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Vorrichtung zur Gaserzeugung aus feinkörnigem
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Brennstoff Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gaserzeugung
aus feinkörnigem Brennstoff, enthaltend einen Reaktor mit Einlässen für den zu vergasenden
Brennstoff und ein Vergasungsmittel sowie mit einem im oberen Bereich des Reaktors
vorgesehenen, zentralen Auslaß für das Gas, ferner enthaltend einen an den Auslaß
des Reaktors anqeschlossenen Entstauber zur Abscheidung von unvergasten Brennstoffteilen
aus dem Gas, sowie enthaltend Einrichtungen zur Rückführung der abgeschiedenen Brennstoffteilchen
in den Reaktor.
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Zur Gaserzeugung sind bereits Vorrichtungen verschiedene-r Art bekannt,
deren behälter- oder schachtförmige Reaktoren beispielsweise nach dem tlirbelschicht-
oder Flugstaubwolkenverfahren arbeiten können.
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Eine Gaserzeugungsvorrichtung, die nach dem Flugstaubwolkenverfahren
arbeitet, ist in "VGB Kraftwerkstechnik" 59, Heft 7, Juli 1979, Seiten 564 bis 568,
beschrieben. Diese Vorrichtung enthielt einen etwa vertikal angeordneten schachtförmigen
Reaktor, in den die i3rennstoffe und Vergasungsmittel von der Umfangswand her zugeführt
werden.
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An das obere Ende des Reaktors schließt sich hierbei eine Kühlkammer
für das nach oben abzuführende Nutzgos an.
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Da bei Vorrichtungen dieser Art das im Reaktor er-
zeugte
Nutzgas in der Regel noch einem Abhitzekessel zugeführt wird, ist es erforderlich,
dieses Nutzgas vor seinem Einführen in den Abhitzekessel noch einer Entstaubung
zu unterziehen, um mitgeftihrte unvergaste Brennstoffteilchen abzuscheiden, die
ansonsten zu Verstopfungen und übermäßigem Verschleiß im Abhitzekessel führen würden.
Die abgeschiedenen und unvergasten Brennstoffteilchen sollen dann wieder zum Reaktor
zurückgeführt werden, damit sie dort weiter bzw. fertig vergast werden können.
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Für die Entstaubung des erzeugten Nutzgases zwischen Reaktor und Abhitzekessel
verwendet man üblicherweise einen Heißgaszyklon. Ein solcher Heißgaszyklon ist nicht
nur in seiner Konstruktion recht aufwendig, sondern benötigt auch einen verhältnismäßig
großen Raum zu seiner Aufstellung. Ein weiterer beträchtlicher Aufwand ergibt sich
für die Fördereinrichtungen zum Rückführen der abgeschiedenen Brennstoffteilchen
in den Reaktor. Hierzu bedient man sich aus baulichen Gründen gern der Hilfe von
pneumatischen Fördereinrichtungen. Diese pneumatischen Fördereinrichtungen erfordern
jedoch eine Abkühlung der abgeschiedenen Brennstoffteilchen, wodurch sich neben
der Fördereinrichtung (einschließlich der Austragsschleusen) noch ein zusätzlicher
Mehraufwand für das Abkühlen der Brennstoffteilchen ergibt; hinzuzurechnen sind
außerdem noch der Raumbedarf für Fördereinrichtungen und Kühleinrichtungen sowie
die Betriebskosten für diese Förder- und Kühleinrichtungen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art so auszubil-*) wegen Druck und Temperatur sehr aufwendigen
den,
daß bei konstruktiv einfachem Aufbau der Raumbedarf und die Betriebskosten im Vergleich
zu den erwähnten bekannten Ausführungen auf ein Minimum herabgedrückt sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Entstauber
als an sich bekannter Drehströmungsentstauber ausgebildet ist, der um eine vertikale
Achse eine von dem zu entstaubenden Gas gebildete, aufsteigende Rotationsströmung
und eine im gleichen Drehsinn, jedoch mit abwärts gerichteter Komponente umlaufende
Sekndärgasströmung aufweist, die durch Kühlgas gebildet wird.
