DE3741935C2 - Verfahren zum Steuern der Kühlwirkung eines Partikelkühlers für einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor und regelbarer Partikelkühler - Google Patents

Verfahren zum Steuern der Kühlwirkung eines Partikelkühlers für einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor und regelbarer Partikelkühler

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Kühlwirkung eines Partikelkühlers bei einem Wirbelschichtreaktor und einen mit diesem Verfahren steuerbaren Partikelkühler. Die Wirbelschicht zirkuliert durch eine Verbrennungskammer, einen Partikelabscheider und einen Partikeldurchflußbegrenzer mit Fluidisierungsmitteln.
Partikelkühler der genannten Gattung sind bekannt, zum Beispiel aus der EP 00 93 063, sie werden verwendet, um den Wärme-Output in der Kette - Verbrennungskammer - Partikelabscheider - Verbrennungskammer - zu steuern und/oder die Betriebstemperatur in der Verbrennungskammer einzustellen. Bei bekannten einstellbaren oder steuerbaren Partikelkühlern wird der aus dem Abscheider kommende Partikelstrom in zwei getrennte 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 Bereitstellung von Leitungen und Ventilen. Ein Problem bei der bekannten Anordnung mit geteilten Partikelströmen liegt in der Dimensionierung der Größe des Partikelkühlers. Wenn der Partikelkühler 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 berührt. Eine Verminderung des Output wird erst nach einer wesentlichen Verminderung in dem Temperaturunterschied (TPartikel - TKühlmedium) erzielt. Um diese Steuerschwierigkeit zu vermeiden, kann der Partikelkühler für eine größere Verminderung der Temperatur in dem Partikelstrom dimensioniert sein, z. B. kann lediglich ein kleiner Anteil des Gesamtpartikelstroms durch den Partikelkühler geleitet werden, selbst bei Vollast. Dies führt zu einer besseren Einstellbarkeit. Jedoch ergibt sich dann ein Nachteil darin, daß eine größere Kühloberfläche erforderlich ist, um eine Kompensation für den verminderten Temperaturunterschied während des Betriebslaufs zu erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern der Kühlwirkung eines Partikelkühlers anzugeben. Des weiteren soll ein kompakter Partikelkühler mit relativ geringer Wärmetauschoberfläche angegeben werden, 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 durch die Merkmale des Anspruchs 2 gekennzeichnet.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt der Partikelkühler einen Bypass- oder Nebenkanal für die Wirbelschichtpartikel und zwar zwischen dem Strömungsbegrenzer und den Kühlrohren.
Vorzugsweise weist der Partikelkühler Fluidisierungsmittel auf. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 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 Partikeln 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 mechanisch.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der einzigen Zeichnung näher im Detail beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines Reaktors mit einem zirkulierenden Wirbelschichtverbrennungssystem mit Verbrennungskammer 10, Partikelabscheider 15, Strömungsbegrenzer 16 und Partikelkühler 19.
Die Verbrennungskammer 10 umfaßt einen Ofen, welchem über eine Öffnung 11 Fluidisierungsgas zugeführt wird. Eine Verteilerplatte 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 Bettmaterial, das aus Treibstoff, Kalkstein, Asche und Sand besteht, wobei die kleineren dieser Partikel durch die Wirbelschichtströmung mit dem Abgas durch die Verbrennungskammer 10 zu einem Auslaß 14 am oberen Ende der Kammer gefördert werden.
Die Hauptmenge der Partikel wird von dem Abgas mittels eines Partikelabscheiders 15 getrennt und bei einem Strömungsbegrenzer 16 gesammelt, der verhindert, daß Gas aus dem Ofen zum Partikelabscheider 15 zurückströmt. Die in dem Strömungsbegrenzer 16 angesammelte Partikelmenge wird durch Gas fluidisiert, das über die Öffnung 17 eingeleitet und von einer Platte 18 verteilt wird; anschließend strömen die Partikel in einen Partikelkühler 19. Der Strömungsbegrenzer 16 ist des weiteren mit einem normalerweise geschlossenen Abfluß 20 ausgestattet.
Der Partikelkühler 19 nimmt normalerweise das gesamte Material, das vom Partikelabscheider 15 abgeschieden wurde, auf. Er ist mit einer Anzahl von Kühlrohren 21, in denen ein Kühlmittel zirkuliert, ausgestattet, wobei diese Rohre auf verschiedenen vertikalen Ebenen in dem Kühler verteilt sind. Zwischen den Rohren und dem Strömungsbegrenzer 16 ist ein vertikaler Bypass oder Nebenkanal vorgesehen, der dem gesamten Bettmaterial, das aus dem Strömungsbegrenzer 16 kommt, ermöglicht, ohne in Kontakt mit den Kühlrohren 21 zu treten, an diesen vorbeizufließen. Der Bypass 22 mündet in eine Leitung 23, die ein L-Ventil bildet und zum Boden der Verbrennungskammer 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 einem Temperaturfühler 26 in der Verbrennungskammer 10 verbunden. Dieser Sensor fühlt die Temperatur in der Verbrennungskammer. Das oben beschriebene System ermöglicht es, die Menge der Partikel in dem Partikelkühler 19 zu steuern, so daß die Rohre mehr oder weniger in Kontakt mit dem warmen Material treten können. Die Temperatur des Materials, das zu der Verbrennungskammer rezirkuliert 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 werden 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 Änderung der Höhe H des Partikelniveaus im 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 Partikelniveau im Kühler 19 entsprechend der neuen Situation eingestellt ist, kehrt die Strömung in der Leitung 23 zum Normalzustand 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 Strömungsverminderung, 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 (TPartikel - TKühlmittel) groß ist im Vergleich zur konventionellen Technik, bei der ein Teilfluß zum Kühler eingestellt wird. Im übrigen ist der Output aus dem Partikelkühler 19 direkt proportional zur Höhe H des Partikelniveaus.
Der Partikelkühler 19 ist mit einem Überlaufauslaß 29 ausgestattet, der in die Verbrennungskammer 10 führt. Wenn der Partikelkühler 19 maximal ausgenutzt wird, kann eine mögliche Übermenge über den Überlauf 29 abfließen, der somit als Sicherheitsventil gegen Überfüllung dient.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern umfaßt verschiedene Veränderungen, die im Schutzbereich der Ansprüche möglich sind. Beispielsweise kann ein mechanisches Ventil 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 (5)

