DE3741935A1 - Verfahren zum steuern der kuehlwirkung eines partikelkuehlers fuer einen zirkulierenden wirbelschichtreaktor und regelbarer partikelkuehler - Google Patents

Verfahren zum steuern der kuehlwirkung eines partikelkuehlers fuer einen zirkulierenden wirbelschichtreaktor und regelbarer partikelkuehler

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Mittel zum Steuern der Kühlwirkung bei einem zirkulierenden Wirbelschichtreak­ tor. Die Wirbelschicht zirkuliert durch eine Reaktionskammer, Partikelabscheidemittel und einen Partikeldurchflußbegrenzer mit Fluidisierungsmitteln.
Partikelkühler der genannten Gattung sind bekannt, zum Bei­ spiel aus der EP 00 93 063, sie werden verwendet, um den Wärme-Output in der Kette - Reaktionskammer - Partikelab­ scheider - Reaktionskammer - zu steuern und/oder die Be­ triebstemperatur in der Reaktionskammer einzustellen. Bei bekannten einstellbaren oder steuerbaren Partikelkühlern wird der aus dem Abscheider kommende Partikelstrom in zwei ge­ trennte Ströme aufgeteilt: Ein Strom wird unmittelbar in die Reaktorkammer zurückgeleitet, der andere Strom wird zum Partikelkühler geführt. Dieses Aufspalten der Partikelströme erfordert besondere Investitionen und Maßnahmen zur Bereit­ stellung von Leitungen und Ventilen. Ein Problem bei der be­ kannten Anordnung mit geteilten Partikelströmen liegt in der Dimensionierung der Größe des Partikelkühlers. Wenn der Par­ tikelkühler für eine geringe Reduzierung der Temperatur im Partikelstrom (Mischtemperatur) bei vollem Wärme-Output aus dem Kühler ausgelegt ist, dann führt eine Verminderung des Partikelstroms, z. B. wenn die Last reduziert wird, zu einer zunächst vermehrten Abnahme der Temperatur im Partikelstrom, jedoch wird der Wärme-Output aus dem Partikelkühler kaum be­ rührt. Eine Verminderung des Output wird erst nach einer we­ sentlichen Verminderung in dem Temperaturunterschied (T Partikel - T Kühlmedium ) erzielt. Um diese Steuerschwierig­ keit zu vermeiden, kann der Partikelkühler für eine größere Verminderung der Temperatur in dem Partikelstrom dimensio­ niert sein, z. B. kann lediglich ein kleiner Anteil des Ge­ samtpartikelstroms durch den Partikelkühler geleitet werden, selbst bei Vollast. Dies führt zu einer besseren Einstellbar­ keit. Jedoch ergibt sich dann ein Nachteil darin, daß eine größere Kühloberfläche erforderlich ist, um eine Kompensation für den verminderten Temperaturunterschied während des Be­ triebslaufs zu erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern der Kühlwirkung eines Partikelkühlers anzugeben. Des weiteren wird ein kompakter Partikelkühler mit relativ gerin­ gerer Wärmetauschoberfläche angegeben, der durch ein einziges Ventil steuerbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme-Output aus dem Partikelkühler durch Verändern des Partikelniveaus in dem Kühler geregelt wird.
Der erfindungsgemäße Partikelkühler ist dadurch gekennzeich­ net, daß er hinter bzw. nach dem Strömungsbegrenzer und dem Partikelabscheider angeordnet und lediglich eine Partikel­ strömungspassage zwischen dem Begrenzer und der Reaktionskam­ mer vorgesehen ist und in ihm Kühlrohre auf verschiedenen vertikalen Ebenen angeordnet sind und daß Steuermittel zum Steuern des Partikelstroms zum Aufrechterhalten eines Parti­ kelniveaus im Kühler vorgesehen sind, wobei dieses Niveau einstellbar ist.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung umfaßt der Partikelkühler einen Bypass- oder Nebenkanal für die Wirbelschichtpartikel und zwar zwischen dem Strömungsbe­ grenzer und den Kühlrohren.
Vorzugsweise weist der Partikelkühler Fluidisierungsmittel auf. Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels umfaßt der Partikelkühler einen Überlaufabfluß oberhalb des Niveaus der Kühlrohre. Wenn der Einlaß aus dem Strömungsbegrenzer zum Kühler so hoch über dem Überlaufabfluß angeordnet ist, daß die Partikel frei an den Kühlrohren vorbeiströmen können, sind diese vollständig von den Partikel bedeckt. Dadurch ist es möglich, die Kühloberfläche in dem Partikelkühler durch Absperren des Fluidisierungsgases zum Partikelkühler hin und Schließen der Strömungsregulierungsmittel zu begrenzen. Die Strömungsregulierungsmittel sind vorzugsweise nicht mecha­ nisch.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der einzi­ gen Zeichnung näher im Detail beschrieben. Die Zeichnung zeigt ein schematische Darstellung eines Reaktors mit einem zirkulierenden Wirbelschichtverbrennungssystem mit Reaktions­ kammer 10, Zyklon 15, Strömungsbegrenzer 16 und Partikelküh­ ler 19.
