DE3211045C2

DE3211045C2 -

Info

Publication number: DE3211045C2
Application number: DE3211045A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. Kretschmer; Guenter Dipl.-Ing. Tietze; Juergen Dipl.-Ing. Noack; Hans-Joachim Dipl.-Ing. Schweigel; Manfred Dr.-Ing. Schingnitz; Klaus Dipl.-Ing. Ddr 9200 Freiberg Dd Werner; Bernd Ddr 7700 Hoyerswerda Dd Kirsch
Original assignee: BRENNSTOFFINSTITUT FREIBERG DDR 9200 FREIBERG DD
Current assignee: NOELL-DBI ENERGIE- UND ENTSORGUNGSTECHNIK GMBH, O-
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1982-03-25
Publication date: 1990-01-11
Also published as: FR2509702B1; GB2103387B; AT384684B; DE3211045A1; US4521139A; ATA140782A; GB2103387A; DD206309A3; YU43273B; FR2509702A1; HU193520B; CS254104B1; YU151282A; JPS5824819A; SU1492184A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Massenstroms einer Kohlenstaub-Trägergas-Suspension hoher Feststoffkonzentration mit den im Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Verfahrensmerkmalen.

Aus der DE-OS 25 56 957 ist ein derartiges Verfahren bekannt, bei welchem der staubförmige Brennstoff im Druckbehälter in der Schwebe gehalten und durch ein Förder- bzw. Trägergas in den Vergasungsreaktor gefördert wird. Die Menge des im Druckbehälter befindlichen Feststoffs wird durch periodische Messung des Behältergewichts mittels Druckmeßdosen erfaßt. Auf der Grundlage dieser Gewichtsmessungen wird die Menge des in den Druckbehälter eingeführten Trägergases geregelt und damit die zum Vergasungsreaktor geförderte Brennstoffmenge entsprechend einem vorgegebenen Sollwert eingestellt. Über Stellventile wird zusätzlich in den Oberteil des Druckbehälters ein Teil des unter Druck stehenden Förder- bzw. Trägergases eingeleitet, um die zur Förderung notwendige Druckdifferenz zwischen dem Druckbehälter und dem Vergasungsreaktor auf einem konstanten Wert zu halten. Weitere Fördergasmengen können über Regel- und Umstellventile in die Förderleitung injiziert werden. Für die sogenannte Dichtstromförderung mit Feststoffkonzentrationen von 300 kg und mehr Feststoff pro Kubikmeter Trägergas ist diese Regelung nicht geeignet, weil weder die Fließdichte der Suspension noch der Feststoff-Massenstrom im Förderrohr direkt erfaßt werden. Die Regelung der Brennstoffmenge allein über das periodisch erfaßte Behältergewicht reagiert zu träge, um die für die Dichtstromförderung notwendigen Bedingungen, insbesondere den speziellen Fluidisierungsgrad des Feststoffes nur im Unterteil des Druckbehälters, genau genug einhalten zu können.

Aus der DE-OS 29 02 911 ist ein Verfahren zur pneumatischen Beschickung eines Reaktors mit einer Brennstoff- Trägergas-Suspension aus einem unter einem einstellbaren Überdruck stehenden Bunker bekannt. Der staubförmige Brennstoff wird über mehrere trichterförmige Austräge und daran angeschlossene Förderrohre aus dem Bunker abgezogen, wobei die in jedem der Förderrohre transportierte Feststoffmenge über eine pneumatische Einschnürdüse dosiert werden kann. Der Durchfluß in den einzelnen Förderrohren wird durch gesonderte Meßsonden erfaßt, die an einen Sollwert-Vergleicher angeschlossen sind. Ein Rechner wertet die Ergebnisse aller Meßsonden aus und steuert den Oberdruck im Druckbehälter durch entsprechende Dosierung eines Kompensationsgases, falls die Gesamtförderung in den Förderrohren zu groß oder zu gering sein sollte. Dieses Verfahren ist für die Dichtstromförderung von Feststoff- Trägergas-Suspensionen nicht geignet, da die staubförmigen Feststoffe nicht in dem für eine Dichtstromförderung notwendigen Maß vor ihrem Eintritt in die Förderrohre fluidisiert werden.

