NL7901452A

NL7901452A - Centrifugaalpomp voor koolpoeder alsmede werkwijze en inrichting voor de vergassing van koolpoeder.

Info

Publication number: NL7901452A
Application number: NL7901452A
Authority: NL
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1979-02-23
Filing date: 1979-02-23
Publication date: 1980-08-26
Also published as: DE3065339D1; ZA801001B; AU5577180A; CA1150570A; EP0015037B1; AU538472B2; JPH0116353B2; IN152641B; EP0015037A1; JPS55117093A

Description

- *ρ*

K 6988 MSP

Aanvrager: Shell Internationale Research Maatschappij B.V.,

Carel van Bylandtlaan 30, ’s-Gravenhage

Korte aanduiding: "Centrifugaalpomp voor koolpoeder alsmede •werkwijze en inrichting voor de vergassing van koolpoeder”

De uitvinding heeft betrekking op een centrifugaalpomp voor het in een onder hoge druk staande ruimte voeren van poeder, omvattend een toevoer en een rotor waarbij de toevoer leidt naar het hart van de rotor en de rotor êên of meer in hoofdzaak radiale doorgangen loodrecht 5 op de rotatieas bezit welke aansluiten op genoemde toevoer en aan hun buitenste uiteinde open zijn.

Dergelijke pompen zijn bekend uit de Amerikaanse octrooischriften Ho. 2.822.097» Ho. 3.182.825; Ho. ^.0^+9.133 en Ho. 4.120Λ10 en functioneren als slingerpomp, d.w.z. het poeder wordt door de rotor met hoge 10 snelheid in een groot vat geworpen, alwaar de snelheid van de deeltjes tot nul wordt teruggebracht. Het poeder wordt daarbij via de toevoer naar het hart van de rotor geleid en beweegt in de rotor onder invloed van de centrifugaalkracht door de radiale doorgangen van het hart van de rotor af in buitenwaartse richting en verlaat ten slotte deze door-15 gangen via het open uiteinde met een radiale en tangentiale snelheids-component.

Deze pompen worden bijvoorbeeld gebruikt om poedervormige vaste brandstof in een op hoge druk staand vat te voeren; zoals steenkool-poeder dat via een vat naar een op het vat aangesloten reactor voor 20 de partiële verbranding van steenkool wordt gevoerd. In het vat heerst een druk van gewoonlijk ten minste 10 atm. en de pomp dient om het steenkoolpoeder vanaf atmosferische druk tegen het drukverschil in in het vat te voeren. De snelheid waarmede de deeltjes de rotor verlaten is onder deze omstandigheden hoog, in de orde van grootte 7901452 *··« * 2 van 100. meter/sec. In tangentiale richting en 10 meter/sec. in radiale richting.

De in deze snelheid geïnvesteerde energie wordt tot nog toe niet verder gebruikt, hetgeen een nadeel is. Bovendien kan het onder be-5 paalde omstandigheden van nadeel zijn dat de poederdeeltjes een temperatuurstijging ondergaan, onder invloed van de wrijving door snelle afremming in de in bovengenoemde octrooischriften beschreven apparatuur.

De onderhavige uitvinding beoogt deze nadelen op te heffen en stelt daartoe voor om'de rotor te omgeven door een huis waarvan de 10 radiale afstand tot de rotor in de rotatierichting toeneemt tot een punt waar het huis tangentiaal van de rotor wegleidt. De aldus verkregen ruimte tussen de rotor en het huis zorgt voor een zo goed mogelijk impulsbehoud van het medium dat uiteindelijk de pomp verlaat, d.w.z. de poeder-deeltjes behouden zoveel mogelijk de initiële tangen-15 tiale snelheidscomponent in de genoemde ruimte en ook het door de deeltjes meegesleurde gas neemt zoveel mogelijk deze snelheid aan.

Essentieel is daarbij dat vanaf het punt waar de afstand tussen rotor en huis minimaal is - gezien in de rotatierichting - de ruimte groter wordt naarmate de rotor meer poeder in de ruimte werpt.

20 In axiale richting kan het huis ter weerszijden aan de zijkanten van de rotor grenzen en aldaar kan tussen huis en rotor enige ruimte gelaten zijn en/of een afdichting tussen huis en rotor zijn aangebracht .

Wanneer enige ruimte tussen het huis en de zijkanten van de rotor 25 is gelaten bevinden zich in het huis bij voorkeur gastoevoeren welke in de ruimten tussen het huis en de zijkanten van de rotor uitmonden.

Het voordeel hiervan is dat het in deze ruimten terechtkomende poeder wordt teruggeblazen in de ruimte van het huis radiaal buiten de rotor.

