DE4141227C2 - Wirbelschichtreaktor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen unter Druck betriebenen
Wirbelschichtreaktor gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Bei einem aus der WO 89/00660 bekannten Wirbelschichtreaktor der gattungsgemäßen
Art, ist der Reaktionsraum mit einem die
Filterkerzen aufnehmenden Filtergehäuse derart verbunden, daß
das Filtergehäuse eine gemeinsame Wand mit dem Reaktionsraum
aufweist. Auf diese Weise wird eine kompakte Anordnung von
Reaktionsraum und Filteranordnung geschaffen. Der bekannte
Wirbelschichtreaktor kann auch mit zwei räumlich voneinander
getrennten Filtergehäusen versehen sein, die den zentral
angeordneten Reaktionsraum umgeben. Der an den Filterkerzen
abgeschiedene Flugstaub wird ohne Nachbehandlung in den
Reaktionsraum zurückgeführt.
Aus der DE 39 22 765 A1 ist ein Wirbelschichtreaktor bekannt,
bei dem der in dem Heißgasfilter abgetrennte Flugstaub vor
der Rückführung in den Reaktionsraum gekühlt wird. Bei den
bekannten Wirbelschichtreaktoren wird das staubbeladene
Rauchgas so geführt, daß der gesamte Staub mit den Filterkerzen
in Berührung kommt. Hierdurch werden die Filterkerzen stark
belastet und müssen häufig abgereinigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den gattungsgmäßen
Wirbelschichtreaktor so zu gestalten, daß bei einer raumsparenden
Anordnung von Reaktionsraum und Filteranordnung eine
Vorabscheidung des Flugstaubes stattfinden kann und das
unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen einzelnen
Konstruktionsteilen möglichst vermieden wird.
Diese Aufgabe wird
durch die Merkmale des
Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktor wird das aus
dem Reaktionsraum austretende Rauchgas gezwungen, in einem
gemeinsamen Gaszug abwärts zu strömen, bevor es mit den
gruppenweise angeordneten Filterkerzen in Berührung kommt.
Durch diese Umlenkung fällt ein mengenmäßig großer und
insbesondere der grobe Anteil des Flugstaubes aus und gelangt
in einen der Rezirkulationszüge. Diesen Rezirkulationszügen
wird auch der bei der Filterabreinigung von den Filterkerzen
der zugeordneten Filterkerzengruppe anfallende Flugstaub
zugeführt. Die Umfassungswand und die Wände des Reaktionraumes
und der Rezirkulationzüge sind als gekühlte Rohrwände gefertigt,
so daß in Verbindung mit der besonderen Konfiguration des
Wirbelschichtreaktors keine Wärmedehnungen zwischen den den
heißen Flugstaub und das heiße Rauchgas führenden Teilen
auftreten können. Lediglich beim Durchtritt der Sammlerkanäle
der Filterkerzen durch die Umfassungswand sind besondere
Vorkehrungen zu treffen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Wirbelschichtreaktor,
Fig. 2 den Schnitt II-II nach Fig. 1,
Fig. 3 den Schnitt III-III nach Fig. 1 und
Fig. 4 schematisch den Wirbelschichtreaktor in perspektivischer
Darstellung.
Innerhalb eines Druckgefäßes 1 ist ein Wirbelschichtreaktor
angeordnet und über Hänger 2 in der Kuppel des Druckgefäßes
aufgehängt. Der Wirbelschichtreaktor umfaßt einen zentralen
Reaktionsraum 3, dessen Wände aus gasdicht miteinander über
zwischengelegte Stege verschweißten Rohren gebildet ist. Die
Wände können auch, falls eine Minderung des Wärmeüberganges
erwünscht ist, auf der Innenseite mit einer feuerfesten Schicht
bestampft sein.
In dem Reaktionsraum 3 befindet sich unten ein rostförmiger
Düsenboden 4 der mit Primärluft beaufschlagt ist. In den
Reaktionsraum 3 mündet eine Zuführung 6 für Sekundärluft und
eine Zuführung 7 für Brennstoff hinein. Durch die Zufuhr von
Primärluft wird in dem Reaktionsraum 3 eine Wirbelschicht
aufrechterhalten, in der der Brennstoff mit der Primärluft
und der Sekundärluft verbrannt wird. Unterhalb des mit
Primärluft beaufschlagten Düsenbodens 4 ist ein weiterer,
ebenfalls rostförmiger Düsenboden 5 vorgesehen, der mit Kühlluft
beaufschlagt ist. Durch diese Kühlluft wird die über einen
Austragstrichter 28 abgezogene Bettasche gekühlt.
