WO2017129327A1 - Membranpumpe mit staubansaugung von unten - Google Patents

Membranpumpe mit staubansaugung von unten Download PDF

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WO2017129327A1
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pressure
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Frank Hannemann
Thomas Metz
Sebastian RAHM
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston

Definitions

  • the invention relates to a diaphragm pump for the pneumatic high-pressure delivery of 1 to 10 MPa fluidized dusts and a method for operating such a diaphragm pump.
  • screw conveyors are used in practice with leich ⁇ ter bulk material compression and subsequent gas injection for the pneumatic bulk material, s.
  • Pneumatic diaphragm pumps are used, whereby only clotting ⁇ ge pressures are possible DE 3909800 AI.
  • the invention is based on the problem, a pump head for the pneumatic high-pressure delivery of fluidized
  • a diaphragm pump for pneumatic high-pressure delivery of fluidized dusts with the features of claim 1 and a method for operating such a diaphragm pump having the features of claim 8.
  • the filling takes place by pneumatic suction, the bulk material being held in a loosened, flowable state over the entire pumping process and dust compaction being deliberately avoided. In this case, a highly compact and therefore economical construction is achieved.
  • the pneumatic suction has several decisive advantages over known dust pump systems:
  • the cross section of the suction line 17 and thus the size of the inlet valve 8 and the connection to the pump head is much smaller compared to a gravity-driven filling, whereby the pump head can be designed correspondingly smaller.
  • the filling can take place from below into the dust chamber.
  • This has the advantage that the construction of the pump head is simplified in the region of the diaphragm and in the hydraulic area, since no dust feed-through from above is required, which would otherwise be the case when filled by gravity.
  • it is possible by this arrangement to constructively realize a very large loosening surface 4, which is necessary for the avoidance of dust compaction and short cycle times.
  • the pressure booster shown in Figure 3 and thus the separation of the hydraulic system in a primary hydraulic 15 - between pressure booster and hydraulic unit - and a secondary hydraulic 16 - between diaphragm 3 and pressure booster 13 - offer the following advantages:
  • the pressure of the hydraulic unit can be selected independently of the process pressure, whereby cost-effective standard hydraulic units can be used instead of custom-made. Since the pressure of the hydraulic power pack (20-30 MPa) is generally much higher than the required process pressure in the dust system (1-10 MPa), the volume flows are in the hydraulic power unit and thus the cost of the hydraulic unit significantly lower than if the hydraulic unit to the process pressure of the dust system are designed.
  • the pressure transmission ratio (primary pressure / secondary pressure) is thus usually at about 2-30.
  • a further advantage of the entire method is that the high-pressure gas requirement is further reduced compared with the system described in DE102011007066A1, since on the one hand the dead volume still to be removed after discharge can be made even smaller due to the smaller pipe cross-sections and on the other hand the previously supplied during discharge Covering gas is used for pneumatic conveying.
  • the membrane is mechanically guided by one or more pistons but also guide rods 10, whereby unwanted deformations of the membrane can be avoided.
  • the piston or the guide rod 10 On the position of the piston or the guide rod 10 relative to the housing 9, a position measurement of the membrane 3 is given.
  • FIG. 2 shows the essential sequence steps of the pump cycle ⁇ and FIG. 3 shows the integration of a plurality of pump heads into a dust pump system.
  • Methods are suitable for fine-grained bulk materials or dusts, which can be loosened and fluidized by addition of gas, such as coal dust, and aims in particular at the supply of pressurized pulverized coal pulverizers with dry coal dust feed.
  • gas such as coal dust
  • the process pressures are on the order of 1 to 10 MPa. In principle, however, the method can also be used for all other processes where fluidizable dusts are to be pumped dry to high pressure.
  • FIG. 2 shows the pump cycle on the basis of four process steps A) to D).
  • step A) the hydraulic space liquid is withdrawn, whereby the membrane is pulled up and negative pressure is generated in the dust chamber.
