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Verfahren und Vorrichtung zur Inertisierung eines zündfähigen
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Brennstoff/Sauerstoff-Gemisches innerhalb einer Anlage, insbesondere
einer Mahlanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur
Inertisierung eines zündfähigen Brennstoff/Sauerstoff-Gemisches innerhalb einer
Anlage, insbesondere einer Mahlanlage.
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Es ist bereits bei Anlagen der genannten Kategorie vorgeschlagen worden,beim
Trocknen und Mahlen brennbaren Gutes die ganze Anlage mit inertem, sauerstoffarmem
Gas zu erfüllen. Dies wird bei bekannten Anlagen dadurch erreicht, daß der in der
Anlage befindlichen Umluft Abgase einer Feuerung zugesetzt werden. Dies trifft besonders
auf sogenannte Mahitrocknungsanlagen zu, bei welchen die Anlage an eine Heißgasquelle
angeschlossen ist, wobei in vielen Fällen der Abgaskanal einer Feuerungsanlage angezapft
wird. (DE-PS 720 507; 748 140).
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Wenn eine solche Anlage stillgesetzt wird und von Betriebstemperatur
bis zur Umgebungstemperatur abkühlt, dann verliert das im Kreislauf befindliche
Gas, welches ein Gemisch von Wasserdampf, flüchtigen Anteilen der Kohle, Abgasen
und Luft enthält, durch Abkühlung und Kondensation erheblich an Volumen, welches
durch Frischluft ersetzt wird. Dadurch steigt der Sauerstoffgehalt im Anlagensystem
in unerwünschter Weise soweit an, daß es bei Wiederinbetriebnahme der Anlage beispielsweise
durch Aufwirbelung von Schwelnestern zu Verpuffungen und Bränden kommen
kann.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, beispielsweise bei der Befüllung
von Bunkern, diese mit Inertisierungs-Gas wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxyd
zu befluten, um der Gefahr von Verpuffungen zu begegnen.
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Denn die Aufwirbelung von Ablagerungen im Anfahrzustand, insbesondere
bei noch nicht inertisiertem Gas einhalt kann die Entstehung eines Zündfunkens beispielsweise
durch elektrostatische Aufladungsvorgänge oder sonstige Zündvorgänge verursachen
und dadurch zu Verpuffungen und Bränden in der Anlage führen. Dies muß jedoch unter
allen Umständen verhindert werden.
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Die Inertisierung brennbarer Gemische innerhalb umfangreicher Anlagensysteme
durch Einleiten von inertisierenden Gasen« beispielsweise Stickstoff, C02, Helium
etc. ist aus wirtschaftlichen Gründen in vielen Fällen jedoch nicht vertretbar,
ganz abgesehen davon, daß bei wiederholter Flutung einer solchen Anlage außer den
Kosten ein Nachschub und Transport problem entsteht, das je nach Standort der Anlage
zu beträchtlichen Schwierigkeiten führt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Inertisierung eines zündfähigen
Brennstoff/Sauerstoff-Gemisches innerhalb eines Anlagensystems außerhalb der Betriebs-
und/oder Produktionsphase, insbesondere zur Vorbereitung des Anfahrvorganges zu
ermöglichen, ohne daß hierfür teure oder schwer zu beschaffende Inertisierungsgase
benötigt werden, insbesondere auch dann, wenn die Anzapfung einer Abgasquelle außerhalb
der Betriebsphase nicht im Bereich der Möglichkeit liegt.
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Die Aufgabe soll mit dem geringstmöglichen Aufwand an technischen
Einrichtungen und Kosten lösbar und mit Rücksicht auf Übersichtlichkeit, Funktionsbereitschaft
und Wartung mit unkomplizierten Mitteln durchgeführt sein.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß außerhalb der Betriebs-und/oder
Produktionsphase der Anlage mindestens ein Teil des Sauerstoffträgers mit zusätzlichem
Brennstoff vermischt und das Gemisch verbrannt wird, wobei das entstehende Rauchgas
mit dem Rest des Sauerstoffträgers vermischt wird.
