DE69618819T2

DE69618819T2 - Wirbelschichtreaktorsystem und methode zu seinem betrieb

Info

Publication number: DE69618819T2
Application number: DE69618819T
Authority: DE
Inventors: Eero Berg
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Current assignee: Amec Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2016-02-22
Also published as: JP2982977B2; WO1997031084A1; DE69618819D1; DK0889943T3; JPH11504381A; EP0889943A1; ES2171648T3; US6214065B1; EP0889943B1; AU4720296A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktorsystems nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 10.
Wirbelschichtreaktoren, insbesondere zirkulierende Wirbelschicht-(CFB-)Reaktoren, sind äußerst nützlich bei der Durchführung einer Vielzahl von Reaktionen, wie etwa bei der Verbrennung und Vergasung von Brennstoffmaterial unter atmosphärischen oder druckbeaufschlagten Verhältnissen. Vergasung in einem Wirbelschichtreaktor ist eine attraktive Art, Energie von Brennstoffmaterial durch Erzeugung von brennbarem Gas in eine nützlichere Form umzuwandeln. Verbrennung von Brennstoff in einem Wirbelschichtreaktor kann Dampf zum Antreiben einer Dampfturbine erzeugen. Unter vielen Verhältnissen kann aber das aus dem Reaktor abgezogene Gas (z. B. Brennstoff- Produktgas) unerwünschte Substanzen, wie äußerst feinen Staub und teerartige kondensierbare Verbindungen enthalten. Diese Substanzen sind geneigt, besonders unter bestimmten Temperaturen klebrig zu werden und sich deshalb auf umgebenden Oberflächen abzulagern oder anzusammeln, insbesondere auf Oberflächen von Gaskühlvorrichtungen, was einen ungünstigen Einfluss auf die Oberflächen und die Wärmeübertragung hat.
Wenn das vom Vergasungs-/Verbrennungsreaktor kommende heiße Gas in einen Gaskühler eingeführt wird, verstopfen die oben erwähnten unerwünschten Substanzen leicht den Einlass der darin anordneten Gaskühl- oder den Wärmeübertragungsflächen. Im Besonderen sind sehr feiner Kohlenstoff (Ruß), feine Aschepartikel, Alkalidämpfe, Alkalioxide oder flüssige Verbindungen geneigt, Ablagerungen im Gaskühler zu bilden.
In den Vergasungsprozessen muß das Gas vor weiterer Verwendung gereinigt werden. Die im Gas enthaltenen Kohlenstoffpartikel (Ruß) sind sehr fein und haben typisch eine Korngröße von 0,1-5 um, und klebrig. Es ist schwierig, solches klebriges Feinmaterial durch Filterung abzutrennen. Das Gas kann gefiltert werden, indem dem Gas gröbere nicht klebrige Partikel zugesetzt werden, die eine Korngrößenverteilung von 1-200 um haben. Zusammen mit feinem Ruß sind jene Partikel im Stande, auf Filterelementen einen Filterkuchen zu bilden. Die Filterungseigenschaften werden weiterhin verbessert werden, wenn die zugesetzten Partikel porös sind.
Das Problem der Verschmutzung von Gaskühlflächen hat man dadurch angegangen, dass man ein direktes Wärmeübertragungssystem benutzt hat, wie es in den US-Patenten 4,412,848 und 4,936,872 vorgeschlagen ist. In diesem Patenten wird Produktgas in Wirbelschicht-Gaskühler geleitet, und die verschmutzenden Bestandteile werden von Partikeln der Wirbelschicht eingefangen.
Die Verwendung einer getrennten Wirbelschicht, wie es oben beschrieben wurde, ist jedoch kaum eine ideale Lösung für das Problem, weil das zusätzliche Bett Raum beansprucht und Konstruktion und Instandhaltung von verschiedenen Komponenten erfordert, was die Kosten unerschwinglich machen kann. Doch auch der Einsatz von indirekten Rekuperator-Wärmetauschern hat sich wegen der Verschmutzungsprobleme durch Abgas als unannehmbar erwiesen.
Das oben beschriebene Verschmutzungsproblem ist besonders akut unter druckbeaufschlagten Verhältnissen, z. B. bei einem überatmosphärischen Druck von ungefähr 2-50 bar. Unter solchen druckbeaufschlagten Verhältnissen arbeiten konventionelle Dampf-Rußgebläse nicht ordnungsgemäß.
