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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fliehkraftabscheider-Anordnung zur Abscheidung
von Partikeln aus heißen
Gasen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Solch eine Anordnung ist
aus US-A-5,281,398 bekannt.
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Somit
bezieht sich die Erfindung auf eine Fliehkraftabscheider-Anordnung,
die an einem Wirbelschichtreaktor befestigt ist, zur Abscheidung
von Feststoffpartikeln aus Gas, das aus der Reaktionskammer eines
Wirbelschichtreaktors abgezogen wird, welche Abscheideranordnung
eine Wirbelkammer umfasst, die in Horizontalrichtung von einer Vielzahl
sich vertikal erstreckender Außenwände begrenzt
wird, die aus planaren Wasserrohrpaneelen gebildet sind, wobei die
Innenseite der Wände
mit einer feuerfesten Auskleidung versehen ist und einen Gasraum
in der Wirbelkammer begrenzt, wo zumindest ein vertikaler Gaswirbel
gebildet wird; zumindest einen Einlass zur Einführung von Gas aus der Reaktionskammer
in den Gasraum; zumindest einen Auslass für den Abzug gereinigten Gases
aus dem Gasraum; und zumindest einen Auslass zur Austragung von
abgeschiedenen Feststoffpartikeln aus dem Gasraum.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich speziell auf Fliehkraftabscheider,
die zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus den Prozess- und
den Produktgasen von Wirbelschichtreaktoren, besonders Wirbelschichtreaktoren
mit zirkulierender Wirbelschicht benutzt werden, die zur Verbrennung
oder Vergasung kohlenhaltiger oder anderer Brennstoffe eingesetzt
werden.
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Es
ist allgemein bekannt, wie die Einlass- und die Auslasskanäle eines
Fliehkraftabscheiders angeordnet werden sollten, um das durch den
Einlasskanal eintretende Rauchgas dazu zu bringen, einen vertikalen
Gaswirbel zu erzeugen. Konventionelle Fliehkraftabscheider-Anordnungen
umfassen einen oder mehrere Fliehkraftabscheider, d. h. Zyklone,
die durch eine Außenwand
begrenzt werden, die eine Form eines geraden Kreiszylinders und
einen konischen Boden hat. Die Zyklone eines Wirbelschichtreaktors
werden traditional als ungekühlte Konstruktionen
hergestellt, die mit feuerfester Auskleidung versehen werden, obwohl
die Wände
des Wirbelschichtreaktors selbst in der Regel aus gekühlten Wasserrohrpaneelen
gebildet werden. Wenn ein ungekühlter
Partikelabscheider mit einer gekühlten Reaktionskammer
verbunden wird, ist es notwendig, die variierende thermische Bewegung
zu berücksichtigen
und solche Anordnungen einzusetzen, die die relative Bewegung ermöglichen,
auch wenn diese Anordnungen teuer und beschädigungsanfällig sind. Zylindrische Zyklone
sind auch als aus Wasserrohren gebildete Konstruktionen hergestellt
worden, wobei die Temperaturdifferenz zwischen dem Zyklon und der
gekühlten
Reaktionskammer klein bleibt. Das Vorsehen einer Wasserrohrwand-Konstruktion
einer zylindrischen Form und Verbinden derselben mit den umliegenden
Konstruktionen erfordert jedoch viel manuelle Arbeit und ist deshalb
teuer.
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Z.
B. das US-Patent Nn. 4,880,450 beschreibt ein Verfahren dar, mit
dem ein gekühlter
zylindrischer Zyklon mit dem Brennraum eines Wirbelschichtkessels
und seinem Wärmerückgewinnungsabschnitt
verbunden werden kann. Der zylindrische obere Abschnitt des Zyklons
umfasst aneinander befestigte Wasser- oder Dampfrohre, deren Innenfläche mit
isolierendem Material bedeckt ist. Der erfindungsgemäße Abscheider
kann mit einer gekühlten
Umgebung ohne getrennte Elemente verbunden werden, die die relative
Bewegung ermöglichen,
doch die Konstruktion ist sehr aufwendig und deshalb teuer.