Am oberen Ende des Reaktionsraumes 3 ist der Austritt 8
vorgesehen, der in einen Gaszug 9 mündet. Der Gaszug 9 ist
dadurch gebildet, daß der Reaktionsraum 3 in einem Abstand
von einer Umfassungswand 10 umgeben ist. Der Gaszug 9 ist durch
eine Decke 11 geschlossen. In dem dargestellten Fall, der als
besonders vorteilhaft gesehen wird, weist der Reaktionsraum 3
einen quadratischen Querschnitt und die Umfassungswand 10 die
Form eines Achtecks auf. Dieses Achteck ist durch kurze
Seitenabschnitte 12 und lange Seitenabschnitte 13 gebildet
die sich abwechseln. Die kurzen Seitenabschnitte 12 liegen
in der Projektion des Quadrates auf das Achteck und verlaufen
parallel zu den Seiten des Quadrates. Sie weisen eine Länge
auf, die der Kantenlänge des Quadrates entspricht.
Am Austritt 8 geht jede Wand des Reaktionsraumes 3 in eine
abgewinkelte und giebelförmig ausgebildete Abdeckfläche 14
über. Die Abdeckfläche 14 überspannt den Teil des Gaszuges 9,
der zwischen einer Wand des Reaktionsraumes 3 und dem kürzeren,
ihr gegenüberliegenden Seitenabschnitt 12 der Umfassungswand 10
liegt.
In dem Gaszug 9 ist eine Filteranordnung untergebracht. Diese
Filteranordnung besteht aus Filterkerzen 15, die gruppenweise
und innerhalb jeder Gruppe in mehreren Etagen übereinander
angeordnet sind. Innerhalb des Gaszuges 9 besteht zwischen
den Gruppen der Filterkerzen 15 ein seitlicher Abstand. Durch
diesen seitlichen Abstand zwischen den Gruppen der
Filterkerzen 15 wird erreicht, daß die Filterkerzen 15 nach
einem Öffnen von Mannlöchern in der Umfassungswand 10 für eine
Montage und Demontage gut zugänglich sind. Im dargestellten
Fall sind diese Gruppen der Filterkerzen 15 in dem Bereich
des Gaszuges 9 angeordnet, der jeweils zwischen einer Wand
des Reaktionsraumes 3 und dem dieser Wand gegenüberliegenden
kurzen Seitenabschnitt 12 der Umfassungswand 10 liegt. Oberhalb
jeder Gruppe der Filterkerzen 15 befindet sich eine der oben
erwähnten Abdeckflächen 14.
Die Filterkerzen 15 sind einseitig geschlossene, poröse,
keramische Hohlkörper, die mit ihrer Öffnung nach unten auf
Sammelkanäle 16 aufstehen. Die Sammelkanäle 16 sind durch
die Umfassungswand 10 hindurchgeführt und an Reingasleitungen
17 angeschlossen.
Unterhalb jeder Filterkerzengruppe befindet sich ein dieser
Gruppe zugeordneter Rezirkulationszug 18, der von dem gemeinsamen
Gaszug 9 ausgeht. Jeder Rezirkulationszug 18 besteht aus einer
der Wände des Reaktionsraumes 3, aus einem Seitenabschnitt 12
der Umfassungswand 10 und aus zwei Seitenwänden 19. Jede
Seitenwand 19 setzt sich in eine schräg nach oben verlaufende
Begrenzungwand 20 fort. Diese Begrenzungswände 20 stoßen in
einer schräg nach oben und außen verlaufenden Kante 21
aneinander. Die Begrenzungswände 20 gehen jeweils in einen
der Seitenabschnitte 13 der Umfassungswand 10 über. Auf diese
Weise entsteht ein Zwickel, von dem zwei in der Fig. 4 angedeutet
sind. Im dargestellten Fall weisen die Rezirkulationszüge 18
ebenso wie der Reaktionsraum 3 einen quadratischen Querschnitt
auf, in den jeweils einer der kurzen Seitenabschnitte 12 der
Umfassungswand 10 eingeschlossen ist.