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Dabei sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Verbrennung
so gesteuert wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Gase im Anlagensystem unterhalb
einer gegenüber abgelagertem, brennbarem Gut Schleppkräfte hervorrufenden Geschwindigkeit
gehalten wird. Zweckmäßigerweise wird die Geschwindigkeit zwischen 1 und 5 m/sec.,
vorzugsweise zwischen 2 und 3 m/sec. gehalten.
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Mit der Erfindung ergeben sich folgende Vorteile: a) Zur Inertisierung
des zündfähigen Gemisches innerhalb des Anlagensystemes werden keine-fremdbezogenen
Inertisierungsgase benötigt.
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b) Das Verfahren ist kostensparend.
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c) Die Inertisierung ist unabhängig von Abgasquellen, welche nur
in der Betriebsphase zur Verfügung stehen.
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d) Die Standortbestimmung der Anlage ist unabhängig von externen
Inertgasquellen.
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e) Das Anlagensystem kann außerhalb der Betriebs- und/ oder Produktionsphase
über längere Feitrgume hinweg ohne nennenswerten Aufwand an Kosten und Betriebsstoffen
im inertisierten Zustand gehalten werden.
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f) Die Vorrichtung ist mit handelsüblichen Geräten wirtschaftlich
durchführbar.
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g) Der Aufwand für Schalt- und Regelorgane ist verhältnismäßig gering.
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h) Vollautomatische Steuerung ist möglich.
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Eine Ausgestaltung des VeSEhrens sieht vor, daß die Wärmezufuhr zur
Anlage mit der Verbrennung in der Weise geregelt wird, daß diese mit der Abstrahlleistung
der Anlage bei einer vorherbestimmten Temperatur im Gleichgewicht steht.
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Hierdurch wird mit Vorteil eine örtliche oder weitergehende Aufheizung
von Anlagenteilen vermieden, auch kann mittels thermostatischer Temperaturüberwaehung
einer oder mehrerer bevorzugter Stellen der Anlage die Verbrennung ohne großen Aufwand
so geregelt werden, daß an keiner Stelle ein unerwünschter Temperaturanstieg stattfindet.
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Weiter sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß während der
Verbrennung eine Verbindung zwischen der Luftentnahmestelle und der Rauchgaseinführungsstelle
verschlossen wird.
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Mit dieser Maßnahme wird eine Kurzschluß-Strömung zwischen
der
Luftentnahmestelle und der Rauchgaseinführungsstelle in unkomplizierter Weise verhindert.
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Das Verfahren sieht weiter vor, daß das Rauchgas an einer möglichst
tiefen Stelle des Anlagensysems eingeleitet wird.
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Diese Maßnahme ist deshalb von Vorteil, weil warmes Rauchgas in der
Anlage bevorzugt nach oben steigt und dabei die kalte, sauerstoffhaltige Luft verdrängt,
wobei in verhältnismäßig kurzer Zeit der Inertisierungszustand erreicht wird.
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Eine weitere Verfahrensvariante sieht vor,-daß das Rauchgas vor Einführung
in die Anlage gekühlt wird.
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Diese Maßnahme ist dann vorteilhaft, wenn es sich beispielsweise um
eine Anlage handelt, in welcher temperaturempfindliches Gut verarbeitet, das heißt
beispielsweise gekühlt, getrocknet, abgesiebt oder einem anderen beliebigen Verfahrensprozeß
unterzogen wird.
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nd schließlich sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens vor, daß die
Verbrennung während der Betriebs- und/oder Produktions-Phase der Anlage unterbrochen
wird.