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Das
US-Patent Nr. 5,281,398 stellt eine Anordnung dar, bei der Teilchen
aus heißen
Gasen in einem Fliehkraftabscheider getrennt werden, dessen Wirbelkammer
sich aus planaren Wasserrohrpaneelen zusammensetzt. Somit ist der
Gasraum der Wirbelkammer im Horizontalschnitt vieleckig, bevorzugt quadratisch
oder rechteckig. Diese Art Abscheider ist in der Herstellung teuer
und kann leicht mit einem Reaktorbrennraum verbunden werden, der
aus ähnlichen
Wandpaneelen gebildet ist, wodurch eine kompakte Einheit gebildet
wird. Traditionell ist der Gasraum einer Abscheider-Wirbelkammer
zylindrisch, weil das Aufrechterhalten der Gaswirbelgeschwindigkeit
in möglichst
geringem Grad durch den zylindrischen Raum beeinträchtigt wird.
Die im US-Patent Nr. 5,281,398 dargestellte Erfindung basiert jedoch auf
der Tatsache, dass ein Gaswirbel auch in einem Raum mit vieleckigem
Querschnitt gebildet werden kann. In einem zylindrischen Abscheider
werden die durch Fliehkräfte
abgeschiedenen Partikel zum Umfang des Wirbels getrieben und fließen die
Innenwände
der Wirbelkammer entlang abwärts.
Zweckdienliche Funktion eines vieleckigen Abscheiders basiert auf
der Tatsache, dass die Ecken des Gasraums die Abscheidung der Partikel
verbessern und als geeignete Abwärtsströmungsbereiche
für die
abgeschiedenen Teilchen dienen.
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Das
US-Patent Nr. 4,615,715 stellt eine Anordnung dar, bei der ein zylindrischer
Zyklon, der aus abriebfestem Material hergestellt ist, in einem
gekühlten
Gehäuse
angeordnet wird, das im Querschnitt quadratisch ist. Bei dieser
Anordnung ist die Form des Gasraums ideal fürs Aufrechterhalten der Wirbelgeschwindigkeit,
und dennoch kann die Herstellung von Wasserrohrpaneelen für das Abscheidergehäuse automatisiert
werden, und der Abscheider kann direkt mit einer gekühlten Umgebung
verbunden werden. Bei der Anordnung dem Patent zufolge wird der
relativ große
Raum zwischen dem ringförmigen
Innenraum und dem quadratischen Außengehäuse mit geeignetem Material
ausgefüllt.
Das Problem bei diesem Material ist, dass es als Wärmedämmung funktioniert
und das Gewicht und die Wärmekapazität des Abscheiders
steigert. Somit erhöht es
während
des Betriebs die Temperatur der Abscheider-Innenwand und trägt zu ihrer
Wärmeträgheit bei.
Große
und schnelle Temperaturänderungen können das
Material im Zwischenraum beschädigen, was
die Wartungs- und Reparationskosten erhöht. Deshalb müssen die
Temperaturänderungen
im Abscheider langsam genug zu sein, welche Tatsache berücksichtig
werden soll, wenn die Kapazität
der Anlage geändert
wird, und besonders beim Ein- und Ausschalten.
Des Weiteren muss die innerste Oberfläche des Materials sehr abriebfest
sein, weshalb die Befüllung
des Zwischenraums durch eine spezielle Mehrschichttechnik vorgenommen
wird. Dies erhöht jedoch
die Konstruktionskosten und macht die Abscheiderkonstruktion kompliziert.
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Fliehkraftabscheider-Anordnung vorzusehen.
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Im
Besonderen ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine
kompakte Fliehkraftabscheider-Anordnung vorzusehen, welche Anordnung in
der Herstellung weniger teuer ist und der Grad von Partikelabscheidung
hoch ist.
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Überdies
ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Fliehkraftabscheider-Anordnung
mit geringem Wartungsbedarf vorzusehen, welche Anordnung bevorzugt
mit einer gekühlten
Reaktionskammer verbunden werden kann.
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Um
diesen und anderen Gegenständen
gerecht zu werden, ist eine Fliehkraftabscheider-Anordnung vorgesehen,
deren charakterisierende Merkmale im charakterisierenden Teil von
Anspruch 1 beschrieben sind.
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Somit
ist es charakteristisch für
die Fliehkraftabscheider-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
dass die sich vertikal erstreckenden Außenwände der Wirbelkammer ein annähernd regelmäßiges Polygon
mit 5–10
Ecken bilden, wobei jede Ecke durch eine feuerfeste Auskleidung
auf der Innenseite der Außenwände abgerundet
ist.