Die oben angeführten Probleme liegen nicht nur bei der Vergasung, sondern auch bei der Verbrennung einer Anzahl von verschiedenen Brennstofftypen in einer Wirbelschicht vor. Zum Beispiel bei der Verbrennung von Braunkohle enthalten die Rauchgase Alkaliarten, die auf Kühlflächen kondensieren, sich auf den Oberflächen ansammeln, sie verschmutzen und Korrosion von umliegenden Oberflächen verursachen. Schwierigkeiten entstehen auch besonders bei der Verbrennung von Siedlungsabfall oder Schlamm.
Es ist deshalb eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System vorzusehen, die das Problem mit sich auf Gaskühlflächen ablagernden Partikeln minimieren.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System vorzusehen, die die Verschmutzung und Korrosion von Kühlflächen minimieren.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System vorzusehen, die die Wärmeübertragung aus sehr feine Partikel oder teerartige kondensierbare Verbindungen enthaltendem Gas verbessern.
Die oben erwähnten Aufgaben werden der vorliegenden Erfindung zufolge durch ein Verfahren und ein System erreicht, die die Merkmale der Patentansprüche 1 und 10 aufweisen.
Das Grundkonzept hinter der Erfindung besteht dabei darin, genau den gleichen Feststoff, der als Bettmaterial verwendet wird (z. B. inertes Bettmaterial wie Sand und/oder reaktives Bettmaterial wie Kalkstein) in Wirbelschichtreaktoren zu nutzen, um die Kühlflächen des Gaskühlers mechanisch zu reinigen, um Ansammlung von Ablagerungen zu verhindern, und/oder Ablagerungen daraus zu entfernen.
In der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung des Anmelders WO 96/06147 hat man früher vorgeschlagen, Bettmaterial aus einer getrennten Bettmaterial-Versorgungsquelle zur Reinigung der Kühlflächen in den Gaskühler einzuführen. Wahlweise wurde bei Reaktoren mit zirkulierender Wirbelschicht, wo der Großteil des festen Bettmaterials von aus der Reaktorkammer abgezogenen Gasen in einem Abscheider (z. B. Zyklonabscheider oder einer ähnlichen Vorrichtung) getrennt wird, bevor das somit gereinigte Gas in den Gaskühler eingeleitet wird, wurde vorgeschlagen, die Leistung des Abscheiders (Zyklons) periodisch herabzusetzen und nicht abgeschiedene Partikel mit dem Gas in den Gaskühler fließen zu lassen.
Durch die vorliegende Erfindung werden auch die oben erwähnten Probleme mit sich auf Gaskühlflächen ansammelnden Partikeln gelöst, was auf eine sehr einfache und leicht kontrollierbare Weise geschieht. Die vorliegende Erfindung bietet eine alternative Methode, leicht kontrollierbare Mengen von Bettpartikeln bereitzustellen, ohne die Partikel aus entfernten Quellen transportieren zu müssen.
Die vorliegende Erfindung lässt sich auch auf alle Typen von Wirbelschichtreaktoren und Reaktorsysteme anwenden und lässt sich insbesondere auf Reaktoren mit zirkulierender Wirbelschicht und druckbeaufschlagte Systeme anwenden (die bei einem Druck von ungefähr 2-50, vorzugsweise 2-30 bar arbeiten).
Einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge ist ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktorsystems für das Reagierenlassen von Brennstoff vorgesehen, welches Reaktorsystem besteht aus:
- einer Wirbelschicht-Reaktorkammer mit einem Reaktorkammerauslass für während der Brennstoffreaktion (Verbrennung, Vergasung, usw.) erzeugtes Gas
- einem Partikelabscheider, etwa einem Zyklonabscheider, der mit dem Reaktorkammerauslass zur Abtrennung festen Materials von aus der Reaktorkammer abgezogenem Gas verbunden ist, welcher Partikelabscheider einen Feststoffpartikelauslass und einen Gasauslass hat, und