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Generell gilt für die Erfindung, daß die Anwendung der darin enthaltenen
technischen Lehre keineswegs auf Mahlanlagen beschränkt ist. Vielmehr eignet sich
die Erfindung grundsätzlich filr alle geschlossenen Anlagensysteme, welche brand-
und/oder explosionsgefährdet sind, wobei der in der Anlage durchgeführte Verfahrensprozess
im Zusammenhang mit dem durch die Erfindung zu lösenden Problem der Inertisierung,
insbesondere in der Anfahr-Phase, praktisch keine Rolle spielt
Eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht ein geschlossenes Brennersystem
vor, dessen Luftansaugleitung und Rauchgasleitung gasdicht an die Anlage angeschlossen
sind und den dazwischen liegenden Teil der Anlage imBy-pass überbrücken, wobei der
überbrückte Teil mit einem Absperrorgan ausgestattet ist.
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Der signifikante Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß diese
unkompliziert, preisgünstig, mit handelsüblichen Geräten durchführbar, übersichtlich
und funktionell zuverlässig ist.
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Dazu werden nicht, wie im Falle der Anwendung von Inertisierungsgas,
Batterien von Gasflaschen oder Gas-Tanks mit aufwendigen, ständige Kontrolle erfordernden
Behältern, Rohrleitungen, Ventilen, Schaltorganen etc. benötigt, sondern lediglich
ein relativ kleiner, handelsüblicher Brenner mit verhältnismäßig geringer Leistung,
ein Brennstoffbehälter sowie einige handelsübliche Absperr- und Regelorgane.
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In Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß sowohl in der
Luftansaugleitung als auch in der Rauchgasleitung je ein Absperrorgan angeordnet
ist. Diese schützen den Brenner vor Verschmutzung während der Betriebs- und/oder
Produktionsphase der Anlage.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß
die Rauchgasleitung in einem von Ablagerungen weitgehend freien Bereich der Anlage,
beispielsweise an einem senkrechten Rohr und vorzugsweise an einer tiefen Stelle
desselben angeordnet ist.
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Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß das Brennersystem bei einer
Mahltrocknungsanlage mit Heißgaserzeuger zusätzlich zu diesem angeordnet ist.
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Denn ein in das System einer Mahltrocknungsanlage integrierter Heißgaserzeuger
entnimmt im Gegensatz zum Brenner nach der Erfindung die zur Aufbereitung des Brennstoff-Luftgemisches
benötigte Primärluft der Umgebung und nicht der Anlage.
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Darüber hinaus ist ein solcher Heißgaserzeuger nur betriebsbereit
nach Ingangsetzung des Umluftgebläses, insbesondere zur Deckung des Sekundärluftbedarfes.
Das Gebläsekann aber erst in Gang gesetzt werden, wenn sich die zündfähigen Gemische
in der Anlage im Zustand der Inertisierung befinden. Daher ist der für die Produktionsphase
vorgesehene Heißgaserzeuger in aller Regel nicht geeignet, für die Inertisierung
notwendiges sauerstoffarmes Gas außerhalb der Betriebs- und/oder Produktions-Phase
zu liefern. Infolgedessen ist die Maßnahme, daß das Brennersystem nach der Erfindung
bei einer Mahltrocknungsanlage mit Heißgaserzeuger zusätzlich zu diesem angeordnet
ist, für die Erfindung von wesentlicher Bedeutung.
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Und schließlich besteht eine vorzugsweise, weil besondersvorteilhafte
Ausgestaltung der Vorrichtung darin, daß zur Steuerung des Brennersystemes und der
funktionsabhängigen Absperrorgane eine Uberwachungseinrichtung vorgesehen ist.
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Hierbei kann es sich um einen Gaswächter, um einen Temperaturwächter
oder um eine Kombination der beiden Einrichtungen handem.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert und dabei deren Funktion beschrieben.
