DE3333929C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Fremdkörpern von Fließbettpartikeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trennen des Gemisches aus Fremdkörpern und feinen, inerten Partikeln, die aus einem Fließbett stammen, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ist insbesondere bei Verbrennungsanlagen anwendbar.

Fließbettreaktorsysteme sind zur Verbrennung von verschiedenen Materialarten bekannt (US 589 313). Fremdkörper oder unverbrennbare Stoffe in dem zu verbrennenden Material sammeln sich im Fließbett an. In einem bekannten System zur Abtrennung solcher Fremdkörper (US 4196676) tritt die Gefahr der Verstopfung durch Pfropfenbildung im Partikelstrom auf. Außerdem können die rückzuführenden Fließbettpartikel mechanische Schäden an den Rohrleitungen verursachen. Schließlich kommt es vor, daß Fließbettpartikel über die Öffnung in der Oberseite der Verbrennungskammer ausgetragen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Fremdkörpern aus einem Fließbett zu schaffen.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Anspruchs 1 bzw. 2 gelöst und durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet und ausgestaltet.

Im einzelnen sind vorgesehen:
eine Fremdkörperentnahmekammer, die seitlich aus der Verbrennungskammer vorsteht,
eine zur Steuerung der Materialströmung ausgebildete Windkammer unter der Entnahmekammer,
ein Entnahmekanal, der die Entnahmekammer mit dem Einlaßende der Windkammer verbindet, und
ein Windsichter- und Partikelrückführsystem, das das Auslaßende der Windkammer erstens mit einem Sammeltank unterhalb der Windkammer zum Sammeln der Fremdkörper und zweitens mit der Verbrennungskammer zur Rückführung der inerten Fließbettpartikel verbindet.

Die Windkammer ist mit Einrichtungen versehen, um Fließbettluft in das Gemisch aus inerten Partikeln und Fremdkörpern einzublasen, und zwar in Richtung vom Einlaßende zum Auslaßende der Windkammer.

Bei der Erfindung werden die Entnahmekammer und die Windkammer über einen Kanal verbunden, der dazu dient, die Fremdkörperentnahmeanlage vom Fließbett abzutrennen, d. h. die im Kanal befindliche Gemischsäule sorgt für eine Abdichtung zwischen Fremdkörperentnahmeanlage und Fließbett. Mit der Fluidisierungsluft, die in die Windkammer eingeführt wird, wird der Strom der inerten Partikel und Fremdkörper gesteuert und verhindert, daß die Fremdkörperentnahmeanlage sich verstopft.

Vorteilhaft ist ferner eine Luftstromabbremseinrichtung, die in der Anlage zwischen dem Windsichter und der Verbrennungskammer angeordnet ist, so daß die inerten Partikel für das Fließbett ohne Schäden an den Wänden der Anlage zurückgeführt werden und ohne möglichen Verlust von inerten Partikeln.

Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Verbrennungsanlage,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Einzelheit der Anlage nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine Einzelheit entsprechend dem Schnitt nach Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Zuführeinrichtung von Fluidisierungsluft,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 3 und

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 2.

Aus der folgenden Detailbeschreibung ergibt sich, daß die Erfindung bei der Verbrennung von unterschiedlichen Materialarten in Fließbettreaktoren anwendbar ist; sie ist jedoch ideal geeignet zur Verbrennung von Brennstoffen geringer Qualität, die große Anteile an Fremdstoffen oder unverbrennbaren Gegenständen aufweisen. Typische Eigenschaften solcher Brennstoffe geringer Qualität sind hohe Feuchtigkeitsspiegel, die bis zu 65% bei der Anlieferung betragen, hohe Anteile an unverbrennbaren Gegenständen, die bis zu 50% des Trockenmaterials und größenmäßig von Staub bis zu Gegenständen von 26 cm Durchmesser und 1,8 m Länge betragen können.

