NL1005514C2 - Inrichting voor het uitvoeren van een fysisch en/of chemisch proces, zoals een warmtewisselaar. - Google Patents

Description

Titel: Inrichting voor het uitvoeren van een fysisch en/of chemisch proces, zoals een warmtewisselaar.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van een fysisch en/of chemisch proces, zoals een warmtewisselaar, omvattende een met opwaarts gerichte buizen uitgerust reservoir, welke buizen aan de boven- en 5 onderzijde zijn opgenomen in pijpplaten en die in open verbinding staan met een bovenkast en een onderkast, in welke onderkast tenminste één verdeelplaat is aangebracht voor het ondersteunen van een uit granulair materiaal bestaand wervelbed, dat door middel van een via de onderkast 10 toegevoerd en door de buizen stromend, te behandelen c.q. te verwarmen medium in een quasi-stationaire, gefluidiseerde toestand kan worden gehouden, welke inrichting verder is voorzien van middelen voor het vanuit de bovenkast terugvoeren van wervelbeddeeltjes in de vorm van een buiten het 15 reservoir geplaatste valpijp, die aan de bovenzijde door middel van een scheidingsinrichting is verbonden met de bovenkast en waarvan de onderzijde op in- en uitschakelbare wijze verbindbaar is met de onderkast van het reservoir.

Een dergelijke inrichting is bekend uit EP-B-0.694.152 20 (fig. l). In een met onderhavige aanvrage samenhangende

Nederlandse octrooiaanvrage 10..... is reeds een gewijzigde constructie voor het ondereinde van de valpijp volgens fig. 1 van EP-B-0.694.152 voorgesteld ter verbetering van de wervelbeddeeltjescirculator. De aldus gewijzigde uitwendige 25 valpijp vormt een belangrijk onderdeel voor het transport van de wervelbeddeeltjes vanuit de separator naar de inlaat-kast. Bij een bepaalde gewenste bedrijfsvoering en o.a. afhankelijk van een juiste keuze van de diameter van de valpijp bevat het onderste deel van de valpijp een gepakt 30 bed aan deeltjes, dat aan de onderzijde wordt afgebroken door de toevoer van vloeiend medium, al dan niet ondersteund door de werking van vibratoren op het gepakte bed. Het 1005514 2 bovenste deel van de valpijp is gevuld met een zwerm omlaag vallende deeltjes, waarvan de valsnelheid afhankelijk is van de grootte en de vorm van de deeltjes, de dichtheid van het materiaal van de deeltjes en van het vloeiend medium, de 5 viskositeit daarvan en het volumepercentage vloeiend medium van de zwem vaste deeltjes ten opzichte van het volume van de valpijp zonder deeltjes (poreusiteit). Als de aanvoer aan wervelbeddeeltjes vanuit de zwem gelijk is aan de afvoer van deze deeltjes vanuit het gepakte bed naar de inlaatkast 10 ontstaat een evenwichtssituatie waarbij de scheiding tussen de vallende zwem wervelbeddeeltjes en het gepakte bed op een constante hoogte in de valpijp blijft liggen. De druk als gevolg van de totale hoogte van het gepakte bed en de resterende hoogte van de valpijp waarin zich de zwem 15 vallende wervelbeddeeltjes bevindt, bepaalt de drijvende kracht welke, in combinatie met de toevoer aan vloeiend medium aan de onderzijde van de valpijp, verantwoordelijk is voor de hoeveelheid wervelbeddeeltjes, welke per tijdseenheid aan de inlaatkast worden toegevoerd. Wordt nu een 20 vloeiend medium gekozen met een andere (hogere) viscositeit dan zal de valsnelheid van de zwem wervelbeddeeltjes in het bovenste deel van de valpijp afnemen, en het gepakte bed aan deeltjes zal niet voldoende snel worden aangevuld, waardoor de hoogte van het gepakte bed zal afnemen en daamee de 25 totale druk van het gepakte bed in combinatie met de druk veroorzaakt door de vallende zwem deeltjes in het resterende deel van de valpijp. Deze afnemende druk veroorzaakt een afnemende drijvende kracht en daardoor beduidend minder transport van de wervelbeddeeltjes vanuit het onderste deel 30 van de valpijp naar de inlaatkast. Meer vibratoractie en het toevoeren van meer vloeiend medium zal het transport van deeltjes vanuit de valpijp naar de inlaatkast ook nauwelijks meer kunnen verhogen en op een gegeven moment zal, als gevolg van te weinig druk van de in de valpijp aanwezige 35 deeltjes, het aan de valpijp toegevoerde vloeiend medium niet meer van het onderste deel van de valpijp naar de inlaatkast stromen, maar via de valpijp direct naar de 1005514 3 separator. De valpijp 'slaat dan door' of laat vloeiend medium in de ongewenste richting door, waardoor de toevoer van wervelbeddeeltjes uit de separator naar de valpijp volkomen wordt geblokkeerd en deze deeltjes zich gaan verza-5 melen in de separator. De scheiding in de separator van vloeiend medium en vaste deeltjes wordt belemmerd en wervelbeddeeltjes worden met het vloeiend medium afgevoerd. Vanzelfsprekend neemt ook de reinigende werking van de wervelbeddeeltjes in de warmtewisselaarpijpen af omdat er 10 geen deeltjes meer aan de inlaatkast en daarmee ook aan de pijpen worden toegevoerd.

Het hierboven beschreven probleem zou voorkomen kunnen worden door de diameter van de valpijp te vergroten, waardoor ondanks de geringe valsnelheid van de wervelbed-15 deeltjes in de valpijp als gevolg van bijvoorbeeld de verhoogde viskositeit van het vloeiend medium toch nog voldoende deeltjes aan het gepakte bed in de valpijp worden toegevoerd om bij optimale werking van de warmtewisselaar een constant en voldoend hoog niveau van het gepakte bed in 20 de valpijp te garanderen. Dit is echter een dure oplossing, aangezien niet alleen meer materiaal voor de valpijp nodig is, maar als gevolg van de grotere diameter van de valpijp, ook veel meer vulling aan wervelbeddeeltjes, aangezien steeds weer voldaan moet worden aan de eis dat voor een 25 optimale werking een bepaalde hoogte aan gepakt bed van wervelbeddeeltjes noodzakelijk is om 'doorslaan' van de valpijp te voorkomen, uitsluitend die hoogte bepaalt immers de druk onderin de valpijp en daarmee de drijvende kracht voor transport naar de inlaatkast.

30 Doel van de uitvinding is het ondervangen van genoemde bezwaren.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt door bij een inrichting van het bovenomschreven type in de valpijp middelen aan te brengen voor het teweegbrengen van een 35 natuurlijke circulatiestroming in die valpijp. De middelen bestaan bij voorkeur uit een aan het boveneinde afgesloten binnenpijp met kleinere diameter, die aan het ondereinde 1005514 4 open is en die op korte afstand onder het boveneinde is voorzien van uitstroomopeningen, die ter hoogte van het trechtervormige benedeneinde van de separator zijn gelegen.

Verder uitgewerkte varianten zijn in de volgconclusie 3 5 en volgende ontschreven.

Op deze wijze wordt in de ringvormige ruimte of annulus tussen de valbuis en de binnenbuis een circulatiestroming van vloeiend medium gecreëerd.

Een deelstroom vloeiend medium, beladen met de door de 10 separator afgescheiden wervelbeddeeltjes wordt uit het onderste deel van de separator gezogen, waarbij deze deeltjes met een aanzienlijk hogere snelheid dan gebruikelijk door de annulus van de valpijp omlaag worden getransporteerd in de richting van het gepakte bed, waarna de deel-15 stroom vloeiend medium met slechts een geringe belading aan vaste deeltjes via het open ondereinde of gaten in de wand van het ondereinde van de binnenpijp weer omhoog stroomt tot in het onderste deel van de separator, om vervolgens opnieuw omlaag te stromen met een nieuwe lading afgescheiden wervel-20 beddeeltjes.

Uitvoeringsvormen van de inrichting volgens de uitvinding worden aan de hand van de tekening nader toegelicht. Hierin toont: fig. 1 de valpijp van een inrichting volgens ep-B-25 0.694.152 (fig. 1) uitgerust met middelen voor het teweeg brengen van een circulatiestroming; en fig. 2 een uitvoeringsvariant van de valpijp volgens fig. i.

De in fig. 1 weergegeven valpijp bestaat in hoofdzaak 30 uit een separator of scheidingsinrichting 20, waarop een leiding 21 is aangesloten ter verbinding van de separator 20 met de bovenkast van het (niet weergegeven) reservoir van de warmtewisselaar en verder een leiding 22 voor het uit de separator 20 afvoeren van vloeiend medium. Aan de onderzijde 35 sluit de eigenlijke valpijp 2 aan op de separator 20, via een inlooptrechter 23. De valpijp 2 is aan de onderzijde afgesloten door een schuin verlopende afsluitplaat 24 voor 1005514 5 het ondersteunen van het gepakte bed 6 uit wervelbeddeel-tjes. Vlak boven de afsluitplaat 24 is een leiding 25 op de valpijp 2 aangesloten ter verbinding van de valpijp 2 met de onderkast van het warmtewisselaarreservoir. In het gepakte 5 bed 6 steekt een leiding 26 voor het daaraan toevoeren van vloeiend medium. Door de plaat 24 steekt een stang 27, die is verbonden met een {niet weergegeven) vibrator.

Binnen de valpijp 2 is een binnenpijp l aangébracht waarvan het afgesloten boveneinde 9 ter plaatse van de 10 inlooptrechter 23 is gelegen. Tussen de wanden van de valpijp 2 en de binnenpijp l wordt aldus een ringvormige ruimte of annulus 3 gevormd. De binnenpijp 1 is aan de onderzijde open ter vorming van een instroomopening 5, terwijl vlak onder de afsluitkap 9 een aantal openingen 8 in 15 de wand van de binnenpijp l zijn aangebracht ter vorming van een uitstroomopening 7.

Tijdens bedrijf gaat in het traject, dat wordt gevormd door de annulus 3, de instroomopening 5, de binnenpijp l en de uitstroomopening 7, een natuurlijke circulatiestroming 20 optreden, doordat aanvankelijk het drukverschil APa#]3 over de lengte van de valpijp 2 tussen de punten a en b bij stroming door de annulus 3 groter is dan bij stroming door de binnenpijp 1. Dit wordt veroorzaakt doordat de annulus 3 beladen is met een volumefractie aan wervelbeddeeltjes 4 van 25 bijvoorbeeld 20%, terwijl zich in de omhoog gerichte stroming in de binnenpijp l nauwelijks deeltjes 4 zullen bevinden. Op een gegeven moment wordt een constante circulatiestroming bereikt, doordat de drijvende kracht als gevolg van het gewicht van de deeltjes 4 in de annu-30 lusstroming gelijk is aan het totale weerstandsdrukverlies van de circulatie van het vloeiend medium over annulus 3 en binnenpijp 1. Bij het verlaten van de annulus 3 worden de wervelbeddeeltjes 4 met een aanzienlijke neerwaarts gerichte beginsnelheid in de richting van het gepakte bed 6 35 getransporteerd. Door deze hoge beginsnelheid wordt een gemiddeld hogere zwermsnelheid gerealiseerd direct boven het 1005514 6 gepakte bed 6 en betrokken op de binnendiameter van de valpijp 2 dan zonder toepassing van de binnenpijp l.

Het laagste deel van de binnenpijp 1, - de instroom-opening 5 - kan zich boven het gepakte bed 6 in de valpijp 2 5 bevinden en als zodanig wordt het aanstromen van de binnen-pijp l weinig belemmerd en kan in het algemeen een goede scheiding van vloeiend medium en wervelbeddeeltjes 4 worden bewerkstelligd, waardoor in het algemeen slechts weinig deeltjes 4 met de stroming in de binnenpijp l mee omhoog 10 gaan. In het hoogste deel van de binnenpijp is de uitstroom-opening 7 afgeschermd door een kap 9 om te voorkomen dat wervelbeddeeltjes 4 vanuit de afscheider 20 niet alleen in de annulus 3 vallen, maar ook in de binnenpijp l, waardoor het drukverschil APa>b ten behoeve van circulatie ongunstig 15 wordt beïnvloed. De circulatie kan worden beïnvloed door de stromingsweerstand van de binnenpijp l te wijzigen, bijvoorbeeld door een kleine inwendige diameter te kiezen, de uitstroomopeningen 8 kleiner te maken, danwel de binnenpijp l van één of meer smoorplaten 10 te voorzien. Soms is het 20 niveau van het gepakte bed door variërende bedrijfsomstandigheden onderhevig aan verandering van plaats. Bijvoorbeeld, in het geval van meer circulatie van wervel-beddeeltjes 4 door de pijpen van de warmtewisselaar ter verhoging van de reinigende werking zal het niveau van het 25 gepakte bed 6 dalen. Het omgekeerde kan uiteraard ook het geval zijn. Dit betekent dat de mogelijkheid aanwezig is dat de instroomopening 5 van de binnenpijp l in het gepakte bed 6 kan steken, waardoor een goede circulatie van het vloeiend medium niet meer mogelijk is.

30 Fig. 2 geeft een oplossing voor dit probleem. De wand van de binnenpijp 1 is voorzien van openingen 11, 12, waardoor circulatie van vloeiend medium mogelijk blijft, ondanks het feit dat de binnenpijp 1 in het gepakte bed 6 steekt. Deze openingen kunnen de vorm hebben van gaten n 35 dan wel spleten 12. Ook is het mogelijk een opening 13 te realiseren door de binnenpijp l in twee afzonderlijke delen uit te voeren. Vanzelfsprekend is een combinatie van gaten, 1005514 7 spleten en één of meer onderbrekingen van de binnenpijp 1 ook mogelijk.

Het is aan te bevelen om de bovenzijde van de openingen 11, 12 in de binnenpijp l te voorzien van bijvoorbeeld een 5 schuine rand 14, waardoor het transport van wervelbeddeel-tjes 4 door deze openingen bemoeilijkt wordt. Ook kunnen gaten of spleten in de binnenpijp 1 zodanig worden gedeformeerd dat eenzelfde effect wordt bereikt als bij een schuine rand 14 boven de openingen, bijvoorbeeld door de bovenrand 10 van de gaten of spleten in de richting van de annulus 3 uit te buigen en/of de onderrand van deze gaten of spleten naar het hart van de binnenpijp l in te drukken.

Meerdere openingen in de wand van de binnenpijp verdeeld over de lengte daarvan bij een aanvaardbare inwen-15 dige diameter om verstopping door het gepakte bed 6 te voorkomen, verhindert het optreden van te hoge snelheden in de annulus 3 en vermindert daardoor de slijtage. Dit biedt tevens de mogelijkheid om het niveau van het gepakte bed 6 in de valpijp 2 te variëren zonder dat de natuurlijke 20 circulatie wordt belemmerd met als uiteindelijk effect een voldoende aanvoer van wervelbeddeeltjes 4 vanuit de vallende zwerm.

10055Π

Claims (5)

1. Inrichting voor het uitvoeren van een fysisch en/of chemisch proces, zoals een warmtewisselaar, omvattende een met opwaarts gerichte buizen uitgerust reservoir, welke buizen aan de boven- en onderzijde zijn opgenomen in 5 pijpplaten en die in open verbinding staan met een bovenkast en een onderkast, in welke onderkast tenminste één verdeel-plaat is aangebracht voor het ondersteunen van een uit granulair materiaal bestaand wervelbed, dat door middel van een via de onderkast toegevoerd en door de buizen stromend, 10 te behandelen c.q. te verwarmen medium in een quasi-stationaire, gefluïdiseerde toestand kan worden gehouden, welke inrichting verder is voorzien van middelen voor het vanuit de bovenkast terugvoeren van wervelbeddeeltjes in de vorm van een buiten het reservoir geplaatste valpijp, die aan de 15 bovenzijde door middel van een scheidingsinrichting is verbonden met de bovenkast en waarvan de onderzijde op in-en uitschakelbare wijze verbindbaar is met de onderkast van het reservoir, met het kenmerk, dat de valpijp (2) is uitgerust met middelen (l) voor het teweegbrengen van een natuur-20 lijke circulatiestroming in die valpijp (2).

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen voor het teweegbrengen van een natuurlijke circulatiestroming bestaan uit een aan het boveneinde (9) afgesloten binnenpijp (1) met kleinere diameter, die aan het onder- 25 einde (5) open is en die op korte afstand onder het boveneinde (9) is voorzien van uitstroomopeningen (8), die ter hoogte van het trechtervormige benedeneinde (23) van de separator (20) zijn gelegen.

3. Inrichting volgens de conclusies 1-2, met het kenmerk, 30 dat de binnenpijp (1) is voorzien van tenminste een smoor- plaat (10).

4. Inrichting volgens de conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de wand van de binnenpijp (1) tussen het open ondereinde (5) en de uitstroomopeningen (8) nabij het boveneinde (9) is 35 voorzien van extra openingen (11, 12). 1005514

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de extra openingen (11, 12) aan de bovenzijde zijn voorzien van een schuin buitenwaarts verlopende rand (14) respectievelijk aan de onderzijde zijn voorzien van een schuin binnenwaarts 5 verlopende rand. 1005514