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Bei dem dargestellten Anlagensystem handelt es sich um eine Mahltrocknungsanlage,
beispielsweise zur Herstellung von Kohlenstaub. Die Rohkohle wird aus dem Bunker
1 über ein dosierendes Austragsorgan 2 durch eine allseitig geschbssene Fördereinrichtung
3 zu dem Eintrag 4 der Mühle 5 gefördert. Bei dem Förderorgan 3 kann es sich beispielsweise
um einen Kratzförderer eine Förderschnecke oder um ein geschlossenes Vibro-Förderrohr
handeln. Das Eintragsorgan 4 der Mühle ist im gezeigten Beispiel als Doppelklappenschleuse
ausgebildet. An den Mühlenaustrag 6 schließt sich das Steigrohr 7 an, welches in
den Sichter 8 mündet. Der Austrag 9 des Sichters 8 ist durch ein Verbindungsrohr
10 mit dem Staubabscheider 11 verbunden, welchem das abgeschiedene Fertiggut durch
die gasdichte Zellenradschleuse 12 und das Förderorgan 13 entnommen und der weiteren
Bestimmung zugeführt wird. Der Austrag 14 des Staubabscheiders 11 ist mit der Rohrleitung
15 an die Saugseite des Ventilators 16 angeschlossen, an dessen mit einer Klappe
17 versehenen Druckstutzen einerseits die Abgasleitung 18 mit dem Filter 19 und
dem Kamin 20 angeschlossen ist. Im Filter 19 anfallendes Feingut wird durch das
Austragsorgan 21 aus der Anlage ausgetragen und dem Fertiggut zugeschlagen.
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Andererseits ist an den Druckstutzen des Ventilators 16 die Leitung
22 angeschlossen, in deren Verlauf der Heißgaserzeuger 23 angeordnet ist. Dieser
liefert im Betrieb das zum Trocknen des Mahlgutes benötigte heiße Trocknungsgas,
welches über die Verbindungsleitung 24 in den Mühlenkreislauf eingerührt wird.
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Vom Sichter 8 führt ein Gries-Austrag 25 über eine Zellenradschleuse
26 zu einem geschlossenen Förderorgan 27, durch welches ausgeschiedene Griese an
der Stelle 28 in den Mühlenkreislauf wieder eingeführt werden.
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Von der annähernd höchsten Stelle der Umluftleitung 22 führt.
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eine Hebeluftleitung 29 zum Krümmer 30, welcher den Mühlenaustrag
6 mit der Steigleitung 7 verbindet. Die Hebeluftleitung 29 sorgt im Normalbetrieb
der Mahlanlage dafür, daß sich im Bereich des Krümmers 30 keine nennenswerten Kohlenstaubablagerungen
bilden können.
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An de Hebeluftleitung 29 ist der mit der Erfindung vorgesehene zusätzliche
Brenner 31 gasdicht angeschlossen, und zwar frischluftseitig mit der Anschlußleitung
32 und abgasseitig mit der Leitung 33. In der Leitung 32 befindet sich das Absperrorgan
34, während die Leitung 33 mit dem Absperrorgan 35 ausgestattet ist.
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Zwischen der Anschlußstelle 36 der Leitung 32 und der Anschlußstelle
37 der Rohrleitung 33 ist in dem damit überbrückten Rohrstück 38 der Hebeluftleitung
29 ein Regel- und Absperrorgan 39 angeordnet.
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Die Funktion der Einrichtung läßt sich wie folgt beschreiben: Bei
Stillstand der Anlage befindet sich im gesamten System der Mahlanlage, insbesondere
in der Mühle 5, dem austragsseitigen Krümmer 30 der Steigleitung 7, dem Sichter
8, der Verbindungsleitung 10, dem Abscheider 11, der Rohrleitung 15, dem Ventilator
16 sowie den Leitungen 18, 22 und 24 sowie im Heißgaserzeuger 23 ein sauerstoffhaltiges
Luft/Gasgemisch, wie dies weiter oben ausführlich beschrieben wurde und welches
davon herrührt, daß während der Betriebsphase die entsprechenden Räume mit einem
Gasgemisch aus Wasserdampf, gegebenenfalls flüchtigen Bestandteilen der Kohle, Abgas
des Heißgaserzeugers 23 sowie Luft bei einer Betriebstemperatur- dicht unterhalb
1000C gefüllt sind, dessen Volumen nach Stillsetzung und Abkühlen der Anlage durch
Kondensation
und Kontraktion- erheblich reduziert und dabei durch Frischlufteinfall ersetzt wird.
