WO2009141063A1

WO2009141063A1 - Vorrichtung zum austragen eines feststoffes aus einem behälter

Info

Publication number: WO2009141063A1
Application number: PCT/EP2009/003282
Authority: WO
Inventors: Stefan Hamel; Eberhard Kuske
Original assignee: Uhde Gmbh
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2009-11-26
Also published as: EP2288557A1; BRPI0912881A2; DE102008024576B3; US20110058905A1; TW201002587A; AU2009250102A1; RU2487068C2; EP2288557B1; KR20110018880A; ZA201008987B; RU2010152014A; UA99196C2; CA2724193A1; CN102036886A; AU2009250102B2

Abstract

Mit einer Vorrichtung zum Austragen, insbesondere eines sehr feinkörnigen Feststoffes oder Feststoffgemisches, aus einem Behälter mit einem Austragtrichter in Schwerkraftrichtung unterhalb des Behälterhauptteiles, soll eine Lösung geschaffen werden, mit der Nachteile doppelwandiger Konuskonstruktionen insbesondere bei hohen Systemdrücken vermieden werden bei einfacher, vielseitiger Konstruktion. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Teil (3) des Austragtrichters im dem Behälter (2) zugewandten oberen Bereich teilweise von der Behälterwand selbst gebildet ist, die in ein zylindrisches Behälterunterteil (4) übergeht, während der den Auslaufadapter (14) tragende weitere Teil von einem getrennten, im zylindrischen Behälterunterteil (4) eingebauten Zylinderelement (9) mit Trichterteil (11) gebildet ist.

Description

„Vorrichtung zum Austragen eines Feststoffes aus einem Behälter"

Bei der thermischen Umwandlung fester Brennstoffe, wie beispielsweise unterschiedlichster Kohlen, Torf, Hydrierrückstände, Reststoffe, Abfällen, Biomassen und Flugstaub oder einer Mischung aus den genannten Stoffen, unter erhöhtem Druck besteht die Notwendigkeit, die unter Normaldruck und Umgebungsbedingungen gelagerten Einsatzstoffe auf das Druckniveau der thermischen Umwandlung zu bringen, um eine Förderung in den Druckreaktor zu ermöglichen. Mögliche thermische Verfahren können beispielsweise die Druckverbrennung oder Druckvergasung nach dem Wirbelschicht- oder Flugstromverfahren sein.

Dazu ist die Förderung und Zwischenspeicherung von fein aufgemahlenen Brennstoffen erforderlich. Um den Brennstoff auf das Druckniveau des Reaktors zu bringen, bedient man sich üblicherweise Schleusensystemen, in denen der Brennstoff in nacheinander geschalteten Behältern auf Druck gebracht wird. Entscheidendes Kriterium für die Betriebssicherheit ist dabei die zuverlässige Entleerung der Behälter, auch nachdem sie auf hohe Systemdrücke gebracht wurden. Um feinst- und feinkörnige Feststoffe aus einem Behälter auszutragen, sind prinzipiell verschiedene Ansätze möglich:

In großen unter Atmosphärendruck stehenden Silos wird häufig mit mechanischen Vorrichtungen, wie z.B. Räumarmen etc., der Feststoff abgezogen. Grundsätzlich kann die Feststoffschüttung durch Gaszufuhr entgegen der Schwerkraft in den Wirbelschichtzustand überführt werden. Die Wirbelschicht verhält sich dann ähnlich einer Flüssigkeit und kann über Auslauföffnungen, seitliche Stutzen, usw. auslaufen. Nachteilig ist, dass große Gasmengen benötigt werden. Dazu kommt erschwerend hinzu, dass sich sehr feine Partikel nur äußerst schwierig in eine homogene Wirbelschicht überführen lassen.

Eine weitere Möglichkeit, den Feststoffaustrag aus einem Behälter zu ermöglichen, besteht darin, unter Berücksichtigung der Schüttguteigenschaften konische Auslaufgeometrien vorzusehen. Der Feststoffauslauf aus einem Konus heraus kann durch Zugabe von Gas über oder an die Konuswände unterstützt werden. Die Gasmenge ist in der Regel kleiner als die Menge; die zu einer Fluidisierung benötigt würde, aber ausreichend, um die Wandreibung des Schüttguts aufzuheben und/oder um lokale Ansätze zur Brückenbildung zu verhindern.