  • dust from the hopper bunker 11 is sucked. It is assumed that the dust in the supply bunker is in a fluidized state due to the addition of gas.
  • a negative pressure in the dust chamber 1 is generated, whereby the promotion is supported.
  • step B) by closing the inlet fitting 8 and gas addition via the gas ports 5, the dust chamber is covered to the pressure by the pressure of the consumer 20 plus the pneumatic delivery pressure loss between the pump head 14 and consumer (circa 0.1 to 1 MPa) is given.
  • step C the outlet fitting 7 is opened for discharging and the dust is conveyed out via the gas connections 5 with the addition of gas.
  • the volume of the dust chamber is reduced by means of the diaphragm 3 by adding hydraulic fluid via the hydraulic connection 6 into the hydraulic space.
  • step D the structurally unavoidable residual volume of the dust chamber is relaxed and the pump cycle begins with step A from the front.
  • the pressure in the dust chamber 1 is approximately 0.01 to 0.08 MPa below the pressure in the storage tank 11 (delivery differential pressure).
  • the negative pressure in the dust chamber 1 is generated by applying negative pressure via the gas connection 5. This is during the pneumatic conveying of dust in the dust chamber on the evacuation of the dust chamber generated by a vacuum pump, the delivery differential pressure.
  • the negative pressure applied via the gas connection (5) equals the amount according to the delivery differential pressure or is the same as the delivery differential pressure.
  • a single pump head 14 operates batchwise (discontinuous), as shown in FIG. 3, a plurality of pump heads are interconnected to form a dust pump system, wherein a continuous dust flow can be achieved.
  • at least 2 pump heads are arranged.
  • any number of pump heads can be interconnected.
  • a plurality of n pump heads are arranged, they can be operated in phase-shifted relation to each other by 2n / n of the pump cycle ⁇ .
  • the hydraulic unit can be dimensioned smaller for a given throughput rate than would be the case with discontinuous operation. In this embodiment, the effects on the pressure regime of the consumer 20 are reduced.
  • An entrainment gasifier is supplied with coal dust at 100 t / h at 5 MPa gasification pressure.
  • the pressure loss between the dust pump and the carburettor is 1 MPa, which means that the delivery pressure is 6 MPa.
  • the cycle time of a pump head is 20 s, which results in a required volume of the dust chamber of 0.15 m 3 and the intake volume flow of 270 m 3 / h.
  • the hydraulic unit operates at an operating pressure of 30 MPa and with a volume flow of 54 m 3 / h. Since further gas is added during stringing and discharging, the pressure delivery volume flow corresponds to 300 m 3 / h.
  • the fittings namely the outlet valve 7 and the inlet valve 8, are given in a wear-resistant design.
  • the covering or relaxation of the dust space 1 with gas takes place over a large area, gas-permeable Auflock ceremoniessflä- surface 4, which is tight for the dust-like bulk material.
  • a large area, gas-permeable loosening surface 4 is integrated at the bottom of the dust chamber 1, through which pass the inlets and outlets of the dust to be conveyed.
  • the loosening surface in relation to the inner surface of the dust chamber is chosen as far as possible (at least 30% of the inner surface of the dust chamber), resulting in lower gas velocities in the bulk material and a compression of the bulk material is avoided.
  • the pressure in the dust chamber about 0.1 to 1 MPa above the pressure of the receiving container but also dosing 20th
  • the hydraulic system is divided into a primary and secondary hydraulics, wherein the primary hydraulic system is connected to the diaphragm 3 and is driven by the secondary hydraulic system via a pressure booster.
  • the pressure ratio (primary pressure / secondary pressure) may be about 2 to 30.
  • the primary and secondary hydraulics; can be operated with different hydraulic fluids.
  • the pressure booster can be designed as a pressure booster piston.
  • the pressure booster can be made recoverable by a return spring, wherein the return spring can be designed as a mechanical spring or as a pneumatic gas spring.
  • At least two pump heads are combined to form a system, the pressure conveying lines 18 are brought together 19, which allows an uninterrupted bulk material promotion.