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Durch die Ausbildung des Entstaubers als Drehströmungsentstauber wird
einerseits ein besonders hoher Abscheidegrad von im Nutzgas noch enthaltenen Feststoff-
bzw, Brennstoffteilchen erreicht, und darüber hinaus erreicht man andererseits durch
das Einführen von Kühlgas für die umlaufende Sekundärgasströmung eine sehr weitgehende
Kühlung des aus dem Reaktor kommenden Nutzgases, so daß eine Kühlkammer, wie sie
bei bekannten Ausführungen am oberen Ende des Reaktors noch zusätzlich vorgesehen
ist, vollständig entfallen kann. Als Kühlgas wird vorzugsweise inertes, gekühltes
Gas verwendet. Durch die Verwendung des Drehströmungsentstaubers anstelle des bisher
üblichen Zyklonentstaubers (Heißgaszyklon) ergibt sich somit neben einem wesentlich
verbesserten Entstaubunlsgrad des Nutzgases auch noch eine beträchtliche Raumeliisparung
für das Installieren der Vorrichtunq.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der zentrale Nutzgasauslaß
mit dem Drehströmungsentstau-
ber durch ein Verbindungsrohr verbunden
sein, das von unten her koaxial in diesen Drehströmungsentstauber hineinragt, wobei
zwischen dem Mündungsende dieses Verbindungsrohres und der Innenwand des Entstaubergehäusemantels
ein Ringraum vorhanden ist, der mit einem Ablaufrohr für abgeschiedene Feststoffteilchen
in Verbindung steht. Durch eine entsprechende Ausbildung des Entstaubers und eine
gewisse Oberschußzuführung von Kühlluft (für die Sekundärgasströmung) kann das Austragen
der Feststoffteilchen so gestaltet werden, daß eine besondere Austragsschleuse hierfür
entfallen kann.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß
der Entstauber in axialer Verlängerung des Reaktors unmittelbar über diesem angeordnet
ist, wobei die Innenräume von Entstauber und Reaktor einerseits über den Reaktorauslaß
und andererseits über wenigstens eine am Außenumfang dieses Auslasses angeordnete,
zur Rückführung der abgeschiedenen Brennstoffteilchen in den Reaktor dienende Öffnung
miteinander in Verbindung stehen, und daß das Kühlgas mit solchem Überschuß dem
Entstauber zugeführt wird, daß ein Teil des Kühlgases durch die Verbindungsöffnun
in den Reaktor eintritt.
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Durch diese Ausbildung ergibt sich vor allem baulich eine weitere
Verbesserung der Vorrichtung. Durch die Anordnung des Drehströmungsentstaubers als
unmittelbare axiale Verlängernung des Reaktors wird eine weitere beträchtliche Raumeinsparung
für die Anordnung von Reaktor und Entstauber erzielt. Gleichzeitig ergibt sich noch
ein bedeutender Vorteil dadurch,
daß gesonderte Fördereinrichtungen,
insbesondere pneumatische Fördereinrichtungen, vollkommen entfallen können, da das
untere Entstauberende (Austritt der abgeschiedenen Feststoffteilchen) über die erwähnte
Öffnung direkt mit dem Reaktor in Verbindung steht. Außerdem entfällt der sonst
erforderliche Kühler für die abgeschiedenen Feststoffteilchen.
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Während üblicherweise am Feststoffaustragsende eines beispielsweise
als Heißgaszyklon ausgebildeten Entstaubers eine Austragsschleuse für die Feststoffteilchen
vorhanden sein muß, kann eine solche Einrichtung bei dieser bevorzugten Ausführungsform
entfallen. Da nämlich das für die Erzeugung der Sekundärgasströmung im Entstauber
eintretende Kühlgas mit einem entsprechenden Überschußanteil zugeführt wird, wird
einerseits sichergestellt, daß ein kontinuierlicher Feststoffaustrag, also eine
kontinuierliche Rückführung abgeschiedener Brennstoffteilchen in den Reaktor sichergestellt
wird, und andererseits können durch das Kühlgas der Sekundärgasströmung plastische
Schlacketeilchen im oberen Bereich des Reaktors vor ihrem Eintritt in den Entstauber
verfestigt werden, wodurch die Staubabscheidung in diesem Entstauber erleichtert
bzw. verbessert wird und Anbackungen vermieden werden.
