DE2819996A1 - Verfahren und reaktor zum durchfuehren von exothermen reaktionen, z.b. verbrennung zur dampferzeugung, in einer zirkulierenden wirbelschicht - Google Patents
Verfahren und reaktor zum durchfuehren von exothermen reaktionen, z.b. verbrennung zur dampferzeugung, in einer zirkulierenden wirbelschichtInfo
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Description
ANMELDER: Lars Axel Andreas CHAMBERT ERFINDUNG: VERFAHREN UND REAKTOR ZUM DURCHFÜHREN VON
EXOTHERMEN REAKTIONEN, Z.B. VERBRENNUNG ZUR DAMPFERZEUGUNG, IN EINER ZIRKULIERENDEN
WIRBELSCHICHT
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Reaktor zum Durchführen von exothermen Reaktionen, z.B. Verbrennung
zur Erhitzung von Prozessmedien wie Wasser beispielsweise zur Dampferzeugung, in einer zirkulierenden Wirbelschicht.
In letzter Zeit hat man ein Interesse an der Anwendung der Technik der zirkulierenden Wirbelschichten verzeichnen
können. Gemäss dieser Technik wird eine verhältnismässig schwerere, körnige, feste oder flüssige Phase unter Aufwärtsbeförderung
in einem vertikalen Reaktor mittels einer verhältnismässig leichteren, gasförmigen oder flüssigen
Phase gewirbelt und die verhältnismässig schwerere Phase oben im Reaktor von der leichteren Phase getrennt und
auf den Boden des Reaktors zurückgeführt. Diese Technik ist im Vergleich zu dem klassischen Fliessbett mit hohen
Strömungsgeschwindligkeiten verknüpft und ergibt infolge der guten radialen Vermischung der Phasen und der guten
Turbulenz in einer solchen zirkulierenden Wirbelschicht eine gleichmässige Temperaturverteilung über die ganze
zirkulierende Wirbelschicht.
Die Technik der zirkulierenden Wirbelschicht ist bisher in erster Linie zum Betreiben endothermer Reaktionen, z.B.
Al-Kalzinierung, ausgenützt worden, bei welcher dem Reaktor
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zugeführter Brennstoff verbrannt und zur Beheizung der endothermen Reaktionen verwendet wird.
Bei Versuchen, exotherme Reaktionen in einer zirkulierenden Wirbelschicht zu betreiben, stösst man indessen
auf Schwierigkeiten, weil die zum Ableiten der Reaktionswärme erforderlichen. Kühlflächen im Reaktor eine gute
Vermischung der dem Reaktor zugeführten Phasen behindern, wie sie für überwachungsbare Reaktionsbedingungen, z.B.
Strömungs-, Last- und Temperaturverhältnisse, erforderlich ist.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Reaktor zum Betreiben einer oder mehrerer
exothermen Reaktionen zwischen schwereren und leichteren Phasen in einer zirkulierenden Wirbelschicht zu schaffen,
welches Verfahren und welche Vorrichtung eine einfache Zufuhr der Phasen zum Reaktor, eien gleichmässige Vermischung
der Phasen im ganzen Reaktor trotz der im Reaktor angeordneten Kühlflächen und eine schnelle, bequeme Regelung
von Betriebsparametern, wie Temperatur, Last und Druck im Reaktor und Wärmeaufnahme in den Kühlflächen, ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsmässig dadurch gelöst, dass die Reaktionswärme in hauptsächlich vertikalen, in
der Querrichtung der Wirbelschicht im Abstand voneinander vorgesehenen Kühlflächen aufgenommen wird und dass die
verhältnismässig schwerere Phase sowie zumindest ein Teil der für die gewünschte Reaktion erforderlichen leichteren
Wirbelphase in die Wirbelschicht hauptsächlich unterhalb der Kühlflächen eingeführt und miteinander gemischt werden,
wodurch den Räumen zwischen den Kühlflächen eine hauptsächlich gleichförmige Mischung der genannten Phasen zugeführt wird.
