DE2556162C2

DE2556162C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Einschleusen feinkörniger bis staubförmiger Brennstoffe in eine unter erhöhtem Druck stehende Vergasungseinrichtung

Info

Publication number: DE2556162C2
Application number: DE2556162A
Authority: DE
Inventors: Alfred 4300 Essen Herzig
Original assignee: Krupp Koppers 4300 Essen De GmbH
Current assignee: Krupp Koppers 4300 Essen De GmbH
Priority date: 1975-12-13
Filing date: 1975-12-13
Publication date: 1985-02-28
Also published as: DE2556162A1; US4106533A; ZA767293B

Description

der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuseneinrichtung aus iTvvei mit druckelastischen Membranen voll ausgekleideten Einschleusrohren besteht

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also vorgesehen, daß die beiden Einschleusrohre jeweils mit einer druckelastischen Membrane αόΙΙ ausgekleidet sind, die unter der Einwirkung einer geeigneten, von außen zugeführten Hydraulikflüssigkeit, z. B. Drucköl, zusammengedrücH und durch Unterdruck, das heißt durch Absaugen der Hydraulikflüssigkeit an die Rohrwand gesaugt werden kann, wodurch die beiden Einschleusrohre abwechselnd gefüllt und entleert werden können. Die Membrane kann dabei vorzugsweise als schlauchförmiges Gebilde ausgeoildet sein, welches in das Einschleus- is rohr eingeschoben und an den beiden Rohrenden befestigt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Einschleusrohre jeweils auch aus zwei Halurohren zusammengesetzt sein, zwischen denen die Membrane, die yn diesem Falle auch aus zwei streifenförmigen Gebil- - den 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.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die darauf beruht, daß die beiden Einschleusrohre abwechselnd gefüllt und entleert werden, soll nachfolgend an Hand der Figuren erläutert werden. Es ze^;gt dabei

F i g. 1 Eine Prinzipskizze der einzelnen Phasen des Füll- und Entleerungsvorganges in einem Einschleusrohr,

F i g. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den dazu gehörenden Nebeneinrichtungen in vereinfachter Darstellung,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch den Oberteil eines erfindungsgemäßen Einschleusrohres und

Fig.4 einen Querschnitt durch das Einschleusrohr entlang der Linie AA 'in F i g. 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 Vakuumbehälter 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 Einschleusrohr 1 gezogen.

Phase 2:

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Nach dem Schließen des oberen Kugelhahns 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 Einschleusrohres Hydraulikflüssigkeit aufgegeben, so daß der in diesem Rohr befindliche Stickstoff dui'th 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 Kugelhahns 3 fällt der Brennstoff aus dem Inneren des Einschleusrohres 1 in den nicht dargestellten Zuteilbehälter.

Phase 4:

Der Entleerungsvorgang wird durch das Nachblasen von Stickstoff unterstützt. Mit fortschreitender Entleerung des Einschleusrohres 1 wird die Membrane 4 durch Zuführen von Hydraulikflüssigkeit immer mehr zusammengepreßt

Phase 5:

Nach Schließen des unteren Kugelhahnes 3 wird der im Einschleusrohr 1 befindliche Stickstoff in das hier nicht dargestellte zweite Einschleusrohr gedrückt, das inzwischen mit Brennstoff gefüllt worden ist. Der Füllbzw. 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 Entleerungsvorgang wieder mit der Phase 1 neu beginnen.

Die F i g. 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 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 Vergasungseinrichtung gebunden, sofern in dem weiter oben genannten Druckbereich gearbeitet wird.

