DE3312449A1

DE3312449A1 - Verfahren und vorrichtung zur vergasung/verbrennung staubfoermiger brennstoffe

Info

Publication number: DE3312449A1
Application number: DE19833312449
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. DDR 9200 Freiberg Fröhlich; Peter Dipl.-Ing. Dr. DDR-9200 Freiberg Göhler; Rolf Dipl.-Ing.Dr. DDR 6800 Saalfeld Güther; Horst Dipl.-Ing. Kretschmer; Jens Dipl.-Ing.Dr. DDR 6800 Saalfeld Lahr; Klaus Dipl.-Ing.Dr. DDR 6801 Bucha Scheidig; Manfred Dipl.-Ing.Dr. Schingnitz; Günter Dipl.-Ing. Tietze
Original assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Current assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Priority date: 1982-06-09
Filing date: 1983-04-07
Publication date: 1983-12-15
Also published as: DD205452A1

Description

,-Titel der Erfindung . .

"Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung/Verbrennung staubförmiger Brennstoffe"

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung.·"betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung staubförmiger Brennstoffe durch Vergasung zur Erzeugung von CO- und EL-haltigen Gasen oder durch Verbrennung, insbesondere unter erhöhtem Druck, unter ■staubförmigen Brennstoffen sind sowohl auf Staubfeinheit zerkleinerte Braunkohle, Steinkohle, Schwelkoks und Hochtemperaturkoks, als auch feste kohlenstoffhaltige Rückstände der Kohleveredlung und der Erdölaufbereitung sowie staubfein zerkleinerte feste, kohlenstoffhaltige organische Materialien anderer Herkunft, wie Holzabfälle, Altreifen und Kunststoffabfälle zu verstehen.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen

¥icht zulätzt wegen der breiten Brennstoffpalette hat sich in der Technik der Synthesegaserzeugung aus festen Brennstoffen die 'Vergasung nach dem Prinzip der Partialoxyda-·, ^s· tion mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxydationsmittel' als besonders vorteilhaft erwiesen. Der Brennstoff wird dabei staubförmig eingesetzt. Soll diese Vergasung unter höherem Druck, beispielsweise bei 3 bis 5 MPa, erfolgen, so ist die sichere Einspeisung des staubförmigen Brennstoffes in das Drucksystem und seine gleichmäßige Dosierung ein besonderes technisches Problem.

Das gleiche gilt für die Verbrennung staubförmiger Brennstoffe bei erhöhtem Druck, beispielsweise in Verbindung mit einer Gasturbine, Sowohl bei der Vergasung als auch bei der Verbrennung wird der staubförmige Brennstoff in einem fluiden Medium suspendiert, einem oder mehreren Brennern einer Brennkammer zugeführt, in der der Umsatz mit dem Oxydationsmittel erfolgt, das ebenfalls über den oder die Brenner eingeführt wird. Verbrennungs- und Vergasungsprozesse unterscheiden sich dabei im Grunde nur durch das Verhältnis von freiem Sauerstoff im Oxydationsmittel zum staubförmigen Brennstoff, das bei Verbrennungsprozessen gleich oder größer, bei Vergasungsprozessen deutlich kleiner als das zu vollständigem Umsatz de3 Brennstoffes zu CO« und HUO erforderliche stöchiometrische Verhältnis gewählt wird. Wenn auch Verbrennungsprozesse in der Regel mit Luft, Vergasungsprozesse mit Gemischen von technischem Sauerstoff mit Wasserdampf als Oxydationsmittel betrieben werden, sind Verbrennungsprozesse mit technischem Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft und Vergasungsprozesse mit Luft als Oxydationsmittel bekannt.

Vielfach wird als fluides Medium für den Transport des staubförmigen Brennstoffs zum Brenner ein Gas, im folgenden als Trägergas bezeichnet, verwendet. Als Trägergas dient in der Regel ein inertes Gas, wie Stickstoff, doch werden bei der Vergasung von staubförmigen Brennstoffen auch rückgeführte brennbare Gase eigener Erzeugung, bei der Verbrennung gelegentlich Luft als Trägergase verwendet.

Mit DD-WP 147 188 wird ein Verfahren zur Druckvergasung staubförmiger Brennstoff beschrieben, dessen Staubzuführungssystem mit Staub-Trägergas-Verhältniswerten von mehr als 300 kg/nr Trägergas im Betriebszustand arbeitet, und das sich duroh gute Dosiergenauigkeit und hohe Gleichmäßigkeit der Brennstoffzuführung zum Brenner auszeichnet.

