DE2800199A1

DE2800199A1 - Verbrennungs- und entschwefelungsreaktor fuer kohle

Info

Publication number: DE2800199A1
Application number: DE19782800199
Authority: DE
Inventors: Stephen Potter Perkins; Alex Francis Wormser
Original assignee: Wormser Engineering Inc
Current assignee: Wormser Engineering Inc
Priority date: 1977-01-03
Filing date: 1978-01-03
Publication date: 1978-07-13
Also published as: FR2376362A1; JPS5389037A; US4135885A; FR2376362B1; GB1600258A; AU514771B2; AU3206277A; JPS6137523B2; CA1084344A

Description

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IC 248/Dr.U/Li 3. Januar I978

U.S. Serial No. 756,265
Filed January 3, 1977

tfORKSER ENGINEERING, INC. M a r b 1 e h e a d , Mass. / USA

Verbrennungs- und EntSchwefelungsreaktor für Kohle

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennung- und Entcchwefelungsreaktor für Kohle sowie ein Verfahren zum Verbrennen und Entschwefeln von Kohle.

Ls sind bereits V.'irbelbett-Verbrennungsreaktoren mit tiefem ßett bekannt, die eine gute Entschwefelung von Kohle gewährleisten. Jedoch haben diese Vorrichtungen insofern Nachteile,-als sie eine große Höhe des über dem Wirbelbett liegenden freien Raumes erfordern und daß sie unverbrannte

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Iiohlenteilchen mit der Abluft ausblasen. Derartige Verbrennungsreaktoren sind in H. Nack et al., "Fluidized-Bed Combustion Review", Vol. II, Seiten 3^6 bis 3^7 unter Pluidization Technology (Proceedings of the International Fluidization Conference at Asitomar, California, Juni 15 bis 20, 1975), Hemisphere Publishing Co., Washington, D.C, 1976, beschrieben.

Ebenso bekannt sind auch Verbrennungsreaktoren für Kohle mit flachem Wirbelbett, in welchen Kohlestücke verbrannt werden, während sie auf einem flachen Bett von (z.B.) Sand (im wesentlichen) schwimmen. Diese Vorrichtungen ermöglichen eine gute Verbrennung und eine niedrige Höhe des über dem Bett liegenden freien Raumes, geben jedoch nur eine schlechte Entschwefelung. Derartige Verfahren sind in "Fluidized Combustion", Proceedings, Vol. 1, Ceite B3-2, Symposium Series No. 1 (1975), veröffentlicht durch The Institute of Fuel, London, beschrieben.

Verbrennungsreaktoren mit flachem Bett verwenden viel gröbere Kohle als Verbrennungsreaktoren mit tiefen: Bett.

Die vorliegende Erfindung zeigt eine Vielzahl von hintereinandergeschalteten Wirbelbetten, wobei ein Wirbelbett eine verschiedene, und gegenüber den Funktionen der anderen Wir-

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beibetten komplementäre Funktion erfüllt. Etwas spezieller ausgedrückt betrifft die Erfindung ein kohleverbrennendes Wirbelbett, hinter dem in Strömungsrichtung ein entschwefelndes Wirbelbett angeordnet ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen besitzen das kohleverbrennende und das entschwefelnde Wirbelbett eine mittlere Tiefe von etwa 10 cm bis etwa 25 cm (4 inches bis 10 inches; I inch = 2,54 cm), Vorrichtungen zur Einführung von Kühlluft, um eine selektive Kühlung des Entschwefelungsbettes und das Abbrennen von flüchtigen Stoffen während des Uerunterfahrens und Arbeiten bei niedriger Leistung zu ermöglichen, und es ist ferner ein Sorbent sowohl als Träger für die Kohle in dem Verbrennungsreaktor und für die Entschwefelung in beiden netten vorgesehen, wobei ein gröberer Sorbent für das obere bett ausgewählt wird.