Vorzugsweise werden somit hauptsächlich vertikale, in der Querrichtung des Reaktors im Abstand voneinander
angebrachte Kühlflächen im Reaktor zur Aufnahme der Reaktionswärme von der exothermen Reaktion, z.B. der Verbrennung,
angeordnet. IM eine gute, gleichförmige Vermischung der dem Reaktor zugeführten Phasen, d.h. festen oder flüssigen Phasen
und der Gasphasen, im ganzen Reaktor und über den horizontalen
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Querschnitt des Reaktors zu erzielen, wird erfindungsmässig
dafür gesorgt, dass die Phasen gleichförmig vermischt sind oder dass die Proportionen zwischen den
Phasen gleichförmig sind, bevor die Phasen in ihrer Aufwärtsbewegung die Kühlflächen erreichen. Dies wird dadurch
zustandegebracht, dass der untere Teil der vertikalen Kühlflächen im Bereich des verhältnismässig dichten Bettes
endigen, das bei zirkulierenden Wirbelschichten in dem Bodenabschnitt des Reaktors vorliegt, und dass die verhältnismässig
schwerere, aus in den Kreislauf zurückgeführten und neu zugeführten Teilen bestehende Phase in dieses
verhältnismässig dichte Bett eingeführt wird und in diesem verhältnismässig dichten Bett mit verhältnismässig leichterer
Phase umgerührt wird. In dieser Weise werden die Reaktorräume zwischen den vertikalen Kühlflächen mit untereinander
gleichförmigen Phasengemischen versorgt.
Die Wärmeübertragung an die Kühlflächen in einer zirkulierenden Wirbelschicht ist bekanntlich ausser von den Strömungsgeschwindigkeiten
der verhältnismässig schwereren und verhältnismässig leichteren Phasen auch von dem Kreislauf
der verhältnismässig schwereren Phase oder von der durchschnittlichen Dichte des Phasengemisches in der Nähe der
Kühlflächen sowie von der Korngrösse des Gutes abhängig. Dies bedeutet, dass bei konstanter Temperatur im Reaktor
eine veränderliche Wärmeübertragung an die Kühlflächen erzielt werden kann, indem der Gutkreislauf und dabei
besonders der leichtere feinkörnige Anteil der schwereren Phase, den der Gasstrom verhältnismässig leicht transportiert,
geändert wird.
Gemäss der Erfindung wird der Gutkreislauf im Reaktor
dadurch geändert, dass die für die Reaktion erforderliche Gasströmung in eine Primärströmung und eine Sekundärströmung
aufgeteilt wird und dass diese Strömungen so zur Einwirkung auf das Wirbelbett gebracht werden, dass ein
grösserer oder kleinerer Teil des verhältnismässig dichten Wirbelbettes aufwärts im Reaktor getrieben und in das
dichte Bett zurückgeführt wird. Hierbei wird die Sekundär-
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strömung in den Reaktor an Stellen innerhalb desselben eingeblasen, die oberhalb der Einblasstelle oder -Stellen
der Primärströmung, jedoch im Bereich des verhältnismässig dichten Bettes liegen. Durch Veränderung des Verhältnisses
zwischen der Primärströmung und der Sekundärströmung und die Art des Einblasens werden die Höhe und
der Gutinhalt des dichten Bettes und dadurch der Gutkreislauf geändert.
Die Sekundärströmung-Einblasestellen sind vorteilhaft
in Höhenrichtung einstellbar, so dass die Sekundärströmung auf das verhältnismässig dichte Bett an verschiedenen
Niveaus der Betthöhe einwirken kann. Bei konstanter Summe der Primärströmung und der Sekundärströmung kann auf
diese Weise der Gutkreislauf im Reaktor und die Wärmeaufnähme in den Kühlflächen verändert werden.
Es leuchtet ein, dass diese Einblaseanordnung auch eine Änderung des Druckabfalles über den Reaktor gestattet.
Dieser Druckabfall ist aus dem Druckabfall über das verhältnismässig dichte Bett und dem über den Rest der
Reaktorhöhe zusammengesetzt. Er leuchtet gleichfalls ein, dass der Druckabfall eine technisch wichtige Frage ist,
da der Leistungsverbrauch zum Treiben der leichteren Phase durch den Reaktor grösstenteils vom Inhalt des
Reaktors an der schwereren gewirbelten Phase bestimmt ist und dass es somit vorteilhaft ist, die Dicke des verhältnismässig
dichten Bettes so gering wie möglich zu halten, was die Erfindung gestattet. Die Erfindung gestattet ferner,
dass das Verhältnis zwischen der Primär- und Sekundärgasströmung so gesteuert wird, dass der Fein- und
Grobanteil in der zugeführten schwereren Phase im gewissen Grade getrennt werden, indem die Primärgasströmung so
niedrig gehalten wird, dass das grobe Gut haupsächlich im Bodenabschnitt des Reaktors verbleibt. Ein hierdurch gewonnener
Vorteil besteht darin, dass wenn hauptsächlich feines Gut im Umlauf geführt wird, sowohl eine gute Warmeübertragung
als auch eine geringere relative Erosion an den normalerweise aus Metall ausgebildeten Kühlflächen im
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oberen Teil des Bettes erhalten wird.
