WO2000012206A1 - Reaktorgefäss zum behandeln eines fluidisierbaren materials - Google Patents

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WO2000012206A1
WO2000012206A1 PCT/AT1999/000156 AT9900156W WO0012206A1 WO 2000012206 A1 WO2000012206 A1 WO 2000012206A1 AT 9900156 W AT9900156 W AT 9900156W WO 0012206 A1 WO0012206 A1 WO 0012206A1
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WO
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nozzle
reactor vessel
base
opening
head
Prior art date
Application number
PCT/AT1999/000156
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English (en)
French (fr)
Inventor
Konstantin Milionis
Norbert Rein
Gerald Kern
Original Assignee
Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/44—Fluidisation grids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/02—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B15/10—Arrangements of air or gas supply devices

Definitions

  • the present invention relates to a reactor vessel for treating a fluidizable material with a fluidizing medium (for example for drying or reducing ore), which can be fed via a nozzle bottom of the reactor vessel into a treatment room located above the nozzle bottom, openings being provided in the nozzle bottom in which the fluidizing medium is inserted into the treatment chamber and is connected to the nozzle bottom, as well as nozzles therefor and a method for renewing a nozzle.
  • a fluidizing medium for example for drying or reducing ore
  • a nozzle bottom of a reactor vessel which is designed as a double bottom, channels between a cooling medium for cooling the nozzle bottom are provided between the two bottom parts.
  • the nozzles that penetrate the bottom of the nozzle should not be cooled by the cooling medium.
  • the double floor is designed so that the upper part of the floor directly around the nozzles has no channels for the cooling medium, but has upwardly open recesses reaching to the lower part of the bottom, the nozzles being thermally heated with the aid of the fluidizable material located in the recesses be isolated from the channels of the cooling medium.
  • the nozzles are connected to the lower jacket.
  • a nozzle bottom of a reactor vessel which is constructed from a layer of refractory material and a metal plate attached underneath and connected to the refractory material.
  • the nozzles are designed as metal pipes that penetrate the refractory material and are connected to the metal plate.
  • a disadvantage of the known arrangements is that a nozzle, for example in the event of its blockage, cannot be easily separated from the nozzle base and replaced by a new nozzle.
  • the nozzles are fastened in hard-to-reach places on the nozzle base and can only be separated from the nozzle base with great effort.
  • new nozzles can only be inserted into the nozzle base and connected to the nozzle base with great effort.
  • EP-A-0 036 564 describes a nozzle bottom of a reactor vessel, in which a space is provided below the nozzle bottom for a cooling medium that flushes the bottom from below.
  • the nozzle base and the space for the cooling medium are penetrated by nozzles, which are thermally insulated from the cooling medium by a heat-insulated pipe.
  • the nozzles are from below on the lower boundary wall of the room for the Cooling medium, i.e. not on the nozzle base itself, fastened by means of a screw connection.
  • the disadvantage of this known arrangement is that the nozzles have to be inserted into the bottom of the nozzle and fastened from below, the nozzles having to be of great length since they cover the entire thickness of the bottom of the nozzle, the space for the cooling medium and the boundary wall of this space have to enforce. This is particularly disadvantageous when expensive materials are used for the nozzles. Furthermore, the nozzles in this known arrangement can have only a small nozzle head, which can be just as large as the opening in the nozzle bottom.
  • the present invention has for its object to overcome this disadvantage of the known arrangements and to provide a nozzle bottom of a reactor vessel in which a nozzle can be removed easily and with little effort and replaced by new nozzles and in terms of the design of the nozzles greatest possible freedom is given.
  • the nozzles have a centering extension which extends into the opening and has a slight lateral play with respect to the wall of the opening, and a nozzle head which projects upwards from the nozzle bottom and projects laterally beyond the openings and which with the nozzle bottom is connected by means of a connecting means which can be attached and detached from above the nozzle base. Little lateral play is understood to mean a play of approximately 1 mm.
  • the connection between the nozzle head and the nozzle base is easily accessible from above.
  • the nozzle head can be easily separated from the nozzle base, for example by cutting off with a cutting disc.
  • the nozzle head is also separated from the centering extension, which extends into the opening.
  • the centering extension can be pushed out through the opening and a new nozzle can be inserted into the opening.
  • the nozzle is easy to insert in the correct position due to the centering extension, so that a secure fit of the nozzle is ensured during the subsequent connection process.
  • the connection of the nozzle head to the nozzle base can be carried out in a simple and very quick manner.
  • the connecting means is expediently a weld seam, which is preferably designed as a fillet weld. Fastening a new nozzle requires only a single operation, which can be carried out very quickly. In addition, when the weld seam is cut or the nozzle head is cut off, no remains of the connecting means remain which would have to be removed before a new nozzle is attached.
  • the nozzle base is designed as a metal base and the nozzle heads are welded directly to the metal base.