Die Erfindung hat die Vorteile, daß sie (z.B.) ein ökonomisches und sauberes (nach E.P.A.-Standards) Verbrennen von Kohle mit auch hohem Schwefelgehalt, in einem sehr weiten bereich von Größen und Kapazitäten ermöglicht, wobei eine derartig bescheidene Forderung hinsichtlich der Höhe des über den /Jirbelbetten liegenden Raumes gestellt wird, daß vorhandene Dampfkessel, die für andere Brennstoffe konstruiert wurden, leicht auf Kohle umgestellt werden können. Demzufolge verspricht die Erfindung das kostengünstigste

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Verfahren zum sauberen Verbrennen von Kohle mit hohem Schwefelgehalt in einem vorhandenen Dampfkessel, der für öl oder Gas ausgelegt ist, zu werden, bei einer um typischerweise um 10 % erhöhten Leistung, einer gesteigerten Kapazität um 1/3, oder irgendeiner Kombination von verbesserter Leistung und Kapazität. Die Erfindung kann sehr leicht auf neue Dampfkesselkonstruktionen angewandt v/erden und sie kann gegebenenfalls für eine Verwendung in grossen Betriebsanlagen für Kohleverbrennung mit hoher Geschwindigkeit angepaßt werden. Gemäß Erfindung kann auch Feinkoiile eingesetzt werden, wobei gemäß Erfindung zur Vermeidung von Temperaturschwankungen nach oben sofort ausgesteuert wird; ferner läßt sich die Erfindung vollständig automatisieren, sie vermeidet ein Pestbacken bzw. Verschlacken (der Wärmeübergang hält das Verbrennungsreaktor-Bett auf einer Temperatur von 871° C (1600° F), sie kann beispielsweise eine Leistung von etwa 10_sβ χ IC bis 26,4 χ 10¹⁰ J/Ctd. (100 000 bis 250 Millionen LTU/stunden:, 1 BTU = 1O;J5,O56 J) abgeben und benötigt keine unterstützende hilfsweise Kohlenstoff verbrennende Zolle zur Verbrennung von aus eiern Verbrennun^sreaktor ausgeblasenen i'.oks. Die i ".nt Schwefelung ist vollständiger, obwohl sie weniger ivUlkstein erfordert. Liese Vorteile bestehen sowohl bei indirekt beheizten '-fön ols auch bei Daii.pfkesseln.

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Nachfolgend werden derzeit bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung, hauptsächlich im Schnitt_a der derzeitig bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 ist eine schematische Darstellung., ebenfalls hauptsächlich im Schnitt, einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung.

In Figur 1 wird sehr schematisch ein ganz allgemein bezeichneter Zweibett-Verbrennungs- und Entschwefelungsreaktor 10 gezeigt, in welchem beide Betten Wirbelbette sind. Durch den Loden 14 der Vorrichtung, welche auf den Stützen 16 steht, führt der Lufteintritt 12. Oberhalb des Bodens 14 ist das Gehäuse (oder die Wandung) 18, durch das sich quer die bodenplatten 20 und 22 erstrecken, wobei durch beide ijodenplatten eine Vielzahl von Kappenrohren 23 führen. Der Jaturgas-L'ingang 24 führt durch das Gehäuse 18 in den zwischen den bodenplatten 20 und 22 gebildeten Raum. Löcher crii;üj_,lichen es der.. Naturgas, in die Kappenrohre 23 einzutreten.

Durch den Verbrennun^sreaktor laufen basserrohre 28 hin und

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her. Darüber ist das Beschiekungsrohr für Kalkstein und Kohle 30 angeordnet, aus welchem frischer Kalkstein und anschließend Kohle herunterrieseln, um von dem oberhalb der Bodenplatte 22 befindlichen Kalkstein getragen zu werden. Verbrauchter (calcinierter und sulfatierter) Kalkstein und ein Teil der Asche werden durch das Ausgangsrohr 32 entfernt.

Die Verbrennungsprodukte werden dann in dem Verbrennungsreaktor durch abgestufte Löcher 34 (Sekundärluft kann selektiv durch das mit Öffnungen versehene Rohr 36 eingeführt werden) geführt, die durch Paare von halbzylindrischen Kanälen in benachbarten, stufenförmigen, hochfeuerfesten Tonerdeziegeln 38 gebildet werden.

