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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Wirbelschichtanordnung mit zumindest einer ersten
und einer zweiten Wirbelschichtkammer, wobei jede Kammer Seitenwände und
einen unteren Teil mit Mitteln zur Einführung von Fluidisierungsgas
in die Kammer aufweist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls
auf einen Wirbelschichtkühler, der
wände,
die ein Inneres einer Kühlerkammer
begrenzen, und einen Bodenabschnitt mit Mitteln zur Einführung von
Fluidisierungsgas in die Kühlerkammer
hat. In solch einem Kühler
wird feiner Feststoff in fluidisiertem Zustand abgekühlt.
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Bei Wirbelschichtreaktoren [wie etwa
Feuerungen oder Vergasern mit zirkulierender Wirbelschicht oder
sogar Gaskühlern/Feststoffvorwärmern mit
zirkulierender Wirbelschicht] gibt es mehrere Situationen, wo Bedarf
besteht, festes Partikelmaterial von einer Kammer zur anderen zu
leiten, wie etwa beim Abkühlen
des zirkulierenden Materials in einem getrennten Wirbelschichtkühler auf
bestimmtes Niveau. Wenn zum Beispiel Asche während der Austragung von Asche
aus dem Prozess und Beförderung derselben
zu einer weiteren Aufbereitungsstelle behandelt wird, ist es notwendig,
der Aschentemperatur bestimmte Grenzen zu setzen; d. h. die Asche
muss vor der weiteren Behandlung abgekühlt werden. Solche Aufbereitung
minimiert auch Wärmeverluste
von der Anlage und verbessert den Reaktor-Wirkungsgrad durch die
Rückgewinnung
von Wärme.
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U.S. 5,218,932 beschreibt einen Wirbelschichtreaktor
und ein Verfahren zum Betreiben desselben, bei dem ein Bett aus
Brennstoff enthaltendem Partikelmaterial in einem Feuerungsabschnitt gebildet
wird. Ein Stripper/Kühler
ist nah an dem Feuerungsabschnitt angeordnet, um Partikelmaterial vom
Feuerungsabschnitt zu empfangen. Das Partikelmaterial wird zunächst zum
Stripperabschnitt geleitet, wo Luft mit einer Geschwindigkeit durch
das Partikelmaterial geleitet wird, die dazu ausreicht, relativ
feinkörnige
Teile des Partikelmaterials mitzureißen. Eine Vielzahl beabstandeter
Ablenkorgane sind im Stripperabschnitt angeordnet, um auf die mitgeführten Teilchen
einzuwirken, um sie aus der Luft abzuscheiden. Das Partikelmaterial
im Stripperabschnitt wird zum Kühlerabschnitt
geleitet, wo Luft durch das Partikelmaterial mit einer Geschwindigkeit geleitet
wird, die dazu ausreicht, das Partikelmaterial abzukühlen und
relativ feinkörnige
Teile des Partikelmaterials mit sich zu reißen. Eine zweite Vielzahl beabstandeter
Ablenkorgane sind im Kühlerabschnitt angeordnet,
um auf die mitgeführten
Teilchen einzuwirken, um sie aus der Luft abzuscheiden. Ein Ablaufrohr
steht mit dem Kühlerabschnitt
in Verbindung, um das Partikelmaterial aus dem Reaktor zu entfernen.
Der Kühlerabschnitt
ist durch Trennwände
in mehrere Abschnitte unterteilt, welche Wände an ihren einander gegenüber liegenden
Unterkanten Öffnungen
haben, damit sich das fluidisierte Partikelmaterial zum nächsten Abschnitt
bewegen kann. Diese Anordnung resultiert in einer ungenügenden Durchmischung
von Partikelmaterial im Kühlerabschnitt.
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Der Artikel „Solids Flow Pattern and Heat Transfer
in an Industrial-Scale Fluidized Bed Heat Exchanger" von Werdemann Cord,
C. und Werther Joachim, Fluidized Bed Combustion, Vol. 2, ASME 1993,
pp. 985–990,
zeigt einen Wirbelschichtwärmetauscher
(FBHE), der mit einem Reaktor mit zirkulierender Wirbelschicht (CFB)
verbunden ist. Es wird angenommen, dass der FBHE aus mehreren Kammern
gebildet wird, die durch undurchbrochene Trennwände voneinander getrennt sind.