Das aus dem Austritt 8 des Reaktionsraumes 3 austretende
Rauchgas wird durch die giebelförmigen Abdeckflächen 14 von
einer direkten Anströmung der Filterkerzen 15 abgelenkt und
strömt in dem Gaszug 9 nach unten in den Zwischenraum zwischen
den Filterkerzen 15. Dabei fällt ein Teil des mitgeführten
Flugstaubes, insbesondere der gröbere Anteil aus dem Rauchgas
aus. Das Rauchgas strömt, von diesem groben Staubanteil befreit,
im wesentlichen seitlich die Filterkerzen 15 an. Das Rauchgas
wird beim Durchtritt durch Filterkerzen 15 gereinigt und als
Reingas über die Sammelkanäle 16 und die Reingasleitungen 17
abgeführt.
Der aus dem Rauchgas durch Umlenkung abgetrennte Flugstaub
sammelt sich zusammen mit dem an den Filterkerzen 15
abgeschiedenen Flugstaub in den Rezirkulationzügen 18 an. Jeder
Rezirkulationszug 18 ist unten durch einen Anströmboden 22
abgeschlossen, durch den Luft zur Fluidisierung des Flugstaubes
in den Rezirkulationszug 18 eingeblasen wird. Dadurch stellt
sich in den Rezirkulationszügen 18 eine Wirbelschicht bis zu
dem in Fig. 4 angedeuteten Niveau 23 ein. In den
Rezirkulationszügen 18 sind Bündelheizflächen 24 angeordnet,
die in die Wirbelschicht eintauchen. Der durch den Kontakt
mit der Fluidisierungsluft und den Bündelheizflächen gekühlte
Flugstaub wird über eine Rückführleitung 25 in den Reaktionsraum
3 zurückgeführt. In der Höhe der Bündelheizflächen 24 ist jeder
Rezirkulationszug 18 über jeweils einen Kanal 29 mit den
benachbarten Rezirkulationszügen 18 verbunden. Über diese
Kanäle 29 kann ein Materialaustausch stattfinden, so daß alle
Rezirkulationszüge gleichmäßig belastet sind.
In jedem Rezirkulationszug 18 ist eine Decke 26 angeordnet.
Diese Decke 26 geht von der gemeinsamen Wand zwischen dem
Reaktionsraum 3 und dem Rezirkulationszug 18 aus und verläuft
schräg nach unten. An den schrägen Abschnitt der Decke 26
schließt sich ein senkrechter Teil an, der in einem Abstand
von der äußeren Wand des Rezirkulationszuges 18 verläuft und
in die Wirbelschicht eintaucht. Die so ausgebildete Decke 26
stellt den Gasabschluß zu dem Gaszug 9 in dar. Zwischen dem
Niveau 23 der Wirbelschicht und der Decke 26 ist in der Wand
des Reaktionsraumes 3 eine Luftdurchtrittsöffnung 27
angeordnet. Durch diese Luftdurchtrittsöffnung 27 tritt die
Fluidisierungsluft als Tertiärluft in den Reaktionsraum 3 ein.
Der Reaktionsraum 3 reicht nach unten über den unteren Abschluß
der Rezirkulationszüge 18 hinaus. In diesem leicht konischen
Teil, der von außen zugänglich ist, münden die
Sekundärluftzuführung 6, die Brennstoffzuführung 7 und die
Rückführleitung 25 hinein.
Ebenso wie die Wände des Reaktionsraumes 3 einschließlich der
Abdeckflächen 14 sind auch die Umfassungswand 10 einschließlich
der Begrenzungswände 20, die Decke 11 des Gaszuges 9 sowie
die Seitenwände 19 und die Decke 26 der Rezirkulationszüge 18
aus durch Stege gasdicht miteinander verschweißten Rohren
gebildet. Diese Rohrwände und die Bündelheizflächen 24 sind
an einen Wasser-Dampf-Kreislauf zur Erzeugung von Heißdampf
angeschlossen.
