DE3225509A1

DE3225509A1 - Wirbelschichtreaktor

Info

Publication number: DE3225509A1
Application number: DE19823225509
Authority: DE
Inventors: Seppo 48770 Karhula Ruottu
Original assignee: A Ahlstroem 29600 Noormarkku Oy; Ahlstrom Corp
Current assignee: Amec Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1981-08-24
Filing date: 1982-07-08
Publication date: 1983-03-10
Also published as: GB2104408A; FR2511612B1; AU530686B2; US4867948A; AU8569882A; ZA825203B; FI62468C; SE8204816D0; DE3225509C2; JPS5840140A; SE454243B; CA1188487A; FR2511612A1; FI62468B; JPS6125412B2; SE8204816L; BR8204921A; GB2104408B

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing.Walter Kuborn .-.."'- ."■."": -">-""; Dipl.-Phys. Dr.Peter Palgen: :."*..: : .' _:". -

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MulvanyetraOe 2

Telefon 632727 , £ ,

Wirbelschichtreaktor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wirbelschichtreaktor, bei dem eine im oberen Teil der Reaktorkammer befindliche Austrittsöffnung mit einem Zyklonabscheider über eine zu ihm tangential angeordnete Zufuhrleitung verbunden ist zur Abscheidung des Feststoffes aus den den Wirbelschichtreaktor verlassenden Gasen, und der eine mit dem unteren Teil des Reaktors verbundene Rücklaufleitung für den Feststoff sowie eine im Abscheider eingepasste Gasableitung umfasst.

Die schnelle Wirbelschichttechnik hat man lange u.a. in Röstanlagen angewandt, vind heute findet sie in zunehmendem Masse Anwendung in diversen Reaktoren wie Brennkammern und Gasgeneratoren. Bei den bekannten Anwendungen erfolgt die Abscheidung des Feststoffes von den Gasen in einem konventionellen, in Hinsicht auf den Unterteil trichterförmigen Zyklonabscheider, in dessen zylindrischer Wirbelkammer ein Gase nach oben führendes Gasablaufrohr angeordnet ist, und von wo der Feststoff durch eine Gasschleuse in den Reaktor zurückgeführt wird. Die Aufgabe der Gasschleuse ist die Strömung der Reaktorgasen durch das Fallrohr zurück ins Zyklon zu verhindern. Im allgemeinen ist die Gasschleuse durch eine mechanische Sperre oder bei weiter entwickelten Anlagen durch in einem U-Rohr schwebenden Sand gebildet. Vor allem bei Hochtemperatur-Reaktoren wird das Recyclingssystem für Feststoff kompliziert und teuer. Da ein Teil der für den Schwebezustand der Gasschleuse benötigten Luft im Ablaufrohr nach oben fliesst, wirkt sich dies nachteilig insbesondere auf die Abscheidung von leichtem und feinkörnigem Material aus. Zusätzlich wird die Förderkapazität des Ablaufrohrs durch die steigende Gasströmung vermindert.

In einem konventionellen Zyklon bilden sich bekanntlich in der Mitte ein starker Unterdruck und eine hohe axiale Strömungsgeschwindigkeit. Daher neigt der konventionelle

Zyklon dazu, aus dem Fallrohr zu saugen. Die entstehende Saugströmung verfügt in allgemeinen über keine Tangentialgeschwindigkeit, wodurch nahezu der gesamte von ihr mitgeführte Feststoff durch das Mittelrohr des Zyklons herausgeführt wird. Ein mit einem konventionellen Zyklon ausgestattete Rückführungssystem ist also sehr empfindlich für Saugströmungen im Rücklaufrohr und erfordert eine absolut zuverlässige Gasschleuse.

Bei Dampfkesselanwendungen führt der Einsatz eines konventionellen Zyklons zu einer ungünstigen Konstruktion, weil der Kessel durch den konventionellen Zyklon in eine Brennkammer und einen Konvektionsteil hinter dem Zyklon geteilt wird, zwischen denen die Rückführungsvorrichtungen für den Feststoff angeordnet sind.

Die mechanischen Gasschleusen sind vor allem in warmer Umgebung schnellem Verschleiss ausgesetzt, und sie sind oft mit Betriebsstörungen behaftet.

Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen innen im Reaktor ein konventioneller Zyklon aufgestellt wird, wodurch das gesamte Feststoff-Recyclingssystem innerhalb des Reaktors angeordnet ist. Schwerwiegende Nachteile dieses Systems bestehen in der Korrosion und Erosion des Zyklons, weil sich eine Kühlung der Stützkonstruktion mit einfachen Mitteln nicht bewerkstelligen lässt. Ausserdem leidet das System an der Empfindlichkeit eines konventionellen Zyklons für Saugströmungen im Rücklaufrohr.

Die Nachteile der oben genannten Anlagen hat man durch die erfindungsgemässige einfache Vorrichtung beheben können, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Boden der zylindrischen Wirbelkammer des Abscheiders in erster Linie einer Ebene ähnlich und geneigt ausgeführt ist, und dass die Gasablaufleitung so angeordnet ist, dass sie den Boden durchstösst und diejenigen Gase nach unten leitet, von denen der Feststoff getrennt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung eingehend erläutert, die eine erfindungsmässige Ausführung darstellt. Es zeigt dabei
Fig. 1 den Vertikalschnitt der Vorrichtung, und Fig. 2 den Schnitt von Fig. 1 nach Linie A-A.