Falls man eine Zufuhr der verschiedenen Phasen von der Unterseite des Reaktors her bevorzugt und eine oder mehrere
Phasen-Separatoren oben im Reaktor von dem in meiner schwedischen Patentanmeldung 7613777-7 beschriebenen Typ
anordnet, können beliebig viele gesondert antreibbare und steuerbare Reaktoren dicht neben einander angeordnet werden.
Solche Aggregate von Reaktoren lassen sich mit Vorteil zur Dampferzeugung und/oder Dampfüberhitzung in den
vertikalen Kühlflächen benützen.
Weitere Erfxndungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich auf eine Verbrennungsreaktion zwischen festem Brennstoff und
Luft zum Erhitzen von Prozessmedien z.B. Wasser für beispielsweise Dampferzeugung, bezieht, ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden an Hand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen grundsätzlich gemäss der Erfindung aufgebauten Reaktor,
Fig. 2 in der Perspektive einen Windkasten für Sekundärluft mit eingeschalteter vertikaler Kühlfläche, die
aus Röhren zusammengesetzt ist,
Fig. 3 im Schnitt zwei neben einander angeordnete Windkästen von dem einen Ende der Fig. 1 gesehen und mit
eingeschalteten Kühlflächen, die aus Röhren zusammengesetzt sind,
Fig. 4 eine Alternative oder ergänzende Anordnung zur Zufuhr von Sekundärluft.
Feinverteilter, z.B. durch Druckluft geförderter Brennstoff, z.B. Kohle, mit etwaigen Zusätzen für z.B. Schwefelabsorption,
wie Kalk, und von einem üblichen Kohlebrecher oder -Mühle kommend, wird dem Bodenabschnitt des
Reaktors 1 durch eine oder mehrere durch den Boden des Reaktors 2 sich erstreckende Leitungen 3 zugeführt, die
im ihrem oberen Teil Seitenaustritte 4 aufweisen, so dass der Brennstoff und die etwaigen Zusätze im wesentlichen
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horizontal in den Reaktor eingeblasen werden. Der eingeblasene Brennstoff wird von durch den Boden des Reaktors
eingeblasener Primärluft angeströmt, die einem Verbrennungs-
und Fluidisationszweck dient, und wird im Reaktor zu einem Separator 5 hochbefördert, der die Gasphase d.h.
Luft und Verbrennungsgase, von Feststoff, d.h. verbranntem und unverbranntem Brennstoff und Brennstoffzusätzen trennen
soll und der vorzugsweise von dem in meiner Schwedischen Patentanmeldung 7613777-7 beschriebenen Typ ist.
Ein solcher Separator, der aus Leitschaufeln besteht, weist den Vorteil auf, dass er zum Unterscheid von bekann-•
ten Zyklonenanordnungen in seiner Gesamtheit im Reaktor eingebaut ist. Abgetrennter Feststoff wird in den Bodenabschnitt
des Reaktors durch eine Rücklaufleitung 6 zurückgeführt. In dem unteren Teil hat der Reaktor einen
Austritt für Feststoff, hauptsächlich verbrannten Brennstoff. In bekannter Weise wird hierbei am Boden des Reaktors
ein im Vergleich zum oberen Teil des Reaktors verhältnismässig
dichter Wirbelbettabschnitt aufrechterhalten. Es sei hier bemerkt, dass die genannten seitlich
gerichteten Brennstoffaustritte 4 erfindungsmässig in dem verhältnismässig dichten Wirbelbettabschnitt liegen
sollen, so dass der dem Reaktor zugeführte Brennstoff mit der Primärluft in dem dichten Bett über den ganzen
Reaktorquerschnitt in diesem Reaktorabschnitt innig und gleichförmig vermischt wird. Die Primärluft wird vorzugsweise
durch gesonderte Windkästen 7a, 7b, 7c mit für sich veränderlichen Primärluftteilströmungen eingeblasen, wodurch
ein in der Querrichtung des Reaktors erfolgender Transport, welcher eventuell zu einem Umlauf des Gutes
im Bodenabschnitt verstärkt ist, und eine besonders gute und schnelle Vermischung des Bettinhalts in dem genannten
^Querschnitt des Bettabschnittes erhalten wird. Zweckmässigerweise
wird darüber hinaus der Reaktorboden etwas schräggestellt, was gleichfalls die vertikale Vermischung
fördert.
