DE69124055T2

DE69124055T2 - Zentrifugaltrenner

Info

Publication number: DE69124055T2
Application number: DE69124055T
Authority: DE
Inventors: Timo Sf-48710 Karhula Hyppaenen; Reijo Sf-48400 Kotka Kuivalainen; Harry Sf-02700 Kauniainen Ollila
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Current assignee: Amec Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1991-10-15
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: EP0481438B2; DK0481438T4; PL168836B1; DE685267T1; EP0730910B1; FI910809A0; DK0481438T3; CN1113451A; KR920007695A; EP0685267B1; ATE194509T1; DK0730910T3; DE990467T1; RU94038262A; KR940008087B1; EP0990467A1; DE69131884D1; JPH05123610A; RU2116827C1; DE69124055D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fliehkraftabscheider fürs Abtrennen von Partikeln aus heißen Gasen. Der Fliehkraftabscheider umfaßt eine vertikale Wirbelkammer, die mit mindestens einem Einlaß für die zu reinigenden Gase versehen ist, der in ihrem oberen Teil angeordnet ist, mindestens einem Auslaß für die gereinigten Gase aus der Wirbelkammer und mindestens einem Auslaß für die abgeschiedenen Partikel, der in ihrem unteren Teil angeordnet ist. Im Fliehkraftabscheider werden zumindest zwei vertikale Wirbelkammern ausgebildet.
Es sind bisher verschiedene Zyklonabscheider bekannt, die eine zylindrische, vertikale Wirbelkammer umfassen, die als Abscheidekammer dient und deren unterer Teil als nach unten verjüngender Trichter ausgebildet ist. Der obere Bereich der Wirbelkammer ist mit einem tangentialen Einlaßkanal für den zu behandelnden Gasstrom versehen. Das gereinigte Gas wird im allgemeinen durch eine Öffnung abgeleitet, die am oberen Ende der Wirbelkammer zentral angeordnet ist. Bei Durchflußzyklonen wird das Gas aus der Wirbelkammer durch ein Mittenrohr abgezogen, das im Boden der Wirbelkammer angeordnet ist.
Feststoffpartikel werden im Zyklon durch die Fliehkraft aus den Gasen abgeschieden und fließen an der Wand der Abscheidekammer entlang abwärts in den verjüngten Teil des Abscheiders, von wo sie ausgetragen werden. Bei einem konventionellen Zyklonabscheider basiert die Abscheidung auf dem Zusammenwirken von Fliehkraft und Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit. Der in einen konventionellen Zyklon fließende Gasstrom beginnt, spiralförmig an der Außenwand der Wirbel kammer hauptsächlich nach unten zu wirbeln und wird beschleunigt, wenn der Konusdurchmesser kleiner wird. Im unteren Teil des Zyklons ändern die Gase ihre Bewegungsrichtung und beginnen, in der Mitte der Wirbelkammer aufwärts zum oberen Teil des Abscheiders zu fließen, der mit einem Gasaustrittskanal versehen ist. Der durch die Wirkung der Fliehkraft an den Wänden des unteren Teils der Wirbelkammer angesammelte Feststoff ist nicht in der Lage, den Gasen zu folgen, sondern fließt weiter abwärts in einen Auslaßkanal.
Die Zyklonwände werden insbesondere durch abrasive Feststoffteilchen stark abgenutzt. Die abrasive Wirkung kann insbesondere an demjenigen Teil der Wand nach dem Einlaß beobachtet werden, der vom Feststoffstrom zuerst angeströmt wird. Man hat versucht, die Abrasion durch Schützen der Innenflächen der Wirbelkammer durch abrasions- und feuerfeste Materialien oder durch Fertigung der Wirbelkammer aus abrasionsfesten Materialien zu verringern. Die abrasive Wirkung der Feststofffeilchen wird durch hohe Temperatur begünstigt.
Ein Problem, dem man bei zirkulierenden Wirbelschichtreaktoren begegnet und das bei Verbrennungs- und Vergasungsprozessen allgemein geworden ist, besteht in der Abscheidung der von heißen Gasen mitgeführten Feststoffpartikel und Rückführung derselben in den Reaktor. Bei den besonderen, an in solchen Verhältnissen angeordnete Fliehkraftabscheider gestellten Anforderungen geht es um das Vermögen, große Feststoffmengen kontinuierlich aus den Gasen abzuscheiden und der Aussetzung für Erosion standzuhalten, wenn große Volumina heißer Gase und Feststoffpartikel durch den Abscheider fließen.
Der Hauptnachteil der konventionellen Zyklone in großen Reaktoren besteht darin, daß die Zyklone zum Beispiel durch keramische Wärmeisolatoren wärmeisoliert sein müssen, um die Außenfläche des Abscheiders verhältnismäßig kalt zu behalten. Um eine ausreichende Wärmeisolierung zu erreichen, wird eine dicke Isolierstoffschicht benötigt, was den Preis sowie das Gewicht und den Platzbedarf des Abscheiders erhöht. Um den heißen Verhältnissen standzuhalten, müssen die Zyklone außerdem inwendig mit abrasionsfesten Schichten feuerfesten Mauerwerks geschützt werden. Dabei werden die Zyklonwände durch zwei Schichten verschiedener Materialien bedeckt. Es ist schwierig und zeitraubend, diese zwei Schichten an den Wänden anzubringen, besonders weil eine der Schichten sehr dick ist und langsam trocknen muß. Außerdem sind die zwei Schichten für Beschädigung durch Temperaturdifferenzen zum Beispiel beim Anlaufen, und für mechanische Beanspruchung im Betrieb des Systems sehr anfällig.
Im großen und ganzen ist aus dem Zyklon eine Vorrichtung mit dicken, beschädigungsanfälligen Isolierstoffschichten geworden, die sehr viel Platz beansprucht. Weil er eine schwere Konstruktion ist, erfordert er auch eine starke Stützkonstruktion. Diese schwere Konstruktion bedeutet, daß das Anlaufen lange dauert, um Sprünge an keramischen Teilen oder der feuerfesten Auskleidung zu vermeiden. Temperaturdifferenzen können bei feuerfesten Ausmauerungen beim Anlaufen Sprünge verursachen und müssen deshalb vermieden werden.
Das in zirkulierenden Wirbelschichtreaktoren zirkulierende Bettmaterial kann äußerst fein sein, wenn zum Beispiel Feinkalk fürs Absorbieren von Schwefeldioxid des Betts verwendet wird, oder wenn die Brennstoffasche fein ist. Dies setzt hohe Anforderungen an den Zyklon. Man hat versucht, die Abscheideleistung des Zyklons durch Serienschaltung zweier oder mehrerer Zyklone zu verbessern. Nachteile solcher Zusammenschaltungen sind große Druckverluste, teuere Konstruktion und Verbindungsorgane, die viel Platz erfordern.
Um eine bessere Abscheideleistung zu erzielen, hat man auch aus parallelgeschalteten Zyklonen bestehende Zyklonbatterien vorgeschlagen. Das Ziel hat darin bestanden, höhere Abscheideleistungen unter Benutzung kleinerer Einheiten zu erreichen. Diese Zyklonbatterien sind jedoch teuer und kompliziert in der Herstellung. Die Zyklonbatterien erfordern eine bestimmte Mindest-Druckdifferenz, damit das Gas stets auf die verschiedenen Zyklone gleichmäßig verteilt wird.
