DE2819704A1 - Anstroemboden fuer wirbelbetten - Google Patents

Description

Anströmboden für Wirbelbetten

Die Erfindung betrifft einen Anströmboden für Wirbelbetten, insbesondere für Wirbelrinnen.

Für die Behandlung von Feststoffpartikeln, z.B. zwecks Trocknung nasser Schüttgüter, Regeneration beladener Adsorptionsmittel oder für chemische Reaktionen wie z.B. die Vergasung oder Verbrennung feinkörniger Kohle, werden wegen des guten Stoff- und Wärmeaustausches bevorzugt Wirbelrinnen verwendet. In diesen Rinnen strömt das Wirbelgas vorzugsweise in vertikaler Richtung, während das zu behandelnde Gut unter ständigen vertikalen Wirbelbewegungen längs der wirbelrinne vom Eingang zum Ausgang wandert. Je nach Anwendungsfall ist eine besonders intensive Durchmischung oder die Erreichung eines besonders gleichmäßigen Wirbelzustandes der Feststoffpartikel erwünscht.

Eine hohe Durchwirbelung wird durch sehr unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des Wirbelgases an verschiedenen Stellen des Wirbelbettes erreicht. Demgegenüber wird ein besonders gleichmäßiger Wirbelzustand dadurch bedingt, daß die Wirbelgasgeschwindigkeit an jedem Punkt der Wirbelrinne konstant ein bestimmtes Vielfaches der jeweiligen Wirbelpunktgeschwxndigkeit der betreffenden Feststoffpartikel beträgt. Die erforderlichen Wirbelgasgeschwindigkeiten betragen je nach Korngröße und Schüttdichte des Wirbelgutes sowie nach Temperatur und Art des Wirbelgases im allgemeinen zwischen 0,05 und 5,0 m/sec und die Temperaturen der Wirbelgase 300 bis 13OO K. Es hat sich gezeigt, daß vor allem bei besonders hohen Wirbelgastemperaturen, also beispielsweise oberhalb 700 K, sich fest eingebaute

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Anströmboden, insbesondere Stahlroste, sehr stark verwerfen, so daß sie in der Regel ausgewechselt werden müssen, wenn das Wirbelbett einmal abgefahren wird (Anströmboden aus Metallegierungen mit besonders geringer Wärmeausdehnung wurden solche Verwerfungen zwar mindern, wären aber bei weitem zu kostspielig). Andererseits ist man vor allem im Falle relativ schwerer Wirbelgüter, d.h. hoher Wirbelgasgeschwindigkeiten, darauf angewiesen, einen hinreichend schweren Anströmboden zu verwenden, was die Benutzung von Anströmboden aus Füllkörperschichten in der Regel ausschließt. Schließlich weisen vor allem lose aufgelegte Anströmboden immer wieder den Nachteil auf, daß sie vor allem am Rande nur selten richtig abzudichten sind, so daß unkontrollierte Wirbelgasmengen an solchen Stellen in die Wirbelschicht eintreten können. - Außerdem sind große Anströmböden, wie sie für Massenschüttgüter verwendet werden, sehr schwer zu handhaben, was vor allem bei ihrem Auswechseln hinderlich ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorbeschriebenen Nachteile zu vermeiden. - Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Weitere besonders vorteilhafte Ausbildungsformen der Erfindung werden durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 2 bis 11 verwirklicht.

Die Vorteile und verschiedenen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Profilstäben für Anströmboden werden anhand der folgenden Figuren erläutert«Es zeigen im einzelnen:

Figuren la - 3a Einige Querschnitte von Profilstäben

mit ineinandergreifenden seitlichen Überhängen.

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Figuren 4a - 9a

Einige Querschnitte von Profilstäben für stumpfes, seitliches Aneinanderstoßen.

Figur Ib

Figuren 2b - 8b

Draufsicht auf Profilstab mit Aussparungen in Form von Durchbrechungen.

Draufsicht auf Profilstäbe mit Aussparungen in Form von seitlichen Ausnehmungen an der vorderen und/oder hinteren Kante.

Figur 9b

Figur 10 a

Draufsicht auf Profilstab mit(aus den vorgenannten) kombinierten Aussparungen,

Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Anströmboden.