Auf Grund der Auslegung findet die Bewegung von Feststoff in aufeinanderfolgende
Kammern durch Überlauf
von Feststoff statt. Auch diese Anordnung ergibt eine ungenügende Vermischung
von Feststoff.
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Der Artikel „Bed Ash Cooling and Removal Systems" von Modrak Thomas,
M., Henschel Kay, J., Carmine Gagliardi, R. und Dicker John, M.,
Fluidized Bed Combustion, Vol. 2, ASME 1993, pp. 1325–1331 zeigt
einen Wirbelschicht-Aschenkühler
(FBAC), wo die Kammer in Abschnitte durch Trennwände unterteilt ist, die an
ihren Unterkanten eine Öffnung
haben, wodurch Feststoff in den folgenden Abschnitt fließen kann.
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Es hat sich herausgestellt, dass
die Vermischung von Feststoff bei Konstruktionen, wie sie oben beschrieben
wurden, ungenügend
ist. Bei solch einer Konstruktion verbleiben auch leicht tote Räume oder
Winkel, was die Wärmeübergangsleistung
des Kühlers
beeinträchtigt,
was einen unnötigen
Raum- und Materialaufwand zur Folge hat.
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Der vorliegenden Erfindung zufolge
ist eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Feststoff in einer Wirbelschichtvorrichtung
vorgesehen, bei der die oben beschriebenen Nachteile eliminiert
sind, was für
wirksame Abkühlung
von Feststoff in Verbindung mit einem Wirbelschichtreaktor sorgt.
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Im Zusammenhang mit dieser Anwendung bezieht
sich der Begriff „Mehrfach-Feststoffstrom" auf eine Bewegung
von fluidisiertem Feststoff, was der Bewegung von Feststoff nahe
kommt, der in der Bewegungsrichtung ein gleiches Geschwindigkeitsprofil
hat.
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Der vorliegenden Erfindung zufolge
sind eine Feuerung oder ein Vergaser mit zirkulierender Wirbelschicht,
wie sie im Patentanspruch 1 definiert sind, vorgesehen.
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Der vorliegenden Erfindung zufolge
umfassen zumindest zwei der Kammern Wärmeübertragungsmittel, die in der
Wirbelschicht in der Wirbelschichtkammer eingetaucht sind. Bevorzugt
umfasst zumindest eine der Kammern Mittel zur Ableitung von Gas
aus der Wirbelschichtkammer. Bei den Wärmeübertragungsmitteln kann es
sich zum Beispiel um Verdampfer, Dampfüberhitzungs- oder -zwischenüberhitzungsvorrichtungen
oder Speisewasservorwärm-
oder Luftvorwärm-Wärmetauscher
handeln.
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Einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge
umfasst der Feststoff-Strömungsausgleicher eine
Barriere, die mehr als zwei einzelne Öffnungen mit vorgegebenem Abstand
zueinander hat, welche Barriere < 30%
offene Fläche
von der Querschnittsfläche
der Wirbelschichtkammern an der Barriere bildet. Überraschend
hat es sich herausgestellt, dass das Ergebnis günstig ausfällt, wenn der Feststoff-Strömungsausgleicher
eine Wand oder ähnliches
mit mehr als zwei einzelnen Öffnungen
mit einem Abstand zueinander umfasst, der am kürzesten 10–50% von der Quadratwurzel
der Gesamtfläche der
Wand ist, und wenn die Öffnungen < 30% offene Fläche von
der Querschnittsfläche
der Wirbelschichtkammern bilden. Die Öffnungen lassen sich wie folgt optimieren:
Wenn sich der Buchstabe N auf die Anzahl der einzelnen Öffnungen
bezieht (wobei N eine Ganzzahl > 2
ist), wird der Abstand zwischen den Öffnungen bevorzugt so definiert,
dass er zwischen 1/N und 1/2 von der Quadratwurzel des Oberflächenbereichs
der Wand ist.