Die Wände der Verbrennungsreaktoren sind in der Regel aus Wasserrohrpaneelen für teilweise Rückgewinnung der im Reaktor erzeugten Wärme ausgeführt. Die Zyklonabscheider und Rückführkanäle für Feststoff sind gewöhnlich ungekühlte, wärmeisolierte Konstruktionen. Die Verbindung solcher gekühlten und ungekühlten Teile miteinander ist infolge der ungleichen Wärmedehnung und der dicken Isolierschichten schwierig. Deshalb erfordern die Verbindungen zwischen Reaktor und Abscheider teuere, keramische oder entsprechende hitzebeständige Kanäle und Dehnungsfugen. Der Zyklonabscheider und ihm nachgeschaltete Konvektionsabschnitt erfordern ebenfalls spezielle Dehnungsfugen.
Bei Änderung des Durchmessers des Zyklon-Querschnitts, ändert sich auch der Abstand zwischen benachbarten Wasserrohren der Zyklon wand, es sei denn daß einige Rohre weggenommen oder in Teile der Zyklonwand eingefügt werden. Dies ist ein komplizierter Vorgang.
Fürs Vermeiden der obenerwähnten Nachteile, die durch die Wärmedehnung verursacht werden, schlägt zum Beispiel das US-Patent 4,746,337 einen Zyklon der Wasserrohr-Konstruktion vor. Die Herstellung eines zylindrischen Zyklons der Rohrkonstruktion ist jedoch nicht einfach. Ferner müssen die Rohrpaneele in der Herstellungsphase in sehr schwierige Formen gebogen werden, was ein zeitraubender und schwieriger Prozeß ist.
Die finnische Patentanmeldung 861224 stellt einen zylindrischen Zyklonabscheider der Wasserrohr-Konstruktion dar, bei dem eine der Wasserrohrwände für sowohl eine Reaktionskammer als auch einen Partikelabscheider gemeinsam ist. Wie oben, weist auch diese Anordnung schwierige Biegungen auf.
Die US-Patentveröffentlichung 4,615,715 stellt ein aus Rohrpaneelen gefertigtes Abscheidergehäuse und eine eigentliche Wirbelkammer dar, die aus einer innerhalb der Gehäuses angeordneten zylindrischen abrasionsfesten Einheit hergestellt ist. Der Ringraum zwischen dem Abscheidergehäuse und der zylindrischen Einheit ist mit einem geeigneten Füllmittel gefüllt. Wegen der Anordnung der zylindrischen Einheit innerhalb des Abscheiders und wegen des Füllmittels ist der Abscheider jedoch groß und schwer, obwohl man auf einen Teil der Wärmeisolierung verzichtet hat. Desweiteren wird der zylindrische Innenteil der Wirbelkammer durch die Wände entlang abwärts fließenden Partikel abgenutzt.
Ein weiterer Stand der Technik, der von Interesse ist, ist die GB-A-21 08 409, die ein Verfahren fürs Trennen eines Mediums mittels Fliehkraft in Bestandteile darstellt, die verschiedene Partikelmassen haben. Die GB-A- 21 08 409 befaßt sich mit dem Problem, wie die Energieverluste und Reibung herabgesetzt werden können, die normalerweise durch die Fliehkraft verursacht werden, die den zu separierenden Mediumwirbel gegen die äußeren Begrenzungsflächen drückt. Die dargelegte Lösung sieht zwei oder mehrere parallele Wirbel vor, die paarweise und seitlich in Kontakt mit einander gebracht werden, so daß die abscheidenden Wirbel beim Rotieren in entgegengesetzten Richtungen mit einem Winkel von 0 bis 90º ineinanderlaufen. Zusätzliche, bei diesem Stand der Technik dargestellte Merkmale sind in der nachstehenden "Zusammenfassung der Erfindung" angeführt.
In der EP-A-020571 8 ist ein Partikelabscheider-Zyklon dargestellt, der als Dampferzeuger arbeitet. Bei diesem Stand der Technik hat man vorgeschlagen, die Dampferzeugerflächen am Zyklonaustritt vorzusehen; und er stellt auch einen Zyklon mit wassergekühlten Rohrwänden dar.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fliehkraftabscheider zur Abscheidung von Partikeln aus heißen Gasen, welcher Fliehkraftabscheider der Definition im beigefügten Anspruch 1 entspricht, der auf der Annahme beruhend zweiteilig ist, daß die GB-A-2 108 409 der nächste Stand der Technik ist. Daher ist man davon ausgegangen, daß sämtliche im Oberbegriff von Anspruch 1 festgelegten Merkmale bereits durch die GB-A-2 108 409 dargelegt worden sind.
Der Erfindung zufolge ist eine Abscheidervorrichtung vorgesehen, die im Aufbau einfacher, insbesondere bezüglich ihrer Isolierschichten weniger anfällig gegenüber Beschädigung ist, nicht so viel Platz beansprucht, und nicht so teuer als konventionelle Hochtemperatur-Zyklonabscheider ist. Der erfindungsgemäße Fliehkraftabscheider kann aus einfachen Elementen, zum Beispiel hauptsächlich ebenflächigen oder plattenförmigen Wasserrohrpaneelen hergestellt werden. Der erfindungsgemäße Abscheider wird leicht modular ausgeführt. Dank seiner Modulkonstruktion läßt sich der erfindungsgemäße Abscheider besser als die vorher bekannten Konstruktionen auf große zirkulierende Wirbelschichtreaktoren anwenden und ist in hohem Maße abrasionsfest.
Es ist ein charakteristisches Merkmal des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders, daß die Wirbelkammer nichtzylindrisch ist, sich hauptsächlich aus ebenflächigen Wänden zusammensetzt, wobei der Querschnitt der Seitenwände der Wirbelkammer vorzugsweise die Form eines Quadrats, Rechtecks oder eines anderen Vielecks hat. Der Querschnitt des durch die Wirbelkammer gebildeten inneren Gasraums ist eindeutig nichtkreisförmig. Mit dem "Gasraum" einer Wirbelkammer bezeichnet man den Innenraum, der frei durch Gas gefüllt werden kann. Der Gasraum wird im wesentlichen durch die Innenwände der Wirbelkammer und durch (eventuelle) an der Wand befestigte Elemente begrenzt. Der Gasraum ist ein Raum, in den Gas frei fließen kann, ohne durch irgendwelche Elemente, feuerfeste Schichten oder dergleichen beschränkt zu werden.
Die Querschnittsform des Gasraums der Wirbelkammer kann durch eine Kreisförmigkeit X dargestellt werden, die gleich Kreisumfang des Gasraums geteilt durch den Kreisumfang des größten im Querschnitt des Gasraums enthaltenen Kreises ist. Bei einem zylindrischen Abscheider ist X gleich 1, und bei einem quadratischen X = 1,273. Beim erfindungsgemäßen Abscheider ist die Kreisförmigkeit X des Gasraum des Abscheiders gleich oder größer 1, zum Beispiel X ≥ 1,1, und vorzugsweise ist X gleich oder größer 1,15. Obwohl ein Abscheider mit einer Kreisförmigkeit von X > 1 als solcher aus der deutschen 3435214 bekannt ist, wird darin angedeutet, daß solch eine Konstruktion zum Einsatz bei der Abscheidung von Partikeln ungeeignet ist, was im Widerspruch zur vorliegenden Erfindung steht.
