DE3712166A1 - Verfahren und vorrichtung zur verteilung von fluidisierungsgas in einem wirbelschichtreaktor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Verteilung des Fluidisierungsgases in einem Wirbel­ schichtreaktor, in dem das Gas der Wirbelschicht durch mehrere, in einer Verteilerscheibe angeordnete, hauptsächlich vertikale Rohre zugeführt wird, die an einem Ende ein Düsenteil aufweisen.

Dem Wirbelschichtreaktor liegt ein Prinzip zugrunde, nach dem Gas durch den im Reaktor befindlichen Feststoff geblasen wird, um diesen in Schwebezustand zu versetzen. In der Regel enthält das Gas auch Sauerstoff, der für den Verbrennungsprozeß benötigt wird. Um das Trägergas gleichmäßig auf den gesamten Reaktor­ querschnitt zu verteilen, wird das Gas in den Reaktor durch eine Verteilerscheibe eingeblasen, die mehrere Öffnungen aufweist. Zur Zuführung des Gases in die Wirbelschicht können mit den Öffnungen der Verteilerscheibe verbundene Düsen eingesetzt wer­ den, die aus einem vertikalen Rohr und einem gelochten Düsenteil bestehen, wie z. B. in der SE-Patentanmeldung 84 00 529-7 dargestellt.

Die Menge des Trägergases wird entsprechend der Belastung des Reaktors eingestellt. Eine Änderung des Gasdurchsatzes bringt eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit an der Perforation des Düsenteils mit sich. Eine hohe Strömungsgeschwindigkeit hat einen großen Druckverlust und damit eine hohe Leistungs­ aufnahme zur Folge, und eine geringe Geschwindigkeit verursacht Verstopfung der Lochung. Dies beschränkt den Regelbereich des Reaktors.

Aus der dem Stand der Technik entsprechenden DE-Patentanmeldung 21 52 401 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Trägergas den verschiedenen Abschnitten der Wirbelschicht durch eine Verteiler­ scheibe, in zwei Teilströme aufgeteilt, zugeführt wird. Durch das vorgeschlagene System soll die Regelung der Wärmeübertragung bei Belastungsänderungen des Reaktors ermöglicht werden.

Durch die Erfindung sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verteilung des Trägergases in einem Wirbelschichtreaktor ge­ schaffen werden, die einen großen Regelbereich ermöglichen. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, das in erster Linie dadurch gekennzeichnet ist, daß das Trägergas ver­ anlaßt wird, durch die Strömungskanäle als zwei getrennt gere­ gelte, konzentrische Ströme zu fließen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dagegen wird dadurch gekennzeichnet, daß um die das Gas in die Reaktorkammer führenden Rohre herum ein zweites, kon­ zentrisches Rohr angeordnet ist, das mit dem erstgenannten einen zweiten, der Reaktorkammer das Gas zuführenden Strömungskanal bildet, der in die Reaktorkammer in der Nähe des Düsenteils mündet.

Im folgenden wird die Erfindung detailliert beschrieben, wobei auf die Anwendungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen wird.

Fig. 1 zeigt einen Wirbelschichtreaktor im schematischen Ver­ tikalschnitt.

Fig. 2 zeigt den Ausschnitt A aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

In Fig. 1 bezeichnet die Positionsnummer 1 einen Wirbel­ schichtreaktor, der eine Reaktorkammer 2, eine obere Verteiler­ scheibe 3 und eine untere Verteilerscheibe 4 sowie darunter ange­ ordnete Luftkammern 5 und 6 umfaßt. Wie es aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist ein den Öffnungen 7 der unteren Verteilerscheibe 4 jeweils ein senkrechtes Rohr 8 angeordnet, das am oberen Ende ein mit Öffnungen 9 bestücktes Düsenteil 10 aufweist. Um das Rohr 8 herum ist ein mit den Öffnungen 11 der oberen Verteilerscheibe verbundenes konzentrisches Rohr 12 angeordnet.

Das Außenrohr 12 bildet mit dem Innenrohr 8 einen, die Luftkammer 5 mit der Reaktorkammer verbindenden Strömungskanal 13, und sein oberes Ende bildet eine Strömungsöffnung 14 mit dem Düsenteil 10. Die Luftkammer 6 dagegen steht über das Innenrohr 8 in Verbindung mit der Reaktorkammer 2.