Het huis kan worden voorzien van ëén of meer tangentiaal in de 30 ruimte rondom de rotor uitmondende gastoevoeren. Het gas dat via deze gastoevoeren kan worden geïnjecteerd of aangezogen, wordt dan door de poederdeeltjes versneld. Het zal duidelijk zijn dat het inbouwen van deze gastoevoeren in de pomp de regelbaarheid van de poederstroom 7901452 • * 3 vergroot, aangezien er een vrijheidsgraad ontstaat ten aanzien van de hoeveelheid toegevoerd gas alsmede de aanvankelijke druk en snelheid van dit gas.

Centrifugaalpompen van het type volgens de uitvinding kunnen 5 -worden gebruikt voor de toevoer van poedervormige vaste brandstof aan een reactor voor de partiële verbranding bij hoge druk van dit poeder, hetzij doordat de pomp rechtstreeks op een in de reactor uitmondende brander is aangesloten of doordat de pomp het poeder doseert in een op hoge druk functionerend fluxdisatievat van waaruit het ge-10 fluïdiseerde poeder naar de brander wordt gevoerd.

Vooral bij reactoren waarin twee branders diametraal tegenover elkaar in de wand zijn aangebracht is het van belang dat beide branders steeds op identieke wijze worden gevoed. Speciaal in dit geval kan het grote voordelen hebben om, wanneer de pomp rechtstreeks op de 15 branders is aangesloten, de pomp uit te voeren met een huis dat bestaat uit twee identieke helften die elk de helft van de rotor omhullen en waarvan de radiale afstand tot de rotor op gelijke wijze toeneemt tot het punt waar de huishelft tangentiaal van de rotor wegleidt. Wanneer nu elke huishelft op een brander is aangesloten 20 bestaat er een grote mate van zekerheid dat beide branders gelijkelijk zullen worden belast.

Het zal duidelijk zijn dat het huis ook uit meer dan twee identieke delen kan zijn opgebouwd.

Een voordeel van de rechtstreekse aansluiting van de brander(s) op 25 de pomp is dat de snelheid van de poederdeeltjes niet tot nul wordt teruggebracht op hun weg van de pomp naar de reactor (zoals voor het geval van de hierboven genoemde stand van de techniek), zodat de poederdeeltjes ook niet opnieuw behoeven te worden versneld.

Ten einde een drukstijging van de door het poeder meegevoerde gas-30 sen te bewerkstelligen wordt volgens de uitvinding bij voorkeur het of elk deel van het huis dat tangentiaal van de rotor wegleidt, uitgevoerd als een diffusor.

7901452 k

Zoals "bekend neemt in een diffusor de dwarsdoorsnede in stromings-richting toe en neemt de snelheid van het door de diffusor stromende gas af en de druk toe.

De ruimte in de pomp tussen huis en rotor kan elke geschikte dwars-5 doorsnede-vorm hebben, bijvoorbeeld een rechthoekig of een meer afgerond profiel hebben. Het zal duidelijk zijn dat het deel van het huis dat tangentiaal van de rotor wegleidt een dwarsdoorsnede-vorm zal hebben welke van die van de genoemde ruimte geleidelijk zal overgaan in een cirkelvormige (indien de doorsnede van de genoemde ruimte niet ook 10 cirkel vormig is). Indien van een diffusor gebruik wordt gemaakt kan deze voor de geleidelijke overgang zorgen.

De uitvinding heeft mede betrekking op een werkwijze voor de partiële verbranding van poedervormige vaste brandstof bij verhoogde druk, waarbij het poeder hetzij rechtstreeks of via een tussenvat naar de 15 reactor voor partiële verbranding wordt gevoerd via een centrifugaal-pomp volgens de uitvinding.

Het uitsluitend recht strekt zich mede uit tot een inrichting voor de partiële verbranding van poedervormige vaste brandstof bij verhoogde druk, omvattend een reactor waarin êên of meer branders uit-20 monden, waarbij de brander(s) hetzij rechtstreeks of via een tussenvat is (zijn) aangesloten op een pomp volgens de uitvinding.

Hieronder zal de uitvinding nog nader worden toegelicht aan de hand van bijbehorende tekening, waarin:

Hg. 1 een schematische weergave is van een axiale dwarsdoor-25 snede door een centrifugaalpomp volgens de uitvinding;

Fig. 2 een doorsnede is volgens het vlak II-II van Fig. 1;

Fig. 3 een schema is van een "dubbele” pomp volgens de uitvinding; en

Fig. 4 een schema is van een pomp met gasinlaten volgens de 30 uitvinding.

De in de figuren 1 en 2 afgebeelde centrifugaalpomp omvat een plat slakvormig huis 1 op een onderstel 2 en voorzien van een diffusor-vormige afvoer 3, een centrale toevoer 4 en een centraal lagerhuis 5· 7901452 5

Binnen het huis 1 bevindt zich een platte s chijf vormmige rotor 6 waarvan de rotatieas J samenvalt met de as van de toevoer H en met de as van het lagerhuis 5.

Van het hart 8 tot de omtrek 9 van de rotor lopen drie radiale 5 doorgangen 10 welke in het hart 8 aansluiten op een axiale boring 11 welke loopt van het hart tot het linker zijvlak 12 van de rotor en aansluit op de toevoer U van het huis 1.

Aan de zijde van het rechter zyvlak 13 van de rotor bevindt zich een centrale drijfas 1U welke door het lagerhuis 5 is gestoken en van 10 een aandrijving 15 is voorzien. De zijvlakken 12 en 13 van de rotor 6 lopen vrij van de binnenwand van het huis 1, aangezien beide bij 16 en 17 zijn voorzien van een borst. De schijf 6 is ter plaatse van de borsten 16 en 17 draaibaar gelagerd in het huis 1 (op niet in de tekening weergegeven wijze) en deze lagering is afgedicht voor steen-15 koolpoeder. De spleten 18 tussen de zijvlakken 12 en 13 van de rotor en het huis zijn tegen steenkoolpoeder, dat daarin vanuit de ruimte 3 kan terechtkomen, afgedicht door via de toevoeropeningen 19 aangevoerd gas.

De toevoer H van het huis is voorzien van een trechtervormige 20 aansluiting 20 welke met behulp van een flens 21 kan worden aangesloten op een bunker met steenkoolpoeder. Ten einde een voortdurende aanvoer van steenkoolpoeder naar het hart 8 van de rotor te garanderen is in de buisvormige toevoer een transports chroef 22 met aandrijving 23 aangebracht.

25 De werking van de in de fig. 1 en 2 afgeheelde centrifugaalpomp is als volgt.

Het steenkoolpoeder wordt via de trechter 20 onder invloed van de draaiende schroef 22 door de buis k gevoerd. Met het poeder wordt tevens vanuit de op de trechter 20 aangesloten (niet afgebeelde) ruimte 30 een inert gas, zoals koud gerecirculeerd produktgas van de partiële verbranding van het steenkoolpoeder, aangevoerd.

Het steenkoolpoeder en het meegevoerde gas belanden aldus via de doorgang 11 in het hart 8 van de rotor 6. In de draaiende rotor 7901452 6 worden de steenkooldeeltj es en het meegevoerde gas onder invloed van de centrifugale kracht vanaf het hart 8 naar de open uiteinden 2k van c£.radiale doorgangen 10 gestuwd, alwaar de steenkooldeeltjes de rotor met hoge snelheid verlaten. De tangentiale snelheid van de kooldeeltjes 5 "bedraagt op het moment dat ze de rotor verlaten meer dan 20 m/sec. en is veelal van de orde van grootte van 100 m/sec.

De ruimte 25 tussen de rotor 6 en het huis 1 is zodanig gevormd dat vanaf het hoogste punt 26 in de rotatierichting 27 de radiale afstand 28 tussen de omtrek 9 van de rotor 6 en de binnenzijde van de -10 wand 29 van het huis geleidelijk toeneemt, tot het punt (in dit geval is dit hetzelfde punt 26) waar de ruimte tangentieel van de rotor wegleidt, d.w.z. in fig. 2 de lijn I-I waar de diffusor 3 begint.

De doorgangen 10 in de rotor 6 zullen elk op elk punt tijdens de omwenteling van de rotor steenkoolpoeder in de ruimte 25 werpen in 15 in hoofdzaak tangentiale richting en de initiële stroom poeder welke vanaf het punt 26 in de richting 27 van de rotor 6 meebeweegt zwelt dus geleidelijk aan. Het poeder verliest op haar weg door de ruimte 25 weinig snelheid.

Op het moment dat het poeder de diffusor 3 bereikt verlaat het 20 de ruimte 25 en zoals uit de tekening blijkt is aldaar de dwarsdoorsnede van de diffusor in hoofdzaak rechthoekig (zie fig. 1), terwijl aan het eind van de diffusor (ter hoogte van de flens 30) de dwarsdoorsnede groter en tevens cirkelvormig is. Deze overgang en de flens 30 dienen voor de aansluiting van de pomp als inrichting voor het 25 toevoeren van steenkoolpoeder. In de diffusor neemt de snelheid van de steenkooldeeltjes af en de druk van het met de deeltjes meegevoerde gas toe.

In fig. 3 is zeer schematisch een met fig. 2 vergelijkbare doorsnede afgebeeld van een dubbele pomp volgens de uitvinding.

30 De rotor 31 bestaat wederom uit een schijf welke draaibaar om een as in een huis is gelagerd. Het huis omvat, behalve wanden welke evenwijdig aan de schijf lopen, een tweetal wanden 32 en 33 welke complementair zijn en elk de rotor 31 voor 180° omhullen. Op deze 7901452 7 wijze sluiten de rotor 31 en de wand 32 een ruimte 3¼ in., welke divergeert in rotatierichting 35 en welke tij 36 overgaat in een diffusor 37 en sluiten de rotor 31 en de wand 33 een ruimte 38 in, welke divergeert in rotatierichting 35 en welke hij 39 overgaat in een diffusor 5 40. Gezien langs de omtrek van de rotor begint de ruimte 34 waar de ruimte 38 ophoudt en omgekeerd.

De rotor 31 bevat een centrale steenkoolpoedertoevoer 4l en een tweetal radiale doorgangen 42 en 43, welke laatste bij rotatie van de rotor om beurten poeder (en gas) in de ruimte 34, respectievelijk 10 38 werpen.

Eet zal duidelijk zijn dat, mits de beide huishelften identiek zijn uitgevoerd, fluctuaties in de stroom steenkoolpoeder of bijvoorbeeld bewuste variaties van het toerental van de rotor op volkomen identieke wijze merkbaar zullen zijn aan de uitgangen van de 15 diffusors 37 en 40.

In fig. 4 ten slotte is een enkele pomp af geheeld waarvan de rotor 44 vier radiale doorgangen 45 bezit en waarvan het huis 46 is voorzien van een aantal tangentiaal in de ruimte 47 tussen huis en rotor uitmondende gastoevoermondstukken 48.

20 Het via deze mondstukken 48 in de ruimte 47 gevoerde gas wordt aldaar onder invloed van de steenkoolpoeder welke door de rotor 44 in de ruimte 47 wordt geworpen, versneld. Het gas kan door de ruimte 47 worden aangezogen of met een gewenste beginsnelheid daarin worden geïnjecteerd. Door de hoeveelheid gas en/of de snelheid 25 van het gas te regelen kan invloed worden uitgeoefend op de druk en/of de snelheid van het gas/poedermengsel dat de diffusor 49 verlaat. Anderzijds kan de hoeveelheid gas en/of de snelheid van het gas worden aangepast aan de rotatiesnelheid van de rotor 44.

Het zal duidelijk zijn dat vele variaties mogelijk zijn op de 30 vorm van de rotor, de vorm en het aantal van de radiale doorgangen daarin (de rotor kan bijvoorbeeld bestaan uit twee schijven waartussen de radiale doorgang bestaat uit een totale spleet), alsmede op de vorm en dwarsdoorsnede van de ruimte tussen de rotor en het huis. Ook de voeding en aandrijving van de getekende pomp kan uiter-35 aard op andere wijze geschieden.

790 1 4 52

Claims

1. Centrifugaalpomp voor het in een onder hoge druk staande ruimte voeren van poeder, omvattend een toevoer en een rotor waarbij de toevoer leidt naar het hart van de rotor en de rotor êên of meer in hoofdzaak radiale doorgangen loodrecht op de rotatieas bezit welke 5 aansluiten op genoemde toevoer en aan hun buitenste uiteinde open zijn, met het kenmerk, dat de rotor is omgeven door een huis waarvan de radiale afstand tot de rotor in de rotatierichting toeneemt tot een punt waar het huis tangentiaal van de rotor wegleidt.

2. Pomp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het huis is voor-10 zien van êên of meer tangentiaal in de ruimte rondom de rotor uitmondende gastoevoeren.

3. Pomp volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat enige ruimte tussen het huis en de zijkanten van de rotor is gelaten, waarin gastoevoeren uitmonden. 15 b. Pomp volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het genoemde huis bestaat uit twee identieke helften die elk de helft van de rotor omhullen en waarvan de radiale afstand tot de rotor op gelijke wijze toeneemt tot het punt waar de huishelft tangentiaal van de rotor wegleidt.

5. Pomp volgens conclusie 1, 2, 3 of met het kenmerk,, dat het of elk deel van het huis dat tangentiaal van de rotor wegleidt is uitgevoerd als een diffusor.

6. Werkwijze voor de partiële verbranding van poedervormige vaste brandstof bij verhoogde druk, met het kenmerk, dat het poeder hetzij 25 rechtstreeks of via een tussenvat naar de reactor voor partiële verbranding wordt gevoerd via een centrifugaalpomp volgens êên of meer der voorgaande conclusies.

7- Inrichting voor de partiële verbranding van poedervormige vaste brandstof bij verhoogde druk, omvattend een reactor waarin êên of 30 meer branders uitmonden, met het kenmerk, dat de brander(s) hetzij rechtstreeks of via een tussenvat is (zijn) aangesloten op een pomp volgens êên of meer der conclusies 1 t/m 5* 7901452

8. Inrichting rolgens conclusie 7S waarbij twee branders diametraal tegenover elkaar zijn opgesteld, met het kenmerk, dat de branders zijn aangesloten op een pomp volgens conclusie 4. 7901452