DE69827679T2

DE69827679T2 - Wirbelschichtreaktor

Info

Publication number: DE69827679T2
Application number: DE69827679T
Authority: DE
Inventors: Scott Darling; Neil Raskin; Donald Wietzke
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Current assignee: Amec Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1997-07-07
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2018-06-27
Also published as: DE69827679D1; US6699444B1; EP1219896A2; CN101158467B; EP1219896A3; EP0995065B1; ES2233730T3; EP1219896B1; PL191719B1; DE69808914D1; US6029612A; AU7921798A; PL337896A1; EP0995065A1; CN100351571C; JP2001504209A; CN1270664A; WO1999002920A1; CA2290978A1; ES2186172T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelschichtreaktor, der in seinem unteren Teil einen durch Seitenwände und einen Bodenrost abgegrenzten Brennkammerabschnitt und Zuführungsmittel zur Einführung eines Gases hat, wie etwa partieller Verbrennungsluft, in ein Bett aus fluidisierten Partikeln im Brennkammerabschnitt. Solche Zuführungsmittel umfassen eine Gasquellenkammer, wie etwa einen Windkasten, und zumindest eine Düse oder einen Stutzen, die/der mit einer Öffnung in einer Seitenwand verbunden ist, um Gas aus der Gasquellenkammer in den Brennkammerabschnitt einzuführen.
Im Besonderen lässt sich diese Erfindung auf große Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht (CFB) anwenden, die eine Wärmeleistung von z. B. 200–400 MWe oder mehr haben, bei welchen Kesseln der untere Abschnitt der Kessel-Brennkammer und der Bodenrost z. B. durch eine doppelwandige Trennkörperkonstruktion in zwei oder mehrere Brennkammerabschnitte unterteilt sein können. Die doppelwandige Trennkörperkonstruktion kann eine vollständige Trennwand, die sich in der Brennkammer von einer Wand zur gegenüberliegenden Wand erstreckt, oder eine partielle Wand sein, d. h. die doppelwandige Konstruktion kann aus einer kontinuierlichen oder einer diskontinuierlichen Wand zwischen zwei einander gegenüber liegenden Brennkammerwänden bestehen. Bei diesen großen Kesseln kann partielle Luft verteilt werden durch Zuführungsmittel, die mit den äußeren Seitenwänden verbunden sind und/oder durch Zuführungsmittel, die mit der Trennwandkonstruktion verbunden sind. Die Trennwandkonstruktion, bei der es sich typisch um eine doppelwandige Konstruktion handelt, kann als feuerfeste Wand oder gekühlte Wand ausgeführt sein, die mit dem Kühlwasserkreislauf des Kessels verbunden ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Optimierte Emissionskontrolle und maximaler Brennstoffabbrand sind entscheidende Vorausseutzungen für eine gelungene Brennkammerkonstruktion. Deshalb müssen sie besonders bei der Vergrößerung der zirkulierenden Wirbelschicht berücksichtigt werden. Eine einfache proportionale Vergrößerung von in kleineren Systemen eingesetzten Konstruktionen kann leicht zu Problemen führen, wenn eine gute Durchmischung von Brennstoff, Verbrennungsluft und Wirbelschicht-Feststoff angestrebt wird. Zudem können solche Konstruktionen darunter leiden, dass sie nicht im Stande sind, für eine gleichmäßige Brennkammertemperatur innerhalb des optimalen Bereiches und eine ausreichende Wärmeübertragungsfläche zu sorgen. All diese Probleme, die erhöhte Emissionen und einen weniger als optimalen Brennstoffabbrand zur Folge haben können, haben zu einem Wunsch geführt, alternative Lösungen zu finden. Solche Lösungen haben z. B. Konstruktionen mit mehreren Brennkammern mit einem gemeinsamen Nachschaltzug eingeschlossen, der Wärmeübertragungspaneele und/oder partielle oder volle Teilwände innerhalb der Brennkammer bildet oder den unteren Teil der Brennkammer und den Bodenrost z. B. durch eine doppelwandige Konstruktion unterteilt.