In einem bestimmten Lastbereich, z. B. von 30 bis 70%, wird die zur Aufwirbelung der in der Reaktorkammer 2 befindlichen Wirbel­ schicht benötigte Gasmenge durch die Öffnungen 9 des Düsen­ teils 10 der Wirbelschicht zugeführt, wobei die Strömungs­ öffnung 9 so bemessen werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit auch an der unteren Grenze des Lastbereiches noch so groß ist, daß sie nicht verstopft werden. Das Trägergas fließt dann in die Reaktorkammer 2 aus der Luftkammer 6, der das Gas durch einen Zulaufkanal 17 zugeführt wird. Das durch die Öffnungen 9 ausströmende Gas und das Schwebegut verhindern ein Verstopfen des Strömungskanals 13 zwischen Außen- 12 und Innenrohr 8, auch wenn dadurch gar kein oder nur geringe Mengen des Gases fließen. Bei Belastungs­ änderungen ändert sich der Druck in der Luftkammer 6, der mit einem darin befindlichen Geber 19 erfaßt wird. Erreicht der Druck in der Luftkammer 6 einen 70% der Belastung entsprechenden Wert, wird das in dem zur Luftkammer 6 führenden Kanal 15 angeordnete Regelventil 20 geöffnet, wodurch Gas in die Luft­ kammer 5 und durch die Außenrohre 12 in die Reaktorkammer 2 fließt. Bei einer Belastungsänderung von 70% auf 100% bleiben sowohl der Druck in der Luftkammer 6 als auch die durch das Innenrohr 8 eingegebene Gasmenge konstant; nur die durch die Strömungs­ kanäle 13 zwischen den Außen- 12 und Innenrohren 8 in die Wirbelschicht eingeblasene Gasmenge wird größer, wobei auch der mit den Gebern 16 erfaßte Druck in der Luftkammer 5 ansteigt. Entsprechend geht der Druck in der Luftkammer 5 bei einer Belastungsänderung von 100% auf 70% zurück, bis er einen vorgegebenen Mindestwert erreicht und die weitere Regelung mittels einer Regel­ einrichtung 18 im Zulaufkanal 17 der Luftkammer 6 erfolgt.

Da die Öffnungen 9 und 14 nah beieinander liegen, führen sie Trä­ gergas ein und demselben Abschnitt der Wirbelschicht zu, deren Turbulenz-Intensität sich somit in weiten Grenzen ändern läßt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, das Fluidisierungsgas gleichmäßig auf die Fläche des gesamten Reaktor-Querschnitts zu verteilen, wobei die Gasmenge in weiten Grenzen variiert. Das Gas, z. B. Luft, kann in die Rohre 15 und 17 durch ein gemeinsames oder getrenntes Gebläse eingegeben werden.

Die Erfindung ist nicht auf die als Beispiel angeführte Ausfüh­ rungsform beschränkt, sondern es sind verschiedene Abwandlungen und Anwendungen im Sinne des Erfindungsgedankens möglich.

Claims (6)

1. Verfahren zur Verteilung von Fluidisierungsgas in einem Wirbelschichtreaktor, wobei das Fluidisierungsgas der Wirbel­ schicht von unten, durch mehrere die Verteilerscheibe durch­ laufende Strömungskanäle, infolge der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Gasraum unter der Verteilerscheibe und dem Druck im Reaktor zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas veranlaßt wird, die Strömungskanäle als zwei getrennt regelbare konzentrische Ströme zu durchfließen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Menge des der Wirbelschicht zugeführten Gases geregelt wird, indem der Druck nur des einen Gasraumes auf einen vorgegebenen Wert und danach ausschließlich der des anderen geändert wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß beide Gasströme ein und demselben Abschnitt der Wirbelschicht zugeführt werden.

4. Verfahren zur Verteilung des Fluidisierungsgases in einem Wirbelschichtreaktor, der mehrere in einer Verteilerscheibe (47 angeordnete senkrechte Rohre ( 8) aufweit, die die der Reaktor­ kammer (2) Gas zuführenden Strömungskanäle bilden, und an deren Ende sich ein mit einer oder mehreren Öffnungen (9) bestücktes Düsenteil (10) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß um die genannten Rohre (8) herum jeweils ein zweites konzentrisches Rohr (12) angeordnet ist, das mit dem erstgenannten einen zweiten, der Reaktorkammer Gas zuführenden Strömungskanal (13) bildet, der in der Nähe des Düsenteils (10) mündet.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das äußere Rohr (12) mit dem Düsenteil (10) eine bzw. mehrere Austrittsöffnungen (14) bildet.

6. Düse gemäß Anspruch 4-5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Reaktorkammer (2) über ein Innenrohr (8) mit einer unterhalb der unteren Verteilerscheibe (4) befindlichen Luftkammer (6) und über ein Außenrohr (5) mit einer Luftkammer unterhalb der oberen Verteilerscheibe (3) verbunden ist.