DE1758244C - Vorrichtung zur gleichmäßigen dosierten Zufuhr von Brennstoff und Luft in eine Wirbelschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichmäßigen dosierten Zuführung von Brennstoff und Luft in eine Wirbelschicht aus unter dem Wirbelschichtofen angeordneten Zuleitungen.

Zur Aufheizung feinkörniger, insbesondere nicht brennbarer Stoffe auf hohe Temperaturen in einem Wirbelbett werden häufig Feuergase von unten durch den mit öffnungen versehenen Wirbelschichtboden zugeführt. Zu diesem Zweck muß der Wirbelschichtboden aus hochlegiertem Stahl hergestellt werden. Ferner kann die Verbrennung nicht mit kleinstem Luftüberschuß und mit vorgewärmter Luft erfolgen, da sonst die Verbrennungstemperaturen zu hoch liegen. Deshalb müssen im atigemeinen die Verbrennungstemperaturen durch einen entsprechend größeren Luftüberschuß oder durch Zumischung von kälteren rückgeführten Gasen erniedrigt werden. Der Aufwand dafür ist vergleichsweise sehr hoch, der thermische Wirkungsgrad relativ niedrig und der Querschnitt des Wirbelbettofens muß vergrößert werden.

Die Aufheizung des Wirbelbettes kann in der Wirbelschicht selbst durchgeführt werden, falls die gewünschte Temperatur im Wirbelbett oberhalb des Zündpunktes des eingesetzten Brennstoffs liegt. Aus dsr USA.-Patentschrift 2 977105 ist ein Verfahren zum Beheizen einer Wirbelschicht durch eine innerhalb derselben ablaufende Verbrennung bekannt.

Dabei wird durch einen Teil der öffnungen des Wirbelschicht!'xlens Verbrennungsluft und durch gelrennte Düsen im Wirbelschichtboden oder durch am Umfang des Wisbelschwhtofens angeordnete Düsen dem Wirbelbett brennstoff zugeführt. Es erweist sich jedoch als äußerst schwierig, eine vollständige Verbrennung bei geringerem Luftüberschuß zu erzielen, da eine gute Durchmischung von Verbrennungsluft und Brennstoff nur schwer zu erreichen ist und Nachverbrennungen oberhalb des Wirbelbettes auftreten können. Im allgemeinen werden deshalb bei dieser Arbeitsweise ein größerer Luftüberschuß oder ein beträchtlich höheres Wirbelbett angewendet. Dies bedingt jedoch einen schlechten thermischen Wirkungsgrad, eine geringere spezifische Leistung und/oder einen höheren Vordruck der Verbrennungsluft und damit größere Investitionskosten sowie einen erhöhten Strombedarf.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die durch gleichmäßige dosierte Zufuhr von Brennstoff bild Luft In die Wirbelschicht eine vollständige Verbrennung innerhalb derselben ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Wirbelschichtboden diesen um 5 bis 20 cm überragende, aus konzentrischen Rohrstutzen bestehende Düsenstock^· eingesetzt sind, deren äußere Rohrstutzen mit einer Luftkammer und deren innere Rohrstutzen mit einer Brennstoffkammer, die unter dem Wirbelschichtboden angeordnet sind, verbunden sind, und daß an den Ausblasenden der Rohrstutzen Düsenkörper mit Ausströmöffnungen befestigt sind.

Das Ausblasende des äußeren Rohrstutzen* wird durch einen mit Klemmsitz, aufgepreßten, aufgesteckten iuler aufgeschweißten Düsenkörper gebildet, der den Teil des inneren Rohrstutzen* in einem bestimmten Abstund umschließt, der Über ds« Ausblasende des äußeren Rohrstutzens hinausragt.

