DE3621090C2 - Gassuspensionsreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gassuspensionsreaktor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum Zeitpunkt der Einführung in das Reaktorgefäß ist die Gasgeschwindigkeit hoch, typischer Weise im Bereich von 20- 35 m/s, während die durchschnittliche Gasgeschwindigkeit über dem Gefäßquerschnitt um einen Faktor 10 niedriger liegt. Jedoch ist die Gasgeschwindigkeit über dem Gefäß­ querschnitt nicht konstant, da sie nahe dem Zentrum viel hoher liegt als die durchschnittliche Gasgeschwindigkeit und entlang der Gefäßwand geringer als die durchschnittli­ che Geschwindigkeit ist. Nahe der Wand ist die Gasge­ schwindigkeit niedriger als die Fallgeschwindigkeit der Ma­ terialpartikel. Folglich fließen Materialpartikel entlang der Wand zum Gefäßboden zurück, wo die Partikel erneut von dem zentralen Gasstrom mitgerissen werden. Infolge dieser internen Materialzirkulation ist die Materialverweilzeit im Reaktor auf das 4-5fache der Gasdurchstromungszeit durch den Reaktor hindurch verlängert.

In einem Reaktor einer annehmbaren Hohe können Verweil­ zeiten zwischen 5 s und 1/2 min erreicht werden, was für beispielsweise die Kalzinierung von Kalziumcarbonat in Ze­ mentrohmaterialien ausreicht.

Bei anderen Verfahren wie beispielsweise beim Kalzinieren von Phosphat oder dem Reduzieren von Eisenerz werden erheb­ lich längere Verweilzeiten im Bereich von 3-5 min benötigt.

Ein zum Trocknen eines feuchten, organischen Materials gedachter Gassuspensionsreaktor, mit dem eine verlängerte Ma­ terialverweilzeit erreichbar ist, ist in der US 2 435 927 of­ fenbart. Dazu weist das Reaktorgefäß des aus dieser Schrift bekannten Reaktors eine Leiteinrichtung in Form eines gegebe­ nenfalls mit Unterbrechungen versehenen Leitblechs, welches sich längs einer Schraubenlinie an der Seitenwand des Reaktor­ gefäßes erstreckt, auf. Mit dieser Leiteinrichtung kann der das Material mitreißende Gasstrom zur Erzeugung einer schraubenförmigen Strömung in Rotation versetzt werden. Durch die Rotationsbewegung wird das Material in Richtung auf die zylindrische Gefäßwand transportiert, wo es abgebremst und entlang der Wand nach unten in Richtung auf den Gefäßboden fällt, so daß die Materialzirkulation innerhalb des Reaktors und damit die durchschnittliche Verweilzeit des Materials im Reaktor verlängert werden kann. Einer unerwünschten Material­ konzentration am Gefäßboden, mit der eine extensive Rückmi­ schung, d. h. eine Durchmischung von fast fertigem Material mit frischem, unbehandeltem Material bewirkt werden könnte, wird bei der bekannten Vorrichtung dadurch entgegengewirkt, daß die wendelförmigen Leitbleche nach unten und innen geneigt sind, so daß das nach unten fallende Material in Richtung auf die Zylinderachse des Reaktorgefäßes abgelenkt und in die nach oben gerichtete Strömung zurückgeführt wird.

Beim Einsatz der bekannten Gassuspensionsreaktoren hat es sich jetzt jedoch gezeigt, daß bei Erhalt einer vergleichs­ weise langen, durchschnittlichen Materialverweilzeit in dem Reaktorgefäß starke Schwankungen der Verweilzeiten einzelner Materialteilchen auftreten.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch einen Gassuspensionsreaktor gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Durch die Rotationsbewegung wird das Material in Richtung auf die zylindrische Gefäßwand transportiert, wo es abge­ bremst wird und entlang der Wand nach unten in Richtung auf den Gefäßboden fällt. Durch diese Vergroßerung der Materi­ alzirkulation innerhalb des Reaktors wird zwar die durch­ schnittliche Materialverweilzeit verlängert; dieser Schritt allein würde jedoch eine unerwünscht hohe Materialkonzen­ tration am Gefäßboden gleichzeitig mit einer extensiven Rückmischung bewirken, d. h. Mischung von fast fertigem be­ handelten Material mit frischem unbehandelten Material.

Dem wird entgegengewirkt durch die Mittel zum Transport des entlang der Gefäßwand herunterfallenden Materials einwärts in Richtung auf die Gefäßachse, wo es erneut in dem schnel­ len Gasstrom suspendiert wird, der in diesem Bereich herrscht. Diese Mittel sind in Intervallen aufwärts durch das Gefäß hindurch angeordnet, und Material, das diese Mit­ tel in der Aufwärtsrichtung passiert hat, d. h. von dem Gas­ strom mitgenommen worden ist, ist nur in der Lage, in einem kleinen Ausmaß dieselben Mittel in Abwärtsrichtung zu pas­ sieren, d. h. entlang der Gefäßwand nach unten zu fallen. Auf diese Weise ist die unerwünscht hohe Materialkonzentra­ tion an der Bodenwand durch eine Anzahl kleinerer lokaler Materialkonzentrationen verteilt über die Länge des Gefäßes ersetzt.

