DEC0008725MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 9. Januar 1954 Bekanntgemacht am 15. September 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen festen granulierten Körpern in einer Wirbelschicht.

Es ist bereits ein Verfahren zum Oxydieren von Metallsulfid bekannt, bei welchem sich der Oxydations-Prozeß in mehreren Stufen unter Luftzufuhr vollzieht, wobei die Luft von unten durch die auf einem Wanderrost liegenden Teilchen durchgeblasen wird. Die gesinterte Masse wird durch eine Öffnung in der unteren Seitenwand der Verbrennungs-Kammer durch den Rost ausgetragen.

Bei der sogenannten Winklerschen Wirbelschicht-Technik führen die aus der Brennstoffwirbelschicht aufströmenden Gase einen Teil der Brennstoff-Asche aus dem Generator heraus, während der andere Teil der Asche, der zu kleinen Klumpen zusammengesintert nach unten sinkt, zusammen mit Steinen und anderen festen Verunreinigungen durch am unteren Ende der Wirbelschicht befindliche Austragschnecken ausgeschleust wird.

Nach einem weiteren bekannten Wirbelschicht-Verfahren wird die chemische Reaktion in drei nebeneinander angeordneten Reaktions-Kammern durchgeführt, welche jeweils eigene Zuführungen für die die Feststoffe aufwirbelnden Gase ,besitzen, die durch mit Löchern versehene oder poröse Platten in die einzelnen Kammern eintreten. Die Reaktions-Rückstände werden am Boden des Wirbelfließschichtbettes abgeschieden.

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Alle diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen zu ihrer Durchführung weisen erhebliche Nachteile auf. Die Reaktionsprodukte einer Wirbelschicht neigen nämlich dazu, bei der Reaktions-Temperatur leicht llüssig bzw. schmelzbar zu werden und zusammengeballte oder kompakte Massen zu bilden. Diese setzen sich auf dem Jioden der Reaktioiis-Vorrichtung ab und verstopfen die öffnungen, durch welche die die Feststoffe aufwirbelnden (läse bzw. Luft in die Reaktions-Kammer zugeführt werden sollen.

1 )ieser Nachteil macht sich besonders unangenehm bei den Reaktionen der Vergasung, der Verbrennung und der Verkokung von lirennstoften bemerkbar, weil gerade die Schlacken oder die großen Koksslücke dit· Zuführungs-Üffnungen für die Gase schnell verstopfen.

Hei sämtlichen bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird es darüber hinaus, insbesondere, wenn im kontinuierlichen Betrieb gearbeitet werden soll, als Nachteil empfunden, daß eine wirksame Trennung der Reaktions-Rückstände von den zu behandelnden Materialien nicht gewährleistet ist, so daß stets in nicht unerheblichen Mengen auch solche Reaktions- Rückstände aus der Wirbellließscliicht ausgeschieden werden, die noch Bestandteile des zu behandelnden Materials enthalten.

Alle diese Nachteile werden eiTmdungsgeinäß dadurch behoben, daß bei der Umsetzung der Stoffe in einer Wirbelschicht die sich am Hoden des Wirbel seh ich the ties absetzenden Rcaktions-Jiückstände, die unter der Kinwirkung der die Wirbelschicht erzeugenden Gase wirksam in feinteilige l'rennstoHc und Schlacke gelrennt werden, und die reinen Schlacken oder sonstigen Reaktions-Rückstände, welche keine noch einer chemischen Reaktion fähigen Hestandteile mehr enthalten, mittels einer Förder Einrichtung durch die freie Oberfläche der Wirbelschicht abgeschieden werden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht aus einem mehr oder weniger geneigten mechanischen Rost, auf welchem die durch das Kinblasen von (!as durch drw Rost in eine Wirbelschicht mit horizontaler ()bcr(läehc übergeführten zu behandeluden Stoffe, z. H. pulverformige Hrennstoffe, ruhen, sowie Kinrichtungen zum Ausscheiden der abgesetzten Reaktions-Rückstände, z. I!. der Asche oder Schlacken, mittels des beweglichen Rostes durch die freie Oberfläche der Wirbelschicht.

Vorrichtungen gemäß der Erfindung sind, wie sie beispielsweise verwendet werden können, den Zeichnungen zu entnehmen.