Nach dieser Schrift wird der stabförmige Brennstoff über ein Druckschleusensystem einem Dosierbehälter zugeführt, in dessen Unterteil über einen Anströmboden Trägergas eingeblasen wird, das die im Unterteil des Dosierbehälters befindliche Schüttung von staubförmigem Brennstoff soweit auflockert, daß der staubförmige Brennstoff gemeinsam mit dem eingeblasenen Trägergas über eine im Unterteil des Dosierbehälters, oberhalb des Anströmbodens beginnende Förderleitung dem oder einem Brenner der Brennkammer des Vergasungsreaktors zuströmt. Die Auflockerung des staubförmigen Brennstoffes im Unterteil des Dosierbehälters kann dabei soweit gehen, daß von einer partiellen, örtlich auf das Unterteil des Dosierbehälters beschränkten Wirbelschicht gesprochen werden kann. Dabei ist es kennzeichnend, daß die im oberen Teil des Dosierbehälters befindliche Menge an staubförmigem Brennstoff den Charakter einer ruhenden Schüttung hat, die entsprechend der Abförderung zum Vergasungsreaktor langsam nach unten rutscht und im Regelfall nur von der relativ geringen Gasmenge durchströmt wird, die dem Fest stoffvolumen der aus dem Dosierbehälter abgeförderten Staubmenge entspricht. Unter dem in DD WP 147 188 genannten näheren Bedingungen läßt sich der dem Brenner zufließende Staubstrom (in kg staubförmiger Brennstoff je Zeiteinheit) sehr genau durch Variation der dem Unterteil des Dosierbehälters zugeführten Trägergasmenge steuern, wobei in weitem Bereich das "Beladungsverhältnis" von Staub zu Trägergas konstant bleibt. Bei einem typischen Betriebsfall für die Vergasung von Braunkohlenstaub unter einem Druck von 3 MPa wurde beispielsweise ein Braunkohlenstaub-Trägergas-Verhältnis von 400 kg/nr im Betriebszustand erreicht. Die Geschwindigkeit der Staub-Trägergas-Suspension im Förderrohr betrug 3,4 m/s.

Das im DD-W 147 188 offenbarte Verfahren ist für die Vergasung von staubförmigen Brennstoffen zugeschnitten. Die darin enthaltenen Dichtstrom-Einspeis- und Dosiertechnologie ist jedoch auch voll auf die Verbrennung von staub-

förmigen Brennstoffen, insbesondere unter erhöhtem Druck übertragbar, wobei die niedrige Transportgeschwindigkeit der Staub-Trägergas-Suspension eine erheblich niedrigere Verschleißquote verursacht als normale pneumatische Fördersysteme im Dünnstrom,

Obwohl mit der dargelegten bekannten Technologie in den meisten Fällen gute Ergebnisse erzielt wurden, ist es bei einigen Sorten von staubförmigen Brennstoffen schwierig, unter allen Betriebszuständen eine gleichmäßige Auflockerung bzw* Wirbelschichtbildung im Unterteil des Dosierbehälters zu erreichen« Insbesondere im Schwachlastbereich und bei kleineren Förderrohr-Durchmessern kann es dann zu Schwankungen von Staubdurchsatz und Beladungsverhältnis kommen. Solche Schwierigkeiten treten vor allem bei Stäuben in Erscheinung, bei denen die einzelnen Staubpartikel infolge besonders hoher Feinheit und Nahkräfte unterschiedlichster Art die Tendenz haben, aneinander zu haften, so daß der Strömungswiderstand der Schüttung eines solchen Staubes sehr hoch wird. Es besteht dann die Gefahr, daß einzelne Kanäle in der Schüttung freigeblasen werden, die Hauptmenge jedoch ungenügend oder gar nicht aufgelockert bzw, aufgewirbelt wird.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung sind Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung oder Verbrennung von staubförmigen Brennstoffen mit einem verbesserten Dichtstromeinspeis- und -dosiersystem, das auch bei schwierig durchströmten staubförmigen Brennstoffen und bei kleineren Durchsätzen bzw, im Schwachlastbereich mit hoher Gleichmäßigkeit, hoher Betriebssicherheit, geringem spezifischen Trägergasbedarf und guter Regelbarkeit arbeitet,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verfahrensweise und die zu ihrer Durchführung erforderlichen Vorrichtungen für die Einspeisung und Dosierung von staub-

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förmigen Brennstoffen "bei der Vergasung bzw. Verbrennung zu schaffen, die selbst bei schwierig durchströtnbaren und schlecht fließfähigen Stäuben unter allen Betriebszuständen und in weiten ^eistungsbereichen eine weitgehend homogene Aufwirbelung des Brennstoffes im Unterteil des Dosierbehälters zu erreichen gestattet, um eine gleichmäßige, betriebssichere, gut regelbare Brennstoffzuführung zum Brenner bzw. zu den Brennern der Brennkammer bei minimalem Trägergasbedarf zu gewährleisten.

