DE69205161T2

DE69205161T2 - Pulsierende atmosphärische wirbelschichtverbrennungsanlage und verfahren.

Info

Publication number: DE69205161T2
Application number: DE69205161T
Authority: DE
Inventors: Momtaz N Mansour
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1992-04-22
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: GR3017987T3; SK116493A3; ES2079868T3; MX9201854A; HU9302974D0; KR100234782B1; HU217336B; DK0581869T3; PL169798B1; JP3149135B2; BG60725B1; HUT66064A; CZ284843B6; BG98166A; CZ222493A3; RU2105241C1; RO115380B1; DE69205161D1; EP0581869A1; JPH06510113A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gepulste Wirbelschichtreaktionsanlage und Verfahren für Verbrennung von festen Brennstoffen und andere Arbeitsgänge auf eine effiziente, bezüglich der Umwelt annehmbare und wirtschaftliche Weise.

Stand der Technik

Es sind viele Technologien entwickelt und/oder aufgezeigt worden zur Ausnutzung von hoch-schwefelhaltigen Brennstoffen im allgemeinen und Kohlen insbesondere. Vom Standpunkt der Durchführung, der Emissionen und der Wirtschaftlichkeit ist die Wirbelschichtverbrennungstechnologie als ein führendes Konzept zum Ausnutzen von Brennstoffen mit hohem Schwefelgehalt hervorgegangen. Es sind viele Wirbelschichtverbrennungskonzepte verfügbar und befinden sich auf verschiedenen Stufen der Kommerzialisierung. Derartige Systeme können in Bezug auf den Betriebsdruck (bei Atmosphärendruck oder unter erhöhtem Druck) und die Verwirbelungsart (auf Blasen oder Zirkulierenlassen) klassifiziert werden. All die Wirbelschichtkonzepte besitzen charakteristische Eigenschaften wie Bindung von Schwefel in situ, keine Schlackenbildung oder Ablagerung auf Wärmeübertragungsflächen, hohe Wärmeübergangsraten an Wärmeaustauschflächen, Nähe zu einheitlicher Temperatur in der Verbrennungszone und Brennstoff-Flexibilität. Diese Merkmale haben es ermöglicht,daß die Wirbelschichtverbrennungstechnologie im Konkurrenzkampf für den großindustriellen Kesselmarkt (6,3-37,8 kg/s oder 50000-300000 lb/h Dampf) erfolgreich ist. Bereichs-Demonstrationsprojekte in großem Maßstab (70 bis 150 MW) sind im Gange, um Kommerzialisierung auf dem Anwendungssektor zu ermöglichen. Das Potential der Wirbelschichtverbrennungstechnologie und speziell atmosphärische Wirbelschichtverbrennung für Anwendungen im kleinen Maßstab (< 6,3 kg/s oder 50000 lb/h Dampf Äquivalent) sind bis jetzt jedoch noch nicht ernsthaft erforscht worden.
Atmosphärische Wirbelschichtverbrennungstechnologie scheint ein großes Potential für Öl- und Gas-Substitutionen in Anlagen kleinen Maßstabes mit weniger als 6,3 kg/s (50000 lb/h) Dampf-Äquivalent zu haben. Diese kleineren Einheiten können die Erfordernisse bezüglich Prozeßwärme, Heißwasser, Dampf und Raumbeheizung im Wohnbereich, auf kommerziellem und industriellem Sektor erfüllen. Gegenwärtig werden mit Öl und natürlichem Gas beheizte Anlagen fast ausschließlich für diese Anwendungsgebiete eingesetzt. Aufgrund des großen Unterschiedes zwischen den preisen für diese Brennstoffe und Kohle besitzt die kohlebefeuerte atmosphärische Wirbelschichtverbrennungstechnologie, die ingenieursmäßig für Anwendungen im kleinen Maßstab entwickelt worden ist, das Potential, sehr konkurrenzfähig unter wirtschaftlichen Bedingungen zu werden, bei denen die Preisdifferenz die anfänglichen Kapitalkosten des Systems auf Kohlebasis besiegt. Ein erfolgreich kohlebefeuertes System kann nicht nur wirtschaftlicher sein, sondern kann auch die Abhängigkeit einer Nation von fremdem Öl verringern und neue Märkte für Kohle im Heimbereich und die kohlebefeuerten Wirbelschichttechnologien öffnen.
Marktanalyse zeigt, daß ein System auf Kohlebasis, das konkurrenzfähige Werte für Kapital und Betrieb und Unterhaltungskosten, Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit bei der 0,126 bis 1,26 kg/s (1000 bis 10000lb/h) Dampferzeugungsrate liefert, sogar 2,64 ÄJ (2,5 quad Btu) Gas und Öl innerhalb des Wohnbereichs, auf kommerziellen Gebieten und auf dem Leichtindustriesektor verdrängen kann. Auf dem industriellen Sektor können Systeme von 1,26 bis 6,3 kg/s ( 10000 bis 50000 lb/h) Dampf eine andere 1,16 ÄJ (1,1 quad Btu) Energie pro Jahr ersetzen.
Wie oben bemerkt wurde, können die atmosphärischen Wirbelschichtverbrennungs-Systeme in Blasenbett- oder Zirkulationsbett-Systeme klassifiziert werden. In einem kohlebefeuerten Blasenbett-System ist es kritisch, das Ausmaß von Feinstoffen (ausschwemmbaren Teilchen) in der Kohle- und Sorptionsbeschickung zu steuern, um den Teilchenübertrag und seinen nachteiligen Einfluß auf Verbrennung und Schwefeleinfangleistungsfähigkeit, Emissionen und die Größe der Feststoffsammelanlage zu begrenzen. Zusätzlich neigen die höheren Ca/S-Beschickungsverhältnisse, die typischerweise bei Blasen- Wirbelverbrennungsanwendungen erforderlich sind, dazu, daß die Kosten für Sorptionsmittel und Abfallbeseitigung erhöht werden und die Teillast-Betreibbarkeit eher begrenzt wird. Ein Zirkulations-Wirbelschichtverbrennungs-System zeigt höhere Verbrennungseffizienz und Sorptionsmittelausnutzung, niedrigere NOx-Emissionen aufgrund mehrerer Luftstufen und größere Brennstoff-Flexibilität und Kostenreduzierung im Vergleich zu einem System vom Blasenbildungstyp. Jedoch erfordert das Zirkulations-System einen hohen Brenner, um ausreichende Wärmeaustauschfläche zu liefern. Dies macht es sowohl unpraktisch als auch teuer, Zirkulations-Wirbelschichtbrenner auf Größen herabzubringen, die signifikant kleiner als 12,6 kg/s (100000 lb/h) Dampf-Äquivalent sind.
Wirbelschicht-Systeme neigen im allgemeinen dazu, größere thermische Trägheit aufzuweisen. Das Starten erfordert bei großen Wirbelschicht-Systemen eine merkliche Zeitdauer und auch zusätzliche Hilfssysteme, um die Betten auf eine gesteuerte Weise vorzuerhitzen. Beides trägt zu den Gesamtkosten des Systems und dessen Kompliziertheit bei. Konzepte, die einen einfachen kompakten Aufbau für schnelles Anlaufen mit Hardware zu niedrigen Kosten liefern und auch einfache Betriebscharakteristiken aufweisen, sind ein Muß für Anwendungsgebiete im kleinen Maßstab. Thermische Trägheit von Wirbelschicht-Systemen beeinträchtigen auch die folgende Last bis zu einem bestimmten Ausmaß, und dies war auch ein ernster Nachteil für die Maßstaberniedrigung auf Anwendungen mit kleinem Endzweck. Systemkonzepte müssen schnelles Ansprechen auf Laständerungen liefern, insbesondere durch Hilfsheizungsuntersysteme und Verfahren der Bettheizung. Solche Konzepte sollten keine zusätzliche Hardware- und Steuersysteme erfordern, wenn die System- Kapitalkosten ausreichend niedrig gehalten werden müssen, um in günstiger Weise mit bestehenden Öl- und Gasanlagen konkurrieren zu können. Außerdem werden neue Konzepte, die einen höheren Durchsatz für eine vorgegebene Brennergröße haben können, zu einer Reduktion der Kapitalkosten pro kJ/h (Btu/h) des verheizten Brennstoffes beitragen. Dies muß jedoch ohne Kompromiß für die Verunreinigungs-Steuerleistungsfähigkeit von Anlagen, die bindende Erfordernisse in einigen dieser Endzweckanwendungen erfüllen sollen, erzielt werden können.
"Soviet Inventions Illustrated", SU-879-146 (29.Februar 1980) beschreibt eine Anlage mit einer Wirbelschichtkamrner, die über einer pulsierenden Verbrennungseinheit gelegen ist. Im Betrieb zündet der pulsierende Brenner und schickt pulsierende Verbrennungsprodukte zu einem mit Löchern versehenen Rohr, das von der Wirbelschicht entfernt gelegen ist. Die Produkte strömen dann aus dem Rohr aus und nach oben durch eine Auslaßdüse, um auf die Wirbelschichtkammer einzuwirken. Diese gepulste Brenneranordnung hat tatsächlich einen gepulsten Brenner, der innerhalb eines Windkastens gelegen ist, um zu gestatten, daß Verbrennungsluft mit einer gewissen Oszillation nach oben zu der Wirbelschichtkammer strömt. Viel von dem anfangs durch den gepulsten Brenner erzeugten Schalldruckniveau wird in dem Windkasten verlorengehen, bevor die Teilchen innerhalb der Wirbelschichtkammer erreicht und aufgewirbelt werden.
Ein einfaches maßstabmäßiges Herabsetzen bestehender atmosphärischer Wirbelschichtverbrennungs-Systeme auf einen Abmessungsbereich, der für interessante kleine Endverbrauchssektoren geeignet wäre, wird zu komplizierten und teuren Systemen führen, die nicht mit gegenwärtig erhältlichen öl- und gasbefeuerten Anlagen konkurrenzfähig sind. Es sind innovative Ausführungen notwendig, um Kosten zu reduzieren und Leistungsfähigkeit zu verbessern.
Solch ein neues System sollte deshalb eine Anzahl von charakteristischen Eigenschaften besitzen, wie zum Beispiel hohe Verbrennungseffizienz; hohe Schwefelbindungskapazität; niedrige NOx-Emissionen; und es sollte in der Lage sein, schnell anzulaufen bei Fähigkeit schnell der Last zu folgen. Auch sollten derartige Systeme, wie es bei den meisten Systemen der Fall ist, von einfachem Aufbau sein und billige, leicht handhabbare Steuerungen aufweisen, um ein zuverlässiges, sicheres System zu gewährleisten. Schließlich, was jedoch nicht gering zu bewerten ist, sollte das System wenigstens technologisch und ökonomisch den öl- und gasbefeuerten Kompaktsystemen vergleichbar sein.
Gepulste Wirbelschichtverbrennungstechnologie ist bisher nicht in größerer Tiefe erforscht worden. Wie oben erwähnt wurde, entstehen Probleme bei jedem Versuch, herkömmliche Wirbelschichtbrenner auf unter 12,6 kg/s (100000 lb/h) Dampf- Äquivalent maßstabsmäßig herabzubilden. Die vorliegende Erfindung gestattet, gepulste Wirbelschichtbrenner auf kleinen Maßstab herab zu konstruieren und ökonomisch bei 6,1 kg/s (50000 lb/h) Dampf-Äquivalent oder weniger betreibbar zu sein. Ein weiteres Problem liegt in der Steuerung des Ausmaßes von Feinstoffen und NOx-Emissionen, wenn Kohle und Abfallmaterialien vorzugsweise vor den teueren Brennstoffen aus Öl und natürlichem Gas verbrannt werden. Beim Anpacken dieses Problems kann die Erfindung hohe Schwefelbindungskapazität und niedrige NOx--Emissionen von ökonomischen Brennstoffen wie Kohle und Abfallmaterialien gewährleisten.
Die Anlage und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung lösen die oben angegebenen Probleme des Standes der Technik und besitzen die charakteristischen Merkmale, die oben angegeben und in der folgenden spezifischen Beschreibung angegeben sind.
Gemäß einem Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine pulsierte Wirbelschichtreaktor-Anlage, die ein Reaktorgefäß, Einrichtungen zum Einführen eines verwirbelbaren festen Materials in dieses Gefäß im Mittelteil seiner Höhe, Einrichtungen zum Einleiten eines Verwirbelungsmediums für dieses feste Material in das Gefäß unterhalb des Eingangs für das feste Material in das Gefäß, um eine Wirbelschicht aus festem Material dazwischen auszubilden, Wärmeübertragungsmittel, die in dem Gefäß bezüglich des Wirbelschichtbettes so gelegen sind, daß sie Wärme von diesem abführen, und Abgas-Abzugseinrichtungen in Kommunikation mit dem Gefäß, um Verbrennungsprodukte von diesem abzuleiten, umfaßt; wobei die Reaktoranlage dadurch gekennzeichnet ist, daß sich eine gepulste Verbrennungseinheit in das Gefäß erstreckt, die gepulste Verbrennungseinheit eine Verbrennungskammer, Ventileinrichtungen, die mit der Verbrennungskammer verbunden sind, um ein Brennstoff-Luft-Gemisch hier zuzuführen, eine Resonanzkammer in Kommunikation mit der Verbrennungskammer, die sich von dieser nach außen in Richtung auf das Wirbelschichtbett erstreckt, umfaßt und ein äußeres freies Ende dieser Resonanzkammer stromaufwärts bezüglich des Wirbelschichtbettes gelegen ist um zu gestatten, daß gasförmige Produkte von der Resonanzkammer direkt auf dieses einwirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine gepulste Wirbelschichtanlage, die folgendes umfaßt: a) ein Reaktionsgefäß; b) Einrichtungen zum Einführen von Abfallmaterialien in das Gefäß; c) Mittel zum Verwirbeln der Abfallmaterialien, wobei die Verwirbelungsmittei eine Verteilereinrichtung umfassen, die so innerhalb des Gefäßes positioniert ist, daß die Abfallmaterialien durch die Verwirbelungsmittei in einen verwirbelten Zustand gebracht werden können; d) eine gepulste Verbrennungseinrichtung, die sich in das Gefäß erstreckt, wobei die gepulste Verbrennungseinrichtung eine Verbrennungskammer und wenigstens eine Öffnung umfaßt, die mit der Verbrennungskammer verbunden ist zum Einführen von einem oder mehreren Brennstoff-Luft-Gemisch(en) in diese, wobei die gepulste Verbrennungseinrichtung weiterhin eine Resonanzkammer in Kommunikation mit der Verbrennungskammer umfaßt, die sich in Richtung auf die Stelle der Abfallmaterialien innerhalb des Gefäßes erstreckt, wobei die Resonanzkammer Diffusormittel umfaßt, die am Ende der Resonanzkammer gelegen sind, die sich in Richtung auf die Abfallmaterialien innerhalb des Gefäßes derart erstrecken, daß die Geschwindigkeit der gasförmigen Produkte, die aus dieser Resonanzkammer herauskommen, verringert wird, wobei die Resonanzkammer und die Diffusormittel stromaufwärts von den Abfallmaterialien so angeordnet sind, daß die gasförmigen Produkte auf die Abfallmaterialien einwirken können; und e) Abgas-Abfuhreinrichtungen in Kommunikation mit dem Gefäß derart, daß Verbrennungsprodukte von dem Gefäß entfernt werden können, wobei die Abgas-Abfuhreinrichtungen Mittel zum Abtrennen von Feststoffen von Gasen in diesen Verbrennungsprodukten und Rückführen der Feststoffe zu dem Gefäß zur weiteren Reaktion umfassen.
Die Erfindung liefert weiterhin ein Verfahren zum Verbrennen von festem Brennstoff, bei dem eine Wirbelschicht aus festem Brennstoff aufgebaut und innerhalb eines Gefäßes dafür und um eine Wärmeübertragungseinrichtung aufrechterhalten wird und bei dem ein Wärmeübertragungsmedium durch die Wärmeübertragungseinrichtung zirkulieren gelassen wird, damit es von dieser für eine vorherbestimmte Behandlung des Mediums Wärme aufnimmt, und Verbrennungsprodukte von dem Gefäß nach Abtrennung von mitgeführten Feststoffen von ihm abgelassen werden; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Brennstoff-Luft-Gemisch auf eine Weise impulsmäßig verbrannt wird, daß ein pulsierender Strom aus Verbrennungsprodukten aus ihm und eine akustische Druckwelle erzeugt wird und dieser pulsierende Strom aus Verbrennungsprodukten und die Druckwelle stromabwärts in Richtung auf die Wirbelschicht aus Brennstoff gerichtet wird, damit sie direkt auf die Wirbelschicht aus festem Brennstoff zur Verbrennung des festen Brennstoffes einwirken.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Der Aufbau, der zur Durchführung der Erfindung ausgelegt ist, wird im folgenden zusammen mit weiteren Merkmalen der Erfindung beschrieben. Die Erfindung kann besser verstanden werden durch Lesen der folgenden speziellen Beschreibung und durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil von ihr bilden, in denen ein Beispiel für die Erfindung gezeigt ist und worin:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines gepulsten atmosphärischen Wirbelschichtreaktors gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 2 eine schematische Darstellung des gepulsten atmosphärischen Wirbelschichtreaktors von Figur 1 in einer Kohlebrennstoffverbrennungsanlage ist.
Figur 3 eine schematische Darstellung eines gepulsten atmosphärischen Wirbelschichtreaktors ist, der für Dampferzeugung ausgelegt ist, gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 eine schematische Darstellung des gepulsten atmosphärischen Wirbelschichtreaktors von Figur 3 in einem Dampferzeugungs-System ist.
Figur 5 eine schematische Darstellung eines gepulsten atmosphärischen Wirbelschichtreaktors zum Erhitzen von Luft oder zum Trocknen von Materialien gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 6 eine schematische Darstellung des gepulsten atmosphärischen Wirbelschichtreaktors von Figur 5 in einer Anlage zum Trocknen von Materialien oder zum Erhitzen von Luft ist.
Figur 7 eine schematische Darstellung eines gepulsten atmosphärischen Wirbelschichtreaktors zur Verbrennung von Abfall gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 8 der gepulste atmosphärische Wirbelschichtreaktor von Figur 7 in einer Abfallverbrennungsanlage ist.
Figur 9 eine schematische Darstellung eines gepulsten atmosphärischen Wirbelschichtreaktors zum Durchführen endothermer Reaktionen wie Vergasung und Kalzinierung ist.