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Durch die Zuführung von Kühlgas (für den Sekundärgasstrom) in den
Entstauber ergibt sich noch ein weiterer Vorteil: Durch diese Kühlgaszuführung in
den Entstauber wird gleichzeitig eine Abkühlung des 7ußenrnantels des Entstaubers
erzielt mit der Folge einer geLingen thermischen Belastung dieses Entstaubermantels.
Hierdurch kann somit neben der bei bekannten Ausführungen üblichen, zustzlic'nKühlkammer
über dem Reaktor auch der Kühlmantel entfallen.
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Bei dieser Ausbildung und Wirkungsweise stellt sich außerdem die aus
der Strömungstechnik bekannte "Magnuskraft" ein, durch die sich eine Art Quertrieb
von der Wand weg in Richtung auf den Strömungskern (aursteigende Rotationsströmung)
des Entstaubers ergibt, so daß im Innenraum des Entstaubers die von der umlaufenden
Sekundärgasströmung (Mantelströmung) mitgerissenen Brennstoffteilchen nicht an die
Innenwand des Entstaubermantels gelangen und somit dort auch keinerlei Abrieb verursachen
können. Aus diesem Grunde kann bei diesem Drehströmungsentstauber auf die sonst
bei Heißaszyklonen übliche Auskleidung aus hochwertigen, hitzebeständigen Verschleißmaterialien
verzichtet werden. Dieser Vorteil ist auch im Hinblick auf die Sicherheit der Vorrichtung
von Bedeutung, da der Verschleiß bei unter Hochdruck arbeitenden Einrichtungen stets
problematisch ist.
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Die am Außenumfang des Reaktorauslasses vorhandene Verbindungsöffnung
zwischen Entstauber und Reaktor wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
durch einen koaxial den Reaktorauslaß umgebenden Ringspalt gebildet, wodurch eine
besonders störungsfreie Verbindung zwischen Entstauber und Reaktor - zwecks Rückführung
der abgeschiedenen Brennstoffteilchen in den Reaktor - gewährleistet ist.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann aber auch eine
Gruppe von koaxial und ringförmig um den Reaktorauslaß herum angeordneten Offnungen
als Rückführungsverbindung zwischen Entstauber und Reaktor vorgesehen sein.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen
sowie aus der folgend-n Beschreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter
Ausführungsbeispiele. In der ganz schematisch gehaltenen Zeichnung zeigen Fig. 1
einen Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei der der Reaktor als Flugstaubwolken-Reaktortyp ausgebildet ist und der darüber
angeordnete Drehströmungsentstauber in seiner Gehäuse mantelwand Kühlgas-Einlaßdüsen
aufweist; Fig. 2 eine Vertikalschnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel,
bei dem der Reaktor als Wirbelschicht-Reaktortyp ausgebildet ist, während der darüber
ageorUnete Drehströmungsentstauber an seinem oberen Ende einen Ringspalteinlaß für
Kühlgas aufweist; Fig. 3 eine Vertikalschnittansicht einer weiteren Ausführungsform
der Vorrichtung mit einem Flugstaubwolken-Reaktortyp.
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Fig. 4 eine weitgehend schematisch gehaltene Gesamtdarstellung der
Vorrichtung mit einem vierten Ausführungsbeispiel für die Zuordnung des Entstaubers
(gesonderter Entstauber) zum Reaktor.
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Die in Fig. 1 veranschaulicSe Gaserzeugungsvorrichtung 1 enthält in
ihrem unteren Abschnitt einen vertikal angeordneten schachtförmigen Reaktor 2 und
in ihrem oberen Abschnitt einen Drehströmungsentstauber 3, der in axialer Verlängerung
des Reaktros 2 unmittelbar auf diesem Reaktor angeordnet ist.
