DE4220952A1 - Wirbelschichtreaktor zum Kühlen oder Erhitzen körniger Feststoffe durch indirekten Wärmeaustausch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wirbelschichtreaktor zum thermischen Behandeln körniger Feststoffe, mit im Reaktor im Bereich der Wirbelschicht angeordneten Rohrleitungen für ein Heiz- oder Kühlfluid zum indirekten Wärmeaustausch zwischen dem Heiz- oder Kühlfluid und den Feststoffen.

Ein solcher Wirbelschichtreaktor ist z. B. aus dem deutschen Patent 29 01 723 und dem dazu korrespondierenden US-Patent 4 295 281 sowie aus dem deutschen Patent 36 44 806 bekannt. In den bekannten Wirbelschichtreaktoren werden körnige Feststoffe, insbesondere Braunkohle, erhitzt und dabei weitgehend getrocknet. Die Reaktoren weisen fest installierte Rohrleitungen auf, welche von einem Heizfluid, z. B. Wasserdampf, durchströmt werden, um dem Wirbelbett die nötige Energie zuzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Wirbelschichtreaktor so auszugestalten, daß einzelne Abschnitte der Rohrleitungen ohne großen Aufwand außer Betrieb geschaltet und auch ausgewechselt werden können. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Reaktor mindestens zwei im Abstand voneinander angeordnete, in Öffnungen der Reaktorwand lösbar sitzende Rohrplatten aufweist, wobei durch jede Rohrplatte das Einlaß- und das Auslaßende mehrerer fluidführender Rohrleitungen geführt ist und jede Rohrplatte mit ihren Rohrleitungen eine Wärmeaustauscheinheit bildet.

Der erfindungsgemäß ausgestaltete Wirbelschichtreaktor kann einerseits zum Kühlen und andererseits zum Erhitzen der körnigen Feststoffe des Wirbelbettes dienen. Wenn das Wirbelbett erhitzt werden soll, leitet man ein Heizfluid, z. B. heißes Gas, Wasserdampf oder eine heiße Flüssigkeit, durch die Rohrleitungen. Für den Fall, daß das Wirbelbett zu kühlen ist, gibt man ein Kühlfluid, z. B. Wasser, in die Rohrleitungen.

Vorteilhafterweise besitzt mindestens eine der Rohrplatten im Bereich der Einlaßenden der Rohrleitungen eine Einströmkammer, auch weist in diesem Fall mindestens eine der Rohrplatten im Bereich der Auslaßenden der Rohrleitungen eine Auslaßkammer auf. Es ist zweckmäßig, wenn benachbarte Rohrleitungen einer Wärmeaustauscheinheit etwa gleiche Abstände aufweisen. Die Rohrleitungen, die zu verschiedenen Rohrplatten und damit zu verschiedenen Wärmeaustauscheinheiten gehören, können nicht nur parallel verlaufen, sie können auch in einem beliebigen Winkel zueinander ausgerichtet sein.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß mindestens zwei benachbarte Wärmeaustauscheinheiten Rohrplatten aufweisen, die in schräg gegenüberliegenden Öffnungen in der Reaktorwand sitzen. Solche Wärmeaustauscheinheiten sind, kurz gesagt, ungefähr einander entgegengerichtet angeordnet. Wenn man möglichst viele Rohrleitungen pro m³ Wirbelbettvolumen im Reaktor unterbringen will, ordnet man die Wärmeaustauscheinheiten auf gleicher Höhe abwechselnd einander entgegengerichtet an. Dadurch wird es leicht möglich, auf gleicher Höhe z. B. 10 bis 50 Wärmeaustauscheinheiten abwechselnd einander entgegengerichtet anzuordnen.

Ausgestaltungsmöglichkeiten des Wirbelschichtreaktors werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Wirbelschichtreaktor im Längsschnitt in schematischer Darstellung,

Fig. 2 zwei Wärmeaustauscheinheiten im Längsschnitt, geschnitten entlang der Linie A-A in Fig. 3,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2 und

Fig. 4 einen Längsschnitt entlang der Linie C-C in Fig. 3.