Die hochfeuerfesten, stufenförmigen Tonerdeziegel 38 werden durch Wasser gekühlte, kaltgewalzte Stahlrönren 40, die zwischen den angrenzenden Ziegeln hindurchlaufen, getragen. Zwei Reihen von gegenwinkelig angeordneten Ablenkungsstreifen 42, die sich in ihrer longitudinalen Dimension über die Breite des Verbrennungsreaktors erstrecken und an ihren Enden durch horizontale Plattenbänder (nicht gezeigt) gehalten werden, lenken Kalkstein, der sonst nach oben geschleudert würde, gegen die unteren öffnungen der abgestuften Löcher 34 ab. Die gesamte Querschnittsfläche aller abge-

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stuften Löcher 34 ist so gewählt, daß sie bei maximalem Durchfluß einen Druckabfall von zumindest einem Drittel des Bettgewichtes pro Einheitsfläche durch die Löcher hindurch sicherstellt. Die einzelnen Löcher 34 mit einem Durchmesser von etwa 4₃75 ram (genau 0,187 inch; I inch = 25j4 mm) sind groß genug, um ein Verstopfen durch mitgerissene Teilchen zu verhindern.

Das Kalkstein-Beschickungsrohr 44 läßt Kalkstein in den aktiven Teil des Entschwefelungsreaktors oberhalb der hochfeuerfesten, stufenförmigen Tonerdeziegel 38 fallen, der durch die ivandung 18 abgegrenzt ist. Verbrauchter Kalkstein wird durch die Ausgangsleitung 46 entfernt. Die heißen entschwefelten Gase verlassen den Reaktor durch das Rohr Zwei Reihen von Zylindern 50, die unmittelbar oberhalb des obersten Teils des L'ntschwefelungsreaktor-Bettes angeordnet sind, wirken als Wellenbrecher für Wellen, die sich in dem Bett bilden können. Zwei Reihen von Ablenkungsstreifen 52, genau wie die Ablenkungsstreifen 42, verhindern, daß Kalkstein aus dem Rohr 48 herausgeschleudert wird. Wasserrohre 54 laufen durch den Entschwefelungsreaktor in Hin- und Rückrichtung.

Die Dimensionen und andere Abmessungen in der gezeigten Ausführungsform wurden so gewählt, daß sie eine aufgenommene

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Leistung von etwa 511 χ 10? J/Std./m² (^50 000 BTÜ/Std./ sq.ft.; 1 BTU = 1055,056 J; 1 m² = 10,7639 sq.ft.) ergeben und sind folgende: Das untere Bett ist.20,32 cm (8 inch) tief (Im abgesetzten Zustand) und verwendet minus 20 plus 30 mesh-Kalkstein. Das obere Bett ist ebenfalls 20,32 cm (8 inch) tief und verwendet gröberen (minus 10 plus 20 mesh) Kalkstein. Der Abstand zwischen dem Oberteil der Bodenplat te 22 zu dem Boden der hochfeuerfesten, stufenförmigen Tonerdeziegeln 38 beträgt 45,72 cm (18 inch), was eine Höhe des darüberliegenden freien Raumes von etwa 25,4^ cm ClO Inch) ergibt. Das Beschickungsrohr für Kalkstein und Kohle 30 hat einen Durchmesser von 7 s 62 cm (3 inch). Die hochfeuerfesten, stufenförmigen Tonerdezlegel 38 sind 7,62 cm (3 inch) hoch. Die Ablenkungsstreifen 42 und 52 sind 2j54 cm (1 inch) breites und 0,32 cm (1/8 inch) dickes Metall. Die Wellenbrecher-Zylinder 50 haben einen Durchmesser von 1,9 cm (3/4 inch) und sind dreieckartig an 2,86 cm (1 l/B inch) Zentren mit 0,95 cm (3/8 inch) öffnungen dazwischen angeordnet. Obwohl lediglich einige wenige uavon in der Zeichnung, die ziemlich schematisch ist, eingezeichnet sind, gibt es zahlreiche Mappenrohre 23, abgestufte Löcher 3'i urri ".uführunrslüchc-r für i.ohle 56 im Leschickun_;'srohr für ..alkstein una Kohle 30 (eines von diesen

ρ Löchern für jeweils etwa 0,93 bis etwa 2,79 '·' (10 bis yj square? feet) äer Keaktorfl/iche. Die horizontale inneri-

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seitige Gehäusewandung 18 beträgt 1,86 m (200 square feet)