  • a suction conveyor line 17 starts from the supply bunker 11 and branches off onto a plurality of pump heads.
  • receivers eg entrained flow gasifier, pulverized coal burner

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Abstract

Membranpumpe mit Staubansaugung von unten Es wird eine Membranpumpe zur pneumatischen Hochdruckförderung von 1 bis 10 MPa fluidisierter Stäube vorgeschlagen, bei der eine Befüllung von unten durch pneumatisches Ansaugen erfolgt mittels hydraulischer Hubbewegung der Membran (3) aber auch durch Anlegen eines Unterdrucks. In vorteilhafter Weise wird der Staub über den gesamten Pumpvorgang hinweg in einem aufgelockerten, fluidisierten Zustand gehalten, wobei der Hochdruck-Gasbedarf gering ist. Besondere Ausgestaltungen betreffen einen Antrieb der Membranpumpe mittels eines hydraulischen Druckübersetzers und mehrere phasenverschoben zueinander arbeitende Membranpumpen (14). Ein Staubfördersystem, das die erfindungsgemäße Membranpumpe einsetzt, kann mit einer geringen Antriebsleistung betrieben werden.

Description

Beschreibung
Membranpumpe mit Staubansaugung von unten Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe zur pneumatischen Hochdruckförderung von 1 bis 10 MPa fluidisierter Stäube und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Membranpumpe.
Für Niederdruckanwendungen im Bereich von ca. 0,1 bis 0,2 bar Druckerhöhung werden in der Praxis Förderschnecken mit leich¬ ter Schüttgutkomprimierung und anschließender Gasinjektion zur pneumatischen Schüttgutförderung eingesetzt, s.
DD000000081606A1, DE000003035745A1, DE000000656009A,
DE000000650988A, DE000000615779A, DE000000596565A,
DE000000568999A, DE000000551066A, DE000000485635A,
DE000000449676A, DE000000427455A. Für etwas höhere Drücke bis ca. 0,3 MPa werden statt Schnecken Zellenräder verwendet, s. DE102009016191B4, DE102009016191A1. Werden mehrere Staubpumpen in Reihe geschaltet können entsprechend höhere Drücke er- reicht werden, was jedoch für Hochdruckanwendungen mit einem sehr großen apparativen Aufwand verbunden ist, s.
DE102008049542B4, DE102008049542A1 , DE102008007033A1,
WO002010037601A1, WO002009095290A3, WO002009095290A2. Neben diesem Funktionsprinzip der Schneckenförderer und Zellenräder werden auch Staubpumpen nach dem Prinzip der
Druckluftmembranpumpen eingesetzt, wobei auch hier nur gerin¬ ge Drücke möglich sind DE 3909800 AI.
Während für niedrige Drücke Staubpumpen industriell einge¬ setzt werden, sind für Hochdruckprozesse in der Größenordnung von 1 bis 10 MPa heute nur Schleusenprozesse industriell etabliert, s. DE 10 2005 047 583 B4, DD 147 188 A3,
DE102008052673A1. Um die Investitions- und Betriebskosten solcher Schleusensysteme zu reduzieren, werden auch Staubpum¬ pen für Hochdruckanwendungen entwickelt, wobei folgende Ver- fahren bekannt sind:
Für Hochdruckanwendungen in der Größenordnung von 1 bis 10 MPa sind Staubpumpen basierend auf dem Prinzip der Strang¬ presse bekannt. Hierbei wird das Schüttgut mechanisch wie in einer Strangpresse in einem sich verjüngenden Kanal zu einem Brikett verdichtet und dadurch eine hohe Druckbarriere aus Kanal und Brikett gebildet, was zur Abdichtung zwischen Hoch- und Niederdruckteil erforderlich ist, siehe US000008851406B2 , US020100021247A1 Nachteilig hierbei ist der hohe Verschleiß aufgrund der hohen auftretenden Reibungskräfte als auch die Problematik, dass die mechanischen Schüttguteigenschaften durch diesen Vorgang stark verändert werden, da das Schüttgut nach der Pumpe in brikettähnlichen Schüttgut-agglomerationen vorliegt. Insbesondere für Verbraucher wie die Staubverbrennung oder Staubvergasung ist dann unter Druck eine erneute Aufmahlung erforderlich, was ein bisher ungelöstes Problem darstellt .
