DE2905288A1

DE2905288A1 - Verfahren und vorrichtung zum verteilen von fluessigem brennstoff in einer wirbelschicht

Info

Publication number: DE2905288A1
Application number: DE19792905288
Authority: DE
Inventors: Dag Vareide
Original assignee: VAREIDE
Current assignee: VAREIDE
Priority date: 1978-02-17
Filing date: 1979-02-12
Publication date: 1979-08-23
Also published as: US4315469A; SE436926B; NL7901264A; FI790516A; US4243380A; NO141866B; NO141866C; FI65483B; GB2014712B; FI65483C; DK62679A; SE7901410L; CA1108477A; NO780549L; GB2014712A; JPS5549607A

Description

DIPL. ING. HEINZ BARDEHLE München, ¹ 2 .Februar 1979 DIPL. CHEM. DR. PETER FÜRNISS 2905288 PATENTANWÄLTE Aktenzeichen: Unser Zeichen: P 2844

Anmelder:

Dag Vareide Odd Egil Solheim

Nedre Mdllenberggate 83 Chatarina Lvsholms vei 6B

7000 Trondheim 7000 Trondheim

Norwegen Norwegen

Verfahren und Vorrichtung zum Verteilen von flüssigem Brennstoff in einer Wirbelschicht

909834/0719

Kanzlei: HermKnfie 15, München 38

2805288

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verteilen oder Zuführen von flüssigem Brennstoff von unten in eine Wirbelschicht durch im wesentlichen senkrechte Steigrohre, die sich durch eine Lochplatte für die Zufuhr von Wirbelluft und primärer Luft erstreckt, wobei der Brennstoff mittels eines gasförmigen Treibmittels nach oben durch die Steigrohre und durch Verteilungsöffnungen aus ihnen heraus geführt wird.

Bei der Zuführung von öl und anderen flüssigen Brennstoffen

Verbrennungsöfen
nach Wirbelschicht- ■ ~V traten bestimmte Schwierigkeiten auf, da die Neigung besteht, daß die Zuführ- oder Verteil- ■ Öffnungen oder die Zerstäubungsdüsen durch Verkohlung und Sinterung des Brennstoffs verstopfen. Es erwies sich auch als schwierig, den Brennstoff gleichmäßig über die gesamte Wirbelschicht zu verteilen.

Wenigstens teilweise werden diese Schwierigkeiten von dem ölzuführungssystem behoben, das in der CA-PS 987 100 beschrieben wird. Bei diesem System wird eine doppelte Lochplatte verwendet, so daß zwischen der oberen und der unteren Wand der Lochplatte eine ölzuführungs- oder ölvorratskammer gebildet wird, die in Verbindung mit den Düsen steht, die Wirbelluft und Primärluft der Wirbelschicht des Brenners zuführt. Jede Düse besitzt einen relativ großen Querschnitt, um die benötigte Menge an Wirbelluft durchzulassen; und die Förderung des Öls durch die Düsen nach oben soll entlang der Innenwände der Düsen erfolgen, an denen sich ein Ölfilm bildet, der aufgrund des Luftstroms in den Düsen "heraufklettert". Ein Nachteil des in der C^-PS 987 100 beschriebenen Systems liegt jedoch darin, daß die doppelte Lochplatte mit Düsen eine komplizierte Struktur darstellt, die zur Wartung nur schwer

909834/0719

zugänglich ist. Dies trifft insbesondere für die öffnungen zwischen der ölkammer in der Lochplatte und den Düsen zu, die leicht verstopfen können. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß man ein rasches Beenden der Brennstoffzufuhr nur durch Abdrehen der Wirbelluft erreichen kann, so daß die Wirbelschicht nach dem Abstellen der Brennstoffzufuhr nicht aufrechterhalten werden kann.

Gemäß der US-PS 4 021 193 kann der Brennstoff in der Wirbelluft durch getrennte Düsen unmittelbar in Pließrichtung vor der öffnung, durch die die Wirbelluft in die Wirbelschicht eingeleitet wird, verteilt werden. Hierdurch ist es möglich, die Brennstoffzufuhr einzustellen, während die Zufuhr an Wirbelluft aufrechterhalten wird. Jedoch •'finden sich die Düsen, durch die der Brennstoff in den Durchgang für die Wirbelluft eingeführt wird, benachbart zur Wirbelschicht. Dies führt ebenso wie die Tatsache, daß der Druck der Wirbelluft gering ist, genau wie bei der in der CA-PS 9 87 100 beschriebenen Konstruktion, dazu, daß der Brennstoff Ablagerungen bildet, die, wenigstens in einer gewöhnlichen Wirbelschicht, schließlich die Einlaßöffnungen für Brennstoff und Wirbelluft verstopfen; anders mag es bei einer Sprudelwirbelschicht sein, mit der sich die US-PS 4 021 193 tatsächlich befaßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur möglichst gleichmäßigen Verteilung von flüssigem Brennstoff in einer Wirbelschicht zu schaffen, die die Nachteile der in der CA-PS 987 100 und der US-PS 4 021 offenbarten Systeme vermeiden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein unter hohem Druck stehendes Treibmittel verwendet wird, das unabhängig von der Zufuhr von. Primärluft in

909834/0719

geringen ί-lengen zugeführt wird. Vorzugsweise wird der Brennstoff dem Steigrohr aus einem Verteilersystem durch verengte Düsen zugeführt j. die an die benötigte Brennstoffzufuhr angepaßt sind. Dasselbe gilt für die Zuführung des Treibmittels, das ebenfalls aus einem Verteilersystem durch getrennte, verengte Düsen zugeführt wird.

Durch Verwendung eines getrennten gasförmigen Treibmittels, vorzugsweise Hochdruck-Dampf, zum Einspritzen des Öls wird eine vollständige Unabhängigkeit zwischen-Brennstoffzuführung und Ausbildung der Wirbelschicht erreicht. Die Luft zur Erzeugung der Wirbelschicht wird in sehr großen Mengen mit geringem Druck zugeführt. Dagegen kann der Dampf, der als Treibmittel für das Öl verwendet wird, mit einem Druck von z.B. 7 Bar und in Mengen von nur wenigen Prozent, bezogen auf die Menge an Brennstoff, und in Mengen von nur wenigen Teilen bezogen auf 1000 Teile Wirbelluft, zugeführt werden. Der hohe Druck desTreibraittels hat zur Folge, daß hohe Geschwindigkeiten des Öl-Treibmittel-Gemisches auch in den Steigrohren und den Düsen an ihren oberen Enden erreicht werden. Hierdurch wird verhindert, daß die feuerfesten Teilchen der Wirbelschicht diese Düsen verstopfen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß neben Mündungen oder Düsen zur Verteilung von Wirbelluft und Primärluft sich getrennte Steigrohre durch die Lochplatte erstrecken, wobei die Steigrohre mit einem Verteilersystem für Brennstoff und mit einem Verteilersystem für ein getrenntes, gasförmiges Treibmittel, das unter hohem Druck steht, verbunden sind. Das Verteilersystem für Brennstoff kann vorzugsweise die Form von Rohrschleifen besitzen, von denen jede einen Einlaß und einen Auslaß für Brennstoff besitzt. Dadurch kann der Brennstoff in den Rohrschleifen zirkulieren, wodurch das öl eine gleichmäßigere Temperatur und Viskosität annimmt, so daß dieselbe ölmenge allen Steigrohren zugeführt wird. Die Brenn-

909834/0719

2305288

stoffrohrschleifen können in einem ausreichenden Abstand von der Lochplatte angeordnet sein, so daß sie keinen schweren thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Dies erhöht ihre Lebensdauer und verbessert die Zuverlässigkeit; gleichzeitig ist das Verteilersystem besser für die Wartung zugänglich.

Im folgenden wird als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Aufsicht auf eine Lochplatte für einen Wirbelschichtbrenner, wobei ein Teil der Lochplatte und ihres Stützrahmens fortgelassen v/urde, um das darunterliegende Treibstoffzuführungssystem gemäß der Erfindung zu zeigen;

Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang Linie II-II in Fig. 1, und

Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang Linie III-III in Fig. 1 in stark vergrößertem Maßstab.

In den Fig. 1 und 2 wird eine Gaslochplatte 1für die Zufuhr von Wirbelschicht- und Primärluft nach einer darüberliegenden Schicht aus (nicht dargestellten) feuerfesten Teilchen gezeigt, der ferner öl als Brennstoff zugeführt wird. Die Lochplatte 1 besitzt zahlreiche Öffnungen für die Gaszufuhr, die sehr schematisch in Fig. 2 mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet sind, jedoch aus Gründen der Einfachheit in Fig. 1 fortgelassen wurden. Die Lochplatte 1 wird von einem Stützrahmen 3 mit Stützversteifungen 4 abgestützt, wobei der Rahmen 3 seinerseits von einem Rahmen 5 mit Tragarmen 6 abgestützt wird, die in dem oberen Teil des Windkastens, der unter dem Brenner angeordnet ist, angebracht sind. Außer den Löchern 2 v/eist die Lochplatte 1 Löcher 7 (Fig. 3) auf, durch die Steigrohre

909834/0710

2305288

8 für die Zuführung von Brennöl hervorragen. Die Steigrohre 8 werden mittels Sicherungsscheiben 9, die nach innen ragende Zungen 10 besitzen, welche in die Außenflächen der Steigrohre 8 eingreifen und sich gegen die Oberseite der Lochplatte 1 abstützen, von der Lochplatte 1 getragen. Die Steigrohre 8 stehen mit zwei Rohrverteilungssystemen in Verbindung, die unter der Lochplatte 1 angeordnet sind, und die an der Lochplatte 1, dem. Stützrahmen 3 und/oder dem Rahmen 5 einschließlich der Tragarme 6 befestigt sein können. Das unterste Verteilungsrohrsystem dient zur Zufuhr von öl und besteht aus drei geschlossenen Rohrschleifen 11, die jeweils einen Einlaß 12 und Auslaß 13 für öl besitzen, so daß das Öl kontinuierlich in den Leitungsschleifen 11 zirkulieren kann. Unmittelbar oberhalb der Leitungsschleifen 11 für öl befindet sich eine Reihe von geraden Zuführrohren 14 für das Treibmittel. Die Rohre enden am rechten Ende gemäß Fig. 1 blind und sind am gegenüberliegenden Ende mit einem Verteilerrohr 15 verbunden, dem Dampf durch ein Rohr 16 zugeführt wird.

Wie man Fig. 3 entnehmen kann, besitzt jedes Steigrohr 8 einen unteren, verbreiterten Rohrbereich 17, der an die beiden Zuführungsrohre 14 und 17, die übereinanderliegen, angeschweißt ist; der Rohrbereich 17 steht durch Öffnungen 18 bzw. 19 mit diesen Rohren in Verbindung. Der Rohrbereich 17 ist ferner mit einem austauschbaren Düsenteil 20 versehen, das mittels eines Pflocks 21 am Platz gehalten wird. Die Öffnung 18 führt von der DampfzuführungsIeitung 14 nach einer ringförmigen Ausnehmung 22 im Düsenteil 20, Enge Düsenöffnungen 23 erstrecken sich aus der ringförmigen Ausnehmung 22 in das Steigrohr 8„ Auf ähnliche Weise steht die Öffnung 19 von der Rohrschleife 11 in Verbindung mit einer ringförmigen Ausnehmung im Düsenteil 20, und eine Bohrung 25 verbindet die ringförmige

909834/0719

2305288

Ausnehmung 24 mit einer zentralen Bohrung 26 im Düsenteil 20. Die Bohrung 26 endet in einer verengten Düsenöffnung 27, die in der tlähe der Mündung der Düsenöffnungen 23 ebenfalls in das Steigrohr 8 führt.

Während des Betriebs wird durch die Düsen 23 Dampf in das Steigrohr 8 geblasen, der öl, das durch die Düsenöffnung 27 zugeführt wird, mitreißt. Da die Dampfdüsen 23 gegenüber der öldüse 27 geneigt sind, trifft der Dampf auf den Ölstrahl aus der Düse 27 unter Druck auf und mischt sich gut mit dem öl. Das Gemisch aus öl und Dampf strömt durch das Steigrohr 8 nach oben und wird mit hoher Geschwindigkeit durch die horizontalen Düsenöffnungen 28 am oberen Ende des Steigrohrs 8 ausgestoßen. Daher kommt es nicht zu einer Verstopfung der öffnungen 28 durch die Teilchen der Wirbelschicht.

Zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen besitzt das erfindungsgemäße BrennstoffZuführungssystem noch den Vorteil, daß wegen der eingebauten Verengungen oder Düsenöffnungen 23 und 27 für Dampf bzw. öl eine sehr gute Steuerung des zugeführten Öls erreicht wird. Jeder Zuführpunkt oder jedes Steigrohr 8 besitzt ein austauschbares Düsenteil, das leicht von einer Stelle unterhalb der Lochplatte 1 ausgetauscht werden kann. Es versteht sich von selbst, daß das Ölzuführsystem leicht an jede Art von Lochplatte angepaßt werden kann. Die Figuren zeigen als Beispiel eine einfache perforierte Platte; jedoch kann das System natürlich auch an Lochplatten oder Hauben aus Keramikmaterial, an Platten, die Düsen mit Glockenboden besitzen, und an anderen Konstruktionen angepaßt werden. Ferner kann das System ausser für öl auch für andere flüssige Brennstoffe verwendet werden. Vorzugsweise ist die Art des Steigrohrs bei einzelnen Brennern gleich; jedoch kann die Anzahl der Steigrohre und ihre Verteilung über die Lochplatte je nach der Verwendung abgeändert werden.

909834/0719

2305288

Zusammenfassend wird ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei denen flüssiger Brennstoff durch die Gaslochplatte eines Wirbelschichtbrenners in eine Wirbelschicht aus feuerfesten Teilchen verteilt wird. Der Brennstoff wird aus einem Verteilersystem von Umlaufrohren zugeführt, die sich im Abstand unterhalb der Lochplatte befinden* Er wird mittels einer geringen Menge eines Treibmittels, vorzugsweise Dampf, von hohem Druck, das aus einem getrennten Verteilersystem unabhängig von der primären Verbrennungsluft und dem Wirbelgas zugeführt wird, durch Steigrohre nach der Wirbelschicht befördert. Das Treibmittel und der Brennstoff werden durch Düsen am unteren Ende der Steigrohre in die Steigrohre geleitet.

909834/0719

Claims

290S288

Patentansprüche

Verfahren zum Verteilen von flüssigem Brennstoff von unten in- eine Wirbelschicht durch im wesentlichen senkrechte Steigrohre_r die sich durch eine Lochplatte zur Zuführung von Wirbelluft und Primärluft erstreckt, wobei der Brennstoff mittels eines gasförmigen Treibmittels in den Steigrohren nach oben und durch Vertexleroffnungen nach außen mitgerissen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff durch Steigrohre zugeführt wird, die unabhängig von den Düsen, welche Wirbelluft und Primärluft zuführen, und im Abstand zu diesen sind, und daß ein Hochdruck-Treibmittel verwendet wird, das unabhängig von der Zufhr von Primäriuft in geringen Mengen zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß der Brennstoff den Steigrohren aus einem Verteilersystem durch verengte Düsen zugeführt wird, die an die benötigte Brennstoffzufuhr angepaßt sind und welche im Abstand von der Lochplatte und unterhalb dieser angeordnet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufüfirungssystem von Rohren gebildet wird, in denen der Brennstoff zmc Sicherung einer gleichmäßigen Versorgung aller Steigrohre umgewälzt wird.
4. Verfahren, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel dem Steigrohr aus einem rohrförmigen Verteilersystem durch getrennte, verengte Düsen zugeführt wird, die an die benötigte Menge an Treibmittel angepaßt sind, wobei das Verteilersystern für das Treibmittel zwischen der

909834/0719

Lochplatte und dem Verteilersystem für den Brennstoff angeordnet ist und diesen abschirmt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel Dampf verwendet wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Werf ahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei flüssiger Brennstoff von unten durch im wesentlichen senkrechte Steigrohre 8, die sich durch eine Lochplatte zur Zuführung von Wirbelluft und Primärluft erstrecken, in einer Wirbelschicht verteilte wird, wobei der Brennstoff mittels eines gasförmigen Treibmittels durch die Steigrohre und durch Verteileröffnungen aus ihnen heraus befördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß sich außer (nicht dargestellten) Verteilungsöffnungen oder Düsen zur Verteilung von Wirbelluft und Primärluft getrennte Steigrohre (8) durch die Lochplatte (1) erstrecken, wobei die Steigrohre mit einem Verteilersystem (11) für Brennstoff und einem Verteilersystem (14) für ein getrenntes, gasförmiges Hochdruck-Treibmittel stehen, das Verteilersystem für Treibstoff unterhalb der Lochplatte und im Abstand zu ihr angeordnet ist und das Verteilersystem für Treibmittel zwischen der Gas-Lochplafcte und dem Verteilersystem für Brenn-stoff angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff Verteilersystem (11) aus Rohrschleifen besteht, die jeweils einen Einlaß (12) und einen Auslaß (13) für Brennstoff besitzen, wobei jedes Steigrohr (8) über eine oder mehrere verengte Düsen (27) mit einer Kohrschleife (11) in Verbindung steht.

909834/0719

— A·· _mm
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilersysten für das Treibmittel aus Zuführrohren (14) besteht, wobei jedes Steigrohr über eine oder mehrere verengte Düsen (23) mit einem der Rohre (14) in Verbindung steht.
9. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 6 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Steigrohr (8) einen unteren Eereich

(17) auf v/eist, der mit beiden Verteilersysteinen (11, 14) in Verbindung steht und ein austauschbares Düsenteil (20) enthält, welches Düsen für das Treibmittel sowie für den Brennstoff besitzt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (23) für das Treibmittel und die Düsen (27) für den Brennstoff so zueinander in dem Düsenteil (20) angeordnet sind, daß das Treibmittel einen Düsen- oder Strahlsaugeffekt auf den Brennstoff ausübt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (23) für das Treibmittel auf die Brennstoffstrahlen aus den Brennstoffdüsen (27) gerichtet sind, so daß sich Treibmittel und Brennstoff vermischen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Löcher (7) in der Lochplatte (1) für die Steigrohre (8) einen größeren Durchmesser als die Steigrohre (8) besitzen, die mittels Sicherungsscheiben (9) von der Lochplatte (1) abgestützt werden, welche in die Außenfläche der Steigrohre eingreifen und sich gegen die Oberseite der Lochplatte abstützen.

909834/0719