Vertikale Kühlflächen 8 sind oberhalb des verhältnis-
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massig dichten Bettes oder darin etwas versenkt angeordnet,
damit die Verbrennungswärme aufgenommen wird. Die Kühlflächen bestehen in dem jetzt beschriebenen Beispiel
aus Röhren mit darin enthaltenem Medium, z.B. Wasser oder Wasserdampf, und verlaufen nach oben hauptsächlich bis
an den Separator 5 heran. Die z.B. U-förmig gebogenen Röhren sind z.B. in der veranschaulichten Weise zu Wänden
ausgebildet, verlaufen quer über den Reaktor zwischen den Rücklaufleitungen 6 und können auf die in der Dampfkesseltechnik
übliche Weise ausserdem zu dichten Wänden verschweisst sein. Sammelkästen und Ein- und Austritte für
Dampf und Wasser sind in der Figur nicht gezeigt. In Fig. 1 ist nur eine solche vertikale Kühlfläche 8 dargestellt,
wobei vorausgesetzt ist, dass mehrere solche Kühlflächen hinter und vor der dargestellten Fläche in Abständen untereinander
angeordnet sind. Die Aufhängung der Kühlflächen kann gemäss irgendeiner von der Dampfkesseltechnik
her bekannten Methode erfolgen.
Im Bereich des oberen Teils des verhältnismässig dichten Wirbelbettes sind Windkästen 9 für eine Sekundärluftströmung
vorgesehen. Diese Sekundärluftströmung stellt den Rest der für die gewünschte Verbrennung erforderlichen
Luftströmung über die Primärluftströmung hinaus dar. Die
Windkästen 9 sind hinter einander ähnlich wie die Kühlflächen 8 angeordnet und weisen gleichmässig verteilte
Luftaustrittsöffnungen 10, 11 in einer oder einigen ihrer
Begrenzungswände auf. Vorteilhaft sind Luftaustrittsöffnungen 10, 11 sowohl in den oberen Begrenzungswänden der
Kästen als auch in den Bodenwänden der Kästen vorgesehen, wobei die Bodenöffnungen vorzugsweise in der Art angeordnet
sind, dass sie eine schräg nach unten gerichtete Luftströmung ergeben, wodurch die durch diese öffnungen geblasene
Sekundärluft die innige Vermischung des Feststoffes, d.h. neu zugeführten Brennstoffes und zurückgeführten
Feststoffes, und der Luft in der radialen Richtung des Reaktors in dem verhältnismässig dichten Wirbelbett
noch weiter verstärkt. Den Windkästen 9 wird Sekundärluft
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durch Zuleitungen 12 zugeführt, die sich durch den Boden 2 des Reaktors erstrecken, jedoch auch durch die Seitenwand
des Reaktors verlaufen können.
Die untere Partie jeder Kühlfläche ist vorteilhaft zu wenigstens einem Teil in je einen Windkasten 9 für Sekundärluft
eingesetzt. Hierdurch erreicht man den Vorteil, dass die untere Partie dieser Kühlflächen vor Abnutzung
durch die aggressiven Feststoffteilchen geschützt sind. In Fig. 2 ist eine Anordnung für einen solchen Einbau von
eine vertikale Wand bildenden U-förmigen Kühlröhren in einen Windkasten 9 gezeigt. In Fig. 3 sind zwei Windkästen
9 mit je einer vertikalen, aus U-Röhren zusammengesetzten Kühlfläche und mit oberen Sekundärluftaustrittsöff
mangen 11 gezeigt.
