DE2740961A1 - Verfahren und vorrichtung zur zufuhr von pulverisiertem brennstoff zu einem gasdruckgefaess - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur zufuhr von pulverisiertem brennstoff zu einem gasdruckgefaess

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Description

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V. Den Haag, Holland
Verfahren und Vorrichtung zur Zufuhr von pulverisiertem Brennstoff zu einem Gasdruckgefäß
Priorität: 13. September 1976/Nlederlande Anmelde-Nr.: 7610130
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zufuhr von pulverisiertem Brennstoff zu einem Gasdruckgefäß mit einer Kreiselpumpe zur Zufuhr des Pulvers zum Gefäß, die einen im Gefäß angeordneten Rotor aufweist, der das Pulver durch Zentrifugalkraft in das Gefäß einspritzt, und mit einem Zufuhrrohr für die Zufuhr von Pulver von außerhalb des Gefäßes zum Rotor, dessen Drehachse mit der Mittellinie des Zufuhrrohrs zusammenfällt.
Bei der Zufuhr von pulverisiertem festem Brennstoff, wie Braunkohle oder Steinkohle zu einem Hochdruck-Kohlevergasungsreaktor muß der Gasdruck innerhalb des Reaktors, der meistens bei mindestens 10 atm.abs. liegt, überwunden wer-
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den. Eine weitere Schwierigkeit, die sich dieser Zufuhr entgegenstellt, ist die hohe Temperatur der Reaktorwand. Um diese Probleme zu lösen, ist bereits vorgeschlagen worden, die Druckbeaufschlagung des Kohlepulvers und dessen Zustellung in den Reaktor zu trennen. Auf diese Weise wird das Kohlepulver in einem Gefäß unter Druck gesetzt und anschließend von diesem Gefäß in den Reaktor geleitet. Der Druck im Gefäß entspricht mindestens dem Reaktordruck. Normalerweise wird das Kohlepulver mit der zum Vergasen benötigten Luft oder mit Sauerstoff gemischt, ehe das Pulver in den Reaktor eingeleitet wird. Wegen der ziemlich langen Verweilzeit des Kohlepulvers im Gefäß, kann dieser Mischvorgang dort nicht stattfinden, weil Explosionsgefahr besteht. Das Vermischen erfolgt normalerweise im Brenner, in den die Dosiervorrichtung mündet, mittels der Pulver vom Gefäß zum Reaktor geleitet wird. Eine solche Dosiervorrichtung kann z.B. ein Schneckenförderer sein, der in den Brenner des Reaktors mündet, in den gleichfalls die Luft - oder Sauerstoffzuführleitung führt. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen möglich, so z.B. Anordnungen.bei denen die Kohleteilchen im Gefäß aufgewirbelt werden und als aufgewirbelter Strom aus dem Gefäß abgezogen und einem Brenner zugeführt werden, ebenso wie die benötigte Luft oder Sauerstoff.
Das Gefäß wird normalerweise mit Hilfe eines Gases unter Druck gesetzt, welches gegenüber dem pulverisierten Brennstoff inert ist, das heißt mit einem Gas, das keinen Sauer-
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stoff oder nur wenig Sauerstoff enthält und normalerweise eine niedrige oder verhältnismäßig niedrige Temperatur im Vergleich zu den Temperaturen im Vergasungsreaktor hat. Für diesen Zweck geeignete Gase sind z.B. Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, gasförmige Kohlenwasserstoffe und Dampf. Auch Gemische dieser Gase untereinander und/oder mit anderen Gasen sind verwendbar, ebenso wie das Gas, das aus der Kohlevergasung gewonnen und abgekühlt wurde. Das inerte Gas wird auf anderem Weg als das Pulver in das Gefäß geleitet. Vorzugsweise befindet sich das Pulver in dem Gefäß in mehr oder weniger aufgewirbeltem Zustand. Bei anderen als dem oben beschriebenen Verfahren zum Vergasen von Kohle wird auch ein Zwischengefäß benutzt, in dem der pulverisierte Brennstoff eine gewisse Zeit lang in gasdruckbeaufschlagtem Zustand verweilt. Die Erfindung betrifft auch Vorrichtungen zur Zufuhr von Pulver zu Gefäßen, die in einem solchen Verfahren verwendet werden.