  • the top of the nozzle is provided with refractory material and the openings are delimited at least in the upper region by metal sleeves rigidly arranged in the bottom of the nozzle, to which the nozzle heads are welded.
  • the metal sleeves are advantageously walled or cast into the refractory material, for example refractory concrete.
  • the centering extension is preferably designed as an inflow tube attached to the nozzle head, which is radially set back relative to the nozzle head to form a support shoulder of the nozzle head, i.e. has a smaller outer diameter than the nozzle head.
  • the inflow tube advantageously has a length corresponding approximately to the thickness of the nozzle base. The nozzle occupies a particularly stable position in the opening.
  • the difference between the outer diameter of the nozzle head and the outer diameter of the centering extension is expediently greater than the maximum play between the centering extension and the opening in the nozzle base. During the welding process, there is no need to worry that there is a gap between the nozzle head and the opening that should be welded.
  • the nozzle has at least one sideways discharge opening, the nozzle being closed at the top.
  • the nozzle has at least one outflow opening directed obliquely downwards. Nozzles with side or downward discharge openings are known per se.
  • the present invention also relates to a nozzle for introducing a fluidizing medium into a treatment space of a reactor vessel, which is characterized in that it has a nozzle head and a centering extension attached to the nozzle head for centering the nozzle in an opening in a nozzle bottom of the reactor vessel.
  • the centering extension is advantageously designed as an inflow tube forming an inflow channel for a fluidizing medium, the inflow tube having a smaller outer diameter than the nozzle head.
  • a preferred embodiment of the nozzle is characterized in that it has at least one outflow opening directed sideways.
  • Another preferred embodiment of the nozzle is characterized in that it has at least one outflow opening directed obliquely downwards.
  • the invention further relates to a method for renewing a nozzle of a reactor vessel, which is characterized in that the nozzle head is separated from the nozzle base and from the centering extension, that the centering extension is subsequently ejected through the opening of the nozzle base, whereupon a new nozzle is inserted into the opening and the nozzle head is connected to the nozzle base by a weld.
  • FIG. 1 shows a reactor in a schematic partial longitudinal section
  • FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1.
  • 3, 4 and 5 each illustrate a detail A of FIG. 1 on an enlarged scale in different embodiments.
  • FIG. 6 is a sectional view along the line VI-VI of FIG. 5.
  • a nozzle base 2 is inserted in the lower part 1, which is shown only schematically in FIGS. 1 and 2.
  • the reactor vessel has a metallic outer jacket 3, which is lined with refractory bricks 4 on the inside and is approximately circular-cylindrical in cross section.
  • an inflow opening 6 In the bottom 5 of the reactor vessel there is an inflow opening 6 for a medium fluidizing the material to be treated in the reactor vessel.
  • the nozzle base 2 is supported by three bridge-like retaining walls 7 on the base 5 of the reactor vessel.
  • the retaining walls 7, which are also formed by refractory bricks, have arcuate through openings 8 towards the bottom, so that the nozzle base 2 is uniformly acted upon by the fluidizing medium over its entire cross section.
  • Openings 9 are provided in the nozzle base 2 itself, in which nozzles 10 are inserted, through which the fluidizing medium flows into the reactor space 11 located above the nozzle base 2.
  • supply and discharge lines for the fluidizable material to be treated and also a gas discharge line for the fluidizing medium are not shown in more detail in the reactor vessel shown in FIGS. 1 and 2.
  • the nozzles 10 are only indicated schematically in FIGS. 1 and 2.
  • a number of different embodiments of the nozzles 10, 10 ', 10 "for different nozzle bases 2 are illustrated in more detail in FIGS. 3 to 6.
  • FIG. 3 shows in the left part a nozzle base 2 which, at least on its upper side, consists of refractory material that forms a wear layer 12 13.
  • This refractory material 13 can, provided the construction is not self-supporting, be bricked up on a metal plate (steel plate) as a support layer, which extends over the entire cross section of the reactor vessel, but mostly the nozzle bottom 2 is - as illustrated in FIG - Formed by a lower base layer 14 made of refractory concrete and a barrier plate 15 with a wear layer 12 built thereon is provided above it.
  • a metal plate steel plate
  • a metal sleeve 16 is cast or walled into the refractory material 13, which has a tubular part 16 'and a projection 16 "which projects vertically and radially beyond the top of the nozzle base 2 and which has the correct position secures the metal sleeve 16.
  • the metal sleeve 16 thus forms the opening 9, into which the nozzle 10 is inserted, as shown on the left-hand side of Figure 3. It is rigidly anchored in the nozzle base 2 and is preferably made of heat-resistant steel.
  • the nozzle 10 which is preferably also made of heat-resistant steel, has a nozzle head 17 and an inflow tube 18 formed as a centering extension and attached to the nozzle head 17.
