DE3000541A1 - Anordnung zur zufuehrung von fluidisiertem gas in wirbelbetten von wirbelbettverbrennungsapparaten - Google Patents
Anordnung zur zufuehrung von fluidisiertem gas in wirbelbetten von wirbelbettverbrennungsapparatenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Zuführung von fluidisierendem Gas in Wirbelbetten von Wirbelbettverbrennungsapparaten
mittels Zuleitungen, deren einer äußerer Endabschnitt an einer Wand der Wirbelkammer angeordnet ist.
Ein Wirbelbett enthält üblicherweise ein Bett aus inertem Granulat , wie z.B. Sand, das bei Betrieb der Wirbelbettanlage
durch Luft oder inertes Gas fluidisiert wird, das durch das Material des Wirbelbettes strömt. Das fluidisierte
Gas kann vorteilhaft über eine Anordnung von Zuleitungen dem Wirbelbettmaterial zugeführt werden, die sich vertikal
durch eine Bodenwand der Wirbelkammer oder horizontal in das Wirbelbettmaterial von einer Seitenwand des Apparates
erstrecken.
Wirbelbettapparate , wie Verbrennungsöfen, Heißgasgeneratoren,
Gaserzeugungsgeneratoren, Warmbehandlurigsöfen, Reaktoren,
Trockner, Röstöfen u.dgl. müssen mit einer geeigneten Kammer für das das Wirbelbett bildende inerte Granulat versehen sein.
In den meisten Fällen sind derartige Kammern aus feuerfestem Material', wie z.B. Schamott steinen, gebildet und von einer
Stahlkonstruktion umgeben.
Das Material für die Betten von Wirbelbettapparaten , die für die Verbrennung von Brennstoff dienen, ist üblicherweise hochtemperaturfest
und setzt dem durchfließenden Gasstrom aufgrund der Dichte des inerten Granulates einen großen Widerstand
entgegen. Der Gasdruck am unteren Abschnitt eines Wirbelbett-
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Verbrennungsapparates muß daher hoch sein und z.B. 500 mm Wassersäule betragen.
Die Verbindung von hohen Temperaturen und Drücken bewirkt Dichtungsprobleme im Bereich des Gaseintritts in die Wirbelbettkammer,
die bei Verwendung üblicher Dichtungsmittel / wie Dichtungsringen und -packungen, Dichtungsschnüren und/oder
Stoffbüchsen Störungen verursachen können. Dieses Problem
wird verstärkt , wenn das fluidisierte Gas bei hohen Temperaturen von z.B. 600 bis 8000C durch das Material des
Bettes geführt wird, was z.B. der Fall ist, wenn das Bett auf Betriebstemperatur gebracht ist, bei der ein thermisch
stabiler Betrieb des Apparates durchgeführt wird. Bei Verwendung sich horizontal erstreckender Zuleitungen bewirken
die hohen Gastemperatüren und Gasdrücke Probleme in den
Bereichen, wo die Zuleitungen mit den Kammerwänden verbunden sind und es bereitet oft große Schwierigkeiten,Gasleckagen
zu vermeiden. Gleichzeitig kann die Aufheizung der Kammerwand Wandverformungen bewirken, so daß große Wärmeverluste
bei gattungsgemäßen Wirbelbettverbrennungsapparaten erhebliche Probleme verursachen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Anordnung so auszubilden, daß Gasleckagen und Wärmeverluste
vermieden werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß der die äußeren Endabschnitte der Zuleitungen aufnehmende
Abschnitt der Wand des Wirbelbettverbrennungsapparates mittels eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels gekühlt
wird. Vorzugsweise wird als Kühlmittel Wasser verwendet.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In der Zeit, in der das fluidisierende Gas durch das aufzuheizende
Wirbelbett strömt und das Wirbelbett auf die zur Verbrennung der Flüssigkeit oder des Gases erforderliche
Temperatur aufgeheizt wird, braucht die Kühlung der Endabschnitte der Zuleitungen nicht über längere Zeitperioden
durchgeführt werden. Der Rohrboden,mit dem die Zuleitungen verschweißt sind, ist ausreichend dick (1 cm oder mehr) und
aus einem Material, das ähnliche thermische Eigenschaften aufweist wie die Zuleitungen. Die verwendeten Schweißtechniken
sind ähnlich denen, wie sie für das Einschweißen von Heizrohren in Rohrböden nach British Standard empfohlen sind. Die
Schweißnähte zwischen den Zuleitungen und dem Rohrboden.können
vorteilhaft ünterschnittschweißungen sein. Die Schweißnähte sind vor und nach der Montage der Wirbelbettkammer und
der Zuleitungen zugänglich, um ihre Inspektion und Erneuerung zu ermöglichen. Die Wassereinlässe sind nahe des Bodens und
die Wasserauslässe nahe der Oberseite der Einrichtung ange-
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:::;;:.;: ;:: 300054Ί
ordnet. Kühlwasser zur Kühlung der Endabschnitte der Zuleitungen kann entweder behandeltes Wasser sein, das in
einen Heißwasserspeicher weitergeleitet wird oder unbehandeltes Wasser, das über einen Abfluß abfließt. Es ist festgestellt
worden, daß die erforderliche Kühlwassermenge am geringsten
ist, wenn es ausschließlich für einen begrenzten Zeitraum benutzt wird, z.B. wenn Heizgase von einem Vorheizbrenner
durch die Zuleitungen geführt werden, um das Bett schneller auf Betriebstemperatur aufzuheizen. Die Verwendung von
behandeltem Kühlwasser, das im Kreislauf geführt wird, verhindert sowohl Wasser- wie auch Wärmeverluste.