Aus der DE-OS 25 54 565 ist schließlich ein Verfahren zur Druckvergasung von feinkörnigen Brennstoffen bekannt, bei dem z. B. Kohlenstaub aus einem mit einem Füllstandsregler ausgestatteten Druckbehälter zusammen mit einem Fördergas einem Vergasungsreaktor zugeführt wird. In der Brennstoffleitung ist eine Einrichtung zur Messung des in einem bestimmten Leitungsquerschnitt vorhandenen Brennstoffes angeordnet, die nach dem Prinzip der Absorption elektromagnetischer Strahlung durch den Brennstoff arbeitet. Aus den gemessenen Größen wird in einem Prozeßrechner der Kehrwert gebildet. Der im Druckbehälter enthaltene Brennstoff wird durch Einführen eines Fluidisierungsgases in dessen Unterteil verwirbelt und mittels eines im Druckbehälter angeordneten Injektors durch einen weiteren Teilstrom des Fördergases in die zum Vergasungsreaktor führende Förderleitung injiziert. Die Hauptmenge des Fördergases wird direkt in die Suspension eingeführt. Dieses bekannte Verfahren ist ebenfalls nur für die pneumatische Förderung von Suspensionen mit geringem Feststoffanteil konzipiert und für die sogenannte Dichtstromförderung nicht anwendbar. Da ferner lediglich die Fließdichte der Suspension stromab der Einführung des Fördergases in die Rohrleitung gemessen wird, kann der Feststoff-Massenstrom nicht mit der gewünschten Genauigkeit erfaßt werden.

Bei der Förderung von Feststoff-Trägergas-Suspensionen im Dichtstrom, d. h. mit relativ hohen Feststoffkonzentrationen im Bereich von 300 kg Feststoff pro Kubikmeter Fördergas, besteht das Problem, daß sich Änderungen der Reaktorleistung und damit der Brennstoffmengen auf die Beschaffenheit der im Dichtstrom geförderten Feststoff-Trägergas- Suspension auswirken. Beispielsweise verändert sich der Zustand eines Fluidisierungsbettes im Druckbehälter mit dem im Behälter herrschenden Druck, so daß Druckschwankungen den Fluidisierungszustand des Feststoffes im Behälter und auch in der Förderleitung unmittelbar beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Massenstromregelung aufzuzeigen, das auch bei Feststoff-Trägergas-Suspensionen hoher Feststoffkonzentration eine verbrauchsabhängige genaue Dosierung der in den Vergasungsreaktor eingeführten Kohlenstaubmengen ermöglicht, und zwar ohne nachteilige Beeinflussung der Suspensionseigenschaften.

Zwei Lösungen dieser Aufgabe sind im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 2 angegeben.

Für die Dichtstromförderung kann ein definierter Zusammenhang zwischen dem aus einem Druckbehälter ausströmenden Kohlenstaubvolumen und dem einströmenden Gasvolumen unter Berücksichtigung der strömungstechnisch erforderlichen Fließdichte ρ _{f 1} im Förderrohr abgeleitet werden. Ausgehend von der Schüttdichte ρ _S des Kohlenstaubs im Druck- bzw. Dosierbehälter muß die nach Gleichung (1) zu ermittelnde Gasmenge _G(N) über einen Fluidisierboden zugeführt werden, um die geforderte Fließdichte ρ _{f 1} in der Strömung für einen bestimmten Massenstrom _K aufrechtzuerhalten:

T, p sind die Temperatur bzw. der Druck im Druckbehälter;
_G ist die Fluidisiergasmenge imBetriebszustand;
_G(N) ist die Fluidisiergasmenge im Normalzustand;
ρ _S, ρ _K sind die Schüttdichte bzw. die Korndichte des Feststoffs;
ρ _G ist die Gasdichte im Betriebszustand.

Im Betrieb bildet sich im Unterteil des Druckbehälters ein Fluidbett aus, wobei das gesamte Fluidisierungsgas den Druckbehälter mit der Feststoffströmung verläßt.

Zur Kompensation der über dem Fluidbett nachrutschenden Schüttung, zur Aufrechterhaltung des Förderdrucks und zur eigentlichen Massenstromregelung wird das Kompensationsgas V _KG in den Oberteil des Druckbehälters zugeführt, dessen Menge sich nach Gleichung (2) bestimmt:

_KG ist die Kompensationsgasmenge im Betriebszustand.

Die Massenstromregelung reduziert sich auf die Regelung der einzigen Variablen _KG, wenn die Fluidisierungsgasmenge _G nach Gleichung (1) mit den Sollgrößen _{K Soll}, ρ _{f 1 Soll} und den Festwerten ρ _G(N), ρ _K, ρ _S ermittelt und dem Fluidisierungsgasregler als Festwertführungsgröße eingegeben wird. Bei Massenstromschwankungen verändert sich die Fließdichte ρ _{f 1} zwar mit, jedoch stabilisiert sie sich zwangsläufig mit der Nachregelung des Massenstroms über das Kompensationsgas. Das Kompensationsgas wird über der Schüttung in den Druckbehälter oder bei Füllstandskonstanz im Druckbehälter mittels Schleuse eingeführt, aus der die Feststoffschüttung über ein Zellenrad in den Druckbehälter eingetragen wird. Über die Regelung der Fließdichte ρ _{f 1} kann auch trotz Massenstromänderungen bzw. -schwankungen die Dichte konstant gehalten werden.

