden
und gibt den Meßwert in Form einer elektrischen Spannung Uo weiter^ Der Rechner ist so ausgebildet, daß
er mit einer vorgegebenen Vergleichsspannung Uv die
Differenz TJ2 - Uv bildet und weiter für alle t^, größer
als U , das Produkt U^, . (T^ - u v). Der Rechner steuert
entsprechend dem Wert des Produktes IL· . (Up - U) einerseits
das Ventil für die Zuleitung des den Brennstoff im Druckbehälter auflockernden Fördergasanteils, weiter
das Ventil für die Zuleitung des den Brennstoff aus dem Druckbehälter austragenden Fördergasanteils und schließlich
das Ventil für die Zufuhr des Vergasungsmittels.
Die in Vergleich gezogene Spannung U entspricht dabei
einer Mindestgasgeschwindigkeit in dem den feinkörnigen Brennstoff fördernden Rohr, bei der eine Flugstromförderung
des feinkörnigen Brennstoffes möglich ist. Erst oberhalb einer der Vergleichsspannung Uv entsprechenden
Geschwindigkeit des Fördergases ist praktisch ein Betrieb des Reaktors möglich.
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Voraussetzung für den Betrieb der gesteuerten Brennstoff-
und Yergasungsmittelzuführung gemäß der Erfindung ist ein Druckbehälter, bei dem durch Anordnung eines Füllstandsreglers stets ein ausreichendes Füllvolumen aufrechterhalten
wird. Dies geschieht gemäß der weiteren Erfindung mittels eines oberhalb des Druckbehälters, aus dem der
feinkörnige Brennstoff in den Reaktor gefördert wird, angeordneten weiteren Druckbehälters, dessen Füllung in
an sich bekannter Weise unter Torschaltung eines Schleusenbehälters durchgeführt wird. Aus diesem vorgeschalteten
Druckbehälter wird der feinkörnige Brennstoff mittels einer vom Füllstandsregler gesteuerten Dosiereinrichtung,
beispielsweise durch ein Zellenrad, zugeführt.
Als Meßeinrichtung auf der Basis elektromagnetischer Strahlung in der Brennstoffzuleitung kann ein lichtdurchlässiges
.Rohrelement mit Lichtquelle und Fotozelle eingesetzt sein.
Als Meßeinrichtung kann auch ein radioaktiver Strahler und ein Detektor vorgesehen sein.
Man kann ia die Brennstoffzuleitung auch eine Einrichtung
zur Einkopplung hochfrequenter Schwingungen und eine Meßeinrichtung zur Energieabsorption einbauen.
Schließlich können mehrere, nach einer der genannten Methoden arbeitende Meßgeräte vorgesehen sein und in Kombination
miteinander arbeiten.
Der vorhandene Prozeßrechner kann zur Überwachung mehrerer Brennstoffzuleitungen und Fördergasleitungen dienen.
Auch können mittels eines einzigen Druckbehälters mehrere Brennstoffzuleitungen gespeist werden.
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Für die Anwendung der vorliegenden Erfindung kommt insbesondere
auch, ein unter Druck betriebener Schlackenbadgenerator in Frage, der in der Segel als zylindrischer
Schacht ausgebildet ist, in dessen Wandungen sich. Düsen befinden, durch, die im Flugstrom der feinkörnige Brennstoff
und das daneben noch benötigte Vergasungsmittel zugeführt werden. Der Generator wird bei Temperaturen
betrieben, bei denen die Schlacke in flüssiger Form anfällt. Am Boden des Generators ist eine ringförmige
Wanne vorgesehen, in der sich flüssige Schlacke sammelt und durch, eine mittlere Bodenöffnung überläuft. Vorteilhafterweise
ist die Strahlrichtung der Düsen derart schräg auf die Badoberfläche gerichtet, daß die Schlacke
in einer kreisenden Bewegung bleibt mit einer Bewegungskomponente zur mittleren öffnung hin, so daß der Überlauf
gefördert wird.
Auf der anliegenden Zeichnung ist schematisch eine Anlage zur Druckvergasung feinkörniger Brennstoffe mit der
Gegenstand der Erfindung bildenden Steuerung der Zufuhr der Heaktionsteilnehmer dargestellt.
50 ist der (nur schematisch angedeutete) .Reaktor, der
beispielsweise ein unter Druck betriebener Schlackenbadgenerator sein kann. Mit F ist die Zuführung des Fördergases
für den feinkörnigen Brennstoff, mit V die Zuführung des gasförmigen Vergasungsmittels bezeichnet.
Der feinkörnige Brennstoff gelangt über die Zuleitung 12 in den Vorratsbehälter 10. Mit 30a ist der Druckbehälter
bezeichnet, aus dem unmittelbar in den Reaktor gefördert wird. Dem Behälter 30a ist der ständig unter Druck stehende
Behälter 30 vorgeschaltet und der Schleusenbehälter 20, der zum Zweck des Einfüllens entspannt und zum
Zweck des Ablassens seiner Füllung in den Druckbehälter
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30 unter Druck gesetzt wird. Für das wechselweise Entspannen und Unterdrucksetzen sowie das Füllen und Entleeren
des Schleusenbehälters 20 dienen die Druckschleusen 11 und 21 und, die Ventile 22 und 61.
