DE2556162A1

DE2556162A1 - Vorrichtung und verfahren zum einschleusen feinkoerniger bis staubfoermiger brennstoffe in eine unter erhoehtem druck stehende vergasungseinrichtung

Info

Publication number: DE2556162A1
Application number: DE19752556162
Authority: DE
Inventors: Alfred Herzig
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1975-12-13
Filing date: 1975-12-13
Publication date: 1977-06-16
Also published as: DE2556162C2; US4106533A; ZA767293B

Description

Essen, den 8. 12. 1975 N 4683/8 h Dr. Ha/Wi.

KRUPP-KOPPERS GMBH, 43 Essen, Moltkeatrasse 29

Vorrichtung und Verfahren zum Einschleusen feinkörniger bis staubförmiger Brennstoffe in eine unter erhöhtem Druck stehende Vergasungseinrichtung .

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einschleusen feinkörniger bis staubförmiger Brennstoffe in eine unter einem Druck von maximal 5 atü stehende Vergasungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung.

Es gibt Bemühungen, feinkörnige bis staubförmige Brennstoffe, insbesondere Kohlenstaub, unter Druck durch Partialoxydation mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen zu vergasen, wobei im Vergasungsraum Drücke von 25 atü und höher angewendet werden. Bei der Anwendung derartig hoher Drücke müssen an die mechanische und/oder pneumatische Funktion der Einschleusvorrichtung für den Brennstoff sowie der sie bildenden Einzelaggregate ganz erhebliche Anforderungen gestellt werden.

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Es hat sich jedoch gezeigt, dass es bei der Weiterverwendung der gewonnenen Partialoxydationsgase Fälle gibt, bei denen bereits ein relativ niedriger Druck im Vergasungsraum ausreicht, um das Gas mit Vorteil einsetzen zu können. In diesem Zusammenhang angestellte Berechnungen haben gezeigt, dass es in solchen Fällen ausreicht, wenn die Vergasungseinrichtung mit einem Druck von maximal 5 atü betrieben wird und das Gae mit diesem Druck aus dem Vergasungsraum austritt.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Einschleusen feinkörniger bis staubförmiger Brennstoffe in eine Vergasungseinrichtung zu schaffen, die speziell bei dem genannten relativ niedrigen Druckbereich mit besonderem Vorteil einzusetzen ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung soll sich dabei durch eine vergleichsweise einfache Konstruktion sowie durch eine hohe Betriebssicherheit auszeichnen.

Die der Lösung dieser Aufgabe dienende Vorrichtung ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch einen unter Normaldruck stehenden Vorratsbunker sowie einen unter Vergasungsdruck stehenden Zuteilbehälter für die Vergasungseinrichtung, die beide durch zwei mit druckelastischen Membranen ausgekleidete Einschleusrohre miteinander verbunden sind, wobei die Ein-

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schleusrohre Leitungen für die Zufuhr und Absaugung einer geeigneten Hydraulikflüssigkeit und ausserdem an ihrem oberen und unteren Ende Kugelhähne sowie eine absperrbare und mit Stickstoff beaufschlagte Verbindungsleitung aufweisen.

Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung ist also vorgesehen, dass die beiden Einschleusrohre jeweils mit einer druckelastischen Membrane ausgekleidet sind, die unter der Einwirkung einer geeigneten, von aussen zugeführten Hydraulikflüssigkeit, z.B. Drucköl, zusammengedrückt und durch Unterdruck, das heisst durch Absaugen der Hydraulikflüssigkeit, an die Rohrwand gesaugt werden kann. Die Membrane kann vorzugsweise als schlauchförmiges Gebilde ausgebildet sein, welches in das Einschleus rohr eingeschoben und an den beiden Rohrenden befestigt wird.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform können die Einschleusrohre jeweils auch aus zwei Halbrohren zusammengesetzt sein, zwischen denen die Membrane, die in diesem Falle auch aus zwei streifenförmigen Gebilden zusammengesetzt sein kann, eingeklemmt ist-

Als geeignete Materialien für die Membranen haben sich Neopren und andere Kautschuktypen sowie Kunststoffe wie Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen sowie halogensubstituierte Polyäthylene erwiesen.