Claims (8)
1. Wirbelschichtreaktor, der innerhalb eines Druckgefäßes (1)
angeordnet ist und einen Reaktionsraum (3) umfaßt, der unten
einen Düsenboden (4) und oben einen Austritt (8) aufweist,
der in einen Gaszug (9) mündet, in dem Filterkerzen (15)
angeordnet sind, unterhalb deren ein Rezirkulationszug (18)
vorgesehen ist, der unten durch einen Anströmboden (22)
abgeschlossen ist, oberhalb dessen eine Wirbelschicht eingehalten
ist, in der Bündelheizflächen (24) untergebracht sind, wobei
der Rezirkulationszug (18) über eine Rückführleitung (25) mit
dem Reaktionsraum (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Reaktionsraum (3) allseitig in einem Abstand unter
Bildung des Gaszuges (9) von einer Umfassungswand (10) umgeben
ist, daß die Filterkerzen (15) in dem Gaszug (9) gruppenweise
angeordnet sind, wobei die Gruppen der Filterkerzen (15) mit
seitlichem Abstand voneinander angeordnet sind, daß unterhalb
jeder Gruppe der Filterkerzen (15) der Gaszug (9) in jeweils
einen dieser Gruppe von Filterkerzen (15) zugeordneten
Rezirkulationszug (18) übergeht, wobei dieser Rezirkulationszug
(18) durch eine Wand des Reaktionsraumes (3), einen
Seitenabschnitt (12) der Umfassungswand (10) und zwei Seitenwände
(19) begrenzt ist und daß sich jede Seitenwand (9) der
Rezirkulationszüge (18) in eine schräg nach oben laufende
Begrenzungswand (20) fortsetzt, wobei jeweils zwei
Begrenzungswände (20) entlang einer Kante (21) aneinander
stoßen.
2. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Rezirkulationszug (18) von dem allen
Rezirkulationszügen (18) gemeinsamen Gaszug (9) durch eine
Decke (26) getrennt ist, die mit einer der Wände des
Reaktionraumes (3) verbunden ist, schräg nach unten verläuft
und über einen senkrechten Abschnitt in einem Abstand von der
Umfassungswand (10) in die Wirbelschicht eintaucht.
3. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Niveau (23) der Wirbelschicht und der Decke
(26) jedes Rezirkulationszuges (18) in der gemeinsamen Wand
dieses Rezirkulationszuges (18) und des Reaktionsraumes (3)
eine Luftdurchtrittsöffnung (27) vorgesehen ist.
4. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Rezirkulationszug (18) im Bereich
der Bündelheizflächen (24) durch jeweils einen Kanal (29) mit
den benachbarten Rezirkulationszügen (18) verbunden ist.
5. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß oberhalb jeder Gruppe von Filterkerzen
(15) zwischen einer Wand des Reaktionsraumes (3) und dem
gegenüber liegenden Seitenschnitt (12) der Umfassungswand (10)
eine abgewinkelte, giebelförmige Abdeckfläche (14) angeordnet
ist.
6. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anströmboden (4) des Reaktionsraumes
(3) in einer Ebene unterhalb der Rezirkulationzüge (18)
angeordnet ist, wobei in diesem Teil des Reaktionsraumes (3)
Zuführungen (6, 7) für Brennstoff und Sekundärluft sowie die
von den Rezirkulationzügen (18) ausgehenden Rückführleitungen
(25) einmünden.
7. Wirbelschichtreaktor nach einem der Anspüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum (3) und die
Rezirkulationszüge (18) einen quadratischen Querschnitt mit
jeweils gleicher Kantenlänge aufweisen und daß die Umfassungswand
(10) oberhalb der Rezirkulationzüge (18) im Querschnitt die
Form eines Achtecks aufweist, von dem vier Seitenabschnitte
(12) parallel zu dem Reaktionsraum (3) verlaufen und der
Kantenlänge des Quadrates entsprechen.
8. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wände des Reaktionsraumes (3) und der
Rezirkulationszüge (18) sowie die Umfassungswand (10) aus von
einem Wärmeaustauschmedium durchströmten Rohren bestehen, die
über zwischengelegten Stege gasdicht miteinander verschweißt
sind.
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DE4141227A1 DE4141227A1 (de) | 1993-06-17 |
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