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Einem anderen Aspekt der vorliegenden
Erfindung zufolge umfasst der Feststoff-Strömungsausgleicher eine Wand
oder ähnliches
mit im Wesentlichen gleichmäßig beabstandeten Öffnungen.
Die Wand kann eine perforierte Wand mit im Wesentlichen gleichmäßig beabstandeten Öffnungen
sein. Bevorzugt sind die Öffnungen
solch, dass ihr größter Durchmesser < 50 mm ist.
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Man hat des Weiteren bemerkt, dass
es in einigen Situationen vorteilhaft ist, wenn der Feststoff-Strömungsausgleicher
eine Wand oder dergleichen mit einer Randzone umfasst, die am Umfang eine
Breite von 0,1 m und in der Wand Öffnungen hat.
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Der Strömungsausgleicher umfasst bevorzugt
eine Barriere an der Grenzfläche
zwischen der ersten und zweiten Kammer. Die Barriere hat mehr als
zwei damit verbundene Öffnungen,
bevor-zugt eine Vielzahl im Wesentlichen gleichmäßig beabstandeter Öffnungen,
so dass tote Winkel oder Stellen vermieden werden. Die Barriere
kann durch eine im Wesentlichen ununterbrochene Wand (in der Regel
planarer Konfiguration) gebildet werden mit durchgehenden Öffnungen,
die Perforationen, von der Form her quadratisch oder in einer Vielzahl
anderer verschiedener Formen ausgebildet sein können. Wahlweise kann die Barriere
durch eine Anzahl Hindernisse gebildet werden, die voneinander unabhängig (oder
zumindest von einigen der anderen Hindernisse unabhängig) sind
und derart montiert sind, dass es dazwischen Räume gibt, welche Raume die Öffnungen
bilden. In den beiden Fällen
können
an der Barriere Wärmetauschelemente
vorgesehen sein zur Abkühlung
von Teilchen, die durch Öffnungen
der Barriere fließen.
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Der vorliegenden Erfindung zufolge
dient die Wirbelschichtvorrichtung als Feststoffkühler, wo
die Kühlkammern
oder -bereiche derart
voneinander getrennt sind, dass eine Kammer auf einem bestimmten Temperaturniveau
im Wesentlichen unabhängig
von den anderen Kammern gehalten werden kann. In der Praxis bedeutet
dies, dass für
die benachbarten Wirbelschichten der Partikelaustausch zumindest
rückwärts begrenzt
ist, d. h. im Randbereich der Zonenkammern Bewegung nur in einer
Richtung gewünscht
ist, doch ist der Rückfluss
in gewissem Maße
fast unvermeidlich. Übermäßiger Partikelaustausch
wird der vorliegenden Erfindung zufolge verhindert, in dem der Feststoffausgleicher
(wie er oben beschrieben wurde) zwischen den Kammern vor gesehen
wird, welcher Ausgleicher bevorzugt mehr als 50% von der Querschnittsfläche des
Wirbelschichtkühlers
in der Randzone der Kammern abdeckt.
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Die Erfindung umfasst auch eine wirbelschichtanordnung,
die erste und zweite Wirbelschichtkammern hat, wobei jede Kammer.
einen unteren Teil und Seitenwände,
Mittel zur Einführung
von Fluidisierungsgas in jeden unteren Teil hat, um Teilchen in
den Kammern zu fluidisieren. Die Anordnung kann des Weiteren eine
Barriere an der Grenzfläche zwischen
dem ersten und zweiten Element umfassen, welche Barriere zumindest
drei einzelne Öffnungen
mit einem Abstand zueinander umfasst. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist dieser Abstand am kürzesten 10–50% von der Quadratwurzel
der Fläche
der Barriere, und die Öffnungen
bilden weniger als 30% offene Fläche
von der Querschnittsfläche
an der Grenzfläche
zwischen der ersten und zweiten Kammer.