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Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung, die darauf beruht, dass die beiden Einschleusrohre abwechselnd gefüllt und entleert werden, soll nachfolgend an Hand der Abbildungen erläutert werden. Es zeigen dabei :

Fig. 1 Eine Prinzipskizze der einzelnen Phasen dee Ftill- und Entleerungs vor ganges in einem Einschleusrohr,

Fig. 2 die erfindungsgemässe Vorrichtung mit den dazu gehörenden Nebeneinrichtungen in vereinfachter Darstellung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Oberteil eines erfindungsgemässen Einschleusrohres

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Einschleusrohr entlang der Linie AA ' in Fig. 3 .

In der Prinzipskizze in Fig. 1 ist nur das Einschleusrohr 1 mit den dazu gehörenden Kugelhähnen 2 und 3 dargestellt. Die einzelnen Phasen des Füll- und Entleerungsvorganges laufen dabei wie folgt ab :

Phase 1 : In der Füllstellung ist der obere Kugelhahn 2 geöffnet,

während der untere Kugelhahn 3 geschlossen ist. Die Membrane 4 wird durch Vakuum, d.h. durch Absaugen der Hydraulikflüssigkeit in den hier nicht dargestellten Vakuum-

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behälter an die Rohrwand gesaugt. Durch den entstehenden Unterdruck und unter der Einwirkung der Schwerkraft wird der feinkörnige bis staubförmige Brennstoff aus dem hier nicht dargestellten, unter Normaldruck stehenden Vorratsbunker in das Einechleusrohr 1 gezogen.

oberen
Phase 2 : Nach dem Schliessen des/Kugelhahnes 2 wird Stickstoff

von dem nicht dargestellten unter Druck stehenden zweiten Einschleusrohr in das dargestellte Einschleusrohr 1 eingeleitet. Zu diesem Zweck wird von aussen auf die Membrane des zweiten Einschleuerohres Hydraulikflüssigkeit aufgegeben, so dass der in diesem Rohr befindliche Stickstoff durch die Membrane zusammengepresst wird. Durch das Überleiten und eventuelles Nachspeisen von Stickstoff von aussen wird der Druck im Inneren des Einschleusrohres 1 allmählich auf jenen Druck gebracht, der im nicht dargestellten Zuteilbehälter herrscht und der dem Betriebsdruck der Vergasungseinrichtung entspricht.

Phase 3 : Nach dem öffnen des unteren Kugelhahne β 3 fällt der Brennstoff aus dem Inneren des Einschleusrohres 1 in den nicht dargestellten Zuteilbehälter.

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Phase 4 : Der Entleerungsvorgang wird durch das Nachblasen von

Stickstoff unterstützt. Mit fortschreitender Entleerung des Einschluesrohree 1 wird die Membrane 4 durch Zu- * führen von Hydraulikflüssigkeit immer mehr zusammengepresst.

Phase 5 : Nach Schliessen des unteren Kugelhahnes 3 wird der im

E inschleus rohr 1 befindliche Stickstoff in das hier nicht dargestellte zweite Einschleusrohr gedrückt, das inzwischen mit Brennstoff gefüllt worden ist. Der Füll- bzw. Entleerungsvorgang bei diesem zweiten Einschleusrohr verläuft dabei genauso, wie dies vorstehend beschrieben worden ist, wobei die Schaltvorgänge für das zweite Einschleusrohr allerdings so einreguliert werden, dass sie um jeweils 50 % der Zeit eines Spiels verschoben sind. Beim dargestellten Einschleusrohr 1 kann anschliessend der Füll- und Entlee rungs vor gang wieder mit der Phase neu beginnen.

Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung mit den dazu gehörenden Nebeneinrichtungen in vereinfachter Darstellung. Das heisst, die dazu gehörende Vergasungseinrichtung ist auch hier nicht dargestellt worden, weil diese zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung unerheblich ist und die

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Erfindung auch nicht an die Anwendung einer bestimmten Ausführungsform der Vergasungseinrichtung gebunden ist. Ebenso ist die Erfindung nicht an die Anwendung eines bestimmten Betriebsdruckes in der Vergasungs-

einrichtung gebunden, sofern in dem weiter oben genannten Druckbereich gearbeitet wird.

Man erkennt auf der Abbildung in Fig. 2 den unter Normaldruck stehenden Vorratsbunker 5, der über die beiden Kugelhähne 2 und 2 a mit den beiden Einschleuerohren 1 und 1 a in Verbindung steht. Sobald der Kugelhahn 2 geöffnet wird, strömt feinkörniger bis staubförmiger Brennstoff aus dem Vorratsbunker 5 in das Einschleusrohr 1. Der untere Kugelhahn 3, der die Verbindung zu dem unter erhöhtem Druck stehenden Zuteilbehälter 6 darstellt, ist zunächst geschlossen, während das Ventil 15 geöffnet ist, so dass Hydraulikflüssigkeit aus dem Einschleusrohr 1 über die Leitung 16 abgesaugt werden kann. Dadurch wird die nicht dargestellte Membrane an die Rohrwand gesaugt. Nachdem der obere Kugelhahn 2 sowie der untere Kugelhahn 3a des Einschleusröhres la geschlossen worden sind, wird das Ventil 7 geöffnet, so dass Stickstoff durch die Verbindungeleitung 8 vom Einschleusrohr 1 a zum Einschleusrohr 1 gedrückt werden kann. Zu diesem Zwecke wird nach Schliessen des Ventile 15 gleichzeitig das Ventil 11 geöffnet und von aussen über die Leitung 12 Hydraulikflüssigkeit auf die nicht dargestellte Membrane im Einschleusrohr 1 a gedrückt. Nach Schliessung der Ventile 7 und 11 kann im Bedarfsfalle durch

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öffnen des Ventile 13 über die Leitung 14 zusätzlicher Stickstoff in das E in schleus r ohr 1 nachgespeist werden. Anschliessend wird der untere Kugelhahn 3 geöffnet, so dass der Brennstoff aus dem Einschleusrohr 1 in den darunter liegenden Zuteilbehälter 6 fällt. Von dort kann er über geeignete Fördereinrichtungen, z. B. über Förderschnecken, in die nicht dargestellte Vergasungseinrichtung gefördert werden. Jetzt wird auch der Kugelhahn 2 a geöffnet, der den Vorratsbunker 5 mit dem Einschleusrohr la verbindet. Gleichzeitig wird nach öffnen des Ventils 15a die Hydraulikflüssigkeit aus dem Einschleusrohr 1 a über die Leitungen 16 und 17 abgesaugt und dadurch die nicht dargestellte Membrane an die Rohrwand gesaugt. Durch das entstehende Vakuum sowie unter Einwirkung der Schwerkraft fällt Brennstoff aus dem Vorratsbunker 5 in das Einschleus rohr 1 a. Nach Schliessen des Kugelhahns 2a werden das Ventil 7 in der Verbindungsleitung 8 sowie das Ventil 10 geöffnet, so dass über die Leitung 9 Hydraulikflüssigkeit auf die nicht dargestellte Membrane im Einschleusrohr sowie über die Verbindungsleitung 8 Stickstoff vom Einschleusrohr 1 zum Einschleusrohr la gefördert werden kann. Nach Schliessen der Ventile und 10 kann das Ventil 25 geöffnet werden, so dass im Bedarfsfalle zusätzlicher Stickstoff aus der Leitung 14 über die Abzweigleitung 26 und die Verbindungsleitung 8 in das Einschleusrohr 1 a nachgespeist werden kann. Während der Kugelhahn 3 inzwischen geschlossen worden ist, wird jetzt der Kugelhahn 3 a geöffnet, so dass der Brennstoff aus dem Einschleusrohr 1 a

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in den Zuteilbehälter 6 flies β en kann. Nunmehr beginnt mit dem öffnen des Kugelhahnes 2 ein neuer Schaltvorgang, der wiederum in der weiter oben beschriebenen Art und Weise abläuft.