Die letztere Methode ist die bevorzugte Variante in den beschriebenen Vergasungsanlagen, in denen feinkörniger Brennstoff sowohl unter atmosphärischen als auch unter hohen Drücken gehandhabt werden muss. Hierbei wird die benötigte Gasmenge begrenzt und gleichzeitig auf mechanische Einbauten verzichtet.

Stand der Technik ist es, über poröse Elemente Gas in den Auslaufkonus zu führen. Die porösen Elemente bestehen vor- zugsweise aus Sintermetall, können aber auch aus anderen porösen Medien bestehen.

Zum Stand der Technik seien einige Literaturstellen genannt, die Trichter bzw. Konen im Auslauf aufweisen, z.B. DE 41 08 048, EP 3 480 008 Bl, FR 1 019 215 A, WO 2004/085578 Al, US 5,106,240, WO 89/11378 oder die US 4,941,779.

Allen Konen, über die ein Gas in eine Feststoffschüttung geführt wird, ist in der Regel gemeinsam, dass eine dop- pelwandige Konstruktion verwendet wird, wobei die äußere Wand die Abgrenzung zur Umgebung darstellt und die innere Wand, die in einer der beschriebenen Formen gasdurchlässig ist, den Feststoff zur Austragsöffnung führt. Die meist schweißtechnisch ausgeführten Komponenten sind entsprechenden Fertigungstoleranzen unterworfen, die dazu führen können, dass die Montage mit kleinen Abweichungen von der Optimalposition durchgeführt wird, was bereits zu nachteilhaften Spannungen führen kann. Dazu treten in der Praxis üblicherweise unterschiedliche Temperaturen des zugeführten Gases und des auszutragendem Feststoffs auf. Dadurch kommt es zu Spannungen im Bauteil. Diese Spannungen auch zusammen mit den Fertigungstoleranzen können zu kleinen Abweichungen führen, die sich in erhöhten Leckraten und/oder in reduzierter Lebensdauer bemerkbar machen.

Die Erfindung geht aus von der EP 1 551 736 bzw. der US 2006/0013660. Dabei ist das Ziel der Erfindung die beschriebenen Nachteile der bekannten doppelwandigen Konuskonstruktionen zu überwinden und darüber hinaus eine kos- tengünstigere Lösung für einen weiten Einsatzbereich, insbesondere auch für hohe Systemdrücke aber auch für höhere Temperaturen und Temperaturgradienten, bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass ein Teil des Austragtrichters im dem Behälter zugewandten oberen Bereich teilweise von der Behälterwand selbst gebildet ist, die in ein zylindrisches Behälterunterteil übergeht, während der den Auslassstutzen tragende weitere Trichterteil von einem getrennten, im zylindrischen Behälterunterteil eingebauten Zylinderelement mit Trichterteil gebildet ist.

Mit der Erfindung wird eine Reihe von Vorteilen erreicht, insbesondere muss auf spezielle Toleranzen bei Schweißarbeiten durch die Einbaubarkeit keine Rücksicht genommen werden. Dichtungen sind soweit wie nötig an zylindrischen Elementen vorgesehen, wie dies weiter unten näher beschrieben ist und dgl. mehr.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Behälterunterteil und das Zylinderelement mit Trichterteil mittels Flanschen miteinander verbindbar sind, wobei die Flanschverbindung an sich bereits in der gattungsbildenden Druckschrift eingesetzt wird, allerdings dort bei konischen Elementen.

Vorteilhaft ist es, wenn das den Flansch tragende zylindrische Behälterunterteil und das den Flansch tragende Zy- linderelement des Trichterteiles einen geringfügigen Abstand in der Montagelage zueinander aufweisen, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das Trichterteil im Auslaufbereich zweiteilig ausgebildet ist mit einem zylindrischen Endbereich, der mit einem rohrförmigen zylindrischen Auslaufadapter versehen ist. Damit kann die Vorrichtung einer Fülle von Einsatzzwecken und Einsatzfällen angepasst werden bei Minimierung der zu fertigenden Vorrichtungselemente, derart, dass eine Art Modulbauweise möglich gemacht wird.

Zweckmäßig ist bei dieser Ausgestaltung, wenn der Auslaufadapter seinerseits mit einem Außenflansch versehen ist, der mit der Flanschscheibe des Trichterteiles verbindbar ist.

Eine weitere Gestaltung der Erfindung besteht darin, dass wesentliche Teile des Trichterteiles von einer gasdurchlässigen porösen Wand, wie an sich bekannt, gebildet sind, wobei zwischen Zylinderelement und der gasdurchlässigen Trichterwand ein Gaszuführringraum gebildet ist.

Wie weiter oben schon erwähnt, weisen das zylindrische Behälterunterteil und die zylindrische Wand des Trichterteiles einen geringfügigen Abstand zueinander auf, hier kann erfindungsgemäß in weiterer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass im Übergangsbereich der Trichterwand des Behälters und des Auslauftrichters eine den Spalt zwischen den zylindrischen Wänden überbrückende Schürze vorgesehen ist. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt

Fig. 1 die schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung nach der Erfindung sowie in

Fig. 2 und 3 Detailteilschnitte des Ausgangstrichters in vergrößerter, insgesamt aber schematisierter Darstellung.

Die Erfindung bezieht sich auf die eine Vorrichtung zum Austragen von Feststoff aus einem Behälter, der zum Schleusen und/oder zur Speicherung von feinkörnigem Material wie z.B. gemahlener Kohle oder Flugstaub dient.

Der in Fig. 1 dargestellte Behälter 1 besteht aus einem Hauptteil 2, der mit entsprechenden Zufuhröffnungen 6 zum Befüllen mit Feststoff und mit weiteren hier nicht dargestellten Stutzen für Gaszu- und abfuhr und Messstutzen etc. ausgerüstet ist. Die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu, insbesondere der Hauptteil ist stark verkleinert dargestellt. Das Hauptteil kann dabei sowohl einen rechteckigen Querschnitt aufweisen als auch zylindrisch geformt sein. Im unteren Teil des Behälters schließt sich ein konvergierendes Stück Behälterkonus 3 an (rechteckig oder zylindrisch konisch) , an dessen unterem Ende sich ein zylindrisches Behälterunterteil 4 mit einem Anschlussflansch 5 befindet. Dieses zylindrische Unterteil 4 dient zur Aufnahme der eigentlichen AuslaufVorrichtung 7, die über den Vorrichtungsflansch 8 an den Flansch 5 des Behälterunterteils 4 befestigt ist.

Die Auslaufvorrichtung 7, siehe auch Fig. 2 und 3, besteht aus dem Gegenflansch 8, auf den eine zylindrische Wand 9 befestigt ist, an dessen oberen Ende sich ein Anschlussstück 10 befindet, das den Übergang von der zylindrischen Wand 9 zum Trichterteil 11 ermöglicht. Das Trichterteil 11 besteht zumindest teilweise aus einer gasdurchlässigen Konstruktion, die nach Stand der Technik z.B. aus Sintermetall oder nach einer neueren Anmeldung mit speziell gestalteten Öffnungen versehen sein kann.

An die konvergierende teilweise gasdurchlässige Wand schließt sich ein Anschlusselement 12 an, das zum einen den geometrischen Übergang von der konvergierenden Wand auf den zylindrischen Auslaufadapter 14 schafft, und zum anderen mit einer Dichtung 13, vorzugsweise einer O-Ringdichtung, versehen ist, die zwischen Anschlusselement 12 und dem Auslaufadapter 14 abdichtet. Das Anschlusselement 12 selbst kann so geformt sein, dass der Übergang vom konvergierenden Teil zum zylindrischen Teil direkt erfolgt (siehe Fig. 2) oder der Übergang von konvergierend zu zylindrisch kann mit einem Radius beschrieben werden, um einen "fließenden" geometrischen Übergang zu erhalten (Fig. 3) .