- einem Gaskühler, der Kühlflächen (Wärmeübertragungsflächen) hat und mit dem Gasauslass des Partikelabscheiders verbunden ist.
Das Verfahren umfasst folgender Schritte:
(a) Einführung von Feststoffpartikeln, Fluidisierungsmittel und Brennstoff in die Reaktorkammer, um eine Wirbelschicht darin zu bilden;
(b) Reagierenlassen des Brennstoffmaterials innerhalb der Wirbelschicht, um Abgas zu produzieren, und Ableitung des Abgases durch den Reaktorkammerauslass;
(c) Einführung des Abgases in den Partikelabscheider und Abscheidung von Feststoffpartikeln aus dem Gas in besagtem Partikelabscheider;
(d) Ableitung eines ersten Stroms abgeschiedener Feststoffpartikel aus dem Abscheider durch den Feststoffpartikelauslass und von Gas durch den Gasauslass und
(e) Abkühlung des aus dem Abscheider abgezogenen Gases im Gaskühler.
Wobei das Verfahren durch folgende zusätzliche Schritte charakterisiert wird:
(f) Abzweigung eines zweiten Feststoffpartikelstroms aus dem ersten Feststoffpartikelstrom, bevor oder nachdem der erste Feststoffpartikelstrom aus dem Partikelabscheider abgezogen ist;
(g) Einführung des zweiten Partikelstroms in das, während oder vor Schritt (e) aus dem Abscheider abgezogene Gas, so dass die Partikel Ablagerungen mechanisch von den Kühlflächen entfernen und sie dadurch reinigen, und
(h) Entfernung der Partikel aus dem Gas nach Schritt (g).
Der Schritt (f) wird durchgeführt, um eine ausreichende Konzentration und Größe der abgeschiedenen Feststoffpartikel ins Gas zu erhalten um die Kühlflächen zu reinigen oder die Kühlflächen rein zu halten.
Die Schritte (f) bis (g) werden vorzugsweise nur mit beabstandeten Intervallen durchgeführt (z. B. intermittierend oder periodisch, oder als Reaktion auf die Abtastung eines Rückgangs der Kühlleistung), kann aber kontinuierlich durchgeführt werden. Der Schritt (g) wird typisch durchgeführt, indem im Schritt (c) abgeschiedene Partikel kurz vor dem Gaskühler in das Gas eingeführt werden.
Typisch wird der Schritt (b) durchgeführt, um Gas mit einer Temperatur über 600ºC zu erzeugen, und der Schritt (e) wird durchgeführt, um das Gas auf ungefähr 400ºC abzukühlen.
Einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge ist ein Reaktorsystem mit zirkulierender Wirbelschicht vorgesehen, das folgende Elemente umfasst:
- eine Wirbelschicht-Reaktorkammer mit einem Bettmaterialeinlass, einem Abgasauslass und einem Fluidisierungsgaseinlass;
- einen mit dem Abgasauslass verbundenen Zyklonabscheider, welcher Abscheider einen Gasauslass und einen Partikelauslass hat zur Rückführung des abgeschiedenen festen Bettmaterials in die Reaktorkammer;
- einen Rückführkanal, der den Partikelauslass des Abscheiders mit der Reaktorkammer verbindet;
- einen mit dem Abscheider-Gasauslass verbundenen Gaskühler, welcher Gaskühler Kühlflächen hat, und
- Mittel zur Abzweigung eines Stroms festen Bettmaterials aus dem abgeschiedenen festen Bettmaterial, und Einführung des abgezweigten Bettmaterialstroms in den Gaskühler.
Die Mittel zur Abzweigung eines Bettmaterialstroms und Einführung desselben in den Gaskühler umfassen typisch eine Öffnung im Boden des Abscheiders und einen Bypasskanal, der die Öffnung mit dem Gaskühler oder seinem Einlass verbindet. Gemäß einer anderen typischen Ausführungsform umfassen die Mittel einen Zweigkanal, der den Rückführkanal mit dem Gaskühler oder seinem Einlass verbindet.
Der vorliegenden Erfindung zufolge kann in einem Reaktor mit zirkulierender Wirbelschicht der Gaskühler mit Hilfe eines Teils des zirkulierenden Bettmaterial selbst rein gehalten werden. Der Großteil des zirkulierenden Bettmaterials wird typisch vom Abscheider (z. B. Zyklonabscheider) in das dichte Bett in der Reaktorkammer zurückführt, während ein typisch kleinerer Teil des zirkulierenden Bettmaterials vom Hauptteil verzweigt und in den Gaskühler zur Reinigung seiner Kühlflächen eingeführt wird. Ein Gasstrom kann dazu genutzt werden, den kleineren Teil des Bettmaterials zum Gaskühler zu befördern.