Verschiedene Lösungen zur Teilung des untersten Bereiches eines Wirbelschichtkessels sind aus dem Stand der Technik bekannt. Das US-Patent 4,864,944 zeigt eine Teilung eines Wirbelschichtreaktors in Abteile durch Trennwände, die Öffnungen aufweisen, wodurch Sekundärgas auf gewünschte Weise in den Reaktor verteilt wird. Die Trennwände haben Kanäle, die mit Luftzuführungsquellen verbunden sind und zu Aus trittsöffnungen auf verschiedenen Höhen in den Trennwänden führen. Entsprechend zeigt das US-Patent 4,817,563 ein Wirbelschichtsystem, das mit einem oder mehreren Verdrängungskörpern versehen ist, die mit Leitungen und Einlassöffnungen zur Einführung von Sekundärgas in segmentierte Abschnitte im unteren Reaktor versehen sein können.
Das US-Patent 5,370,084 stellt verschiedene Konfigurationen dar zur wirksamen Durchmischung von Brennstoff in einem partitionierten Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht, der Kanäle aufweist, die in den Kessel Luft auf die inneren Wänden einführen. Das US-Patent 5,215,042 stellt einen CFB-Reaktor dar, der durch zumindest eine vertikale, im Wesentlichen gasdichte Trennwand im oberen Teil der Brennkammer in Abteile unterteilt ist. Die Trennwand umfasst Kühlrohre und ist mit zumindest einer Leitung mit einem Verteiler versehen, um Verbrennungsluft in die Abteile einzuspeisen.
Das US-Patent 4,545,959 stellt eine Kammer zur Behandlung von Partikelmaterial in einer Wirbelschicht dar, die einen Kanal mit dreieckigem Querschnitt auf dem Boden der Kammer und eine Anordnung von Löchern oder Schlitzen in jeder der aufwärts geneigten Seitenwände des Kanals umfasst, um ein Hilfsgas aus dem Kanal in die Kammer zu leiten.
Die Patentveröffentlichung DE 30 27 517 A1 stellt einen brodelnden Wirbelschichtreaktor dar, der hohle Stangen in der Ebene des oberen Teils der Wirbelschicht aufweist zur Einführung von Brennstoff und Sekundär- und Tertiärluft in den Reaktor.
Die oben erwähnten Veröffentlichungen schlagen die Einführung von Gas in eine Reaktorkammer, z. B. Brennkammerkammer durch eine Trennwand innerhalb der Kammer vor. Ein Problem entsteht jedoch, weil das Kanalsystem von der Luft- oder der Gasquellenkammer zur Luft- oder Gaseinspritzstelle ziemlich lang sein und einen hohen Druckabfall verursachen kann. Ein Problem entsteht bei diesen konventionellen Zuführungskanalkonstruktionen auch infolge eines Rückflusses von Feststoff, d. h. die Probleme mit festen Partikeln aus der Brennkammer, die geneigt sind, in die Gaszuführungskanäle zu fließen und den Druckabfall über die Gaszuführungskanäle zu steigern. Es kann sehr schwierig sein, dem Anstieg des Druckabfalls beizukommen oder ihn bei der Regelung der Gaszufuhr zu berücksichtigen.
Konventionelle Bodenrost-Düsenkonstruktionen, z. B. jene mit Glockenböden ausgestatteten, die sich normalerweise vom Bodenrost aufwärts erstrecken, würden bei Installation an einer vertikalen Trennwand innerhalb einer Wirbelschicht einer starken Erosion ausgesetzt werden in Folge der sehr starken erosiven Kräfte, die durch die abwärts fließenden Feststoffpartikelschichten in der Wandnähe verursacht werden. In Brennkammern von Wirbelschichtreaktoren sind feste Partikel geneigt, in der Mitte eines jeden Brennkammerabschnitts aufwärts und seine vertikalen Seitenwände entlang abwärts zu fließen. Solche abwärts fließenden Partikel geraten im unteren Teil der Brennkammerabschnitte, wenn die Querschnittsfläche der Brennkammerabschnitte abrupt abnimmt, in intensive turbulente Bewegung, die örtlich zu sehr starken erosiven Kräften führen kann, z. B. auch in den Bereichen von Sekundärgaseinlässen. Beim Stand der Technik wurde keine besondere Lösung zur Verhinderung des Rückflusses in an Trennwänden angeordnete Gasdüsen oder -stutzen beschrieben.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wirbelschichtreaktor mit einer Brennkammerkonstruktion mit einer verbesserten Gaszuführungskonfiguration vorzusehen.
Im Besonderen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Gaszuführungskonfiguration vorzusehen, die für große Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht (CFB) geeignet ist.