Eine Anlage zum Verbrennen solchen Materials ist in Fig. 1 dargestellt, die einen Fließbettreaktor oder eine Verbrennungsanordnung 11 zeigt, die eine senkrechte Verbrennungskammer 12 aufweist, die typischerweise zylindrisch ist und die im unteren Innenteil mit einem porösen Fließbettträger 13 ausgestattet ist, um ein Bett B aus granulierten, inerten Partikeln 14 abzustützen. Als Partikelbettmaterial zur Verarbeitung von verbrennbaren Materialien, wie Bauholzabfall, Klärschlamm, Flugasche und verkohlten Materialien, eignet sich kristalliner Seesand. Für sauberere, verbrennbare Materialien, wie Abfallbrennstoff und einige Kohlensorten, kann ein gemahlener Schamott oder gebrannter Ton verwendet werden. Für Brennstoffe mit höherem Schwefelgehalt, wie Kohle oder Ölschiefer, kann Kalkstein oder Dolomitmaterial verwendet werden, um mit dem Schwefel zu reagieren und damit die Emission von Schwefeldioxid zu vermeiden. Die Höhe des Fließbetts kann variiert werden, um den Verbrennungsanforderungen unterschiedlicher Brennstoffe Rechnung zu tragen.

Eine erste Öffnung oder ein Fluidisierungslufteinlaß 15 ist in der Verbrennungskammer 12 unterhalb des Fließbettträgers 13 vorgesehen, um einen Druckluftstrom vom Auslaß eines Luftstromgebläses (nicht dargestellt) über eine Leitung oder ein Rohr 17 zu liefern. Eine zweite Öffnung oder ein Brennstoffeinlaß 18 in die Kammer ist vorgesehen, um verbrennbares Material in die Verbrennungskammer 12 über einen erhöhten Einlaß oder Schacht 19 einzuführen, in den das verbrennbare Material 10 mit einem Förderer 20 eingeführt wird.

Abgase von der im Fließbett B oder im Bereich 21 der Verbrennungskammer oberhalb des Fließbetts stattfindenden Verbrennung werden durch eine dritte Öffnung 22 in der Oberseite über ein Rohr oder eine Leitung 23 aus der Kammer 12 abgesaugt.

Der poröse Fließbettträger 13, mit dem das Fließbett B unterstützt und von dem aus es durchströmt wird, ist mit Öffnungen 31 versehen, die den Luftstrom in die Partikelmenge mit einem Geschwindigkeitsvektor richten, der zur einen Seite 32 der Verbrennungskammer 12 gerichtet ist, um das Entfernen von Fremdkörpern 33, wie Steine, übergroße unverbrennbare Teile, vagabundierendes Metall usw., aus der Verbrennungskammer über eine Entnahmekammer 34 auf der Entnahmeseite 32 der Verbrennungskammer 12 zu unterstützen.

Ersichtlich kann der poröse Fließbettträger eine von vielen möglichen Formen haben. Der Träger kann eine perforierte Verteilerplatte mit schräg verlaufenden Düsenöffnungen oder Jalousieschlitzen sein, um den gewünschten seitlichen Geschwindigkeitsvektor zu erhalten, oder kann aus einer Vielzahl von Windkästen bestehen, die auf der Oberseite mit perforierten Elementen versehen sind und entweder mit einem Luftkanal oder einem Hauptluftspeicherraum verbunden sind. Ein Windkasten 71 ist beispielsweise in Fig. 5 und 6 gezeigt. Eine konische Kammer 72 ist mit einer jalousieartig abgedeckten Oberseite 73 versehen, um die gewünschten gerichteten Düsenöffnungen 74 zu erhalten, und Luft wird zum Austritt aus den Düsenöffnungen 74 von einem Zuführrohr 75 in die Kammer eingespeist, das über eine Verteilerplatte angeschlossen ist, die die Verbrennungskammer 12 unterteilt.

Die Vorrichtung zum Entfernen von Fremdkörpern aus dem Fließbettverbrennungssystem umfaßt die Entnahmekammer 34, die seitlich über die Seitenwand der Entnahmeseite 32 der Verbrennungskammer 12 vorsteht. Die Kammer 34 wird von einer Decke 35 und einem Boden 36 sowie von drei Seitenwänden 37a, und 37c gebildet. Fließbetteinrichtungen, wie Windkästen 39 ähnlich den Windkästen 71 in der Fließbettverbrennungskammer, sind vorgesehen, um die Mischung aus den inerten Partikeln 14 und den Fremdkörpern 33 von dem der Entnahmeseite 32 benachbarten Ende der Entnahmekammer 34 zum anderen, der Wand 37b benachbarten Ende seitlich zu verschieben. Fließbettluft wird von einer Luftleitung 40a und einem Luftspeicherraum 40b den Windkästen 39 zugeführt.

Ein vertikal nach unten gerichteter, durch ein Rohr gebildeter Kanal 38 ist am äußeren Ende der Entnahmekammer 34 vorgesehen, um eine Mischung M aus den inerten Partikeln 14 und Fremdkörpern 33 aus der Entnahmekammer 34 zu entfernen. Eine Ringöffnung 38a umgibt das obere Ende 38b des Rohres 38, um dieses von Hindernissen und Verstopfungen freizuhalten.

Das untere Ende des Rohres 38 ist an ein Einlaßende 44a einer zur Steuerung des Materialstroms dienenden Windkammer 44 angeschlossen, die durch eine Decke 45, einen Boden 46 und zwei Seitenwände 47 gebildet wird. Die Windkammer 44 ist mit Einrichtungen versehen, mit denen man das untere Ende der Gemischsäule M aus inerten Partikeln 14 und Fremdkörpern 33, die vom Rohr 38 in die Windkammer eintreten, fluidisiert halten kann. Die Fluidisierungseinrichtung weist eine mit Düsenöffnungen versehene, geneigt angeordnete Platte 48 auf, die unmittelbar unterhalb des Rohres 38 angeordnet ist, und einen Windkasten 49, der die restliche Bodenfläche der Kammer 44 überdeckt. Sowohl die Platte 48 als auch der Windkasten 49 weisen Leitflächen und schräg gerichtete Düsenöffnungen für Luft auf, die von Luftzufuhrkanälen 48a bzw. 49a zugeführt wird. Dabei wird der Luftstrom L vom Einlaßende 44a der Kammer 44 unterhalb des Rohrs 38 zum Auslaßende 44b der Kammer 44 gerichtet und gelangt in einen Windsichter 50.

Der Windsichter 50 weist ein vertikales Rohr 51 auf, dessen unteres Ende in einen Sammeltank 52 für Fremdkörper einmündet und dessen oberes Ende zu einer Luftstromabbremseinrichtung 43 führt. Das untere Ende des Rohres 51 taucht in Flüssigkeit ein, beispielsweise in Wasser, das sich in einem Tank oder einem Sammelbehälter 52 befindet, um die Luftverbindungen nach außen durch das untere Ende des Rohres 51 zu unterbrechen. Eine Fördereinrichtung kann vorgesehen werden, deren anfänglicher Aufnahmeteil sich unter dem unteren Ende des Rohres 51 befindet, um Fremdkörper 33 aus dem Tank 52 zu entfernen.

Ein Luftstrom W für den Windsichter 50 wird über ein Luftzuführrohr 51a in das Rohr 51 unterhalb der Windkammer 44 eingeführt. Die Windkammer 44 ist ein Fließbettförderer, der die Abgabe von Material in den Windsichterluftstrom W in Rohr 51 steuert. Der nach oben gerichtete Luftsicherstrom W in Rohr 51 nimmt inerte Partikel 14 vom Auslaßende 44b der Windkammer 44 auf und trägt sie nach oben und erlaubt gleichzeitig den schwereren Fremdkörpern 33, das Rohr 51 hinab in den Tank 52 zu fallen.

Die Luftstromabbremseinrichtung 53 weist eine Struktur auf, mit der die Geschwindigkeit der inerten Partikel 14 herabgesetzt wird, die ursprünglich vom Fließbett B stammen und in dieses zurückzuführen sind. In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform weist die Luftstromabbremseinrichtung 53 einen Rohrabschnitt 54 mit erweitertem Durchmesser nach oben am Rohr 51 auf, ferner einen weiteren Rohrabschnitt 55 mit größerem Durchmesser, der im Winkel in das Rohr 51 bzw. den Rohrabschnitt 54 einmündet. Zur Illustration sei angegeben, daß für ein Luftsichterrohr 51 von 20 cm (8′′) Durchmesser, das einen Luftstrom von 1785 m³/h (1050 cubic feet pro Minute) führt, die Luftstromabbremseinrichtung 53 ein Rohrabschnitt 54 von etwa 1,2 m (4′) Länge und 30 cm (12′′) Durchmesser und einen Rohrabschnitt 55 von etwa 0,8 m (2,5′) Länge und ebenfalls 30 cm (12′′) Durchmesser aufweist.

An verschiedenen Wänden ist Isolation vorgesehen, in verschiedenen Rohren sind Dehnungsverbindungen wegen der erhöhten Temperaturen in der Verbrennungskammer vorgesehen, und es sind Zugangsöffnungen an verschiedenen Stellen vorgesehen, beispielsweise eine Zugangsöffnung 34a zur Entnahmekammer 34 und eine Zugangsöffnung 54a zum Rohr 54 der Luftstromabbremseinrichtung 53.

Fig. 1 illustriert schematisch den Luftversorgungsanschluß an verschiedene Teile des Systems. Eine vom Rohr 17 abgezweigte Luftleitung 61 führt Luft über ein Steuerventil 62 zum Einlaßrohr 40a für die Windkästen 39 der Entnahmekammer 34. Als getrennte Luftversorgung liefert ein Gebläse 63 Luft an die Steuerwindkammer 44 und von dort in das Rohr 51. Diese Luft wird über eine Leitung 64 und über ein Ventil 65 sowie eine Zweigleitung 66 den Fluidisierungsluftrohren 48a und 49a für den Fluidisierungsboden der Windkammer 44 zugeführt. Luft vom Rohr 64 wird durch das Ventil 67 kontrolliert und über das Einlaßrohr 51a dem Windsichterrohr 51 zugeführt.