  • the outside diameter Di of the inflow pipe is dimensioned smaller than the outside diameter D 2 of the nozzle head 17, ie the inflow pipe 18 is radially set back relative to the nozzle head 17 with the formation of a support shoulder 19. With the support shoulder 19, the nozzle head 17 rests on the metal sleeve 16, as a result of which the nozzle 10 is axially fixed when inserted into the opening 9.
  • the inflow pipe 18 faces the opening 9, i.e. the inner wall, a game 20, so that the nozzle 10 can be easily inserted into the opening 9.
  • the game 20 is dimensioned such that on the one hand easy insertion is ensured, but on the other hand no free gap between the opening 9, i.e. the metal sleeve 16, and the outer circumference of the nozzle head 17 can arise, etc. even with the maximum eccentric position of the inflow tube 18 in the opening 9.
  • the nozzle head 17 is connected to the metal sleeve 16 by means of a weld seam 21 designed as a fillet weld.
  • the nozzle base 2 is designed as a metal base 22.
  • the metal sleeves 16 can be dispensed with; the nozzle 10 is inserted directly into the opening 9 and the nozzle head 17 is welded directly to the metal base 22.
  • a game 20 is provided between the opening 9 and the inflow pipe 18.
  • the weld seam 21 is separated between the nozzle head 17 and the metal sleeve 16 or the metal base 22, for example by means of a cutting disc.
  • the connection between the nozzle head 17 and the inflow pipe 18 is also separated, the inflow pipe 18 falling down through the opening 9.
  • the inflow pipe 18 must be ejected through the opening 9 from the nozzle base 1, which is easily achievable due to the play 20 between the inner diameter D 3 of the metal sleeve 16 or the opening 9 in the metal base 22 and the outer diameter Di of the inflow tube 18, even if here Material fixing should have taken place.
  • the inflow pipe 18 serves as a centering extension and allows the nozzle 10 to be inserted quickly and securely into the opening 9, the centering being retained even during the subsequent welding process.
  • a sufficiently long length of the inflow tube 18 in relation to its outer diameter Di ensures that the nozzle 10 is in a perfect position during welding.
  • the outer diameter D 2 of the nozzle head 17 and the outer diameter Di of the inflow tube 18 are selected such that the diameter difference D 2 - Di is greater than the maximum play 20 occurring between the inflow tube 18 and the metal sleeve 16 or the opening 9 of the metal base 22.
  • the nozzle 10 cannot slide so far sideways during welding that a gap can be formed between the nozzle head 17 and the metal sleeve 16 or the metal base 22.
  • the new nozzle head 17 is connected to the metal sleeve 16 or to the metal base 22 by means of a weld seam 21.
  • the weld seam 21 is carried out in such a way that the inflow tube 18 is not welded to the metal sleeve 16 or to the metal base 22. This would make removal of the nozzle 10 considerably more difficult.
  • the nozzle exchange is simple, especially since the nozzle base 2 is very easily accessible from above and manipulations are only required from above. Only the centering extensions 18 are removed from below, but this can easily be carried out through the inflow opening 6.
  • the nozzle head 17 shown in FIG. 3 has outflow openings 23 directed obliquely downward for outflow of the fluidizing medium.
  • 4 and 5 show further nozzles 10 ', 10 ", wherein according to FIG. 4 a metal sleeve 16 with a welded-on collar 24 is in turn walled into the refractory material 13. On the collar 24 there is a nozzle 10' which is connected to the Inflow pipe 18 is integrally formed, welded.
  • the nozzle head 17 is formed in two parts, a first part 17 'being connected to the inflow pipe 18 and a second part 17", which covers the inflow pipe 18, only welded to the metal base 22 and forms with it approximately horizontally directed outflow openings 23 '.
  • the nozzle base can be provided with internal cooling.
  • a soldering or gluing point can also be provided as the connecting means; this depends on the reactor operating conditions.
  • the person skilled in the art has complete freedom, i.e. it can fully meet the desired requirements.

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Abstract

Ein Reaktorgefäß zum Behandeln eines fluidisierbaren Materials mit einem fluidisierenden Medium, das über einen Düsenboden (2) des Reaktorgefäßes in einen über dem Düsenboden (2) befindlichen Behandlungsraum (11) zuführbar ist, hat im Düsenboden (2) Öffnungen (9) vorgesehen, in denen das fluidisierende Medium in den Behandlungsraum (11) zu leitende Düsen (10) eingesetzt sind, die mit dem Düsenboden (2) fest verbunden sind. Zum einfachen Ein- und Ausbau einer Düse (10) weist die Düse (10) einen sich in die Öffnung (9) erstreckenden Zentrierfortsatz (18), der gegenüber der Öffnung (9) ein geringes seitliches Spiel (20) aufweist, und weiters einen vom Düsenboden (2) nach oben ragenden Düsenkopf (17) auf, der mit dem Düsenboden (2) mittels eines von oberhalb des Düsenbodens (2) anbringbaren und lösbaren Verbindungsmittels (21) verbunden ist.