Der zur Reinigung des Gaskühlers benötigte Feststoff wird typisch vom Boden des Partikelabscheiders aufgefangen, kann aber wahlweise von der Wand des Partikelabscheiders oder vom Rückführkanal aufgefangen werden. Die in einem Zyklonabscheider angesammelten Partikel werden durch einen getrennten Kanal in den Gaskühler geleitet. Bei Ausführungsformen, wo Gas aus dem Zyklon durch ein Mittenrohr in seinem Boden abgezogen wird, funktioniert der getrennte Partikelkanal als Bypass für das Gas-Mittenrohr des Zyklons. Ein Gasstrom kann in diesen Bypasskanal eingeführt werden, um die Beförderung von Partikeln zu begünstigen und ein Blockieren des Bypasskanals zu verhindern.
Der Massenstrom des zum Gaskühler fließenden Feststoffs kann z. B. durch eine Platte geregelt werden, die derart platziert werden kann, dass sie die Einlassöffnung in den Bypasskanal völlig oder teilweise zudeckt. Die Position der Abdeckplatte kann außerhalb des Zyklongehäuses gesteuert und eingestellt werden, so dass die Platte den Einlass zum Bypasskanal öffnet oder schließt, um genügende Partikelmengen zur Reinigung der Kühlflächen einzuführen.
Des Weiteren umfasst das System vorzugsweise ein gemeinsames oder zwei oder mehrere getrennte Druckgefäße für das Einschließen von Reaktor, Abscheider und Kühler, um sie auf überatmosphärischem Druck (z. B. 2-50 bar) zu halten. Ein zweiter Abscheider ist
vorzugsweise stromabwärts vom Gaskühler vorgesehen zur Abscheidung von Bettpartikeln aus aus dem Kühler abgezogenem Gas.
Eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Problem der Verschmutzung von Gaskühlerflächen in Wirbelschichtreaktorsystemen auf einfache aber dennoch wirksame Art zu vermeiden. Diese und andere Aufgaben der Erfindung gehen aus einer Einsicht in die ausführliche Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Patentansprüchen hervor.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines Reaktorsystems mit zirkulierender Wirbelschicht gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Reaktorsystems mit zirkulierender Wirbelschicht gemäß der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer dritten beispielhaften Ausführungsform eines Reaktorsystems mit zirkulierender Wirbelschicht gemäß der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 stellt ein Vergasungsreaktorsystem 10 mit zirkulierender Wirbelschicht (CFB) gemäß der vorliegenden Erfindung dar, das einen Reaktor 12 mit zirkulierender Wirbelschicht und einen Gaskühler 14 umfasst. Vergasung findet im Reaktor 12 statt, indem Fluidisierungsgas durch Verteilerraum 16 im unteren Teil der Reaktorkammer 18 einführt wird. Festes Brennstoffmaterial wird in die Reaktorkammer 18 über einen Einlass 20 eingeführt, und festes Bettmaterial wird über Einlass 22 eingeführt. Bei dem festen Bettmaterial kann es sich um ein inertes Material wie Sand handeln, und es kann Zusatzmittel, wie im Vergasungsprozess aktives Material, z. B. Kalkstein oder anderes Schwefeloxid-reduzierendes Mittel umfassen.
Das bei 20 eingeführte Brennstoffmaterial wird einer Reaktion ausgesetzt (im Falle von Fig. 1 vergast, aber verbrannt oder auf andere Weise einer Reaktion ausgesetzt in anderen Reaktorsystemen, die auch vom Umfang der Erfindung eingeschlossen sind), um ein Abgas zu produzieren, das durch einen Auslass 24 abgezogen wird, der sich nahe dem oberen Teil der Reaktorkammer 18 befindet und mit einem Zyklonabscheider 26 verbunden ist.