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Die
Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung vereint die Vorteile von planaren Kühlflächen und einem abgerundeten
Gasraum und vermeidet die Nachteile dicker feuerfester Schichten,
indem sie für
die Außenwand
der Wirbelkammer einen vieleckigen horizontalen Querschnitt vorsieht.
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Abscheider
gemäß dem US-Patent
Nr. 5,281,398, wo der Gasraum der Wirbelkammer im Horizontalschnitt
ein Vieleck ist, funktionieren unter normalen Betriebsverhältnissen
einwandfrei. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine besonders
vorteilhafte Konstruktion für
die Abscheider der neuen Generation vorgesehen werden kann, indem
man Gasgeschwindigkeiten und Abscheider-Konstruktionsstandards anwendet,
die sich von den bisher eingesetzten unterscheiden. Wenn solche
Entwicklung von Abscheidern weiter gefördert wird, können die Winkel
des Gasraums bei einigen Anwendungen Beschränkungen für die Gesamtkonstruktion des
Reaktors verursachen.
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Man
hat herausgefunden, dass bei einigen Anwendungen die Funktion eines
vieleckigen Abscheiders weiter verbessert werden kann, indem man
die Ecken abrundet, die durch die Außenwände der Wirbelkammer gebildet
werden. Des Weiteren, um Konstruktionsprobleme und Probleme zu minimieren,
die die Standzeit der Konstruktion betreffen, die durch das Abrunden
der Ecken verursacht werden, es ist bei der vorliegenden Anordnung
wesentlich, dass der Winkel zwischen den planaren Paneelen der Außenwand
der Wirbelkammer an der abgerundeten Außenecke deutlich über 90 Grad
ist.
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Auf
Basis des US-Patents 5,738,712 ist es bisher bekannt, dass die in
eine rechteckige Wirbelkammer eintretende Gasströmung und der Gaswirbel in der
Wirbelkammer einander stören
können,
es sein denn, der Gaswirbel wird in Richtung des ankommenden Strahls
in der Ecke umgelenkt, die von einer Trennwand gebildet wird, die
mit der Einlassöffnung verbunden
ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch auf ein anderes
Problem, d. h. dass der Gaswirbel im Eckbereich der Wirbelkammer
möglicherweise
weniger optimal bleibt.
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Wenn
ein vertikaler kreisförmiger
Zylinder von vier sich vertikal erstreckenden planaren, zueinander
senkrechten Paneelen umschlossen und in einer tangentialen Beziehung
zum Zylinder ist, ist der Abstand zwischen den planaren Paneelen
und dem Zylinder in den Ecken ungefähr 0,414-mal der Zylinderradius.
Folglich, wenn die feuerfeste Auskleidung derart vorgesehen ist,
dass die Dicke der Schicht in der Mitte des planaren Paneels z.
B. 0,05-mal der Zylinderradius ist, ist die Schicht in den Ecken
mehr als achtmal dicker. Besonders in den Eckbereichen kann somit
die thermische Leitfähigkeit
der feuerfesten Schicht niedrig sein, und die Kühlung der Außenfläche ist
nicht unbedingt im Stande, die Temperatur der Innenfläche niedrig
genug zu halten. Des Weiteren kann die veränderliche Dicke der feuerfesten
Auskleidung beachtliche Temperaturdifferenzen verursachen und dadurch
das Risiko vergrößern, dass
die Schicht beschädigt
wird. Eine dicke Schicht erhöht auch
das Gewicht der Konstruktion und verursacht dadurch Probleme, die
sich auf die Abstützung
der Konstruktion beziehen.
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Wenn
der Zylinder statt vier von fünf
Paneelen umschlossen ist, ist der Winkel zwischen den Paneelen 108
Grad und der Abstand zwischen den Paneelen und dem Zylinder ist
nur 0,236-mal der Zylinderradius an den Ecken. Mit sechs, sieben
und acht Paneelen, wobei der Winkel dazwischen 120, 128,6 beziehungsweise
135 Grad ist, ist der Abstand 0,154-, 0,110- beziehungsweise 0,082-mal der Zylinderradius.
Somit gehen die maximale Dicke der feuerfesten Schicht und auch
sein Gewicht und seine Wärmekapazität wesentlich
zurück,
sogar wenn der Winkel der Abscheiderecke anstelle von 90 Grad z. B.