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Bei dem Reaktor 2 handelt es sich um einen solchen Reaktortyp, in
den der zu vergasende Brennstoff über Eintrittsrohre bzw. -düsen 5 mit Hilfe eines
Trägergases in Form von sogenannten Flugstaubwolken in den unteren Teil des Vergasungsraumes
6 eingeführt wird, der den Innenraum des Reaktors 2 bildet. Das untere Ende des
Reaktors 2 bildet in üblicher Weise ein Schlackensumpf 7 mit einem zentralen unteren
Schlackenausiaß 8.
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Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Vorrichtung 1 besitzt das Gehäuse
des Reaktors 2 einen den Vergasungsraum 6 umgebenden, zylindrischen Doppelmantel
(Druclcmantel) 9, der von einem Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser durchströmt
wird. Das Gehäuse 10 des Drehströmungsentstaubers 3 bildet - wie sich aus Fig. 1
deutlich ersehen läßt - im wesentlichen die zylindrische obere Verlängerung des
Reaktors 10 bzw.
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von dessen zylindrischem Doppelmantel 9, wobei die zylindrische Gehäusewand
10a zwar ebenfalls als kühlmitteldurchflossener Doppelmantel ausgebildet sein könnte,
was jedoch nicht unbedingt erforderlich ist und von dem jeweiligen Einsatzfall abhängt.
Das im wesentlichen zylindrische Entstaubergehäuse 10 weist in seiner oberen Deckwand
1Ob einen axialen Nutzgasaustrittsstutzen 11 auf.
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In der Gehäusewand 10a sind Kühlgaszuführeinrichtungen vorgesehen,
die im Falle der Fig. 1 durch Kühlgas-Einlaßdüsen 12 gebildet sind. Die Kühlgas-Einlaßdüsen
12 sind gleichmäßig über Umfang und Höhe der Gehäusewand 10a verteilt und in dieser
Gehäusewand 10a so angeordnet, daß sie tangential in den Innenraum des Drehströmungsentstaubers
3 sowie schräg nach unten gerichtet sind. Die zylindrische Gehäusewand 10a ist von
einem Ringraum 13 umgeben und weist einen Kühlqaszuführstutzen 14 auf, der mit irgendeiner
Kühlgasquelle in Verbindung steht.
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Der Reaktor 2 besitzt in seinem oberen Bereich einen ze.>ralen
Auslaß für das Gas. Dieser Reaktorauslaß wird im Ausführungsbeispiel der Fig. 1
durch ein koaxial in den über dem Reaktor 2 angeordneten Dreh-
strömungsentstauber
3 hineinragendes, zylindrisches Gasauslaßrohr 15 gebildet. An das untere Ende dieses
Gasauslaßrohres 15 schließt sich ein konisch nach unten erweiterter, glockenartiger
Sammelhaubenteil 16 an, an dessen unterem Rand ein sich nach unten in den Reaktorinnenraum
(Vergasungsraum 6) erstreckender, zylindrischerverlängerungskragen 16a angeschlossen
ist. Dieses aus den Teilen 15, 16, 16a bestehende Verbindungselement zwischen Entstauber
3 und Reaktor 2 ist dabei so ausgebildet und angeordnet, daß zwi schen dem GasauslaCrohr
15 und dem Sammelhaubenteil 16, 16a einerseits uid den Innenwänden von Reaktor 2
bzw. Entstauber 3 andererseits ein Eintrittsringspalt vom Entstauber 3 zum Reaktor
2 vorhanden ist. Neben dieser Verbindung ist zwischen dem Reaktor 2 und dem Entstauber
3 noch eine zweite Verbindung vorhanden, nämlich durch das den Reaktorauslaß bildende
Gasauslaßrohr 15. In diesem Gasauslaßrohr 15 können vorteilhafterweise noch Dralleibauten
18 vorgesehen sein. Es ist ferner aus strömungstechnischen Gründen zweckmäßig, wenn
mit kurzem Abstand vor der Mündung 15a des Gasauslaßrohres 15 ein rotationssymmetrischer
Verdränqiin(jskörper 19 koaxial im Drehströmungsentstauber 3 angeordnet ist.
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Wie sich aus Fig. 1 erkennen läßt, besitzen Reaktor 2, Drehströmungsentstauber
3, Gasauslaßrohr 15, Sammelhaubenteil 16 und Nutzgasaustrittsstutzen 11 eine gemeinsame
vertikale Achse 20, so daß sie auch zueinander koaxial ausgerichtet sind.