1. Verfahren zum Steuern der Kühlwirkung eines Partikelkühlers in einem Reaktor für eine zirkulierende Wirbelschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme-Output aus dem Partikelkühler durch Verändern des Partikelniveaus in dem Kühler geregelt wird.
2. Partikelkühler, der mit dem Verfahren nach Anspruch 1 steuerbar ist, für einen Warmwasser- oder Dampfbereiter mit einer in einer Verbrennungskammer (10) zirkulierenden Wirbelschicht, einem Partikelabscheider (15) für in den Verbrennungsabgasen mitgebrachten Partikeln, einem Strömungsbegrenzer (16) nach dem Partikelabscheider (15) und Fluidisierungsmitteln (11, 12) für Fluidisierung der Feststoffe in der Verbrennungskammer (10), dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelkühler (19) nach dem Strömungsbegrenzer (16) angeordnet und der einzige Partikelströmungsweg zwischen dem Strömungsbegrenzer (16) und der Verbrennungskammer (10) ist, wobei der Partikelkühler (19) Kühlrohre (21) mit einem Kühlmittel aufweist, die auf verschiedenen vertikalen Ebenen angeordnet sind und wobei der Partikelkühler (19) mit Fluidisierungsmitteln (27, 28) und einem Ablaufrohr (23) für Partikel am Boden versehen ist, wobei das Ablaufrohr (23) in Verbindung mit der Verbrennungskammer (10) steht und ein Steuermittel (24), das mittels einem Temperaturfühler (26) in der Verbrennungskammer (10) beeinflußbar ist, in einem Zuführkanal für gasförmige Produkte zu dem Ablaufrohr (23) angeordnet ist, wobei das Steuermittel (24) zur Steuerung des Partikelstroms zum Aufrechterhalten eines einstellbaren Partikelniveaus in dem Kühler dient.
3. Partikelkühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaufrohr (23) ein L-Ventil ist.
4. Partikelkühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Ablaufrohres (23) ein L-Ventil ist.
5. Partikelkühler nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des höchsten Niveaus der Kühlmittelrohre ein Überlaufauslaß (29) vorgesehen ist.
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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