Im Ausbildende des inneren RohrMuuunn kann eine Düse mit senkrechter öffnung eingesetzt sein. Um eine Verstopfung der in dem Ausblasende des inneren Rohrstutzsns eingesetzten Düse durch feinkörniges Material aus dem Wirbelbett zu vermeiden, S ist die Düse vorzugsweise mit horizontal oder schräg abwärts geführten Austrillsöffnungen versehen. Bei einer darartigen Anordnung treffen der Verbrennungsluftstrom und der Brennstoffstrom i-nnähernd senkrecht beim Austritt aus der jeweiligen Düse

ίο aufeinander, so daß eine intensive Mischung von Verbrennungsluft und Brennstoff stattfindet.

Die nach oben gerichtete Bewegung des Brennstoff] uftgemisches reißt die feinkörnigen Stoffe aus dem Wirbelbett mit sich aufwärts, die am Düsenkopf

ι= von allen Seiten angesaugt werden und somit lebhaft im Wirbelbett umlaufen. Hierdurch wird ein schnelles Ableiten der durch die Verbrennung frei werdenden Wärme an die umlaufenden feinkörnigen Stoffe erreicht, so daß gefährliche Ubcrtemperaturcn vermie-

ao den werden.

Um bei unterbrochener oder stark gedrosselter Luftzufuhr ein Hineinlaufen des zu behandelnden körnigen Gutes aus dem Wirbelbett in den Düsenkörper des äußeren Rohrstutzens zu verhindern, ist

as in dem Düsenkörper eine horizontale Sperrplatte in der Weise angebracht, daß zwischen dieser und der Wand des Düsenkörpers nur ein Ringspalt offenbleibt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Ausblasende des inneren Rohrstutzens bereits kurz unterhalb des Ausblasendes des äußeren Rohrstutzens endet. Auf diese Weise wird eine intensive Durchmischung von Brennstoff und Verbrennungsluft bereits vor dem Austritt aus dem Düsen-

körper des äußeren Rohrstutzens erzielt, was sich vorteilhaft auf den gesamten Verbrennungsvorgang auswirkt. Ein derartig ausgebildeter Düsenstock ist jedoch nur dann anwendbar, w»-»n die Gefahr einer Verstopfung der Düse durch körniges Gut aus dem

Wirbelbett nicht gegeben ist und damit keine Verbrennungsluft rückwärts in den Brennstoff führenden Rohrstutzen sowie in die Kamme iür die Zufuhr des Brennstoffs eindringen und dort ein explosives Gemisch entstehen kann.

Bei Wirbelschichtöfen mit großer Querschnittsfläche hat es sich als zweckmäßig erwiesen, oberhalb des Wirbelschichtbodens mehrere Kammern für die Zufuhr der Verbrennungsluft und unterhalb des Wirbelschichtboden» mehrere Kammern für die Zufuhr de» Brennstoffs nebeneinander anzuordnen, wobei der Wirbelschichtboden in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Kammern durch Eisenträger versteift und abgestützt wird, damit die tragenden Teile des Wirbelschichtbodens frei von

SS überhitzungen und gefährlichen Wärmespannungen bleiben. Die über dem Wirbelschichtboden angeordneten Kammern für die Zufuhr der Verbrennungsluft werden vor Uberlemperaturen in der Weise geschützt, daß die Düsenstöcke 10 bis 30 cm, vorzugv

weise 20 bis 30 cm über die oberen Teile der Kammern für die Zufuhr der Verbrennungsluft hinausragen. Auf diese Weise ist es möglich, daß sich um die Rohrstutzen herum körniges Gut aus dem Wirbelbett ablagert, das wie eine würmeisolierende

Schicht zwischen dem glühenden Wirbelbett und den Oberteilen der Kammern für die Zufuhr der Verbrennungsluft wirkt. Eine andere Möglichkeit /ur Wärmeisolierung besteht durin, die oberen Kummer-

I 758 244

(eile mit isolierend wirkenden Dümmschjchlun zu versehen.