Description

Reaktorgefäß zum Behandeln eines fluidisierbaren Materials
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reaktorgefäß zum Behandeln eines fluidisierbaren Materials mit einem fluidisierenden Medium (z.B. zum Trocknen oder Reduzieren von Erz), das über einen Düsenboden des Reaktorgefäßes in einen über dem Düsenboden befindlichen Behandlungsraum zuführbar ist, wobei im Düsenboden Öffnungen vorgesehen sind, in denen das fluidisierende Medium in den Behandlungsraum zuleitende Düsen eingesetzt sind, die mit dem Düsenboden fest verbunden sind, sowie Düsen hierzu und ein Verfahren zum Erneuern einer Düse.
Aus der GB-A-2 073 041 ist ein Düsenboden eines Reaktorgefäßes bekannt, der als Doppelboden ausgeführt ist, wobei zwischen den beiden Bodenteilen Kanäle für ein Kühlmedium zum Kühlen des Düsenbodens vorgesehen sind. Die Düsen, die den Düsenboden durchsetzen, sollen durch das Kühlmedium nicht gekühlt werden. Zu diesem Zweck ist der Doppelboden so gestaltet, daß der obere Bodenteil unmittelbar um die Düsen herum keine Kanäle für das Kühlmedium, sondern nach oben offene, bis zum unteren Bodenteil reichende Aussparungen aufweist, wobei die Düsen mit Hilfe des in den Aussparungen befindlichen fluidisierbaren Materials thermisch gegen die Kanäle des Kühlmediums isoliert werden. Die Düsen sind mit dem unteren Mantel verbunden.
Aus der EP-B-0 462 515 ist ein Düsenboden eines Reaktorgefäßes bekannt, der aus einer Schicht Feuerfestmaterial und einer darunter angebrachten und mit dem Feuerfestmaterial verbundenen Metallplatte aufgebaut ist. Die Düsen sind als Metallrohre ausgeführt, die das Feuerfestmaterial durchsetzen und mit der Metallplatte verbunden sind.
Nachteilig bei den bekannten Anordnungen ist, daß eine Düse, beispielsweise im Fall ihres Verstopfens, nicht in einfacher Weise vom Düsenboden getrennt und durch eine neue Düse ersetzt werden kann. Insbesondere sind bei den bekannten Anordnungen die Düsen an schwer zugänglichen Stellen des Düsenbodens befestigt und können nur mit großem Arbeitsaufwand vom Düsenboden getrennt werden. Ebenso können neue Düsen nur mit großem Arbeitsaufwand in den Düsenboden eingesetzt und mit dem Düsenboden verbunden werden.
In der EP-A-0 036 564 ist ein Düsenboden eines Reaktorgefäßes beschrieben, bei dem unterhalb des Düsenbodens ein Raum für ein den Boden von unten umspülendes Kühlmedium vorgesehen ist. Der Düsenboden und der Raum für das Kühlmedium werden von Düsen durchsetzt, die gegen das Kühlmedium jeweils mit einem wärmeisolierten Rohr thermisch isoliert sind. Die Düsen sind von unten an der unteren Begrenzungswand des Raumes für das Kühlmedium, also nicht am Düsenboden selbst, mittels einer Schraubverbindung befestigt. Nachteilig ist bei dieser bekannten Anordnung, daß die Düsen in den Düsenboden von unten eingesetzt und von unten befestigt werden müssen, wobei die Düsen eine große Länge aufweisen müssen, da sie die gesamte Dicke des Düsenbodens, den Raum für das Kühlmedium und die Begrenzungswand dieses Raumes durchsetzen müssen. Dies ist insbesondere nachteilig, wenn teure Materialien für die Düsen verwendet werden. Weiters können die Düsen bei dieser bekannten Anordnung nur einen kleinen Düsenkopf aufweisen, der gerade so groß sein kann wie die Öffnung im Düsenboden.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, diesen Nachteil der bekannten Anordnungen zu beseitigen und einen Düsenboden eines Reaktorgefäßes zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Düse leicht und mit geringem Arbeitsaufwand entfernt und durch neue Düsen ersetzt werden kann und bei dem hinsichtlich der Gestaltung der Düsen größtmögliche Freiheit gegeben ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Düsen einen sich in die Öffnung erstreckenden Zentrierfortsatz, der gegenüber der Wandung der Öffnung ein geringes seitliches Spiel aufweist, und einen vom Düsenboden nach oben ragenden Düsenkopf aufweisen, der die Öffnungen seitlich überragt und der mit dem Düsenboden mittels eines von oberhalb des Düsenbodens anbringbaren und lösbaren Verbindungsmittels verbunden ist. Unter geringem seitlichen Spiel wird hierbei ein Spiel von etwa 1 mm verstanden.