108 Grad ist. Wenn der Winkel 135 Grad ist, ist die maximale für das Abrunden
erforderliche Schichtdicke nur ein Fünftel davon, was für das Abrunden
eines rechten Winkels notwendig ist. Die thermische Leitfähigkeit
einer dünnen
feuerfesten Auskleidung ist gut und relativ gleichmäßig sogar
in den verschiedenen Teilen der Außenwand der Wirbelkammer, wobei
die maximalen Temperaturen der Schicht im Betrieb zurückgehen
und die Temperaturdifferenzen sich in den verschiedenen Wandabschnitten
verringern.
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Der
vorliegenden Erfindung zufolge ist jede Abscheiderecke abgerundet
und annähernd
der gleichen Größe. In diesem
Fall ist die Anzahl Ecken bevorzugt 5, 6, 7 oder 8 und die Winkel
ungefähr
108, 120, 128,6 beziehungsweise 135 Grad. Wenn die Anzahl der Abscheiderecken
sechs oder acht ist, kann eine Vielzahl Abscheider bevorzugt miteinander und/oder
dem Brennraum verbunden werden. Am bevorzugtesten hat der Abscheider
acht Ecken, wobei die parallelen Wände zwischen Abscheider und Reaktionskammer
sowie zwischen benachbarten Abscheidern bei Gestaltung der Konstruktion
eingesetzt werden können.
In einigen besonderen Fällen,
d. h. zur Anordnung einer speziellen Stützkonstruktion und eines Gaseinlasskanals,
kann es jedoch vorteilhaft sein, auch solche Abscheider herzustellen,
wo die Anzahl Ecken ungerade ist.
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Einem
ersten Aspekt der Erfindung zufolge ist die Abrundung der Ecken
derart arrangiert, dass in demjenigen Abschnitt der Wirbelkammer-Außenwand,
die eine Vielzahl von Ecken beherbergt, die Wirbelkammer-Innenwand
kontinuierlich zylindrisch ist. Das heißt, der Krümmungsradius der Abrundung ist
annähernd
der Gleiche wie der Abstand zwischen dem im Zentrum des in der Wirbelkammer
gebildeten Wirbels und der Innenwand der Wirbelkammer. Einem zweiten
Aspekt der Erfindung zufolge sind in jedem Eckbereich getrennte
Abrundungen vorgesehen, wobei der Krümmungsradius der Abrundung kleiner
als oben erwähnt
ist, und zwischen den abgerundeten Teilen eine gerade Innenwandfläche verbleibt,
die lediglich eine dünne,
gleichmäßige feuerfeste
Auskleidung zum Schutz der Wand erfordert. Die durch die feuerfeste
Auskleidung erforderliche Dicke hängt von den verwendeten Materialien
und den Betriebsverhältnissen
ab und ist typisch zumindest ungefähr 15–70 mm. Um die durch die Abrundung
gemäß der vorliegenden
erzielten Vorteile zu erreichen, sollte ihr Krümmungsradius nicht zu klein sein.
Bevorzugt ist der Krümmungsradius
der Abrundung zumindest ungefähr
ein Drittel vom Radius des in der Wirbelkammer gebildeten Wirbels,
d. h. vom Abstand zwischen Wirbelzentrum und Innenwand der Wirbelkammer.
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Bei
Benutzung eines kurzen Krümmungsradius
ist die Rundheit der Kammer nicht vollständig, sondern die Menge der
feuerfesten Auskleidung an den Wänden
ist sogar kleiner als im Falle einer kontinuierlich zylindrischen
Wirbelkammer. In einigen Fällen,
infolge der variierenden Merkmale der Ecken, kann es bevorzugt sein,
für die
Abrundung in verschiedenen Ecken unterschiedliche Krümmungsradien
zu benutzen.
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Der
horizontale Querschnitt der Wirbelkammer kann bevorzugt entweder
beinahe kreisförmig, wobei
nur ein Gaswirbel in der Wirbelkammer gebildet wird, oder länglich und
auf eine Weise geformt sein, die es zulässt, dass in der Wirbelkammer
mehr als ein Gaswirbel gebildet werden. Die Breite des horizontalen
Querschnitts der Wirbelkammer, d. h. diejenige Dimension der Wirbelkammer,
die sich in Richtung der Reaktionskammerwand am nächsten zur Wirbelkammer
erstreckt, ist bevorzugt ungefähr zweimal
die zur Breite senkrechte Tiefe, wobei bevorzugt zwei benachbarte
Gaswirbel in der Wirbelkammer gebildet werden können.