Spezieller ist es dann eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Sekundärgas-Zuführungskonfiguration vorzusehen, die in einer Trennwand im unteren Teil einer Kessel-Brennkammer angeordnet ist.
Spezieller ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wirbelschichtreaktor mit verbesserten Gaszuführungsmitteln mit minimiertem Rückfluss von Feststoffpartikeln in darin befindliche Gaszuführungsstutzen vorzusehen.
Es ist dabei ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wirbelschichtreaktor mit verbesserten Gaszuführungsmitteln mit reduzierten Druckverlusten in den Gaszuführungsmitteln vorzusehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden in einem Wirbelschichtreaktor erfüllt, wie er im beigefügten Patentanspruch 1 definiert ist.
In großen Wirbelschichtreaktoren, die durch doppelwandige Trennkörper in getrennte Brennkammerabschnitte unterteilt sind, kann zumindest ein Teil des freien Innenraums zwischen den Trennwänden einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zufolge die Gasquellenkammer oder den Windkasten bilden, die/der die Brennkammerabschnitte mit Sekundär- oder anderem Gas versorgt.
Sekundärgas oder anderes ähnliches Gas wird typisch in Brennkammerabschnitte durch eine Vielzahl von Gaseinspritzöffnungen eingeführt, die in den die Brennkammerabschnitte abgrenzenden Seitenwänden ausgebildet sind. Die Öffnungen können in einer einzigen Reihe auf dem gleichen Vertikalniveau in jeder Wand angeordnet sein, oder die Öffnungen können gewünschtenfalls in einer anderen Konfiguration und auf mehreren verschiedenen Vertikalniveaus in den Wänden angeordnet sein. Ein Stutzen, wie etwa ein Standrohr oder eine Schenkelrohrkonstruktion, ist der vorliegenden Erfindung zufolge zwischen jeder der Öffnungen und einer Gasquellenkammer angeordnet zur Einführung von Gas aus der Gasquellenkammer durch die Öffnungen in die Brennkammerabschnitte.
Eine Feststoff-Durchflussschleuse wird in den Stutzen gebildet, um zu verhindern, dass Feststoffpartikel rückwärts auf eine Weise in den Stutzen fließen, die die Einführung von Gas aus der Gasquellenkammer in die Brennkammerabschnitte verhindert oder erheblich verringert. Ein kleinerer Hin- und Herfluss von Feststoffpartikeln innerhalb der Stutzen nahe der Öffnungen kann tolerierbar sein. Die Feststoff-Durchflussschleusen können auf verschiedene Weisen ausgebildet sein, z. B. je nach der Lage der Gasquellenkammer.
In einem Wirbelschichtreaktor, wo die Gasquellenkammer im Raum zwischen zwei Trennwänden ausgebildet ist, die einen Trennkörper auf dem Bodenrost bilden, können vorzugsweise Sekundärgas-/-luftdüsen oder -stutzen in Form von offenen Standrohren eingesetzt werden. Die Standrohre haben ein erstes offenes Ende, das mit einer Öffnung in einer der Trennwände auf einem ersten Vertikalniveau l₁, z. B. auf dem Sekundärluft-Einspritzniveau verbunden ist, und ein zweites offenes Ende, das sich auf einem zweiten Vertikalniveau l₂ in die Gasquellenkammer öffnet, das sich auf einem höheren Niveau befindet als das erste Vertikalniveau. Diese Konstruktion kann benutzt werden, wenn zumindest ein Teil der Gasquellenkammer bis auf ein Vertikalniveau oberhalb des Einspritzniveaus für Gas, z. B. des Einspritzniveaus für Sekundärluft hinaufreicht.
Das Standrohr hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt, doch sind andere Formen möglich, wie schlitzartige Querschnitte. Die vertikale Erstreckung des Standrohrs, d. h. die Differenz l₂ – l₁, muss groß genug sein, um generell zu verhindern, dass Feststoffpartikel dadurch aus dem Brennkammerabschnitt in die Gasquellenkammer zurückfließen.
Das Standrohr kann an seinem unteren Ende auf solche Weise gebogen sein, dass sein unteres Ende leichter an einer vertikalen oder nur geringfügig geneigten Seitenwandkonstruktion befestigt werden kann. Das Standrohr kann sogar einen kurzen nahezu horizontalen unteren Teil haben, um das Standrohr aus der Seitenwandkonstruktion herauszuführen. Vorzugsweise ist ein Mindestabstand oder -spalt zwischen Seitenwand und Standrohr an der gesamten Länge des Standrohrs vorgesehen, d. h. auch wenn die Seitenwand geneigt ist und sich dem Standrohr an seinem oberen Ende nä hert. Eine andere Lösung wäre es, das Standrohr geringfügig geneigt auszuführen.
Das Standrohr ist jedoch vorzugsweise wesentlich aufrecht, kann aber aus konstruktionellen Gründen und wie oben angeführt wurde, einen untersten Teil haben, der einen Winkel von < 90 °, typisch ungefähr 45 °, aber stets ≥ 30 ° gegenüber der Horizontalebene bildet. Das restliche Standrohr, d. h. der obere Teil des Standrohrs, ist hauptsächlich aufrecht und bildet einen Winkel ≥ 30 ° zur Horizontalebene.
Bei einem Wirbelschichtreaktor, der eine Gasquellenkammer an einer im Wesentlichen anderen Stelle, z. B. teilweise oder vollständig oberhalb oder unterhalb der Rostebene hat, kann eine andere Stutzen- oder einer Düsenkonstruktion benutzt werden, um Gas aus der Gasquellenkammer z. B. auf das Sekundärgasniveau heraufzuführen. Der Stutzen, der aus einem Rohr oder einem anderen ähnlichen Element gebildet sein kann, kann die Form eines auf den Kopf gestellten U-Krümmers haben. Ein Stutzen mit solch einer Form ist nicht Teil der Erfindung. Ein erstes Ende des Stutzens ist mit einer Öffnung auf einem ersten Vertikalniveau l₁ in einer der Seitenwände, und ein zweites Ende des Stutzens ist auf einem dritten Vertikalniveau l₃ mit einer Öffnung in einer die Gasquellenkammer abgrenzenden Umschließung verbunden. Der Stutzen hat zwischen seinem ersten und zweiten Ende einen aufwärts gebogenen Teil, dessen höchste Stelle sich auf einem zweiten Vertikalniveau l₂ befindet, das sich auf einem höheren Niveau befindet als das erste l₁ und das dritte l₃ Vertikalniveau. Das erste Niveau, d. h. das Sekundärluft-Einspritzniveau, befindet sich typisch auf einem höheren Niveau als das dritte Niveau, das z. B. auf dem Boden rost-Niveau oder unterhalb oder oberhalb der Rostebene sein kann.
Die vertikale Erstreckung eines senkrechten Standrohrs oder die Höhe des ersten Teils eines gebogenen Stutzens, korreliert mit der Fähigkeit des Stutzens, Feststoff-Rückfluss zu verhindern. Der Höhenunterschied Δl zwischen dem ersten l₁ und dem zweiten l₂ Vertikalniveau steht in direkter Beziehung zu dem Druck, der erforderlich ist, um Feststoffpartikel durch das Standrohr zu bewegen, z. B. je größer Δl, desto länger das Standrohr, und desto weniger Feststoffpartikel können durch den Stutzen zurückfließen.
Typisch kann eine vertikale Säule Δl von rund 1,0 Metern erforderlich sein, um eine effektive Feststoff-Durchflussschleuse gegen normale Brennkammerdruckschwankungen zu bilden.
Die oben beschriebenen Konstruktionen, wie bereits angeführt wurde, können in Wirbelschichtreaktoren eingesetzt werden, wo der untere Teil des Brennkammerabschnitts durch einen doppelwandigen Trennkörper geteilt ist. Ein Trennkörper kann sich gewünschtenfalls vom Bodenrost bis zur Decke der Brennkammer hinauferstrecken und die gesamte Brennkammer in zwei getrennte Abschnitte unterteilen. Solche die Brennkammer teilenden Wände umfassen vorzugsweise zumindest eine Öffnung in ihrem oberen Teil, wodurch horizontale Vermischung der Gase und fluidisierten Partikel in den getrennten Brennkammerabschnitten ermöglicht wird.
Die den unteren Teil der Brennkammer unterteilenden Trennwände oder die die gesamte Brennkammer in zwei Teile oder Abschnitte unterteilenden Trennwände können vorzugsweise aus gerippten Rohrpaneelen konstruiert sein, wo die Strömungsrichtung des Kühlmittels von einem Verteilrohr auf dem Niveau oder unter dem Brennkammerboden aufwärts ist. Die Kühlrohre einer Trennwand können sich im Wesentlichen vertikal bis zur Decke der Brennkammer hinauferstrecken und somit eine Trennwand innerhalb der Brennkammer bilden, wobei die Rohre zusätzliche Kühlfläche innerhalb der Brennkammer bilden.
Bei vielen bekannten Wirbelschichtreaktor-Konstruktionen beherbergt das Innere von doppelwandigen Trennkörpern verschiedene Kanäle für verschiedene Zwecke, doch der zwischen den Trennwänden gebildete innere Raum ist sonst nicht genutzt worden. Wenn der vorliegenden Erfindung zufolge wenigstens ein Teil des Inneren des doppelwandigen Trennkörpers als Windkasten für Luft oder Gas benutzt wird, die/das oberhalb des Primärluftrostes in die Brennkammer verteilt werden soll, wird entsprechend Raum unter dem Hauptrost der Brennkammer eingespart. Überdies wird die erforderliche Länge des Kanalsystems zwischen Windkasten und Luft-/Gaseinführungsstelle in der Brennkammer minimiert, was zu reduzierten Druckverlusten, d. h. zu niedrigeren Kosten im Vergleich zu konventionellen Konstruktionen führt. Die vorliegende Erfindung ergibt dann, infolge der reduzierten Druckverluste, eine bessere Luft-/Gasverteilung und somit optimalere Reaktionsverhältnisse innerhalb der Brennkammer. Auch durch Anordnen von Konstruktionen, die einen Rückfluss von Feststoffpartikeln in das Innere eines doppelwandigen Trennkörpers verhindern, werden die Konstruktionen in der Nähe des Trennkörpers vor den erosiven Kräften sich bewegenden Feststoffs geschützt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obige Kurzbeschreibung, sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen vollständiger mit Verweis auf die folgende ausführliche Beschreibung der zurzeit bevorzugten aber dennoch veranschaulichenden Ausführungsformen hervor, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, wo
1 schematisch einen Vertikalschnitt durch einen Wirbelschichtreaktor darstellt, der nicht der vorliegenden Erfindung zufolge konstruiert ist;
2 schematisch ein vertikalen und teilweise axonometrischen Querschnitt durch den unteren Teil des in 1 dargestellten Wirbelschichtreaktors zeigt;
3 schematisch einen Vertikalschnitt durch einen anderen Wirbelschichtreaktor gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
4 schematisch einen Vertikalschnitt durch den unteren Teil des in 3 dargestellten Wirbelschichtreaktors darstellt, und
5 schematisch eine Vergrößerung eines Querschnitts eines mit einer Seitenwand gemäß der vorliegenden Erfindung verbundenen Standrohrs darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme jetzt insbesondere auf 1 und 2 der Zeichnungen, bezieht sich das Bezugszeichen 10 generell auf den Wirbelschichtreaktor, der eine Brennkammer 12 hat, deren unterer Teil in zwei Brennkammerabschnitte 14 und 16 durch einen Trennkörper 18 unterteilt ist, der eine doppelwandige Konstruktion hat. Der Trennkörper 18 ist in 2 als diskontinuierlicher Trennkörper dargestellt, der aus partiellen Trennkörpern 18' und 18'' besteht, die durch einen dazwischen liegenden freien Teil 19 getrennt sind, wodurch Feststoff und Gas aus einem Brennkammerabschnitt 14, 16 in den anderen 16, 14 fließen können. Der in 2 dargestellte diskontinuierliche Trennkörper ist ein Beispiel für einen Strömungspfad für Feststoff und Gas zwischen Brennkammerabschnitten 14, 16, andere in diesen beispielhaften Zeichnungen nicht dargestellte Ausführungsformen umfassen einen oder mehrere Kanäle durch die Trennwand; einen partiellen Trennkörper mit doppelwandiger Konstruktion; und andere. Eine Wirbelschicht aus Feststoffpartikeln 20 wird in der Brennkammer 12 aufrechterhalten. Die Brennkammer hat äußere Seitenwände 22 und 24, eine Decke 26 und einen Bodenrost 28. Fluidisierungsluft oder -gas wird in die Brennkammerabschnitte 14 und 16 durch Rostabschnitte 28' und 28'' aus den Windkästen 30 und 32 eingeführt.
Der Trennkörper 18, d. h. die partiellen Trennkörper 18' und 18'', die den unteren Teil der Brennkammer 12 teilen, ist einer doppelwandigen Konstruktion, d. h. aus zwei geneigten Trennwänden gebildet, d. h. einer ersten 34 und einer zweiten 36 Trennwand. Dabei wird ein Trennraum 38 oder ein innerer Raum des Trennkörpers durch die Trennwände 34 und 36 und einen Boden 40 abgegrenzt, die vom Trennkörper bedeckt wird. Der Boden 40 ist der Darstellung von 2 entsprechend etwas unter dem Niveau des Rostes 28 angeordnet, könnte aber auf dem gleichen Niveau wie der Rost oder sogar über dem Rostniveau ausgebildet sein. Zwischen den Windkästen 30 und 32 wird ein freier Raum gebildet, der für andere Zwecke benutzt werden kann. Der Gasraum 38 zwischen den Trennwänden 34 und 36 ist durch eine horizontale Düsen abstützende Trennwand 41 in einen oberen 38' und einen unterer 38'' Gasraum unterteilt.
Düsen oder Stutzen 42 und 44 sind in zwei Reihen im Trennraum 38' in der Düsen abstützenden Trennwand oder Platte 41 angeordnet. Die Stutzen 42 und 44 bestehen aus Rohren oder Röhren, die als auf den Kopf gestellte U-Krümmer ausgebildet sind, wobei der eine Arm länger als der andere ist. Die ersten Stutzen 42 sind über ihre kürzeren Arme 46, d. h. die ersten Enden der Stutzen, mit Öffnungen 48 in der Trennwand 34 auf einem ersten Vertikalniveau l₁ verbunden. Die kürzeren Arme 46 erstrecken sich innerhalb des Trennraums 38' von den Öffnungen 48 aufwärts auf ein zweites Vertikalniveau l₂, d. h. bis zur höchsten Stelle des U-Krümmers. Die ersten Stutzen 42 sind des Weiteren über ihre längeren Arme 50, d. h. die zweiten Enden der Stutzen, auf einem dritten Vertikalniveau l₃ mit Öffnungen 52 in der Düsen abstützenden Trennwand 41 verbunden, welche Öffnungen sich in einen Windkasten oder eine Gasquellenkammer öffnen, der/die im Gasraum 38'' zwischen dem Boden 40 und der Düsen abstützenden Trennwand 41 ausgebildet ist. Ähnlich sind die anderen gebogenen Stutzen 44 mit Öffnungen der Trennwand 36 und der Düsen abstützenden Trennwand 41 verbunden.
Der Höhenunterschied Δl = l₂ – l₁ zwischen den ersten Enden der Stutzen 42 oder 44 und den höchsten Stellen der Stutzen, d. h. der U-Krümmer, die der vertikalen Erstreckung der kürzeren Arme 46 der Stutzen entspricht, bildet eine Feststoff-Durchflussschleuse. Der durch den Arm zustande gebrachte Druck des Feststoffs gegen den innerhalb des Stutzens im Gegenstrom fließenden Gasstrom verhindert dann, dass Partikel aus den Brennkammerabschnitten 14 und 16 auf solche Weise aufwärts in die Stutzen fließen, dass ein starker Druckabfall entsteht, der die Gasströmung durch die Stutzen beeinflusst. Die Feststoff-Durchflussschleuse verhindert auch einen Rückfluss von Feststoffpartikeln durch die ganzen Stutzen 42, 44 aus der Brennkammer in den Windkasten 38''.
Dabei bilden bei der Ausführungsform von 1 und 2 Öffnungen 48, Stutzen 42, 44 mit ersten Armen 46 und zweiten Armen 50 sowie einem Windkasten 38'' z. B. Sekundärgas-Zuführungsmittel für den Wirbelschichtreaktor.
3, 4 und 5 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Soweit zutreffend, sind die gleichen Bezugszeichen wie in 1 und 2 angewandt worden. Bei diesem Reaktor erstreckt sich ein Trennkörper 18 vom Bodenrost 28 bis zur Decke 26 und teilt die gesamte Brennkammer in zwei Abschnitte 14 und 16. Ein unterbrochener Trennkörper, wie er durch das Bezugszeichen 19 in 2 angedeutet ist, oder ein anderer ähnlicher Feststoff- und Gas-Verbindungsstutzen zwischen den Brennkammerabschnitten 14 und 16 kann auch vorgesehen sein. Der unterste Teil des Trennkörpers 18 umfasst zwei Trennwände 34, 36, die einen pyramidenförmigen freien Raum 39 zwischen den Trennwänden bilden. Der Raum 39 zwischen den Trennwänden 34 und 36 und einer Bodenplatte 56 wird als Windkasten oder Gasquellenkammer für die Gaszuführungsmittel benutzt. Die Gasquellenkammer kann durch eine horizontale Trennwand 54, wie in 4 dargestellt ist, in einen oberen 39' und einen unteren 39'' Windkasten unterteilt sein.
Die Bodenplatte 56 ist auf dem Bodenrostniveau 28 angeordnet, könnte aber oberhalb oder unterhalb besagten Niveaus angeordnet sein. Durch diese Konstruktion wird unter dem Rostniveau zwischen den Fluidisierungsluft-Windkästen 30, 32 ein freier Raum 58 gebildet, welcher Raum für das Anordnen von zusätzlichen Elementen benutzt werden kann, die sonst an der Peripherie des Reaktors angeordnet werden müssten. Die gesamte Standfläche des Reaktors kann somit effizienter genutzt werden.
Bei diesem Reaktor sind die Gas einspritzenden Stutzen 60, 62 einfache aufrechte offene Standrohre, die im unteren Trennraum 39'' angeordnet sind, welcher Raum somit einen Windkasten bildet. Die Standrohre sind über ihre unteren Enden 64 auf einem Vertikalniveau l₁ mit Öffnungen 48 in den Trennwänden 34, 36 verbunden. Die oberen freien Enden 66 der Stutzen erstrecken sich im Trennraum 39 aufwärts bis auf ein Vertikalniveau l₂. Der Höhenunterschied Δl zwischen den Niveaus l₁ und l₂ bildet die Feststoff-Durchflussschleuse, die verhindert, dass Feststoff in den Stutzen 60, 62 aufwärts und in den Trennraum 39'' fließt.
Luft wird aus dem freien Gasraum oder dem Windkasten 39'' durch Stutzen 60, 62 z. B. als Sekundärluft in die Brennkammerabschnitte 14 und 16 eingeführt. Die Luft fließt aus dem Windkasten 39'' in die Standrohre 60 und 62 an ihren oberen offenen Enden 66 ein und durch die Standrohre weiter abwärts, durch eine Biegung 63 am unteren Ende der Standrohre und durch Öffnungen 48 in die Brennkammer. Das untere Ende der Standrohre ist gebogen, um eine Befestigung der Standrohre an den Öffnungen 48 in den im Allgemeinen vertikalen Wänden 34, 36 besser zu ermöglichen.
5 zeigt deutlicher eine beispielhafte Position eines Standrohrs 60, das mit einer Öffnung 48 in Trennwand 34 verbunden ist. Das untere Ende 64 des Standrohrs ist nahezu horizontal angeordnet, aufwärts um einen Winkel ≥ 30° aber < 90° zur Horizontalebene geneigt, um das Standrohr aus der Wand herausragen zu lassen. Der obere oder größte Teil 66 des Standrohrs ist nahezu vertikal, um einen Winkel β > 45° zur Horizontalxebene geneigt.
Typisch sind alle Sekundärluft- oder -gasstutzen zur Einführung von Luft oder Gas auf einem bestimmten vorbestimmten Niveau angeordnet. Es kann aber auch Stutzen auf verschiedenen Niveaus geben. So können die Stutzen 60' und 62' (in 4) dazu benutzt, Tertiärluft auf einem höheren Niveau als die Stutzen 60 und 62 einzuführen. Die Tertiärluftstutzen 60' und 62' sind, wie in 4 dargestellt, im getrennten oberen Teil 39' des freien Gasraums 39 angeordnet. Der horizontale Trennkörper 54, der den freien Gasraum in einen getrennten unteren und oberen Gasraum unterteilt, ermöglicht getrennte Regelung von z. B. Sekundär- und Tertiärlufteinblasung. Vertikale Trennwände (in den Zeichnungen nicht dargestellt) können auch zur weiteren Unterteilung des freien Gasraums und zur Ermöglichung einer getrennten Regelung des in die getrennten Brennkammerabschnitte 14 und 16 eingedüsten Gases benutzt werden.
Es kann auch mit Öffnungen der äußeren Seitenwände 22 und 24 verbundene Stutzen geben. Solch ein Stutzen 68 ist in 4 dargestellt. Der Stutzen ist in einem mit der äußeren Seitenwand 22 verbundenen Windkasten 70 angeordnet.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit dem beschrieben wurde, was man derzeit für die praktischste und bevorzug teste Ausführungsform hält, sollte es sich verstehen, dass die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform begrenzt werden soll, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen abdecken soll, die im Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche eingeschlossen sind.
Selbstverständlich kann auch die neue Stutzenkonstruktion zur Einführung von anderem geeigneten Gas, wie etwa eines Hilfsgases oder Luft- und Brennstoffgemischen in eine Brennkammer eingesetzt werden.

Claims

Wirbelschichtreaktor, bestehend aus, – einer Brennkammer (12), die durch Seitenwände (22, 24) und einen Bodenrost (28) abgegrenzt ist, welche Brennkammer ein Bett aus fluidisierten Feststoffpartikeln darin aufweist, – einem Trennkörper (18), der sich innerhalb der Brennkammer vom Rost aufwärts erstreckt und den unteren Teil der Brennkammer in Brennkammerabschnitte (14, 16) unterteilt, wobei der unterste Teil des Trennkörpers als doppelwandige Konstruktion aus zwei aufrechten oder geneigten Trennwänden (34, 36) ausgebildet ist, – einem freien inneren Raum (39), der zwischen den Trennwänden (34, 36) gebildet wird, und – Zuführungsmitteln zur Einführung eines Gases, etwa partieller Verbrennungsluft, in die Brennkammer auf einem Niveau oberhalb des Bodenrostes, welche Zuführungsmittel bestehen aus – zumindest dem freien inneren Raum (39) zwischen den Trennwänden (34, 36), die eine Gasquellenkammer bildet, – welche Gasquellenkammer durch einen horizontalen oder vertikalen Trennkörper (54) in zwei Abschnitte (39', 39'') unterteilt ist, um getrennte Regelung der Einblasung von Sekundär- und Tertiärluft oder der Einblasung von Gas in die Brennkammerabschnitte (14, 16) zu ermöglichen, und – zumindest einem Stutzen (60, 60', 62, 62') mit einem ersten Ende (64), das mit einer Öffnung (48) in einer Trennwand (34, 36) auf einem ersten Vertikalniveau verbunden ist, und ei nem zweiten Ende (66) innerhalb der Gasquellenkammer zur Einführung von Gas aus der Gasquellenkammer in die Brennkammer, und der eine Feststoff-Durchflussschleuse umfasst, die dadurch gebildet wird, dass das zweite Ende (66) auf einem Vertikalniveau höher als das erste Vertikalniveau ist, um zu verhindern, dass Feststoffpartikel aus der Brennkammer rückwärts in den zumindest einen Stutzen fließen.
Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Gasquellenkammer (39) durch einen horizontalen Trennkörper (54) in eine obere (39') und eine untere (39'') Gasquellenkammer unterteilt ist, – in der unteren Gasquellenkammer (39'') mehrere Sekundärluftstutzen (60, 62) vorgesehen sind, die mit einer Reihe von Öffnungen auf einem ersten Niveau in den Wänden des Trennkörpers verbunden sind, und – in der unteren Gasquellenkammer (39') mehrere Sekundärluftstutzen (60', 62') vorgesehen sind, die mit einer Reihe von Öffnungen auf einem höheren Niveau als das erste Niveau in den Wänden des Trennkörpers verbunden sind.
Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zumindest einen Stutzen (60, 60', 62, 62') hauptsächlich um ein aufrechtes Standrohr handelt, das einen gebogenen unteren Teil aufweist, der das Standrohr mit der Öffnung (48) in der Trennwand (34, 36) verbindet.
Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zumindest einen Stutzen (60, 60', 62, 62') um ein Standrohr handelt, bestehend aus – einem unteren nach oben geneigten Teil, dessen Achse einen Winkel von ≥ 30° aber < 90° zur Horizontalebene bildet, und – einem oberen Teil, dessen Achse einen Winkel > 45° zur Horizontalebene bildet.