Mit den oben beschriebenen Vorkehrungen wird die Värmeaufnahme in den Kühlflächen 8 durch Änderung des Verhältnisses
zwischen der Primärluftströmung und der Sekundärluftströmung
verändert. Wird beispielsweise die Primärluftströmung im Verhältnis zur Sekundärluftströmung
bei sich konstant abspielender Brennstoffzufuhr erhöht, weitet sich das verhältnismässig dichte Wirbelbett in
Höhenrichtung aus und wird eine grössere Menge Brennstoff aufgefangen und von der durch die oberen Öffnungen der
Windkästen eingeblasenen Sekundärluft innen im Reaktor in Kreislauf geführt. Im oberen Teil des Reaktors, zwischen
den Kühlflächen, erhält man somit eine grössere Gutbelastung und demzufolge eine erhöhte Wärmeaufnahme in den
Kühlflächen, und gleichzeitig wird mit konstanter Gesamtströmung von Primär- und Sekundärluft eine gewünschte
gleichmässige Reaktor- oder Verbrennungstemperatur aufrechterhalten
.
Eine andere Anordnung zum Einblasen von Sekundärluft ist in Fig. 4 gezeigt. Die Sekundärluft wird dem vertikalen
Reaktor mittels mehrerer durch den Boden des Reaktors im wesentlichen vertikal sich erstreckenden und in ihrer
Längsachsenrichtung verschiebbaren Röhren oder Kanälen 13 zugeführt, die in ihrer Mantelfläche über einander ange-
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ordnete öffnungen 14 für die Sekundärlufteinblasung in
das verhältnismässig dichte Wirbelbett im Reaktor aufweisen. Durch Verschiebung dieser Röhren nach oben oder
unten mittels nicht gezeigter Glieder fängt die Sekundärluft den Feststoff in dem verhältnismässig dichten Bett
in grösserer Höhe bzw. grösserer Tiefe der Betthöhe auf und fördert dadurch eine kleinere oder grössere Menge
Feststoff nach oben und ringsherum im Reaktor. Auf diese Weise wird somit die Gutbelastung im oberen Teil des
Reaktors, d.h. in den Räumen zwischen den Kühlflächen, und somit die Wärmeaufnahme in den Kühlflächen verändert.
Alternativ können die Röhren oder die Kanäle 13 unbeweglich angeordnet sein und inwendig bewegliche Schieber
oder irgendwelche andere Vorkehrung aufweisen, z.B. ein teleskopisch eingeführtes zweites Rohr zur Freilegung
eines grösseren oder kleineren Teils der übereinander angeordneten Öffnungen 14.
Selbstverständlich können die verschiedenen beschriebenen Arten der Sekundärlufteinblasung miteinander kombiniert
werden.
Die unter Hinweis auf Fig. 4 beschriebene Vorkehrung ist von besonderem Vorteil, indem die durch den Boden des
Reaktors zugeführte Primärluftströmung ziemlich konstant und derart bemessen gehalten werden kann, dass der Hauptteil
der grössten Teilchen des Feststoffes, die die grösste Gefahr einer Erosion der Kühlflächen mit sich ziehen,
in dem Bodenabschnitt des Reaktors zurückbehalten werden kann, um dort ganz auszubrennen oder zu feineren Teilchen
reduziert zu werden, während die verhältnismässig feinen Feststoffteilchen mittels der Sekundärströmung im Reaktor
in Umlauf geführt werden, so dass die Abtrennung des Feststoffes nach Korngrössenklasse beim Umlauf des Gutes
im Reaktor erfolgt. Diese Einblaseweise ergibt die best denkbaren Möglichkeiten einerseits eine innige Vermischung
zu erreichen und andererseits das Volumen und die Höhe des im Bodenabschnitt des Reaktors befindlichen dichten
Wirbelbettes zu vermindern, um dadurch den gesamten Druck-
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abfall im Reaktor und den Leistungsverbrauch für den Umlauf des Feststoffes zu reduzieren.
Das erfindungsmässige Verfahren und der erfindungsmässige
Reaktor eröffnen neue Möglichkeiten zu einer einfachen Ueberwachung und zu einer einfach und schnell ausführbaren
Regelung des Betriebes der gemäss der Erfindung durchgeführten exothermen Reaktionen. Im dem folgenden
Beschreibungsabschnitt wird als typische exotherme Reaktion eine Verbrennungsreaktion zwischen Brennstoff, wie
Kohle oder öl, und Luft in einer Verbrennungsvorrichtung oder einem Reaktor des beschriebenen Typs gewählt, wobei
vorausgesetzt ist, dass diese Wahl nicht die Erfindung beschränkt,
sondern auf andere exotherme Reaktionen zwischen leichteren gasförmigen oder flüssigen Medien und schwereren
festen oder flüssigen Medien anwendbar ist.