Ist ein Austausch der Düse erforderlich, so ist die Verbindungsstelle des Düsenkopfs mit dem Düsenboden leicht von oben zugänglich. Der Düsenkopf ist leicht vom Düsenboden trennbar, beispielsweise durch Abschneiden mittels einer Trennscheibe. Hierbei wird der Düsenkopf auch vom Zentrierfortsatz, der sich in die Öffnung erstreckt, getrennt. Der Zentrierfortsatz kann durch die Öffnung nach unten ausgestoßen werden und eine neue Düse in die Öffnung eingesetzt werden. Die Düse ist durch den Zentrierfortsatz leicht in korrekter Lage einzusetzen, so daß beim anschließenden Verbindungsvorgang ein sicherer Sitz der Düse gewährleistet ist. Hierdurch ist das Verbinden des Düsenkopfes mit dem Düsenboden in einfacher Weise und sehr schnell durchführbar.
Zweckmäßigerweise ist das Verbindungsmittel eine Schweißnaht, welche vorzugsweise als Kehlnaht ausgebildet ist. Das Befestigen einer neuen Düse erfordert hierbei nur einen einzigen Arbeitsgang, der sehr schnell durchgeführt werden kann. Darüber hinaus verbleiben beim Trennen der Schweißnaht bzw. Abschneiden des Düsenkopfs keine Überreste des Verbindungsmittels, die vor dem Befestigen einer neuen Düse entfernt werden müßten. Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Reaktorgefäßes ist der Düsenboden als Metallboden ausgebildet und sind die Düsenköpfe direkt an den Metallboden angeschweißt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Düsenboden an seiner Oberseite mit Feuerfestmaterial versehen und sind die Öffnungen zumindest im oberen Bereich von im Düsenboden starr angeordneten Metallhülsen begrenzt, an die die Düsenköpfe angeschweißt sind. Die Metallhülsen sind hierbei vorteilhaft in das Feuerfestmaterial, beispielsweise Feuerfestbeton, eingemauert oder eingegossen.
Vorzugsweise ist der Zentrierfortsatz als am Düsenkopf angesetztes Anströmrohr ausgebildet, das gegenüber dem Düsenkopf unter Bildung einer Auflageschulter des Düsenkopfes radial zurückversetzt ist, d.h. einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Düsenkopf. Vorteilhaft weist das Anströmrohr eine etwa der Dicke des Düsenbodens entsprechende Länge auf. Hierbei nimmt die Düse in der Öffnung eine besonders stabile Lage ein.
Zweckmäßigerweise ist die Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Düsenkopfes und dem Außendurchmesser des Zentrierfortsatzes größer als das maximale Spiel zwischen dem Zentrierfortsatz und der Öffnung im Düsenboden. Beim Anschweißvorgang ist hierbei keine Sorge zu tragen, daß zwischen dem Düsenkopf und der Öffnung ein Spalt auftritt, der verschweißt werden müßte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Düse mindestens eine seitwärts gerichtete Abströmöffhung auf, wobei die Düse nach oben hin verschlossen ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform weist die Düse mindestens eine schräg nach unten gerichtete Abströmöffhung auf. Düsen mit seitwärts oder nach unten gerichteten Abströmöffhungen sind an sich bekannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Düse zum Einleiten eines fluidisierenden Mediums in einen Behandlungsraum eines Reaktorbehälters, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen Düsenkopf und einen am Düsenkopf angesetzten Zentrierfortsatz zum Zentrieren der Düse in einer Öffnung in einem Düsenboden des Reaktorbehälters aufweist.
Vorteilhaft ist der Zentrierfortsatz als ein einen Anströmkanal für ein fluidisierendes Medium bildendes Anströmrohr ausgebildet, wobei das Anströmrohr einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Düsenkopf. Eine bevorzugte Ausführungsform der Düse ist dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine seitwärts gerichtete Abströmöffhung aufweist. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Düse ist dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine schräg nach unten gerichtete Abströmöffhung aufweist.
Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Erneuem einer Düse eines Reaktorgefäßes, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Düsenkopf vom Düsenboden und vom Zentrierfortsatz getrennt wird, daß anschließend der Zentrierfortsatz durch die Öffnung des Düsenbodens ausgestoßen wird, worauf eine neue Düse in die Öffnung eingesetzt wird und der Düsenkopf mit dem Düsenboden durch eine Schweißnaht verbunden wird.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung an mehreren bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert, wobei Fig. 1 einen Reaktor in schematischer Teil- Längsschnittdarstellung und die Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie Ü-II der Fig. 1 darstellen. Die Fig. 3, 4 und 5 veranschaulichen jeweils ein Detail A der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab in jeweils unterschiedlicher Ausführungsform. Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung gemäß der Linie VI- VI der Fig. 5.