Die Innenseite der Wirbelkammer des erfindungsgemäßen Abscheiders ist mindestens teilweise mit einer dünnen Schicht abrasions- und feuerfesten Materials ausgekleidet. Diese Schicht aus feuerfestem Material macht den Querschnitt des Gasraum wesentlich nicht kreisförmig, schützt aber abrasionsanfällige Bereiche der Wirbelkammer. Auch funktioniert die Schicht aus feuerfestem Material bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wesentlich nicht als Wärmeisolator in der Wirbelkammer. Die Stärke der Schicht der feuerfesten Auskleidung ist vorzugsweise nur ungefähr 40 bis 150 mm. Diese dünne abrasions- und feuerfeste Schicht kann mit Stiften oder anderen Befestigungsorganen an der Wandoberfläche derwirbelkammerbefestigt werden, welche Wandoberflächevorzugsweise ein Wasserrohrpaneel ist. Durch Befestigung der feuerfesten Schicht direkt an einer gekühlten Wand, ohne jede Isolier- oder andere Schichten dazwischen, wird auch die Abkühlung der feuerfesten Auskleidung ermöglicht. Beim Abkühlen wird diese feuerfeste Auskleidung sowohl chemisch als auch mechanisch beständiger. Wärmeleitendes Material kann als abrasionsfestes Material ausgewählt werden. Solches Material kühlt noch immer schneller ab. Darüber hinaus verbessern die Stifte die Abkühlung. Um die abrasive Wirkung der im Eintrittsgas suspendierten Partikel zu vermindern, können die der Eintrittswand gegenüberliegende Wand und besonders abrasionsanfällige Bereiche mit einer speziellen zusätzlichen Schicht schützenden feuerfesten Materials oder mit einem feuerfesten Material ausgestattet werden, das abrasionsfester ist als die feuerfeste Auskleidung in der restlichen Kammer.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzen sich die Wände der Wirbelkammer aus Kühlflächen, wie z.B. Wasserrohrpaneelen, zusammen. Weil die Wirbelkammer durch im wesentlichen ebenflächige Wände gebildet wird, können die Wandelemente vorgefertigte Wasserrohrpaneele sein. Somit ist es möglich, einen Fliehkraftabscheider, wie einen Vergasungs- oder Verbrennungsreaktor einfach durch Schweißen an der beabsichtigten Einsatzstelle zusammenzubauen. Ein Teil oder vorzugsweise alle Wände der Wirbelkammer sind einer gekühlten Konstruktion. Das Kühlsystem der Wirbelkammer ist vorzugsweise mit dem Haupt-Wasser/Dampf-System des Wirbelschichtreaktors verbunden, dem es zugeordnet ist.
Ein gekühlter Partikelabscheider gemäß der vorliegenden Erfindung muß nicht mit dicker feuerfester Ausmauerung oder anderen dicken Schutzschichten ausgekleidet zu sein, die infolge von Temperaturdifferenzen beim Hochfahren oder im Betrieb leicht beschädigt und daher leicht Brüche oder Risse bekommen würden [dicke Ausmauerungen beanspruchen auch viel Platz]. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind verhältnismäßig dünne abrasionsfeste Schutzschichten auf dem Kühlpaneel ausreichend. Der vorliegenden Erfindung zufolge können die Probleme mit dicken Ausmauerungen, wie auch andere Probleme infolge von Wärmedehnungen, vermieden werden. Wärmedehnungen in sowohl Reaktionskammer als auch Abscheider können leichter vorausgesagt und ausgeglichen werden, wenn beide aus Wasserrohrpaneelen gebildet sind, deren Temperatur sich leichter kontrollieren läßt. Im Grunde genommen können infolge kleinerer oder nichtexistierender Differenzen der Wärmedehnung zwischen Reaktionskammer und erfindungsgemäßem Abscheider Probleme mit den Dehnungsfugen zwischen Abscheider und Reaktionskammer minimiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Fliehkraftabscheider aus einer länglichen Wirbelkammer, worin zwei oder mehrere parallele Gaswirbel mit Abstand zueinander gebildet werden. Die Seitenwände der Wirbelkammer bestehen aus vier ebenflächigen Paneelen, zum Beispiel Wasserrohrpaneelen, wobei zwei einander gegenüberliegende Wände die langen Wände und die restlichen zwei die Stirnwände der Wirbelkammer sind. Die langen Wände können vorzugsweise zwei oder mehrere Male länger als die Stirnwände sein. In jenem Fall entspricht der Querschnitt des Innenraums der Wirbelkammer vorzugsweise dem Raum zweier oder mehrerer aufeinanderfolgender Quadrate, wobei die Länge einer Seite des Quadrats der Länge der Stimwand entspricht. Vorzugsweise ist die Anzahl der Gaswirbel gleich der Zahl von Quadraten.
Die längliche Wirbelkammer ist mit einer Vielzahl aufeinanderfolgender Wirbel in der Längsrichtung der Kammer versehen durch Anordnung des/der Gaseinlasses/-einlässe und des/der Gasauslasses/-auslässe auf geeignete Weise so, daß die Zahl der in der Wirbelkammer erzeugten Wirbel der Zahl der Gasauslässe darin gleicht. Der/die Gasauslaß/-auslässe sind in der Wirbelkammer so angeordnet, daß dadurch die Leitung des Gases vom Einlaß tangential in einen oder zwei parallele Wirbel ermöglicht wird.
Die Gaseinlässe sind in der Seitenwand der Wirbelkammer so angeordnet, daß sie das Gas tangential vom Einlaß in die Gaswirbel in der Wirbelkammer entsprechend den Zentren der Gasaustrittsöffnungen leiten und den "Dralleffekt" der eingeführten Gasstrahlen maximieren. Der "Dralleffekt" ist gleich * v * r, wenn m = Massenstrom, v = Gasgeschwindigkeit in der Einlaßöffnung und r = der senkrechte Abstand zwischen Gaseintrittstrahl und Mitte der Gasauslaßöffnung. Die in den Wirbelkammern gebildeten Gaswirbel sind im wesentlichen konzentrisch zu den Gasauslaßöffnungen. Es ist auch möglich, Gas von einem Einlaß zweien benachbarten Gaswirbeln zuzuführen oder Gas von zwei oder mehreren Gaseinlässen einem einzigem Gaswirbel zuzuführen.
Die längliche Wirbelkammer eignet sich zur Anordnung neben einem zirkulierenden Wirbelschichtreaktor (damit betrieblich verbunden) auf solche Weise, daß eine der Reaktorwände oder zumindest ein Teil des oberen Wandabschnittes als Wirbelkammerwand dient. Somit kann zum Beispiel Teil einer gemeinsamen langen Wand des Reaktors als lange Wand der Wirbelkammer dienen, was natürlich die Materialkosten beschneidet.
Desweiteren können zwei andere Wände des Reaktors vorzugsweise beim Verbinden des Reaktors mit dem Abscheider genutzt werden. Die zu der gemeinsamen Wand senkrechten Verlängerungen der Wände können zum Beispiel die Stirnwände der Wirbelkammer bilden. Somit können bei der Abscheiderkonstruktion drei gekühlte Paneeiwände des Reaktors benutzt werden, was bemerkenswerte Vorteile in hinsicht auf Wirtschaftlichkeit und Herstellung bringt. Diese Konstruktion ermöglicht die Anordnung zum Beispiel des Verbrennungsofens des Wirbelschichtreaktors und des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders so, daß eine einzige rechteckige Konstruktion entsteht, was in hinsicht auf die Abstützung der Konstruktion höchst vorteilhaft ist.