10 für eine aufgenommene Leistung von etwa 9₃496 x 10 J/Std. (90 000 000 BTU/Std.); selbstverständlich werden die Anforderungen der Leistungsentnahme eines besonderen Dampfkessels zum großen Teil die Fläche bestimmen. Das Leistungserniedrigungsverhältnis (turndown ratio) beträgt 8:1. Die Wasserrohre 28 und 54 sind aus rostfreiem Stahl Nr. 304 und die Ablenkungsstreifen (d.h. die Ablenkungsstreifen 42 und 52 und die Zylinder 50), das Beschickungsrohr für Kalkstein und Kohle 30, das mit öffnungen versehene Rohr J>6 und das Gehäuse 18 sind aus rostfreiem Stahl Nr. 316.

Zur Inbetriebnahme wird Kalkstein durch die Beschickungsrohre für Kalkstein und Kohle 30 und das Beschickungsrohr zugeführt, um sowohl das untere, als auch das obere Bett bis auf eine Tiefe von 20,32 cm (8 inch) aufzufüllen.

Das Anfahren eines kalten Verbrennungsreaktors erfordert ein Vorwärmen wie nachfolgend beschrieben. Die durch den Lufteintritt 12 eintretende Luft mischt sich in den Kappenrohren 23 ndt Naturgas, das durch den Naturgas-Eingang 24 eintritt. Die Mischung wird dann durch den Kalkstein 58 geführt und entzündet (betätigungselement nicht gezeigt) und brennt oberhalb des Kalksteinbettes, dringt allmählich nach unten vor und erhitzt das untere Bett, wobei die heißen

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Verbrennungsprodukte die Wärme des oberen Bettes steigern.

Sobald eine ausreichende Vorwärmung erfolgt ist, wird die Zufuhr von Naturgas abgestellt, Brocken von Heizkohle [minus 1,905 cm (3/4 inch) plus Null] durch das Beschickungsrohr für Kalkstein und Kohle 30 zugeführt, und Luft weiterhin durch den Lufteintritt 12 kontinuierlich eingeführt. Kohlestücke 60, die mit gewirbeltem Kalkstein 58 gemischt sind, verbrennen, wobei die Verbrennungsprodukte partiell entschwefelt werden. Die Verbrennungsgase werden dann durch die abgestuften Löcher 34, die durch die hochfeuerfesten, stufenförmigen Tonerdeziegel 38 heiß gehalten werden, um das Abbrennen von kondensiertem Kohlenteer zu ermöglichen und hierdurch die Bildung von einem Teer-sorbierenden Pfropfen oder "Bienenkorb" an den öffnungen der Löcher zu verhindern, geführt, um den Kalkstein 62 aufzuwirbeln, welcher die Gase weiter entschwefelt und teilchenförmige Stoffe, die aus dem unteren Bett entwichen sind, abfängt. Feine Kohleteilchen, die aus dem Verbrennungsreaktor unverbrannt entweichen können, werden in dem Entschwefelungsreaktor verbrannt, welcher auf diese Weise wie ein Nachverbrennungsreaktor reagiert. Typischerweise wird die Hälfte bis zu Zweidritteln der in dem Verbrennungsreaktor erzeugten Wärme gewöhnlich an das Wasser in den Wasserrohren 28 und 54 abgegeben. Der Rest der Wärme wird stromabwärts des Rohres

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an V/asser in nicht gezeigten Röhren abgegeben. Die Wasserrohre 28 kühlen ebenfalls das Verbrennungsreaktor-Bett auf 871⁰ C (l600° P) und vermeiden so ein Pestbacken bzw. Verschlacken, ein überhitzen des oberen Gitterrostes und eine Verflüchtigung von korrosiven Alkali-Schwefel-Verbindungen, die an Stelle der Asche zurückbleiben. Die Hauptmenge der Asche verläßt den Reaktor als Plugasche durch das Rohr 48.

Die Ablenkungsstreifen 42 verhindern den Aufbau von Kalkstein- und Kohlenteer-Pfropfen an den Öffnungen der abgestuften Löcher 34 während des Anfahrens. Der stufenförmige, durch die Löcher 34 vorgegebene Weg verhindert, daß Kalkstein aus dem oberen Bett in das untere Bett während des Abstellens des Verbrennungsreaktors herunterfällt.