Auf der Abbildung in Fig. 1 erkennt man ferner den Vakuumbehälter 18, in den über die Leitungen 16 bzw. 17 abgesaugte Hydraulikflüssigkeit gelangt. Das erforderliche Vakuum wird durch die Vakuumpumpe 24 erzeugt, die über die Leitung 23 mit dem Vakuumbehälter 18 in Verbidnung steht. Die im Vakuumbehälter 18 befindliche Hydraulikflüssigkeit gelangt über die Leitung 19 in den Druckbehälter 21. Für die erforderliche Verdichtung sorgt dabei die Pumpe 20. Aus dem Druckbehälter 21 gelangt die komprimierte Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 22 zur Leitung 9 und von dort in die beiden Einschleusrohre 1 und 1 a. Der erforderliche Stickstoff wird mit einer dem jeweiligen Betriebsdruck der Anlage angepassten Verdichtung über die Leitung 14 zugeführt.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den Oberteil einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Einschleusrohres 1. Es ist in diesem Falle aus den beiden Halbrohren 27 und 28 zusammengesetzt, wobei die Membrane aus den beiden streifenförmigen Gebilden 29 und 30 besteht, die mit ihren Längskanten zwischen den beiden Halbrohren eingeklemmt sind. Selbstverständlich werden die beiden Halbrohre 27 und 28 in geeigneter Art und Weise, z. B. durch Verschraubung, druckdicht zusammengehalten. Die

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Abbildung lässt erkennen, dass im Oberteil des Einschleusrohres 1 die streifenförmigen Gebilde 29 und 30 nicht nur mit ihren Längskanten zwischen den beiden Halbrohren eingeklemmt sind, sondern auch mit ihrer Oberkante auf die Oberkante der beiden Halbrohre 27 und 28 gezogen sind und dort durch den Dichtring 33 befestigt werden. Die streifenförmigen Gebilde 29 und 30 weisen zu diesem Zwecke an ihren Oberkanten die Wülste 31 und 32 auf, die in entsprechende Rillen 34 und 35 an der Oberkante der beiden Halbrohre 27 und 28 eingelegt werden können. In entsprechender Weise wird selbstverständlich auch am unteren Ende des Einschleusrohres 1 verfahren. Wenn - wie dies in der Abbildung dargestellt ist - Hydraulikflüssigkeit von aussen auf die Membrane gedrückt wird, so können im leeren Zustand des Einschleusrohres 1 die beiden flächenförmigen Gebilde 29 und 30 im mitteleren Teil des Rohres dicht aneinander gepresst werden, während sie am oberen und unteren Ende des Rohres eine trichterförmige Öffnung bilden.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch das Einschleusrohr 1 entlang der Linie A-A¹ in Fig. 3. Man erkennt die beiden Halbrohre 27 und 28 sowie die beiden streifenförmigen Gebilde 29 und 30, aus denen die Membrane zusammengesetzt ist. Diese weisen an ihren Längskanten die Wülste 36 bzw. 37 auf, die ebenfalls in entsprechende Rillen 38 und 39 an den Längskanten der beiden Halbrohre 27 und 28 eingelegt sind. Durch

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die Verschraubungen 40 werden die beiden Halbrohre 27 und 28 druckdicht zusammengehalten.