Der Wirbelschichtreaktor (1) der Fig. 1 weist senkrechte Außenwände (1a) und (1b) auf, die ein Wirbelbett (2) einschließen. Wirbelgas wird durch eine Leitung (3) unter Druck herangeführt und über einen Düsenrost (4) verteilt in das Wirbelbett (2) eingeleitet. Die thermisch zu behandelnden körnigen Feststoffe werden durch die Leitung (5) dem Wirbelbett aufgegeben, behandelte Feststoffe werden aus einer Sammelkammer (6) unterhalb des Düsenrostes (4) abgezogen und in der Leitung (7) aus dem Reaktor entfernt. Feststoffhaltiges Wirbelgas verläßt den Reaktor durch den Kanal (8) und gelangt zu einer an sich bekannten Entstaubungseinrichtung, die nicht dargestellt ist, z. B. zu einem Zyklon und/oder Elektrofilter. Die vom Wirbelgas abgeschiedenen Feststoffe können als behandelt aus dem Verfahren entfernt oder aber ganz oder teilweise zurück in das Wirbelbett (2) geleitet werden, was ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellt wurde.

Nachfolgend wird davon ausgegangen, daß dem Wirbelbett (2) durch ein Heizfluid indirekt Wärme zugeführt wird, wobei dieses Heizfluid im Wirbelbett durch Rohrleitungen (10) und (11) strömt. In analoger Weise könnte man aber auch ein Kühlfluid durch die Rohrleitungen führen. Das Heizfluid wird von außen durch die Leitungen (10a) und (11a) herangeführt und gelangt dann zunächst in eine Einströmkammer (10b) und (11b), bevor es durch die jeweiligen Rohrleitungen strömt. Am Auslaßende der Rohrleitungen befindet sich jeweils eine Auslaßkammer (10c) oder (11c), von denen aus das abgekühlte Heizfluid durch die Leitungen (10d) und (11d) abgeführt wird. Die Teile mit den Bezugsziffern (10), (10a), (10b), (10c) und (10d) gehören zur oberen Wärmeaustauscheinheit, die Teile mit den Bezugsziffern (11), (11a), (11b), (11c) und (11d) gehören zu einer zweiten, darunter angeordneten Wärmeaustauscheinheit. Die Rohrleitungen beider Einheiten haben an allen Stellen Gefälle, damit eine Flüssigkeit in ihrem Innern stets abfließt.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen, wie zwei oder mehrere Wärmeaustauscheinheiten gebaut sein können und wie man sie beispielsweise im Reaktor anordnen kann. Jede Einheit kann für sich an- und abgeschaltet werden, auch kann jede Einheit dann, wenn der Reaktor außer Betrieb ist, aus dem Reaktor entfernt werden. Hierdurch lassen sich Wartungsarbeiten beschleunigen und vereinfachen. In Fig. 2 ist die untere Einheit, zu der die Rohrleitungen (11) gehören, teilweise aus dem Reaktor entfernt dargestellt.

Jede Einheit weist eine Rohrplatte (9) auf, vgl. Fig. 2 und 3, durch welche das Einlaßende und das Auslaßende der Rohrleitungen geführt ist, die zu der Einheit gehören. Zur Vereinfachung wurden die Rohrplatten (9) in Fig. 1 weggelassen. Die Rohrplatte sitzt in einer Öffnung (15) in der Seitenwand des Reaktors und ist mit dieser Wand lösbar verbunden, z. B. durch Verschrauben oder Verschweißen. Die Rohrplatte (9) ist so geformt, daß sie die Öffnung (15) ganz ausfüllt, so daß die Reaktorwand eine möglichst glatte Innenseite aufweist. Eine solche glatte Innenseite vermeidet Anbackungen und verhindert Störungen in der Verteilung des Wirbelgases. Auf der Außenseite der Rohrplatte (9) sind die bereits zusammen mit Fig. 1 erläuterten Einströmkammern (10b) und (11b) sowie die Auslaßkammern (10c) und (11c) angeordnet.