Die Reaktionskammer 10 umfaßt einen Ofen, welchem über eine Öffnung 11 Fluidisierungsgas zugeführt wird. Eine Verteiler­ platte 12 verteilt das Fluidisierungsgas über den Boden des Ofens und ist mit einem Auslaß 13 für Asche und verbrauchtes Bettmaterial versehen. Das Fluidisierungsgas hebt das Bettma­ terial, das aus Treibstoff, Kalkstein, Asche und Sand be­ steht, wobei die kleineren dieser Partikel durch die Wir­ belschichtströmung mit dem Abgas durch die Reaktionskammer 10 zu einem Auslaß 14 am oberen Ende der Kammer gefördert wer­ den.
Die Hauptmenge der Partikel wird von dem Abgas mittels eines Zyklonabscheiders 15 getrennt und bei einem Strömungsbegren­ zer 16 gesammelt, der verhindert, daß Gas aus dem Ofen zum Zyklon 15 zurückströmt. Die in dem Strömungsbegrenzer 16 an­ gesammelte Partikelmenge wird durch Gas fluidisiert, das über die Öffnung 17 eingeleitet und von einer Platte 18 verteilt wird; anschließend strömen die Partikel in einen Partikelküh­ ler 19. Der Strömungsbegrenzer ist des weiteren mit einem normalerweise geschlossenen Abfluß 20 ausgestattet.
Der Partikelkühler 19 nimmt normalerweise das gesamte Mate­ rial, das vom Zyklon 15 abgeschieden wurde, auf. Er ist mit einer Anzahl von Kühlrohren 11, in denen ein Kühlmittel zir­ kuliert, ausgestattet, wobei diese Rohre auf verschiedenen vertikalen Ebenen in dem Kühler verteilt sind. Zwischen den Rohren und dem Strömungsbegrenzer ist ein vertikaler Bypass oder Nebenkanal vorgesehen, der dem gesamten Bettmaterial, das aus dem Strömungsbegrenzer 16 kommt, ermöglicht, ohne in Kontakt mit den Kühlrohren zu treten, an diesen vorbeizu­ fließen. Der Bypass 22 mündet in eine Leitung 23, die ein L- Ventil bildet und zum Boden der Reaktionskammer 10 führt. Über Steuermittel 24 wird dem L-Ventil Gas zugeführt, wodurch eine genaue Steuerung des Partikelflusses möglich ist. Die Steuermittel 24 sind über eine elektrische Leitung 25 mit ei­ nem Temperaturfühler 26 in der Reaktionskammer 10 verbunden. Dieser Sensor fühlt die Temperatur in dem Ofen. Das oben be­ schriebene System ermöglicht es, die Menge der Partikel in dem Partikelkühler zu steuern, so daß die Rohre mehr oder we­ niger in Kontakt mit dem warmen Material treten können. Die Temperatur des Materials, das zu der Reaktionskammer rezirku­ liert wird, kann auf diese Weise verändert werden und somit auch die Temperatur in der Kammer 10 selber. Die Partikel weisen gewöhnlich eine Temperatur von ca. 850°C auf und wer­ den mittels eines Gases fluidisiert, das über eine Öffnung 27 und durch eine Platte 28 verteilt dem Kühler 19 zugeleitet wird.
Eine Änderung der Bettemperatur in der Kammer 10, z. B. als Ergebnis eines Lastwechsels führt, automatisch zu einer Ände­ rung der Höhe H des Partikelniveaus in dem Kühler 19, wobei der Sensor 26 im Ofen die Temperatur fühlt und die Steuermittel 24 entsprechend beaufschlagt. Dadurch verändert sich der Durchfluß in der Leitung 23 vorübergehend; wenn das Partikel­ niveau im Kühler 19 entsprechend der neuen Situation einge­ stellt ist, kehrt die Strömung in der Leitung 13 zum Normal­ zustand zurück, d. h. sie wird gleich der Strömung aus dem Strömungsbegrenzer 16. Wenn die Last zunimmt, erhöht sich das Niveau im Kühler infolge einer momentanen Strömungsverminde­ rung, bis ein gewünschtes Niveau und ein gewünschter Output erzielt ist.
Da das gesamte Bettmaterial stets durch den Partikelkühler 19 hindurchströmt, ist die Temperaturverminderung der Partikel relativ gering, wobei der Temperaturunterschied (T Partikel - T Kühlmittel ) groß ist im Vergleich zur konventionellen Tech­ nik, bei der ein Teilfluß zum Kühler eingestellt wird. Im üb­ rigen ist der Output aus dem Partikelkühler direkt proportio­ nal zur Höhe h des Partikelniveaus.
Der Partikelkühler 19 ist mit einem Überlaufauslaß 29 ausge­ stattet, der in die Reaktionskammer 10 führt. Wenn der Parti­ kelkühler maximal ausgenutzt wird, kann eine mögliche Über­ menge über den Überlauf 29 abfließen, der somit als Sicher­ heitsventil gegen Überfüllung dient.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausfüh­ rungsform beschränkt, sondern umfaßt verschiedene Veränderun­ gen, die im Schutzbereich der Ansprüche möglich sind. Bei­ spielsweise kann ein mechanisches Ventil 9 das L-Ventil in der Leitung 23 ersetzen. Auch können andere Mittel als der Sensor 26 zum Steuern und Einregeln der Niveauhöhe H der Partikel im Kühler 19 vorgesehen sein.