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Die
Gaseinlasskanäle
zu einer Wirbelkammer mit zwei Gaswirbeln sind am bevorzugtesten
in der Mitte der Wirbelkammerwand auf Seiten der Reaktionskammer
angeordnet, sie können
aber auch voneinander getrennt, nahe der Außenecken der Wirbelkammerwand
auf Seiten der Reaktionskammerwand angeordnet sein. Die den Einlasskanälen zugewandte
Wand, die in der Mitte der Wand in der Wirbelkammer von zwei Wirbeln
auf Seiten der Reaktionskammer angeordnet sind, kann gerade sein,
wobei die in die Wirbelkammer eintretende Gasströmung fast senkrecht auf der
Wand aufschlägt.
Wahlweise kann in der Mitte der Wand ein Wandabschnitt, der aus
planaren Wasserrohrpaneelen gebildet und in Querschnitt dreieckig
ist, vorgesehen sein, wobei durch Abrunden des Wandabschnitts die
Gasströmung
dazu gebracht wird, zuerst auf einer abgerundeten Wand aufzuschlagen.
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Um
die konstruktive Festigkeit und hohe Abscheideleistung sicherzustellen,
sind oft anstelle eines großen
Abscheiders zwei kleinere Abscheider in einer großen Reaktionskammer
konstruiert. Beim Einsatz von mehreren gekühlten zylindrischen Abscheidern
steigert der hohe Anteil an manueller Arbeit übermäßig die Kosten. Somit ist es ökonomischen
Gründen
manchmal notwendig, größere Abscheider
zu benutzen als was tatsächlich
optimal ist. In diesen Fällen
ist es nicht immer sicher, dass eine hohe Abscheideleistung unter
allen Verhältnissen
erreicht werden kann, und deshalb, um die konstruktive Festigkeit
sicherzustellen, müssen
platzraubende und kostensteigernde Anordnungen benutzt werden. Bei
Benutzung der Konstruktion gemäß der vorliegenden
Erfindung, können
auch kleine Abscheider zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann,
wobei Abscheider eingesetzt werden können, die leicht abzustützen sind
und in Hinsicht auf die Abscheideleistung optimal sind.
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Wenn
die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Außenwände z. B.
acht Winkel umfassen, können
zwei benachbarte Wirbelkammern bevorzugt so angeordnet werden, dass
ihre Seiten parallel verlaufen, wobei die parallelen Wandpaneele der
Wirbelkammern direkt miteinander verbunden werden können. Vorteilhaft
können
die benachbarten Wirbelkammern auch auf solche Weise miteinander verbunden
werden, dass sie sich einen gemeinsamen geraden Wandabschnitt teilen.
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Fliehkraftabscheider-Anordnungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung können
bevorzugt in Verbindung mit einer Reaktionskammer angeordnet werden,
so dass einige der planaren Außenwandpaneele
der Wirbelkammer parallel zur planaren Wand der Reaktionskammer
sind, wobei die Wirbelkammer leicht an der Reaktionskammerwand befestigt
werden kann. Die Wirbelkammern können
auch vorteilhaft auf solche Weise hergestellt werden, dass die Wandabschnitte
der Wirbelkammern auf Seiten der Reaktionskammer von der Reaktionskammer
geteilt werden.
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Die
Möglichkeit,
gemeinsame Wandabschnitte zwischen zwei Abscheidern oder zwischen
Abscheider und Brennraum zu benutzen, ist einer der Vorteile eines
aus planaren Rohrpaneelwänden
gebildeten Abscheiders, weil dadurch die Herstellungskosten erheblich
reduziert werden können.
Die gemeinsamen Wandabschnitte können
jedoch von keiner der beiden Seiten des Wandabschnitts leicht abgestützt werden,
wodurch die Breite einer gemeinsamen Wand dieser Art in der Praxis
ein gewisse Höchstgrenze
hat. Wenn sie überschritten
wird, müssen
zwei getrennte Wände
benutzt werden. Somit können
die Stützanordnungen für die gemeinsamen
Wandabschnitte in einigen Fällen
die Nutzung von großen
Abscheidern optimaler Größe verhindern.
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Die
Breite der planaren Außenwand
eines rechteckigen Abscheiders ist immer zumindest ebenso groß wie der
Wirbeldurchmesser, aber die Breite einer einzelnen Wand im Abscheider
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann deutlich kleiner als der Wirbeldurchmesser sein.