Neben dem Prinzip der Strangpresse ist für Hochdruckanwendun- gen auch das Kolbenpumpenprinzip bekannt. Hierzu bekannte Ausführungen sind in DE000001008201A, DE000001175653A,
DE000002722931A1, DE102008009679A1 beschrieben. Wesentlicher Nachteil hierbei ist der hohe, bisher ungelöste Verschleiß an den trocken laufenden Kolbenringen. Dieses Problem kann durch die Verwendung von Membranen wie in DE102011007066A1 dargestellt gelöst werden.
Hierbei sind jedoch aufgrund des schwerkraftgetriebenen Befüllens - wie auch bei allen anderen bekannten Staubpumpen und Schleusensystemen - relativ große Querschnitte und Abmes- sungen erforderlich.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Pumpenkopf zur pneumatischen Hochdruckförderung von fluidisiertem
Schüttgut und ein Verfahren zum Betrieb des Pumpenkopfes an- zugeben, bei denen das Schüttgut über den gesamten Pumpvorgang hinweg in einem aufgelockerten, fluidisierten Zustand gehalten wird.
Das Problem wird durch eine Membranpumpe zur pneumatischen Hochdruckförderung von fluidisierten Stäuben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Membranpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst . Bei der erfindungsgemäßen Staubpumpe erfolgt die Befüllung durch pneumatisches Ansaugen, wobei das Schüttgut über den gesamten Pumpvorgang hinweg in einem aufgelockerten, fließfä- higen Zustand gehalten wird und Staubverdichtungen gezielt vermieden werden. Dabei wird eine in hohem Maße kompakte und damit wirtschaftliche Bauweise erzielt.
Das pneumatische Ansaugen hat mehrere entscheidende Vorteile gegenüber bekannten Staubpumpensystemen: Der Querschnitt der Saugleitung 17 und damit die Größe des Einlassventils 8 und der Anschluss am Pumpenkopf fällt im Vergleich zu einer schwerkraftgetriebenen Befüllung wesentlich kleiner aus, wodurch der Pumpenkopf entsprechend kleiner ausgelegt werden kann. Des Weiteren kann die Befüllung von unten in den Staubraum hinein erfolgen. Das hat den Vorteil, dass die Konstruktion des Pumpenkopfes im Bereich der Membran und im Hydraulikbereich vereinfacht ist, da keine Staubdurchführung von oben benötigt wird, was sonst bei Befüllung durch Schwerkraft der Fall wäre. Des Weiteren ist es möglich, die Staubpumpe neben, anstatt unterhalb des Vorlagebunkers 11 zu platzieren, was wiederum Bauhöhe einspart und die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen erhöht. Schließlich ist es durch diese Anordnung möglich, eine sehr große Auflockerungsfläche 4 konstruktiv zu realisieren, was für die Vermeidung von Staubverdichtungen und kurze Zykluszeiten erforderlich ist.