Man erkennt auf der Abbildung in F i g. 2 den unter Normaldruck stehenden Vorratsbunker 5, der über die beiden Kugelhähne 2 und 2a mit dem beiden Einschleusrohren 1 und la 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 Einschleusrohres la geschlossen worden sind, wird das Ventil 7 geöffnet, so daß Stickstoff durch die Verbindungsleitung 8 vom Einschleusrohr la zum Einschleusrohr 1 gedrückt werden kann. Zu diesem Zwecke wird nach Schließen des Ventils 15 gleichzeitig das Ventil 11 geöffnet und von außen über die Leitung 12 Hydraulikflüssigkeit auf die nicht dargestellte Membrane im Ein-

schleusrohr la gedrückt. Nach Schließung der Ventile 7 und 11 kann im Bedarfsfalle durch Öffnen des Ventils 13 über die Leitung 14 zusätzlicher Stickstoff in das Einschleusrohr 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 2a geöffnet, der den Vorraisbunker 5 mit dem Einschleusrohr la verbindet. Gleichzeitig wird nach öffnen des Ventils 15a die Hydraulikflüssigkeit aus dem Einschleusrohr la 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 Einschleusrohr la. 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 1 sowie über die Verbindungsleitung 8 Stickstoff vom Einschleusrohr 1 zum Einschleusrohr la gefördert werden kann. Nach Schließen der Ventile 7 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 Einschleusfohr la nachgespeist werden kann. Während der Kugelhahn 3 inzwischen geschlossen worden ist, wird jetzt der Kugelhahn 3a geöffnet, so daß der Brennstoff aus dem Einschleusrohr la in den Zuteilbehälter 6 fließen kann. Nunmehr beginnt mit dem Öffnen des Kugelhahnes 2 ein neuer Schaltvorgang, der wiederum in der weiter oben beschriebenen Art und Weise abläuft.

In F i g. 2 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 Verbindung steht. Die im Vakuumbehälter 18 befindliche Hydraulikflüssigkeit gelangt über die Leitung 19 in den Druckbehälter 21. Für die erforderliche Verdichtung sorgt dabei die Pumpe 28. Aus dem Druckbehälter 21 gelangt die komprimierte Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 22 zur Leitung 9 und von dort in die beiden Einschleusrohre 1 und la. Der erforderliche Stickstoff wird mit einer dem jeweiligen Betriebsdruck der Anlage angepaßten Verdichtung über die Leitung 14 zugeführt.

F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den Oberteil einer Ausführungsform des erfindungsgcrnaßcn 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 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 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 Hydraulikflüssigkeit von außen auf die

Membrane gedrückt wird, so können im leeren Zustand des Einschleusrohres 1 die beiden flächenförmigen Gebilde 29 und 30 im mittleren Teil des Rohres dicht aneinander gepreßt werden, während sie am oberen und unteren Ende des Rohres eine trichterförmige Öffnung

ίο bilden - wie dies in der Abbildung dargestellt ist.

F i g. 4 zeigt einen Querschnitt durch das Einschleusrohr 1 entlang der Linie A-A'in F i g. 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 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 Ein-

schleusrohres 1 in der gleichen Art und Weise befestigt

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werden, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. Verfahrensbeispiel:

Es sollen 8 t/h Kohlenstaub eingeschleust werden. Da der Kohlenstaub in diesem Falle ein Raumgewicht von 0,75 t/m³ aufweist, beträgt das Volumen der stündlich zu fördernden Kohlenstaubmenge 10,7 m³. Die beiden in diesem Falle verwendeten Einschleusrohre besitzen ei-

nen lichten inneren Durchmesser von 0,3 m und eine Länge von 2 m. Hieraus resultiert ein Volumen von 0,14 m³ pro Rohr und bei zwei Einschleusrohren ergeben sich 38 Spiele pro Stunde und Rohr. Das heißt, die Zeit für ein Spiel beträgt ca. 1,5 Minuten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einschleusen feinkörniger bis staubförmiger Brennstoffe in eine unter einem Druck von maximal 5 atü stehenden Vergasungseinrichtung, bei der ein unter Normaldruck stehender Vorratsbunker und ein unter Vergasungsdruck stehender Zuteilbehälter für die Vergasungseinrichtung durch eine mit einer druckelastischen Membrane ausgerüsteten Schleuseneinrichtung -verbunden sind, die mit verschließbaren öffnungen für die Brennstoffzu- und -abfuhr sowie einer verschließbaren Leitung für auf Vergasungsdruck gespanntes Gas versehen ist und deren Membrane an eine Druck- unä Saugleitung für eine Hydraulikflüssigkeit angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuseneinrichtung aus zwei mit druckelastischen Membranen (4) voll ausgekleideten Einschleusrohren (1, la^besteht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (4) schlauchförmige Gebilde sind, die, in die Einschleusrohre (1 bzw. la) eingeschoben, oben und unten an diesem befestigt sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschleusrohre (1 bzw. la) jeweils aus zwei Halbrohren (27,28) zusammengesetzt sind, an deren Enden die Membranen (4) eingeklemmt bzw. eingeschraubt sind.