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Ein Verfahren zur Aufbereitung festen
Partikelmaterials in einer Wirbelschicht, die eine erste und zweite
Fluidisierungskammer und eine Grenzfläche dazwischen umfasst, besteht
aus folgenden Schritten: (a) Fluidisierung festen Partikelmaterials
in der ersten Kammer. (b) Fluidisierung festen Partikelmaterials
in der zweiten Kammer. (c) Leitung festen Partikelmaterials von
der ersten Kammer zur zweiten Kammer in zumindest zwei parallelen
einzelnen Strömen,
um Partikelmaterial im Wesentlichen gleichmäßig aus der ersten Kammer in
die zweite Kammer einzuführen,
so dass es nahe der Grenzfläche
keine toten Stellen oder Winkel gibt. Und (d) gleichmäßige Vermischung
der einzelnen parallelen Ströme
festen Partikelmaterials in der zweiten Kammer. Schritt (c) kann
durchgeführt
werden, indem eine Strömungsausgleicher-
Barriere mit zumindest zwei gleichmäßig beabstandeten Öffnungen
zwischen der ersten und zweiten Kammer vorgesehen wird. Bevorzugt gibt
es als weiteren Schritt noch die Abkühlung der Barriere, um wiederum
festes Partikelmaterial abzukühlen,
das durch die Öffnungen
fließt,
wodurch typisch Wärme
aus dem festen Partikelmaterial zurückgewonnen wird.
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Es ist die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
für effektive
Vermischung von Partikelmaterialien während der Abkühlung in
Wirbelschichtkammern und gleichmäßige Strömung von
Partikelmaterial von einer Kammer zur anderen zu sorgen, so dass
tote Stellen oder Winkel vermieden werden. Diese und andere Aufgaben
der Erfindung gehen aus einer Einsicht in die ausführliche
Beschreibung der Zeichnungen und den beigefügten Patentansprüchen hervor.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische seitliche Schnittansicht, die einen Wirbelschichtreaktor
mit zirkulierender Wirbelschicht mit einem Mehrfachkammer-Wirbelschichtkühler gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 ist
eine detaillierte seitliche Schnittansicht einer modifizierten Form
des Kühlers
von 1;
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3 ist
eine Vorderansicht der Barriere zwischen der ersten und zweiten
Kammer des Kühlers von 2, wobei ein Teil der Barriere
weggebrochen ist, um das darin befindliche Wärmetauschelement darzustellen;
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4 ist
eine Temperaturprofil-Grafik, die ein beispielhaftes Temperaturprofil
bei der Durchführung
des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik darstellt;
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5 ist
eine schematische isometrische Ansicht, die eine andere beispielhafte
Wirbelschichtanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt; und
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6 ist
eine der von 5 ähnliche
Ansicht einer modifizierten Konstruktion.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
einen Wirbelschichtreaktor 10 mit zirkulierender Wirbelschicht,
der eine Reaktionskammer 12 und einen Feststoffabscheider 14 hat. Der
Wirbelschichtreaktor 10 mit zirkulierender Wirbelschicht
kann auch als druckbeaufschlagter Wirbelschichtreaktor 10 (d.
h. mit überatmosphärischem Druck,
einem Druck von bevorzugt 1,5 bar oder mehr) vorgesehen sein, der
von einem Druckgefäß umschlossen
ist, das in 1 durch
gestrichelte Linie 11 eingezeichnet ist.
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Fluidisierungsgas wird durch Mittel 16 (z.
B. einen „Windkasten") durch einen Bodenrost 17 in
die Reaktionskammer 12 eingeführt, um das feste Partikelmaterial
(das bevorzugt Brennstoff, inertes Material und/oder Absorbens enthält) in Kammer 12 in
solchem Maße
zu fluidisieren, dass ein beachtlicher Teil des Feststoffs von den
aufwärts
und aus der Kammer 12 zum Abscheider 14 fließenden Gasen
mitgerissen wird. Feststoff wird aus den Gasen im Abscheider 14 (z.
B. einem Fliehkraftabscheider) getrennt, die aus dem Reaktor 10 herausgeleitet
werden, und der abgeschiedene Feststoff wird zumindest teilweise über einen
Rückführkanal 18 zurück zur Kammer 12 geleitet.
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Wenn der Reaktor 10 z. B.
als Feuerung für Brennstoffmaterial
arbeitet, werden unverbrannte Substanzen gebildet, die aus der Reaktorkammer 12 abgeleitet
werden müssen.