Im normalen Betrieb brodelt wegen der guten Durchmischung und zur Verhinderung einer Aggregation von zusammenbackenden Kohlen das obere Bett sehr heftig, während das untere Bett viel ruhiger ist, und an der Oberfläche eher schaukelt als brodelt und so eine Elutriation von Teilchen auf ein Minimum herabsetzt. Die Wirkung der Anordnung des Entschwefelungsreaktor-Bettes nach dem Verbrennungsreaktor-Bett besteht darin, daß alle die Gase, die zu entschwefeln sind,

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einem Entschwefelungsreaktor zugeführt und darin herrschenden Bedingungen ausgesetzt werden.

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Die Leistungserniedrigung des Verbrennungsreaktors wird wie folgt durchgeführt. Wenn man zum Beispiel wünscht, die Energieausgangsleistung von der vollen Leistung auf ein Achtel der vollen Leistung herabzusetzen, wird der ■Verbrennungsreaktor zyklisch an- und ausgeschaltet, wobei ein geeigneter Zyklus darin besteht, daß man 10 Sekunden einschaltet und 70 Sekunden ausschaltet. Im allgemeinen wird ein derartig kurzer Aus-Ein-Zyklus dafür sorgen, daß der Verbrennungsreaktor nicht unterhalb des Wiederentflammungspunktes abgekühlt wird. Das Ausschalten des Verbrennungsreaktors wird ganz einfach bewirkt, indem man die Kohlezufuhr durch das Beschickungsrohr für Kalkstein und Kohle '50 und die Luftzufuhr durch den Lufteintritt 12 abstellt. Weil bereits in dem Verbrennungsreaktor beim Abschalten vorhandene Kohle in der heißen, unzureichende Mengen Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre für die Umwelt unangenehme flüchtige ,'toi'l'e ab,;ibt (unter der Annahme, daß die Kohle eine .;i, uifi/.aute Men^e von flüchti,-.en ritoffen enthält, verschie- i<-i. {;....) i\nthr:.;;it) wir i .'ekurrJprluf t kontinuierlich :..-···. :■ :; :.it "■:''':. ι:. ■< π versehene Hehr 3^r- ::ur<?führt, bis :'.·■ i" - ;.·:.' : '■[. .'l-jl'l'·' cit.-iobr.'ir.nt sin;. Ine .'r?kurr.^::r] uf t .L·-.,'. "\ '·:..τ> wie :i·- ..'i.'jG'.'ri'chiM.· ·/«> η\ι··Λι .v\v ..U-ilui:,· -Jes 'Λ <■:'·:. : f'lU'ü, uru er::", licit hier i;x2'".h oil.ο ariubh-in^i/.e Ί e.".{ f-r.'.t irro,:o]urii" -lev oLorer. unl unteren .-.etten uno hält dan obere I ott auf der optii.-.alen !intschwt.'

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von 871° C ± 16,7° C (l600° ± 30° P).

An Stelle der Verwendung der Anordnung eines Rohres mit vielen Zuführungslöchern kann man die Kohle mittels einer kleineren Anzahl von Spreizklappen, ähnlich denjenigen einer Wurffeuerung, zuführen.

Figur 2 zeigt sehr schematisch und ganz allgemein einen modifizierten Zweibett-Verbrennungs- und Entschwefelungsreaktor 70, in welchem beide Betten Wirbelbetten sind. Ein Lufteintritt 72 führt durch den Boden 74 der Vorrichtung, die auf Stützen 76 steht. Oberhalb des Bodens 7²J ist das Gehäuse oder die Wandung 78, durch welches sich die Bodenplatte 80 erstreckt, durch welche eine Vielzahl von Kappenrohren 82 geführt sind. Wasserrohre 84 sind durch den Verbrennungsreaktor in Hin- und Rückrichtung geführt.

Darüber befindet sich das Beschickungsrohr 86 für die Kohle, aus welchem Kohle 132 herausfällt, um durch den Kalkstein oberhalb der Bodenplatte 80 getragen zu werden.