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Zur Ausbildung des aus den Teilen 15, 16, 16a bestehenden Verbindungselements
läßt sich noch sagen, daß
hier zumindest der Ssmmelhaubenteil 16,
16a, im Beclarfsfulte aber auch noch das Gasauslaßrohr mit einer Doppelwand ausgebildet
sein kann, die von einem Kühlmittel (z.B. Wasser) durchströmt wird, damit dieses
Verbindungselement qegebt-nenfalls zuverlässig gekühlt werden kann.
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Die Wirkunsweise dieser Vorrichtung 1 ist folgendermaßen: Im Vergasungsraum
6 des Reaktors 2 wird der über die Eintrittsdüsen 5 mit Hilfe eines Trägergases
eingeführte Brennstoff in üblicher Weise in Flugstaubwolken vergast. Das erzeugte
Nutzgas (Pfeile 21) steigt nach oben und gelangt durch den Sammelhaubenteil 16,
16a sowie durch das Gasauslaßrohr 15 in den Drehströmungsentstauber 3. Durch die
im Gasauslaßrohr 15 vorgesehenen Dralleinbauten 18 sowie zusätzlich durch den Verdrängungskörper
19 wird eine aufsteigende Rotationsströmung 22 in Form einer Kernströmung begünstigt.
Gleichzeitig wird über den Sühlgaszuführstutzen 14, den Ringraum 13 und die Kühlgaseinlaßdüsen
12 inertes Kühlgas (Pfeile 23) in der Weise in den Drehströmungsentstauber eiryeführt,
daß sich eine im gleichen Drehsinne wie die Rotationsströmung 22, jedoch mit abwärts
gerichteter Komponente drehende Sekundärgasströmung 24 nach Art einer Potentialströmung
ergibt. Diese Sekundrgasströmung 24 wird aufgrund der richtung und Anordnung der
Einlaßdüsen 12 erziclt.
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In dem aus dem Reaktor 2 in den Entstauber 3 eintretenden Nutzgasstrom
(Pfeile 2') ist im allgemeinen
noch ein unerwünschter Anteil unvergaster
Brennstoffteilchen enthalten, die also mit in den Drehströmungsentstauber 3 eingebracht
werden. Diese unvergasten Brennstoffteilchen werden zunächst durch die gleichgerichtete
Strömungskraft weiter nach oben getragen, dann aber aufgrund der Wirkung der Zentrifugalkraft
in die die Rotationsströmung 22 überlagernde Sekundärgasströmung ausgetragen. Da
die potentialströmungsartige Sekundärgasströmung 24 nach unten gegen den Ringspalt
17 (im Bereich des Reaktorauslasses) gerichtet ist, werden die aus der Rotationsströmung
22 des Nutzgases ausgeschiedenen Brennstoffteilchen mit nach unten geführt, und
da ferner das Kühlgas (Pfeile 23) mit einem solchen Überschuß zugeführt wird, daß
ein Teil dieses Kühlgases durch den Ringspalt 17 in den Reaktor 2 bzw. in dessen
Vergasungsraum 6 eintritt, werden auch die abgeschiedenen unvergasten Brennstoffteilchen
kontinuierlich und zuverlässig in den Vergasungsraum 6 des Reaktors 2 zurückgeführt,
ohne daß dies von der im Vergasungsraum 6 aufsteigenden Nutzgasströmung beeinträchtigt
werden kann. Durch die Höhe des Verlängerungskragens 16a des Sarttiielhaubenteiles
16 läßt sich noch beeinflussen, wie tief die Brennstoffteilchen in den Vergasungsraum
6 zurückgeführt werden können. Unterhalb des Sammelhaubenteiles 16 läßt sich in
Fig. 1 gut erkennen, daß dort der durch den Ringspalt 17 nach unten durchgetrctene
Anteil 24a des Sekundärgases uufgrund ces aufwärts strömenden Nutzgases (Pfeile
21) in seiner Strömungsrichtung umgekehrt und mit dem Nutzgas durch das Gasauslaßrohr
15 in den Entstauber 3 zurückgeführt wird. Dadurch, daß ein Teil des Sekundärgases
bzw. Kühlgases mit in den oberen Teil
des Reaktors 2 bzw. in dessen
Vergasungsraum 6 gelangt, werden die hier eventuell noch plastischen unvergasten
Feststoffteilchen im Nutzgas verfestigt.