Mittels der eingangs genannten Kreiselpumpe wird das Pulver gegen den hohen Gasdruck in das Gefäß eingeführt. Gas ist auch in den verschiedenen Teilen der Kreiselpumpe vorhanden, durch die das Pulver strömt. Der Gasdruck im Zufuhrrohr unterscheidet sich ziemlich wenig vom Gasdruck in dem mit Pulver angefüllten Raum, in den das Zufuhrrohr außerhalb des Gefäßes ragt.
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Da im Gefäß hoher Gasdruck vorherrscht, ist unmittelbar außerhalb der Kreiselpumpe ein ziemlich beträchtlicher Gasdruckunterschied gegenüber derjenigen Stelle vorhanden, an der das Zufuhrrohr in den Rotor mündet. Folglich entsteht ein beträchtlicher Gasdruckabfall über den Rotor entgegen der Strömungsrichtung des Pulvers. Dieser Druckunterschied muß von den strömenden Brennstoffteilchen mittels Zentrifugalkraft überwunden werden. Folglich erfordert jeder Wert des Druckunterschieds eine entsprechende Mindestgeschwindigkeit des Rotors der Kreiselpumpe zum Einspritzen der Teilchen. Tatsächlich muß an beliebiger Stelle des Rotors die auf die Teilchen wirkende Zentrifugalkraft (mit Ausgleich für Reibungsverlust) größer sein als die Kräfte, die infolge des Gasdrucks auf die Teilchen einwirken. Je größer der gesamte Gasdruckunterschied ist, der überwunden werden muß, um so größer muß der Durchmesser des Rotors gewählt sein und/oder um so schneller muß er sich drehen, damit er die nötige Zentrifugalkraft erzeugen kann.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der U.S. Patentschrift 3 182 825 bekannt. Diese Vorrichtung verwendet einen Rotor mit zentrifugalen Düsen, die sich nach außen verjüngen und gegenüber der Drehachse radial angeordnet sind, und durch die das Pulver in das Gefäß eingespritzt wird. Ein Nachteil dieser Düsen besteht darin, daß sie leicht blockiert werden, weil das durch sie hindurch strömende Pulver Stege bildet, d.h. sich örtlich verdichtet. Wenn das ge-
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-,geschieht, gibt es wenig oder garfkeine Möglichkeiten die Blockierungen während des Betriebs zu beseitigen.
Mit der Erfindung soll dieser Nachteil vermieden werden.
Dazu wird gemäß der Erfindung in einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ein Rotor verwendet, der aus zwei Böden besteht, die rechtwinklig zum Zufuhrrohr angeordnet und zwischen denen ein Schlitz (der Raum zwischen den beiden Böden) gebildet ist, der eine Verbindung zwischen dem Gefäß und dem Zufuhrrohr herstellt. Diese Böden oder plattenförmigen Gebilde sind am Ende des Zufuhrrohrs angeordnet, durch welches das Pulver im Schlitz in der Mitte der Böden abgegeben wird. Von dieser mittleren Stelle wird das Pulver dann durch Zentrifugalkraft in alle Richtungen bewegt und verläßt den Rotor mit großer Geschwindigkeit am Ende des Schlitzes, d.h. am Umfang der Böden.
Die Wahrscheinlichkeit, daß Blockierungen eintreten ist besonders deshalb gering, weil meistens,selbst bei anfänglicher Stegbildung im Schlitz, noch ein Pulverstrom in der Nähe erhalten bleibt, der bestrebt ist, diese Absetzungen zu zerstören.
Ein weiterer Vorteil des in alle Richtungen wirksamen Schlitzes, gemäß der Erfindung, gegenüber den oben genannten Düsen,
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besteht darin, daß die Breite des Schlitzes nach Wunsch einfach eingestellt werden kann, während die feste Geometrie und die Abmessungen der Düse keine Toleranz erlauben. Das kann wichtig sein, wenn die Art des Brennstoffs oder die Körnchengröße geändert wird, oder eine Veränderung des Durchsatzes erwünscht ist.