Zwischen dem Druckbehälter JO und dem Druckbehälter 30a
ist ein Zellenrad 31 vorgesehen, das die Aufgabe hat,
den feinkörnigen Brennstoff aus dem Behälter 30 in kleinen Dosen in den Druckbehälter 30a zu fördern. Der Behälter
30a ist mit einem Füllstandsregler versehen, der durch die Geräte 32 und 33 gebildet wird, die auf
den Antrieb 34- des Zellenrades 31 einwirken und eine dosierte
Zuführung des feinkörnigen Brennstoffes sicherstellen, so daß der Druckbehälter 30a sich stets in gefülltem
Zustand befindet, und die darin enthaltene Menge an feinkörnigem Brennstoff nur in engen Grenzen schwankt.
Der Behälter 30a enthält einen an sich bekannten Wirbelboden. Ein Teil des Fördergases wird über die Leitung 41a
dem Behälter 30a zugeführt und wirbelt den dort lagernden feinkörnigen Brennstoff auf. Mittels eines Injektors
41b, der sich innerhalb des Behälters 30a befindet, wird mittels eines weiteren Teilstromes des bei F zugeführten
Fördergases Brennstoff in die zum .Reaktor 50 führende
Leitung 42 injiziert. Die Hauptmenge des Fördergases gelangt über die Leitung 44 in die Förderleitung 42, in der
ein Meßgerät eingebaut ist.
Dieses Meßgerät besteht aus einem Strahler 46 und einem Detektor 47, die in der Zeichnung angedeutet sind. Die
Wirksamkeit dieser Meßeinrichtung beruht auf dem Prinzip der Absorption elektromagnetischer Strahlung durch den
durch die Leitung 42 geförderten feinkörnigen Brennstoffe
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Vie erwähnt, können hier Lichtquellen und Fotozellen oder
radioaktive Quellen und Zählrohre verwendet werden. Als Meßprinzip kann auch die Einkopplung hochfrequenter Wellen
mit einer Meßeinrichtung zur Energieabsorption dienen.
Man kann, wie oben ebenfalls bereits erwähnt, mehrere der aufgezählten Meßprinzipien vereinigen, um die Messung
auch bei sehr kleinen oder sehr großen Dichten des Stromes der feinkörnigen Brennstoffe durchführen zu können
und einen weiten Meßbereich zu erfassen»
In dem Detektor 47 wird eine im allgemeinen elektrische Meßgröße U1 gebildet, die umgekehrt proportional zu der
Masse des in dem betreffenden Leitungsquerschnitt vorhandenen feinkörnigen Brennstoffes ist. Sie wird dem Prozeßrechner
40 zugeführt, der zunächst den Kehrwert U1 » 1/u^ bildet. U1 ist dann ein Maß für die Feststoffdichte
innerhalb der Meßstrecke, sagt aber noch nichts darüber aus, ob sich die Feststoffteilchen bewegen oder
in Kühe befinden. Um sicherzustellen, daß sich die !Teilchen bewegen, ist die Zufuhr einer bestimmten Menge injizierten
Fördergases aus Leitung 44 erforderlich.
In der Leitung 44 ist eine Meßblende 45 angeordnet; deren
Meßwerte werden in einem Transmitter 45a in eine elektrische Spannung I^ umgewandelt und ebenfalls dem Prozeßrechner
40 zugeführt.
Man bestimmt nun eine Vergleichsspannung Uv, die so gewählt
ist, daß sie einer Geschwindigkeit im Förderrohr 42 entspricht, bei der praktisch eine Flugstromförderung
des feinkörnigen Brennstoffes gewährleistet ist. Mittels des Stellgliedes 44a, das in einer Verbindungsleitung zwischen
dem Rechner 40 und der Zuführungsleitung für das Fördergas liegt, wird die Ventilstellung des Trägergasstromes
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so eingestellt, daß der Wert von U~ gleich dem Wert von
Uv ist.
Pur alle Werte von Ug, die größer als U sind, bildet
der Rechner das Produkt U^ . (Ug - U). Dieses Produkt
bildet die Führungsgröße für die Stellung der Ventile
43a, 43b und 43c. Das Ventil 43a regelt den dem Boden
des Druckbehälters 30a zugeführten Anteil des Fördergases,
der zur Aufwirbelung des feinkörnigen Brennstoffes im Druckbehälter 30a dient. Das Ventil 43b regelt den Anteil
des Fördergases, der zur Betätigung des Injektors 41b dient und die Menge des feinkörnigen Brennstoffes bestimmt,
die aus dem Druckbehälter 30a ausgetragen wird. Das Ventil 43c liegt in der Leitung, mittels der das Vergasungsmittel
dem Reaktor 50 zugeführt wird.