Bei der Ausführungsform von Fig. 1 umfasst der Zyklonabscheider einen Gasauslass 28, der das Einlassende eines Gasabzugs 32 bildet, der derart angeordnet ist, dass er durch den Boden 34 des Abscheiders 26 verläuft. Der Gasabzugskanal 32 ragt in den Zyklonabscheider 26 hinein, so dass der Gasauslass mit Abstand über dem Boden 34 angeordnet wird und ein Mittenstück innerhalb der Wirbelkammer des Zyklonabscheiders 26 gebildet wird. Heißes Gas wird durch den Reaktorauslass 24 in den Zyklonabscheider eingeführt, um eine Wirbelströmung darin zu bilden, wobei Feststoffpartikel abscheiden und sich auf dem Boden 34 ansammeln. Infolge seiner Neigung bewirkt der Boden 34 des Zyklonabscheiders, dass der abgeschiedene Feststoff abwärts auf einen Feststoffauslass 36 zufließt, der im untersten Teil des Bodens 34 angeordnet ist. Der Feststoffauslass 36 ist über einen Feststoff-Rückführkanal 38 mit dem unteren Bereich der Reaktorkammer 18 verbunden zur Rückführung von abgeschiedenem Feststoff in die Reaktorkammer.
Das Gas, das während der Reaktion im Reaktor 18 erzeugt wird und durch einen Gasauslass 27 in seinem Boden abgezogen wird, enthält mitgeführtes Partikelmaterial, wie etwa inerte feste Bettpartikel, Zusatzmittel und nicht reagiertes Brennstoffmaterial, etwas feines Kohlenstoffmaterial inklusive. Die große Mehrheit der Partikel, insbesondere die großen Partikel, wird aus dem Abgas durch den Abscheider getrennt und über den Rückführkanal 38 zum unteren Teil der Reaktorkammer 18 zurückgeführt, was als solches konventionell ist.
Das Produktgas, das aus dem Abscheider 26 abfließt, fließt zum Gaskühler 14. Typisch hat das Abgas von Reaktor 18 und Abscheider 26 eine Temperatur über 600ºC, und der Kühler 14 ist typisch derart konstruiert, dass er die Gase auf ungefähr 400ºC abkühlt. Bei der Ausführungsform von Fig. 1 umfasst der Gaskühler 14 einen Wärmetauscher 30, der aus Wärmeübertragungsflächen gebildet wird, wobei heißes Gas auf der Außenseite der Wärmeübertragungsflächen fließt. Die Wärmeübertragungsflächen können aus Wasserrohren bestehen, typisch um Dampf zum Antreiben einer Dampfturbine zu erzeugen. Gewünschtenfalls kann ein zweiter oder mehrere Wärmetauscher, mit einer Turbine, anderen Wärmetauschern oder dergleichen verbunden, vorgesehen sein.
Statt eines in Fig. 1 dargestellten Kühlers könnte ein Rauchrohrkühler eingesetzt werden, wo heißes Gas in einer Vielzahl beabstandeter Rohre fließt. Bei einem Rauchrohrkühler wird der Raum zwischen den Rohren als Kanal für Wärmeträger benutzt, um den Gasen Wärme zu entziehen.
Beim Abkühlen des Gases im Kühler 14 kondensieren teerähnliche Substanzen oder werden klebrig und sind deshalb geneigt, sich auf den Oberflächen des Kühlers anzusammeln. Der vorliegenden Erfindung zufolge werden die Oberflächen rein gehalten oder nach Ansammlung von Ablagerungen gereinigt, indem Feststoffpartikel in die Gasströmung in oder kurz vor dem Kühler 14 eingeführt werden. Dies kann zum Beispiel dadurch bewerkstelligt werden, dass grobe Partikel mit Hilfe des Bypasskanals 40 eingespritzt werden, welche groben Partikel aus Partikeln bereitgestellt werden, die im Zyklonabscheider 26 vom Gas getrennt werden. Solche Partikel umfassen z. B. Sand, Zusatzmittel und/oder nicht reagierten Brennstoff.
Während die Einspritzung kontinuierlich erfolgen kann, sollte sie bevorzugt zeitlich beabstandet stattfinden, zum Beispiel entweder intermittierend oder periodisch erfolgen, wenn zu erwarten ist, dass eine Schicht aus kondensiertem und/oder klebrigem Material sich auf sauberen Oberflächen abgelagert hat. Wahlweise kann die Steuerung automatisch, z. B. als Reaktion auf die Erfassung eines Rückgangs der Kühlleistung als Ergebnis von Ablagerung oder Kondensation oder klebrigen Substanzen ablaufen.