Obwohl der Schlitz im Prinzip zwischen zwei flachen, scheibenförmigen Böden gebildet ist, wird gemäß der Erfindung ein Schlitz bevorzugt, der sich nach außen verjüngt. Das wird erreicht durch Verwendung von Böden, deren einander zugewandte Flächen bogenförmig oder gekrümmt sind.
Da die Zentrifugalkraft durch die Wirkung erzeugt werden muß, die die Bodenwand auf die Teilchen ausübt, ist der Schrägverlauf bzw. die Verjüngung nach außen vorteilhaft.
Das Zufuhrrohr wird von außerhalb des Druckgefäßes gefüllt. Dort ist der Druck erheblich niedriger als im Druckgefäß und unterscheidet sich nicht stark vom Druck im Zufuhrrohr. Der Druckunterschied muß zwischen der Mitte und dem Rand des Rotors überwunden werden. Sollte zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Betriebs der Rotor leer werden, weil z.B. die Entleerung schneller vor sich geht als die Füllung, würde der Druck im Zufuhrrohr ansteigen, was unerwünscht ist.
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Um das zu verhindern, wird dafür gesorgt, daß das Zufuhrrohr ständig gefüllt ist, und zwar vorzugsweise durch Steuerung der Zufuhr.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, weist die Vorrichtung folglich eine mechanische Einrichtung auf, mittels der pulverisierter Brennstoff durch das Zufuhrrohr geleitet wird, z.B. einen Schneckenförderer. Das gewährleistet eine kontinuierliche Zufuhr von Pulver zum Rotor der Kreiselpumpe.
Der Rotorantriebsmechanismus ist vorzugsweise so konstruiert, daß er die Böden mit geringem gegenseitigem Geschwindigkeitsunterschied dreht. Vorzugsweise ist dieser Geschwindigkeitsunterschied geringer als 10 %. Damit kann von Anfang an eine Stegbildung und Blockierung im Rotor vermieden werden.
Es ist gemäß der Erfindung auch möglich, mindestens einen der Böden an der Seite des Schlitzes mit einem Profil zu versehen. Infolge der erhöhten Reibung zwischen dem Boden und dem Teilchenstrom wird die Zentrifugalkraft des Rotors erhöht und ermöglicht deshalb die Überwindung eines größeren Druckunterschieds. Das Profil kann z.B. in Form von Nuten oder Rinnen in der Bodenoberfläche oder in Form erhabener Rippen und dergleichen vorgesehen sein.
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Die Bodenoberflächen können auch ein solches Profil haben, daß der Schlitz segmentförmig aufgeteilt, d.h. in Abteilungen unterteilt ist.
In der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht ein Druckunterschied über den Rotor beim Betrieb der Kreiselpumpe. Beispielsweise bei der Kohlevergasung sollte dieser Druckunterschied im wesentlichen dem überdruck im Vergasungsreaktor entsprechen. Der Druckunterschied über den Rotor hinweg wird sowohl von der Geschwindigkeit als auch von der Dichte der Teilchen im Rotor bestimmt,und diese beiden genannten Faktoren hängen unter anderem vom Einfluß der benachbarten V/and des Bodens ab. Es kann z.B. im Zusammenhang mit dem Betrieb des Vergasungsreaktors wichtig sein, den Druck im Gefäß zu steuern. Zur exakten Steuerung des Drucks spielt die Steuerbarkeit des Druckabfalls über den Rotor eine Rolle. Diese Steuerbarkeit läßt sich gemäß der Erfindung dadurch erhöhen, daß man den Abstand zwischen den Böden verstellbar macht.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung gemäß
der Erfindung mit einer Einrichtung versehen, die das Ändern der
bzw. Höhe
Breite/des Schlitzes zwischen den Böden und/oder der Geschwindigkeit des Rotors ermöglicht. Auf diese Weise wird eine steuerbare Kreiselpumpe erhalten. Die Böden werden vorzugsweise mit geringfügig unterschiedlicher Geschwindigkeit gedreht. Natürlich kann die durchschnittliche Geschwindigkeit des Rotors ge-
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ändert werden.