Claims (6)

1. Verfahren zum Steuern der Kühlwirkung eines Partikelküh­ lers in einem Reaktor für eine zirkulierende Wirbel­ schicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme-Output aus dem Partikelkühler durch Verändern des Partikelniveaus in dem Kühler geregelt wird.
2. Partikelkühler für einen Warmwasser- oder Dampfbereiter, mit einer in einer Reaktionskammer zirkulierenden Wir­ belschicht, Partikelabscheidemittel, Partikelströmungs­ begrenzer und Fluidisierungsmitteln, wobei der Partikel­ kühler nach dem Strömungsbegrenzer und dem Partikelab­ scheider angeordnet und der einzige Partikelströmungsweg zwischen dem Begrenzer und der Reaktionskammer ist und Kühlrohre mit einem Kühlmittel aufweist, die auf ver­ schiedenen vertikalen Ebenen angeordnet sind und mit Mitteln zum Steuern des Partikelstroms zum Aufrechter­ halten eines Partikelniveaus in dem Kühler, wobei das Niveau einstellbar ist.
3. Partikelkühler nach Anspruch 2, mit einem Bypass für die Partikel zwischen dem Strömungsbegrenzer und den Kühl­ rohren.
4. Partikelkühler nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß darin Fluidisierungsmittel vorge­ sehen sind.
5. Partikelkühler nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des höchsten Niveaus der Kühlmittelrohre ein Überlauf­ auslaß vorgesehen ist.
6. Partikelkühler nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Steuern und Einregeln der Strömung nicht mechanisch sind.
DE3741935A 1986-12-11 1987-12-10 Verfahren zum Steuern der Kühlwirkung eines Partikelkühlers für einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor und regelbarer Partikelkühler Expired - Lifetime DE3741935C2 (de)

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