Der Kalkstein wird durch die Ausgangsleitung 88 der KaIksteinbeschickungs- und -umwälz-Vorrichtung 90 eingeführt. Eine Druckluftleitung 92 wird am Magnetventil 94 reguliert, gesteuert durch ein Differentialdruck-Manometer 96. Die

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Druckluftleitung 92 tritt in das Oberteil des Kalkstein-Schachtfördergefäßes 98 ein, aus welchem Kalkstein durch Luftdruck durch das Rohr 88 in den Verbrennungsreaktor gehoben wird. Zur Leistungsherabsetzung des Verbrennungsreaktors stellt man die Luft- und Kohlenzufuhr ab und aktiviert das Ablaßventil 100 in der Leitung 102, um den gesamten Kalkstein in dem Verbrennungsreaktor zu entfernen. Der Kalkstein wird in dem Kalkstein-Schachtfördergefäß 98 gelagert, das von einer Heizvorrichtung 104 und einer Isolation 106 umgeben ist, um den Kalkstein heiß zu halten, bis der Verbrennungsreaktor erneut angefahren wird, nach welcher Zeit der Kalkstein erneut durch die Ausgangsleitung 88 in den Verbrennungsreaktor gehoben wird. Der Verbrennungsreaktor kann für weitaus längere Zeiträume im Verhältnis zur Betriebszeit abgeschaltet werden, als in der Ausführungsform der Figur I₃ da die Wärmeverluste aus dem Kalkstein durch die Heizvorrichtung 104 und die Isolation 106 auf ein Minimum herabgesetzt werden, während der Verbrennungsreaktor außer Betrieb ist. Der Kalkstein für den Verbrennungsreaktor wird eher im Kalkstein-Schachtfördergefäß 98 als im Verbrennungsreaktor selbst vorgewärmt. Das Ergebnis besteht darin, daß ein Vorwärmsystem (hier die Heizvorrichtung 104) von niedrigerer Kapazität als in der Ausführungsform von Figur 1 benötigt wird.

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sa

Die Verbrennungsprodukte in dem Verbrennungsreaktor werden dann durch das Rohr 108 geführt (Kühlluft wird selektiv wie in Figur 1 eingeführt, die Luftleitung ist hier nicht gezeigt), dann durch das Kühlwasser-Verteilerrohr 110 und die feuerfeste Keramik 112 in das darüberbefindliche Wirbelbett des Entschwefelungsreaktors. Die feuerfeste Keramik 112 hält die unteren öffnungen der Rohre 108 heiß genug, um eine Bildung von Teerpfropfen darüber zu verhindern. Die Kappen 114 verhindern das Herabfallen von Kalkstein durch die Rohre 108 während des Abschaltens.

Durch Luft und Kohlendioxid getragener Kalkstein tritt durch Leitung 116, in welcher er erwärmt ist, ein und fließt kontinuierlich durch den Behälter 118 nach oben, von wo er in den aktiven Teil des Entschwefelungsreaktors, umgeben von der Wandung 78, herabfällt. Dieses Vorwärmen des Kalksteins in Kohlendioxid macht ihn reaktiver, als wenn er einfach in den Entschwefelungsreaktor herabfallen würde. Der teilweise verbrauchte Kalkstein wird vom Boden des Entschwefelungsreaktors im Kreis zu dem Verbrennungsreaktor durch das Standrohr 120, entspannt bei 122, und das Klappenventil 124, geführt. Kalkstein in dem Verbrennungsreaktor ist mit der Bezugsziffer 126 und Kalkstein in dem Entschwefelungsreaktor mit der Bezugsziffer 128 bezeichnet.

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S3

Die heißen entschwefelten Gase treten durch das Rohr I30 aus. Ablenkungsstreifen (nicht gezeigt) sind wie in Figur vorgesehen.

Falls nichtbackende Kohle eingesetzt wird, kann man die Kalksteinbeschickungs- und -umwälz-Vorrichtung zur Erniedrigung der Bettiefe betreiben, während der Verbrennungsreaktor in Betrieb bleibt (ohne Entfernung des gesamten Kalksteins), um die Wasserrohre 84 bloßzulegen und hierdurch den Wärmeübergang abzuschneiden. Eine derartige Vorrichtung erfüllt die Leistungserniedrigungsfunktion, welche der im Hinblick auf die Figuren 1 und 2 bereits besprochene Aus-Ein-Zyklus schafft.