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Während der Betriebs- und/oder Produktionsphase der Anlage sind die
Verschlußorgane 34 und 35 in den Leitungen 32 und 33 zum Brenner 31 geschlossen.
Das Regelorgan 39 in der Hebeluftleitung 29 ist mindestens teilweise geöffnet. Nach
Stillsetzung der Anlage nimmt wie beschrieben der Sauerstoffgehalt im Anlagensystem
zu. Ein Gaswächter 40, welcher die Gaszusammensetzung im Inneren des Anlagensystems
mit Hilfe der Sonde 41 überprüft, mit der er durch die StEuerleitung 42 verbunden
ist, gibt die ermittelten Gaswerte über die Steuerleitung 43 an eine Logikeinheit
44 weiter, welche den mit einer Eingabeeinheit 45 aufgeschalteten Sollwert mit dem
gemeldeten Istwert vergleicht und bei über bzw. Unterschreitung eines Sollwertes
der Recheneinheit 46 einen Impuls aufschaltet, welche daraufhin über die Steuerleitung
47 an die Absperrorgane 34 und 35 den Befehl zum offenen überträgt und gleichzeitig
den Brenner 31 in Betrieb setzt, während ebenfalls gleichzeitig das Absperr- und
Regelorgan 39 in dem Rohrabschnitt 38 der HebeluStleitung 29 geschlossen wird.
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Nach Ingangsetzung des Brenners 31 entnimmt dieser aus dem aufwärts
führenden Ast der Hebeluftleitung 29 sauerstoffhaltiges Gas, vermischt dieses mit
Brennstoff, verbrennt das Gemisch und gibt Rauchgas über die Leitung 33 an den abwärtsführenden
Ast der Hebeluftleitung 29 ab.
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Durch diesen und den Krümmer 30 gelangt das heiße Rauchgas in die
Steigleitung 7, danach in den Sichter 8 und füllt diese Leitungs- und Systemteile
mit inertisierendem Rauchgas, wobei der Sauerstoffanteil im Systemgas abnimmt und
der C02-Anteil zunimmt.
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Das Inertisierungsgas füllt schließlich auch den Heißgaserzeuger
23,
die Anschlußleitung 24 und die Mühle 5 sowie den Filter 19, bis der zündfähige Inhalt
der gesamten Anlage den Zustand der Inertisierung erreicht hat, Daraufhin erteilt
der Gaswächter 40 über die Logik-Einheit 44 und das Schaltorgan 46 den Befehl zum
Abstellen des Brenners 31 und zum Schließen der Verschlußorgane 34 und 35 sowie
zum öffnen der Verschlußklappe 39.
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Der elektronischen Überwachungseinrichtung 41, 40, 43> 44, 45,
46, 47 kann mit der Erfindung auch ein Temperaturüberwachungsorgan aufgeschaltet
sein. Eine solche thermostatische Einrichtung liegt jedoch im Ermessen des Durchschnittsfachmannes
und wurde daher zur Vermeidung unnötiger Verkomplzierungen in der beispielhaft dargestellten
Anlage nicht berücksichtigt.
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Die Darstellung der Erfindung im Rahmen einer Kohlenstaub-Mahlanlage
ist lediglich als ein mögliches Beispiel für deren Ausführung aufzufassen. Wie bereits
gesagt, ist die Erfindung außer in Mahlanlagen für Kohle beispielsweise auch in
Getreidemühlen und anderen Mahlanlagen für brennbares Gut anwendbar.
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Darüber hinaus ist die Anwendung der Erfindung nicht auf Mahlanlagen
beschränkt, sondern grundsätzlich in allen brand- und/ oder explosionsgefährdeten
Anlagensystemen anwendbar, beispielsweise in Anlagen zum Sichten, Trocknen, Mahltrocknen,
Sieben oder zur Durchführung anderer Prozesse.
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Solche im Ermessen des Fachmannes liegenden Anwendungen und/oder Ausgestaltungen
gehören zur Erfindung, sofern sie einem der geltenden Patentansprüche genügen.