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

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1—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 (1 bzw. \a)eingelegt sind.

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

a) Absaugen von Hydraulikflüssigkeit aus den Membranen und öffnen des oberen Kugelhahnes (2 bzw. 2a), Füllen des Einschleusrohres (1 bzw. Xa),

b) Schließen 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. 3a,), Entleerung des Finschleusrohres (1 bzw. la,),

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

e) Schließen des unteren Kugelhahnes (3 bzw. 3a) und öffnung des Ventils (7) in der Verbindungsleitung (8) zum Überleiten des Stickstoffes in das zweite Einschleusrohr,

wobei diese Schaltvorgänge für beide Einschleusrohre (1 bzw. la,) so einreguliert werden, daß sie jeweils um 50% der Zeit eines Spiels verschoben sind.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einschleusen feinkörniger bis staubförmiger Brennstoffe in eine unter einem Druck von maximal 5 atü stehenden Vergasungseinrichtung, bei der ein unter Normaldruck stehender Vorratsbunker und ein unter Vergasungsdruck stehender Zuteilbehälter für die Vergasungseinrichtung durch eine mit einer druckelastischen Membrane ausgerüsteten Schleuseneinrichtung verbunden sind, die mit verschließbaren öffnungen für die Brennstoffzu- und -abfuhr sowie einer verschließbaren Leitung für auf Vergasungsdruck gespanntes Gas versehen ist und deren Membrane an eine Druck- und Saugleitung für eine Hydraulikflüssigkeit angeschlossen ist sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung.

Es gibt Bemühungen, feinkörnige bis staubförmige Brennstoffe, insbesondere Kohlenstaub, unter Druck durch Partialoxidaticn 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 Einschießvorrichtung für den Brennstoff sowie der sie bildenden Einzelaggregate ganz erhebliche Anforderungen gestellt werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß es bei Weiterverwendung der gewonnenen Partialoxidationsgase 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 Gas mit diesem Druck aus dem Vergasungsraum austritt.

Aus der US-PS 33 93 944 ist eine Vorrichtung zur Zufuhr von Kohle in einen unter einem Druck bis zu 70 Atmosphären arbeitenden Vergaser bekannt, bei der die Kohle aus einem unter Normaldruck stehenden Vorratsbunker über eine Schleuseneinrichtung in den unter Vergasuugsdruck stehenden Zuteilbehälter für den Vergaser gelangt. In der Schleuseneinrichtung ist dabei ein hydraulisch betätigter Kolben angeordnet, der an seiner Oberfläche mit einer druckelastischen Membrane überzogen ist, welche im oberen Teil auch an der Wand der Schleuseneinrichtung anliegt. Der Kolben und die Membrane können durch Beaufschlagung mit einer Hydraulikflüssigkeit nach unten gedrückt werden, wobei es im wesentlichen ihre Aufgabe ist, den Raum innerhalb der Schleuseneinrichtung in dem Maße auszufüllen, wie der Entleerungsvorgang voranschreitet und daran anschließend den Raum so lange ausgefüllt zu lassen, bis der nächste Arbeitszyklus beginnt. Der Nachteil dieser Vorrichtung ist vor allem darin zu sehen, daß sie nur eine periodische, jedoch keine kontinuierliche Brennstoffeinspeisung ermöglicht und außerdem durch Verwendung eines Förderkolbens sowie durch ihre äußere Formgebung einen relativ komplizierten Aufbau aufweist.

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

Die der Lösung dieser Aufgabe dienende Vorrichtung