Fig. 1 und 2 geben Längsschnitte einer ersten Ausführungsfonn wieder, und zwar Fig. 1 einen solchen nach der Linie l-l in Fig. 2 und Fig. 2 nach der Linie ILiI in Fig. 1 ;

Fig. 3 und .| sind den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellungen einer zweiten erlindungsgemäßen Ausführungsforni, und zwar l'ig. 3 ein Längsschnitt nach der Linie 111-1 11 in Fig. 4 und Fig. 4 nach der Linie IV-IV in Fig. 3.

Iu den Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Wirbelschicht dargestellt, die einen Verbremmngsherd bildet und zum Vergasen von Brennstoffen dient. Im ersten Fall würde über ihr ein Wasserrohrkcsscl (nicht dargestellt) angeordnet sein. Diese Vorrichtung ist seitlich durch zwei Wände 1 begrenzt, die nach oben aufgebaucht sind und durch vertikale Röhren 2 gekühlt werden, welche an die Zuführungs-Speicher 3 und an die Dampfl)ildungs-Speichcr4 angeschlossen sind. Diese Rohren sind mit einer leitenden Zement-Wand 5 abgedeckt, welche eine Kälte-Wand bildet, die ein Haftenbleiben der Feststoffteilchen verhindert. Der Jioden der Vorrichtung wird von einem oberen Helag 6 eines mechanischen Rostes 7 gebildet, welcher zwischen einer unteren Antriebsrolle 8 und einer oberen Antriebsrolle 9 geneigt angeordnet ist. Zwischen den oberen Rändern 6 und den unteren 6' des Rostes sind Kästen zum Durchblasen 10" . . . 10" angeordnet, die es gestatten, in beliebiger Weise den Druck der durch den l\ost geblasenen Luft zu regeln. So ist der durch den Rost geblasene Druck am unteren Ende in dem Kasten 10" erheblich höher als der Druck des durch den Kasten 10" am oberen Ende geblasenen Gases. Hierdurch wird die Wirbelfließschicht 11 im wesentlichen gleichförmig erhalten, und infolgedessen ist auch ihre freie Oberfläche 12 nahezu horizontal.

Eine einstellbare J¹CIaP])C 13 isoliert die Verbren- go nungs-Ivammer 14 von dem Aschenkasten τ5, läßt jedoch einen Durchtritt für die Schlacken frei, die sich auf dem Rost gebildet haben.

Der bewegliche mechanische Rost wird durch hitzebeständige, fugendichte Stangengitter gebildet, die zwischen ihren einander gegenüberliegenden Seitenflächen der I^uft freien Durchtritt lassen. Wenn die Neigung des Rostes zur Horizontalen größer als 25° ist, ergibt sich die Notwendigkeit, die Gitterstäbe mit Vorsprüngen in Form von Furchen oder Zähnen zu versehen, um ein Abgleiten des Produkts zu verhindern. J)as erfindungsgemäßc Verfahren gestattet, bis zu 1000 kg Brennstoff pro Stunde und Quadratmeter des Rostes zu verbrennen.

Der Verteiler für die pulverförmigcn Brennstoffe besteht aus einem Trichter 16, der ein Schaufelrad 17 speist.

Die erfmdungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt: Der Rost bewegt sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles/"'. Diese Bewegung bewirkt im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen nicht die Versorgung mit Jircnnsloffen, sondern die Evakuierung der Schlacken. Das Hlasen durch die verschiedenen Kästen wird derart gesteuert, daß eine an allen Punkten gleichmäßige Wirbelschicht entsteht, gleichgültig wie tief auch die Wirbelschicht 11 sein möge, und daß ein Fortschwemmen der Feinbrennstoffe in nennenswertem LJmfang nicht möglich ist. Hierdurch ist gleichzeitig die erforderliche nahezu horizontale freie Oberfläche der Wirbelflicßschicht gewährleistet.

Um den Spiegel der Wirbelschicht konstant zu halten, wird das Verteiler-System über einen Regulator gesteuert, der auf den Spiegel 12 eingestellt ist.