Ausführungsformen zum Durchführen der Erfindung

Das bevorzugte System gemäß der vorliegenden Erfindung integriert einen gepulsten Brenner mit einem atmosphärischen Wirbelschichtbrenner vom Aufblas-Typ, wie es in Figur 1 dargestellt ist. In dieser modularen Konfiguration verbrennt der gepulste Brenner die Brennstoff-Feinstoffe, die kleiner als 30 Siebgröße (sieve) oder 600 Mikrometer sind, und das Wirbelschichtbett verbrennt die groben Feststoff-Brennstoffteilchen.
Wie in Figur 1 gezeigt ist, umfaßt die gepulste atmosphärische Wirbelschichtanlage gemäß der vorliegenden Erfindung ein feuerfest ausgekleidetes Gefäß, das allgemein mit 10 bezeichnet ist, in dem das Wirbelschichtbett erzeugt wird. Ein gepulster Brenner, der allgemein mit 30 bezeichnet ist, ist in dem Gefäß 10 integriert, um die beschriebenen Vorteile zu liefern.
Das Gefäß 10 umfaßt einen unteren Abschnitt 12, einen Mittelabschnitt 14 und einen oberen Abschnitt 16. In dem unteren Abschnitt 12 des Gefäßes 10 ist eine Fluidverteilungseinrichtung 13 gelegen, durch die ein Fluid mit passender Geschwindigkeit eingeführt werden kann, um Feststoffe aufzuwirbeln, die im unteren Abschnitt 12 gelegen sind. Allgemein gesprochen, es wurde gefunden, daß Fluidgeschwindigkeiten in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 13 Fuß pro Sekunde für die Verwirbelung geeignet sind. Innerhalb des unteren Abschnitts 12, wo das dichte Wirbelschichtbett gebildet wird, liegt auch eine Vielzahl von Rohren oder Leitungen 60, durch die ein Wärmeaustauschmedium hindurchgeleitet werden kann, um Wärme aus der Wirbelschicht abzuführen. Typischerweise würde Luft oder Wasser durch die Wärmeaustauschrohre 60 zirkulieren gelassen werden, um erhitzte Luft, heißes Wasser oder Dampf zu erzeugen, obgleich auch andere Materialien für ein beabsichtigtes Ergebnis hindurchgeleitet werden könnten.
Der mittlere Gefäßabschnitt 14 weitet sich nach außen auf und verbindet den unteren Abschnitt 12 mit dem oberen Abschnitt 16, wobei der Mittelabschnitt 14 und der obere Abschnitt 16 den Bereich bilden, der als Freischichtbereich eines Wirbelschicht-Systems bezeichnet wird, in dem die Gasgeschwindigkeit abnimmt, die Gasverweilzeit zunimmt und die Ausschwemmung abnimmt. Im Gegensatz dazu arbeitet das dichte Wirbelschichtbett in dem unteren Gefäßabschnitt 12 in einer turbulenten Aufblasmode.
Der gepulste Brenner 30 umfaßt eine Ventileinrichtung 32, die ein aerodynamisches Ventil oder eine fluidische Diode, ein mechanisches Ventil oder dergleichen sein kann, eine Verbrennungskammer 34 und ein Abgangsrohr 36. Zusätzlich umfaßt der gepulste Brenner 30 einen Lufthohlraum 38 und einen Axialdruckverstärker 39. Das Absaugrohr oder das Resonatorrohr 36 kann ein einzelnes Rohr, wie es gezeigt ist, oder eine Vielzahl von Rohren sein, und in einer bevorzugten Ausführungsform hat es einen Diffusorabschnitt 40, der an seinem freien Ende gelegen ist. Gleichermaßen hat in einer bevorzugten Ausführungsform das Absaugrohr 36 einen Wassermantel 41, der wenigstens einen Teil seiner Länge umgibt.
Der Diffusorabschnitt 40 am Ende des Abgangsrohres 36 bildet einen Expansionsabschnitt, der die Gasausgangsgeschwindigkeit aus dem Abgangsrohr 36 reduziert und Kanalbildung ("Channeling") in der Wirbelschicht verhindert. Nachdem das Rauchgas von dem gepulsten Brenner 30 aus dem Abgangsrohr 36 ausgetreten ist, tritt es in den Diffusorabschnitt 40 ein, der Rückzirkulation von Feinstoffteilchen und erhöhte Teilchenverweilzeit in dem Bett liefert. Der Diffusorabschnitt und/oder das offene Ende des Abgangsrohres kann sich in das Bett aus Reaktionsbestandteilen erstrecken oder kann oberhalb des Bettes aus Reaktionsbestandteilen gelegen sein (wie es in den Figuren 7 und 8 gezeigt ist). Das Gefäß 10 umfaßt auch ein über dem Bett gelegenes Grobteilchen-Brennstoff- und Sorptionsmittel-Beschickungssystem 70, vorzugsweise einen Schneckenförderer, und einen Brennstoff-Klassierer 71 zum Trennen von Brennstoffeintrag in eine grobe Fraktion und Feinstoffteilchen.
Feinstoffteilchen werden von dem Klassierer 71 durch die Leitung 72 dem gepulsten Brenner 30 zugeführt, während die grobe Brennstoffkomponente von dem Klassierer 71 dem Beschickungssystem 70 zugeführt wird. Sorptionsmittel wie zerstoßener Kalkstein wird von einem Beschickungstrichter 76 dem Beschickungssystem 70 zum Einführen in das Gefäß 10 zugeführt. Während das Brennstoff-/Sorptionsmittel-Gemisch variieren kann, wird der Sorptionsmittelgehalt vorzugsweise auf einem Niveau des zwei- bis dreifachen des Schwefelanteils des festen Brennstoffes, zum Beispiel Kohle, gehalten.
Das Gefäß 10 umfaßt weiterhin eine Produktgas-Ausgangsleitung 80 mit einem Gasfeststoff-Separator 82, vorzugsweise einem Prallabscheider, an ihrem Eingang, um aufgeschwemmte Feinstoffe von dem Ausgangsgasstrom abzutrennen und diese dem oberen Abschnitt 16 wieder zuzuführen. Taubes Gestein, Asche und dergleichen werden von dem Gefäß 10 durch eine an seinem unteren Ende gelegene Öffnung 17 abgelassen. Ein Brenner 19 ist auch für das Gefäß 10 vorgesehen, der vorzugsweise durch natürliches Gas befeuert wird und zur Betriebssicherheit und zum Anlauf des Systems verwendet wird.
Ein gepulster Brenner umfaßt typischerweise eine Strömungsdiode, eine Verbrennungskammer und ein Resonanzrohr. Brennstoff und Luft treten in die Verbrennungskammer ein. Eine Zündquelle zündet das explosive Gemisch in der Verbrennungskammer während des Anlaufs. Die plötzliche Erhöhung des Volumens, ausgelöst durch den schnellen Anstieg der Temperatur und die Entwicklung von Verbrennungsprodukten, setzt die Kammer unter Druck. Wenn sich das heiße Gas ausdehnt, gestattet das Ventil, vorzugsweise eine fluidische Diode, bevorzugt Strömung in der Richtung des Resonanzrohres. Gase, die aus der Verbrennungskammer und dem Resonanzrohr austreten, besitzen einen signifikanten Impuls. In der Verbrennungskammer wird aufgrund der Trägheit der Gase innerhalb des Resonanzrohres ein Vakuum erzeugt. Die Trägheit der Gase in dem Resonanzrohr gestattet, daß nur ein kleiner Teil der Abgase zu der Verbrennungskammer zurückkehrt, wobei der Rest des Gases aus dem Resonanzrohr ausströmt. Da der Kammerdruck kleiner als Atmosphärendruck ist, werden Luft und Brennstoff in die Kammer eingesaugt, in der Selbstzündung stattfindet. Wiederum behindert das Ventil Rückströmung, und der Zyklus beginnt aufs neue. Wenn der erste Zyklus einmal in Gang gesetzt worden ist, unterhält sich der Maschinenbetrieb danach selbst.
Die Strömungsdiode, die in vielen anderen Impulsverbrennungskonzepten verwendet wird, ist ein mechanisches "Prallplattenventil". Das Prallplattenventil ist tatsächlich ein Rückschlagventil, das Strömung vom Einlaß zur Kammer gestattet und Umkehrströmung durch eine mechanische Sitzanordnung behindert und beschränkt.Dies dient sehr gut dem beabsichtigten Zweck. Während solch ein mechanisches Ventil in Verbindung mit dem vorliegenden System verwendet werden kann, wird ein aerodynamisches Ventil ohne bewegte Teile bevorzugt. Während des Abgashubs bildet sich bei einem aerodynamischen Ventil eine Grenzschicht in dem Ventil und turbulente Wirbel sperren einen großen Teil der Umkehrströmung ab. Weiterhin sind die Abgase von einer viel höheren Temperatur als die Einlaßgase. Deshalb ist die Viskosität des Gases viel höher und der Umkehrwiderstand des Einlaßdurchmessers ist andererseits viel höher als der für die vorwärts gerichtete Strömung durch die gleiche Öffnung. Dieses Phänomen, zusammen mit der hohen Trägheit der aus strömenden Gase in dem Resonanzrohr, wirken zusammen, um eine bevorzugte und mittlere Strömung vom Einlaß zum Auslaß zu erzeugen. Auf diese Weise ist der bevorzugte gepulste Brenner eine selbstansaugende Maschine, die ihre eigene Luft und ihren eigenen Brennstoff in die Verbrennungskammer einsaugt und die Verbrennungsprodukte selbst ausstößt.