Die Erfindung geht von den bekannten Verfahren zur Vergasung bzw. Verbrennung staubförmiger Brennstoffe durch Umsatz mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxydationsmittel in einer Brennkammer, insbesondere unter erhöhtem Druck, aus, bei dem die Zuführung und Dosierung des staubfö'rmigen Brennstoffes zu dem oder zu den Brennern der Brennkammer mittels eines Trägergasstromes erfolgt und dabei Feststoff-Trägergas-Beladungsverhältnisse von in der Regel mehr als 300 kg je m^J Trägergas (im Betriebszustand) erreicht werden. Bei diesem Verfahren wird der staubförmige Brennstoff mittels eines Schleusensystems in einem Dosierbehälter eingebracht, in dem ein um einen Betrag Δ P höherer Druck herrscht, als in der Brennkammer. In diesem Dosierbehälter rutscht der staubförmige Brennstoff unter der Wirkung der Schwerkraft in ein Unterteil des Dosierbehälters, wird dort durch Einblasen eines Trägergases über einen Anströmboden, der das genannte Unterteil nach unten abschließt, örtlich begrenzt aufgelokkert bzw. in eine partielle Wirbelschicht überführt, und tritt schließlich gemeinsam mit dem Trägergas als dichte Suspension mit hohem Verhältnis von staubförmigem Brennstoff zu Trägergas-Volumenstrom in ein oder mehrere Förderrolle ein, in denen die Suspension unter der Wirkung der herrschenden Druckdifferenz dem Brenner oder den Brennern der Brennkammer zufließt, wobei die in der Zeiteinheit der Brennkammer zugeführte Menge an staubförmigen Brennstoffen durch Veränderung des Trägergasstromes geregelt wird.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der örtlich begrenzten Auflockerung des im Unterteil des Dosierbehälters befindlichen staubförmigen Brennstoffes bzw. der Bildung einer partiellen Wirbelschicht im genannten Unterteil eine Vibrationsbewegung überlagert wird.

Wach der Erfindung kann die Vibrationsbewegung durch ein mit dem staubförmigen Brennstoff im Unterteil des Dosierbehälters in Kontakt stehendes, mechanisch schwingendes Bauteil erregt werden. Dabei wird die Frequenz des schwingenden Bauteils in einem Bereich bis zu 100 s" gewählt, wobei als Regel gilt, daß die Amplitude des schwingenden Bauteils um so größer eingestellt wird, je geringer die Frequenz ist.

Es wurde gefunden, daß die genannten Vibrationen im Unterteil des Dosierbehälters statt durch mechanische Schwingungen auch mit pneumatischen Mitteln erzeugt werden können. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird deshalb der Trägergasstrom, der über den Anströmboden in das Unterteil des Dosierbehälters eingeblasen wird und dort zur örtlich begrenzten Auflockerung bzw, zur Bildung einer partiellen Wirbelschicht führt, mit geeigneten, bekannten Mitteln zur Pulsation gebracht. Solche Mittel können beispielsweise periodisch betätigte Drosselorgane sein. Als Folge der pulsierenden Einführung des Trägergases kommt es zwangsläufig zur Pulsation des im Dosierbehälters herrschenden Druckes und damit der Druckdifferenz £ P zwischen Dosiergefäß und Brennkammer, Um Stockungen oder gar Rückströmungen im Förderrohr zu vermeiden, werden erfindungsgemäß die Pulsationen des Trägergasstromes soweit begrenzt, daß die Druckdifferenz A P einen auf ihren zeitlichen Mittelwert bezogenen Grenzwert in keinem Moment unterschreitet, vorzugsweise liegt dieser Grenzwert 0,5 bis 5 % unterhalb der zeitlich mittleren Druckdifferenz, wobei die höheren Werte für Anlagen mit größeren Durchsätzen gelten.

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Die Pulsationsfrequenz liegt nach, der Erfindung zwischen .0,5 und 10 s .