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Wenn die Dicke einer Wirbelschicht aus gekörnter Kohle groß genug ist, sind die hierbei entstehenden Gase Generator-Gase. Es ist daher möglich, dadurch eine vollständige Verbrennung herbeizuführen, daß bei i8 oberhalb des Herdes zusätzlich Luft eingeführt wird.

Diese Verbrennung in zwei Stadien gestattet es, in einfacher Weise jede übermäßige örtliche Temperatursteigerung zu vermeiden und gleichzeitig eine ausgezeichnete Wärmeabgabe an das Rohrnetz oder den Kessel zu gewährleisten.

Es kann unmittelbar eine vollständige Verbrennung der pulverförmigen Brennstoffe herbeigeführt werden, indem der Spiegel der Wirbelschicht gesenkt und zusätzlich Luft nahe der Oberfläche der Wirbelfließschicht zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet, selbst wenn die Brennstoffe feucht oder koksbildend sind, Schlamm und Staubkohle zu verbrennen. Es ist dabei erforderlich, die Brennstoffe durch das Schaufelrad 17 gut auf die Oberfläche der Wirbelfließschicht zu verteilen. Im übrigen können auch ebensogut die pulverförmigen Brennstoffe durch eine geeignete Vorrichtung unmittelbar in das Innere der Wirbelschicht eingeführt werden, unter der Voraussetzung, daß eine schnelle Berührung mit den glühenden Reaktions-Produkten erfolgt. Um ein Versetzen der Bohrlöcher zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die pulverförmigen Brennstoffe mit Ruß oder solchen trockenen Brennstoffen zu vermischen, die beim Entstauben von Rauch anfallen.

Der größte Teil der Kohlenasche wird in Schlacken umgesetzt und durch die freie Oberfläche der Wirbelfließschicht ausgeschieden, was ein wirksames Aussondern der Schlacke und der Feinbrennstoffe bei der Verbrennung ermöglicht. Es ist festgestellt worden, daß diese Schlacken tatsächlich völlig ausgebrannt sind, so daß keine nicht verbrannten Teile mehr in ihnen enthalten sind, weil die Feinbrennstoffe ständig durch das Einblasen von Luft unter den Rost aus diesem hinausgeworfen und in Suspension gehalten werden.

Beispielsweise können gewisse Abteilungen des Rostes mit Wasserdampf oder Rauch enthaltender Luft versorgt werden, um die Temperatur der Wirbelschicht zu senken. Es kann auch ein Arbeitsgang der Gaserzeugung eingeschaltet werden, indem die Register 18 geschlossen werden, um das schlechte Gas wieder aufzufangen und es eventuell dadurch anzureichern, daß durch den Rost mit Wasserdampf gemischter Sauerstoff zugeführt wird.

Die Schlacken können auch durch die freie Oberfläche 12 ausgeschieden werden, indem ein Rüttel-Rost oder ein Druck-Rost verwandt wird oder indem der horizontale Rost durch einen geneigten oder selbst vertikalen Auswerfer mit Propeller verlängert wird.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Vorrichtung dargestellt, wie sie zur Verkohlung von Fett-Steinkohle verwendet werden kann. In der Zeichnung ist 19 die die Wirbelschicht erzeugende Vorrichtung, welche durch die hitzebeständigen vertikalen Wände 20 begrenzt ist. Die Wände bilden in Höhe der Wirbelfließschicht 21 einen viereckigen Bottich, über dem sich ein erweiterter Raum 22 befindet. Die Wirbelschicht ruht auf einem Rost 23, welcher aus einem horizontalen Teil 24 und einem schrägen Teil 25 besteht, der die freie Oberfläche 26 durchquert. Zwischen den oberen und unteren Enden des Rostes sind noch Kästen 27 angeordnet, durch die neutrale Gase mit hoher Temperatur unter beliebigem Druck geblasen werden können, um an jeder Stelle eine gleichförmige Wirbelschicht zu erhalten, ohne daß zu viel Staubkohle weggeschwemmt würde. Die neutralen Gase können Verbrennungsgase sein, die vorher in einem HilfsOfen 28 gewonnen werden, welcher mit brennbarem Gas durch einen Ventilator 29 gespeist wird, der einen Teil des zur Verkohlung erforderlichen Gases durch eine ander Auf fang-Leitung 31 angeschlossene Röhre 30 ansaugt. Die für diesen Hilfs-Ofen erforderliche Luft wird durch einen Ventilator 32 angeliefert. Die Versorgung mit körniger Steinkohle erfolgt durch den Trichter 33 mit Verteiler 34.

Es können durchbrochene Trennwände 35 vorgesehen werden, welche in der gebildeten langen und engen Kammer eine Steigerung der Abzugs-Geschwindigkeit bis zu einem solchen Grade gewährleisten, daß sie die rückgängige Verteilungs-Geschwindigkeit der in der Wirbelschicht enthaltenen Körner übertrifft. Die beschriebene Maßnahme kann vorteilhaft auch bei anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Anwendung gelangen. Der am Ende durch die Klappe 36 ausgeschiedene Halb-Koks ist frei von Brennstoffteilchen. Wenn es wünschenswert ist, daß sich dieser Halb-Koks auf dem Rost absetzt, muß der Druck des in die letzte Abteilung 27 hineingeblasenen Gases reduziert werden.

Der Rost kann auch aus mehreren Teilen bestehen. Die Entfernung der Schlacke kann z. B. durch einen Gurtband-Förderer oder ein endloses Band erfolgen, die mit Blas-Vorrichtungen versehen sind, wobei die Austragungs-Vorrichtung die freie Oberfläche der Wirbelschicht durchquert. Durch eine methodische Zirkulation der Gase und der Festkörper, z. B. mit Hilfe einer Reihe von Rosten, kann der Wärmehaushalt des Verfahrens verbessert werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung können die Roste übereinander angeordnet sein, so daß die Reaktions-Produkte jeden Rostes nacheinander auf den unmittelbar darunter angeordneten Rost fallen, wobei sie in umgekehrter Richtung von den Gasen durchströmt werden.

Eine besonders vorteilhafte Anwendungs-Möglichkeit der zuletzt beschriebenen Ausführungsform ergibt sich beim Brennen von Zement. Dieser Vorgang erfordert eine Vorheizung, welche auf dem obersten Rost erfolgen kann, während das eigentliehe Brennen selbst dann auf den unteren Rosten vorgenommen wird.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen in einer Wirbelschicht, dadurch ge-

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   kennzeichnet, dal.t die sicli am Boden des Wirbelschichtbett es absetzenden Reaktions-Rückstände mittels einer Förder-Einrichtung durch die freie Oberfläche der Wirbelschicht abgeschieden werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wirbelfließschicht erzeugende (!as einer Reihe von verschiedenen Drücken ausgesetzt wird, die vom Eintrittsende

   ίο der !''örder-Einrichtung zu ihrem die freie Oberfläche der Wirbelfließschicht durchquerenden Aus tritt sende abnehmen.
3. 3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen die freie Oberfläche der Wirbelschicht zwecks Abscheidung der Reaktions-Rückstände durchquerenden beweglichen Rost.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost aus einem horizontalen und einem geneigten, die freie Oberfläche der Wirbelfließschicht durchquerenden Teil besteht.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der das Ausscheiden der Keaktions-Kückstände lx'wirkende Teil des Rostes von dessen erstem Teil getrennt ist und aus einem mit Einrichtungen zum Durchblasen von Gas oder Luft versehenen Transportelement besteht, z. B. einem Rost, Gurtband-Förderer oder endlosen Band.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht in Längsrichtung mittels durchlöcherter Scheidewände unterteilt ist.
7. 7. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6 bei Verbrennungs-, Vergasungsund Verkokungsöfen mit einem oder mehreren übereinander angeordneten, in umgekehrter Richtung von Gasen durchströmten Rosten.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Brennen von Zement unter Zuhilfenahme von mindestens zwei übereinander angeordneten Rosten auf dem obersten Rost eine Vorheizung und das eigentliche Brennen selbst auf dem unteren Rost bzw. auf den unteren Rosten vorgenommen wird.

   Angezogene Druckschriften:

   USA.-Patentschriften Nr. 1812397,2498405; deutsche Patentschrift Nr. 506 544;
   französische Patentschriften Nr.951 153,939805; Final Report No. 333 Item No. 30, British Intelligence Objectives Sub-Committee, S. 8, Abs. 3.

   Hierzu i Blatt Zeichnungen

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