Ein Auslaß für die abgeschiedenen Feststoffpartikel kann für jeden Gaswirbel in der Wirbelkammer vorgesehen werden, so daß eine gleichmäßige Verteilung rückgeführter Feststoffpartikel in die Reaktionskammer leicht von mehreren nebeneinanderliegenden Stellen aus, zum Beispiel in einem zirkulierenden Wirbelschichtreaktor, arrangiert werden kann. Die in den verschiedenen Wirbeln abgeschieden Feststoffteilchen können zum anderen in einer Sammelkammer oder einem Sammeltrichter, die im unteren Teil der Wirbelkammer angeordnet sind, aufgefangen werden und zu einer gewünschten Stelle in einem oder mehreren Partikelströmen weitergeleitet werden.
In der länglichen Wirbelkammer können die langen Wände einer Abstützung bedürfen, um die Wandpaneele zu versteifen und Verbiegung derselben zu verhindern. In diesem Fall können Querabstützungen oder - wände zwischen den zwei gegenüberliegenden langen Wänden für Versteifung der Kammerkonstruktion angeordnet werden. Die Querabstützungen/-wände werden zwischen zwei Gaswirbeln auf solche Weise angeordnet, daß die Querabstützungen/-wände sich nicht nachteilig auf die Wirbelbildung auswirken. Die Querabstützungen/-wände können gekühlt und/ oder aus abrasions- und feurfestem Material hergestellt sein. Die Querabstützungen können eine Trennwand in der Wirbelkammer bilden, um die Kammer teilweise oder vollständig in getrennte Abschnitte aufzuteilen. Die Querabstützungen können sich von der Decke der Wirbelkammer bis zum Boden derselben hinabreichen, wobei in der Kammer zwei oder - je nach der Anzahl von Querwänden - mehrere vollkommen getrennte Gasräume gebildet werden. Zum anderen können die Querabstützungen nur kurze Stützorgane sein, die die Kammer faktisch nicht in getrennte Gasräume aufteilen.
Die Gaseinlässe in der Wirbelkammer haben vorzugsweise die Form vertikaler, schmaler, langgestreckter Schlitze. Die Schlitze können zum Beispiel so hoch wie der obere Abschnitt der Wirbelkammer sein. Die Breite des Schlitzes wird entsprechend dem für den Gasstrom erforderlichen Querschnitt festgelegt. Die Einlässe können vorzugsweise mit Leitblechen versehen sein zur Leitung des Gases tangential in den Wirbel. Die Leitbleche funktionieren auch als Versteifungen der langen Wand.
Die bedeutendsten Vorteile der Erfindung liegen in der einfachen Konstruktion und der Tatsache, daß sowohl eine Reaktionskammer als auch eine kleine Batterie von Partikelabscheidern zum Beispiel aus einfachen, ebenflächigen Teilen, wie z.B. vorgefertigten Wasserrohrpaneelen, gebaut werden können, die durch ein billiges Schweißverfahren vorab in einer Werkstatt hergestellt werden können. Durch Anordnung einer Vielzahl von die Abscheidung von Feststoffen bewirkenden Gaswirbeln in einem länglichen Wirbelkammerraum, wird weniger Abscheider-Wandfläche im Vergleich zu einer Zyklonbattene gebraucht, die aus mehreren unabhängigen Abscheidern aufgebaut ist.
Dank der Abkühlung ist die Wandkonstruktion des Abscheiders dünner als die von konventionellen Heißgas-Abscheidern, und aufgrund ihrer quadratischen/rechteckigen Form kann der Abscheider aus plattenförmigen Teilen gefertigt werden.
Ein erfindungsgemäßer Abscheider ist konstruktionsmäßig geeignet zur Reinigung von Produkt- oder Rauchgasen, zum Beispiel, in nach dem Wirbelschichtprinzip arbeitenden Vergasern und Verbrennungsreaktoren, wo es erwünscht ist, eine gekühlte Konstruktion zu haben und wo die Menge der abzuscheidenden Partikel groß ist. Die Erfindung ist besonders geeignet fürs Abtrennen von zirkulierenden Feststoffteilchen aus Gasen in zirkulierenden Wirbelschichtreaktoren.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIGUR 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fliehkraftabscheiders gemäß der Erfindung, die in betrieblicher Verbindung mit einem zirkulierenden Wirbelschichtreaktor angeordnet ist;
FIGUR 2 ist eine Schnittansicht aus Fig. 1 entlang Linie 2-2;
FIGUR 3 ist eine Schnittansicht aus Fig. 2 entlang Linie 3-3;
FIGUR 4 ist eine Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders, der in einem zirkulierenden Wirbelschichtreaktor angeordnet ist;
FIGUR 5A ist eine Schnittansicht aus Fig. 4 entlang Linie 5-5;
FIGUR 6A ist eine Schnittansicht ähnlich zu jenen in Figur 3 und 5A und stellt eine andere beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheider dar;
FIGUR 8 ist eine Schnittansicht einer noch anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders;
FIGUR 9 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen zirkulierenden Wirbelschichtreaktors mit an der Peripherie desselben angeordneten Fliehkraftabscheidern;
FIGUR 10 ist eine Ansicht ähnlich zu der in FIGUR 9, zeigt aber eine kreisförmige Reaktorkonstruktion mit Fliehkraftabscheidern an seiner Peripherie;
FIGUR 11 ist eine vertikale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen zirkulierenden Wirbelschichtreaktors mit ihm zugeordneten Fliehkraftabscheidern; und
FIGUREN 12 bis 15 sind vertikale Schnittansichten wie die in FIGUR 11, jedoch für verschiedene Ausführungsformen von zirkulierenden Wirbelschichtreaktoren.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Figuren 1, 2 und 3 stellen einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor dar, der eine Reaktionskammer 10, einen Fliehkraftabscheider (Zyklon) 12 und einen Rückführkanal 14 für abgeschiedene Partikel umfaßt. Der Querschnitt der Reaktionskammer ist rechteckig, und die Reaktionskammer 10 setzt sich aus Wasserrohrwänden zusammen, wovon in Fig. 1 nur die langen Wände 16 und 18 dargestellt sind. Die Wasserrohrwände werden vorzugsweise aus miteinander verbundenen vertikalen Wasserrohren gebildet.
Der obere Teil von Wand 18 ist gebogen und bildet die Decke 20 der Reaktionskammer 10. Die Wände im unteren Abschnitt der Reaktionskammer 10 sind mit feuerfestem Material 22 geschützt. Der Reaktor hat einen Einlaß 23 für Feststoff. Der Boden der Reaktionskammer 10 wird von einer Verteilerplatte 24 gebildet, die mit Düsen oder Öffnungen 26 fürs Einführen von Fluidisierungsgas aus einem Luftkasten 28 in die Reaktionskammer zur Aufrechterhaltung einer Wirbelschicht in der Kammer ausgestattet ist. Fluidisierungsgas oder -luft wird in die Reaktionskammer mit solch einer hohen Geschwindigkeit eingeführt, daß sie einen Teil des Wirbelschichtmaterials dazu bringen, mit dem Gas durch eine im oberen Teil der Kammer 10 angeordnete Öffnung 30 in den Partikelabscheider 12 zu fließen.