Es ist bereits bekannt, und es leuchtet auch ein, dass die Menge des einer Verbrennungsvorrichtung zugeführten
Brennstoffes der gesamten Wärmeaufnahme oder Leistung angepasst werden muss, die die Vorrichtung oder der Reaktor
abgeben soll. Es ist gleichfalls wohlbekannt, dass die gesamte, zugeführte Luftströmung gemäss dem Bedarf
des Brennstoffes bei der exothermen Verbrennungsreaktion gesteuert werden muss und dass ausserdem meistens ein
geringerer Luftüberschuss zugeführt werden muss, um einen gut ausgebrannten Brennstoff und Rauchgase mit niedrigem
Gehalt an unverbrannten Bestandteilen zu ergeben.
Zum Durchführen einer technisch und wirtschaftlich annehmbaren Verbrennung unter Anwendung der erfindungsmässigen
Wirbelschichttechnik muss einer Anzahl von weiteren Gesichtspunkten Rechnung getragen werden. Erstens
ist es erwünscht, dass gleichzeitig mit der Verbrennungsreaktion luftverunreinigende Substanzen, die von dem
Brennstoff zur Verbrennungsvorrichtung mitgerissen oder die während der Verbrennung gebildet werden, z.B. schwefeienthaltende
Stoffe wie SC>2 und SO3, gebunden oder aufgefangen
werden können. Schwefel kann von Kalk absorbiert werden, welcher der Verbrennungsvorrichtung zusammen mit
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/Indern Brennstoff oder gesondert zugeführt werden kann. Für
eine wirksame Schwefelabsorption muss die Temperatur in der Verbrennungsvorrichtung innerhalb einer für die
Schwefelabsorption günstigsten engen Temperaturspanne gehalten werden.
Es ist weiterhin erwünscht, dass der gesamte Gutinhalt des Reaktors derart abgewägt wird, dass mit dem Brennstoff
zugeführte, nicht brennbare Stoffe und Absorptionsmittel einem gleichgrossen Austrag von Feststoff aus dem Reaktor
entsprechen und dass der richtige Gutinhalt im Reaktor vorliegt. Dies lässt sich bei einem zirkulierenden Wir—
belschichtreaktor besonders schwer erfüllen, da diser Typ von Reaktor keine definierte Oberfläche der Wirbelschicht
hat, was bei üblichen festen Wirbelbetten der Fall ist, wo ein Ueberschuss an Feststoff leicht in einen Bunker
über z.B. einen üeberlauf ausgetragen wird.
Den oben erwähnten Wünschen kann dadurch leicht Rechnung
getragen werden, dass unter Anwendung der früher beschriebenen Technik der Gutkreislauf durch geeignete
Luftzufuhr zum Reaktor und geeignete Verteilung der dem Reaktor zugeführten Luft gesteuert wird und dass ein
nachstehend beschriebenes, bei zirkulierenden Wirbelschichten neues Prinzip zum Messen des Gutinhalts des Reaktors
eingeführt wird. Darüber hinaus ergibt dieses Prinzip neue Kombinationsmoglichkeiten mit im übrigen für sich
bekannten Prinzipien, so dass eine vollautomatische Steuerung des Reaktors erzielt werden kann.