Schnelle Druck-Oszillationen in der Verbrennungskammer erzeugen ein starkes oszillierendes Strömungsfeld. Im Falle der Kohleverbrennung bewirkt das fluktuierende Strömungsfeld, daß die Produkte der Verbrennung von den reagierenden Feststoffen weggefegt werden, so daß auf diese Weise Zugang zum Sauerstoff mit geringer oder gar keiner Diffusionsbegrenzung entsteht. Zweitens weisen gepulste Brenner sehr hohe Massenübergangs- und Wärmeübergangsraten innerhalb der Verbrennungszone auf. Während diese Brenner dazu neigen, sehr hohe Wärmefreisetzungsraten (typischerweise das zehnfache von denen herkömmlicher Brenner) zu haben, führen der starke Massenübergang und der hohe Wärmeübergang innerhalb des Verbrennungsbereichs zu einer gleichmäßigeren Temperatur. Deshalb sind erreichte Spitzentemperaturen viel niedriger als in den Fällen herkömmlicher Systeme. Dies führt zu einer signifikanten Reduzierung in der Bildung von Stickstoffoxiden (NOx). Die hohen Wärmefreisetzungsraten führen auch zu einer kleineren Brennergröße für eine vorgegebene Befeuerungsrate und eine Reduktion der erforderlichen Verweilzeit.
Die Leistungsfähigkeit von atmosphärischen Wirbelschichtbrennern wird beeinflußt durch die Rate der Verbrennung von Kohle, die ihrerseits durch Kohleeigenschaften (Abnahme der flüchtigen Bestandteile, Aufblähung, Brüchigkeit und Kohleverbrennungseigenschaft), Beschickungsteilchengrößenbereich, Beschickungssystem und durch Verbrennung erhöhten mechanischen Abrieb, Wärme- und Massenübertragungsraten und Maschinenbetriebsbedingungen beeinflußt wird. Weiterhin ist für solche Systeme der Kohlenstoffübertrag in den primären Teilchenseparator aufgrund begrenzter Verweilzeit von Brennstoff-Feinstoffen in dem Brenner im allgemeinen hoch. Um einen hohen Kohlenstoff-Ausnutzungswirkungsgrad zu erreichen, ist häufig Rückführung von Feinstoffen in das Bett durchgeführt worden. Diese Recycling-Verfahren tragen zur Kompliziertheit des Systems und den Kosten bei und werden manchmal Grund für Verstopfung. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein höherer Verbrennungswirkungsgrad erreicht werden, weil die Brennstoff-Feinstoffe in dem gepulsten Brenner verbrannt werden und nur die grobe Kohle, die klassiert worden ist, in dem Wirbelschichtbett verbrannt wird.
Die drei "T"s der Verbrennung, und zwar 1) Temperatur, 2) Turbulenz und 3) Verweilzeit (von englisch "time") für den gepulsten Brenner, und das Aufblasen des Wirbelschicht- Freischichtbereichs sind ganz unterschiedlich, wie nachfolgend gezeigt ist. Gepulster Brenner Atmosphärische Wirbelschicht-Freischichtzone Temperatur Turbulenz Gasverweilzeit oder hoch Sehr hoch (oszillierend) bis Millisekunden niedrig Mäßig (Absperrglied f mit Rückmischung) Sekunden
Da die vorliegende Erfindung sowohl einen gepulsten Brenner als auch einen atmosphärischen Wirbelschichtbrenner verwendet, kann sie den ganzen Größenbereich von grobem Feststoff und Feinstoffteilchen verarbeiten. Das oszillierende Strömungsfeld in dem gepulsten Verbrenner sorgt für hohe Zwischenphasenund Zwischenteilchen-Massenübertragungsraten. Deshalb verbrennen Brennstoff-Feinstoffe im wesentlichen unter kinetischer Steuerung. Dank der ziemlich hohen Temperatur (> 1093ºC, jedoch weniger als der Temperatur für Ascheverschmelzung, um Schlackenbildung zu verhindern) ist die Verbrennung von Brennstoff-Feinteilchen im wesentlichen vollständig an dem Ausgang des gepulsten Brenners. Die zusätzliche Verweilzeit von 1 bis 2 Sekunden in der Freischichtzone der Wirbelschichteinheit gewährleistet hohe Kohlenstoffumwandlung und dadurch hohen Verbrennungswirkungsgrad.
Die Entfernung der flüchtigen Bestandteile und die Verbrennung von Brennstoff-Feinteilchen in dem gepulsten Brenner ermöglichen auch das Freisetzen eines signifikanten Anteils des Schwefels während der Zeit, während der die Brennstoff- Feinteilchen das Absaugrohr oder die Resonanzzone verlassen. Es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß dieser Schwefel in der dichten Wirbelschicht eingefangen wird, weil der gepulste Brenner in die Wirbelschicht hinein ausstößt. Das in die Wirbelschicht strahlende akustische Feld vergrößert die Massenübergangsrate und erhöht dadurch die Reaktionsrate zwischen dem Sorptionsmittel und 502. Die akustische Erhöhung des Wirbelschicht-Massenübertragungsprozesses und die Rückführung der Feinstoffteilchen als Folge des Absaugrohrkonzepts helfen, den hohen Wirkungsgrad für Schwefelbindung bei einem niedrigen molaren Ca/S Beschickungsverhältnis zu erreichen, was zu niedrigeren Kalkstein- und Abfallbeseitigungskosten führt.
Gepulste Brenner sind ihrer Art nach Einrichtungen mit niedrigem NOx. Die Rate der Wärmeübertragung in der gepulsten Strömung ist höher als bei konventioneller stationärer Strömung und hilft, niedrigere Gesamttemperatur in der Verbrennungskammer zu erzeugen. Die hohen Mischungsraten zwischen den heißen Verbrennungsprodukten und den kälteren Restprodukten von dem vorhergehenden Zyklus und den einlaufenden kalten Bestandteilen erzeugen auch eine kurze Verweilzeit bei hoher Temperatur, was die NOx-Erzeugung ablöscht. Diese komplementären Mechanismen schaffen eine Umgebung, die einen gut verwirbelten Tank bei relativ niedriger Temperatur annähert und zu niedriger NOx-Erzeugung führt. Die dich- te Wirbelschicht in dem unteren Abschnitt 12 des Gefäßes 10 liefert auch eine niedrigere NOx-Erzeugung dank dem Betrieb bei niedriger Temperatur und mit groben Brennstoffteilchen. Demzufolge nimmt man an, daß die NOx-Emissionen von Systemen der vorliegenden Erfindung niedriger als die von konventionellen Wirbelschichtbrennern sind.
Der Gesamtwärmeübertragungs-Koeffizient in dem mit Wassermantel umgebenen Abgangsrohr des gepulsten Brenners ist von der gleichen Größenordnung wie der für Rohre, die in die dichte Wirbelschicht eingetaucht sind. Das Ersetzen des ineffizienten Wärmeaustauschers in der Freischichtzone eines herkömmlichen aufgeblasenen Wirbelschichtbrenners durch das mit Wassermantel umgebene Abgangsrohr des gepulsten Brenners senkt signifikant die Anforderung an die Wärmeübertragungsoberflächengröße und die Kosten.
Um die technischen Vorteile der Technologie gemäß der vorliegenden Erfindung in die Praxis umzusetzen, wurde ein System im Labormaßstab (1,58 GJ/h -- 1,5 MMBtu/h--Kohlebefeuerungsrate) entworfen, gebaut und getestet. Ein Schema der Einheit ist in Figur 2 gezeigt. Das primäre Ziel dieser Arbeit war, die Integration eines gepulsten Brenners mit dem Wirbelschichtabschnitt eines Ofens zu untersuchen. Ein Konvektionsabschnitt wurde nicht eingeschlossen, da die zusätzlichen Ausgaben ungerechtfertigt erschienen. Deshalb waren der Dampfausgang und der thermische Wirkungsgrad der getesteten Einheit etwas niedriger als diejenigen, die in der normalen Praxis zu erwarten sind.
In Figur 2 ist die Anlage, die unter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben worden ist, in Verbindung mit zugehöriger Prozeßeinrichtung dargestellt, wobei gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen erhalten haben. Nach Klassierung von Feststoffen, zum Beispiel Kohle, in Feinstoffe und grobe Teilchen (nicht gezeigt) werden die groben Teilchen im Kohlebehälter 73 gehalten, von dem die Teilchen einer Fördereinrichtung 75 in einen Sorptionsmittelbeschickungsbehälter 76 beschickt werden, wo das Sorptionsmittel in die Kohlebeschickung eingebracht wird, wie oben bereits beschrieben wurde. Die Kohle-Sorptionsmittel-Mischung wird dann dem Gefäß 10 durch die Beschickungsfördereinrichtung 70 zugeführt und fällt auf die dichte Schicht, die in dem unteren Abschnitt 12 des Gefäßes 10 gelegen ist und in einem aufgeblasenen Wirbelschichtzustand durch Fluid gehalten wird, das darunter durch die Fluidverteileinrichtung 13 eintritt. Alternativ dazu könnte die Kohle-Sorptionsmittel-Mischung direkt in die Wirbelschicht eingeführt werden, anstatt daß sie auf den oberen Teil des Bettes fällt (vgl. Figur 7 für einen solchen Aufbau, bei dem Zuführungseinrichtungen 214 und 215 an beiden Stellen angewendet werden).