Somit besteht einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Abscheiders
darin, dass dem obengenannten Problem in Hinsicht auf die Abstützung der
gemeinsamen Wandabschnitte allein mit Abscheidern begegnet wird,
deren Gasräume größere Durchmesser
haben als jene, wo dem Problem durch den Einsatz von rechteckigen
Abscheidern begegnet wird.
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Auf
Basis des Obigen kann der Durchmesser der Wirbelkammer in einem
Partikelabscheider gemäß der vorliegenden
Erfindung in jedem Einzelfall freier optimiert werden als der Durchmesser
der Wirbelkammer bei gekühlten
zylindrischen Partikelabscheidern oder Abscheidern mit einer rechteckigen Außenwand.
Bevorzugt ist der Durchmesser der Wirbelkammer gemäß der vorliegenden
Erfindung ungefähr
3–8 m,
z. B. ungefähr
5 m.
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Weil
die Wirbelkammern gemäß der vorliegenden
Erfindung im Querschnitt nicht rechteckig sind, werden freie dreieckige
Räume gebildet,
wenn die Wirbelkammern miteinander und mit der Reaktionskammer verbunden
werden. Bevorzugt können
z. B. vertikale Stützkonstruktion
der gesamten Reaktoranlage in diesen Räumen angeordnet werden. Diese freien
Räume können bevorzugt
auch zur Anordnung von verschiedenen Mess- und Inspektionsöffnungen sowie
als Probenahmestutzen und Aufgabekanäle für verschiedene Materialien
eingesetzt werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung weiter mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigt
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1 eine
schematische vertikale Schnittansicht eines Wirbelschichtreaktors,
der einen Fliehkraftabscheider gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
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2 eine
schematische vertikale Schnittansicht eines anderen Wirbelschichtreaktors,
der einen Fliehkraftabscheider gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst;
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3 und 4 sind
Schnittansichten entlang Linie A-A von 1 oder 2 und
stellen Ausführungsformen
des Fliehkraftabscheiders gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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1 stellt
einen Wirbelschichtreaktor 10 dar, der eine Reaktionskammer 20,
einen zentrifugalen Partikelabscheider (Zyklon) 40 und
einen Rückführkanal 44 zur
Rückführung von
abgeschiedenen Teilchen zur Kammer 20 umfasst. Die Reaktionskammer 20,
die im Horizontalschnitt rechteckig ist, ist seitlich von Wasserrohrwänden umgeben,
von denen in 1 lediglich die Wände 22 und 24 dargestellt sind.
Die Wasserrohrwände
sind aus vertikalen Wasserrohren gebildet, die auf eine an sich
bekannte Weise, durch schmale zwischen den Rohren geschweißte Stahlrippen,
d. h. durch Flossen, miteinander verbunden sind. Die Außenwände des
Partikelabscheiders 40 sind aus ähnlichen planaren Wasserrohren
wie die Wände
der Reaktionskammer 20 gebildet.
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Brennstoff
und andere Substanzen, die in der Reaktionskammer benötigt werden,
z. B. festes Bettmaterial, werden in die Reaktionskammer durch verschiedene
Einlasskanäle
eingeführt,
von denen in 1 lediglich der Einlasskanal 26 dargestellt
ist. Das Bettmaterial in der Reaktionskammer wird durch Fluidisierungsgas 30 fluidisiert,
das durch einen Gitterrost 28 in ihrem unteren Teil eingeführt wird.
Fluidisierungsgas, etwa Luft, wird in die Reaktionskammer mit solch
einer Geschwindigkeit eingeführt,
dass das Bettmaterial kontinuierlich vom Gas mitgerissen zum oberen
Abschnitt der Reaktionskammer 20 und weiter in einen Partikelabscheider 40 durch
einen Einlasskanal 32 fließt, der im oberen Abschnitt
angeordnet ist.
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Das
aus der Reaktionskammer 20 fließende Gas bildet im Partikelabscheider 40 einen
vertikalen Gaswirbel, wobei die vom Gas mitgeführten Partikel an die Innenwände der
Wirbelkammer getrieben werden und durch den verjüngten unteren Abschnitt 42 der
Wirbelkammer zu einem Rückführkanal 44 und weiter
zurück
zur Reaktionskammer 20 fallen. Das von Partikeln gereinigte
Gas 46 verlässt
den Abscheider durch den Gasauslasskanal, die im Deckenabschnitt
der Wirbelkammer angeordnet ist, d. h. durch das Mittenrohr 48.