Ausgehend von den obigen Darlegungen lässt es sich feststellen, dass die gewünschte Leistungsabgabe der Verbrennungsvorrichtung
mit einer dieser Leistungsabgabe angepasster Brennstoff- und Luftzufuhr zur Verbrennungsvorrichtung
erreicht werden kann, wobei die Luftzufuhr in der aus der Dampfkesseltechnik bekannten Weise von der Brennstoffzufuhr
gesteuert werden kann. Der Wunsch, die Temperatur genau zu steuern, kann durch Messen der Temperatur
und z.B. des Temperatürgradienten in der Verbrennungsvorrichtung
auch durch Einstellung der früher beschriebenen
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Luftverteilung befriedigt werden. Damit die letztere Steuerung in richtiger Weise funktioniert, ist jedoch
erforderlich, dass eine mit Rücksicht auf die Korngrössenverteilung und andere Eigenschaften des Feststoffes in
der Verbrennungsvorrichtung richtige Gesamtmenge Feststoff in der Verbrennungsvorrichtung vorhanden ist. Dies
ist wichtig, da die Korngrösse und andere Eigenschaften des der Verbrennungsvorrichtung zugeführten Feststoffes
infolge von Qualitätsabweichungen variieren können. Ferner kann ein Austausch von Brennstoffart, z.B. öl anstelle
von Kohle, aktuell sein. Es ist damit zu rechnen, dass diese Abweichungen kräftige Änderungen in der Reaktorfunktion
ergeben. Es leuchtet in diesem Zusammanhang ein, einerseits dass es praktisch schwierig ist, den Gutinhalt
direkt zu messen - z.B. durch Wägen des Reaktors im Betrieb - und andererseits dass z.B. eine Druckabfallmessung,
die über die Stoffmenge im Reaktor indirekt Bescheid gibt,
nicht die ganze gewünschte Information erfasst» Das entwickelte neue Prinzip besteht darin, dass die
direkte Wärmeaufnahme - die Värmeströmung - pro Flächeneinheit Kühlfläche an einem oder mehreren Punkten der
Kühlfläche über die Höhe des Reaktors mit irgendeinem bekannten Wärmeströmungsmesser gemessen wird. Die Messung
gibt eine Auskunft, die für jeden Betriebszustand in einer gesetzmässigen Weise auf die totale Funktion des
Reaktors und die übrigen gemessenen Parameter bezogen und besonders dazu verwendet werden kann, um den Austrag von
Festgut aus dem Reaktor zu steuern, welcher für einen Ausgleich des zugeführten Gutes notwendig ist.
Es leuchtet ein, dass das genannte Prinzip zusammen mit dem früher erwähnten Prinzip der Temperatursteuerung
eine sehr gute Möglichkeit zur Automatisierung des Reaktorsystems ergibt, welche beispielsweise auf Datenverarbeitung
sowohl in einer Datenverarbeitungsanlage als auch über normalerweise fest gekoppelte Steuerkreise gegründet
werden kann. Nebst der Laststeuerung über Brennstoffzufuhr
und den beschriebenen Methoden zur Luftverteilung
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erhält man eine in jeder Hinsicht einzig dastehende Möglichkeit zu einer schnellen und folgsamen Steuerung
von niedriger bis hoher Last ohne irgendeine grössere Änderung des Reaktor-Gesamtinhalts an zirkulierendem
Festgut.
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Claims (14)
1. Verfahren zum Durchführen von exothermen Reaktionen, z.B. Verbrennung zwischen verhältnismässig schwereren und
verhältnismässig leichteren Phasen in zirkulierender Wirbelschicht mit vertikalen Kühlflächen zur Aufnahme der bei
der Reaktion gebildeten Reaktionswärme, bei welchem die leichtere Phase in eine Primärströmung zum Aufrechterhalten
einer dichten, klassischen Teilwirbelschicht und eine Sekundärströmung
zum Aufrechterhalten einer weniger dichten, schnellen Teilwirbelschicht oberhalb der dichten Wirbelschicht
aufgeteilt wird, welche schnelle Teilwirbelschicht ausserhalb der Teilwirbelschichten im Kreislauf zu
der dichten Wirbelschicht zurückgeführt wird, um die zirkulierende Wirbelschicht zustandezubringen, und bei welchem
feste Phase der zirkulierenden Wirbelschicht kontinuierlich zugeführt und entzogen wird und die Sekundärströmung der
zirkulierenden Wirbelschicht im wesentlichen unterhalb der Kühlflächen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einführung der Sekundärströmung in die zirkulierende Wirbelschicht im Innern der zirkulierenden Wirbelschicht
vorgesehen wird und dass die Sekundärströmung vor der Einführung in die zirkulierende Wirbelschicht in mehrere Teilströmung
aufgeteilt wird, von denen zumindest einige Teilströmungen vorzugsweise hauptsächlich horizontal von der
Wirbelschicht auf die Seitenbegrenzungswände der Wirbelschicht zu gerichtet eingeführt werden.
