DE2711481C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtvorrichtung mit einem Ge­ häuse, mit einer im Gehäuse angeordneten gasdurchlässigen Trägerplat­ te, die im Betrieb eine Wirbelschicht aus körnigem Material trägt, mit einem im Gehäuse vorgesehenen Gausauslaß und mit einer Abscheide­ vorrichtung, die derart zwischen dem Gasauslaß und der Trägerplatte angeordnet ist, daß sie sich in dem während des Betriebs gebildeten Freiraum oberhalb der Wirbelschicht befindet, wobei die Längsachse der Abscheidevorrichtung im wesentlichen parallel zur Trägerplatte verläuft.

Eine Wirbelschichtvorrichtung dieser Art ist aus der US-PS 38 51 406 bekannt. Bei dieser bekannten Konstruktion wird die Ab­ scheidevorrichtung durch einen gekrümmten Schirm gebildet, welcher sich offenbar im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Ge­ häuses erstreckt und Perforationen aufweist, um den Durchtritt des Gases zu Gasauslässen zu ermöglichen. Die bei dieser Konstruktion als gekrümmter Schirm ausgebildete Abscheidevorrichtung wirkt in erster Linie als Prallplatte, an welcher ein Teil von dem Träger­ gas mitgerissenen Partikel abprallt und somit nicht zu den Gasaus­ lässen gelangt. Ein anderer Teil der mitgerissenen Partikel gelangt jedoch durch die Perforation des gekrümmten Schirms hindurch und wird teilweise durch die Gasauslaßöffnungen abgezogen und teilweise an der Oberseite des gekrümmten Schirms abgesetzt. Die sich an der Oberfläche des gekrümmten Schirms absetzenden Partikel fallen auf­ grund der Krümmung des Schirms durch die zwischen den Rändern des Schirms und dem Gehäuse vorhandenen, schmalen Spalte zurück in die Wirbelschicht. Bei dieser bekannten Konstruktion kann eine wirksame Abscheidung der vom Gas mitgerissenen Teilchen nicht unbedingt ge­ währleistet werden.

Aus der DE-OS 21 19 061 ist weiterhin eine Wirbelschichtvorrichtung bekannt, die sich im wesentlichen in senkrechter Richtung erstreckt, d. h. die Wirbelschicht selbst weist eine sehr große Dicke auf und erstreckt sich im wesentlichen längs der Strömungsrichtung des Ga­ ses, so daß ein hoher Druckverlust des Gases auftritt. Die Abschei­ dung von im Trägerarm mitgerissenen Partikeln der Wirbelschicht er­ folgt hierbei durch einen Zyklonabscheider, dessen Partikelauslaß als Tauchrohr in die Wirbelschicht eingeführt ist und somit die ab­ geschiedenen Teilchen kleinsten Durchmessers an einer Stelle konzen­ triert in die Wirbelschicht zurückführt. Hierdurch tritt eine un­ gleichmäßige Verteilung der Partikelgröße innerhalb der Wirbel­ schicht und somit eine ungleichmäßige Reaktion auf.

Aus der US-PS 25 85 274 ist weiterhin eine Wirbelschichtvorrich­ tung bekannt, welche sich ebenfalls im wesentlichen in senkrechter Richtung erstreckt, d. h. bei der ebenfalls die Hauptausdehnung der Wirbelschicht längs der Strömungsrichtung des Gases liegt, so daß auch hier hohe Druckverluste des Gases auftreten. Die Abscheidung der vom Gas mitgerissenen Partikel erfolgt oberhalb der Wirbel­ schicht in dort vorgesehenen Filtern oder durch einen außerhalb der Wirbelschicht angeordneten Zyklonabscheider. Die Benutzung von Filterelementen zum Abscheiden von Partikeln aus dem Trägergas führt zu einem mit der Betriebsdauer der Wirbelschichtvorrichtung steigenden Druckverlust im Trägergas und somit zu einer Erhöhung des Energiebedarfs der Anlage. Darüber hinaus weist die Ausführungs­ form dieser Wirbelschichtvorrichtung mit dem außerhalb angeordneten Zyklonabscheider einen erhöhten Raumbedarf der Anlage auf und er­ fordert eine aufwendige Rückführung der dort abgeschiedenen Parti­ kel, welche wiederum nur konzentriert an einem Ort in die Wirbel­ schicht zurückgeleitet werden.