Wenn die Membrane 4 gemäss einer bevorzugten Ausführungsform als schlauchförmiges Gebilde ausgebildet ist, das in das Einschleusrohr 1 eingeschoben wird, so kann sie an der Oberkante und Unterkante des Einschleusrohres 1 in der gleichen Art und Weise befestigt werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Verfahrensbeispiel :

Es sollen 8 t/h Kohlenstaub eingeschleust werden. Da der Kohlenstaub in diesem Falle ein Raumgewicht von 0, 75 t/m aufweist, beträgt das Volumen der stündlich zu fördernden Kohlenstaubmenge 10,7 m . Die beiden in diesem Falle verwendeten Einschleusrohre besitzen einen lichten inneren Durchmesser von 0,3 m und eine Länge von 2 m. Hieraus resultiert ein Volumen von 0, 14 m pro Rohr und bei zwei Einschleus rohren ergeben sich 38 Spiele pro Stunde und Rohr. Das heisst, die Zeit für ein Spiel beträgt ca. 1,5 Minuten.

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Claims

8. 12. 1975 N 4683/8h Patentansprüche :

1.) Vorrichtung zum Einschleusen feinkörniger bis etaubförmiger Brennstoffe in eine unter einem Druck von maximal 5 atü stehende Vergasungseinrichtung, gekennzeichnet durch einen unter Normaldruck stehenden Vorratsbunker (5) sowie einen unter Vergasungsdruck stehenden Zuteilbehälter (6) für die Vergasungseinrichtung, die beide durch zwei mit druckelastischen Membranen (4) ausgekleidete Einschleusrohre (1 ; la) miteinander verbunden sind, wobei die Einschleusrohre Leitungen für die Zufuhr (9; 12) und Absaugung (16; 17) einer geeigneten Hydraulikflüssigkeit und ausserdem an ihren oberen und unteren Enden Kugelhähne (2; 3bzw. 2a; 3a) sowie eine absperrbare und mit Stickstoff beaufschlagte Verbindungsleitung (8) aufweisen.

2«) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekannzeichnet, dass die Membranen (4) als echlauchförmige Gebilde ausgestaltet sind, die in die Einschleusrohre (l bzw. 1 a) eingeschoben werden.

3.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschleusrohre (1 bzw. 1 a) jeweils aus zwei Halbrohren (27; 28) zusammengesetzt sind, zwischen denen die Membranen (4) eingeklemmt bzw. eingeschraubt sind.

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ORIGINAL INSPECTED

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4.) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (4) jeweils aus zwei streifenförmigen Gebilden (29; 30) zusammengesetzt sind, die mit ihren Längskanten zwischen den beiden Halbrohren (27; 28) eingeklemmt bzw. eingeschraubt sind.

5.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (4) an ihren Ober- und Unterkanten und/oder Längskanten Wülste (31 ; 32 bzw. 36; 37) aufweisen, die in entsprechende Rillen (34; 35 bzw. 38; 39) an den Einschleusrohren (lbzw. 1 a) eingelegt sind.

6.) Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Füll- und Entleerungsvorgang eines Einschleusrohres (1 bzw. 1 a) wie folgt abläuft :

a) Absaugen von Hydraulikflüssigkeit und Öffnen des oberen Kugelhahnes (2 bzw. 2a), Füllen des Einschleusrohres (1 bzw. la),

b) Schlieeeen des oberen Kugelhahnes (2 bzw- 2a) und Verdichtung des Rohrinhaltes durch Einblasen von Stickstoff aus dem zweiten Einschleusrohr sowie gegebenenfalls aus der Leitung (14),

c) Öffnen des unteren Kugelhahnes (3 bzw. 3 a), Entleerung des Einschleusrohres (1 bzw. 1 a),

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d) Nachblasen von Stickstoff und gleichzeitige Beaufschlagung der Membrane (4) mit Hydraulikflüssigkeit sowie

e) Schlieesen des unteren Kugelhahnes (3 bzw. 3 a) und öffnung des Ventils (7) in der Verbindungsleitung (8), damit der Stickstoff in das zweite Einschleusrohr gedrückt wird,

wobei diese Schaltvorgänge für beide Einschleusrohre (1 bzw. 1 a) so einreguliert werden, dass sie jeweils um 50 °/o der Zeit eines Spiels verschoben sind.

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