In bestimmten Fällen isi es wünschenswert, die im Wirbelbett erhitzten Feststoffe durch den Wirbelschichlboden abzuführen. F.rfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß an Stelle eines geschlossenen Wirbelschichtbodens ein Rost aus parallel nebeneinander angeordneten Rohren für die Zufuhr der Verbrennungsluft gebildet wird. In den Rohren sind konzentrisch oder exzentrisch die Rohre für die Zufuhr des Brennstoffs untergebracht. Die Düsenstöcke sind in einem Abstand von 0,2 bis O₁S m voneinander in die Rohre eingesetzt. Die Rohre für die Zufuhr des Brennstoffs können auch unterhalb der Rohre für die Zufuhr der Verbrennungsluft angebracht sein.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Verbrennungsluft durch eine Vielzahl von einzelnen Zuführungen im Wirbelschichtboden in das Wirbelbett cingeblasen wird, wobei der Verbrennungsluft eine uosierte Menge Brennstoff, sei es in Form von Gasen oder Dämpfen oder Flüssigkeiten, beigegeben wird. An dem Ausblasende in das Wirbelbett kommt es /u einer guten Mischung, so ddß die Verbrennung sehr schnell einsetzt und in kürzester Zeit beendet ist. Hierbei kann mit geringstem Luftüberschuß und relativ kleiner Wirbelbett höhe von beispielsweise 0,5 bis I m gearbeitet werden. Es ist dann meistens ausreichend, daß die Verbrennungsluft durch ein Gebläse auf 1000 bis 1500 mm WS, bei schweren Stoffen auch auf bis 2000 mm WS, verdichtet wird. Da die beiden konzentrischen Rohrstutzen der Düsenstöcke keine starre Verbindung miteinander haben, sondern in die Wände verschiedener Kammern eingesetzt sind, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gegen thermische Dehnungsspannungen unempfindlich.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und wird im folgenden näher erläutert:

Fig. I zeigt einen Querschnitt durch einen Wirbelschichtofen 1, dem feinkörnige zu behandelnde Stoffe durch die Förderschnecke 2 in das Wirbelbett 3 zugeführt und nach der thermischen Behandlung über den Rohrstutzen 4 abgezogen werden. In den Öffnungen des Wirbelschichtbodens 5 sind die Düsenstöcke 6 eingesetzt, die mit ihrem äußeren Rohrstutzen 7 mit der Kammer 8 für die Zufuhr der Verbrennungsluft und mit ihrem inneren Rohrstutzen 9 mit der Kammer 10 für die Zufuhr des Brennstoffs in Verbindung stehen.

Die F i g. 2 zeigt einen einzelnen Düsenstock, der aus dem äußeren Rohrstutzen 7 und dem inneren Rohrstutzen 9 besteht. Der an dem äußeren Rohrstutzen? befestigte Düsenkörper 11 besitzt an seinem Ausblasende eine kalibrierte Düse 12, die eingeschweißt oder eingesetzt ist. Unterhalb des Ausblasendes ist eine Sperrplatte 13 angeordnet, die das Hineinlaufen von feinkörnigen Feststoffen aus dem Wirbelbett bei gestoppter bzw. stark gedrosselter Luft· zufuhr in den Ringraum zwischen dem äußeren und inneren Rohrstutzen unterbindet. Die Haltecisen 14 der Sperrplatte 13 sind als Wirbelfliigcl ausgebildet und geben der austretenden Verbrennungsluft einen Drall. Am Au«l>liscndc des inneren Rohrstutzen* 9 im eine kalibrierte Düse IS angebracht, die horizon* lul oder seh rüg ubwHrts führende Ausströmöffnungen IA besitzt, um dan Hineinfallen \on Feinkorn beim Stillstand otler hei geringer Luftzufuhr zu unlerbinden. Die um inneren Rohrstutzen 9 iingebrachlen Flügel 17 ermöglichen eine zentrale Lagerung des Rohrstutzens 9,

ρ Die gestrichelt dargestellte Düse 21 wird dann verwendet, wenn das Ausblasende des inneren Rohrstutzens 9 bereits kurz unterhalb des Ausblasendes des äußeren Rohrsiulzcns 7 endet. Wie auch in der Fig. I, bezeichnen 5 den Wirhelschichtboden, 8 die

ίο Luftkammer und 10 die Brennstoffkammer.