Figur 10 b Figur 10 c

Seitenansicht des Anströmbodens nach Figur 10a (Schnitt A-A)

Seitenansicht des Anströmbodens nach Figur 10a (Schnitt B-B)

Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen sollen nur der Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen und keine Einschränkung darstellen. In den Figuren la bis 9a sind einige der möglichen Querschnitte erfindungsgemäßer Profilstäbe für Anströmboden zu sehen. Die Figuren lassen erkennen, daß eine Vielzahl von Aussparungen für den Durchtritt der Wirbelgase bei den erfindungsgemäßen Profilstäben verwendet werden kann. Zum Beispiel können die Aussparungen die Form von Durchbrechungen besitzen, d.h. im wesentlichen löcher, die im wesentlichen durch spanabhebende oder gießtechnische Formgebung ent-

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stehen (Figur la,/lb). Vorteilhaft sind auch Aussparungen in Form von seitlichen Ausnehmungen an der vorderen und/ oder hinteren Kante der Profilstäbe, wie sie Figuren 2a/b bis 8a/h. zeigen. Solche Ausnehmungen sind vor allem bei gegossenen Profilstäben einfacher herzustellen als die vorgenannten Durchbrechungen. Sie dürften vor allem bei solchen Profilstäben von Interesse sein, die stumpf, d.h. ohne ineinandergreifende seitliche Überhänge aneinanderstoßen. Selbstverständlich sind auch Kombinationen der beiden genannten Arten von Aussparungen möglich (Figur 9a/b), vor allem dann, wenn besonders große Wirbelgasmengen, d.h. eine große Anzahl von Aussparungen, von Nöten sind.

Profilstäbe nach Figuren 8a/b und 9a/b weisen den besonderen Vorteil auf, in Längsrichtung durch die Profilierung eine hohe Festigkeit bei nicht allzu hohem Gewicht aufzuweisen und daher auch bei höheren Temperaturen und unter Druckbelastung sich nicht wesentlich durchzubiegen.

Zumindest an ihren Enden (gegebenenfalls auch an weiteren Stellen) liegen die Profilstäbe auf einem Halterahmen auf. Dieser Halterahmen soll vorteilhafterweise ihre Verschiebung in Längsrichtung infolge der Wärmeausdehnung zulassen (Figur lOc - hier bedeuten 1:ProfiIstab, 2:Rahmen, 3!Seitenwand). Gleichzeitig soll ein Austreten der Wirbelgase zwischen Profilstab und Halterahmen verhindert werden. Letzteres kann besonders vorteilhaft dadurch bewirkt werden, daß die Profilstäbe an ihren Enden mit Auflaaern versehen werden, die an ihrem unteren Ende gerade Pläne _/ die auf dem Halterahmen aufliegen, auweisen, was in Figur 7a/b

deutlich
besonderdvhervorgehoben ist. - Der Halterahmen muß dann so ausgearbeitet sein, daß er gegenüber den Profilstäben wie eine Schneide wirkt, über die sie im Falle einer Längsausdehnung rutschen. (Figur 10c)

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Da die Kontaktstellen der Profilstäbe untereinander (nicht etwa seitliche Ausnehmungen) nach der Erfindung zumindest während des Betriebes des Wirbelbettes gasdicht sein müssen, werden alternativ folgende Lösungen vorgeschlagen:

1. Die Profilstäbe sind im kalten zustand so verlegt, daß zwischen ihnen kleine Zwischenräume verbleiben, die sich bei Erreichen der zu erwartenden Arbeitstemperatur des Wirbelbettes durch Warmeausdehnung völlig schließen. Auf diese weise wird verhindert, daß sich einerseits der Anströmboden in der Querrichtung zu den Stäben bei Temperaturschwankungen verwirft und andererseits unkontrolliert Wirbelgas durch irgendwelche Ritzen und Spalten außer aus den vorgesehenen Aussparungen strömt, was einer kontrollierten Behandlung des Schüttgutes zuwiderlaufen würde. - Die genannten Zwischenräume können je nach der Breite der Profilstäbe (welche in der Regel zwischen 10 und 400 mm betragen wird), den verwendeten werkstoffen und den Differenzen zwischen der Temperatur beim Verlegen der Stäbe und der Betriebstemperatur des Wirbelbettes (z.B. zwischen 3OO und 1300 K) größenordnungsmaßxg zwischen 0,1 und IO mm breit sein.

2. An einem oder beiden Enden des Anströmbodens werden ansich bekannte Verspannmittel derart angeordnet, daß sie auf den jeweils angrenzenden Profilstab quer zu dessen Längsachse ( und dadureh auch seitlich auf alle anderen Profilstäbe) in der Ebene des Anströmbodens wirken. - Die zunächst nur mehr oder minder lose verlegten Profilstäbe werden durch solche Verspannmittel seitlich aneinander gedrückt, was zu der erwünschten Gasdichtigkeit an den Kontaktstellen führt. Als Ver-

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spannmittel eignen sich u.a. Federn, Spindeln und Hydraulikstempel. Figur 10a zeigt einen derartigen Anströmboden. Hier liegen Profilstäbe 1 in Rahmen 2, der von Seitenwänden 3 gehalten wird. Verspannmittel 4 sind am Rahmen 2 oder an Seitenwänden 3 befestigt, sie wirken auf Profilstäbe 1 so, daß diese zumindest bei Maximaltemperatur dicht aneinander gepreßt werden.