Die gleiche Art der Kühlung kann für vertikale Zuleitungen mit Glocken zur Kühlung des Rohrbodens der Wirbelbettkammer
wie auch für horizontal sich erstreckende Rohre angewendet werden, die durch eine Seitenwand der Kammer geführt sind.
Dieses macht es möglich, in solchen Fällen Vorerhitzer in derartigen Anordnungen zu verwenden.
Die verwendeten Strömungsschalter überwachen den Fluß des Kühlmittels, der stets einen Mindestbetrag aufweist. Die
Strömungsschalter sind so miteinander verbunden, daß der Vorerhitzer nicht in Betrieb genommen werden kann, wenn die
Schweißnaht zwischen den Zuleitungen und dem Rohrboden nicht von Kühlwasser umströmt werden. Das thermostatisch geregelte
Ventil variiert den Durchfluß an dem Einlaß, um eine konstante
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Auslaßtemperatur des Kühlwassers von ca. 6O0C zu erzielen.
Das Beipaßventil ermöglicht einen Mindestkühlmitteldurchfluß,
wenn der Strömungsschalter geschlossen ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend am
Beispiel der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Teil eines Wirbelbettverbrennungsapparates in einer schematischen Seitenansicht
im Schnitt,
Fig. 2 eine weitere Ausbildung des Wirbelbett-
verbrennungsapparates nach Fig, 1 in einer schematischen Seitenansicht im Schnitt,
Fig. 3 eine schematische Endansicht in Richtung "A" des Wirbelbettverbrennungsaaparates
nach Fig. 1 und 2 mit schematise her Darstellung des Kühlmittelflusses.
Fig. 1 zeigt einen Wirbelbettverbrennungsapparat 10 aus Stahl mit einer Wand 11, durch die eine Mehrzahl sich horizontal
erstreckender Zuleitungen 12 geführt ist, die ebenso durch eine Ausmauerung aus feuerfestem Stein 13 innerhalb
der Wand 11 des Wirbelbettverbrennungsapparates 10 geführt sind.
O30Q3Ö/07Ö0
Jede blasrohrartig ausgebildete Zuleitung 12 weist eine Mehrzahl von öffnungen 14 auf. Die öffnungen 14 erstrecken
sich allgemein horizontal nach außen und nach unten von der Zuleitung 12 aus. Der äußerste Endabschnitt einer jeden
Zuleitung 12 , der durch die Wand 11 des Wirbelbettverbrennungsapparates 10 geführt ist, ist in einen Rohrboden 15 eingeführt
und mit diesem verschweißt. An dem Rohrboden 15 befinden sich halbrunde Wasserrohre 16, die sich über die Länge der
Wirbelkammer des Wirbelbettverbrennungsapparates 10 erstrecken.
Der eine Endabschnitt des unteren Wasserrohres 16 bildet einen Kühlmitteleinlaß 17 und der zugehörige Endabschnitt
des oberen Rohres 16 bildet einen Kühlmittelauslaß 18 (Fig.3). über den Kühlmitteleinlaß 17 und den Kühlmittelauslaß
18 strömt das Kühlmittel durch die Rohre 16. Die anderen Endabschnitte der Rohre 16 sind bei 19 miteinander
verbunden.
Die äußeren Endabschnitte der Zuleitungen 12 sind mit
dem Rohrboden 15 mittels einer Unterschneidungsschweißung verschweißt. Diese Schweißart wird von The British Standard
Authority nach British Standard für das Einschweißen von Heizrohren in Rohrböden empfohlen. Der Rohrboden 15 ist
bei 20 mit der Seitenwand der Wirbelkammer verschweißt oder aber an diese angeflanscht.
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An einem äußeren Stahlgehäuse 22, das mit feuerfestem Material ausgemauert ist, ist ein Speicherraum 21 ausgebildet,
der Gas, Verbrennungsluft und im Kreislauf zurückgeführte Verbrennungsgase zu den Zuleitungen 12 führt. Wie dargestellt,
sind Kanäle 24 durch den feuerfesten Block 25 bis zu den Endabschnitten der Zuleitungen 12 geführt. Der
Speicherraum 21 hat einen Deckel 26, der entfernt werden kann, um einen Zugang zu dem feuerfesten Block 25 zu ermöglichen
Der Block 25 selbst kann ebenfalls entfernt werden, um die Schweißnähte zwischen dem Rohrboden 15 und den Zuleitungen
12 überprüfen und/oder die Schweißverbindungen erneuern oder die Zuleitungen 12 austauschen zu können.
Gase, die in den Speicherraum 21 von einem z.B. als Rootes-Gebläse
ausgebildeten Gaseinlaßmittel 27 gefördert werden, können.· in einem Brenner 28 vorgewärmt werden, um die Temperatur
des Bettes 29 auf seine Betriebstemperatur zu erhöhen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, bildet die Wand 11 des Wirbelbettverbrennungsapparates
10 eine Membran zwischen der Wirbelschicht 29 und der Speicherkammer 21, so daß eine Strömung
ausschließlich durch die Zuleitungen 12 erfolgt. Es ist ebenfalls zu sehen, daß die Konvektionswärme der Zuleitungen 12 ,
die durch den Durchfluß der heißen Gase von dem Brenner 28 hervorgerufen wird, durch die Wärmeleitung von den Zuleitungen
12 über den Rohrboden 15 und die an den Rohrboden 15 angrenzenden
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- Ii -
wassergekühlten Flächen der halbrunden Rohre 16 ausgeglichen wird.
Die Größe der konvektiven Wärmezufuhr von dem Gas zu den Zuleitungen 12 ist abhängig von der Temperaturdifferenz
zwischen beiden, der Wärmeübertragungszahl und der Wandfläche der Zuleitungen. Die Größe der Wärmeleitung von den Zuleitungen
12 zu dem Rohrboden 15 und dem Kühlwasser ist durch die Temperaturdifferenzen zwischen den verschiedenen Elementen
in dem System bestimmt, die Querschnittsfläche der Zuleitungswände, die Wärmeleitzahl des Rohrwerkstoffes und den Abstand
zwischen den beheizten Flächen der Zuleitungen und dem Rohrboden 15. Es ist deshalb möglich, die Kühllänge der Zuleitungen
12 und die Größe des WärmeVerlustes an das· Wasser zu ermitteln. Die Kühllänge beträgt regelmäßig einige Zentimeter und der
Wasserverlust etwa 50 1 je Stunde für jede Zuleitung 12, wenn der Durchmesser des Zuleitungsrohres etwa 90 mm und die Wanddicke etwa 3 mm beträgt und eine Gastemperatur von 8500C
und eine ansteigende Wassertemperatur von etwa 500C auf 6O0C
vorliegt.
In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausbildung der Anordnung
nach Fig. 1 dargestellt, bei der statt halbrunder Kühlrohre 16 ein Wassermantel 30 verwendet wird. Der Wassermantel 30
ist zwischen der Wand 11 des Wirbelbettverbrennungsapparates 10 und dem Rohrboden 15 ausgebildet. Der Rohrboden 15 erstreckt
sich Über die gesamte Höhe des feuerfesten Blocks 25 und ist
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von der Wand 11 distanziert. Der Wassermantel 30 ist mittels flanschartiger Erweiterungen 31 zum Gehäuse 22
der Speicherkammer 21 geschlossen. Gase treten durch die Kanäle 24 von der Speicherkammer 21 ein. Ein Deckel 25
der Speicherkammer 21 kann entfernt werden, um einen Zugriff zu den Schweißnähten zu ermöglichen. Um die äußersten
Enden einer jeden Zuleitung 12 zwischen der Wand 10 und dem Rohrboden 15 ist ein Ring 32 vorgesehen, der einen Einlaß
zu dem Rohrboden 15 für jede Zuleitung 12 bildet. Die Ringe 32 sind beidseitig mit der Wand 11 und dem Rohrboden 15
verschweißt und dienen als Abstandhalter zwischen diesen. Die Ringe 32 sind mittels einer feuerfesten Wand oder aber
eines Stopfens in dem Bereich der als Flammrohre dienenden Zulei
tungen oder des ftentelschusses von dem Wirbelbett 29 getrennt.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausbildungsform wird in der gleichen Weise betrieben wie die in Fig. 1 dargestellte. Kühlwasser,
das von dem Einlaß 17 zum Auslaß 18 durch den Wassermantel strömt ,kühlt den Rohrboden 15 und die wand 11.