Der in Fig 3 dargestellte Druckübersetzer und damit auch die Trennung des Hydrauliksystems in eine Primärhydraulik 15 - zwischen Druckübersetzer und Hydraulikaggregat - und eine Sekundärhydraulik 16 - zwischen Membran 3 und Druckübersetzer 13 - bieten folgende Vorteile: Der Druck des Hydraulikaggregates kann unabhängig vom Prozessdruck gewählt werden, wodurch kostengünstige Standard-Hydraulikaggregate anstelle von Spezialanfertigungen verwendet werden können. Da in der Regel der Druck des Hydraulikaggregates (20-30 MPa) wesentlich höher als der geforderte Prozessdruck im Staubsystem (1-10 MPa) liegt, sind die Volumenströme im Hydraulikaggregat und damit die Kosten des Hydraulikaggregates deutlich geringer, als würde das Hydraulikaggregat auf den Prozessdruck des Staubsystems ausgelegt werden. Das Druckübersetzungsverhältnis (Primärdruck/Sekundärdruck) liegt damit in der Regel bei cir- ca 2-30. Durch die Verringerung der Volumenströme in der
Primärhydraulik und die dort ablaufenden Schaltvorgänge können Druckschläge reduziert oder ganz vermieden werden. Im Falle eines Membranbruches bleibt das Hydraulikaggregat unbeschadet, da Staub dann nur in die Primärhydraulik eindringen kann, nicht aber in die Sekundärhydraulik. Für Primär- und Sekundärhydraulik können unterschiedliche Hydraulikflüssigkeiten verwendet werden, was eine bessere Anpassung an die jeweiligen Prozessbedingungen ermöglicht. Durch die Trennung in Primär- und Sekundärhydraulik wird es möglich, mit einem Hydraulikaggregat mehrere Pumpenköpfe zu betreiben und auch bei Ausfall eines oder mehrerer Pumpenköpfe, die jeweils anderen Pumpenköpfe weiter zu betreiben.
Ein weiterer Vorteil des gesamten Verfahrens ist, dass der Hochdruck-Gasbedarf gegenüber dem in DE102011007066A1 beschriebenen System nochmals weiter reduziert ist, da einerseits das nach dem Ausfördern noch zu entspannende Totvolumen aufgrund der kleineren Rohrleitungsquerschnitte noch geringer gestaltet werden kann und andererseits beim Ausfördern das vorher zugeführte Bespannungsgas für die pneumatische Förderung mit genutzt wird.
In weiterer Ausgestaltung arbeiten mehrere Pumpenköpfe phasenverschoben zueinander. Durch diese Maßnahme wird der För- derprozess vergleichmäßigt.
In einer besonderen Ausgestaltung wird die Membran durch einen oder mehrere Kolben aber auch Führungsstangen 10 mechanisch geführt, wodurch unerwünschte Verformungen der Membran vermieden werden. Über die Lage des Kolbens beziehungsweise der Führungsstange 10 relativ zum Gehäuse 9 ist eine Positionsmessung der Membran 3 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig 1 einen erfindungsgemäßen Pumpenkopf
Fig 2 die wesentlichen Ablaufschritte des Pumpenzyklus Λ und Fig 3 die Einbindung mehrerer Pumpenköpfe in ein Staubpumpen- System.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente . Die erfindungsgemäße Staubpumpe und das damit ausgeführte
Verfahren sind für feinkörnige Schüttgüter oder Stäube geeignet, welche sich durch Gaszugabe auflockern und fluidisieren lassen, wie etwa Kohlestaub, und zielt insbesondere auf die Versorgung von druckaufgeladenen Kohlestaubvergasern mit tro- ckener Kohlestaubeinspeisung ab. Die Prozessdrücke liegen hierbei in der Größenordnung von 1 bis 10 MPa . Grundsätzlich kann das Verfahren aber auch für alle anderen Prozesse eingesetzt werden, wo fluidisierbare Stäube trocken auf hohen Druck gepumpt werden sollen.
Bei dem Pumpenkopf nach Fig 1 befindet sich in einem drucktragenden Gehäuse 9 eine elastische, bewegliche Membran 3, die den Staubraum 1 vom Hydraulikraum 2 hermetisch dicht trennt. Die Membran wird zentrisch über eine Führungsstange 10 geführt und durch Zugabe oder Entnahme von Hydraulikflüssigkeit über die Anschlussleitung 6 nach unten beziehungsweise nach oben bewegt. Staub wird über das Einlassventil 8 in den Staubraum gesaugt und über das Auslassventil 7 aus dem Staubraum herausgefördert. Zur Auflockerung, Be- und Entspan- nung wird über die Anschlussleitungen 5 und die gasdurchlässigen Auflockerungsflächen 4 Gas zugegeben beziehungsweise abgeführt . In Fig 2 ist der Pumpenzyklus anhand von vier Ablaufschritten A) bis D) dargestellt.
In Schritt A) wird dem Hydraulikraum Flüssigkeit entzogen, wodurch die Membran nach oben gezogen wird und im Staubraum Unterdruck erzeugt wird. Dadurch wird Staub aus dem Vorlagebunker 11 angesaugt. Vorausgesetzt sei, dass der Staub im Vorlagebunker sich durch Gaszugabe in einem fluidisierten Zustand befindet. Während des pneumatischen Einförderns in den Staubraum 1 durch Auslenken der Membran 3 wird ein Unterdruck im Staubraum 1 erzeugt, wodurch die Förderung unterstützt wird .
Wenn die Membran die obere Endlage erreicht hat, wird in Schritt B) durch Schließen der Einlassarmatur 8 und Gaszugabe über die Gasanschlüsse 5 der Staubraum auf den Druck bespannt, welcher durch den Druck des Verbrauchers 20 zuzüglich des pneumatischen Förderdruckverlustes zwischen Pumpenkopf 14 und Verbraucher (circa 0,1 bis 1 MPa) gegeben ist.
In Schritt C) wird zum Ausfördern die Auslassarmatur 7 geöffnet und der Staub unter Gaszugabe über die Gasanschlüsse 5 herausgefördert. Gleichzeitig wird das Volumen des Staubraumes durch Zugabe von Hydraulikflüssigkeit über den Hydraulik- anschluss 6 in den Hydraulikraum, mittels der Membran 3 reduziert .
In Schritt D) wird das konstruktiv unvermeidliche Restvolumen des Staubraumes entspannt und der Pumpenzyklus beginnt mit Schritt A von vorne.
Beim Ansaugen des Schüttgutes liegt der Druck im Staubraum 1 circa 0,01 bis 0,08 MPa unterhalb dem Druck im Vorlagebehälter 11 (Förderdifferenzdruck) . In einer besonderen Ausgestal- tung der Erfindung wird der Unterdruck in dem Staubraum 1 erzeugt, indem Unterdruck über den Gasanschluss 5 angelegt wird. Hierbei wird während des pneumatischen Einförderns von Staub in den Staubraum über das Evakuieren des Staubraumes mittels einer Vakuumpumpe der Förderdifferenzdruck erzeugt. Der über den Gasanschluss (5) angelegte Unterdruck gleicht dem Betrag nach dem Förderdifferenzdruck oder ist ebenso groß wie der Förderdifferenzdruck.
Da ein einzelner Pumpenkopf 14 chargenweise (diskontinuierlich) arbeitet, werden, wie in FIG 3 dargestellt, mehrere Pumpenköpfe zu einem Staubpumpensystem zusammengeschaltet, wobei ein kontinuierlicher Staubförderstrom erzielt werden kann. Hierfür sind mindestens 2 Pumpenköpfe angeordnet. Je nach geforderter Durchsatzleistung und Verfügbarkeitsanforderungen können beliebig viele Pumpenköpfe zusammengeschaltet werden. Sind eine Mehrzahl von n Pumpenköpfen angeordnet, können diese um 2n/n des Pumpenzyklus Λ gegeneinander phasen- verschoben betrieben werden. Neben dem Vorteil der kontinuierlichen Staubförderung kann hierbei das Hydraulikaggregat bei gegebener Durchsatzleistung kleiner dimensioniert werden, als es bei diskontinuierlichem Betrieb der Fall wäre. Bei dieser Ausgestaltung werden auch die Auswirkungen auf das Druckregime des Verbrauchers 20 reduziert.
Ein Flugstromvergaser wird mit 100 t/h bei 5 MPa Vergasungsdruck mit Kohlestaub versorgt. Der Druckverlust zwischen Staubpumpe und Vergaser beträgt 1 MPa, womit der Förderdruck bei 6 MPa liegt. Das Staubpumpensystem ist mit n=10 Stück Pumpenköpfen ausgestattet. Ein Pumpenkopf leistet somit 10 t/h. Die Zykluszeit eines Pumpenkopfes beträgt 20 s, wodurch sich ein erforderliches Volumen des Staubraumes zu 0,15 m3 und der Ansaug-Volumenstrom zu 270 m3/h ergibt. Das Hydrau- likaggregat arbeitet bei einem Betriebsdruck von 30 MPa und mit einem Volumenstrom von 54 m3/h. Da beim Bespannen und Ausfördern weiter Gas zugegeben wird, entspricht der Druckfördervolumenstrom 300 m3/h. Es ergibt sich ein Hochdruck- Gasbedarf von circa 16.000 Nm3/h. Dies entspricht einer elektrischen Antriebsleistung des Gasverdichters von circa 2,36 MW. Für ein konventionelles Schleusensystem wären etwa das 2,3-fache, nämlich 36.800 Nm3/h und 5,43 MW an
Verdichterleistung erforderlich. Mit einem Wirkungsgrad des Hydraulikaggregates von 80% ergibt sich die elektrische Leistungsaufnahme der Staubpumpe zu 0,5 MW. In diesem Beispiel wird mit dem hier vorgestellten Staubpumpenprozess gegenüber einem konventionellen Schleusensystem 2,57 MW an Elektroener- gie oder 20.800 Nm3/h Hochdruck-Fördergas eingespart.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Armaturen, nämlich das Auslassventil 7 und das Einlassventil 8, in verschleißfester Ausführung gegeben.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Bespannung beziehungsweise Entspannung des Staubraumes 1 mit Gas über eine großflächige, gasdurchlässige Auflockerungsflä- che 4, die für das staubförmige Schüttgut dicht ist.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist am Boden des Staubraumes 1 eine großflächige, gasdurchlässige Auflockerungsfläche 4 integriertet, durch welche die Ein- und Ausläufe des zu fördernden Staubes hindurchtreten.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Auflockerungsfläche im Verhältnis zur Innenfläche des Staubraumes nach Möglichkeit groß gewählt (mindestens 30% der Innenfläche des Staubraumes) , wodurch sich geringere Gasgeschwindigkeiten im Schüttgut ergeben und eine Komprimierung des Schüttgutes vermieden wird.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung liegt beim Ausfördern des Schüttgutes der Druck im Staubraum circa 0,1 bis 1 MPa über dem Druck des Empfangsbehälters aber auch Dosiergefäß 20.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Hydrauliksystem in eine Primär- und Sekundärhydraulik unter- teilt, wobei die Primärhydraulik mit der Membran 3 verbunden ist und von der Sekundärhydraulik über einen Druckübersetzer angetrieben wird. Das Druckübersetzungsverhältnis (Primärdruck/Sekundärdruck) mag circa 2 bis 30 betragen. Die Primär- und Sekundärhydraulik; können mit unterschiedlichen Hydraulikflüssigkeiten betrieben werden. Der Druckübersetzer kann als Druckübersetzerkolben ausgeführt sein. Der Druckübersetzer kann durch eine Rückstellfeder zurückstellbar ausgeführt sein, wobei die Rückstellfeder als mechanische Feder oder als pneumatische Gasdruckfeder ausgeführt sein kann.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Pumpenköpfe zu einem System kombiniert, deren Druckförderleitungen 18 zusammengeführt 19 sind, was eine unterbrechungsfreie Schüttgutförderung ermöglicht.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung geht aus dem Vorlagebunker 11 eine Saugförderleitung 17 ab, die sich auf mehrere Pumpenköpfe verzweigt.
Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren .
Bezugszeichenliste
1 Staubraum
2 Hydraulikraum
3 Membran
4 Gasdurchlässige Auflockerungsfläche, staubdichter Filter
5 Gasanschluss
6 Hydraulikanschluss
7 Auslassventil
8 Einlassventil
9 Drucktragendes Gehäuse
10 Membran-Führungsstange
11 Vorlagebunker
12 Hydraulikaggregat
13 Druckübersetzer
14 Pumpenkopf
15 Primärhydraulik
16 Sekundärhydraulik
17 Pneumatische Saugleitung
18 Pneumatische Druckleitung
19 Zusammenführung
20 Verbraucher, Empfänger (z. B. Flugstromvergaser, Kohlenstaubbrenner)
21 Schüttgut
22 Gas

Claims

Patentansprüche
1. Membranpumpe zur pneumatischen Hochdruckförderung von 1 bis 10 MPa fluidisierter Stäube bei der
— ein druckfestes Gehäuse (9) gegeben ist,
— das Volumen in dem Gehäuse durch eine waagrecht (horizontal) angeordnete Membran (3) in einen unteren Staubraum (1) und einen oberen Hydraulikraum (2) getrennt ist,
— der Staubraum von unten einen durch eine Einlassarmatur
(8) absperrbaren Zugang für den Staub aufweist,
— der Staubraum von unten einen durch eine Auslassarmatur (7) absperrbaren Abgang für den Staub aufweist,
— am Boden des Staubraums eine gasdurchlässige Auflocke- rungsfläche (4) angeordnet ist, die mit einem Gasan- schluss (5) verbunden ist,
— der Hydraulikraum mit einem Hydraulikanschluss (6) für die Zuführung beziehungsweise Abführung von Hydraulikflüssigkeit verbunden ist.
2. Membranpumpe nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (3) über eine Führungsstange (10) zentrisch geführt ist.
3. Membranpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass
der Hydraulikanschluss (6) über einen Druckübersetzer (13) mit einem Hydraulikaggregat (12) verbunden ist.
4. Membranpumpe nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druckübersetzer (13) als Druckübersetzerkolben ausgeführt ist .
5. Membranpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sie auf gleicher Höhe wie der Vorlagebunker (11) angeordnet ist .
6. Membranpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass
sie mehrfach angeordnet ist.
7. Membranpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass
der Zugang für den Staub und der Abgang für den Staub die Auflockerungsfläche (4) durchdringen.
8. Verfahren zur pneumatischen Hochdruckförderung von fluidisierten Stäuben mit einer Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in einer Staubfördereinrichtung,
bei dem
die Staubfördereinrichtung einen Vorlagebunker (11) aufweist,
der Vorlagebunker (11) eine Schüttung von fluidisiertem Staub beinhaltet,
der Auslass des Vorlagebunkers (11) über eine pneumatische Saugleitung (17) mit der Einlassarmatur (8) der Membranpumpe verbunden ist,
demzufolge
- die Membran (3) hydraulisch nach oben ausgelenkt wird, ein Unterdruck in dem Staubraum (1) erzeugt wird und über die geöffnete Einlassarmatur (8) fluidisierter Staub in den Staubraum (1) angesaugt wird,
die Einlassarmatur (8) geschlossen wird,
- der Staubraum (1) mit Gas über den Gasanschluss (5) auf den erforderlichen Hochdruck bespannt wird,
die Auslassarmatur (7) geöffnet wird,
der Staub unter Gaszugabe über den Gasanschluss (5) aus dem Staubraum (1) herausbefördert wird, während gleich- zeitig das Volumen des Staubraums durch hydraulische
Auslenkung der Membran (3) nach unten reduziert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet , dass
der Staubraum (1) entspannt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 9 und Anspruch 6
dadurch gekennzeichnet , dass
die Pumpenzyklen der Membranpumpen phasenversetzt zueinander ablaufen .
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 10 dadurch gekennzeichnet , dass
der Unterdruck in dem Staubraum (1) erzeugt wird, indem Unterdruck über den Gasanschluss (5) angelegt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11
dadurch gekennzeichnet , dass
über den Gasanschluss (5) ein Unterdruck angelegt wird, der dem Betrag nach dem Förderdifferenzdruck gleicht.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 12 dadurch gekennzeichnet , dass
der Vorlagebunker (11) unter Atmosphärendruck steht.
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