In einem Reaktorgefäß zum Behandeln eines fluidisierbaren Materials ist im unteren Teil 1 ein Düsenboden 2 eingesetzt, der in den Fig. 1 und 2 lediglich schematisch dargestellt ist. Das Reaktorgefäß weist einen metallischen Außenmantel 3 auf, der innen mit feuerfesten Steinen 4 ausgekleidet ist und ist im Querschnitt etwa kreiszylindrisch gestaltet. Im Boden 5 des Reaktorgefäßes befindet sich eine Einströmöffhung 6 für ein das im Reaktorgefäß zu behandelnde Material fluidisierendes Medium.
Der Düsenboden 2 ist über drei brückenartige Stützmauern 7 am Boden 5 des Reaktorgefäßes abgestützt. Um eine gleichmäßige Gasverteilung zu erzielen, weisen die Stützmauern 7, die ebenfalls von feuerfesten Mauersteinen gebildet sind, gegen den Boden hin bogenförmige Durchgangsöffnungen 8 auf, so daß der Düsenboden 2 über seinen gesamten Querschnitt gleichmäßig mit dem fluidisierenden Medium beaufschlagt wird.
Im Düsenboden 2 selbst sind Öffnungen 9 vorgesehen, in denen Düsen 10 eingesetzt sind, über die das fluidisierende Medium in den oberhalb des Düsenbodens 2 befindlichen Reaktorraum 11 strömt. Der Einfachheit halber sind bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Reaktorgefäß Zu- und Ableitungen für das zu behandelnde fluidisierbare Material sowie auch eine Gasabzugsieitung für das fluidisierende Medium nicht näher dargestellt. Weiters sind die Düsen 10 in den Fig. 1 und 2 nur schematisch angedeutet. Einige unterschiedliche Ausführungsformen der Düsen 10, 10', 10" für unterschiedliche Düsenböden 2 sind in den Fig. 3 bis 6 näher veranschaulicht. So zeigt Fig. 3 im linken Teil einen Düsenboden 2, der zumindest an seiner Oberseite aus eine Verschleißschicht 12 bildendem Feuerfestmaterial 13 besteht. Dieses Feuerfestmaterial 13 kann, sofeme die Konstruktion nicht selbsttragend ist, auf einer Metallplatte (Stahlplatte) als Tragschicht, die sich über den gesamten Querschnitt des Reaktorgefäßes erstreckt, aufgemauert sein. Meist ist der Düsenboden 2 jedoch - wie in Fig. 1 veranschaulicht - von einer unteren Tragschicht 14 aus Feuerfestbeton gebildet und darüber ein Sperrblech 15 mit einer darauf aufgebauten Verschleißschicht 12 vorgesehen.
Gemäß der im linken Teil der Fig. 3 dargestellten Variante ist in das Feuerfestmaterial 13 eine Metallhülse 16 eingegossen oder eingemauert, die einen rohrartigen Teil 16' und eine über die Oberseite des Düsenbodens 2 vertikal und radial hinausragende Auskragung 16" aufweist, die die richtige Position der Metallhülse 16 sichert. Die Metallhülse 16 bildet somit gemäß der Darstellung auf der linken Seite der Figur 3 die Öffnung 9, in die die Düse 10 eingesetzt ist. Sie ist starr im Düsenboden 2 verankert und vorzugsweise aus hitzebeständigem Stahl gefertigt.
Die Düse 10, die vorzugsweise ebenfalls aus hitzebeständigem Stahl gefertigt ist, weist einen Düsenkopf 17 und ein als Zentrierfortsatz ausgebildetes, am Düsenkopf 17 angesetztes Anströmrohr 18 auf. Der Außendurchmesser Di des Anströmrohres ist geringer bemessen als der Außendurchmesser D2 des Düsenkopfes 17, d.h. das Anströmrohr 18 ist gegenüber dem Düsenkopf 17 unter Ausbildung einer Auflageschulter 19 radial zurückversetzt. Mit der Auflageschulter 19 liegt der Düsenkopf 17 auf der Metallhülse 16 auf, wodurch die Düse 10 beim Einsetzen in die Öffnung 9 axial festgelegt ist.
Das Anströmrohr 18 weist gegenüber der Öffnung 9, d.h. deren Innenwand, ein Spiel 20 auf, so daß die Düse 10 in die Öffnung 9 leicht eingesetzt werden kann. Das Spiel 20 ist derart bemessen, daß einerseits ein leichtes Einsetzen gewährleistet ist, anderseits jedoch kein freier Spalt zwischen der Öffnung 9, d.h. der Metallhülse 16, und dem Außenumfang des Düsenkopfes 17 entstehen kann, u.zw. selbst bei maximaler exzentrischer Lage des Anströmrohres 18 in der Öffnung 9.