Eine -weitere Ausführungsform der Erfindung benutzt zur pneumatischen Vibrationserregung einen pulsierenden Steuergasstrom, dessen zeitlicher Mittelwert klein ist, verglichen mit dem Trägergasstrom. Dieser Steuergasstrom kann direkt in das Unterteil des Dosierbehälters, oberhalb des Anströmbodens eingeführt werden. Es hat sich jedoch auch bewährt und entspricht der Erfindung, wann dieses Steuergas pulsierend direkt in das Förderrohr geführt wird, und 'zwar in der Regel in der Bähe der Stelle, an der das Förderrohr aus dem Dosierbehälter austritt. Auf jeden Fall sollte die Einbindungsstelle im ersten Drittel des Förderrohres liegen, gemessen von seinem Beginn im Unterteil des Dosierbehälters. Unter diesen Bedingungen pflanzen sich die durch die pulsierende Einführung des Steuergases entstehenden Druckimpulse im Förderrohr rückwärts bis zum Einlauf des Förderrohres fort und übertragen sich in der gewünschten Weise auf die im Unterteil des Dosierbehälters befindliche partielle Wirbelschicht.

Unabhängig vom Ort der Einführung genügt es.nach der Erfindung, wenn der mittlere Steuergasstrom, definiert als zeitlicher Mittelwert des Steuergasvolumens je Zeiteinheit, 20 % des Trägergasstromes nicht überschreitet. Ein bevorzugter Bereich liegt zwischen 3 und 10 % des Trägergasstromes.

Es wurde weiter gefunden, daß es vorteilhaft ist, einen geringen Steuergasstrom - unabhängig von der Pulsation ständig aufrecht zu erhalten. Damit wird gewährleistet, daß die Injektionsstelle für das Steuergas in jedem Moment mit Gas gespült und ein Eindringen von Staubpartikeln, die im Laufe der Zeit zu Verstopfungen führen können, vermieden wird.

Die Einführung des Steuergases erfolgt daher in einer Weise, daß die bei der Pulsation auftretenden Minima des

Steuergas-Volumenstromes einen unteren, von Null verschiedenen Grenzwert nicht unterschreiten. Dieser Grenzwert wird vorzugsweise zu etwa 20 % des mittleren Steuergasstromes gewählt. Erreichen läßt sich diese Art der Zuführung, wie bekannt, beispielsweise mittels eines periodisch öffnenden und schließenden Ventils im Zuführungsanschluß für das Steuergas und einer dieses Ventil umgebenden Bypass-Leitung mit einer geeigneten Drosselscheibe,

Die Pulsationsfrequenz des Steuergasstromes beträgt erfindungsgemäß 0,5 bis 10s und entspricht damit dem Frequenzbereich, der bei der Erzeugung der Vibration durch pulsierende Zuführung des Trägergasstromes zu wählen ist.

Wird entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung die dem Auflockerungsvorgang bzw, der partiellen Wirbelschicht im Unterteil des Dosierbehälters überlagerte Vibration mit mechanischen Mitteln erreicht, so ist die zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Unterteil des Dosierbehälters ein mit einem an sich bekannten Schwingungserreger gekoppeltes, mechanisch schwingendes Bauteil angeordnet ist,

Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das genannte mechanisch schwingende Bauteil ein Hohlzylinder, der in einem Abstand den Einlauf des Förderrohres umgibt und mit einem geeigneten Schwingungserreger verbunden ist, - ' '■ · · , ■

Obwohl nicht zwingend, hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Ebene des Einlaufe in das Förderrohr bei einer Förderrichtung senkrecht aufwärts etwa in der Mitte des Hohlzylinders angeordnet ist. Erfolgt die Förderung des staubförmigen Brennstoffes aus dem Unterteil des Dosierbehälters über mehrere Förderrohre, so können die Einlaufe aller Förderrohre von einem Hohlzylinder als schwingendes Bauteil umgeben sein. Es entspricht jedoch auch

der Erfindung, wenn federn Förderrohr ein separater Hohlzylinder zugeordnet ist.. Es entspricht auch der Erfindung, wenn der genannte Hohlzylinder eine durch Öffnungen durchbrochene Wand aufweist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als mechanisch schwingendes Bauteil das in den Dosierbehälter hineinragende Teil des Förderrohres "benutzt, das dazu mit einem Schwingungserreger verbunden ist. In diesem Falle ist das schwingende Teil des Förderrohres mit dem übrigen Teil des Förderrohres durch einen Kompensator verbunden. Gleiches gilt, falls erforderlich, für die Durchführung des schwingenden Teils des Pörderrohres durch die Wand des Dosierbehälters. Schließlich können nach der Erfindung auch ein Teil oder Teile der Wand des Unterteiles des Dosierbehälters als mechanisch schwingende Bauteile gestaltet und mit einem Schwingungserreger gekoppelt sein. Bei einer bevorzugten Ausführung dieser Art ist der. Anströmboden selbst mit einem Schwingungserreger gekoppelt und dient als mechanisch schwingendes Bauteil. In diesem Falle ist der Anströmboden flexibel mit dem Mantel des Unterteiles des Dosierbehälters verbunden.