Die unverbrannten Substanzen haben normalerweise eine so große Korngröße, dass
sie nicht fluidisiert werden können,
sondern vom Boden der Kammer 12 ausgetragen werden müssen. Eine
Wirbelschicht-Aufbereitungsanordnung ist im unteren Teil des Wirbelschichtreaktors 10 mit
zirkulierender Wirbelschicht vorgesehen, welche Anordnung bevorzugt
als Kühler 20 zur
Handhabung der unverbrannten Substanzen dient., Der Kühler 20 ist
bevorzugt mit einem mit der Reaktionskammer 12 gemeinsamen
Wandabschnitt 22 versehen. Der Wirbelschichtkühler 20 umfasst
Wirbelschicht-Wärmetauschkammern 21, 23, 25,
die Wärmetauschelemente 24, 26,
beziehungsweise 28 aufweisen. Strömungsausgleicher 30, 32 sind
zwischen den Wärmetauschelementen 24, 26, 28 der
Kammern 21, 23, 25 vorgesehen. Der Wirbelschichtkühler 20 ist
auch mit Gasversorgungsmitteln 34 zur Einführung von
Fluidisierungsgas in jede Kammer 21, 23, 25 (z.
B. einem Windkasten mit Rost oder einer anderen konventionellen
Fluidisierungsvorrichtung) versehen.
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Die Funktion des Wirbelschichtkühlers 20 ist detaillierter
im Zusammenhang mit 2 beschrieben,
die eine andere beispielhafte Ausführungsform einer als Kühler 20 dienenden
Wirbelschicht ist, wie in 1 dargestellt
ist. Der Wirbelschichtkühler 20 von 2 umfasst einen Wirbelschicht-Wärmetauscher,
der Wärmetauschelemente 24, 26, 28 und Feststoff-Strömungsausgleicher 30, 32 zwischen
den Wärmetauschkammern 21, 23, 25 aufweist.
Der Wirbelschichtkühler 20 ist
auch mit Gasversorgungsmitteln 34 zur Einführung von
Fluidisierungsgas versehen. Getrennt geregelte Gaseinführung (d.
h. unterschiedliche Regelung für
jede der Kammern 21, 23, 25) ist bevorzugt,
z. B. durch verschiedene automatisch angesteuerte Regelventile vorgesehen.
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Feststoff, wie Bodenasche, wird in
den Wirbelschichtkühler 20 vom
Reaktor 12 mit zirkulierender Wirbelschicht über eine
Klassierkammer 36 eingeführt, die lediglich Feststoff
mit bestimmter Korngröße den Eintritt
in die erste Kammer 21 des Wirbelschichtkühlers 20 gewährt. Auf
diese Weise wird die Möglichkeit
von Verstopfung minimiert. Die Klassierkammer 36 steht über eine
Vielzahl von Öffnungen 44 in
einem Trennwandabschnitt 46 mit der ersten Kammer 21 in
Verbindung. Die Öffnungen 44 sind dazu
konstruiert, den Durchfluss von Gasen, die über einen Verteiler 48 eingeführt werden,
in den Wirbelschichtkühler 20,
sowie den Durchfluss im Wesentlichen feinen, von den Gasen mitgeführten Feststoffs zu
ermöglichen.
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Die Temperatur des in die Klassierkammer 36 eingeführten Feststoffs
ist ungefähr
800–1200°C, wenn die
Wirbelschichtreaktorkammer 12 als Feuerung oder Vergaser
für Brennstoff
eingesetzt wird. In der Klassierkammer werden 36 größere Partikel,
die Verstopfung des Wirbelschichtkühlers 20 verursachen
könnten,
durch einen Auslass 56 abgeleitet. Das durch Mittel 48 zugeführte Gas
wird auf solche Weise gewählt,
dass es auch jede korrosive Substanz verdünnt. Feststoff wird in die
erste Kammer 21 eingespeist, wo er durch Gas fluidisiert
wird, das aus einer einzeln regelbaren Gasquelle 34 gespeist
wird. Feststoff wird effizient in der ersten Kammer 21 durchgemischt,
wodurch auch der Wärmetausch durch
die Wärmetauscher 24 effizient
ist. Bei 34 eingeführte
Fluidisierungsgase können
in den den Gasraum 50 eintreten. Kleine Partikel können auch
durch die bei 34 durch die Öffnungen 52 in die
Reaktorkammer 12 eingeführten
Gase transportiert werden.