Ein zweiter Zyklonabscheider (nicht dargestellt) kann stromabwärts vom Gaskühler 14 vorgesehen sein. Der zweite Abscheider kann kontinuierlich arbeiten, ist aber besonders notwendig, wenn Partikel (z. B. durch den Bypasskanal 40) eingeführt werden, um Reinigung zu bewirken. Partikel, die vom zweiten Abscheider getrennt werden, können entweder zum Reaktor 18 zurückgeführt oder daraus entfernt werden. Das somit gereinigte, aus dem zweiten Abscheider abgezogene Produktgas kann gefiltert und aufbereitet werden oder aber direkt verwendet werden je nach der gewünschten Verwendung und Zusammensetzung des Gases.
Bei der Ausführungsform von Fig. 1 wird der Bypasskanal durch eine Abdeckplatte 42 verstellt, die den Einlass 44 zum Bypasskanal 40 teilweise oder vollständig zuzudecken vermag. Die Abdeckplatte kann mit einem Griff 46 von Hand außerhalb des Zyklongehäuses 48 betätigt werden, oder die Abdeckplatte 42 kann automatisch durch geeignete automatische Steuerungsmittel 50 betätigt werden, wie etwa konventionelle Computersteuerung, um den zur Reinigung eingeführten Partikelstrom zu regeln.
Typisch fließt im Normalbetrieb lediglich eine sehr begrenzte Menge Feststoffpartikel, wenn überhaupt, vom Partikelabscheider 26 durch den Bypasskanal in den Gaskühler, wenn die Abdeckplatte den Einlass 44 zudeckt. Die Abdeckplatte wird mit Intervallen gezogen, damit eine genügende Partikelmenge, um Reinigung der Kühlerflächen durch mechanische Entfernung von Ablagerungen davon zu bewirken, durch den Bypasskanal 40 fließen kann.
Fig. 2 stellt ein System dar, das im Wesentlichen dasselbe wie in Fig. 1 ist, wobei die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 mit einer vorangehenden "2" benutzt werden. Bei der Ausführungsform von Fig. 2 ist der Bypasskanal 240 mit dem Rückführkanal 238 verbunden, und Feststoffpartikel werden direkt in den Gaskühler 214, nicht in den Einlasskanal oder das Mittenrohr 232, eingeführt. Im Gaskühler sind mehrere Wärmetauschersätze 230 vorgesehen. Fluidisierungsgas kann zur Beförderung von Partikeln im Bypasskanal benutzt werden. Reaktor 218, Zyklon 226 und Gaskühler 214 sind von einem Druckgefäß 52 eingeschlossen, um sie auf überatmosphärischem Druck zu halten.
Fig. 3 stellt ein weiteres System dar, das im Wesentlichen dasselbe wie in den Fig. 1 und 2 ist, wobei die gleichen Bezugszeichen mit einer vorangehenden "3" benutzt werden. Der Partikelabscheider ist ein konventioneller Zyklon 326, der seinen Gasauslass 328 in seinem oberen Teil hat. Feststoffpartikel werden von der Wand 348 des Zyklons aufgefangen und durch einen Bypasskanal 340 in den Gaskühler 314 geleitet.
Der Bypasskanal 340 ist in zwei Kanäle 340' und 340" geteilt, die Feststoffpartikel auf verschiedenen Vertikalniveaus in den Gaskühler einführen, um hauptsächlich die Reinigung der verschiedenen Wärmetauschersätze 330 und 330' zu bewirken.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit der Anwendung eines konventionellen Zyklonabscheiders mit im Allgemeinen kreisförmiger Konfiguration beschrieben wurde, sollte es sich verstehen, dass auch andere Zyklonabscheider genutzt werden können, wie etwa der im US-Patent 5,281,398 dargestellte Typ. Nebst Zyklonabscheidern können auch andere Abscheidertypen eingesetzt werden.
Während die Erfindung im Besonderen mit Hinweis auf zirkulierende Wirbelschichten beschrieben wurde, die die bevorzugten Ausführungsformen sind, können unter einigen Verhältnissen auch Brodelbetten eingesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktorsystems für das Reagierenlassen von Brennstoff, welches Reaktorsystem folgendes umfasst:

eine Wirbelschicht-Reaktorkammer, die einen Reaktorkammerauslass für während der Brennstoffreaktion produziertes Gas, einen mit dem Reaktorkammerauslass verbundenen Partikelabscheider zur Abscheidung von Feststoff aus aus der Reaktorkammer abgezogenem Gas, welcher Partikelabscheider einen Feststoffpartikelauslass und einen Gasauslass hat, und einen Gaskühler, der Kühlflächen hat und mit dem Gasauslass des Partikelabscheiders verbunden ist, welches Verfahren folgende Schritte umfasst:

(a) Einführung von Feststoffpartikeln, Fluidisierungsmittel und Brennstoff in die Reaktorkammer, um eine Wirbelschicht darin zu bilden;

(b) Reagierenlassen des Brennstoffmaterials innerhalb der Wirbelschicht, um Abgas zu produzieren, und Abzug des Abgases über den Reaktorkammerauslass;

(c) Einführung des Abgases in den Partikelabscheider und Abtrennung von Feststoffpartikeln aus dem Gas in besagtem Partikelabscheider;

(d) Ableitung von Gas aus dem Partikelabscheider durch den Gasauslass und eines ersten Stroms abgeschiedener Feststoffpartikel durch den Feststoffpartikelauslass und

(e) Abkühlung des aus dem Abscheider in den Gaskühler abgezogenen Gases, welches Verfahren durch folgende zusätzliche Schritte gekennzeichnet ist:

(f) Verzweigung eines zweiten Feststoffpartikelstroms aus dem ersten Feststoffpartikelstrom vor oder nach dem Abzug des ersten Feststoffpartikelstroms aus dem Partikelabscheider;