Die Fig. 3 gibt einen Querschnitt durch einen Wirbelschichtofen 1 wieder, bei dem oberhalb vom Wirbelschichtofen 5 mehrere Kümmern 8 für die Zufuhr der Verbrennungsluft und unterhalb derselben

lä mehrere Kammern 10 für die Zufuhr ties Brennstoffs in die Düsenstöcke 6 angeordnet sind. Zwischen den einzelnen Kammern für die Zufuhr des Brennstoffs sind Eisenträger 18 für die Versteifung und Abstützung des WirbcNc^'chincidens angeordnet.

so Aus F i g. 4 ist zu entnehmen, daß die Zuführ der Verbrennungsluft über die Rohrleitung 19 und die Zufuhr des Brennstoffs über die in der Rohrleitung exzentrisch angeordneten Rohrleitung 20 /u dem Düsenstock erfolgt. Mit gestrichelten Linien ist an-

3$ gedeutet, daß die Rohrleitung 20 für die Zufuhr des Brennstoffs auch außerhalb des rohrförmigen Körpers für die Zufuhr der Verbrennungsluft ungeordnet werden kann. Bei einer Wirbelbetthöhe von 0,5 mm betragen die Maximalabstände zwischen den einzelnen Düsenstöcken 0,3 m. Bei einer Wirbelbetthöhe von I m kann der Abstand bis zu 0.5 m betragen. Somit entfallen im ersten Fall 0,09 cm-, im zweiten Fall 0,25 cm'-' Bettquerschnitt auf jede Zuführung.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur gleichmäßigen dosierten Zufuhr von Brennstoff und Luft in eine Wirbelschicht aus unter dem Wirbelschichtofen angeordneten Zuleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wirbclbeltboden (5) diesen um 5 bis 20 cm überragende, aus konzentrischen Rohrstutzen (7, 9) bestehende Düsenstöcke (6) eingesetzt sind, deren äußere Rohrstutzen (7) mit der Luftkammer (8) und deren innere Rohrstutzen (9) mit der Brennsloffkammer (10), die unter dem Wirbelschichtboden angeordnet sind, verbunden sind, und daß an den Ausblasenden der Rohrstutzen (7. 9) Düsenkörper (U, 15) mit den Ausströmöffnungen (12. (6) befestigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rohrstutzen (9) den äußeren Rohrstutzen (7) überragt und eine Düse (35) mit horizontalen oder schräg abwärts gerichteten Austrittsöffnungen trägt, die kurz oberhalb der Auslrittsöffnungcn (12) im Düsenkörper (11) des äußeren Rohrstutzens (7) münden, und daß im Düscnkörpor (11) eine horizontale Sperrplatte (13) angeordnet ist, die mit der Wand tier Diiscnkörper (II) einen Ringspult bildet.

3. Vorftehliing nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rohrstutzen (7) den inneren Rohrstutzen (9) überragt iiml dull im Ausblasende des inneren Rohrstutzen·. (9) tint! Dilst! mil koaxialer Bohrung (21) eingesetzt

ist, die im Dlisenkörper (11) des äußeren Rohrstutzen* unterhalb der Sperrplatte (13) mündet.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Rohrstutzen (7) mit oberhalb des Wirbelschichtbadens (Sa) nebeneinander ungeordneten Luftkammern (8) und die inneren Rohrstutzen (9) mit unterhalb des Wirbelschichlbodens (S) nebeneinander angeordneten Brcnnstoffkammern (10) in Verbindung stehen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düscnstöcke (6) mit den äußeren Rohrstutzen (7) in einen rosturligen Wirbelschichlboden bildende parallele Rühre (19) für die Zufuhr der Verbrennungsluft eingeschweißt sind und daß in den Rohren (19) Rohre (20) für die Brennstoffzufuhr konzentrisch oder exzentrisch angeordnet sind, mit denen die inneren Rohrstutzen (9) der Düsenstöcke (6) in Verbindung stehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (20) für die Brennstoffzufuhr unterhalb der Rohre (19) für die Luftzufuhr angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen