DE3517986C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Die Wirbelschichttechnik wird seit langem bei Röst­ anlagen und heute in zunehmendemMaße auch bei verschiede­ nen anderen Reaktoren wie Verbrennungs- und Vergasungsan­ lagen angewandt. Bei den bekannten Anwendungsfällen erfolgt die Abtrennung der Feststoffe aus dem aus dem Reaktor aus­ tretenden Gasfeststoffgemisch in einem konventionellen, im unteren Teil trichterförmigen und darüber zylindrischen Zyklonabscheider (siehe Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 3. Auflage (1951), erster Band, Seiten 366 bis 374). In die zylindrische Wirbelkammer des Zyklonabscheiders ragt von oben ein die Gase nach oben ableitendes Gasaustrittsrohr. Der sich an der Wand des Zyklonabscheiders ansammelnde Fest­ stoff rutscht nach unten und wird über ein vom unteren Ende des trichterförmigen Teils ausgehendes Fallrohr und eine Gassperre in den Wirbelschichtreaktor zurückgeführt. Die Gassperre soll verhindern, daß Reaktorgase durch das Fallrohr in den Zyklonabscheider strömen. Als Gassperre dieser Art dient meistens eine mechanische Sperrvorrichtung oder, bei weiterentwickelten Anlagen, eine Sperre mit in einem U-Rohr schwebendem Sand.

Mechanische Gassperren werden vor allem in Betriebs­ zuständen höherer Temperatur schnell abgenutzt und weisen oft Betriebsstörungen auf.

Bei den Sperren mit U-Rohr strömt ein Teil der zur Aufwirbelung benötigten Luft im Fallrohr des Zyklonabschei­ ders aufwärts und gelangt wieder in diesen, wobei leichtes und feinkörniges Material mitgerissen wird und der Abschei­ dungseffekt für dieses Material verschlechtert wird. Außer­ dem wird die Förderkapazität des Fallrohrs durch den stei­ genden Gasstrom herabgesetzt.

Ein weiterer Grund für die Notwendigkeit einer Gas­ sperre ist die bei konventionellen Zyklonabscheidern be­ kannte Erscheinung, daß in der Mitte ein hoher Unterdruck und eine hohe axiale Strömungsgeschwindigkeit entstehen. Der konventionelle Zyklonabscheider ist daher geneigt, aus dem Fallrohr zu saugen. Die entstehende Saugströmung weist in der Regel keine Umfangskomponente auf, wodurch der von ihr mitgeführte Feststoff nicht radial nach außen getrieben, sondern durch das Gasaustrittsrohr des Zyklonabscheiders hinausgefördert wird. Auch zur Unterbindung dieser Saug­ strömung ist eine Gassperre erforderlich.

Dies alles führt dazu, daß insbesondere bei Hoch­ temperaturreaktoren das Rückführsystem kompliziert und teuer wird.

Bei Dampfkesselanwendungen führt der Einsatz eines konventionellen Zyklonabscheiders insofern zu einer ungün­ stigen Konstruktion, weil der Kessel durch den konventionel­ len Zyklonabscheider in eine getrennte Brennkammer und einen dem Zyklonabscheider nachgeschalteten Konvektionsteil geteilt wird, zwischen denen die Rückführvorrichtungen für den Feststoff angeordnet sind.

Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen ein konven­ tioneller Zyklonabscheider in den Wirbelschichtreaktor selbst eingebaut wird, so daß das ganze Rückführsystem für den Feststoff innerhalb des Wirbelschichtreaktors angeordnet ist. Als große Nachteile treten bei diesem System Probleme in bezug auf Korrosion und Erosion des Zyklonabscheiders auf, weil für dessen Stützkonstruktion mit einfachen Mitteln keine Kühlung vorgesehen werden kann. Auch leidet auch dieses System an der den konventionellen Zyklonabscheidern eigenen Empfind­ lichkeit gegen Saugströmungen im Gasaustrittsrohr.

Eine dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechende Ausführungsform ist Gegenstand der DE-OS 32 25 509. Bei die­ ser Ausführungsform ist neben dem oberen Teil des Wirbel­ schichtreaktors eine Wirbelkammer mit vertikaler Achse an­ geordnet, in die das aus dem oberen Teil des Wirbelschicht­ reaktors seitlich austretende Gasfeststoffgemisch tangential einmündet. Am unteren Ende der Wirbelkammer ist eine Verbin­ dung zum Wirbelschichtreaktor vorgesehen, durch die die ab­ geschiedenen Feststoffe in diesen zurückführbar sind. Die Gase werden durch ein vom Umfang der Wirbelkammer ausgehen­ den Gasaustrittsrohr nach unten abgeführt.

Diese Ausführungsform ist zur Abscheidung größerer Feststoffmengen nicht geeignet, u. a. auch, weil nur eine ein­ zelne Abscheidungsstufe vorgesehen und möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundelie­ genden Art so auszugestalten, daß bei verringertem baulichen Aufwand ein hoher Abscheidungswirkungsgrad möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wieder­ gegebene Erfindung gelöst.

Es ist hierdurch eine zweistufige Abscheidung erreicht, wobei die beiden Stufen durch die horizontale Anordnung der Wirbelkammern im Bereich des oberen Endes des Wirbelschicht­ reaktors verbleiben. Den Wirkungsgrad beeinträchtigende Saugströmungen treten nicht auf. In der ersten Stufe werden grobe, erosive Partikel bei kleineren Umfangsgeschwindig­ keiten und in der folgenden Stufe kleinere Partikel bei grö­ ßeren Umfangsgeschwindigkeiten abgeschieden.