Dabei kann der Auslaufadapter 14 sowohl innerhalb (Fig. 2) als auch außerhalb (Fig. 3) des Anschlusselements 12 vorgesehen werden. Wird der Auslaufadapter 14 innerhalb geführt, ist es empfehlenswert, am oberen Ende eine Fase 20 vorzusehen, die denselben Winkel zur Vertikalen einschließt wie der konvergierende Teil, um dem Feststoff einen möglichst glatten Übergang in den Auslaufadapter zu ermöglichen.

Der Auslaufadapter 14 ist selbst wiederum mit einem Flansch 15 an dem Vorrichtungsflansch 8 befestigt. Dabei sind die Bohrungen im Flansch 15 mit einem größeren Durchmesser zu versehen als für die Schraubverbindung mit 8 benötigt würde. Dadurch können bei der Befestigung des Auslaufadapters 14 Fertigungs- und Montagetoleranzen in horizontaler Richtung ausgeglichen werden.

Durch die Abdichtung des Anschlusselements 12 zum Auslaufadapter 14 mit einer beweglichen Dichtung, z.B. einer 0- Ringdichtung, können Toleranzen oder temperaturbedingte Dehnungen in vertikaler Richtung kompensiert werden, bei gleichzeitiger Abdichtung des Gasraums 22 gegenüber dem feststoffführenden Inneren.

Die gesamte Auslaufvorrichtung 7 befindet sich konzentrisch innerhalb des zylindrischen Behälterunterteils 4, und ist mittels Flansch 8 und 5 verbunden und zur Umgebung abgedichtet. Die Breite d 18 des sich ergebenden ringförmigen Spalts 23 zwischen zylindrischem Behälterunterteil 4 und zylindrischer Wand 9 der Auslaufvorrichtung sollte kleiner sein als 5 % des inneren Durchmessers D 19 des zylindrischen Behälterunterteils 4.

Zur Verbesserung des Feststoffflusses aus dem konvergierenden Teil des Behälters 3 zur Auslaufvorrichtung und zur gleichzeitigen Abdeckung des Spalts 23 kann die Anbringung einer konvergierenden Schürze 21 vorteilhaft sein, siehe Fig. 3.

Folgende Vorteile ergeben sich aus der vorgeschlagenen Konstruktion:

Reduktion des fertigungstechnischen Aufwands, da nur eine konvergierende Wand als Trichterteil (11) benötigt wird, im Gegensatz zu Vorschlägen, die auch eine äußere konvergierende Wand vorsehen. Konvergierende Elemente sind aufwendiger in der Herstellung bei gleichzeitig deutlich größeren Fertigungstoleranzen, als zylindrische Elemente, die als Standard zur Verfügung stehen.

Der fertigungstechnische Aufwand ist auch bei Einsatz für hohe Drücke unwesentlich höher, da hier die für den Betriebsdruck auszulegenden Bauteile (Flansch 8, 15, 16, 14) im Wesentlichen Standardkomponenten sind. Bei Vorschlägen mit konvergierender Außenwand ist diese und die zugehörigen Schweißverbindungen entsprechend für hohen Druck auszulegen. Die hier vorliegende zylindrische Wand (9) ist ebenso wie das Dichtelement (13) nur für den Differenzdruck, den das Gas für die Durchströmung der durchlässigen, konvergierenden Wand aus dem Gasraum (22) benötigt, auszulegen. Die hier vorgeschlagene Konstruktion ermöglicht den Ausgleich von fertigungstechnischen Toleranzen in horizontaler Richtung, durch den justierbaren Auslaufadapter (14) mit dem Adapterflansch (15) . Dadurch, dass das Anschlusselement (12), das über eine Dichtung (13) mit dem Auslaufadapter (14) flexibel verbunden ist, können Dehnungen, die durch im Bauteil vorhandene Temperaturgradienten entstehen, kompensiert werden.

Die vorgeschlagene Konstruktion kann für alle denkbaren Neigungswinkel (17) zur Vertikalen im Bereich 15° bis 85° angewendet werden. Der Neigungswinkel wird im Wesentlichen von den Schüttguteigenschaften bestimmt, aber auch von der Kombination der Schüttguteigenschaften mit der gewählten Variante der Gaszufuhr über die konvergierende, gasdurchlässige Wand. Weiterhin spielt auch der gewählte Durchmesser des Auslaufadapters (14) in Bezug auf die Schüttguteigenschaften eine Rolle bei der Wahl des Winkels (17) .

Spaltmaß d (18) vorzugsweise kleiner 5% des Durchmessers D (19) .

Übergang des konvergierenden Teils auf den zylindrischen Teil des Anschlussstücks (12) kann sowohl "eckig" (Fig. 2) als auch mit einem Radius (Fig. 3) erfolgen.

Die Dichtungsaufnahme für die Dichtung (13) kann sowohl innerhalb (Fig. 2) des zylindrischen Teils des Anschlusselements (12) als auch außerhalb (Fig. 3) vorgesehen sein.

Die Aufnahme der Dichtung (13) kann sich anstelle im zylindrischen Teil des Anschlusselements (12) alternativ auch im zylindrischen Teil des Auslaufadapters (14) befinden. Die Gaszufuhr (16) in den Gasraum (22) zugeführte Gasmenge kann derart bemessen sein, dass die Wandreibung des Schüttguts an der konvergierenden Wand des Trichterteiles (11) reduziert und/oder aufgehoben wird, aber gleichzeitig die Gasmenge geringer ist als die zur minimalen Fluidisierung des Querschnitts mit dem Durchmesser D (19) benötigt wird.

Für die Anwendung im Falle pulverförmiger Kohle kann die zugeführte Gasmenge derart bemessen werden, dass sich im Auslaufadapter während des Auslaufvorganges eine Dichte von größer als 420 kg/m³ einstellt.

Bezugs zeichenliste :

1 Behälter

2 Behälterhauptteil

3 Behälterkonus

4 Behälterunterteil

5 Flansch

6 Zufuhrstutzen

7 Auslaufvorrichtung

8 Vorrichtungsflansch

9 Zylindrische Wand

10 Anschlussstück zylindrische Wand - konvergierende Wand

11 (Trichterteil) gasdurchlässige Wand

12 Anschluss- und Dichtungselement

13 Dichtung

14 Auslaufadapter

15 Adapterflansch

16 Gaszufuhr

17 Winkel zur Vertikalen

18 Abstand zwischen zylindrischer Wand des Auslaufvorrichtung und des Behälterunterteils

19 Durchmesser des zylindrischen Behälterunterteils

20 Fase

21 Konische Schürze

22 Gasraum

23 Spalt

Claims

Patentansprüche :

1. Vorrichtung zum Austragen, insbesondere eines sehr feinkörnigen Feststoffes oder Feststoffgemisches, aus einem Behälter mit einem Austragtrichter in Schwerkraftrichtung unterhalb des Behälterhauptteiles, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (3) des Austragtrichters im dem Behälter (2) zugewandten oberen Bereich teilweise von der Behälterwand selbst gebildet ist, die in ein zylindrisches Behälterunterteil (4) übergeht, während der den Auslaufadapter (14) tragende weitere Teil von einem getrennten, im zylindrischen Behälterunterteil (4) eingebauten Zylinderelement (9) mit Trichterteil (11) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Behälterunterteil (4) und das Zylinderelement (9) mit Trichterteil (11) mittels Flanschen (5,8) miteinander verbindbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das den Flansch (5) tragende zylindrische Behälterunterteil (4) und das den Flansch (8) tragende Zylinderelement (9) mit Trichterteil (11) einen geringfügigen Abstand (18) in der Montagelage zueinander aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trichterteil (11) im Auslaufbereich zweiteilig ausgebildet ist mit einem zylindrischen Anschlusselement (12), das mit einem rohrförmigen zylindrischen Auslaufadapter (14) versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslaufadapter (14) seinerseits mit einem Außenflansch (15) versehen ist, der mit der Flanschscheibe (8) des Trichterteiles (7) verbindbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wesentliche Bereiche des Trichterteiles (11) von einer gasdurchlässigen Wand, wie an sich bekannt, gebildet sind, wobei zwischen Zylinderelement und der gasdurchlässigen Trichterwand ein Gaszuführringraum (22) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich der Trichterwand des Behälters und des Auslauftrichters eine den Spalt (23) zwischen den zylindrischen Wänden (4,9) überbrückende Schürze (21) vorgesehen ist.