Die Mittel zur Bewirkung der Rotation des das Material mit­ reißenden Gasstroms um die Gefäßachse herum sind Führungsschau­ fel-Fittings, die von der Gefäßwand nach innen vorstehen. Diese Rotation kann, sofern gewünscht, in anderer Weise ergänzt werden, beispielsweise durch Einbla­ sen eines Hilfs-Gasstroms in einer Richtung mit einer tan­ gentialen Komponente zur Gefäßwand.

Der Winkel zwischen der Gefäßachse und der kegelstumpfförmigen Oberfläche soll vorzugsweise nicht größer als 30° sein.

Die Erfindung wird nachfolgend weiter ins Einzelne gehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Materialbehandlungsanlage mit einem Gassuspensionsreaktor,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht von Füh­ rungsschaufeln zum Einsatz in einem Reaktorge­ gefäß,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Ring zum Einsatz in einem gleichen Reaktorgefäß,

Fig. 4 ein Reaktorgefäß mit schematischer Angabe der mög­ lichen Lagen von Abschnitten mit inneren Fittings und

Fig. 5 einen Reaktorgefäßschnitt zur schematischen Angabe der Führungsschaufeln und der ringförmigen inneren Fittings.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage wird das Material in einem Reaktorgefäß 1 behandelt, dessen Boden wärmebehandel­ tes Material über eine Leitung 2 zugeführt wird. Brenn­ stoff für die Behandlung wird dem Gefäßboden an einem Ein­ laß 3, und Luft für die Verbrennung des Brennstoffs und/oder brennbarer Bestandteile in dem Material wird einem zentralen Einlaß im Gefäßboden über eine Leitung 4 zuge­ führt. Das behandeltes Material mitreißende Reaktorabgas wird über eine Auslaßleitung 5 einem Zyklon 6 zugeführt, wo das behandelte Material abgeschieden und über einen Materi­ alauslaß 7 des Zyklons 6 abgeführt wird.

Vom Zyklon 6 aus strömt das Abgas über einen Vorwärmer 8, der schematisch als Block dargestellt ist, der beispiels­ weise eine Anzahl von in Serie angeschlossenen Zyklonen re­ präsentiert.

Das Rohmaterial wird dem Vorwärmer 8 über einen Einlaß 9 zugeführt, und das den Vorwärmer verlassende Gas wird über einen Auslaß 10 einem Abscheider 11 zugeführt, bevor es über eine Leitung 12 in die Atmosphäre abgegeben wird.

Die in Fig. 2 dargestellten Führungsschaufeln bestehen aus vier verhältnismäßig dünnen Schaufeln 20, die entlang einer vertikalen Linie 21 miteinander verbunden sind, die ihrerseits dann, wenn die sie in dem Gefäß angeordnet sind, auf der Gefäßachse liegt. Die Schaufeln sind wie ein Propeller gedreht, wobei die Außenränder 20a der Schaufeln unter 45° aus einer vertikalen Stellung heraus geneigt sind.

Die Führungsschaufeln sind aus einem wärmefesten Material hergestellt oder mit einem solchen beschichtet. Obwohl vier Schaufeln dargestellt sind, können mehr oder weniger als vier Schaufeln verwendet werden, und des weiteren kann der zentrale Teil der Schaufeln, der fast parallel zur Ge­ fäßachse verläuft und der folglich die Gasströmung in einer tangentialen Richtung nicht bedeutend beeinflußt, weggelas­ sen werden, so daß die Führungsschaufeln die Gestalt schrä­ ger Blätter aufweisen, die an der Innenwand des Gefäßes an­ geordnet sind.

Fig. 3 zeigt einen Ring zum Einsetzen in das Gefäß. Der Ring 30, dessen Achse mittels einer strichpunktierten Linie 31 dargestellt ist, ist im Hinblick auf einen solchen Ein­ bau in das Gefäß gestaltet, daß seine Achse mit der Ge­ fäßachse zusammenfällt.

Der Außendurchmesser des Rings entspricht dem Innendurch­ messer des Gefäßes, und die obere Fläche des Rings ist ke­ gelstumpfförmig gestaltet und nach unten entlang eines ima­ ginären Kegels 32 eingeengt, dessen Scheitel auf der Achse liegt. Da der Ring von dem von unten kommenden Gas pas­ siert werden soll, ist seine untere Fläche 33 abgerundet, um den Strömungswiderstand zu reduzieren.