Als Verbindungselement kann in bekannter Weise ein flacher Ring aus gasdichtem, flexiblem Material dienen, der sowohl am Anströmboden als auch-am Mantel des Unterteils eingespannt ist.

Die, für die. Durchführung des Verfahrens bei Vibrationserregung mit pneumatischen Mitteln erforderlichen Vorrichtungen bestehen ausschließlich aus bekannten Bauteilen. Ihr Aufbau ist vom Fachmann leicht aus der Offenbarung des Verfahrens abzuleiten.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung sei an einigen Ausführungsbeispielen erläutert. Dazu seien die Figuren 1 bis 5 herangezogen, wobei

Figur 1 : Das Schema des Verfahrens bei mechanischer Vibrationserregung

Figur 2: Das Schema des Verfahrens "bei pneumatischer Vibrations erregung

Figur 3: Die schematische Darstellung des Unterteils des Dosierbehälters bei Abfö'rderung aus mehreren Förderrohren und Zuordnung je eines Hohlzylinders als schwingendes Bauteil für jedes Förderrohr

Figur 4s Die schematische Darstellung des Unterteils bei Verwendung des in den Dosierbehälter hineinragen^ den Teils des Förderrohres als schwingendes Bauteil

Figur 5: Die schematische Darstellung des Unterteils bei Verwendung des Anströmbodens als mechanisch schwingendes Bauteil

zeigen.

Beispiel 1:

Bei einer AusfUhrungsform des Verfahrens nach Figur 1 wird staubförmiger Brennstoff in die Schleusenkammer 4 gebracht, durch Einleiten eines Gases über nicht dargestellte Anschlüsse unter einen Druck von ca. 3 MPa gesetzt und anschließend in den Dosierbehälter 1 überführt, in dem der gleiche Druck herrscht. Im verjüngten Unterteil 2 des Dosierbehälters ist ein gasdurchlässiger Anströmboden 3 angeordnet, der über den Zuführungsanschluß für Trägergas 5 mit einem inerten Gas beaufschlagt wird,' Beginnend im Unterteil 2 führt eine Förderleitung 6 zum Brenner 7 der Brennkammer 9 eines Vergasungsreaktors, in der ein Druck von ca. 2,8 MPa herrscht. Über den Zuführungsanschluß für Oxydationsmittel 8 wird außerdem ein Oxydationsmittel, bestehend aus einem Gemisch von technischem Sauerstoff und Wasserdampf dem Brenner 7 bei ausreichend hohem Druck zugeführt.

CGFY

Durch die Zuführung des Trägergases über den Anströmboden 3 wird der im Unterteil 2 befindliche staubförmige Brennstoff örtlich begrenzt aufgelockert, wobei diese Auflockerung so weit geht, daß sich eine partielle, auf das Unterteil 2 begrenzte Wirbelschicht von staubförmigem Brennstoff und Trägergas bildet. Unter der Wirkung des Differenzdruckes zwischen Dosierbehälter 1 und Brennkammer 2 fließt eine dichte Suspension von staubförmigem Brennstoff und Trägergas durch das Förderrohr 6 zum Brenner 7 und setzt sich mit dem Oxydationsmittel in der Brennkammer bei Temperaturen um 1500 ⁰C zu einem CO- und Ho-haltigen Gas um. Der Einlauf des Förderrohres ist von einem Hohlzylinder 10 umgeben, der von Öffnungen durchbrochen ist, und der mit einem bekannten Schwingungserreger 11 gekoppelt ist, der mit variabler Frequenz betrie-• ben werden kann. Obwohl in Figur 1 der Übersichtlichkeit wegen außerhalb des Dosierbehälters gezeichnet, ist der Schwingungserreger, der vorzugsweise auf magnetischer Basis arbeitet, in der Regel innerhalb des Dosierbehälters angeordnet, um eine Durchführung durch den Druckmantel vermeiden zu können.

Der Schwingungserreger wird mit einer Frequenz von ca, 30 s betrieben. Bei Einsatz von Braunkohlenstaub wird

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bei einem Staub-Trägergas-Verhältnis im Förderrohr 6 von ca. 400 kg/tir (gemessen im Betriebszustand) ein sehr gleichmäßiger Staubfluß zum Brenner 7 erreicht, der sich durch Variation des Trägergaszuflusses über den Zuführungsanschluß 5 einwandfrei in einen Bereich von 40 bis 110 % des Nenndurchsatzes regeln läßt, ohne daß das '" Staub-Trägergas-Verhältnis wesentlich beeinflußt wird.