Nachdem das Bett aus inerten Partikeln 14 erhitzt worden ist, bewegt sich im Betrieb der Erfindung das verbrennbare Material 10 im Bett B aus Partikeln 14, das durch den Luftstrom des Gebläses 16 zum Fließen gebracht ist. Dabei wird das verbrennbare Material auf Zündtemperatur erhitzt, und Verbrennung findet statt. Die Fremdkörper 33 sinken zum Boden des Fließbettes B, werden zur Seite 32 der Verbrennungskammer 12 gefördert und über die Entnahmekammer 34 entfernt. Die Mischung M aus inerten Fließbettpartikeln 14 und Fremdkörpern 33 wird seitlich aus der Entnahmekammer 34 herausbewegt und füllt das Rohr 38 auf. Bei der Fremdkörperentfernung bewegt die Fließbettluft die über die Düsenöffnungen in der Platte 48 und dem Windkasten 49 eingeführt wird, entweder intermittierend oder kontinuierlich die Mischung M zum Abfuhrende 44b der Windkammer 44 in das Rohr 51 des Windsichters. Die schwereren Fremdkörper 33 fallen das Rohr 51 hinab in den Tank 52, während die leichteren, inerten Fließbettpartikel 14 durch den sichtenden Luftstrom W in die Luftstromabbremskammer 53 gehoben werden, wo die Partikel 14 langsamer werden und in den nach unten abgewinkelten Rohrabschnitt 55 gelangen und in die Verbrennungskammer 12 zurückgeführt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Trennen des Gemisches aus Fremdkörpern (33) und feinen, inerten Partikeln (14), die aus einem Fließbett (B), insbesondere einer Verbrennungsanlage, stammen, mit folgenden Schritten:
die Fremdkörper (33) werden zu einer Entnahmeseite (32) des Fließbetts (B) bewegt;
es wird ein Teil des Gemisches aus den Partikeln (14) und den Fremdkörpern (33) aus dem Fließbett (B) abgezogen; dadurch gekennzeichnet,
daß dabei eine im wesentlichen vertikale Gemischsäule (M) aus diesen Partikeln (14) und den Fremdkörpern (33) gebildet wird;
daß der untere Teil der Gemischsäule (M) mit einem von unten eingeführten und seitlich gerichteten Luftstrom (L) zum Fließen gebracht und gesteuert in einen Windsichter (50) eingetragen wird, der das Gemisch aus Partikeln (14) und Fremdkörpern (33) einem im wesentlichen vertikal gerichteten Windsichter-Luftstrom (W) unterwirft, so daß die schweren Fremdkörper (33) in ein Sammelbecken (52) fallen und die leichteren Partikel (14) angehoben und in das Fließbett (B) zurückgeführt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:
ein Fließbettträger (13) ist in einer Fließbettkammer (12) angeordnet und trägt ein Quantum der feinen, inerten Partikel (14);
ein Fluidisierungslufteinlaß (15) mündet unterhalb des Fließbettträgers (13) in die Fließbettkammer (12);
der Fließbettträger (13) richtet die Fluidisierungsluft in seitliche Richtung zu einer Entnahmekammer (34) hin;
ein Entnahmekanal (38) zum Entfernen der Fremdkörper (33) ist an der Entnahmekammer (34) angeordnet;
ein Sammelbehälter oder Becken (52) ist zum Sammeln der Fremdkörper (33) vorgesehen;
eine Partikeltrenn- und -rückführungseinrichtung ist einerseits über den Entnahmekanal (38) mit der Fließbettkammer (12) und andererseits über einen Abfuhrkanal (51) mit dem Sammelbehälter (52) verbunden; gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
unterhalb der Entnahmekammer (34) ist eine Windkammer (44) angeordnet, deren eines (Einlaß-) Ende (44a) mit dem Entnahmekanal (38) und deren anderes (Auslaß-) Ende (44b) mit dem Abfuhrkanal (51) verbunden sind, und deren untere Wand als Fließbettboden (48, 49) mit einer Antriebskomponente zum Auslaßende (44b) ausgebildet ist;
die Windkammer (44) ist Teil der Partikeltrenn- und -rückführungseinrichtung, die einen Windsichter (50) aufweist, der die Partikel (14) oberhalb der Windkammer (44) zurück in die Fließbettkammer (12) fördert und die Fremdkörper (33) in den Sammelbehälter (52) fallen läßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Windsichters (50) eine Luftstromabbremseinrichtung (53) vorgesehen ist, welche verhindert, daß die Partikel (14) weiter mit dem Luftstrom mitgerissen werden und bewirkt, daß die Partikel (14) aus dem Luftstrom ausfallen und über einen Rückführkanal (55) in die Fließbettkammer rückgeführt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Windsichter (50) unterhalb der Einmündung der Windkammer (44) eine Luftstromzuführungseinrichtung (51a) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Öffnungen versehene Platte (48) unmittelbar unterhalb des Entnahmekanals (38) in einer Neigung zu dem Auslaßende (44b) der Windkammer (44) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Entnahmekanal (38) von einer Ringöffnung (38a) zur Zuführung von Luft umgeben ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Windsichter (50) einen ersten, sich im wesentlichen senkrecht erstreckenden Rohrabschnitt (51) umfaßt, der eine seitliche Öffnung zur Bildung des Auslaßendes (44b) der Windkammer (44) aufweist, daß die Luftstromabbremseinrichtung (53) in Fortsetzung des ersten Rohrabschnittes (51) einen zweiten Rohrabschnitt (54) und einen von dem ersten Rohrabschnitt (51) abzweigenden, nach unten abgewinkelten dritten Rohrabschnitt (55) aufweist, und
daß der zweite Rohrabschnitt (54) und der dritte abgewinkelte Rohrabschnitt (55) einen größeren Durchmesser aufweisen als der erste Rohrabschnitt (51).