Das Produkt U,, . (Ug - U) nimmt den Wert Null an, wenn
entweder U^ oder Up - U den Wert UuIl annehmen. Das bedeutet,
daß die Vergasungsmittelzufuhr abgeschaltet wird, sofern eine Störung der Zufuhr des feinkörnigen Brennstoffes
oder des Trägergases eintritt.
Beim Anfahren der Anlage bleiben, bis Ug den Wert U erreicht,
alle Ventile 43a, 43b und 43c geschlossen, so daß zunächst nur Trägergas in den Reaktor gefördert wird. Erst
wenn U2 den Wert Uv erreicht hat, werden die genannten Ventile
geöffnet.
Bei einem Reaktor, bei dem mehrere Düsen für die Zufuhr des feinkörnigen Brennstoffes vorgesehen sind, können die dargestellten
Systeme parallelgeschaltet werdeno Dabei braucht
dann nur ein einziger Prozeßrechner eingesetzt zu werden, der im übrigen die Förderleistung der einzelnen Systeme miteinander
vergleicht und vereinheitlicht. Auch kann bei Verwendung mehrerer Düsen zur Einspeisung des feinkörnigen
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Brennstoffes und des Vergasungsmittels in den Reaktor der gleiche Druckbehälter 30a benutzt werden, wobei
dann eine der Anzahl der Düsen entsprechende Anzahl von Förderleitungen 42 vorgesehen werden.
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Claims (8)
1. Anlage zur Druckvergasung feinkörniger Brennstoffe, bei der dem Reaktor der feinkörnige Brennstoff aus einem
mit einem !Füllstandsregler ausgestatteten Druckbehälter mittels eines, durch eine Leitung zugeführten Fördergases
durch eine Brennstoffzuleitung und in einem der zugeführten Brennstoffmenge entsprechenden vorgegebenen
Volumenverhältnis durch eine weitere Leitung das Vergasungsmittel zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet
, daß
a) in der Brennstoff zuleitung (4-2) eine Einrichtung
(46, 47) zur Messung des in einem bestimmten Querschnitt der Leitung vorhandenen feinkörnigen Brennstoffes eingebaut
ist, die auf dem Prinzip der Absorption elektromagnetischer Strahlung durch den Brennstoff beruht, und
die Meßeinrichtung (46, 47) mit einem Prozeßrechner (40) verbunden ist, der aus der in der Meßeinrichtung (46, 47)
gewonnenen Größe (u^) den Kehrwert (TJ^) bildet,
b) in der Leitung (44) zur Zuführung des Hauptanteils des Fördergases eine Einrichtung (45) zur Messung des
in der Zeiteinheit zugeführten Volumens angeordnet und diese ebenfalls mit dem Prozeßrechner (40) verbunden
ist und diesem den Meßwert in Form einer elektrischen Spannung (U2) weitergibt,
c) der Hechner (40) so ausgebildet ist, daß er mit einer
vorgegebenen Vergleichsspannung (Uv) die Differenz (U2-Uv)
und für alle (U2), größer als (Uv), das Produkt
(U1 . (U2 - Uv)) bildet und die Ventile (43a, 43b) für die
Zuleitungen (41a, 41b) des den Brennstoff im Druckbehälter (30a) auflockernden und aus demselben austragenden
Fördergasanteils und das Ventil (43c) für die Zufuhr
des Vergasungsmittels entsprechend dem Wert des Produktes (U1 . (U2 - Uv)) steuert.
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2. Anlage zur Druckvergasung feinkörniger Brennstoffe nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb
des mit einem Füllstandsregler (32, 33) ausgestatteten Druckbehälters (30a), aus dem der feinkörnige Brennstoff
in den Reaktor gefördert wird, ein weiterer Druckbehälter (30) vorgesehen ist, aus dem mittels einer vom Füllstandsregler
(32, 33) gesteuerten Dosiereinrichtung (Zellenrad 31) der Brennstoff zugeführt wird.
3ο Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Meßeinrichtung (46, 47) in der Brennstoffzuleitung
(42) ein lichtdurchlässiges Rohrelement mit Lichtquelle
und Fotozelle eingesetzt ist.
4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßeinrichtung (46, 4?) in der Brennstoffzuleitung
(42) ein radioaktiver Strahler und ein Zählrohr vorgesehen ist.
5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Brennstoff zuleitung (42) eine Einrichtung zur
Einkopplung hochfrequenter Schwingungen und eine Meßeinrichtung zur Energieabsorption eingebaut ist.
6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der in den vorhergenannten Ansprüchen aufgeführte
Meßgeräte vorgesehen sind.
7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung mehrerer BrennstoffZuleitungen
(42) und Fordergaszuleitungen (44) ein einziger Prozeßrechner (40) vorgesehen ist.
8. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung mehrerer BrennstoffZuleitungen
nur ein Druckbehälter (30a) vorgesehen ist.
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