(g) Einführung des zweiten Feststoffpartikelstroms in das aus dem Abscheider abgezogene Gas während oder vor dem Schritt (e), so dass die Partikel Ablagerungen mechanisch von den Kühlflächen entfernen und sie dadurch reinigen, und

(h) Entfernung der Partikel aus dem Gas nach dem Schritt (g).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (f) und (g) nur mit beabstandeten Intervallen durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (f) und (g) kontinuierlich durchgeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (g) durch Einführung von Partikeln ins Gas kurz vor dem Gaskühler durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (g) durch Einführung von Partikeln ins Gas im Gaskühler durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor ein Reaktor mit zirkulierender Wirbelschicht ist und einen Rückführkanal zwischen dem Partikelabscheider und dem unteren Teil der Reaktorkammer hat, welcher Rückführkanal normalerweise so funktioniert, dass er alle im Partikelabscheider abgeschiedenen Partikel empfängt, und dass die Schritte (f) und (g) derart durchgeführt werden, dass ein Teil der im Partikelabscheider abgeschiedenen Partikel periodisch in den Gaskühler eingeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass zu dem den Partikelabscheider mit dem Gaskühler verbindenden Bypasskanal periodisch geöffnet wird, damit abgeschiedene Partikel durch den Bypasskanal in den Gaskühler fließen können.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (a) bis (g) bei einem überatmosphärischen Druck von ungefähr 2-50 durchgeführt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (b) durchgeführt wird, um ein Gas bei einer Temperatur über 600ºC zu erzeugen, und der Schritt (e) durchgeführt wird, um das Gas auf ungefähr 400ºC abzukühlen.

10. Es ist ein Reaktorsystem mit zirkulierender Wirbelschicht vorgesehen, das folgende Elemente umfasst:

- Reaktorkammer (18) mit Wirbelschicht, die einen Bettmaterialeinlass (22, 20), einen Abgasauslass (24) und einen Fluidisierungsgaseinlass (16) hat;

- einen mit dem Abgasauslass verbundenen Zyklonabscheider (26), welcher Abscheider einen Gasauslass (28) und einen Partikelauslass (36) hat zur Rückführung von abgeschiedenem Bettmaterial in die Reaktorkammer;

- einen Rückführkanal (38), der den Partikelauslass (36) des Abscheiders mit der Reaktorkammer (18) verbindet, und

- einen mit dem Abscheider-Gasauslass verbundenen Gaskühler (14), welcher Gaskühler Kühlflächen (30) hat,

welches Reaktorsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass es ferner Mittel (42, 44) umfasst zur Abzweigung eines Feststoffpartikelstroms aus dem abgeschiedenen festen Bettmaterial und zur Einführung des verzweigten Bettmaterialstroms in den Gaskühler.

11. Reaktorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Reaktor (218), den Zyklon (226) und den Gaskühler (214) umschließendes Druckgefäß (52) vorgesehen ist, um sie auf überatmosphärischem Druck zu halten.

12. Reaktorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Abzweigung eines Stroms festen Bettmaterials im Zyklonabscheider (26), in seinem Boden (34), eine Öffnung (44) umfassen, die mit einem Bypasskanal (40) verbunden ist zur Leitung von abgeschiedenem festem Bettmaterial vom Zyklonabscheider zum Gaskühler.

13. Reaktorsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Abzweigung eines Stroms festen Bettmaterials eine Abdeckplatte (42) umfassen, für das Zudecken der Öffnung (44) im Boden des Abscheiders.

14. Reaktorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Abzweigung eines Stroms festen Bettmaterials einen Bypasskanal (240) umfassen, der den Rückführkanal (238) mit dem Gaskühler (214) verbindet.

15. Reaktorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zyklonabscheider (26) eine vertikale Wirbelkammer und einen mit dem Boden (34) des Zyklons verbundenen Gasauslass (28) umfasst.

16. Reaktorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zyklonabscheider (326) eine vertikale Wirbelkammer und einen mit seinem oberen Teil verbundenen Gasauslass (328) umfasst.