Von der Kohle abgetrennte Feinstoffe werden in einem dafür vorgesehenen Bunker 74 gespeichert und werden einem Ejektor 77 zugeführt, von dem sie durch Leitung 72 zu einem gepulsten Brenner 30 transportiert werden. Unter der Annahme, daß sich der gepulste Brenner in einem Betriebszustand befindet, saugt das aerodynamische Ventil 32 ein Luftzufuhrgemisch bei Bedarf an. Wie in Figur 2 gezeigt ist, wird dem gepulsten Brenner- Ventil 32 auch natürliches Gas zugeführt, wo es auch als Brennstoff dient. Produkte der Verbrennung aus dem gepulsten Brenner 30 bewegen sich dann mit einer oszillierenden akustischen Druckwelle durch das Resonanzrohr oder Abgangsrohr 36, durch den Diffusorabschnitt 40 und in das Wirbelschichtbett fort. Allgemein gesprochen, liegt die Wärmefreisetzungsrate im gepulsten Brenner in einem Bereich von 21 bis 62 MW/m³ (etwa 2 bis etwa 6 MM Btu/h/ft³) bei Produktgastemperaturen in einem Bereich von 760 bis 1927ºC (etwa 1400 bis etwa 3500ºF). Die Gasgeschwindigkeit in dem Resonanzrohr liegt in einem Bereich von 45,7 bis 488 m/s (etwa 150 bis etwa 1600 Fuß pro Sekunde) bei Geschwindigkeits-Oszillation in einem Bereich von etwa 20 bis etwa 150 Hertz.
In dem Gefäß sind akustische Druckwellen-Niveaus in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 185 dB erreichbar. Gleichermaßen sind Temperaturen in dem Gefäß 10 von bis zu etwa 1092ºC (2000ºF), bezogen auf Volumen-Wärmefreisetzungen von dem gepulsten Brenner, in einem Bereich von 1,03 bis 2,06 MW/m³ (von etwa 100000 bis etwa 200000 Btu/h/ft ) erreichbar. Die Temperaturen in der Freischichtzone des Gefäßes 10 können dann 1092ºC (2000ºF) überschreiten und sind in der Lage, organische Materialien zu zersetzen. In der Wirbelschicht sind Temperaturen in einem Bereich von 815ºC bis 927ºC (etwa 1500 bis etwa 1700ºF) erwünscht, um Stickstoffoxide zu minimieren.
Die akustische Welle, die aus dem Diffusorabschnitt 40 austritt und in der Wirbelschicht auftrifft, erzeugt verbessertes Mischen und verbesserte Wärmeübertragung. Der feste Brennstoff im verwirbelten Zustand wird verbrannt, während die Temperaturen in dem Wirbelschichtbett durch ein Wärmeübertragungsmedium gesteuert werden können, das durch die in das Wirbelschichtbett eingetauchten Rohre 60 hindurchströmt. Es kann offensichtlich Wärmeübertragung von dem Bett an das Medium dazu verwendet werden, die Gesamttemperatur des Wirbelschichtbettes zu steuern und/oder eine gewünschte resultierende Wirkung auf das Medium auszuüben, d.h. Wasser oder Luft zu erhitzen, um Dampf oder dergleichen zu erzeugen.
Die Produkte aus der Verbrennung steigen dann über das Wirbelschichtbett in die Freischichtzone auf, wo weitere Wärmeübertragung oder Reaktion stattfinden kann, und weiter von der Freischichtzone durch den Separator 82 für mitgeführte Feststoffe und aus dem Abgasausgang 80 zum Staubabscheider (Zyklon) 90. Da der Brennstoff klassiert worden ist, wird ein Minimum an Feinstoffen in die Freischichtzone getragen, wodurch somit wiederum die Freisetzung von Schwefel verringert wird.
Auch kann in dem Gesamtschema des Betriebs das Verwirbelungsmedium, zum Beispiel Luft oder Dampf, in einem Vorerhitzer 92 vorerhitzt werden. Verwirbelungsmedium wird dem Vorerhitzer 92 durch ein Primärluftgebläse 94 und/oder Rückkehr von überschüssiger Luft oder anderem Fluid von dem gepulsten Brenner 30 zugeführt. In gleicher Weise strömt, wie es dargestellt ist, in den Rohren 60 erzeugter Dampf von dort in eine Dampftrommel 96 und, wenn es gewünscht wird, auch aus der Trommel 96.
In einem Verbrennungsverfahren für hoch-schwefelhaltige Kohle werden Kalkstein und grobe Teilchen, klassierte Kohle in die Wirbelschicht innerhalb des Gefäßes 10 eingeführt, während die Feinstoffe, wie oben beschrieben, in den gepulsten Brenner 30 als Brennstoffquelle eingeführt werden. Schwefel in den Feinstoffen wird grundsätzlich in dem gepulsten Brenner entfernt und wird durch den Kalkstein in der Wirbelschicht aufgenommen. In gleicher Weise wird Schwefel in der groben Kohle durch Kalkstein in dem Bett auf eine effizientere Weise als in bekannten Systemen eingefangen und gebunden. Um dies zu bewerkstelligen, werden die Temperaturen in dem Wirbelschichtbett vorzugsweise in einem Bereich von 760 bis 954ºC (etwa 1400 bis etwa 1750ºF) gehalten. In diesem Temperaturbereich werden ebenfalls weniger Stickstoffoxid- Nebenprodukte erzeugt.
Eine Gesamtheit von 28 Tests wurde an einer Apparatur, wie sie in Figur 2 gezeigt ist durchgeführt, die Ausschüttel- und Charakterisierungs-Tests einschlossen. Die Einheit wurde sowohl mit dem als auch ohne den gepulsten Brenner getestet, und die Test-Parameter sind in Tabelle 1 angegeben. Das System wurde "on-line" über mehr als 200 Stunden betrieben und verbrannte nahezu 9 Tonnen Kohle. N&sub2;O-Emissionsmessungen wurden in Zusammenarbeit mit Drs. L.J. Muzio und G. Shiomoto von der Fossil Energy Research Corporation, Laguna Hills, Kalifornien, durchgeführt. Tabelle 1: Test-Parameter Kohle-Typ Kohlegrößenverteilung Pittsburgh No. 8 W. Kentucky Nos. 9 und 11 bis mit Gew.-% Feinstoffen Kalkstein Kalkstein-Größeverteilung Oberflächen-Gasgeschwindigkeit Bett-Temperatur Ca/S-Verhältnis Bettbereich Ofenhöhe Brennstoff für den gepulsten Brenner Shasta Kohle, Gas
Ein zusammenstellender Vergleich der Leistungsfähigkeit und der Emissionsdaten von der 0,61 m x 0,61 m (2' x 2') -Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit denjenigen von herkömmlichen aufgeblasenen Wirbelschichtbett-Brennern höhere Freischicht und Recycle-Betrieb) und zirkulierender-Wirbelschichtbett-Brennereinheiten ist in Tabelle 2 angegeben. Der Vergleich gilt für typische bituminöse Kohlen mit hohem Anteil flüchtiger Stoffe und Sorptionsmittel mittlerer Reaktionsfähigkeit. Die angegebenen Werte für die Wirbelschicht-Brenner gemäß dem Stand der Technik basieren auf veröffentlichten Informationen. Man sieht, daß das System gemäß der vorliegenden Erfindung überlegene Leistungsfähigkeit im Verhältnis zu dem Stand der Technik zeigt. Der höhere Verbrennungswirkungsgrad setzt sich in reduzierten Kohleverbrauch und niedrigere System-Betriebskosten um; die Verbesserung bei der Schwefelbindung impliziert weniger Sorptionsmittelverbrauch und Abfallerzeugung und wiederum niedrigere Betriebskosten; niedrigere NOx- und CO-Emissionen bedeuten leichtere Standortwahl; und größere Dampferzeugungsrate setzt sich in geringere Wärmeaustauschfläche und reduzierte Kapitalkosten um. Es scheint auch, daß N&sub2;O- Emissionen von dieser gepulsten Wirbelschichtbett-Technologie nicht unerheblich sind, sondern mit veröffentlichten Daten über N&sub2;O-Emissionen vergleichbar sind, was anzeigt, daß die Betriebsart keinen großen Einfluß auf N&sub2;O-Emissionen hat. Zusammengefaßt ist die Leistungsfähigkeit des vorliegenden Systems allgemein (i) denjenigen herkömmlicher Systeme überlegen, (ii) mit zirkulierender Wirbelschichtverbrennung bezüglich Verbrennung und N&sub2;O-Emissionen vergleichbar und (iii) besser als zirkulierende Wirbelschichtbrenner bezüglich Schwefelbindung und CO- und NOx-Emissionen. Tabelle 2: Leistungsfähigkeits-Charakteristiken von Wirbelschichtbrennern. Atmosphärisches Blasen Gepulstes atmosphärisches Blasen Blasen *) Zirkulieren *) Verbrennungswirkungsgrad % SO&sub2;-Bindungswirkungsgrad (%) NOx-Emissionen (ppmv)&spplus; N&sub2;O-Emissionen (ppmv)&spplus; CO-Emissionen (ppmv)&spplus; Dampfrate Test-Parameter Bett-Temperatur Ca/S-Verhältnis Kohle Bituminös (hoher Anteil an flüchtigen Bestandteilen) *) Basierend auf Literaturdaten + bei 3% O&sub2;
Diese Faktoren zeigen, daß die vorliegende Erfindung eine attraktive Wahl in jedem Bereich ist. Es ist praktisch nicht günstig und teuer, einen Brenner mit zirkulierendem Wirbelschichtbett auf den 0,126 bis 6,3 kg/s (1000 bis 30000 lb/h) Dampf-Äquivalentbereich herab zu konstruieren, wie oben bemerkt wurde.
Die Anlage ist, wie es oben beschrieben wurde, primär auf ein System zum Verbrennen von Kohle mit hohem Schwefelgehalt gerichtet. Eine solche Anlage, wie sie insbesondere unter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben wurde, kann auch für verbesserte Verbrennung von anderen Produkten wie zum Beispiel Biomasse, Abfallprodukte, für die medizinischer Abfall ein Beispiel ist, industrielles Abwasser, organische Bestandteile und dergleichen, und für endotherme Reaktionen, zum Trocknen, Kalzinieren und dergleichen, verwendet werden.