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Beim Wirbelschichtkühler gemäß der vorliegenden
Erfindung basiert der Durchfluss von Feststoff aus der ersten Kammer
in die zweite nicht an erster Stelle auf Überlauf. Vielmehr ist eine als
Feststoff-Strömungsausgleicher
dienende Barriere 30 an der Grenzfläche zwischen der ersten Kammer 21 und der
zweiten Kammer 23 des Wirbelschichtkühlers 20 angeordnet.
Der Feststoff-Strömungsausgleicher 30 umfasst
bevorzugt eine gekühlte
im Wesentlichen planare Wand mit wesentlich gleichmäßig beabstandeten Öffnungen 54 (siehe 2 und 3) in der Wand. Die Größe der (durch
die Öffnungen 54 gegebenen) offenen
Fläche
sollte genügend
sein, damit Partikelmaterial mit gewünschter Rate in die nachfolgende Kammer 23 fließen könnte, die
offene Fläche
sollte aber auch genug klein sein, um einen Mehrfach-Feststoffstrom beim
Konzept der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Optimal sollte die
Durchflussrate des durch alle Öffnungen 54 fließenden Feststoffs
im Wesentlichen gleich groß sein.
Auf diese Weise werden eventuelle tote Winkel oder Stellen vermieden.
Die offene Fläche
des Feststoff-Strömungsausgleichers 30 ist < 50%, bevorzugt < 30%, von der gesamten Querschnittsfläche der
Grenzfläche
zwischen den Kammern 21, 23. Der Ausgleicher 30 deckt
auch bevorzugt mehr als 50% von der Querschnittsfläche des Kühlers 20 an
der Grenze (Grenzfläche)
der Kammern 21, 23 (siehe 2) ab.
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Bevorzugt sind N Öffnungen 54 vorgesehen, wo
N eine Ganzzahl größer 2 ist.
Die Öffnungen 54 haben
einen Abstand zueinander, der 1/N bis 1/2 von der Quadratwurzel
des Oberflächenbereichs
der Barriere 30 ist.
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Für
die Abkühlung
der Barriere 30 kann gesorgt werden durch Anordnen von
Wärmetauschrohren 31,
die Wärmeträger (z.
B. Wasser, Dampf, usw.) durch Barriere 30 befördern. Die
Rohre 31 sind bevorzugt mit einem Dampferzeugungssystem
des Wirbelschichtreaktors 12 verbunden. In 2 und 3 sind waagerechte
Rohre 31 dargestellt, doch die Rohre 31 können auch
vertikal ausge richtet sein, besonders bei Dampferzeugung durch Verdampfung
mit Naturumlauf.
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Der vorliegenden Erfindung zufolge,
weil der Durchfluss festen Partikelmaterials aus der ersten Kammer 21 in
die zweite Kammer 23 über
den Strömungsausgleicher 30 als
Mehrfach-Feststoffstrom in zumindest drei parallelen Strömen erfolgt,
stellt sich die Temperatur der ersten Kammer 21 auf einen
bestimmten Wert ein, während
Wärme aus
dem Material übertragen
wird. Der Wärmetauscher 24 kann
z. B. mit einem Wärmetauscher
des Paneel- oder Rohrtyps zum Beispiel zur Erhitzung von Dampf oder
Verdampfung von Wasser versehen sein.
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Die Temperatur in der zweiten Kammer 23 wird
durch Wärmetauscher 26 geregelt,
um niederiger als in Kammer 21 gehalten zu werden. Auch
hier, durch den Mehrfach-Feststoffstrom stellt sich die Temperatur
der zweiten Kammer 23 auf einen Wert ein, der im Wesentlichen
in allen Bereichen des Betts in Kammer 23 im Beharrungszustand
gleich ist, während
Wärme von
Feststoff auf den Wärmetauscher 26 übergeht.