Vergleichsversuche mit abgeschaltetem Schwingungserreger erbrachten einen eingeschränkten Regelbereich und zeigten bei einigen Staubsorten mit ungünstigem Fließverhalten, die durch relativ hohe Anteile an faser- und stengelartigen Partikeln mit holzartiger Struktur gekennzeichnet waren, daß eine gleichmäßige Förderung nur bei

abgesenktera Beladungsverhältnis von Staub zu Trägergas möglich war.

Beispiel 2:

Bei sonst gleicher Anordnung wie im Beispiel 1, wird die zusätzliche Vibrationsbewegung im Unterteil 2 des Dosierbehälters durch pulsierende Zuführung des Trägergases über den Zuführungsanschluß 5 erreicht und auf ein mechanisch schwingendes Bauteil im Unterteil 2 verzichtet (Figur 2). Als Pulsationserreger 12 wird im Beispiel eine Art Membranventil verwendet, das hydraulisch mit einem Schwingungserreger 11 gekoppelt ist. Der Schwingungserreger wird bei einer Pulsationsfrequenz von ca. 2 s" so eingestellt, daß sich im Dosierbehälter 1,'gemessen in seinem Unterteil 2, Druckpulsationen von f 2 kPa einstellen. Die Druckschwankungen haben einen etwa sinusförmigen Verlauf, so daß der Differenzdruck Λ Ρ zwischen Dosierbehälter 1 und Brennkammer 9 um f 1 % um seinen zeitlichen Mittelwert schwankt. Die erreichten Ergebnisse entsprechen Beispiel 1« Zusätzlich wirken sich die Druckpulsation im Dosierbehälter 1 bis zum Brenner 7 bzw. Brennkammer 9 aus, so daß der Staub leicht pulsierend zum Umsatz mit dem Oxydationsmittel kommt, was sich in einer Verbesserung der Reaktionsbedingungen der Flammenlänge in der Brennkammer 9 bemerkbar macht,

Beispiel 3: ·

Wie im Beispiel 2 wird die Vibration im Unterteil 2 des Dosierbehälters 1 mit pneumatischen Mitteln erreicht. Zum Unterschied von Beispiel 2 wird der Trägergasstrom über Zuführungsanschluß 5 pulsationsfrei eingeführt, dafür jedoch, wie ebenfalls in Figur 2 enthalten, ein pulsierender zusätzlicher Steuergasstrom über den Zuführungsanschluß 13 in das Förderrohr 6 injiziert. Im Zuführungsanschluß 13 ist ein Pulsationsventil 14 in Form eines

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Magnetventils installiert, das über einen Impulsgeber 18 gesteuert wird. Das Pulsationsventil 18 ist mit einer Bypass- Leitung 19 mit einer Drosselscheibe 20 versehen.

Der für einen Durchsatz von 10 t/h Braunkohlenstaub bestimmten Anlage wird über Zuführungsanschluß 5 ein Trägergasstrom von 25 nr/h., entsprechend etwa 710 nr/h im Normalzustand, zugeführt. Über die Bypass-Leitung 19 und die entsprechend den Vordruckbedingungen ausgelegte Drosselscheibe 20 wird ein ständiger Steuergasstrom von 0,3 nr/h, entsprechend etwa 9 nr/h im Normalzustand, in das Förderrohr 6 eingeleitet. Mit einer Frequenz von 2 s wird das Pulsationsventil 14 mittels Impulsgeber 18 stoßweise soweit geöffnet und wieder geschlossen, daß bei jedem Stoß etwa 0,15 dnr Steuergas (entsprechend etwa 4,5 dnr unter Normalbedingungen) in das Förderrohr 6 zusätzlich injiziert werden. Im zeitlichen Mittelwert sind das etwa 1,1 nrVh oder 33 m /h unter ITormalbedingungen. Die insgesamt injizierte Steuergasmenge beträgt damit 1,4 nrVh. im Betriebszustand, entsprechend etwa 5,6 % des Trägergasstromes. Das erreichte Ergebnis entspricht den vorangegangenen Beispielen. Die Absenkung des Staub-Trägergas-Verhältnisses durch die zusätzliche Steuergasmenge igt unerheblich. Der Vorteil gegenüber Beispiel 2 liegt darin, daß kleinere Gasströme zur Pulsation zu bringen sind und deshalb kleinere, leichter beherrschbare Armaturen verwendet werden können.