Die Konstruktion des Partikelabscheiders gemäß der vorliegenden Erfindung, die
in 3 bis 6 detailliert
dargestellt ist, ist besonders nützlich,
wenn das Verhältnis
zwischen dem Durchmesser des Mittenrohrs 48 und dem kleinsten Durchmesser
des Partikelabscheiders 40 0,4 übersteigt, und besonders, wenn
es über
0,5 ist. Stromabwärts
vom Mittenrohr 48 sind typisch, obwohl in 1 nicht
dargestellt, eine Wärmerückgewinnungseinheit,
ein Elektrofilter und ein Schornstein vorgesehen. Der untere Abschnitt 42 des
Partikelabscheiders 40 ist bevorzugt auch aus planaren
Wasserrohrpaneelen gebildet. Der untere Abschnitt des Rückführkanals
ist mit einem L-Krümmer
oder einer anderen Gasschleusenanordnung versehen, die verhindert, dass
Gas aus der Feuerung 20 durch den Rückführkanal 44 zum Partikelabscheider 40 fließt.
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Ansonsten
ist 2 ähnlich
zu 1, doch in 2 ist der
verjüngte
untere Abschnitt 22 des Abscheiders 40 asymmetrisch.
Somit erstreckt sich in 2 die vom Abscheider 40 einschließlich des Rückführkanals 44,
der seine Verlängerung
bildet, und von der Feuerung 20 geteilte gemeinsame Wand 24 fast über die
gesamte Höhe
der Feuerung. 2 stellt auch eine Wärmetauschkammer 52 dar,
die mit dem unteren Abschnitt des Rückführkanals 44 verbunden
ist, wobei vom Partikelabscheider 40 rückgeführtes Bettmaterial durch eine Überlauföffnung 54, die
mit der Wärmetauschkammer
verbunden ist, dem Brennraum 20 rückgeführt wird. In der Anordnung
gemäß 2 bilden
der Brennraum 20, der Partikelabscheider 40 und
der Rückführkanal 44 eine
integrierte Einheit, die in Hinsicht auf die Abstützung der
Konstruktion, Raumausnutzung und die Herstellungskosten vorteilhaft
ist. Besonders, wenn eine Anordnung gemäß 2 benutzt
wird, kann die den oberen und unteren Abschnitt 42 des
Abscheiders, den Rückführkanal 44 und
die Wärmetauschkammer 52 umfassende
Einheit bevorzugt gekühlt
gefertigt werden, so dass sich ein bedeutender Teil der Kühlrohre
vom Boden der Wärmetauschkammer
bis zur Abscheiderdecke hinauf erstreckt.
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Partikelabscheider-Anordnungen
gemäß verschiedenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind detaillierter in den 3 und 4 dargestellt.
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Zwei
parallele Abscheider können
derart angeordnet werden, dass ihre Einlasskanäle entweder parallel in Bezug
auf die Wirbelkammer verlaufen oder in Bezug auf die Fläche zwischen
den Abscheidern symmetrisch, in den Ecken am nächsten zu- oder am weitesten
voneinander angeordnet sind. Besonders wenn die Einlasskanäle 32 von
zwei benachbarten Abscheidern nebeneinander angeordnet sind, kann
die Wand zwischen den Wirbelkammern teilweise oder vollständig eliminiert
werden, wodurch die Anordnung sich der kombinierten Wirbelkammer-Anordnung
mit zwei Wirbeln nähert.
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3 stellt
eine Partikelabscheider-Anordnung dar, die in einer großen Reaktionskammer 20 angeordnet
ist, die eine Vielzahl Wirbelkammern 70, 70', 70'' umfasst. In 3 sind
drei parallele Wirbelkammern dargestellt, doch kann ihre Anzahl
auch größer oder
kleiner sein als drei. Der gesamte Gasraum der Wirbelkammern 3 ist
abgerundet, und jede Kammerecke ist ungefähr 135 Grad. Der untere Teil 42 des
in 1 und 2 dargestellten Abscheiders
ist bevorzugt auch aus planaren Wasserrohrpaneelen hergestellt,
man hat aber herausgefunden, dass es nicht notwendig ist, das Abrunden
gemäß der vorliegenden
Erfindung bis an den unteren Abschnitt 42 auszuweiten.