In die Figuren bezieht sich die Nummer 1 auf eine nach dem Wirbelschichtprinzip arbeitende Reaktorkammer und 2 auf einen Zyklonabscheider, bei dem die vom oberen Teil des Reaktors durch die Düse 3 tangential strömenden Gase über das Ablaufrohr 4 des Zyklons ausströmen. Der auf die Wände der zylindrischen Wirbelkammer 5 ausgeschiedene Feststoff rutscht auf den Zyklonboden 6, der so geneigt ist, dass sich die niedrigsten Stelle des Bodens in der Nähe des Reaktors 1 befindet. Durch eine Öffnung 7 gleitet der Feststoff über den Rücklauf 8 in den unteren Teil der Reaktorkammer 1. Das untere Ende 9 des Rohrs ist innerhalb der auf dem Boden 11 gebildeten dichten, unteren Wirbelschichtzone 10 angeordnet.

Strömungstechnisch unterscheidet sich der erfindungsgemässe Durchflusszyklon vom konventionellen u.a. insofern, als die sich in der Mitte des Zyklons bildende Unterdruckturbulenz mit dem Hauptstrom immer in das Gasablaufrohr 4 geleitet wird. Bereits dadurch wird die Saugwirkung des Zyklons gegenüber einer konventionellen Lösung vermindert. Die im unteren Teil des Durchflusszyklons auftretenden Axial- und Radialgeschwindigkeiten sind niedrig, die Tangentialgeschwindigkeit jedoch hoch. Dadurch wird verhindert, dass der von einer eventuellen Saugströmung mitgeführte Staub in das Ablaufrohr 4 gelangt. Statt dessen scheidet er sich auf die Wände ab und wird in den Reaktor 1 zurückgeführt. In vorübergehenden Störungssituationen arbeitet dieses System stabiler als die bisher bekannten.

Beim Einsatz eines Durchflusszyklons gibt es keine Notwendigkeit zum Horizontaltransport vom Feststoff und das Rücklaufrohr ist ein offenes, gerades Rohr, dessen unteres Ende bis zur Wirbelschicht reicht. Dies hat zur Folge, dass

- die sich im Reaktor natürlich bildende Wirbelschicht gleichzeitig als Gasschleuse funktioniert, wodurch eine getrennte Gasschleuse überflüssig wird

- im Rücklaufrohr eine nach unten gerichtete Gasströmung zustande gebracht wird, was bewirkt, dass die Transportkapazität des Rücklaufrohrs zunimmt und das Abscheidevermögen den Zyklons besonders in Hinsicht auf kleine Partikel besser wird, die nicht in der Lage sind, sich gegen die Gasströmung abzusetzen.

Durch das erfindungsgemässe System werden offenkundige konstruktive Vorteile erreicht, von denen genannt werden sollen

- externe Rückführungsvorrichtungen können durch ein einfaches und billiges, im Reaktor eingebautes Rohr ersetzt werden, dessen Kühlung - falls erforderlich - leicht ausgeführt werden kann

- die dargestellte Lösung eignet sich besonders gut für die Konstruktionsauflagen von Dampfkesseln. Dabei können die Brennkammer des Dampfkessels sowie der Konvektionsteil hinter dem Abscheider in der Maschinenwerkstatt in einem Stück angefertigt werden. Für die Kühlung des Rücklaufrohrs genügt bei der Dampfkesselanwendung dagegen, dass es in der Nähe der gekühlten Wand angeordnet wird.

Beispiel

Gasgenerator gemäss Fig. 1 mit den Betriebswerten:

Trockener Torf, trockenes Holz	10	100	g/s Tr
oder trockene Kohle	900 -	7	mol/s
Luft		16	mol/s
Produktgas	300 -	- 30	kg/m³N
Staubgehalt des Gases		1000	⁰C
Reaktortemperatur
Lufttemperatur	400	⁰C
vor Reaktor

Durchschn. Korngrösse des Sandes 150^m
Hauptmasse

- Durchmesser des Reaktors 0,6 m

- Höhe des Reaktors 11,0 m

- Durchmesser des Zyklons 0,6 m

- Durchmesser des Ablaufrohrs 0,3 m

- Durchmesser des Rücklaufrohrs 0,1 m

- Höhe des Zyklons 2,0 m

Der Werkstoff des Rücklaufrohrs ist feuerfester Stahl und die Konstruktion ungekühlt. Bei der vorgenommenen Erprobung hat sich die Anlage bewährt. Bei verwendeten Umlaufmaterial hat sich das Abscheidevermögen des Zyklons auf 100 % belaufen.

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. Walter Kubom .. . Dipl.-Phys. Dr.Peter Palgen : ."■ ·.. '. 4 Oüssoldorf -^ ·.. Mulvanysiraßa 2 r Telefon 632727 Patentansprüche

1. Wirbelschichtreaktor, bei dem die im oberen Teil der Reaktorkammer (1) befindliche Austrittsöffnung mit einem Zyklonabscheider (2) über eine zu ihm tangential angeordnete Zufuhrleitung (3) zur Abscheidung vom Feststoff aus den den Wirbelschichtreaktor verlassenden Gasen angeordnet ist, und der eine mit dem unteren Teil des Abscheiders verbundene Rücklaufleitung (8) für den Feststoff sowie eine im Abscheider angeordnete Gasablaufleitung (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet , dass der Boden (6) der zylindrischen Wirbelkammer (5) des Abscheiders hauptsächlich als eine Ebene und geneigt ausgeführt ist, dass sie den Boden (6) durchstösst und diejenigen Gase nach unten leitet, von denen der Feststoff getrennt ist.

2. Wirbelschichtreaktor gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Boden (6) zur Reaktorkammer (1) des Wirbelschichtreaktors hin geneigt ist.

3. Wirbelschichtreaktor gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die untere Ende (9) des Rücklaufleitung (8) innerhalb der sich auf dem Boden (11) der Reaktorkammer (1) bildenden dichten, unteren Wirbelschichtzone (10) ausmündend angeordnet ist.