Hinsichtlich weiterer Variationen kann die Höhe des über dem Entschwefelungsreaktor-Bett befindlichen freien Raumes erhöht werden, wenn es der Platz erlaubt, vorzugsweise um einen zusätzlichen Betrag von 30,48 cm (1 foot) für jeweils etwa 211 χ 10⁸ J/Std. (jeweils 20 Millionen BTÜ/Std.) an Wärme fr ei s e t zu ng.

Eine Variation im Betrieb besteht darin, das Verbrennungsreaktor-Bett der Figuren 1 oder 2 bei einer viel heißeren Temperatur [IO38⁰ C (I9OO⁰ F)] in einer Atmosphäre mit Sauerstoffmangel und den Entschwefelungsreaktor bei 87I⁰ C

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(1600° F) mit 3 % überschüssiger Luft zu betreiben. Wenn die Vorrichtung so betrieben wird und als Koksverbrenner in der US-Patentanmeldung 6O4 923 mit dem Titel "Kohleverbrennungsanordnung" vom 15. August 1975 eingesetzt wird, werden die umweltverschmutzenden Calciumsulfid-Peststoffe wirksam in Kalk und anschließend in inertes Calciumsulfat überführt. Weitere Informationen betreffs der Wirkung des Betreibens des Verbrennungsreaktors unter diesen heißeren bedingungen bei Sauerstoffmangel können aus der US-Patentschrift 3 870 480 entnommen werden, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Schließlich können zusätzliche Betten angeschlossen werden. Eine Dreibett-Anordnung, in welcher das erste Bett als Verbrennungsreaktor, das mittlere Bett als Aschenagglomerator und das obere Bett als Entschwefelungsreaktor wirkt, erscheint vielversprechend.

Andere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich nach Kenntnisnahme dieser Beschreibung für den Fachmann von selbst.

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e e rs e ι \ e

Claims

Patentansprüche

Chemischer Reaktor, umfassend einen ersten ',virbelbett-Verbrennungsreaktor für Kohle mit Strömungsrichtung nach oben und einen zweiten, in Strömungsrichtung nachgeschalteten Wirbelbett-Entschwefelungsreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsreaktor für Kohle und der Entschwefelungsreaktor in Reihe geschaltet sind.
2. Reaktor nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelbett-Verbrennungsreaktor für Kohle mit Strömungsrichtung nach oben ein Verbrennungsreaktor mit mittlerer Tr.efe ist.
3· Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Strömungsrichtung nachgeschaltete Wirbelbett-Entschwefelungsreaktor ein Entschwefelungsreaktor von mittlerer Tiefe ist.
4. Reaktor nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Verbrennungsreaktors für Kohle mit Strömungsrichtung nach oben Wärmeübergangsvorrichtungen vorhanden sind.

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5· Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß er Kühlgas-Vorrichtungen für aie Einführung von Kühlgas unmittelbar stromaufwärts des stromabwärts gelegenen Entschwefelungsreaktors enthält.
6. Reaktor nach Anspruch I₃ dadurch g e kennzeichnet, daß ein Sorbent als Kohleträger in dem Verbrennungsreaktor und für die Entschwefelung in dem Verbrennungsreaktor und Entsehwefelungsreaktor vorgesehen ist.
J. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorbent in dem Entschwefelungsreaktor gröber als das Sorbent in dem Verbrennungsreaktor ist.
8. Reaktor nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß das Sorbent in dem Entschwefelungsreaktor minus 10 plus 20 mesh Kalkstein und das Sorbent in dem Verbrennungsreaktor minus 20 plus 30 mesh Kalkstein ist.
9· Reaktor nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet daß die Kohle für den Verbrennungsreaktor minus 1,905 cm (3/4 inch) plus Null ist.
10. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch g e kennz ei chnet, daß der stromabwärts gelegene Entschwefelungsreaktor vertikal oberhalb des stromaufwärts gelegenen Verbrennungsreaktors angeordnet ist und weiter einen Gitterrost für den Entschwefelungsreaktor einschließt, wobei der Gitterrost abgestufte Löcher für den Durchgang von Gasen aus dem Verbrennungsreaktor enthält.
11. Reaktor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der stromaufwärts gelegene Wirbelbett-Verbrennungsreaktor für Kohle eine Bett-Tiefe von 20,32 cm (8 inches) besitzt.
12. Reaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der stromabwärts gelegene 'Wirbelbett-Entschwefelungsreaktor eine Bett-Tiefe von 20,32 cm (8 inches) besitzt.
13· Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas ein oxidierendes Gas zur Verbrennung von aus eier Kohle in dem Verbrennungsreaktor w'ihrend der Abstellung desselben emittierten flüchtigen stoffen ist.
14. Reaktor nach Anspruch 12, dadurch C e -

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kennzeichnet, daß das stromaufwärts gelegene Bett eine Höhe des darüberliegenden freien Raumes im Betrag von 25,4 cm (10 inches) aufweist.
15· Reaktor nach Anspruch IH₃ dadurch gekennzeichnet, daß der stromabwärts gelegene Entschwefelungsreaktor einen Ausgang für entschwefeltes Gas besitzt, wobei sich die Mittellinie des Ausgangs annähernd 61 cr.i (2 feet) oberhalb des Oberteils des Bettes des Entschwefelungsreaktors befindet.
16. Verfahren zum Verbrennen und Entschwefeln von Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß es die Stufen des

(a) Verbrennens und partiellen Entschwefelns von Kohle in einem ersten stromaufwärts gelegenen Wirbelbett, und

(b) das weitere Entschwefeln der bei dem Verbrennen gebildeten Verbrennungsgase in einem zweiten stromabwärts gelegenen Wirbelbett

umfaßt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es vor dem Verbrennen und Entschwefeln die Stufe des Zusetzens einer ersten Klasse eines Sorbents als Kohlenträger in dem stromaufwärts gelegenen

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Bett und das Zusetzen einer zweiten, gröberen Klasse eines Sorbents als Entschwefelungsmittel in dem stromabwärts gelegenen Bett umfaßt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz lediglich bis zu dem Ausmaß erfolgt, der notwendig ist, stromaufwärts und stromabwärts gelegene Betten von mittlerer Tiefe herzustellen.
19. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er oberhalb des Verbrennungsreaktors und des Entschwefelungsreaktors Ablenkungsstreifen enthält.
20. Chemischer Reaktor, dadurch gekennzeichnet, daß er

(a) einen ersten, stromaufwärts gelegenen Wirbelbett-Verbrennungsreaktor von mittlerer Tiefe,

(b) einen zweiten, stromabwärts gelegenen Wirbelbett-Entschwefelungsreaktor von mittlerer Tiefe, der in Reihe mit und vertikal oberhalb des Verbrennungsreaktors angeordnet ist, und

(c) Kühlgas-Vorrichtungen für die Einführung von Kühlgas unmittelbar stromaufwärts des Entschwefelungsreaktors,

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wobei das Kühlgas ein oxidierendes Gas einschließt, der Verbrennungsreaktor Wärmeübertragungsmittel und ein Sorbent als Kohlenträger und zur Entschwefelung einschließt, und

(d) der ßntschwefelungsreaktor ein Sorbent für die Entschwefelung einschließt, wobei das Sorbent in dem Entschwefelungsreaktor gröber als das Sorbent in dem Verbrennungsreaktor ist,

umfaßt.
21. Reaktor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner Ablenkungsstreifen oberhalb des Verbrennungsreaktors und oberhalb des Entschwefelungsreaktors und einen Gitterrost für den Entschwefelungsreaktor besitzt, in welchem der Verbrennungsreaktor eine Bett-Tiefe von 20,32 cm (8 inches) und eine Höhe des darüberliegenden freien Raumes von 25,4 cm (10 inches) besitzt, und der Entschwefelungsreaktor eine Bett-Tiefe von 20,32 cm (3 inches) aufweist, das Sorbent in dem Entschwefelungsreaktor minus 10 plus 20 mesh Kalkstein und das Sorbent in dem Verbrennungsreaktor minus 20 plus 30 mesh Kalkstein ist und minus 1,905 cm (3/4 inch) plus Null Kohle für den Verbrennungsreaktor vorgesehen ist.
22. Reaktor nach Anspruch 21, dadurch g e -

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kennzeichnet, daß er ferner Vorrichtungen zur Entfernung des Sorbents aus dem Verbrennungsreaktor und die Rückführung des Sorbents in den Verbrennungsreaktor, zum Vorwärmen des Kalksteins und für eine verbesserte llerunterschaltung des Verbrennungsreaktors, umfaßt.

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