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Die
Menge von feuerfester Auskleidung, die für das Abrunden des Gasraums
einer Wirbelkammer mit achteckigem Querschnitt erforderlich ist,
ist beachtlich kleiner als die Menge, die für das Abrunden einer quadratischen
Wirbelkammer gemäß dem US-Patent
Nr. 4,615,715 gebraucht wird. Die Wärmeleitfähigkeit einer dünnen feuerfesten
Schicht ist hoch, und die aus planaren Wasserrohrpaneelen gefertigten
Wirbelkammerwände
kühlen
den Abscheider effizient ab. Dadurch ist solch eine Wirbelkammer beständig, kann
zu niedrigen Kosten hergestellt werden, und ihre Abscheidekapazität ist die
höchstmögliche.
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Achteckige
Wirbelkammern gemäß 3 können bevorzugt
aneinander und an der Reaktionskammer befestigt werden, indem die
parallelen Wände
miteinander verbunden werden, oder gemeinsame Wandabschnitte 72, 74 und 74' vorgesehen
werden, wie in 3 dargestellt ist. Die parallelen
Wände der
Wirbelkammern und die parallelen Wände, die von Wirbelkammer und Reaktionskammer
geteilt werden, können
bevorzugt auch gegeneinander abgestützt werden, indem Stützbalken 76 und 76' eingesetzt
werden.
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Zwischen
den vieleckigen Wirbelkammern sowie zwischen den Wirbelkammern und
der Reaktionskammer verbleiben freie dreieckige Räume, die bevorzugt
z. B. fürs
Anordnen von Stützkonstruktion 78 für die gesamte
Reaktoranlage, Aufgabekanäle oder
Dosierstutzen 80, 80' für Zusatzmittel eingesetzt werden
können,
die Verunreinigungen in Rauchgasen reduzieren, oder für andere
Substanzen. 3 zufolge sind zwischen den
Wirbelkammern 70 und 70' auch Einlasskanäle 82, 82' angeordnet,
die die in die Wirbelkammern eintretenden Gasstrahlen parallel zu
den Tangenten der Gaswirbel 84 und 84' in den Zyklonen
leiten.
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4 zeigt
eine Abscheideranordnung mit zwei sechseckigen Wirbelkammern. Bei
der Anordnung von 4 ist eine der Außenwände 86 der
Wirbelkammer 70 parallel zur Wand 24 der Reaktionskammer 20.
Bei dieser Anordnung können
die Abscheider bevorzugt mit der Reaktionskammer z. B. mit Hilfe
von Zwischenstützen
verbunden sein. Eine andere Alternative besteht darin, zwei sechseckige Wirbelkammern
anzuordnen, indem eine gemeinsame Wand oder parallele Wände dazwischen
vorgesehen werden, wobei einer der Wirbelkammerwinkel zur Reaktionskammer
hin gerichtet ist.
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Jede
Ecke in den sechseckigen Wirbelkammern gemäß 4 ist getrennt
abgerundet worden, so dass zwischen den abgerundeten Ecken gerade Wandabschnitte 88 verbleiben,
die mit einer dünnen, glatten
Auskleidung bedeckt sind. Besonders wenn die Anzahl der Wirbelkammerwinkel
weniger als acht ist, kann auf diese Weise bevorzugt eine leichte
und beständige
Abscheideranordnung vorgesehen werden.
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In
den obengenannten Beispielen war die Anzahl der Wirbelkammerwinkel
sechs oder acht, sie kann aber auch eine andere, z. B. fünf oder
sieben sein. Wenn die Anzahl der Winkel zunimmt, geht die Menge
feuerfester Auskleidung, die für
das Abrunden erforderlich ist, zurück, gleichzeitig steigen aber die
Anzahl von Wasserrohrpaneelen und die Herstellungskosten. Somit
gibt es eine optimale Anzahl von Winkeln, die normalerweise zwischen
fünf und
zehn ist.
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Ein
anderer Faktor, der die Vorteilhaftigkeit der Wirbelkammerform beeinflusst,
ist die Anzahl paralleler Wände
in der Konstruktion, die bei einer geraden Zahl von Winkeln größer als
bei einer ungeraden Anzahl und besonders groß ist, wenn die Anzahl von Winkeln
durch vier teilbar ist. Somit ist eine besonders bevorzugte Anzahl
von Wirbelkammern acht, aber wie oben erwähnt wurde, kann in einigen
Fällen die
vorteilhafteste Anordnung durch irgendeine andere Anzahl von Winkeln
erhalten werden kann.