Eine derartige Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung ist einsetzbar für die Erzeugung von Dampf und ist in Figur 3 dargestellt. Die Dampferzeugungsanlage verwendet eine Einrichtung ähnlich der oben beschriebenen Ausführungsform. Eine gepulste Brennereinrichtung, die allgemein als 130 bezeichnet ist, ist mit einem hochtemperaturfest ausgekleideten Reaktionsgefäß 110 integriert. Das Gefäß 110 umfaßt einen unteren Abschnitt 112, einen Mittelabschnitt 114 und einen oberen Abschnitt 116, wobei der Zwischenabschnitt 114 und der obere Abschnitt 116 den oben beschriebenen Freischichtbereich bilden.
Eine Verwirbelungseinrichtung 113, durch die Fluid mit angemessener Geschwindigkeit eingeführt werden kann, um Feststoffe in einem Bett auf zuwirbeln und die Bett-Temperatur zu steuern, ist im unteren Abschnitt 112 angeordnet. In einer Ausführungsform der Dampferzeugungsanlage wird für die Aufwirbelungseinrichtung 113 eine wassergekühlte Verteilerplatte verwendet. Eine Vielzahl von Rohren oder Leitungen 160, durch die Wasser oder ein anderes Wärmeaustauschmedium strömen kann, ist innerhalb des unteren Abschnitts 112 gelegen, wo das dichte Wirbelschichtbett aus Verbrennungsmaterialien gebildet werden soll. Diese Leitungen bilden die Einrichtung zum Übertragen oder Abziehen von Wärme an das bzw. von dem Wirbelschichtbett. Wie nachfolgend erklärt wird, können die Rohre 160 eine "D"-Typ Wasser/Dampf- Kreislaufkonfiguration bilden.
Wie vorstehend beschrieben, weitet sich der Zwischenabschnitt 114 des Gefäßes nach außen auf und verbindet den unteren Abschnitt 112 mit dem oberen Abschnitt 116. Das dichte Wirbelschichtbett in dem unteren Gefäßabschnitt 112 arbeitet in einer turbulenten Blasmode.
Die gepulste Brennereinrichtung 130 kann die vorstehend beschriebene Ventileinrichtung umfassen, die eine oder mehrere Öffnungen enthält, durch die ein Brennstoff-Luft-Gemisch in die Verbrennungskammer 133, den Luftraum 138 und den Axialdruckverstärker 139 eingeführt werden kann. Das Abgangsrohr oder Resonatorrohr 136 kann ein einzelnes Rohr sein, wie es gezeigt ist, oder kann aus einer Vielzahl von Rohren bestehen und hat vorzugsweise einen Diffusorabschnitt 140 an seinem Ende. Der Diffusorabschnitt 140 sorgt für Feinteilchen-Rezirkulation und erhöhte Teilchen-Resonanz zeit in dem Wirbelschichtbett für verbesserte Verbrennung und Schwefelbindung.
Wie bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ein Teil der Verbrennungskammer mit dem Gefäß 110 integriert sein, und ein Teil der gepulsten Brennereinrichtung 130 (wie beispielsweise der Diffusorabschnitt 140 in Figur 3) kann sich in das Wirbelschichtbett erstrecken. In anderen Ausführungsformen kann der gesamte gepulste Brenner, einschließlich der Brennerkammer, des bzw. der Resonanzrohr(e) und des Diffusorabschnitts, außerhalb des Teiles des Kessels 110 gelegen sein, wo die Reaktionen ablaufen. In solchen Systemen bleibt der gepulste Brenner in der Lage, die endotherme Reaktionswärme den Reaktionsbestandteilen innerhalb des Gefäßes zuzuführen.
Das Resonatorrohr 136 hat vorzugsweise einen Wassermantel 141, der wenigstens einen Teil seiner Länge umgibt. Der Diffusorabschnitt 140 kann ebenfalls einen Wassermantel aufweisen, der einen Teil seiner Länge umgibt, so daß Dampf innerhalb des Mantels zum Abführen von Wärme erzeugt werden kann, und das Erfordernis für innerhalb des Bettes angeordnete Leitungen 160 kann minimiert werden oder sie können alle zusammen in der Praxis eliminiert werden.
Das Gefäß 110 umfaßt weiterhin ein über dem Bett gelegenes Grobbrennstoff- und Sorptionsmittel-Zuführungssystem, das allgemein mit 170 bezeichnet ist, bei dem vorzugsweise ein Schraubenförderer verwendet wird. Das Beschickungssystem 170 umfaßt einen Brennstoff-Klassierer 171 zum Aussortieren von Feinstoffteilchen, die der gepulsten Brennereinrichtung 130 entlang der Brennstoffleitung 190 zugeführt werden, von groben Brennstoffteilchen, die der Beschickungseinrichtung 191 für groben Brennstoff zugeführt werden, der später mit Sorptionsmittel gemischt wird, das von der Sorptionsmittel- Beschickungseinrichtung 192 zugeführt und durch das Zuführungssystem 170 eingeführt wird, um das Wirbelschichtbett in dem Gefäß 110 auszubilden. Das Sorptionsmittel ist ein Material wie zerkleinerter Kalkstein, der schwefelhaltige Substanzen absorbiert, die durch Verbrennung erzeugt worden sind.
Das Gefäß 110 kann einen Verbrennungsprodukt- oder Abgasausgang 180 mit einem Gas-Feststoffe-Separator/Luftvorerhitzer 182 enthalten. Eine oder mehrere Prallblecheinrichtungen zum Senken von Gas-Nebenströmung in dem Gasausgang kann entlang derselben zusammen mit ihnen angeordnet sein. Ein Staubabscheider oder Zyklon 183 kann als Teil dieser Trenneinrichtung verwendet werden, um außerdem Feststoffe einzufangen und die Gas- und Feststoff-Temperaturen zu regeln.
Mehrfache Luftstufen, wie es entlang der Linie 195 und 196 gezeigt ist, können von dem Feststoff-Separator/Luftvorerhitzer 182 zurück zum Gefäß 110 verwendet werden, so daß Emissionen weiter reduziert werden.
Taubes Gestein, Abfallmaterialien, Asche und dergleichen werden von dem Gefäß 110 durch die Öffnung 117 abgeführt, die an dem unteren Ende des Abschnitts 112 gelegen ist. Darüber hinaus kann auch ein (nicht gezeigtes) Zündsystem an dem Gefäß 110 vorgesehen werden zum Zünden des Systems zum Starten und zur Betriebssicherheit.
Ein Zweitrommel-Dampferzeugungssystem 101, das eine Dampftrommel und eine Schlammtrommel umfaßt, wird angewendet, um eine komplizierte Wasserbehandlung zu vermeiden. Die Leitungen 160 sind, wie es in Figur 4 gezeigt und nachfolgend diskutiert wird, mit dem Zweitrommelsystem 101 zum Erzeugen von Dampf gemäß dieser Ausführungsform verbunden. Das Wirbelschichtsystem zum Erzeugen von Dampf, wie es oben beschrieben wurde, arbeitet allgemein auf die gleiche Weise wie in der vorstehend beschriebenen Anlage.
In Figur 4 ist die Dampferzeugungsanlage, wie sie mit Bezug auf Figur 3 beschrieben worden ist, in Verbindung mit zugehöriger Prozeßeinrichtung dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen Bauteilen zugeordnet sind. Nach Klassierung des festen verbrennbaren und aufwirbelbaren Materials in Feinstoffe und grobe Teilchen durch den Klassierer 171 werden die groben Teilchen zu der Beschickungseinrichtung 191 für groben Brennstoff transportiert,und die Feinstoffe werden entlang der Brennstoffleitung 195 zum gepulsten Brenner 130 transportiert. Zu dem groben Brennstoff wird Sorptionsmittel mittels eines Sorptionsmittelbeschickungssystems 192 hinzugegeben, und dann wird das kombinierte Brennstoffgemisch durch die Beschickungseinrichtung 170 wie den in Figur 4 gezeigten Schraubenförderer dem Gefäß 110 zugeführt. Das Brennstoff- Sorptionsmittel-Gemisch fällt auf das dichte Bett, das im Gefäß 110 gelegen ist, das in einem aufgeblasenen verwirbelten Zustand durch Fluid gehalten wird, das darunter durch die Fluidverteileinrichtung 113 eintritt. Die Fluidverteileinrichtung 113 kann einen schräg abfallenden Aufbau aufweisen, wie es in Figur 4 gezeigt ist, der tote Zonen von Feststoffprodukten zu vermeiden hilft. Der schräge Aufbau in Kombination mit dem Fluidbett-Abzugssystem 117 ermöglicht auch die Entfernung von Gestein und Agglomeraten.
Wenn der gepulste Brenner 130 in Betrieb ist, zieht das aerodynamische Ventil 132 ein Luft-Brennstoff-Gemisch bei Bedarf ein. Produkte von der Verbrennung, die in dem gepulsten Brenner 130 auftreten, bewegen sich mit einer oszillierenden akustischen Druckwelle durch das Resonanzrohr oder das Abgangsrohr 136, durch den Diffusorabschnitt 140 und in das Wirbelschichtbett fort. Die akustische Welle, die von dem Diffusorabschnitt 140 ausgeht und in das Wirbelschichtbett einläuft, erleichtert verbesserte Mischung und Wärmeübergang. Der feste Brennstoff im verwirbelten Zustand wird verbrannt, während die Temperaturen in dem Bett durch Abfuhr von Wärme durch das Wärmeübertragungsmedium gesteuert werden, das durch Leitungen oder Rohre 160 strömt, die in das Wirbelschichtbett eingebettet sind.
Das Wärmeaustauschmedium strömt in Leitungen 160, die in das Wirbelschichtbett eingetaucht sind und mit dem Zweitrommel- Dampferzeugungssystem 101 durch mehr Leitungen verbunden sind, die in einer "D"-Konfiguration angeordnet sind. Das Zweitrommelsystem 101 umfaßt eine Dampftrommel 111, eine Schlammtrommel 112 und eine oder mehrere Kesselgruppen 113. Das Wärmeaustauschmedium strömt, nachdem es innerhalb des Gefäßes 110 ausreichend erhitzt worden ist, zu dem Zweitrommel-Dampferzeugungssystem 101, woraufhin das Wärmeaustauschmedium die Dampftrommel 111, die Schlammtrommel 112 und die Kesselgruppen 113 umgibt. Wasser, das in die Dampftrommel 111 gepumpt worden ist, wird dann dadurch in Dampf umgewandelt und wird freigesetzt oder entsprechend verwendet.