Der Fliehkraftabscheider 12 gemäß der Ausführungsform von Figur 1, 2 und 3 ist ein Multiwirbel-Fliehkraftabscheider, in dem zwei parallele, vertikale, Partikel mittels Fliehkraft vom aus der Reaktionskammer abgezogenem Gas abscheidende Gaswirbel im Gasraum 31 des Abscheiders entstehen. Eine Wirbelkammer bildet den Abscheider 12 und umfaßt vorzugsweise ebenflächige, hauptsächlich rechteckige Wasserrohrwände 32, 34, 36 und 38. Vorzugsweise sind auch diese Wände miteinander verbundene vertikale Wasserrohre. Die Wirbelkammer des Abscheiders 12 hat eine lange benachbart zur der Reaktionskammer liegende, mit der Reaktionskammer gemeinsame Wand, d.h. ein Teil der Wand 16 der Reaktionskammer 10 bildet die Wand 32 der Wirbelkammer. Am Schlitz 30 ist die Wasserrohrwand 32 derart in das Innere der Wirbelkammer gebogen, daß die gebogenen Teile 40 einen Einlaßkanal 42 bilden, der den Gasstrom in den Wirbelkammer-Gasraum 31 leitet. Der Schlitz 30 ist hoch und schmal, höher und schmaler als bei konventionellen vertikalen Zyklonen, vorzugsweise so hoch wie der obere Abschnitt 43 der Wirbelkammer. Bei dieser Konstruktion mit einem Einlaß für zwei Wirbel kann das Höhe/Breite-Verhältnis niedriger, aber vorzugsweise > 3 sein. Die von der Wand einwärts gebogenen Teile 40 sind vorzugsweise so gebogen, daß sie einen Einlaßkanal bilden, der sich einwärts zur Wirbelkammer hin verengt.
Die oberen Teile der Wände der Wirbelkammer sind vorzugsweise vertikal und ebenflächig und bilden den oberen Abschnitt 43. Der untere Teil der langen Wand 36 ist zu der gegenüberliegenden langen Wand 32 hin gebogen und bildet den unteren Abschnitt 45 der Wirbelkammer. Durch diese Konstruktion wird ein asymmetrischer, langer, trichterförmiger Raum 44 gebildet, wobei der Bodenabschnitt besagten Raums einen Feststoffauslaß 46 bildet.
Der Auslaß 46 dient auch als Eintritt zum Rückführkanal 14. Die langen Wände des Rückführkanals werden durch die Verlängerungen der Wände 32 und 36 des Partikelabscheiders 12 gebildet. Die Stirnwände des Rückführkanals 14 werden entsprechend durch die Verlängerungen der Wände 34 und 38 gebildet. Nur ein Teil der Stirnwände 34 und 38 mit der Breite des Rückführkanals 14 setzt sicht nach unten fort und bildet dabei einen Rückführkanal. Die restlichen Teile der Stirnwände erstrecken sich lediglich bis zum oberen Teil des Rückführkanals 14, wie in Abb. 1 bei Wand 34 dargestellt ist. Der untere Teil des Rückführkanals 14 steht über einen L-Krümmer 48 mit dem unteren Abschnitt der Reaktionskammer 10 in Verbindung, um die im Abscheider 12 abgeschiedenen Feststoffteilchen der Wirbelschicht rückzuführen.
Im oberen Teil 43 der Wirbelkammer sind zwei aufeinanderfolgende Gasauslaßkanäle 54 und 56 in Öffnungen 50 und 52 angeordnet für die Ableitung gereinigten Gases aus dem Gasraum 31 der Wirbelkammer. Die Gasauslaßkanäle 54, 56, d.h. sog. Zentralkanäle des Abscheiders, können entweder keramische oder gekühlte Kanäle sein, um den heißen Verhältnissen im Abscheider standzuhalten. Die Zentralkanäle sind im Gasraum 31 der Wirbelkammer vorzugsweise so angeordnet, daß ihre Mittenachse mit der natürlichen Mittenachse des Gaswirbels zusammenfällt, der durch das im Raum 31 wirbelnde Gas gebildet wird. Die Gase werden vom Abscheider 12 in einen darüber angeordneten Kanal 60, welcher Kanal 60 mit Wärmerückgewinnungsflächen 62 versehen ist, und weiter in einen vertikalen neben der Reaktionskammer 10 angeordneten Konvektionsabschnitt 64 geleitet, welcher Konvektionsabschnitt ebenfalls mit Wärmerückgewinnungsflächen 66 versehen ist. Die Gase werden über einen Kanal 68 abgeleitet.
Die langen Wände der Wirbelkammer sind mittels einer Trennwand 70 verstärkt, die sich von Wand 32 zu Wand 36 erstreckt. Die Trennwand erstreckt sich von unterhalb des Einlasses 30 bis in den unteren Bereich der Wirbelkammer. Die Trennwand verhindert Durchbiegungen und Schwingungen der langen Wände, die durch das fließende Gas verursacht werden. Anstelle einer Trennwand können auch verschleißfeste Stützbalken zur Versteifung der langen Wände benutzt werden. Der von Wand 32 zum Einlaß 30 hin gebogene Teil 40 versteift die Wand 32 im oberen Bereich der Wirbelkammer.
Zur Aufrechterhaltung einer kreisförmigen Bewegung des Gases in einem Wirbel oder zur Leitung des Feststoffes sind in der Wirbelkammer keine kreisförmigen Elemente vorgesehen. Deshalb ist der Querschnitt des Gasraums 31 der Wirbelkammer, d.h. des mit Gas gefüllten Raums, eindeutig nichtkreisförmig. Die tangentiale Einführung von Eintrittsgas, die Anordnung des Gasauslasses und die ebenflächigen Wände tragen zur Bildung des Gaswirbels im Gasraum 31 bei. Überraschenderweise hat man herausgefunden, daß im Gasraum 31 des Abscheiders 12 keine zylindrischen oder anderen kreisförmigen Leitwände zur Aufrechterhaltung eines Gaswirbels benötigt werden. In der vorliegenden Veröffentlichung und den Ansprüchen, bezeichnet "Kreisförmigkeit" den Kreisumfang des Querschnitts der Innenfläche des Gasraums 31 der Wirbelkammer geteilt durch den Kreisumfang des größten im Querschnitt enthaltenen Kreises; und ist der Erfindung zufolge größer als 1, zum Beispiel ≥ 1,1, und vorzugsweise ≥ 1 15. Die Wände der Wirbelkammer sind inwendig mit einer dünnen Schicht abrasions- und feuerfesten Materials ausgekleidet, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist Die Stärke der feuerfesten Schicht ist normal ungefähr 40 bis 150 mm. Vorzugsweise kann das abrasions- und feuerfeste Material direkt an die Wände 32, 34, 36, und 38 der Wirbelkammer befestigt werden. Einer starken Abrasion ausgesetzte Stellen erfordern eine dickere Schicht feuerfesten Materials, oder aber es kann ein abrasionsfesteres feuerfestes Material verwendet werden. Somit kann zum Beispiel die Wand 36 gegenüber dem Gaseinlaß 30 mit einer vertikalen feuerfesten Ausmauerung versehen werden, deren Länge der Höhe des Einlasses entspricht. Mindestens ein Teil der vom in die Wirbel kammer fließenden Eintritts-Gasstrahl mitgeführten Teilchen prallt dann auf diesem feuerfesten Bereich von Wand 36 auf.
Die von dem in den Abscheider 12 einfließenden Gas mitgeführten Partikel sind geneigt, über einen kürzeren Strömungspfad als das Gas zu fließen. Wenn zum Beispiel das Gas in die Wirbelkammer fließt und seine Bewegungsrichtung ändert und einen Wirbel bildet, bewegt sich ein Teil der Partikel hauptsächlich geradeaus fort und schlägt eventuell auf der gegenüberliegenden Wand 36 auf. Infolge der Trägheit der Bewegungsänderung der Partikel sind die Randbereiche der Wirbelkammer abrasionsanfällig, und müssen vorzugsweise mit einer dickeren Schicht feuerfesten Materials oder durch ein verschleißfesteres feuerfestes Material geschützt werden.
Bei großen Volumina von Feststoffströmen, die für zirkulierende Wirbelschichtreaktoren typisch sind, ist die durch Partikel verursachte Abrasion jedoch nicht unbedingt in dem dem Einlaß gegenüberliegenden Bereich am stärksten. Kritische Bereiche können sich auf beiden Seiten dieses Bereiches befinden. Der Grund dafür könnte darin liegen, daß die Partikel selbst beim Abwärtsfließen eine Sperr- oder Schutzschicht in diesem Bereich bilden. Bei Anwendung einer Schutzschicht aus feuerfestem Material ist es vorteilhaft dies im Auge zu behalten, so daß eine verschleiß- und feuerfeste Auskleidung in diesem ganzen kritischen Bereich und nicht nur an der tatsächlichen, dem Gaseinlaß senkrecht gegenüberliegenden Aufschlagstelle vorgesehen wird.
Die Eckbereiche der Wirbelkammer haben eine erhöhte Wirkung auf die Abscheidung von Partike In. In den Eckbereichen wird der Gassuspensionsstrom gezwungen, seine Richtung abrupt zu ändern. Das Gas ändert seine Strömungsrichtung viel leichter als Partikel, die sich in den Eckbereichen ansammeln. Dieses führt zu einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit der Partikel in Richtung der Wirbeiströmung in den Eckbereichen. Beim Zusammenprallen mit einer Schicht schwererer Partikelsuspension nah der Wand in den Eckbreichen kann der Partikelstrom sogar zum Stillstand kommen, was zu einer weiteren Konzentration von Partikeln nah den Eckbereichen führt. Deshalb scheiden sich konzentrierte Partikelsuspensionen/-schichten oder andere schwere Partikelklumpen leichter durch die Schwerkraft aus dem Gasstrom in der Wirbelkammer ab und fließen in den Eckbereichen abwärts zu unteren Teil des Abscheiders.
Ferner ist der Rückführkanal 14 durch eine Trennwand 71 in zwei Teile 13 und 15 aufgeteilt, deren untere Teile durch mit Ziegeln oder feuefestes Material ausgekleidete Wände 72 zu trichterförmigen Räumen 74 und 76 ausgebildet sind, in welche Räume die abgeschiedenen Feststoffpartikel fließen. Vom trichterförmigen Raum wird der Feststoff über Öffnungen 78 und 80 zurück in den unteren Teil der Reaktionskammer eingeführt.
Fig. 1 illustriert eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Gemäß dieser Ausführungsform bildet die Wand 16 der Reaktionskammer die Wand 32 des Rückführkanals 14. Einer zweiten, in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform zufolge, wird der Rückführkanal durch getrennte Wände gebildet, wobei die Wand der Reaktionskammer hier nicht ausgenutzt wird. In Fig. 4 werden die entsprechenden Bezugszeichen wie in Fig. 1, 2 und 3 benutzt. Im unteren Teil der Wirbelkammer 12 sind die beiden Wände 32 und 36 aufeinander zu gebogen, so daß sie im unteren Teil der Wirbelkammer einen symmetrischen Trichter bilden. Der Rückführkanal 14 ist somit in kurzem Abstand zur Reaktionskammer angeordnet. Der untere Teil des Rückführkanals ist mit einem Gasverschluß oder Kniestück 84 versehen, der den Gasfluß aus der Reaktionskammer in den Rückführkanal verhindert.
In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist der Rückführkanal 14 ein langgestreckter Kanal wie bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform Bei Anwendung von Trennwänden kann der unterste Teil der Wirbelkammer so geformt sein, daß im trichterförmigen unteren Teil der Wirbelkammer ein oder mehrere Auslässe für Feststoffpartikel gebildet werden, wobei die Form der Auslässe einem Quadrat oder Kreis nahekommt. Somit kann/können der Auslaß oder die Auslässe wie bei konventionellen, vertikalen Zyklonabscheidern mit rohrförmigen Rückführkanälen verbunden werden.
Fig. 5A ist eine Schnittansicht von Fig. 4 wie Fig. 3 von Fig. 1. Bei der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsform ist die Wirbelkammer 12 mit einem Gaseinlaß 30 versehen. Der Fliehkraftabscheider gemäß Fig. 5A ist mit zwei Einlässen 86 und 88 - einem für jeden Gaswirbel - versehen. Wie im Falle von Fig. 3, ist auch der Querschnitt von Wirbelkammer 12 rechteckig. Der Querschnitt des Gasraums für jeden Wirbel ist fast ein Quadrat. Die Wände der Wirbelkammer sind mit einer dünnen Schicht abrasions- und feuerfesten Materials geschützt, das in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.
Der erfindungsgemäße Fliehkraftabscheider ist besonders vorteilhaft, weil in einem Abscheidergehäuse eine Vielzahl Gaswirbel gebildet werden können. Es können zum Beispiel vier Wirbel in einem Raum innerhalb des Abscheiders arrangiert werden, wobei für jeden Wirbel ein eigener Gasauslaß 54, 55, 56 und 57 vorgesehen wird, wie Fig. 6A zu entnehmen ist. Vorzugsweise sind zwei Gaseinlässe im Abscheider so angeordnet, daß jeweils zwei Wirbel durch einen Einlaß mit Gas versorgt werden. Auf entsprechende Weise können Abscheider mit einer noch größeren Anzahl von Wirbeln vorgesehen werden.
Die Gaseinlässe sind im Abscheider so angeordnet, daß sie dem zu bildenden Wirbel Gas hauptsächlich tangential zuführen. Bei der in Fig. 6A dargestellten Ausführungsform der Erfindung hat ein Multiwirbel- Abscheider eine Stützwand 70, die die langen Wände des Abscheiders abstützt Die Wand teilt die Wirbelkammer in zwei Abschnitte gleicher Größe auf.
Andererseits können auch selbständige Abscheider mit zwei Wirbeln einfach nebeneinander angeordnet werden, so daß sie eine Abscheiderbattene mit vier Wirbeln bilden. Aufgrund der ebenflächigen Wände werden die Abscheider leicht nebeneinander ohne Bedarf an zusätzlichem Raum angeordnet. Eine erforderliche Menge kleinerer Abscheider der Standardgröße kann einfach auf diese Weise miteinander verbunden werden. Die Konstruktion ist sehr viel billiger, weil Abscheiderelemente der Standardgröße gebaut werden können und eine erforderliche Anzahl derselben miteinander kombiniert werden können, anstatt einen einzelnen großen Abscheider herzustellen.
Wenn mehrere ebenflächige Wandelemente miteinander kombiniert werden, um lange Abscheiderbatterien mit gemeinsamen Trennwänden zwischen den verschiedenen Abscheiderabschnitten zu bilden, ist die Anzahl der auf der Baustelle zu verschweißenden Wände viel kleiner als bei Herstellung von völlig getrennten Abscheidern. Die Anzahl der Wände einer erfindungsgemäßen Abscheiderbattene ist gleich groß oder kleiner als die Zahl der Wirbel + 3, wenn eine Trennwand zwischen allen Wirbeln angeordnet ist. Die für die Abscheidereinheiten benötigte gesamte Wandfläche ist auch kleiner, was den Abscheider billiger macht. Die Konstruktion in Fig. 1 ist sehr vorteilhaft. Bei dieser Konstruktion wird die Wandfläche der Reaktionskammer auch im Abscheider ausgenutzt. In diesem Fall ist die Anzahl der erforderlichen Wände gleich groß oder kleiner als die Anzahl der Wirbel + 2, wenn eine Trennwand zwischen allen Wirbeln angeordnet wird. Die Anzahl der Wände ist noch kleiner, wenn keine Trennwände benutzt werden.
Die Erfindung soll nicht auf die Ausführungsformen der Beispiele begrenzt werden, sondern kann im Rahmen des durch die beigefügten Ansprüche festgeleten Schutzumfangs abgewandelt und angewandt werden. Somit kann die Wirbelkammer in einigen Fällen die Form eines Vielecks, wie z.B. eines Sechsecks oder sogar eines Achtecks, haben, die aus ebenflächigen Paneelen leicht hergestellt werden können. Der Querschnitt des Gasraums der Wirbelkammer ist hauptsächlich der gleichen Form wie der von den Außenwänden der Wirbelkammer gebildete Querschnitt. Beim erfindungsgemäßen Abscheider ist der Gasraum der Wirbelkammer nicht mit wesentlich gekrümmten Wänden, zum Beispiel durch wärmeisolierte feuerfeste Materialien, abrasions- und feuerfeste Materialien oder Leitbiechen versehen, so daß der Querschnitt der Wirbelkammer einem Kreis nahekäme. Die Innenwände können aber mit einer dünnen Schicht abrasions- und feuerfesten Materials ausgekleidet sein.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Abscheidung von Partikeln aus einem Hochtemperatur-Gasstrom mit mitgeführten Partikeln unter Benutzung eines Fliehkraftabscheiders nach Anspruch 1 oder jedem darauf beruhenden Anspruch, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt: (a) gleichzeitige Einführung von Hochtemperatur-Gas samt mitgeführten Partikeln in einen oberen Teil des nichtkreisförmigen inneren Gasraums 31 einer jeden Wirbelkammer; (b) Bildung zumindest eines vertikalen Gaswirbels in einer jeden Wirbelkammer, wo die Gaswirbel im Gasraum mit dem nichtkreisförmigen Querschnitt der Wirbelkammer in Kontakt kommen; (c) Abzug von Hochtemperatur-Gas, aus dem Partikel abgeschieden worden sind, aus der Wirbelkammer; und (d) Austragung abgeschiedener Partikel aus einem unteren Bereich der Wirbelkammer.
Bei der Ausführungsform von Fig. 6B gibt es einen Einlaß 86, 88 für die Gaswirbel in den Gasräumen 31a und 31b.
Fig. 8 stellt zwei Gasräume 31a und 31b mit Gaswirbeln eines langgestreckten Querschnitts und länglichen Gasauslaßöffnungen 50, 52 dar.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor mit einer Reaktionskammer 110 in der Mitte und Abscheidermodulen 112a, 112b, 112c usw. rings um den oberen Teil der Reaktionskammer 110. Die mit den von Fig. 1 bis 5A vergleichbaren Bauten dieser Ausführungsform sind durch das gleiche zweiziffrige Bezugszeichen mit einer davorgestellten "1" dargestellt.
Fig. 10 zeigt einen Querschnitt durch eine zylindrische Reaktionskammer 210 mit Abscheidermodulen mit gekrümmten Wänden rings um die Reaktionskammer 210. Die mit den von Fig. 1 bis 5A vergleichbaren Bauten dieser Ausführungsform sind durch das gleiche zweiziffrige Bezugszeichen mit einer davorgestellten "2" dargestellt.
Fig. 11 bis 15 zeigen vertikale Querschnitte von CFB-Reaktoren mit darin angeordneten Fliehkraftabscheidern gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 11 sind die Abscheider an zwei gegenüberliegenden Seiten der Reaktionskammer angeordnet. Die langen Wände 332a, 332b sowie 336a, 336b des Abscheiders sind so gebogen, daß sie Rückführkanäle 314a und 314b bilden. Jede der langen Wände 332a und 332b ist eine mit der Reaktionskammer gemeinsame Wand. Dabei sind die Abscheider so angeordnet, daß sie sich zum Teil in die Reaktionskammer hinein erstrecken. Die Rückführkanäle sind auf der Außenseite der Reaktionskammer angeordnet. Die mit den von Fig. 1 bis 5A vergleichbaren Bauten dieser Ausführungsform sind durch das gleiche zweiziffrige Bezugszeichen mit einer davorgestellten "3" dargestellt.
Bei der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform hat nur einer (412b) der Fliehkraftabscheider eine lange, gebogene, mit der Reaktionskammer 410 gemeinsame Wand 432b, wobei nur dieser Abscheider 412b in das Innere der Reaktionskammer hervorsteht. Der Rückführkanal 414b des Abscheiders ist 412b innerhalb der Reaktionskammer arrangiert. Der Rückführkanal 414a des anderen Abscheiders befindet sich außerhalb der Reaktionskammer. Die mit den von Fig. 1 bis 5A vergleichbaren Bauten dieser Ausführungsform sind durch das gleiche zweiziffrige Bezugszeichen mit einer davorgestellten "4" dargestellt.
Bei der in Fig. 13 dargestellten Ausführungsform hat der Abscheider gar keine mit der Reaktionskammer gemeinsamen Wände. Der Abscheider ist über einen Kanal 540 mit der Reaktionskammer 510 verbunden. Die mit den von Fig. 1 bis 5A vergleichbaren Bauten dieser Ausführungsform sind durch das gleiche zweiziffrige Bezugszeichen mit einer davorgestellten "5" dargestellt.
Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform mit zwei Abscheidern 612c, 612d vollständig innerhalb der Reaktionskammer 610, ohne jede gemeinsamen Wände mit der Reaktionskammer. Die entsprechenden Rückführkanäle 614 bilden eine Trennwand innerhalb der Reaktionskammer 610. Die mit den von Fig. 1 bis 5A vergleichbaren Bauten dieser Ausführungsform sind durch das gleiche zweiziffrige Bezugszeichen mit einer davorgestellten "6" dargestellt.
Fig. 15 zeigt einen Durchfluß-Fliehkraftabscheider 712 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Gasauslaß 750 im unteren Teil der Wirbelkammer 712. Die mit den von Fig. 1 bis 5A vergleichbaren Bauten dieser Ausführungsform sind durch das gleiche zweiziffrige Bezugszeichen mit einer davorgestellten "7" dargestellt.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit der, derzeit für die praktischste und bevorzugteste gehaltene Ausführungsform beschrieben wurde, soll es sich verstehen, daß die Erfindung nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt werden soll, sondern im Gegenteil verschiedene, vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche erfaßte Modifikationen und entsprechende Anordnungen einschließen soll.

Claims

1. Fliehkraftabscheider (12) zur Abscheidung von Partikeln aus heißen Gasen, bestehend aus einer vertikalen Wirbelkammer, die einen internen Gasraum bildende Wände (32, 34, 36, 38), einen oberen Abschnitt (43), und einen unteren Abschnitt (45) hat;

mindestens einem Einlaß (30) für die zu reinigenden Gase, der im oberen Abschnitt der Wirbelkammer angeordnet ist;

mindestens einem Auslaß (50, 52) aus der Wirbelkammer für die gereinigten Gase;

mindestens einem Auslaß (46) für die abgeschiedenen Partikel; der im unteren Abschnitt der Wirbelkammer angeordnet ist, wobei besagter Einlaß, die Auslässe und die Wirbelkammer zumindest einen vertikalen Gaswirbel in der Wirbelkammer bilden;

besagte Wirbelkammerwände aus im wesentlichen ebenflächigen Wandabschnitten gebildet werden, und der Querschnitt des Gasraums eindeutig nichtkreisförmig mit einer Kreisförmigkeit größer als list; und

dadurch gekennzeichnet, daß

der Fliehkraftabscheider mindestens zwei nebeneinander angeordnete Wirbelkammern umfaßt, wobei mindestens eine Wand durch ein Roh rpaneel gebildet wird, und der mindestens eine Einlaß für Gase in einer Seitenwand (32) der Wirbelkammer angeordnet ist, welche Seitenwände (32) einer jeden Wirbelkammer parallel angeordnet sind.

2. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Raums, der durch die Seitenwände einer jeden Wirbelkammer gebildet wird, die Form eines Rechtecks hat, so daß die Länge der langen Seitenwände (32, 36) des Rechtecks der zwei- oder mehrfachen Länge der kurzen Seitenwände (34, 38) entspricht; und daß jede Wirbelkammer mit zwei oder mehreren aufeinanderfolgenden Gasauslässen (50, 51, 52, 53) in der Längsrichtung der Wirbelkammer versehen ist, so daß in der Wirbelkammer zwei oder mehrere Gaswirbel entstehen.

3. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisförmigkeit des Querschnitts des Gasraums der Wirbelkammer größer als oder gleich 1,1 ist.

4. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein jede Wirbelkammer mit einem Einlaß (30) pro zwei Gasauslässe (50, 52) auf solche Weise versehen ist, daß das Gas von einem Gaseinlaß zu zwei Gaswirbeln verteilt wird, von wo die Gase durch zwei getrennte Auslässe abgezogen werden.

5. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Seitenwände einer jeden Wirbelkammer durch Kühlflächen gebildet werden.

6. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen des Gasraums der Wirbelkammern zumindest teilweise mit einer dünnen Schicht abrasions- und feuerfesten Materials ausgekleidet sind.

7. Fliehkraffabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseinlaß (30) oder die Gaseinlässe die Form vertikaler schmaler Schlitze haben.

8. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz oder die Schlitze (30) annähernd der gleichen Höhe wie der obere Abschnitt (43) der Wirbelkammer sind.

9. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Gasraums im oberen Abschnitt der Wirbelkammer auf verschiedenen Höhen im wesentlichen konstant ist.

10. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Gasraums im unteren Abschnitt der Wirbelkammer nach unten hin abnimmt.

11. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß oder die Auslässe für die abgeschiedenen Partikel sich nicht auf der gleichen Symmetrieachse befinden wie der Auslaß oder die Auslässe für die gereinigten Gase.

12. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider zumindest zwei nebeneinander angeordnete Wirbelkammern umfaßt, wobei zwei gegenüberliegende Wände der Wirbelkammern aus zwei, die Wirbelkammern miteinander verbindenden Rohrpaneelen gebildet werden.

13. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Wirbelkammern eine gemeinsame Wand haben.

14. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Wirbelkammern einen gemeinsamen Gaseinlaß haben.

15. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlässe (30) mit einem Gasauslaß eines zirkulierenden Wirbelschichtreaktors und der Auslaß für abgeschiedenen Partikel mit dem unteren Teil eines zirkulierenden Wirbelschichtreaktors verbunden sind.

16. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlsystem der Wirbelkammer mit dem Haupt-Wasser-/Dampfsystem der zirkulierenden Wirbelschicht verbunden ist, dem es zugeordnet ist.

17. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei benachbarten Wirbelkammern so arrangiert sind, daß sie parallel arbeiten.

18. Verfahren zur Abtrennung von Partikeln aus einem Strom Hochtemperatur-Gases mit davon mitgeführten Partikeln unter Benutzung eines Fliehkraftabscheiders nach Anspruch 1 oder jedem darauf beruhenden Anspruch, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt zur kontinuierlichen;

(a) Einführung von Hochtemperatur-Gas samt mitgeführten Partikeln gleichzeitig in einen oberen Abschnitt (43) der Kammern;

(b) Bildung zumindest eines vertikalen Gaswirbeis in einer jeden Wirbelkammer, worin die Gaswirbel mit dem nichtkreisförmigen Querschnitt der Wirbelkammer in Kontakt kommen;

(c) Ableitung von Hochtemperatur-Gas aus der Wirbelkammer, aus dem Partikel abgeschieden worden sind; und

(d) Ableitung abgeschiedener Partikel aus einem unteren Teil der Wirbelkammer.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (a) durch Einführung des Gases in ein vertikal langgestrecktes Volumen in die Wirbelkammer bewerkstelligt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochtemperatur-Gas von einem zirkulierenden Wirbelschichtreaktor kommt, bestehend ferner aus dem Schritt zur Rückführung der abgeleiteten abgeschiedenen Partikel vom Schritt (d) zum zirkulierenden Wirbelschichtreaktor.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Schritt der Abkühlung der Wände der Wirbelkammer ausgeführt wird und das Kühlsystem der Wirbelkammer mit dem Haupt-Wasser- /Dampfsystem der zirkulierend Wirbelschicht verbunden ist, dem es zugeordnet ist