Die Erfindung eignet sich besonders gut zur Zufuhr von Kohlepulver zu einem Hochdruck-Kohlevergasungsreaktor mit Hilfe des genannten Gefäßes, aus dem das Pulver mittels einer Dosiervorrichtung in den Reaktor geleitet wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Zufuhr von pulverisiertem Brennstoff zu einem Gasdruckgefäß, bei dem das Pulver von außerhalb des Gefäßes durch ein Zufuhrrohr einem drehbaren Rotor zugeführt wird, der im Gefäß angeordnet ist und das Pulver durch Zentrifugalkraft in das Gefäß schleudert, wobei die Drehachse des Rotors mit der Mittellinie des Zufuhrrohrs zusammenfällt. Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung wird in diesem Verfahren verwendet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung wird durch Steuern der Zufuhr dafür gesorgt, daß das Zufuhrrohr ständig gefüllt ist. Das verhindert, daß der Druckabfall über die Pumpe hinweg unterbrochen wird, weil etwa die Kreiselpumpe leer wird.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung ist es ferner möglich, die Menge des dem Gefäß zugeführten Pulvers durch Ändern der Breite des Schlitzes zwischen den Böden und/oder durch Ändern der Geschwindigkeit des Rotors zu variieren.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren der oben genannten Art, bei dem Kohlepulver einem Hochdruck-Kohlevergasungsreaktor mit Hilfe des Gefäßes zugeführt wird, aus dem das Pulver mittels einer Dosiervorrichtung in den Reaktor geleitet wird.
Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren, vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung näher erläutert.
Die Figur zeigt ein Gefäß 1, in dem eine Kreiselpumpe 2 angeordnet ist, mittels der Kohlepulver von einem Raum 3 in das Gefäß 1 eingeführt wird. Das üefäß 1 mündet in eine Abgabeleitung 4, die zu einem hier nicht dargestellten Vergasungsreaktor führt. Hierzu ist der Boden 5 des Gefäßes 1 trichterförmig gestaltet. Der trichterförmige Boden 5 hat eine poröse Innenwand 6, durch die Gas eingeleitet wird, um das Kohlepulver im Gefäß 1 aufzuwirbeln und das Gefäß 1 unter Druck zu setzen. Die Gaszufuhr erfolgt über den Einlaß 7.
Auch der Raum 3 hat einen trichterförmigen Boden 8, der mit einem Zufuhrrohr 9 verbunden ist, welches drehbar abgestützt ist und die Verbindung zwischen dem Raum 3 und einem Schlitz 10 zwischen trogartigen Böden 11 und 12 herstellt. Räumlich betrachtet definiert also der Schlitz 10 einen Raum, der als flacher Zylinder mit in der Mitte größerer Höhe als außen an-
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gesehen werden kann, wobei in die Mitte der oberen Stirnseite das Zufuhrrohr 9 mündet. Die Verjüngung des Schlitzes 10 ist vorzugsweise so, daß die Verjüngung pro radiale Längeneinheit von innen nach außen abnimmt. Das Zufuhrrohr 9 ist-mit dem oberen Boden 11 einstückig ausgebildet und mit einem Zahnkranz 13 versehen, der mit einem Zahnrad 14 kämmt, welches auf der Welle 15 eines Elektromotors 16 sitzt. Im Zufuhrrohr 9 ist ein drehbarer Schneckenförderer 17 angeordnet, dessen Welle 18 von einem Elektromotor 19 angetrieben wird.
Der untere Boden 12 ist über eine Welle 20 in einem Drehlager 21 abgestützt. Auf der Welle 20 sitzt ein Zahnrad 22, welches mit einem Zahnrad 23 kämmt, das auf der Welle 24 eines Elektromotors 25 angeordnet ist. Das Drehlager 21 und der Elektromotor ist im Gefäß 1 mittels Stangen 26 abgestützt und befestigt. Die Antriebsvorrichtungen sind in einer nicht gezeigten Weise geschützt.