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Durch das Einführen von Kühlgas (Pfeile 23) für die Sekundärgasströmung
(24) ergibt sich auch eine ausgezeichnete Kühlung der zylindrischen Gehäusewand
10a des Entstaubers 3. Das so mit einem äußerst hohen Entstaubungsgrad von Feststoffteilchen
befreite und dabei auch stark abgekühlte Nutzgas wird dann über den Nutzgas-Austrittsstutzen
11 abgeführt und kann ohne weitere Zwlschenentstaubung einem Abhitzekessel zugeleitet
werden.
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In einer Modifizierung der in Fig. 1 dargestellten Gaserzeugungsvorrichtung
1 kann - wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet - von oben her noch ein Brennstoffeinlaßrohr
25 koaxial in den Entstauber 3 so weit eingeführt werden, daß es im Bereich zwischen
der Gasauslaßrohrmündung 15a und dem Verdrängungskörper 19 ausmündet, wobei es dann
auch diesen Verdrängungskörper 19 koaxial durchsetzt. Mit Hilfe dieses Brennstotfeinlaßrohres25
kann der gesamte Brennstoffbedarf des Reaktors oder nur ein Teil davon zunächst
in den Entstauber 3 eingebracht werden. Hier gelangt der Brennstoff dann zunächst
in die aufsteigende Rotationsströmun 22, wird von dort - genau wie die unvergasten
Brennstoffteilchen - in die überlagernde, abwärts gerichtete Sekundärgasströrung
24 ausgetragen und gelangt dann zusammen mit den zurückzuführenden unvergasten Brennstoffteilchen
über den Ringspait 17 in den Vergasungsraum 6 des Reaktors 2.
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Auf diese Weise können die einzuführenden Brennstoffe wärmewirtschaftlich
äußerst vorteilhaft vorgewärmt
in den Vergasungsraum 6 eingebracht
werden. Über die Eintrittsdüsen 5 brauchten ;ann lediglich noch Vergasungsmittel
bzw. der übrige Anteil des Brennstoffes eingebracht zu werden.
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In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei
dem die Gaserzeugungsvorrichtung 31 ebenfalls in ihrem unteren Abschnitt einen vertikal
angeordneten, schachtförmigen Reaktor 32 und in ihrem oberen Abschnitt einen Drehströmungsentstauber
33 enthält, der - genau wie im ersten Ausführungsbeispiel - in axialer Verlängerung
(vertikale Achse 34) unmittelbar über diesem Reaktor 32 angeordnet ist. Der Reaktor
32 und der Drehströmungsentstauber 33 besitzen in diesem Ausführungsbeispiel einen
gemeinsamen zylindrischen Gehäusemantel 35, der von Kühlwasser durchströmt sein
kann. Reaktor 32 und Entstauber 33 können somit im wesentlichen in einem gemeinsamen
Gehäuse untergebracht sein.
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Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Reaktor
32 dieses Ausführungsbeispieles jedoch in der als Wirbelschicht-Rcaktortyp bekanntEn
Ausführung ausgebildet. Der Reaktor 32 enthält dabei in seiner unteren Hälfte ein
Wirbelbett 36, in das der Brenn-37 stoff mit Hilfe einer Rohrschnecke/oder dergleichen
eingebracht wird. Am unteren Ende des Reaktors 32 befindet sich ein Ascheaustragsrohr
38, und außerdem ist noch eine übliche Zuführung 39 für Vergasungsmittel - einerseits
in das Wirbelbett 36 und andererseits in den Bereich iiber dem Wirbelbett - vorhanden.
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Im Übergangsbereich vom Reaktor 32 in den Drehströmungsentstauber
33 sind in gleicher Weise wie beim
AusfUhrungst7eispiel gemäß Fig.