Diese Regelung ist für große Einheitenleistungen besonders geeignet, wo ein Förderrohrmindestdurchmesser und eine davon abhängige Mindestfördergeschwindigkeit für einen stabilen, stetigen Dosierbetrieb gesichert sind (Rohrdurchmesser 10 mm, v _S 3,0 m/s bei Dichtstrom für Brunkohlenstaub), und für ein Ein- und Mehrrohregime bei Förderrohren gleicher Fördercharakteristik und gleichbleibender Förderleistung.

Bei kleineren Einheiten bzw. geringeren Förderleistungen wird zur Vermeidung der für die Dichtstromförderung kritischen Minimalgeschwindigkeiten zwischen dem Druckbehälter und dem Reaktor lediglich der Differenzdruck PdC 1 mittels des Kompensationsgases _KG konstant gehalten. Dieser Differenzdruck PdC 1 ist größer als es für den maximalen Massenstrom erforderlich ist. Die Drosselung des Massenstroms _Ki in jedem Förderrohr erfolgt mittels der Injektionsgasmenge _SG, die über einen Mischapparat 14 in das Förderrohr 8 eingeführt wird. Die Menge an eingeführtem Injektionsgas ergibt sich aus einem Vergleich des gemessenen Massenstroms mit einem eingestellten Sollwert. Es sollte stets eine bestimmte Mindestmenge _SG an Injektionsgas auch bei maximaler Förderung zugeführt werden, um die Massenstrommessung zu gewährleisten und um eine kritische minimale Fördergeschwindigkeit v _S nicht zu unterschreiten. Es ist bei dieser Regelung zweckmäßig, die Fließdichte ρ _{f 1} bis zur Massenstrommeßstrecke relativ hoch einzustellen, damit zur Erzielung einer großen Meßgenauigkeit im Mischapparat eine große Dichteänderung ρ _{f 1} - ρ _{f 2} erreicht wird und trotzdem Dichtstrom erhalten bleibt. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, die Fluidisierungsgasmenge _G nicht nach der gemessenen Dichte ρ _{f 1} zu regeln, denn bei einer hohen Dichte kann die Fluidisierungsgasmenge leicht nach Null gehen und eine kritische Fließdichte verursachen, sondern gemäß Gleichung (1) als Führungsgröße vorzugeben, so daß eine Fluidisierung gewährleistet bleibt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschema der Massenstromregelung mittels Kompensationsgas;

Fig. 2 ein Blockschema der Massenstromregelung mittels Injektionsgas.

Bei dem Verfahren nach Fig. 1 sollen 30 000 kg/h Braunkohlenstaub mit einer Schüttdichte ρ _S von 500 kg/m³ und einer Korndichte ρ _K von 1400 kg/m³ aus einem Dosiergefäß 1, dessen Füllstand LICH mittels eines Zellenrads 11 konstant gehalten wird, über eine Förderleitung 8 zu einem Vergasungsreaktor 5 transportiert werden und zwischen 30 und 100% regelbar sein. Die optimale Fließdichte des Förderstromes soll ρ _{f 1} = 300 kg/m³ betragen. Als Fluidisiergas 2 und Kompensationsgas 3 wird Stickstoff mit einer Normdichte ρ _G(N) = 1,25 kg/m³ verwendet. Im Dosiergefäß 1 herrscht ein Druck p von 3,0 MPa und eine Temperatur T von 293 K. Die Druck- und Temperatur-Meßstellen befinden sich unmittelbar am Ausgang des Dosiergefäßes 1.

In einem Prozeßrechner 4 wird der Volumenstrom _G(N) an Fluidisiergas nach den o. g. Gleichungen für die Massenstrom-Regelbreite von 30 bis 100% zu 383 bis 1277 m³ i. N./h ermittelt. Ein Variantenwahlschalter 13 ist über Signalleitungen mit dem Prozeßrechner 4 und über einen Regler 7 mit einem Fließdichtemesser QIC in der Förderleitung 8 verbunden. Je nach Stellung des Wahlschalters 13 erhält das Stellglied M des Ventils 12 den Stellwert vom Regler 7 oder vom Rechner 4. Gemäß Gleichungen (2), (2.1) ergibt sich ein benötigter Volumenstrom _KG(N) von 487 bis 1624 m³ i. N./h. Das Kompensationsgas wird über eine Rohrleitung 10 auch der mit dem Dosiergefäß 1 verbundenen Zellenradschleuse zugeführt. Die Zufuhr an Kompensationsgas 3 wird durch einen Regler 6 und ein mit diesem verbundenen Ventil 9 geregelt, und zwar auf der Grundlage des Massenstroms _K in der Förderleitung 8, der von einer Meßeinrichtung FIC erfaßt wird.

Bei dem Verfahren nach Fig. 2 sollen 800 kg/h Braunkohlenstaub über ein Förderrohr 8 mit einer lichten Weite von 14 mm aus dem Dosiergefäß 1 zum Reaktor 5 mittels Luft ( ρ _G(N) = 1,293 kg/m³) bei einem Überdruck von 0,2 MPa und einer Temperatur von 293 K gefördert werden. Die Schüttdichte ρ _S des Braunkohlenstaubes beträgt 500 kg/m³ und die Korndichte ρ _K 1400 kg/m³. Die Fließdichte ρ _{f 2} stromab eines in das Förderrohr 8 eingeschalteten Mischgeräts 14 soll mit Rücksicht auf den geringen Förderrohrquerschnitt 260 kg/m³ betragen. In einem Prozeßrechner 16 wird der Massenstrom _K der Suspension im Förderrohr 8 berechnet. Der Dichteregler 7 ist mit dem Stellglied M des Ventils 12 sowie mit dem Dichtemesser QIC im Förderrohr 8 verbunden. Über das Regelventil 12 wird eine Fließdichte ρ _{f 1} von 400 kg/m³ vor dem Mischgerät 14 eingestellt. Die Fördergeschwindigkeit v _S beträgt vor dem Mischgerät 3,6 m/s und hinter diesem 5,6 m/s. Durch Verändern des Volumenstroms _SG des über das Mischgerät 14 in das Förderrohr 8 eingeführten Injektionsgases wird der Massenstrom _K erhöht oder vermindert. Die zur Aufrechterhaltung eines konstanten Differenzdruckes PdC 1 zwischen dem Dosiergefäß 1 und dem Reaktor 5 erforderliche Kompensationsgasmenge 3 _KG wird mittels des druckgesteuerten Ventils 9 dem Dosiergefäß 1 oder der Schleuse über die Rohrleitung 10 zugeführt. Der Füllstand im Dosiergefäß 1 soll mittels Füllstandsregelung LICH und dem Zellenrad 11 konstant gehalten werden. Die Differenzdruckhöhe PdC 1 ergibt sich aus dem maximalen Massenstrom und der Förderrohrlänge.

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Massenstroms einer Kohlenstaub- Trägergas-Suspension hoher Feststoffkonzentration,
bei welchem der Kohlenstaub im unteren Teil mindestens eines abgeschlossenen Druckbehälters durch Einführen eines Fluidisiergases fluidisiert und über mindestens eine Rohrleitung in einen unter geringerem Druck stehenden Vergasungsreaktor gefördert wird und
bei dem in den oberen Teil des Druckbehälters ein Kompensationsgas dosiert eingeführt wird,
gekennzeichnet durch die Kombination folgender für sich bekannter Merkmale

a) die Fließdichte ρ _{f 1} der geförderten Suspension wird kontinuierlich gemessen,
b) auf der Grundlage der erhaltenen Meßwerte wird der Volumenstrom _G(N) des in den Druckbehälter eingeführten Fluidisiergases geregelt,
c) der Feststoff-Massenstrom _K der gefördrten Suspension wird kontinuierlich gemessen und
d) auf der Grundlage dieser Massenstrom-Meßwerte wird die in den Druckbehälter eingeführte Kompensationsgasmenge auf einen dem gewünschten Feststoff-Massenstrom _K entsprechenden Wert eingestellt.

2. Verfahren zur Regelung des Massenstroms einer Kohlenstaub- Trägergas-Suspension hoher Feststoffkonzentration,
bei welchem der Kohlenstaub im unteren Teil mindestens eines abgeschlossenen Druckbehälters durch Einführen eines Fluidisiergases fluidisiert und über mindestens eine Rohrleitung in einen unter geringerem Druck stehenden Vergasungsreaktor abgefördert wird,
bei dem in den oberen Teil des Druckbehälters ein Kompensationsgas dosiert eingeführt wird und
bei dem in die zum Vergasungsreaktor geförderte Kohlenstaub- Trägergas-Suspension ein Injektionsgas eingeführt wird,
gekennzeichnet durch die Kombination folgender für sich bekannter Merkmale

a) die Fließdichte ρ _{f 1} der Suspension in der Rohrleitung wird kontinuierlich gemessen,
b) auf der Grundlage der erhaltenen Meßwerte wird der Volumenstrom _G(N) des in den Druckbehälter eingeführten Fluidisiergases geregelt,
c) durch Messen der Fließdichte ρ _{f 1} und ρ _{f 2} der geförderten Suspension jeweils stromauf und stromab der Injektionsgaseinführung sowie des Volumenstroms _SG des Injektionsgases wird der Feststoff-Massenstrom _K errechnet,
d) durch Regelung des Volumenstroms _SG des Injektionsgases wird der in den Vergasungsreaktor eingetragene Feststoff-Massenstrom _K auf den jeweils gewünschten Sollwert eingestellt.