Verbrennungsprodukte steigen auch über dem Wirbelschichtbett auf und in die Freischichtzone, wo weiterer Wärmeübergang oder Reaktion stattfindet. Von der Freischichtzone über dem unteren Abschnitt des Gefäßes 110 strömen erhitzte Gase zu einem und durch einen Separator für mitgeführte Teilchen/Luftvorerhitzer 182 und strömen aus dem Rauchgasausgang 180 zu dem Zweitrommel-Dampf erzeugungssystem 101 aus. Die entlang des Rauchgasausgangs 180 strömende Wärme dient dazu, das in der Dampftrommel 111 enthaltene Wasser zusätzlich zu erhitzen und dieses in Dampf umzuwandeln.
Wie in der vorher beschriebenen Ausführungsform kann das Verwirbelungsmedium durch den Feststoffseparator/Luftvorerhitzer 182 vorerhitzt werden. Weiterhin kann ein Zusatzbrennstoff wie natürliches Gas verwendet werden, um das System zu starten (nicht gezeigt), wie es im Zusammenhang mit der vorherigen Ausführungsform beschrieben wurde. Außerdem können in dem vorher beschriebenen Dampferzeugungssystem die im Bett liegenden Leitungen oder Rohre 160 eliminiert werden und der Wärmeaustausch kann vollständig durch Wärme stattfinden, die von dem Rauchgasausgang 180, dem mit Wassermantel versehenen Resonanzrohr 136 und/oder Diffusorabschnitt 140 geliefert wird.
Die Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch zum Trocknen von Materialien oder zum Erhitzen von Luft eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das System als eine Wärmequelle anstelle einer kohlebefeuerten Beschickungseinheit zum thermischen Trocknen von Kohle verwendet werden. Wenn sie auf solch eine Weise eingesetzt wird, sind verschiedene Abwandlungen des Systems möglich wie z.B. ein mit Wassermantel versehenes Wirbelschichtbett, luftgekühlte Rohre, die in dem Wirbelschichtbett eingebettet sind, und ein adiabatisches Wirbelschichtbett. Diese drei Modifikationen unterscheiden sich hauptsächlich in Bezug auf das Verfahren des Kühlens der Wirbelschicht.
Ein Ausführungsbeispiel einer Materialtrocknungs- oder Lufterhitzungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Figur 5 gezeigt, in der gleiche Bezugszeichen wie in Figur 3 gleiche Bauteile bezeichnen. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt die erfindungsgemäße Anlage, bei der ein hoher Überschuß des Luftniveaus verwendet wird, zum Betreiben des Wirbelschichtbettes in einer nahezu adiabatischen Mode. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet die Merkmale der Dampferzeugungsanlage, die oben diskutiert wurde und in Figur 3 gezeigt ist, mit der Ausnahme des Zweitrommel-Dampferzeugungssystems, das in den Figuren 3 und 4 mit 101 bezeichnet ist. Weiterhin kann die Trocknung/Lufterhitzung auch ohne die im Bett eingefügten Leitungen oder Rohre 160t die in Figur 3 gezeigt sind, durchgeführt werden.
Das hochtemperaturfest ausgekleidete Gefäß 110 minimiert Wärmeverluste und der ausgedehnte Freischichtabschnitt senkt Gasgeschwindigkeit, erhöht Gas-Resonanzzeit und senkt Ausspülung von Feinstoffen. Ein Resonanzrohr oder Abgangsrohr 136, umgeben durch einen Wassermantel 141, eliminiert das Erfordernis teurer Legierungen in diesem Ausführungsbeispiel. Darüber hinaus verwendet dieses Ausführungsbeispiel vorzugsweise eine wassergekühlte Verteilereinrichtung 113, um thermische Beanspruchungen zu minimieren, und einen Bettablaß 117, um Stein- oder Schlackeentfernung zu erleichtern und die Betthöhe aufrecht zu erhalten.
Ein Prozeßdiagramm, bei dem die oben beschriebene Anlage zum Lufterhitzen oder Materialtrocknen verwendet wird, ist in Figur 6 gezeigt. Das System ist im wesentlichen identisch mit dem Prozeßsystem, das fuhr die Dampferzeugungsanlage in Figur 4 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß das Zweitrommel- Dampferzeugungssystem 101, das in Figur 4 gezeigt ist, eliminiert ist. Weiterhin sind die im Bett eingelagerten Rohre oder Leitungen 160, die in Figur 4 gezeigt sind, ebenfalls eliminiert.
Die vorliegende Erfindung kann auch als eine Abfallverbrennungsanlage verwendet werden, wie es in Figur 7 gezeigt ist. Bei diesem Aufbau ist eine Einrichtung 220 zum Zuführen von Abfallstoff en inkorporiert, die eine Einrichtung 214 zum Zuführen der Abfallmaterialien zu dem oberen Teil des Wirbelschichtbettes und/oder eine Einrichtung 215 zum Zuführen von Abfall direkt in das Wirbelschichtbett einschließen kann, was von den Charakteristiken des verwendeten Abfalls abhängt. Anstatt vollständig mit dem Gefäß 210 integriert zu sein, kann das Resonanzrohr 236 der gepulsten Brennereinrichtung 230 oberhalb des Gefäßes 210 gelegen sein. Der Diffusorabschnitt 240 kann über der Spritzzone des Wirbelschichtbettes liegen, wie es in Figur 7 gezeigt ist. Eine Leitung 260 kann einen Kreis zwischen dem Axialdruckverdichter 239 und dem Abschnitt des Resonanzrohres 236, der über dem Gefäß 210 gelegen ist, vervollständigen, um eine Erhöhung des Druckes zu dem Axialdruckverstärker 239 zu liefern. Dies gestattet verstärktes Mischen innerhalb des Freischichtabschnitts des Reaktionsgefäßes.
Wie die vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele umfaßt die Anlage dieses Ausführungsbeispiels eine Verteileinrichtung 213 zum Halten des Wirbelschichtbettes in einem turbulenten Zustand, ein Bettabzugssystem 217 zum Entfernen von Asche und Gestein, einen Feststoff-Separator/Luftvorerhitzer 282, eine Einrichtung zum Trennen von Feststoffen von den Verbrennungsprodukten und Rückführen der Produkte zu dem Gefäß, einschließlich einer Rauchgasausgangsleitung 280 und eines wassergekühlten Staubabscheiders oder Zyklons 283, um Feststoffe einzufangen und die Gas- und Feststoff-Temperaturen so zu regulieren, daß Metalldämpfe gebunden werden.
Eine schematische Ansicht des Systems für den Abfallverbrennungsprozeß, bei dem die in Figur 7 gezeigte Anlage eingesetzt wird, ist in Figur 8 gezeigt. Wegen möglicher Erosions- und Korrosionsprobleme der Abfallmaterialien in Bezug auf das Resonanzrohr und den Diffusorabschnitt sind das Resonanzrohr und der Diffusor über dem Wirbelschichtbett gelegen. Außerdem werden wegen der gleichen Erosions- und Korrosionsprobleme eingetauchte Rohrgruppen in dieser Anlage nicht verwendet. Wie bei der Anlage, die vorher in den Figuren 4 und 6 gezeigt wurde, ist die Verteileinrichtung 113 mit einer schräg abfallenden Konfiguration ausgelegt, um Feststoff- Totzonen zu verhindern und die Entfernung von Gestein und Agglomeraten von dem Bettabzug zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung kann auch für endotherme Reaktionen wie Vergasungs-Kalzinierungs-Pyrolyse- und partielle Oxidationsreaktionen eingesetzt werden. Eine für diese Prozesse ausgelegte Anlage ist in Figur 9 gezeigt. Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Anlage ist im wesentlichen identisch zu der Anlage, die zum Erhitzen von Luft oder Trocknen von Material verwendet wird und in Figur 5 gezeigt ist, und gleiche Bezugszeichen stellen gleiche Bauteile dar. Jedoch kann der Axialdruckverstärker, der in Figur 5 als 139 gezeigt ist, oder der Wassermantel 141, der das Resonanzrohr 136 in Figur 5 umgibt, weggelassen werden. Zusätzlich kann die Anlage zun Durchfahren endothermer Reaktionen ähnlich wie die in Figur 7 für Müllverbrennung gezeigte Anlage eine Einrichtung 314 zum Zuführen des aufgewirbelten Bettmaterials entweder über dem Bett oder eine Einrichtung 315 zum Zuführen direkt in das Bett umfassen.
In solchen Prozessen besteht das Bett aus Feststoff-Brennstoffen und der gepulste Brenner liefert direkt endotherme Reaktionswärme, um solche Produkte wie synthetische Brennstoffgase, kalzinierte Produkte usw. zu erzeugen. Wie bei jedem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel kann sich das Abschlußende des gepulsten Brenners, entweder das freie Ende des Resonanzrohres oder der Diffusorabschnitt, in das Bett aus Material erstrecken oder kann entfernt von dem Bett positioniert sein.