Beispiel 4:

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform für die Anordnung mechanisch schwingender Bauteile im Unterteil 2 des .Dosierbehälters 1, bei der mehrere Förderrohre β aus einem Unterteil 2 gespeist werden. Entsprechend der Figur ist der Einlauf jedes Förderrohres mit einem separaten Hohlzylinder umgeben, der jeweils mit einem Schwingungserreger 11 gekoppelt ist.

Beispiel 5:

Bei sonst gleicher Anordnung, wie im Beispiel 1, dient, wie Figur 4 zeigt, als mechanisch schwingendes Bauteil das in den Dosierbehälter 1 hineinragende erste Teil des Forderrohres 6^T, das über Kompensatoren 15 bzw. 16 durch die druckfeste Wand des Dosierbehälters 1 geführt bzw. mit dem übrigen Teil des Förderrohres 6 verbunden ist. Der schwingende Teil des Förderrohres 6^f ist mit einem Schwingungserreger 11 gekoppelt,

Beispiel 6:

Schließlich zeigt Figur 5 als Beispiel eune Vorrichtung, die in ihren wesentlichen Elementen weitgehend dem Beispiel 1 entspricht, sich jedoch dadurch unterscheidet, daß als mechanisch schwingendes Bauteil der Anströmboden 3 selbst verwendet wird, der dazu mit einem flexiblen Verbindungselement 17 aus gasdichtem, flexiblen Material in das Unterteil 2 des Dosierbehälters 1 eingesetzt ist und mit einem Schwingungserreger 11 gekoppelt ist.

Die vorteilhafte Wirkung wird - wie in den anderen Beispielen auch - zweifellos dadurch erreicht, daß die im Unterteil 2 des Dosierbehälters 1 befindliche, gasdurchströmte Schüttung des staubförmigen Brennstoffes immer wieder homogenisiert wird. Insbesondere werden die sich bisher bei Einsatz schlecht durchströmbarer, schlecht fließfähiger Staubsorten im Dosierbehält er bildenden Kanäle, die bevorzugt von Trägergas durchströmt werden, durch die überlagerten Vibrationen bereits im Ansatz zerstört. Damit wird stets eine homogene Auflockerung bzw. Wirbelschicht gewährleistet, was sich außerordentlich günstig auf Förderung und Dosierung auswirkt.

Die Erfindung kann über die Vergasung bzw. Verbrennung staubförmiger Brennstoffe hinaus sinngemäß auch in anderen Einsatzgebieten Anwendung finden, in denen ein staubförmiger Feststoff mit einem Trägergas in dichter Suspension einer Verbrauchseinrichtung zuzuführen und zu dosieren ist.

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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1	Do si erb ehält er
2	Unterteil des Dosierbehälters
3	Anströmboden
4	Schleusensystem
.5	ZufUhrungsanschluß für Trägergas
6	Förderrohr
6'	schwingendes Teil des Förderrohres
7	Brenner
8	Zuführungsanschluß für Oxydationsmittel
9	Brennkammer
10	Hohlzylinder
11, 11'	Schwingungserreger
12	Pulsationserzeuger für Trägergas
13	Zuführungsanschluß für Steuergas
H	Pulsationsventil für Steuergas
15	Kompensator
16	Kompensator
17	flexible Verbindung
18	Impulsgeber
19	Bypass-Leitung
20	Drosselscheibe

Claims

Erfindungsansprüche

1,J Verfahren zur Vergasung-bzw. Verbrennung staubförmiger Brennstoffe durch Umsatz mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxydationsmittel in einer Brennkammer, insbesondere unter erhöhtem Druck, mit Zuführung und Dosierung des staubfö'rmigen Brennstoffes zu dem oder den Brennern der Brennkammer mittels eines Trägergasstromes, wobei der staubfb'rmige Brennstoff mittels eines Schleusensystems (4) in einen Dosierbehälter (1) eingebracht wird, in dem ein um einen Betrag ΔP höherer Druck herrscht, als in der Brennkammer (9), und in welchem er als eine quasi ruhende Schüttung unter Wirkung der Schwerkraft in ein Unterteil (2) des Dosierbehälters rutscht, durch Einblasen eines Trägergases über einen Anströmboden (3) in das Unterteil (2) örtlich begrenzt aufgelockert bzw. in eine partielle Wirbelschicht überführt wird, gemeinsam mit dem Trägergas bei hohem Verhältnis von Brennstoff zu Trägergasvolumen in ein oder mehreren Forderrohren (6), die im Unterteil (2) des Dosierbehälters beginnen, eintritt und so dem bzw, den Brennern (7) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der örtlich begrenzten Auflockerung bzw. der partiellen Wirbelschicht-Bildung im Unterteil (2) des Dosierbehälters eine Vibrationsbewegung überlagert wird.

Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsbewegung durch ein mit dem staubförmigen Brennstoff im Unterteil des Dosierbehälters in Kontakt

stehendes, mechanisch schwingendes Bauteil erregt wird.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des schwingenden Bauteils in einem Bereich bis au etwa 100 s"" liegt.

4. "Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsbewegung durch pulsierende Einführung des Trägergasströmes erzeugt wird.

5. Verfahren nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Einführung des Trägergasstromes so erfolgt, daß der Momentanwert der Druckdifferenz Δ Ρ zwischen Dosierbehälter (1) und Brennkammer (9), die als Folge der Pulsation des Trägergasstromes ebenfalls pulsiert, einen unteren Grenzwert, vorzugsweise 0,5 bis 5 % unterhalb der zeitlich mittleren Druckdifferenz Δ Ρ, nicht unterschreitet,

6« Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei stetigem Trägergasstrom die Vibrationsbewegung durch pulsierende Einführung eines im Vergleich zum Trägergasstrom kleinen Steuergasstrom erzeugt wird.

7, Verfahren nach Punkt 6, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte, pulsierende Steuergasstrom in das Unterteil (2) des Dosierbehälters, oberhalb des Anströmbodens (3) eingeführt wird.

8, Verfahren nach Punkt 6, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte pulsierende Steuergasstrom in das Förderrohr (6) eingeführt wird,

9, Verfahren,nach Punkt 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung des Steuergasstromes im ersten Drittel der Gesamtlänge des Förderrohres (6), gemessen vom Beginn des Förderrohres (6) im Unterteil (2) des Dosierbehälters erfolgt.

10.Verfahren nach den Punkten 1 sowie 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Steuergasstrom, definiert als zeitlicher Mittelwert des Steuergasvolumens je Zeiteinheit bis zu 20 %-, vorzugsweise 3 bis 10 % des Trägergasstromes ausmacht,

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11. Verfahren nach den Punkten 1, sowie 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den Pulsationen auftretenden Minima des Steuergasstromes einen unteren, von Null verschiedenen Grenzwert, vorzugsweise etwa 20 %, bezogen auf den mittleren Steuergasstrom, nicht un-

. terschreiten.

12. Verfahren nach Punkt 1, sowie 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Einführung des Trägergasstromes bzw, des Steuergasstromes mit einer PuI-sationsfrequenz von 0,5 bis 10 s" erfolgt,

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 bis 3, bestehend aus einem Schleusensystem (4), einem Dosierbehälter (1) mit einem nach oben offenen, nach unten durch einen Anströmboden (3) abgeschlossenes Unterteil (2), einem Zuführungsanschluß (5) für die regelbare Zuführung des Trägergases am Anströmboden (3), mindestens einem im genannten Unterteil (2) beginnenden und das Unterteil des Dosierbehälters mit einem bzw. mehreren Brenner(n) (7) der Brennkammer (9) verbindenden Förderrohr(en), dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanisch schwingendes Bauteil, gekoppelt mit einem Schwingungserreger im oder am Unterteil des Dosierbehälters angeordnet ist .^

14. Vorrichtung nach Punkt 13, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanisch schwingende Bauteil ein Hohlzylinder (10) ist, der den Einlauf des bzw. der Förderrohre (6) in einem Abstand umgibt, und mit einem Schwingungserreger (11) verbunden ist,

15· Vorrichtung nach Punkt 13 und I4 mit mehreren, im Unterteil (2) des Dosierbehälters beginnenden Förderrohren (6), dadurch gekennzeichnet, daß jedem Förderrohr ein Hohlzylinder (10) als mechanisch schlingendes Bauteil zugeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Punkt 13, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanisch schwingende Bauteil der in den Do-

sierbehälter hineinragende Teil (6') des Fdrderrohres ist, das mit einem Erreger (11) verbunden ist, wobei sowohl die Durchführung durch die Wand des Dosierbehälters, wie auch die Verbindung mit dem übrigen Teil des Forderrohres mittels Kompensatoren (15), (1o) erfoIgt.

17. Vorrichtung nach Punkt 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil oder Teile der Wand des Unterteils des Dosierbehälters mit einem Schwingungserreger verbunden sind und das bzw. die mechanisch schwingende Bauteile bilden.

18. Vorrichtung nach den Punkten 13 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Anströmboden (3) flexibel mit der Wand des Unterteiles verbinden ist, mit einem Schwingungserreger (11) gekoppelt ist und das mechanisch schwingende Bauteil bildet.

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