Fig. 4 zeigt, wie eine Anzahl von Führungsschaufeln und Ringe enthaltenden Gefäßabschnitten im Inneren entlang des Reaktors angeordnet sein können, wobei die Abschnitte durch ein "X" gekennzeichnet sind. Die Verteilung der Ringe und Schaufeln kann dieselbe innerhalb jedes Abschnitts sein oder von Abschnitt zu Abschnitt variieren.

Die Abschnitte in Beispiel A sind in gleichen Intervallen in dem Gefäß angeordnet. In Beispiel 3 sind oben und unten zwei zusätzliche Ringe 30 vorgesehen, um zum einen sicher­ zustellen, daß Material, das das Gefäßoberteil erreicht, in Suspension gehalten wird, um so das Gefäß durch dessen Aus­ laß 5 zu verlassen, und zum anderen um sicherzustellen, daß das Material am Gefäßboden in Suspension gehalten wird, um so nicht in den Gaseinlaß 4 herunterzufallen.

In Beispiel C stellt eine große Anzahl von Ringen am Boden des Gefäßes eine reduzierte Materiallast nahe dem Gefäßbo­ den sicher, während am Oberteil des Gefäßes ein Raum ohne innere Fittings belassen ist.

Die Art, in der die Führungsschaufeln 20 mit den Ringen 30 abwechseln, ist entscheidend für die Materialverteilung in dem in Rede stehenden Abschnitt.

Bei dem Beispiel eines Gefäßabschnitts dargestellt in Fig. 5a stellt der doppelte Ring 30 am Boden des Abschnitts sicher, daß das in diesen Abschnitt eingeführte Material nur in einem sehr kleinen Ausmaß nach unten durch den Boden des Abschnitts strömt, während jede nachfolgende Führungs­ schaufel 20 das das Material mitreißende Gas in noch inten­ sivere Rotation versetzt, wodurch das Material gegen die Innenwände des Gefäßes geschleudert wird, um abgeschieden zu werden, und entlang der Wand nach unten fällt, bis es auf einen Ring trifft, der es wieder in den aufwärtsgehen­ den Gasstrom bewegt. Die Konfiguration mit zwei Ringen am Boden und einer Anzahl von Schaufeln weiter oben in dem Ab­ schnitt sorgt für eine Materialverteilung mit abnehmender Materialkonzentration aufwärts durch den Abschnitt.

Bei der Konfiguration nach Fig. 5b ist ein Ring 30 zwischen die Führungsschaufeln 20 mitten in dem Abschnitt einge­ setzt, und tritt eine örtliche Materialkonzentration an diesem Ring auf.

Der in Fig. 5c dargestellte Abschnitt unterscheidet sich von dem einen in Fig. 5b dargestellten dadurch, daß er le­ diglich einen Ring 30 an seinem Boden bzw. Unterteil auf­ weist. Dieses Beispiel kann verwendet werden, wenn ein ge­ wisser Rückstrom der schwereren Materialpartikel zu dem darunter liegenden Teil des Gefäßes gewünscht wird.

Die Verteilung der Ringe und Führungsschaufeln innerhalb eines Abschnitts ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, sondern kann frei gewählt werden, um eine ge­ wünschte Materialverteilung innerhalb des Abschnitts zu er­ reichen. In gleicher Weise können die Ringe und Führungsschaufeln frei in dem Gefäß angeordnet werden, ohne in Abschnitten angeordnet zu sein.

Claims (2)

1. Gassuspensionsreaktor mit einem im wesentli­ chen zylindrischen Gefäß mit im wesentlichen ver­ tikaler Achse und mit einer nach unten und innen geneigten Bodenwand, mit Mitteln zur Einführung von zu behandelndem granulatförmigen Material und Brennstoff in das Gefäß in der Nähe der Bo­ denwand und mit Mitteln zur Einführung eines Gasstroms in das Gefäß zentral nach oben durch die Bodenwand für die Reaktion mit dem Material und/oder zum Ausbrennen des Brennstoffs und für die Suspension des Materials wobei verteilt an Intervallen aufwärts ent­ lang der Innenseite des Gefäßes Mittel vor­ gesehen sind, die den das Material durch das Gefäß mitreißenden Gasstrom um die Gefäßachse in Ro­ tation versetzen, so daß der Gasstrom einer schrau­ benförmigen Bahn folgt, und daß Mittel vorge­ sehen sind, die das entlang der Gefäßwand nach unten fallende Material einwärts in Richtung auf die Gefäßachse bewegen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel für die Rotationsbewegung des Gases Führungsschaufel-Fittings (20) sind, die von der Gefäßwand nach innen vorstehen, und
daß die Mittel zur Einwärtsbewe­ gung des Materials ringförmige Fittings (30) mit je einer kegelstumpfförmigen Fläche (34) und einer unten abgerundeten Fläche (33) sind und die Fläche (34) nach innen und unten geneigt ist, wobei der Kegel­ scheitel im wesentlichen auf der Gefäßachse liegt.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Winkel zwi­ schen der Gefäßachse und der kegelstumpfförmi­ gen Fläche (34) nicht größer als 30° ist.