Claims

1. Eine pulsierte Wirbelschichtreaktor-Anlage, die ein Reaktorgefäß (10), Einrichtungen (70) zum Einführen eines verwirbelbaren festen Materials in dieses Gefäß im Mittelteil seiner Höhe, Einrichtungen zum Einleiten eines Verwirbelungsmediums (13) für dieses feste Material in das Gefäß unterhalb des Eingangs für das feste Material in das Gefäß, um eine Wirbelschicht aus festem Material dazwischen auszubilden, Wärmeübertragungsmittel (60), die in dem Gefäß so bezüglich des Wirbelschichtbettes liegen, daß sie Wärme von diesem abführen, und Abgasabzugseinrichtungen (80, 180) in Kommunikation mit dem Gefäß, um Verbrennungsprodukte von diesem abzuleiten, umfaßt; wobei die Reaktoranlage dadurch gekennzeichnet ist, daß sich eine gepulste Verbrennungseinheit (30, 130) in das Gefäß erstreckt, die gepulste Verbrennungseinheit (30, 130) eine Verbrennungskammer (34), Ventileinrichtungen (32), die mit der Verbrennungskammer (34) verbunden sind, um ein Brennstoff-Luft- Gemisch hier zuzuführen, eine Resonanzkammer (36) in Kommunikation mit der Verbrennungskammer (34), die sich von dieser nach außen in Richtung auf das Wirbelschichtbett erstreckt, umfaßt und ein äußeres freies Ende der Resonanzkammer (36) stromaufwärts bezüglich des Wirbelschichtbettes gelegen ist um zu gestatten, daß gasförmige Produkte von der Resonanzkammer direkt auf dieses einwirken.