Die Erfindung ist nicht auf zwei Stufen beschränkt, sondern kann auch in mehr Stufen verwirklicht werden.

Strömungstechnisch unterscheidet sich die erfindungs­ gemäße Vorrichtung vom konventionellen Zyklonabscheider ins­ besondere dadurch, daß der Feststoff vom Gasstrom (1 bis 10% der Gase) gefördert bzw. unterstützt in den Wirbelschicht­ reaktor zurückgeführt wird. Weil sich die Austrittsstelle für den Feststoff wegen der horizontalen Anordnung am Umfang der Wirbelkammern befindet, wo die Geschwindigkeit des Feststoffes am größten ist, wird ein guter Abscheidungsgrad erreicht. Die Vorrichtung ist insbesondere für Wirbelschichtreaktoren mit sogenannter zirkulierender Wirbelschicht geeignet, bei der das Gasfeststoffgemisch im oberen Bereich des Wirbelschicht­ reaktors größere Mengen an Feststoffen enthält als beim kon­ ventionellen Wirbelschichtreaktor mit ausgeprägter Grenz­ schicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen kompakten Aufbau auf. Dehnungsfugen zwischen den verschiedenen Bau­ gruppen können vermieden werden. Ein mit der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung ausgerüsteter Wirbelschichtreaktor läßt sich ohne erhebliche Mehrkosten druckbeaufschlagen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch einen Wirbel­ schichtreaktor mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie B-B in Fig. 1.

Die Bezugszahl 1 bezeichnet einen aufrechten Wirbel­ schichtreaktor als Ganzes, aus dessen Oberteil austretendes Gasfeststoffgemisch über einen Eintrittskanal 3 tangential in die erste Wirbelkammer 2 einer mit zwei horizontalen, ne­ beneinander angeordneten Wirbelkammern 2, 10 versehenen, als Ganzes mit 4 bezeichneten Abscheidevorrichtung eingeleitet werden. Der am Umfang der Wirbelkammer 2 abgeschiedene Fest­ stoff tritt durch eine dort befindliche Öffnung 5 aus der Wirbelkammer 2 aus und strömt durch einen in die Wirbelkammer 2 an der Öffnung 5 tangential einmündenden Rückführkanal 6 in den Wirbelschichtreaktor 1 zurück. An der in Fig. 2 rech­ ten Begrenzung 7 der Wirbelkammer 2 ist ein Gasaustritt 8 vorgesehen, der unmittelbar in die konzentrische, die gleiche horizontale Achse aufweisende zweite Wirbelkammer 10 mündet. In der Wirbelkammer 10 erfolgt eine zweite Abscheidung von Feststoff aus dem noch rotierenden Gasfeststoffgemisch. Der am Umfang der zweiten Wirbelkammer 10 ausgeschiedene Feststoff verläßt durch eine an dem Umfang vorgesehene Öffnung 15 die Wirbelkammer 10 und wird über einen tangentialen Rückführkanal 11 dem Wirbelschichtreaktor wieder zugeführt oder wahlweise über einen Ablaufkanal 12 aus dem System abgeleitet.

Die vom Feststoff befreiten Gase strömen durch eine Öffnung 14 an der Stirnseite 13 der zweiten Wirbelkammer 10 in den Konvektionsteil 9.

Statt durch relativ schmale Rücklauf- bzw. Rückführkanäle 6, 11 kann der Feststoff auch durch eine sich über die gesamte Breite der Wirbelkammern 2, 10 erstreckende Öffnung und einen damit verbundenen Rücklaufkanal oder mehrere nebeneinander ange­ ordnete Öffnungen und Rücklaufkanäle aus den Wirbelkammern ausgetragen werden.

Falls der in den Wirbelschichtreaktor 1 zurückzu­ führende Feststoff abgekühlt werden soll, kann für die Rück­ laufkanäle 6, 11 ein Kühlmantel vorgesehen werden. Die Rück­ laufkanäle 6, 11 können auch mit Ventilen bestückt werden, so daß ein Teil der Rücklaufkanäle abgesperrt werden kann. Die Anschlußstellen der Rücklaufkanäle 6, 11 lassen sich im Wirbelschichtreaktor 1 in verschiedenen Höhen anbringen, wo­ durch der Feststoff an jeweils gewünschten Stellen wieder eingespeist werden kann.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Abscheidung des Feststoffs aus den Abgasen eines Wirbelschichtreaktors und zur Rückführung des Feststoffs in den Wirbelschichtreaktor,
   mit einer am oberen Teil des Wirbelschichtreaktors angeordneten Wirbelkammer,
   mit einem Eintrittskanal, durch den das aus dem oberen Teil des Wirbelschichtreaktors austretende Gasfeststoff­ gemisch tangential in diese erste Wirbelkammer eintritt,
   mit einem vom Umfang dieser Wirbelkammer ausgehenden, in den Wirbelschichtreaktor führenden Rückführkanal für den Feststoff,
   sowie einem Gasaustritt,
   dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wirbelkammer (2) horizontal angeordnet ist und deren Gasaustritt (8) gleichzeitig den Gaseintritt für eine weitere Wirbelkammer (10) kleineren Durchmessers bildet, wobei diese weitere Wirbelkammer (10) konzentrisch zur ersten Wirbelkammer (2) angeordnet ist und wobei vom Umfang der weiteren Wirbelkammer (10) ein zweiter Rückführkanal (11) in den Wirbelschichtreaktor (1) führt.