Die US-PS 28 93 849 beschreibt eine Wirbelschichtvorrichtung, die sich ebenfalls im wesentlichen in senkrechter Richtung erstreckt, d. h. bei der die Hauptausdehnung der Wirbelschicht wiederum längs der Strömungsrichtung des Gases liegt, was mit dem bekannten Druck­ verlusten verbunden ist. Die Abscheidung der vom Gas mitgerissenen Partikel aus dem Gas erfolgt mittels eines Filterelements, wodurch der Druckverlust des Gases mit steigender Betriebsdauer steigt und eine Rückführung der abgeschiedenen Partikel nicht möglich ist.

Aus der DE-OS 25 35 514 ist ferner eine Wirbelschichtvorrichtung mit im wesentlichen senkrechter Bauweise, d. h. von beträchtlicher senk­ rechter Ausdehnung, bekannt. Die Abscheidung der vom Gas mitgerisse­ nen, größeren Partikel erfolgt durch Schwerkrafttrennung, wodurch eine beträchtliche Bauhöhe bedingt ist, was sowohl den Platzbedarf als auch die Kosten der Anlage erhöht. Die vom Gas mitgerissenen, feineren Partikel werden durch einen Filter abgeschieden, wodurch im Laufe der Betriebsdauer der Druckverlust im Gas beträchtlich an­ steigt und eine Rückführung der abgeschiedenen Partikel in die Wir­ belschicht nicht möglich ist.

Ausgehend von einer Wirbelschichtvorrichtung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine effektive Ab­ scheidung der vom Gas mitgerissenen Teilchen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abscheide­ vorrichtung mindestens einen Kanal aufweist, der mindestens eine Öffnung aufweist und einen Hohlraum bildet zum Zuleiten des Abgas­ stroms zum Gasauslaß, wobei das Gas vor Eintritt in mindestens eine Öffnung des Kanals um den Kanal herumgeleitet wird.

Durch die besondere Führung des Gasstroms in der Vorrichtung nach der Erfindung wird gegenüber dem gesamten Stand der Technik ein we­ sentlich verbessertes Abscheiden der mitgerissenen Partikal insbeson­ dere aufgrund des erreichten Zykloneffekts erzielt. Der im Fall der vorliegenden Erfindung auftretende Zykloneffekt bewirkt, daß die in die Öffnungen des Kanals eintretenden Gase praktisch frei von Mate­ rialteilchen sind. Nachdem weiterhin die in den geschlossenen Hohl­ raum eingeleiteten Gase in dem Kanal zum Gasauslaß geleitet werden, bleibt die bereits vollzogene Trennung zwischen den Gasen und Teil­ chen erhalten, sobald die Gase den Kanal betreten haben.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen bei­ spielhaft veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1a und 1b Längs- bzw. Querschnitte einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2a und 2b Längs- bzw. Querschnitte einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform;

Fig. 4 einen Querschnitt einer vierten Ausführungsform;

Fig. 5 einen Querschnitt einer fünften Ausführungsform; und

Fig. 6 einen Querschnitt einer sechsten Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 enthält eine erste Ausführungsform einer Wirbelschicht­ vorrichtung in Form eines Brenners 1 ein zylindrisches Gehäuse 2, dessen Längsachse waagerecht angeordnet ist. Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine gasdurchlässige Trägerplatte 4 angeordnet, die einen da­ runterliegenden Sammelraum 6 und einen darüberliegenden Hauptver­ brennungsraum 8 begrenzt. Das Gehäuse 2 weist zwei Endbände 9, 10 auf, die zusammen mit dem Gehäuse 2 zur Abgrenzung einer Wirbel­ schicht 12 aus gekörntem Material dienen, wobei die Trägerplatte 4 die Wirbelschicht trägt. An einem Ende des Gehäuses 2 ist in der Endwand 10 ein Gasauslaß 14 angeordnet. In einem über der Wirbel­ schicht gelegenen Freiraum 24 ist eine Abscheidevorrichtung 38 mit einem zylindrischen Kanal 40 angeordnet, der in seinem Oberteil mit Öffnungen 18 versehen ist. Ein Ende des Kanals 40 ist geschlossen, während sich das andere Ende durch den Gasauslaß 14 erstreckt und von diesem getragen wird. Der Kanal 40 enthält einen Hohlraum 19, der mit einem Nebenverbrennungsraum in Verbindung steht.