2. Anlage nach Anspruch 1, die weiterhin Mittel (40) umfaßt, die an einem freien Ende der Resonanzkammer gelegen sind, um gasförmigen Austrag von dieser diffus zu machen.

3. Anlage nach Anspruch 2, bei der der Diffusor (40) dort innerhalb des Gefäßes gelegen ist , wo das Wirbelschichtbett aufrechterhalten wird.

4. Die Anlage nach Anspruch 2, bei der die Mittel (40) zum Diffusmachen innerhalb des Gefäßes (10) und über dem Wirbelschichtbett gelegen sind.

5. Die Anlage nach Anspruch 4, bei der die Mittel (40) zum Diffusmachen sich in das Reaktorgefäß (10) so erstrecken, daß der Diffusor in direktem Kontakt mit der Wirbelschicht aus dem Material steht.

6. Anlage nach Anspruch 1, die weiterhin einen Feststoffklassierer (71) zum Trennen der Feststoffe in grobe Feststoffteilchen und feine Teilchen umfaßt, wobei die groben Feststoffteilchen dem Gefäß (10) durch die Zuführungseinrichtung (70) zugeführt werden, und die Anlage Mittel (72) zum Zuführen der feinen Feststoffteilchen zu der gepulsten Verbrennungseinheit (30) aufweist.

7. Die Anlage nach Anspruch 1, die weiterhin einen Wassermantel (41) umfaßt, der wenigstens einen Teil der gepulsten Verbrennungseinheit (30) umgibt.

8. Anlage nach Anspruch 1, bei der die Resonanzkammer (36) der gepulsten Verbrennungseinheit (30) wenigstens ein langgestrecktes Rohr ist.

9. Anlage nach Anspruch 8, bei der wenigstens ein langgestrecktes Rohr einen Wassermantel (41) um wenigstens einen Teil seiner Länge herum aufweist.

10. Die Anlage nach Anspruch 1, bei der sich die Resonanzkammer (36) in das Reaktorgefäß (10) so erstreckt, daß die Resonanzkammer in direktem Kontakt mit der Wirbelschicht aus dem Material steht.

11. Anlage nach Anspruch 1, bei der das Gefäß (10) einen unteren Abschnitt (12), bei dem die Wirbelschicht aufrechterhalten wird, und einen ausgedehnten oberen Abschnitt (14) umfaßt.

12. Anlage nach Anspruch 1, bei der die Abgasabzugseinrichtung (80) eine Trennanlage (82) für durch Trägheit mitgeführte Feststoffe einschließt.

13. Anlage nach Anspruch 1, bei der die Wärmeübertragungsmittel (60) aus einer Leitung bestehen, die innerhalb des Gefäßes (10) gelegen ist, wo das Wirbelschichtbett gelegen ist, und wobei die Leitung ausgelegt ist, um durch sie ein Wärmeübertragungsmedium hindurchzutransportieren.

14. Die Anlage nach Anspruch 1, bei der die gepulste Verbrennungseinheit (30) weiterhin Mittel (39) zum Erhöhen des Druckes der gasförmigen Produkte, die von der gepulsten Verbrennungseinheit erzeugt werden, umfaßt.

15. Die Anlage nach Anspruch 1, bei der die Abzugseinrichtung (180) in weiterer Kommunikation mit einer Einrichtung (101) zum Erzeugen von Dampf steht.

16. Die Anlage nach Anspruch 15, bei der die Dampferzeugungseinrichtung (101) Mittel zum Zuführen von Wasser zu einer Dampftrommel (111) einschließt und bei der die Dampftrommel in Kommunikation mit einer Schlammtrommel steht.

17. Die Anlage nach Anspruch 1, bei der die Wärmeübertragungsmittel (60) Wärme einem System zum Erhitzen von Luft zuführen.

18. Die Anlage nach Anspruch 1, bei der die Wärmeübertragungsmittel (60) Wärme einem System zum Trocknen von Materialien zuführen.

19. Die Anlage nach Anspruch 1, bei der die Wärmeübertragungsmittel (60) mit einer Einrichtung zum Dampferzeugen in Kommunikation stehen.

20. Eine gepulste Wirbelschichtanlage, umfassend

a) ein Reaktionsgefäß (210);

b) Einrichtungen (214, 215, 220) zum Einführen von Abfallmaterialien in das Gefäß;

c) Mittel zum Verwirbeln der Abfallmaterialien, wobei die Verwirbelungsmittel eine Verteilereinrichtung (213) umfassen, die so innerhalb des Gefäßes positioniert ist, daß die Abfallmaterialien durch die Verwirbelungsmittei in einen verwirbelten Zustand gebracht werden können;

d) eine gepulste Verbrennungseinrichtung (230), die sich in das Gefäß (210) erstreckt, wobei die gepulste Verbrennungseinrichtung eine Verbrennungskammer und wenigstens eine Öffnung umfaßt, die mit der Verbrennungskammer verbunden ist zum Einführen von einem oder mehreren Brennstoff-Luft-Gemisch(en) in diese, wobei die gepulste Verbrennungseinrichtung weiterhin eine Resonanzkammer (236) in Kommunikation mit der Verbrennungskammer umfaßt, die sich in Richtung auf die Stelle der Abfallmaterialien innerhalb des Gefäßes (210) erstreckt, wobei die Resonanzkammer Diffusormittel (240) umfaßt, die an dem Ende der Resonanzkammer (236) gelegen sind, die sich in Richtung auf die Abfallmaterialien innerhalb des Gefäßes derart erstrecken, daß die Geschwindigkeit der gasförmigen Produkte, die aus dieser Resonanzkammer herauskommen, verringert wird, wobei die Resonanzkammer und die Diffusormittel stromaufwärts von den Abfallmaterialien so angeordnet sind, daß die gasförmigen Produkte auf die Abfallmaterialien einwirken können; und

e) Abgasabfuhreinrichtungen (280) in Kommunikation mit dem Gefäß (210) derart, daß Verbrennungsprodukte von dem Gefäß entfernt werden können, wobei die Abgasabfuhreinrichtungen Mittel (283) zum Abtrennen von Feststoffen von Gasen in diesen Verbrennungsprodukten und Rückführen der Feststoffe zu dem Gefäß zur weiteren Reaktion umfassen.

21. Ein Verfahren zum Verbrennen von festem Brennstoff, bei dem eine Wirbelschicht aus festem Brennstoff aufgebaut und innerhalb eines Gefäßes (10) dafür und um eine Wärmeübertragungseinrichtung (60) aufrechterhalten wird und bei dem ein Wärmeübertragungsmedium durch die Wärmeübertragungseinrichtung (60) zirkulieren gelassen wird, damit es von dieser für vorherbestimmte Behandlung des Mediums Wärme aufnimmt, und Verbrennungsprodukte von dem Gefäß nach Abtrennung von mitgeführten Feststoffen von ihm abgelassen werden; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Brennstoff-Luft-Gemisch auf eine Weise impulsmäßig verbrannt wird (in 30), daß ein pulsierender Strom aus Verbrennungsprodukten aus ihm erzeugt wird und eine akustische Druckwelle erzeugt wird, und dieser pulsierende Strom aus Verbrennungsprodukten und die Druckwelle stromabwärts in Richtung auf die Wirbelschicht aus Brennstoff gerichtet wird, damit sie direkt auf die Wirbelschicht aus festem Brennstoff zur Verbrennung des festen Brennstoffes einwirken.

22. Ein Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der aufgewirbelte feste Brennstoff Kohle ist und bei dem der Brennstoff zur pulsierten Verbrennung wenigstens teilweise als feine Kohleteilchen vorliegt.

23. Ein Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Kohle einen hohen Schwefelgehalt aufweist und bei dem ein Sorptionsmittel für Schwefel eine Beimischung zu dem festen Brennstoff ist.

24. Ein Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das Sorptionsmittel Kalkstein ist und in einem Anteil des Zwei- bis Dreifachen der Menge des Schwefels in der Kohle vorhanden ist.

25. Ein Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die akustische Druckwelle in einem Bereich von 100 bis 185 dB liegt.

26. Ein Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die gepulste Verbrennung eine Wärmefreisetzung in einem Bereich von 10,3 bis 103 MW/m³ (1 x 10&sup6; bis 10 x 10&sup6; Btu/hr/ft³) und eine Produktgastemperatur in einem Bereich von 760 bis 1927ºC (1400 bis 3500ºF) und eine Gasgeschwindigkeit in einem Bereich von 45,7 bis 488 m/s (150 bis 1600 Fuß Pro Sekunde) erzeugt.

27. Ein Verfahren nach Anspruch 21, bei dem Gas zum Verwirbeln des Bettes aus festem Brennstoff eine Geschwindigkeit in einem Bereich von 1,2 bis 4 m/s (4 bis 13 Fuß pro Sekunde) aufweist.

28. Ein Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Verbrennungsprodukte, die von dem Gefäß (10) abgesaugt werden, einem Dampferzeugungssystem für die Erzeugung von Dampf zugeführt werden.

29. Ein Verfahren nach Anspruch 21, das weiterhin den Schritt umfaßt, daß ein Wärmeübertragungsmedium durch eine Wärmeübertragungseinrichtung (160), die in der Wirbelschicht eingebettet ist, so zirkulieren gelassen wird, daß dadurch Wärme von der Wirbelschicht abgezogen wird.

30. Ein Verfahren nach Anspruch 29, bei dem das Wärmeübertragungsmedium einem System (101) zum Erzeugen von Dampf zugeführt wird und Dampf dadurch erzeugt wird.

31. Ein Verfahren nach Anspruch 21, bei dem durch die Verbrennung erzeugte Wärme einem System zum Trocknen von Materialien zugeführt wird.

32. Ein Verfahren nach Anspruch 21, bei dem durch die Verbrennung erzeugte Wärme einem System zum Erhitzen von Luft zugeführt wird.

33. Ein Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der feste Brennstoff ein Abfallmaterial ist und das Verfahren dieses Abfallmaterial verbrennt.