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Fließbettverbrennungs- oder -reaktionsanlage
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und Verfahren zu ihrem Betrieb Die Frfi..unz betrifft ein Verfahren
zur Steigerung des Reaktionswirkungsgrades einer Fließbettverbrennungs- oder -reaktionsanlage,
in der ein Gas aufwärts durch ein Brennstoff enthaltendes Partikelmaterial geführt
wird, welches sich zur Fluidisierung und Förderung der Verbrennung des in ihm enthaltenen
Brennbaren in einer Kammer befindet, und sie betrifft eine Fließbettverbrennungs-
oder -reaktionsanlage mit einem Gehäuse, mit einerin diesen befindlichen, ein Auflager
für ein Fließbett bildenden Lochplatte, mit Einrichtungen zum Zuführen von Brennstoff
enthaltendem, auf der Platte sich ansammelnden Partikelmaterial und mit Einrichtungen
zum Aufwärtsführen eines Gases durch einen Teil der Löcher der Platte zur Fluidisierung
des Partikelmaterials und zur Förderung der Verbrennung des in diesem enthaltenen
Brennbaren, wobei das strömende Gas relativ feines Teilchenmaterial in dem Partikelmaterial
mit sich führt.
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I)ie Verwendung von Fließbetten ist schon seit langer Zeit als ein
attraktives Mittel ur Erzeugung von Wärme anerkannt.
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Uei bekannten Anlagen diesel Art wird Luft durch ein Bett von Parti
keimaterial zefiihrt, das aus einer Mischung von inertem Stoff, Brennstoff, z.B.
Steinkohle mit hohem Schwefelgeiialt, und gewöhnlicherweise einem adsorbierenden
Material fiir den als *trcebnis der Verbrennung der sohle gebildeten Schwefel besteht.
Infolge der durch das Bett strömenden Luft wird dieses fluidisiert, d.I. in einen
fließenden Zustand gebracht, was die Verbrennung des Brennstoffs fördert. ihre grundsätzlichen
Vorteile einer solchen Anordnung sind mannigfaltig imO schließen eine relativ iiohe
Wärmeübergangsgeschwindigkeit 1 eine im wesentlichen gleichförmige Bett-femperatur,
eine Verbrennung bei relativ niedrigen temperaturen, eine leichte Behandlung der
Brennstoffe, eine Verminderung auf seiten der Korrosion und Kesselverschmutzung
sowie eine Verminderung der Kesselgröße ein.
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Bei dieser Art von Anlagen muß jedoch die Menge und die Gescllwindigkeit
der dem Bett zugefiihrten Luft ausreichend sein, um dieses in einem fluidisierten
Zustand zu halten. Das hat aber wiederum zur Folge, daß ein Teil des partikelförmigen
Bettmaterials von der durch das Bett strömenden Luft mitgeführt wird und noch nicht
zur Reaktion gebrachten Brennstoff einschließt. Bei dem größten Teil der in Betrieb
befindlichen Systeme wird die das Bett durchströmende Luft zusammen mit den gas-förmigen
Verbrennungsprodukten und dem darin mitgeführten Partikelmaterial einem Staubsammler
od.dgl. zugeleitet, um die Feststoffe von den Gasen zu trennen, und dann werden
die Feststoffe ausgesondert oder einer externen, nicht mit dem Fließbettverfahren
verbundenen Vorrichtung zugeführt.
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Da ein nicht unwesentlicher Prozentsatz des auf diese Weise ausgesonderten
Partikelmaterials licht zur Reaktion gekommene Feststoffe enthält, wird damit der
potentielle oder mögliche eaktionswirkungsgrad des Verfahrens herabgesetzt.