Im Betrieb wird die Wirbelschicht 12 durch Luft verwirbelt, die durch einen Einlaß 5 in den Sammelraum 6 eingeführt wird. Die Luft wird dabei durch die Trägerplatte 4 hindurch in die darüber getragene Wir­ belschicht verteilt. Der Wirbelschicht 12 wird Brennstoff zur Verbren­ nung zugeführt. Die aus der Wirbelschicht austretenden Gase bewegen sich aufwärts in den über der Wirbelschicht gelegenen Freiraum 24. Wegen des mehr oder weniger zufälligen Ausbruchs von Gasblasen an der Oberfläche der Wirbelschicht 12 ist der Gasstrom unmittelbar über der Wirbelschicht ungleichmäßig. Der Ausbruch jeder Gasblase schleudert Gas und Teilchen in den Freiraum 24 mit einer Geschwindig­ keit, die das Vielfache der durchschnittlichen Gasgeschwindigkeit be­ tragen kann. Wenn das Gas sich dem Kanal 40 nähert, wird die senk­ rechte Gasgeschwindigkeit gleichmäßiger, wobei das Ausmaß der Annähe­ rung an die Gleichmäßigkeit vom Druckabfall über dem Kanal abhängt. Das Aufprallen der Gase und somit der Teilchen auf den Kanal 40 ver­ ursacht eine Verzögerung der Teilchen, wodurch diese angehalten wer­ den und bestrebt sind, in die Wirbelschicht zurückzufallen. Wenn die Gase einmal durch die Öffnungen 18 in den Hohlraum 19 gelangen, bewegen sie sich waagerecht zum Gasauslaß 14 und werden vom Freiraum getrennt.

Bei Fehlen der Abscheidevorrichtung in einem langen Wirbelschichtkes­ sel wäre eine waagerechte Gasströmung zum Gasauslaß im Freiraum über der Schicht vorhanden. Die waagerechte Geschwindigkeit würde von dem Ende des Kessels, das vom Auslaß entfernt ist, zum Gasauslaß hin aufgrund der zunehmenden Strömung von Gas aus der Wirbelschicht zu­ nehmen. Wenn die senkrechte Querschnittsfläche des Freiraums wesent­ lich kleiner als die Schichtoberfläche ist, dann könnte die waage­ rechte Gasgeschwindigkeit im Freiraum in der Nähe des Gasauslasses das Vielfache der Wirbelgeschwindigkeit betragen. Diese waagerechte Gasgeschwindigkeit würde ausreichen, alle aus der Wirbelschicht in den Freiraum geschleuderten Teilchen aus dem Kessel hinauszufördern. Es wäre dann schwierig, eine Wirbelschicht im Kessel zurückzuhalten. Der Hohlraum 19 des Kanals 40 verhindert eine unmittelbare waagerech­ te Gasströmung im Freiraum 24 zum Auslaß 14 und sorgt dafür, daß der Druckabfall über dem Kanal 40 für eine gleichmäßige Gasströmung durch den Kanal 40 in dessen Längserstreckung ausreicht. Es können senkrechte Abscheidebleche vorgesehen sein, die beim Verhindern einer waagerechten Gasströmung im Freiraum 24 unterstützend wirken und eine Verminderung des Druckabfalls über dem Kanal 40 ermöglichen können. Die waagerechte Gasgeschwindigkeit im Hohlraum 19 ist höher, als wenn die waagerechte Gasströmung im gesamten Raum über der Wir­ belschicht stattfinden würde. Weil jedoch die meisten Schichtteil­ chen aus dem Gas freikommen, bevor dieses in den Hohlraum 19 ein­ tritt, wird der Verlust an Teilchen aus der Wirbelschicht durch die Abscheidevorrichtung wesentlich verringert.

Fig. 2 zeigt eine der Fig. 1 ähnliche Abscheidevorrichtung 42 . Der Kanal 45 weist einen sichelförmigen Querschnitt auf, dessen einge­ wölbte Seite der Wirbelschicht 12 gegenüberliegt und dessen Öffnun­ gen 18 längs der Oberseite des Kanals 45 in zwei Reihen vorgesehen sind. Das Betriebsergebnis dieser Gestalt der Abscheidevorrichtung besteht darin, in der Mitte der Verbrennungskammer 8 eine größere Trägheitswirkung zu erzeugen, als sie durch Anwendung eines Kanals mit kreisförmigem Querschnitt erzielbar wäre.

In Fig. 3 besteht die Abscheidevorrichtung aus zwei hohlen zylindri­ schen Kanälen 50, die im Freiraum 24 über der Wirbelschicht 12 an­ geordnet sind. Jeder Kanal 50 weist mehrere Öffnungen oder einen Schlitz 18 in seiner Zylinderwand an einer Stelle auf, die abwärts zur Schicht 12 und zum Gehäuse 2 des Brenners 1 gerichtet ist. An jedem Kanal 50 ist ein Abscheideblech 52 befestigt, das sich in Längsrichtung der Kanäle so an einer Stelle erstreckt, daß es die Öffnungen im wesentlichen von Gasen abschirmt, die unmittelbar aus der Wirbelschicht 2 austreten. Das Abscheideblech 52 bildet hierbei mit dem Gehäuse 2 einen Spalt 54.

Im Betrieb folgen die aus der Wirbelschicht 12 austretenden Gase dem durch die Pfeile angegebenen Verlauf. Die Abscheidebleche 52 unter­ stützen die Gasströmung um die Kanäle 50 herum in der angegebenen Richtung. Die Kanäle 50 arbeiten gemäß einer an mitgenommenen Teil­ chen wirkenden Fliehkraft in derselben Weise wie ein Zyklon. Die Stellung der Öffnungen oder des Schlitzes 18 wird so gewählt, daß sie Gase an oder nach der Stelle der maximalen Geschwindigkeit aufneh­ men, wodurch die Zyklonwirkung, d. h. die maximale Abscheidung mit­ genommener Teilchen aus den Gasen, auf ein Höchstmaß gebracht wird. Die Abscheidebleche 52 können an irgendeiner passenden Stelle an den Kanälen 50 angeordnet werden, und zwar vorzugsweise unter einem Winkel, der größer als der Schüttwinkel des Wirbelschichtmaterials ist, so daß bei Gebrauch sich kein Material an den Abscheideblechen ansammeln und durch den Spalt 54 zurück in die Wirbelschicht fallen kann.

Gemäß Fig. 4 enthält die Abscheidevorrichtung zwei hohle zylindrische Kanäle 50, die innerhalb des Freiraums 24 über der Wirbelschicht 12 gelegen sind. Jeder Kanal 50 weist mehrere Öffnungen oder einen Schlitz 18 auf, der in dessen Umfangswand an einer Stelle gelegen ist, die von der Wirbelschicht 20 weg aufwärts und zum Gehäuse 2 des Bren­ ners 1 gerichtet ist. Ein Abscheideblech 52 ist angrenzend aber im Abstand von jedem Kanal 50 angeordnet und bildet mit der Wand des Kanals einen Spalt 51 und mit dem Gehäuse 2 einen Spalt 54.

Der Betrieb der vierten Ausführungsform gleicht dem zu Fig. 3 be­ schriebenen. Die Anordnung der Abscheidebleche 52 fördert den durch die Pfeile angegebenen Strom der Gase um die Kanäle 50. Der durch die Abscheidebleche eingeleitete Strom der Gase verläuft spiralförmig über die Länge der Kanäle 50 und tritt durch die Spalte 51 hindurch, wodurch ein mehrfacher Verlauf von Gasen um den Kanal 50 vor deren Austritt durch die Öffnungen 18 in den Hohlraum 19 in jedem Kanal er­ möglicht wird. Die mitgenommenen Teilchen aus der Wirbelschicht wer­ den somit einer erhöhten Zyklonwirkung unterworfen, wobei abgeschie­ dene Teilchen durch die Spalte 54 in die Wirbelschicht 12 gelangen.

Gemäß Fig. 5 enthält die Abscheidevorrichtung zwei hohle zylindrische Kanäle 50, die mit Öffnungen oder einem Schlitz 18 versehen sind, und innerhalb des Freiraums 24 über der Wirbelschicht 12 angeordnet sind. An jedem Kanal 50 ist angrenzend an die Öffnungen 18 ein Ab­ scheideblech 52 befestigt. Die Abscheidebleche 52 sind zur Bildung eines Spalts 53 zwischen sich aufeinanderzu gerichtet. Der Betrieb dieser Ausführungsform gleicht dem zu Fig. 3 beschriebenen mit der Ausnahme, daß der Strom der Gase in entgegengesetzter Richtung er­ folgt, d. h. die Gase werden zuerst zwischen die Kanäle 50 und das Gehäuse 2 des Brenners 1 gerichtet, was durch die Pfeile angegeben ist. Die durch die Zyklonwirkung der um die Kanäle 50 strömenden Gase abgeschiedenen Materialteilchen gelangen über den Spalt 53 zur Wirbel­ schicht zurück, während die Gase durch die Öffnungen 18 in den Hohl­ raum 19 und von da aus zum nicht gezeigten Gasauslaß hin austreten.

Die in Fig. 6 gezeigte Abscheidevorrichtung entspricht dem linken Kanal von Fig. 3. Das Abscheideblech 52 und die Öffnungen 18 könnten an irgendeiner von beiden Seiten des Kanals 50 angeordnet sein, wobei sich der Gasstrom um den Kanal entsprechend ändert.

Es ist offensichtlich, daß bei der Ausführungsform von Fig. 3, 4 und 5 die beiden die Abscheidevorrichtung enthaltenden Kanäle 50 zur Bil­ dung eines einzigen Gasauslasses an einem Sammelrohr angeschlossen sein können.

Die Erfindung ermöglicht eine einfache und wirksame Einrichtung zum Vermindern oder Verhindern des Übertragens von Wirbelschichtteilchen durch wirksames Abtrennen des waagerechten Gasstroms aus dem Frei­ raum und durch Ausüben einer Zyklon- oder Haltewirkung an den mitge­ nommenen Teilchen.

Es sei hervorgehoben, daß die Erfindung nicht auf eine Vorrichtung beschränkt ist, bei der der Gasauslaß an einem Ende des Gehäuses an­ geordnet ist. Zum Beispiel kann ein Gasauslaß in der Mitte der Decke des Gehäuses angeordnet sein. In diesem Fall würden die waagerechten Gas­ strömungen zum Auslaß hin erzeugt werden.

Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf eine Vorrichtung zum Ver­ brennen beschränkt und kann daher für andere, eine Wirbelschicht ver­ wendenden Vorgänge oder Reaktionen, z. B. die Vergasung, verwendet werden.

Claims (6)

1. Wirbelschichtvorrichtung mit einem Gehäuse, mit einer im Ge­ häuse angeordneten gasdurchlässigen Trägerplatte, die im Be­ trieb eine Wirbelschicht aus körnigem Material trägt, mit ei­ nem im Gehäuse vorgesehenen Gasauslaß und mit einer Abscheide­ vorrichtung, die derart zwichen dem Gasauslaß und der Träger­ platte angeordnet ist, daß sie sich in dem während des Betriebs gebildeten Freiraum oberhalb der Wirbelschicht befindet, wobei die Längsachse der Abscheidevorrichtung im wesentlichen paral­ lel zur Trägerplatte verläuft, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abscheidevorrichtung (38) mindestens einen Kanal (40, 45, 50) aufweist, der mindestens eine Öffnung (18) aufweist und einen Hohlraum (19) bildet zum Zuleiten des Abgasstroms zum Gasauslaß (14), wobei das Gas vor Eintritt in mindestens eine Öffnung (18) des Kanals (40, 45, 50) um den Kanal (40, 45, 50) herumgeleitet wird.

2. Wirbelschichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidevorrichtung zwei Kanäle (50) aufweist, die von­ einander und zum Gehäuse (2) beabstandet nebeneinander angeord­ net sind.

3. Wirbelschichtvorrichtung nach Anspruch 1-2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Kanal (50) an seiner Außenseite ein Abschei­ deblech (52) aufweist.

4. Wirbelschichtvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder der Kanäle (40, 50) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

5. Wirbelschichtvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Kanal (45) einen sichelförmigen Querschnitt aufweist.

6. Wirbelschichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) die Form eines waagerechten zylindrischen Mantels hat.