Der trichterförmige Boden 5 des Gefäßes 1 führt in einen Abgaberaum 27, in den rechtwinklig zur Achse 28 des Gefäßes 1 eine Leitung 29 mündet, die zur Verlängerung der Abgabeleitung 4 gerichtet ist.
Die dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Kohlepulver wird über den; trichterförmigen Boden 8 auf gewisser Höhe gehalten und mittels des Schneckenförderers 17 durch das Zufuhr-
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rohr 9 kontinuierlich dem Schlitz 10 zugeführt. Das Pulver wird zwischen den beiden sich rasch drehenden Böden 11 und 12 ins Gefäß 1 eingespritzt. Im Gefäß 1, welches unter verhältnismäßig hohem Druck steht, wird das Kohlepulver dadurch in etwas aufgewirbeltem Zustand gehalten, daß Gas durch die poröse Wand 6 ins Gefäß 1 eingeleitet wird.
Kohlepulver wird kontinuierlich durch die Abgabeleitung 4 aus dem trichterförmigen Boden des Gefäßes 1 abgeleitet, wobei der Strom des Kohlepulvers durch einen Gasstrom von hoher Geschwindigkeit gefördert wird, der über die Leitung 29 in den Abgaberaum 27 geblasen wird.
Der Durchsatz wird durch die Geschwindigkeit des Schneckenförderers 17 und die Geschwindigkeit der Böden 11 und 12 ebenso wie durch den Abstand zwischen den Böden gesteuert.
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Claims (12)

L 530 M 27A0961 Ansprüche
1. Vorrichtung zur Zufuhr von pulverisiertem Brennstoff zu einem Gasdruckgefäß mit einer Kreiselpumpe zur Zufuhr des Pulvers zum Gefäß, die einen Rotor aufweist, der im Gefäß drehbar so angeordnet ist, daß er durch Zentrifugalkraft Pulver in das Gefäß einspritzt, und mit einem Zufuhrrohr zum Einführen von Pulver von außerhalb des Gefäßes zum Rotor, dessen Drehachse mit der Mittellinie des Zufuhrrohrs zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus zwei Böden (11,12) besteht, die rechtwinklig zum Zufuhrrohr (9) angeordnet sind und zwischen denen ein Schlitz (10) gebildet ist, der die Verbindung zwischen dem Gefäß (1) und dem Zufuhrrohr (9) herstellt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (10) zwischen den Böden (11,12) sich nach außen verjüngt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η nz e i chne t, daß eine mechanische Einrichtung vorgesehen ist, die den pulverisierten Brennstoff durch das Zufuhrrohr (9) leitet, beispielsweise ein Schneckenförderer (17).
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorantriebsmechanismus so konstruiert ist, daß er die Böden (11,12) mit gerin-
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gem gegenseitigem Geschwindigkeitsunterschied dreht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorantriebsmechanismus so konstruiert ist, daß er die Böden (11,12) mit einem gegenseitigen Geschwindigkeitsunterschied von weniger als 10 % dreht.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Böden an der dem Schlitz (10) zugewandten Seite mit einem Profil versehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Ändern der Breite des Schlitzes und/oder der Geschwindigkeit des Rotors vorgesehen ist.
8. Hochdruck-Kohlevergasungsreaktor, der über eine Kohlepulver-Dosiervorrichtung mit einem Gefäß verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 versehen ist.
9. Verfahren zur Zufuhr von pulverisiertem Brennstoff zu einem Gasdruckgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet
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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch Steuerung der Zufuhr dafür gesorgt wird, daß das Zufuhrrohr (9) ständig gefüllt ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des in das Gefäß eingeführten
Pulvers durch Ändern der Breite des Schlitzes zwischen den
Böden und/oder durch Ändern der Geschwindigkeit des Rotors
geändert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9,10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlepulver einem Hochdruck-Kohlevergasungsreaktor über das Gefäß zugeführt wird, aus dem das Pulver mittels einer Dosiervorrichtung in den Reaktor geleitet wird.
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DE19772740961 1976-09-13 1977-09-12 Verfahren und vorrichtung zur zufuhr von pulverisiertem brennstoff zu einem gasdruckgefaess Granted DE2740961A1 (de)

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