In der Praxis bedeutet dies, dass die erste und zweite Fluidisierungskammer 21, 23,
Wärmeübertragungsmittel 24, 26 und
Mittel zur Einführung
von Fluidisierungsgas 34 einen abgestuften Wirbelschichtkühler (20)
bilden.
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Die zweite Barriere 32 trennt
die zweite und die dritte Kammer 23, 25 voneinander.
Die Barriere 32 kann aus mehreren einzelnen Hindernissen 60 (von
einigen oder all den anderen Barrieren 60 getrennt) mit
Räumen 58 dazwischen
gebildet sein. Bei dieser Ausführungsform
sind die Öffnungen 54 und Raume 58 an
verschiedenen Stellen angeordnet, um effektive Durchmischung sicherzustellen,
doch die Öffnungen 54, 58 können wahlweise
an den gleichen Stellen bei jedem der Feststoff-Strömungs ausgleicher 30, 32 angeordnet
sein. Die Barriere 32 kann auch von den Seitenwänden 40, 42 der
Kühlkammern 23, 25 getrennt
sein, was eine eventuelle Wärmedehnung
zulässt.
In diesem Fall ist die Barriere 32 nicht einer gekühlten Konstruktion.
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In einigen Fällen kann die erste Kammer 21 ohne
Wärmetauscher 24 vorgesehen
sein, so dass die Kammer 21 als Verdünnungszone benutzt werden kann.
Dies ist insbesondere der Fall bei der Reaktion (Verbrennung) von
zum Beispiel chlorhaltigem Brennstoff, RDF (Müllbrennstoff) oder ähnlichen
Abfallmaterialien.
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Feststoff aus der letzten Kammer 25 (der dritten
Kammer in 2) wird durch
eine Öffnung 64 im
Boden der Kammer 25 abgeleitet. wo die vorliegende Erfindung
als Aschenkühler
eingesetzt wird, wird der Feststoff zur weiteren Aufbereitung befördert. In
einigen Fällen
kann jedoch Feststoff vom Auslass 64 sogar zum Reaktor 12 zurückgeführt werden.
Die Fluidisierungsgeschwindigkeit im Wirbelschichtkühler 20 wird
auf solch einer Geschwindigkeit gehalten (z. B. 0,5–2 m/s),
dass zumindest kann ein Teil feiner Partikel mit Gas durch Öffnungen 52 zurück zum Reaktor
transportiert werden kann.
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Der Wirbelschichtkühler 20 ist
bevorzugt als gekühlte
Konstruktion aufgebaut, deren End- und oberen Wände Kühlrohre 62 umfassen.
[Seitenwände 40, 42 – siehe 3 – können auch gekühlt sein.] Vorzugsweise
ist der Kühlmittelkreislauf
für Reaktor 12 und/oder
Abscheider 14 gemeinsam, so dass die Rohre 62 mit
den entsprechenden Kühlrohren
des Reaktors 12 und/oder Abscheiders 14 betrieblich
verbunden sind. Somit ist der Wirbelschichtkühler 20 mit der/dem
Wirbelschichtfeuerung/-vergaser integral verbunden und hat ein gemeinsames
Kühlsystem. Die
gemeinsame Wand 22 enthält
Kühlrohre 65,
welche Rohre auf Höhe
der Öffnungen
in der Wand 22 Krümmer 66 haben.
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4 ist
eine grobe Temperaturgrafik, die die Funktion des Wirbelschichtkühlers 20 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Diese Skizze zeigt die Temperaturniveaus einer
Wirbelschicht bei drei einzelnen Kammern 21, 23, 25.
Die Temperatur des Feststoffs in der ersten Kammer 21 ist
durch Linie 661 angedeutet. Die Temperatur des Betts in
der ersten Kammer 21 ist im Wesentlichen gleich, was durch die
Anwendung der vorliegenden Erfindung erreicht wird. Ein Feststoff-Strömungsausgleicher 30 ist
vorgesehen, um die erste und die zweite Kammer 21, 23 zu
begrenzen, was eine erforderliche Unterdrückung der Feststoffbewegung
zwischen den Kammern 21, 23 bewirkt und somit
die Entstehung unterschiedlicher Temperaturen in den benachbarten
Kammern 21, 23 ermöglicht. Gleichzeitig, dank
der gleichmäßig beabstandeten
Verbindungsöffnungen 54, 58 in
den Feststoff-Strömungsausgleichern 30, 32 wird
der Feststoff in jeder der Kammern 21, 23 effektiv
durchgegemischt.
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Die Temperatur des Feststoffs in
den Kammern 21, 23, 25 ist derart abgestuft,
dass sie zur letzten Kammer 25 hin abnimmt. Bei Anordnung
von Wärmetauschern 24, 26, 28 in
jeder der Kammern auf solche Weise, dass sie als Gegenstrom-Wärmetauscher
geschaltet sind, entspricht der Temperaturverlauf in den Wärmetauschern
den Linien 683, 682 und 681, wenn es
sich um das Aufheizen eines Mediums, z. B. von Dampf oder Wasser
handelt. Somit kann in jeder Kammer 21, 23, 25 die
Endtemperatur des Wärmeübertragungsmittels
so bemessen sein, das sie möglichst
nah an der Festbetttemperatur liegt. Dies ergibt eine höhere endgültige Endtemperatur 681 des
Wärmeübertragungsmittels
in der ersten Kammer 21.
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Die gestrichelte Linie 80 stellt
eine mittlere Temperatur des Feststoffs ohne die Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung und sowie die endgültige
Endtemperatur 82 des Wärmeübertragungsmittels
dar. wie zu ersehen ist, sieht die vorliegende Erfindung eine beachtlich
höhere
endgültige
Endtemperatur des Wärmeübertragungsmittels
vor.
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5 stellt
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Abkühlung von Feststoff in einem
Reaktor mit zirkulierender Wirbelschicht dar. Der Wirbelschichtkühler 120 ist
in einer Seitenwand 13 eines Reaktors 112 mit
zirkulierender Wirbelschicht eingebaut. Bei dieser Ausführungsform
sind die Kammern 121, 123 derart positioniert,
dass sie jeweils die gemeinsame Wand 13 mit der Reaktionskammer 112 teilen,
wodurch sich der Wirbelschichtkühler 120 nicht
weit vom Reaktor 112 erstreckt und ringsherum Raum einspart.
In der ersten Kammer 121 ist ein Einlass 90 vorgesehen,
um heißen
Feststoff aus der Kammer 112 zu empfangen. Abgekühlter Feststoff
wird aus der zweiten Kammer 123 über Auslass 92 zurück zur Kammer 112 abgeleitet.
Die Betten in den Kammern 121, 123 werden durch
Mittel 94 zur Einführung
von Fluidisierungsgas in einem fluidisierten Zustand gehalten, und
der Feststoff wird durch Wärmetauscher 96 in
den Kammern 121, 123 abgekühlt.
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Der Feststoff-Strömungsausgleicher 98 ist vorgesehen,
um den Raum des Kühlers 120 in
Kammern 121, 123 aufzuteilen. Der Ausgleicher 98 ist
mit vertikal ausgerichteten im Wesentlichen gleichmäßig beabstandeten,
schlitzartigen Öffnungen 100 versehen,
um den Durchfluss von Feststoff aus der ersten Kammer 121 in
die zweite Kammer 123 zu ermöglichen, und bildet somit einen
zweistufigen Wirbelschicht-Feststoffkühler 120.
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6 zeigt
eine zu der in 5 Dargestellten ähnliche
Konstruktion, doch der Strömungsausgleicher
hat Öffnungen 90'. In diesem
Fall steht die Kammer 121 über einen Strömungsaus gleicher (nicht
nur über
eine Öffnung
wie in 5) in direkter Verbindung
mit dem CFB-Reaktor (gemeinsame gekühlte Wand), so dass die Funktion
von Kammer 121 im Vergleich zum Konzept von 5 effektiver ist.
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Während
die Erfindung im Zusammenhang mit dem beschrieben wurde, was derzeit
für die
praktischste und bevorzugteste Ausführungsform gehalten wird, sollte
es einleuchten, dass die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform
begrenzt werden, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen
und gleichwertige Anordnungen erfassen soll, die vom Umfang der
beigefügten
Patentansprüche
eingeschlossen werden.