In Fig. 3 ist schematisch die Regelung der Kühiwasserversorgung
des Wirbelbettverbrennungsapparates 10 dargestellt. In der Kühlmittelzuleitung 34 zu dem Einlaß 17 ist ein
Absperrventil 35 vorgesehen, dem ein Strömungsschalter 36 folgt, der dazu dient, den Betrieb des Vorheizbrenners 28
über eine elektrische Verbindungsleitung 37 in Abhängigkeit von der Wasserdurchflußmenge zu steuern. Der Vorheizbrenner
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" -13*- ·■ "
wird ausgeschaltet, wenn die Wasserdurchflußmenge unter einen bestimmten Mindestwert fällt. Um diese Mindestdurchflußmenge
in allen Betriebsbedingungen aafrechtzuerhalten,
ist ein Beipaß 38 vorgesehen, der ein Absperrventil
39 aufweist. Dem Beipaß 38 ist ein Regelventil 40 zugeordnet, mittels dem eine konstante Temperatur
an dem Auslaß 18 möglich ist. Hierzu ist am Auslaß 18 ein Thermostat 42 vorgesehen, der mittels einer Verbindungsleitung
41 mit dem Regelventil 40 verbunden ist. Durch das Regelventil
40 wird ein Wasserfluß beim Ansteigen der Kühlmitteltemperatur
ermöglicht. Wenn die Auslaßtemperatur des Kühlmittels sinkt, wird die Durchflußmenge des Kühlmittels ebenfalls verringert.
Es ist so möglich, örtliche Bestimmungen einzuhalten, daß das aus dem Kühlsystem ausfließende Wasser an keiner Stelle
eine bestimmte Temperatur von z.B. 600C überschreitet. Zur Einsparung von Energie ist es erwünscht, daß die Wassertemperatur
am Auslaß nicht wesentlich unter dieser Temperatur ist.
Abwandlungei des Erfindungsgedankens fallen unter den Schutzumfang
der Erfindung. Z.B. kann das zur Kühlung der Wand verwendete Wasser auch im Kreislauf zurückgeführt werden, um die
zur Speicherkammer 21 geführten Gase vorzuheizen.
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Leerseite
Claims (10)
- Patentansprüche1/ Anordnung zur Zuführung von fluidisiertem Gas in Wirbelbetten von Wirbelbettverbrennungsapparaten mittels
Zuleitungen, deren einer äußerer Endabschnitt an einer Wand der Wirbelkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die äußeren Endabschnitte der Zuleitungen (12) aufnehmende Abschnitt der Wand (11) des Wirbelbettverbrennungsapparates (10) mittels eines flüssigen oder
gasförmigen Kühlmittels gekühlt wird. - 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel Wasser ist.030030/0700Γ: ■;:-;- 300054Ί
- 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der einen Endabschnitte der Zuleitungen (12) in einen Rohrboden (15) geführt und mit diesem verschweißt ist, der thermisch mit der Wand (11) der Kammer des Wirbelbettverbrennungsapparates (10) verbunden ist und daß der Rohrboden (15) und/oder der Rohrboden und die Wand (11) durch ein an diesen vorbeiströmendes Kühlmittel gekühlt wird.
- 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, gekennzeichnet durch Vorheizmittel, mittels derer vorgeheiztes fluidisiertes Gas durch die Zuleitung (12) geführt wird und einen Strömungsschalter (36) zur Überwachung der Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels, durch den ein Betrieb der Vorheizmittel bei einem Abfall der Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels unter einem vorbestimmten Wert verhindert wird.
- 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anschlußleitung des Kühlmitteleinlasses (17) ein Ventil (40) angeordnet ist, dessen Stellglied mit einem in der Anschlußleitung des Kühlmittelauslasses (18) befindlichen Thermostaten (42) in Wirkverbindung steht und durch das die zuströmende Kühlmittelmenge in Abhängigkeit von der Temperatur der abströmenden Kühlmittelmenge einstellbar ist.Ö30Ö3Ö/07Ü8
- 6. Anordnung nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet durch einen an der Kühlmittelzuleitung (34) ausgebildeten Beipaß (38) mit Absperrventil (39) zur Regelung der Mindestfließgeschwindigkeit des Kühlmittels.
- 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel durch Kühlrohre (16) strömt, die mit der Oberfläche des Rohrbodens (15) verschweißt sind.
- 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,daß die Kühlrohre (16) einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen und mit dem Rohrboden (15) nahe des äußeren Ehdabschnittes der Zuleitungen (12) verschweißt sind.
- 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrboden (15) im Abstand von der Wand (11) angeordnet ist und Kühlmittel zwischen dem Rohrboden (15) und der Wand (11) zwangsgeführt die äußeren Endabschnitte der Zuleitungen (12) umströmt.
- 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte der Zuleitungen (12) in einem Metallring (32) angeordnet sind, dessen beidseitige Endabschnitte zur Distanzierung des Rohrbodens (15) von der Wand 11 mit dem Rohrboden (15) und der Wand (11) verschweißt sind.030U30/0700
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Patent Citations (1)
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