2. Verfahren nach Ansprung 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gegenseitige Verhältnis der Primär- und Sekundärströmung
zwecks Regelung der Phasenbelastung in der Wirbelschicht variiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass zur Regelung der Höhe der dichten Wirbelschicht das Niveau der Einführungsstelle der Sekundärströmung in die
zirkulierende Wirbelschicht variiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Primärströmung der zirkulierenden Wirbelschicht,
in mehrere Teilströmungen unterteilt, mit
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untereinander verschiedenen Geschwindigkeiten zugeführtwird, um die Vermischung der Phasen unterhalb der Kühlflächen zu
fördern.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge-U
kennzeichnet, dass zur Bestimmung des Inhalts der Wirbelschicht an verhältnismässig schwererer Phase die Wärmeströmung durch
die Kühlflächen an im Abstand untereinander gelegenen Stellen längs der Kühlflächen gemessen wird, und dass diese Messung
zur Steuerung des Austrags von verhältnismässig schwererer Phase aus der Wirbelschicht benützt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4 zum Prozessmediumerhitzen,
z.B. Dampferzeugung oder Dampfüberhitzung in den Kühlflächen, dadurch gekennzeichnet, dass als Teil der
verhältnismässig schwereren Phase Kohle oder Öl und als Teil der verhältnismässig leichteren Phase Luft gewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Teil der verhältnismässig schwereren Phase ein Absorptionsmittel
für schwefelenthaltende Gase gewählt wird.
8. Reaktor zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit unteren Zuführgliedern für verhältnismässig
schwerere Phase und Zuführgliedern für verhältnismässig leichtere Wirbelphase, oberen Trennorganen zum Trennen der gennanten
Phasen voneinander, Rückführkanälen für gesonderte schwerere Phase in den Bodenabschnitt des Reaktors oder in ein
Gebiet gleich oberhalb dieses Bodenabschnittes, Mitteln zum Austragen der verhältnismässig schwereren und der verhältnismässig
leichteren Phase aus dem Reaktor sowie im Innern des Reaktors angebrachten Kühlflächen, dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuführglieder (7a-c, 1O, 12, 13, 14) für die genannte
leichtere Phase im Innern des Reaktors im Abstand von den Seitenwänden des Reaktors gelegene, den Reaktorseitenwänden
zugewandte Austrittsöffnungen (10, 14) umfassen.
9. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Austrittsöffnungen in der Höhenrichtung des
Reaktors einstellbar wird.
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10. Reaktor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuführglieder für die verhältnismässig leichtere Phase im Innern des Reaktors angeordnete Windkästen
(19) umfassen, in denen die unteren Teile der Kühlflächen
eingeführt sind oder über denen Kühlflächen in der Art angeordnet sind, dass die unteren Teile der Kühlflächen
von einer direkten Anströmung des Gemisches von leichterer under schwererer Phase durch die unterhalb dieser Windkästen
gelegenen Teile des Reaktors geschützt sind.
11. Reaktor nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuführglieder für die verhältnismissig leichtere Phase durch den Boden des Reaktors sich
erstreckende, in ihrer Längsrichtung verschiebbare Röhren oder Kanäle (12) umfassen, die in ihrer Mantelwand im Reaktorinneren
Austrittsöffnungen (14) für leichtere Phase aufweisen.
12. Reaktor nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuführglieder für die verhältnismässig leichtere Phase durch den Boden des Reaktors sich
erstreckende Röhren oder Kanäle umfassen, die in ihrer Mantelwand im Reaktorinneren übereinander angeordnete, gesondert
verschliessbare Öffnungen aufweisen.
13. Reaktor nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet,
dass Wärmeströmungsmesser im Abstand voneinander in der Höhenrichtung der Reaktors in den Kühlflächen
eingebaut sind, um den Austrag von verhältnismässig schwererem Gut aus dem Reaktor au steuern.
14. Reaktor nach einem der Ansprüche 8-13, zur Dampferzeugung oder Dampfüberhitzung in den Kühlflächen angewendet.
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE7705352A SE421723B (sv) | 1977-05-09 | 1977-05-09 | Sett och reaktor for genomforande av exoterma reaktioner, t ex forbrenning, i en cirkulerad flytbedd |
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| Publication Number | Publication Date |
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| DE2819996A1 true DE2819996A1 (de) | 1978-11-23 |
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| DE19782819996 Granted DE2819996A1 (de) | 1977-05-09 | 1978-05-08 | Verfahren und reaktor zum durchfuehren von exothermen reaktionen, z.b. verbrennung zur dampferzeugung, in einer zirkulierenden wirbelschicht |
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| GB (1) | GB1600635A (de) |
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