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Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Systai
bzw. eine Anlage anzugeben, um unter Verwerdung eines Fießbetts Wärme bei gesteigertem
Reaktionswirkungsgrad des Betts zu erzeugen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Fließbettverbrennungs-
oder -reaktionsanlage gelöst, indem man ein Gas aufwärts durch ein Brennstoff enthaltendes
Partikelmaterial das sich in einem Gehäuse befindet, strömen läßt, um das Partikelmaterial
zu fluidisieren, die Verbrennung des darin enthaltenen Brennstoffs zu fördern und
das relativ feine Partikelmarial mit sich zu fiihren, indem man weiter dem Gas und
dem mitgeführten Partikelmaterial die Möglichkeit gibt, aus dem Gehäuse mit den
gasförmigen Verbrennungsprodukten auszutreten, indem man das mitgeführte Partikelmaterial
vom Gas trennt, dieses agglomeriert und indem man schließlich das agglomerierte
Partikelmaterial zurück in das Gehäuse führt.
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Der ZJirkungs,rad der Verbrennungs- oder Reaktionsanlge kann weiterhin
verbassert werden, wenn das vom Fließbett weg mitgeführte feste Partikelmaterial
nach der Trennung vom Gas zu einem festen Partikelmaterial von vermehrter Größe
agglomeriert und zurück zum Fließbett geleitet wird. Manchmal ist es vorzuziehen,
das agglomerierte Material zu mahlen, um eine optimale Partikelgröße vor der Rückführung
zum Bett zu erzielen.
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Eine Fließbettverbrennungs oder -reaktionsanlage zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung weist ein Gehäuse, eine Lochplatte in diesem,
die ein Auflager für das darauf befindliche Fließbett bildet, Einrichtungen zum
Einführen von Brennstoff enthaltendem Partikelmaterial zu dessen Anhäu-und Einrichtunen
fen auf der Platte/zum Aufwärtsführen eines Gases durch einen Teil der Löcher der
Platte, um das Partikelmaterial zu fluidisieren, die Verbrennung des darin enthaltenen
Brennbaren zu fördern sowie relativ feines Partikelmaterial vom Bett weg
mitzufiihren,
auf. Ferner sind Teil der Anlage ein an einer hoch gelegenen Stelle des Gehäuses
befindlicher Auslaß, um dem Gas und dem darin mitwefiihrten Partikelmateräl ein
Austreten aiis dem Gehäuse mit den gasförmigen Verbrennungspro dukten zu ermöglichen,
eine Einricitung xir Trennung des mitgeführten Partikelmaterials vom Gas, eine Anordnung
zur Aufnahme des Partikelmaterials von der Trenneinrichtung und zu dessen Agglomerierunx
sowie eine Anordnung, um das aglomerierte Partikelmaterial zurück auf die Lochplatte
zu bringen.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein Schema
einer Anlage gemäß der Erfindung zeigt.
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Die Fließbettverbrennungs- oder -reaktionsanlage io enthält ein Gehäuse
12 mit einer laurin befindlichen Luftverteilplatte 14, die in dem Gehäuse eine obere
Kammer 16 von einer unteren Kammer 18 trennt. Von einer äußeren Quelle wird durch
einen Einlaß 20 Luft in die untere Kammer 18 geführt, die dann aufwärts durch die
Verteilplatte 14 in die obere Kammer 16 strömt.
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Ein Bett 22 aus Partikelmaterial befindet sich auf der Platte 14;
dieses enthält eine Mischung aus gemahlener Kohle und einem inerten Stoff, z.B.
handelsübliches zerkleinertes Hämatiteisenerz; auch kann feiner Kalkstein oder Dolomit
als Adsorbens für den während der Verbrenunvg des Brennstoffs gebildeten Schwefel
darin enthalten sein.
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Zusätzlich werden Kohle und Kalkstein von einer externen (nicht gezeigten)
Quelle durch einen an die obere Kammer 16 angeschlossenen Einlaß 24 zugeführt.
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Die im Gehäuse 12 aufwärts durch das Bett 22 strömende Luft mischt
sich mit den gasförmigen Verbrennungsprodukten (die hieraus entstehende Mischung
wird im folgenden als "Gase" bezeichnet), bevor sie durch einen geeigneten, im oberen
Teil des Gehäuses ausebildeten Auslaß 25 abströmt. Bei diesem Strömen führen die
Gase einen Anteil an relativ feinem Partikelmaterial
des Betts
22 einschließlich nicht zur Reaktion gekommener brennbarer Stoffe mit sich.
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Außerhalb des Gehäuses 12 ist ein Zykionabscheider 26 vorgesehen,
der mit dem Ausiaß 25 iiber eine geeignete Rohrleitung 28 in Verbindung steht. Die
vom Auslaß 25 kommenden Gase werden im Zyklonabscheider 26 in üblicher Weise behandelt,
d.h.,der Feinantei' les von den Gasen mitgefiihrten Partikelmaterials wird abgetrennt.
Das abgeschiedene Partikelmaterial wird dann vom Abscheider 26 über eine Leitung
So einem Agglomerator 34 ugeführt, während die Gase mit einem geringen Anteil an
Partikelmaterial, der im Abscheider nicht abgetrennt worden ist, vom Abscheider
26 durch einen Kanal 32 aus noch zu erläuternden Gründen abgeführt werden.
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Der Agglomerator 34 empfängt das Partikelmaterial vom Abscheider 26
über die Leitwg 30 und arbeitet in üblicher Weise, um vlieses Material zu agglomerieren,
d.h., dieses zu größeren Partikeln zu granulieren oder zu pelletisieren. In diesem
Zusammenhang ist der Agglomerator 34 mit einer Bindemittelquelle 36 verbunden, die
ein Bindemittel abgibt, z.B. Wasser, Erdölfraktionen oder andere Materialien, das
zum Binden des Partikelmaterials zu Agglomeraten geeignet ist. Der Agglomeriervorgang
an sicl ist nicht Teil der Erfindung; er kann auf übliche Weise ausgeführt werden,
z.B. durch Granulieren unter Verwendung einer Pfanne oder Drehtrommel, durch Sprühkristallisation
in einem Staubbett, durch Pelletisieren, Brikettieren o.der durch Extrusion. Als
Beispiel für eine spezielle Art eines Agglomeriervorganges, der für den Erfindungsgegenstand
geeignet ist, sei auf die USA-Patentanmeldung Nr. 856 554 (der Anmelderin) verwiesen.
Es it klar, daß das Agglomerierverfahren auch ein Erstarren oder Aushärten der vergrößerten
Partikel, die aus dem Agglomeriervorgang hervorgehen, einschließt.
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allem Agglomerator 34 ist, mit diesem in gleicher richtung sich erireckend,
ein Sichter 97 zugeordnet, der die relativ feinen agglomerierten Partikel ausscheidet
und dese aufwärts durch eine ;bleitung , die in Verbindung mit dem vom Zyklonabscheider
26 kommenden hanal 92 steht, fLillrt. Die daraus resultierende Mischung von Gasen
und relativ feinem 'artikelmaterial verläßt die Anlage durch die Ableitung 78 rur
Beseitigung oder anderweitigen Verwendung.
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Die am Sichter 77 des Agglomerators 74 zurückbleibenden agglo merierten
Partikel gelanen abwärts zu einer Separatorgruppe 40, die zwei Separatoren 42, 44
und einen Sammelbunker 46 enthält. Der Separator 42 empfängt die agglomerierten
Ilaterialien vom Sichter 37 des Agglomerators 34 und trennt diejenigen Materialien
von einer geringeren als der optimalen Größe zur Verwendung im Verfahren gemäß der
Erfindung ab. Ein Kanal 50 verbindet den Separator 42 wieder mit dem Agglomerator
34, um die erwähnten abgetrennten Materialien riickzuführen; der Separator 44 der
ruppe 40 empfängt die übrigen agglomerierten Materialien vom Separator 42. Die agglomerierten
slaterialien optimaler Größe werden vom Separator 44 über einen Kanal 52 zurück
zum Partikel-13rennstoffeinlaß 24 des Gehäuses 12 der Anlage lo geführt, um sie
in das Fließbett 22 einzubringen.
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Die übergroßen Partikel, die am Separator 44 abgetrennt wurden, werden
in den Sammelbunker 46 abgeführt; von diesem gelangen sie über ein Mahlwerk 54 od.dgl.,
um ihre Größe zu vermindern, anschließend daran zurück zum Separator 42, worauf
sie wieder am beschriebenen Umlauf teilnehmen.
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Im Betrieb wird der partikelförmige Brennstoff im Bett 22 gezündet,
und Luft wird dem Einlaß 20 der Kammer 18 zugeführt, von wo sie durch die Verteilplatte
14 und das Bett 22 strömt, um dieses zu fluidisieren und die Verbrennung der Brennstoffpartikel
zu fördern. Die durch das Fließbett 22 strömende Luft verbindet sich mit den Verbrennungsgasen
des Brennstoffs im
»ctt und führt die feinen Partikel vom Bett
22 bei ihrem Strömen in den oberen Teil der Kammer 16 sowie aus dem oben im Gehäuse
12 gelegenen Auslaß 25 mit sich. Die Gase und das in diesen enthaltene Partikelmaterial
strömen in und durch die Ilohrleitung 28 sowie zum Zyklonabscheider 26, in dem die
Gase von einem Großteil des Partikelmaterials getrennt werden, wobei die Gase über
den Kanal 32 zur Ableitung 38 und das Partikelmaterial über die Leitung 30 zttm
Agglomerator 34 gelangen.
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Der Agglomerator 34 empfängt das Partikelmaterial über die Leitung
30 sowie den Binder über das itohr 35 und agglomeriert einen großen Teil des Materials
zu Partikeln vermehrter Größe. Der Sichter 37 des .\qzlomerators 7 sammelt die relativ
feinen A1aterialien vom Aggiomerator und führt sie zur Ableitung 38, wobei die übrigbleibenden
agglomerierten Materialien der Separatorgruppe 40 zugeleitet werden. In dieser Gruppe
werden die relativ feinen Materialien von den relativ groben Teilen des agglomerierten
Materials getrennt, wobei die feinen Materialien iiber den Kanal 50 zurück zum Aggiomerator
74 und die Materialien mit optimaler Größe über den Kanal 52 zurück zum Einlaß 24
des Gehäuses 12 geführt werden; das grobe Material geht durch das Mahlwerk 54 zurück
zum Separator 42.
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Die Vorteile des beschriebenen Verfahrens sind zahlreich.
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Das agglomerierte, größer gewordene Partikelmaterial, das zum Fließbett
22 zurückgeführt wird, hat nämlich in diesem Bett eine längere Verweilzeit, wodurch
die Möglichkeiten für das Stattfinden einer vollständigen Reaktion verbessert und
ihr Abbrand sowie ihre Umwandlung im Bett gesteigert werden. Zvsätzlich werden durch
dieses Verfahren die Möglichkeiten für ein Verstopfen oder eine Störung in der Anlage
zur Behandlung und Führung der Feststoffe verringert, wie auch Heißstellen oder
das Entstehe + on tiefen reduzierenden Zonen in den Verbrennungs- und Regenerationsprozessen
vermindert werden. Ferner wird auch die Verbrennungs/Reaktionsgeschwindigkeit vermindert,
während
die Verweilzeit des partikelförmigen Brennmaterials verlängert wird.
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Es ist klar, daß gegenüber dem hier Beschriebenen im Rahmen der Erfindung
gewisse Abänderungen vorgenommen werden können.
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Beispielsweise kann der Kanal 52 für die agglomerierten Materialien
zu einem anierei Fließbett, z.B. zu einer Nachverbrennungskammer (carbon burn-up
cell), zu einem Bettmaterialregenerator oder zu einem anderen Behälter bzw. Gehäuse
geführt werden.
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Fiir de Fall der Verwendung eines Sorbens, wie Kalkstein, Dolomit
od.dgl., für das Teilchenmaterial im Bett 22, kann dieses Sorbens in dem Zyklonabscheider
26, im Agglomerator 34 und in der Seperatorgruppe 4o in identischer Weise behandelt
werden, wie das für das Partikelmaterial erläutert wurde.
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