Der Düsenkopf 17 ist mit der Metallhülse 16 mittels einer als Kehlnaht ausgeführten Schweißnaht 21 verbunden. Gemäß der im rechten Teil der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist der Düsenboden 2 als Metallboden 22 ausgebildet. In diesem Fall kann auf die Metallhülsen 16 verzichtet werden; die Düse 10 ist direkt in die Öffnung 9 eingesetzt und der Düsenkopf 17 direkt mit dem Metallboden 22 verschweißt. Auch hier ist ein Spiel 20 zwischen der Öffnung 9 und dem Anströmrohr 18 vorgesehen.
Die Vorgangsweise zum Erneuern einer Düse 10 im Düsenboden 2, beispielsweise im Fall des Verstop fens oder Durchbrennens der Düse 10, ist folgende:
Zunächst wird die Schweißnaht 21 zwischen dem Düsenkopf 17 und der Metallhülse 16 bzw. dem Metallboden 22 getrennt, beispielsweise mittels einer Trennscheibe. Hierbei wird auch die Verbindung zwischen dem Düsenkopf 17 und dem Anströmrohr 18 getrennt, wobei das Anströmrohr 18 durch die Öffnung 9 nach unten fällt. Gegebenenfalls muß das Anströmrohr 18 durch die Öffnung 9 aus dem Düsenboden 1 ausgestoßen werden, was infolge des Spieles 20 zwischen Innendurchmesser D3 der Metallhülse 16 bzw. der Öffnung 9 im Metallboden 22 und dem Außendurchmesser Di des Anströmrohres 18 leicht bewerkstelligbar ist, auch wenn hier Materialfestsetzungen stattgefunden haben sollten.
Nach Entfernen des abgetrennten Düsenkopfs 17 und des abgetrennten Anströmrohrs 18 wird eine neue Düse 10 in die Öffnung 9 eingesetzt. Das Anströmrohr 18 dient hierbei als Zentrierfortsatz und erlaubt ein rasches und sicheres Einsetzen der Düse 10 in der Öffnung 9, wobei die Zentrierung auch während des nachfolgenden Anschweißvorganges erhalten bleibt. Durch eine genügend große Länge des Anströmrohres 18 im Verhältnis zu seinem Außendurchmesser Di ist eine einwandfreie Lage der Düse 10 beim Anschweißen gesichert.
Der Außendurchmesser D2 des Düsenkopfes 17 und der Außendurchmesser Di des Anströmrohres 18 sind so gewählt, daß der Durchmesserunterschied D2 - Di größer ist als das maximal auftretende Spiel 20 zwischen dem Anströmrohr 18 und der Metallhülse 16 bzw. der Öffnung 9 des Metallbodens 22. Dadurch kann die Düse 10 beim Anschweißen nicht so weit seitwärts verrutschen, daß zwischen dem Düsenkopf 17 und der Metallhülse 16 bzw. dem Metallboden 22 ein Spalt gebildet werden kann.
Der neue Düsenkopf 17 wird mittels einer Schweißnaht 21 mit der Metallhülse 16 bzw. mit dem Metallboden 22 verbunden. Die Schweißnaht 21 wird so ausgeführt, daß das Anströmrohr 18 nicht an der Metallhülse 16 bzw. an dem Metallboden 22 mitangeschweißt wird. Dies würde das Entfernen der Düse 10 erheblich erschweren. Der Düsenaustausch gestaltet sich einfach, zumal der Düsenboden 2 von oben her sehr gut zugänglich ist und Manipulationen ausschließlich von oben erforderlich sind. Nur das Entfernen der Zentrierfortsätze 18 geschieht von unten, was aber ohne weiteres durch die Einströmöffhung 6 durchführbar ist.
Der in Figur 3 dargestellte Düsenkopf 17 weist schräg nach unten gerichtete Abströmöffhungen 23 zum Abströmen des fluidisierenden Mediums auf. In den Figuren 4 und 5 sind weitere Düsen 10', 10" gezeigt, wobei gemäß Fig. 4 wiederum eine Metallhülse 16 mit einem angeschweißten Kragen 24 in das Feuerfestmaterial 13 eingemauert ist. An den Kragen 24 ist eine Düse 10', die mit dem Anströmrohr 18 integral ausgebildet ist, angeschweißt.
Gemäß der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Düse 10" ist der Düsenkopf 17 zweiteilig ausgebildet, wobei ein erster Teil 17' mit dem Anströmrohr 18 verbunden ist und ein zweiter Teil 17", der das Anströmrohr 18 überdeckt, nur am Metallboden 22 angeschweißt ist und mit diesem etwa horizontal gerichtete Abströmöffhungen 23' bildet.
Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann der Düsenboden mit einer Innenkühlung versehen sein. Anstelle der Schweißnaht 21 kann als Verbindungsmittel auch eine Löt- oder Klebestelle vorgesehen sein; dies hängt von den Reaktor-Betriebsbedingungen ab. Hinsichtlich der Gestaltung der Düsenköpfe 17 hat der Fachmann völlige Freiheit, d.h. er kann den gewünschten Anforderungen voll gerecht werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Reaktorgefäß zum Behandeln eines fluidisierbaren Materials mit einem fluidisierenden Medium, das über einen Düsenboden (2) des Reaktorgefäßes in einen über dem Düsenboden (2) befindlichen Behandlungsraum (11) zuführbar ist, wobei im Düsenboden (2) Öffnungen (9) vorgesehen sind, in denen das fluidisierende Medium in den Behandlungsraum zuleitende Düsen (10, 10', 10") eingesetzt sind, die mit dem Düsenboden (2) fest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (10, 10', 10") einen sich in die Öffnung (9) erstreckenden Zentrierfortsatz (18), der gegenüber der Wandung der Öffnung (9) ein geringes seitliches Spiel (20) aufweist, und einen vom Düsenboden (2) nach oben ragenden Düsenkopf (17) aufweisen, der die Öffnungen (9) seitlich überragt und der mit dem Düsenboden (2) mittels eines von oberhalb des Düsenbodens (2) anbringbaren und lösbaren Verbindungsmittels (21) verbunden ist.
2. Reaktorgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel eine Schweißnaht (21) ist.
3. Reaktorgefäß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht als Kehlnaht (21) ausgebildet ist.
4. Reaktorgefäß nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenboden (2) als Metallboden (22) ausgebildet ist und die Düsenköpfe (17) direkt an den Metallboden (22) angeschweißt sind.
5. Reaktorgefäß nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenboden (2) an seiner Oberseite mit Feuerfestmaterial (13) versehen ist und die Öffnungen (9) zumindest im oberen Bereich von im Düsenboden (2) starr angeordneten Metallhülsen (16) begrenzt sind, an die die Düsenköpfe (17) angeschweißt sind.
6. Reaktorgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierfortsatz (18) als am Düsenkopf (17) angesetztes Anströmrohr ausgebildet ist, das gegenüber dem Düsenkopf (17) unter Bildung einer Auflageschulter (19) des Düsenkopfes (17) radial zurückversetzt ist, d.h. einen geringeren Außendurchmesser (D aufweist als der Düsenkopf (17).
7. Reaktorgefäß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anströmrohr (18) mindestens eine etwa der Dicke des Düsenbodens (2) entsprechende Länge aufweist.
8. Reaktorgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Außendurchmesser (D2) des Düsenkopfes (17) und dem Außendurchmesser (Di) des Zentrierfortsatzes (18) größer ist als das maximale Spiel (20) zwischen dem Zentrierfortsatz (18) und der Öffnung (9) im Düsenboden (2).
9. Reaktorgefaß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (10, 10") mindestens eine seitwärts gerichtete Abströmöffhung (23, 23') aufweist (Fig. 3, 5, 6).
10. Reaktorgefaß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (10) mindestens eine schräg nach unten gerichtete Abströmöffhung (23) aufweist (Fig. 3).
11. Düse (10, 10', 10") zum Einleiten eines fluidisierenden Mediums in einen Behandlungsraum (11) eines Reaktorgefaßes, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (10, 10', 10") einen Düsenkopf (17) und einen am Düsenkopf (17) angesetzten Zentrierfortsatz (18) zum Zentrieren der Düse (10, 10', 10") in einer Öffnung (9) in einem Düsenboden (2) des Reaktorgefäßes aufweist.
12. Düse (10, 10', 10") nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierfortsatz (18) als ein einen Anströmkanal für ein fluidisierendes Medium bildendes Anströmrohr (18) ausgebildet ist, wobei das Anströmrohr (18) einen geringeren Außendurchmesser (DO aufweist als der Düsenkopf (17).
13. Düse (10, 10") nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine seitwärts gerichtete Abströmöffhung (23) aufweist (Fig. 3, 5, 6).
14. Düse nach Anspruch 11 oder 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine schräg nach unten gerichtete Abströmöffhung (23) aufweist (Fig. 3).
15. Verfahren zum Erneuern einer Düse (10, 10', 10") eines Reaktorgefäßes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf (17) vom Düsenboden (2) und vom Zentrierfortsatz (18) getrennt wird, daß anschließend der Zentrierfortsatz (18) durch die Öffnung (9) des Düsenbodens (2) ausgestoßen wird, worauf eine neue Düse (10, 10', 10") in die Öffnung (9) eingesetzt wird, und der Düsenkopf (17) mit dem Düsenboden (2) durch eine Schweißnaht verbunden wird.
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