In den Fig. 1 bis 4 sind die Rohrleitungen stets als einfache Linien schematisch wiedergegeben. Es ist leicht verständlich, daß die Anzahl der Rohrleitungen, die zu einer Wärmeaustauscheinheit gehören, ziemlich beliebig sein kann.

Aus Fig. 2 und 3 geht hervor, daß benachbarte, d. h. nebeneinander oder übereinander angeordnete Wärmeaustauscheinheiten Rohrplatten (9) aufweisen, die in schräg gegenüberliegenden Öffnungen (15) in der Reaktorwand (1a) oder (1b) sitzen. Hierdurch kann der Abstand zwischen benachbarten Einheiten klein gehalten werden.

Fig. 3 zeigt eine wichtige Variante der Erfindung, wobei die Wärmeaustauscheinheiten auf gleicher Höhe abwechselnd einander entgegengerichtet angeordnet sind. Man kann hier auch von alternierender Anordnung auf gleicher Höhe sprechen. Hierdurch lassen sich die Rohrleitungen (10) der in Fig. 3 oberen Einheit, die Rohrleitungen (12) der mittleren Einheit und die Rohrleitungen (13) der in Fig. 3 unteren Einheit sehr dicht gepackt im Wirbelbett auf gleicher Höhe unterbringen.

In der Praxis kann es ausreichen, nur nebeneinanderliegende Einheiten (entsprechend den Leitungen (10), (12) und (13) gemäß Fig. 3) im Wirbelschichtreaktor vorzusehen und auf weitere, darunterliegende Einheiten (Leitungen (11) gemäß Fig. 1 und 2) zu verzichten.

Wenn man die Rohrleitungen an allen Stellen mit Gefälle ausbildet, kommen sich die nächstliegenden Rohrleitungen (12, 13) benachbarter Einheiten an bestimmten Stellen sehr nahe, die in Fig. 4 mit einem Kreis (20) markiert sind. In der Praxis ist darauf zu achten, daß der Abstand benachbarter Rohrleitungen an diesen Stellen größer als der größte im Wirbelbett auftretende Korndurchmesser ist, damit hier nicht Körner zwischen den Rohrleitungen eingeklemmt festgehalten werden.

Claims (6)

1. Wirbelschichtreaktor zum thermischen Behandeln körniger Feststoffe, mit im Reaktor im Bereich der Wirbelschicht angeordneten Rohrleitungen für ein Heiz- oder Kühlfluid zum indirekten Wärmeaustausch zwischen dem Heiz- oder Kühlfluid und den Feststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor mindestens zwei im Abstand voneinander angeordnete, in Öffnungen der Reaktorwand lösbar sitzende Rohrplatten aufweist, wobei durch jede Rohrplatte das Einlaß- und das Auslaßende mehrerer fluidführender Rohrleitungen geführt ist und jede Rohrplatte mit ihren Rohrleitungen eine Wärmeaustauscheinheit bildet.

2. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Rohrplatten im Bereich der Einlaßenden der Rohrleitungen eine Einströmkammer aufweist.

3. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Rohrplatten im Bereich der Auslaßenden der Rohrleitungen eine Auslaßkammer aufweist.

4. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Rohrleitungen einer Wärmeaustauscheinheit etwa gleiche Abstände aufweisen.

5. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei benachbarte Wärmeaustauscheinheiten Rohrplatten aufweisen, die in schräg gegenüberliegenden Öffnungen in der Reaktorwand sitzen.

6. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten, auf gleicher Höhe im Reaktor angeordneten Wärmeaustauscheinheiten einander entgegengerichtet angeordnet sind.