Gasdichtigkeit, welche zur Vermeidung von unerwünschten Mehrmengen an Wirbelgas gefordert wird, ist in den vorliegenden Fällen natürlich nur als relativer Begriff zu sehen und nicht im Sinne der Gasdichtigkeit bei Vakuumanlagen zu verstehen. Die Aussparungen für den Durchtritt der Wirbelgase sind nämlich im Vergleich zu kleinsten noch verbliebenen Spalten und Ritzen (wesentlich kleiner als 0,1 mm) stets so groß, daß nach dem Prinzip des geringsten Widerstandes die Wirbelgase praktisch ausschließlich durch erstere strömen werden - vor allem in Anbetracht der Tatsache, daß mit kleiner werdenden Querschnitten die durch sie hindurchtretenden Gasmengen dem Gesetz von Hagen-Poiseuille folgen, d.h. mit der vierten Potenz des Radius abnehmen, wenn dieser in die Größenordnung der hier möglicherweise auftretenden kleinen Spalten und Ritzen kommt.

Es wurde gefunden, daß weitere Verbesserungen durch die Verwendung von Gußteilen als Profilstäbe erzielt werden Dies gilt insbesondere bezüglich der einfachen Herstellungsmethode und der Wärmeausdehnung.

Die Aussparungen der Profilstäbe müssen so dimensioniert sein, daß der freie Querschnitt für den Durchtritt des Wirbelgases bei Betriebstemperatür die gewünschte Größe hat.

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Besonders vorteilhaft ist die Kombination von Profilstäben mit ineinandergreifenden seitlichen Laschen und Aussparungen für den Durchtritt von Wirbelgasen in Form von Durchbrechungen (Figur la/b^ . Hier müssen die Zwischenräume beira Verlegen wegen der (durch besagte ineinandergreifenden seitlichen Laschen bedingten) bereits vorhandenen Gasdichtigkeit zwischen den einzelnen Profilstäben nicht so genau eingehalten werden (hier können die Zwischenräume im Mittel größer sein als notwendig), was bei der erwähnten geringen Größe dieser Zwischenräume von Vorteil ist; bzw. es könnte auf die sonst alternativ vorgeschlagenen Verspannmittel unter Umständen verzichtet werden.

Beim Verlegen der Profilstäbe muß jedoch stets mindestens soviel freier Raum zwischen denselben oder an einem oder beiden Enden des Wirbelbettes und genauso in Längsrichtung der Profilstäbe berücksichtigt werden,wie diese beim Aufheizen des Wirbelbettes auf Betriebstemperatür infolge ihrer Wärmeausdehnung insgesamt benötigen.

Die erfindungsgemäßen Profilstäbe haben den Vorteil, im Bedarfsfall sehr leicht ausgewechselt werden zu können, d.h., wenn sich einital Aussparungen zugesetzt oder einzelne Stäbe sich £..:. aufgrund von Alterungserscheinungen verzogen haben sollten, ist die Handhabung solcher Einzelstäbe im Vergleich zu ganzen Rosten erheblich einfacher. Außerdem bietet die Möglichkeit der Profilierung der Stäbe nach mechanischen Gesichtspunkten den Vorteil, gegenüber festen Rosten auf weitere Unterstützung in der Regel nicht angewiesen zu sein, was aus Kostengründen, vor allem aber auch aus Gründen einer gleichmäßigen Gasverteilung, erwünscht ist.

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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Profilstäbe besteht darin, daß mit ihnen auf einfache Weise die Wirbelgasgeschwindigkeit, insbesondere in Längsrichtung der wirbelrinne, variiert werden kann, was z.B. dann erwünscht ist, wenn das Wirbelgut möglichst gleichmäßig behandelt werden soll, während der Behandlungsdauer aber laufend seine Dichte ändert. Ein typischer Fall hierfür ist der allmähliche Rückgang der Schüttdichte bei der Regeneration von nassen Adsorptionsmitteln, wie Aluminiumoxid oder Aktivkohle. Hier beträgt die Änderung der Schüttdichte zwischen Eingang und Ausgang der Wirbelrinne meist mehr als 50 %. Infolgedessen käme es in solchen Fällen zu unkontrollierten und unerwünschten Durchmischungen, Formänderungen, Verweilzeiten und Abnutzungen (Abrieb) der Feststoffpartikel in der Wirbelrinne, wenn die Wirbelgasgeschwindigkeit in der gesamten Rinne gleich groß wäre, d.h. sich der Wirbelzustand infolge der Schüttdichteänderungen längs der Wirbelrinne stark verändern würde. Profilstäbe mit unterschiedlich .großer Anzahl und/oder Größe der Aussparungen weisen unterschiedliche, aber jeweils genau definierte Wirbelgasdurchlässigkeiten auf, d.h., daß (entsprechend der benötigten Wirbelgasgeschwindigkeit) an den verschiedenen Stellen der Wirbelrinne nur die entsprechenden Profilstäbe eingesetzt werden müssei, um der obengenannten Anforderung der Vergleichmäßigung des Wirbelzustandes zu genügen.

Selbstverständlich ist es mit den erfindungsgemäßen Profilstäben auch möglich, entsprechend bereits bekannter Lösungsvorschläge, die eine besonders hohe Durchmischung des Wirbelgutes zur Aufgabe haben, die Größe und/oder Anzahl der Aussparungen derart zu bemessen, daß am Rand oder in der Mitte der wirbelrinne die angebotene Wirbelgasmenge größer oder kleiner als an den entsprechenden anderen Stellen der wirbelrinne ist, was bekanntlich zu

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Turbulenzen und Vermischungen führt. Dann aber bieten die erfindungsgemäßen Profilstäbe immer noch den Vorteil gegenüber herkömmlichen Anströmböden, sich bei entsprechend hohen Temperaturen nicht zu verwerfen und stets definierte Wirbelgasmengen durch die Aussparungen durchtreten zu lassen.

Einer der größten Vorteile der erfindungsgemäßen Anströmböden besteht darin, daß sie ein An- und Abfahren des Wirbelbettes praktisch beliebig oft hintereinander vertragen, ohne sich zu verziehen oder zu verwerfen, wie es bekannte Anströmböden in der Regel tun.

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Claims (11)

BERGWERKSVERBAND GMBH VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG 43 Essen-Kray §18. April 1978 Frillendorfer Straße 351 Telefon (0201) 105-1 A 8/Sch-Be Ansträmboden_für_Vvirbe !betten Patentansprüche

1. Anströmboden für Wirbelbetten, insbesondere WirbeIrinnen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anströmboden aus einzelnen aneinandergelegten metallischen Profilstäben mit Aussparungen für den Durchtritt von Wirbelgasen besteht, wobei die Kontaktstellen der Profilstäbe zumindest während des Betriebes des Wirbelbettes gasdicht sind.

2. Anströmboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstäbe im Betriebsfall nach der Art von Schneiden seitlich stumpf aneinander stoßen.

3. Anströmboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Profilstäbe mittels ineinandergreifender seitlicher Überhänge quer zur Stabrichtung verschiebbar sind.

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4. Anströmboden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß im kalten zustand zwischen den Stoßstellen der einzelnen Profilstäbe kleine Zwischenräume vorhanden sind, sofern das Wirbelbett bei erhöhten Temperaturen betrieben wird.

5. Anströmboden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ansich bekannte Verspannmittel an einem oder beiden seiner Enden derart angeordnet sind, daß sie auf den jeweils angrenzenden Profilstab quer zu dessen Längsachse in der Ebene des Anströmbodens wirken.

6. Anströmboden nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,daß die Profilstäbe Gußteile sind.

7. Anströmboden nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflager am Ende der Profilstäbe an ihrer Unterseite plane Flächen aufweisen und die Profilstäbe in Längsrichtung verschiebbar sind.

8. Anströmboden nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen der Profilstäbe vor- und/oder nebeneinander in Form von Durchbrechungen angeordnet sind.

9. Anströmboden nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Aussparungen in Form von seitlichen Ausnehmungen an der vorderen und/ oder hinteren Kante der Profilstäbe, bezogen auf die Ebene des Anströmbodens, befinden„

-ΒΙΟ. Anströmboden nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstäbe gleichzeitig Aussparungen in Form von Durchbrechungen und seitlichen Ausnehmungen an der vorderen und/oder hinteren Kante aufweisen.

11. Anströmboden nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Profilstäbe mit
unterschiedlicher Anzahl und/oder Größe der Aussparungen derart nebeneinander angeordnet sind, daß an jeder Stelle des Wirbelbettes die Strömungsgeschwindigkeit
des Wirbelgases das gewünschte Maß aufweist.