1 ein Gasauslaßrohr 15' mit Dralleinbauten 18' sowie ein sich an den unteren Rand
des Gasauslaßrohres 15' anschließender Sammelhaubenteil 16', 16a' vorhanden, so
daß hier (Fig. 2) der gleiche Reaktorauslaß gebildet ist, wie beim Beispiel der
Fig. 1. Auf diese Weise ist auch hier ein Ringspalt 17' für die Rückführung von
abgeschiedenen Brennstoffteilchen aus dem Entstauber 33 in den Reaktor 32 vorhanden.
Über der Mündung 15a' des Gasauslaßrohres15' befindet sich auch hier wiederum -
mit geringem Abstand und bei koaxialer Anordnung - ein Verdrängungskörper 19'; außerdem
ist in der oberen Deckwand 10b' des Entstaubergehuuseteiles wiederum ein Nutzgasaustrittsstutzen
11' koaxial zu dem unten einmündenden Gasauslaßrohr 15' angeordnet. Soweit ist der
Drehströmungsentstauber 33 also in der gleichen Weise ausgebildet wie der Entstauber
3 gemäß Fig. 1.
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Der wesentliche Unterschied des Entstaubers 33 gegenüber der Ausführungsform
gemäß Fig. 1 besteht in der Ausführung für die Einrichtungen zur Kühlgaszufuhr in
den Entstauber 33. Für die Kühlgaszuführung besitzt der Entstauber 33 einen weiteren
Ringspalt 40 an seinem oberen Ende, der durch die Innenwand des Gehäusemantels 35
(oberes Ende) und einen von der Deckwand 1Ob', also von oben her in das Innere des
Entstaubers 33 hineinragenden, et a zylindrischen Wandteil 41 gebildet wird. Der
Ringspalt 40 bzw. der darüber befindliche Ringraum 42 steht einerseits über einen
..tlhlgaszuführstutzen 43 mit einer Kühlgasquelle und andererseits mit dem Innenraum
des Entstaubers 33 in Verbindung. Im Ringspalt 40 sind ferner noch
Dralleinbauten
44 vorgesehen. Durch die Ausbildung des Ringspaltes 40 und die darin angeordneten
Dralleinbauten 44 wird mit Hilfe des über den Zuführstutzen 43 eingeführten Kühlgascs
wiederum -genau wie beim Beispiel der Fig. 1 - eine mit abwärts gerichteter Komponente
umlaufende Sekundärgasströmung 24' erzeugt, die gleichsinnig dreht wie die vom aufsteigenden
Nutzgas (aus dem Reaktor 32) gebildete, nach oben strömende Rotationsströmung 22',
wobei die aufsteigende Rotationsströmung 22' wiederum von der nach Art einer Potentialströmung
abwärts gerichteten Sekundärgasströmung 24' überlagert wird.
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Der Abscheidevorgang von unvergasten Brennstoffteilchen aus dem aufsteigenden
Nutzgas sowie das Zurückführen der abgeschiedenen Brennstoffteilchen in den Innenraum
des Reaktors 32 erfolgt ansonsten in genau der gleichen Weise wie es anhand des
ersten Ausführungsbelspieles (Fig. 1) beschrieben worden ist.
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Der Drehströmungsentstauber braucht jedoch nicht unbedingt als zylindrische
obere Fortsetzung eines Reaktors ausgebildet zu sein, wie es bei den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen (Fig. 1 und 2) der Fall ist.
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Fig. 3 veranschaulicht daher eine weitere Ausfühfungsform der Gaserzeugungsvorrichtung
51, deren unterer Teil wiederum als Reaktor 52 ausgebildet ist, während ihr oberer
Abschnitt durch einen Drehströmungsentstauber 33 gebildet ifit, der in axialer Verlängerung
(vertikale Achse 53) des Reaktors 52 unmittelbar auf diesem angeordnet ist.
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Bei dem hier vorgesehenen Drehströmungsentstauber 53 handelt es sich
baulich um die gleiche Ausführung wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2, d.h.
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daß in diesem Ausführungsbeispiel alle gleichartig ausgebildeten Teile
mit denselben Bezugszeichen wie im Beispiel der Fig. 2 bezeichnet sind, so daß sich
eine erneute Beschreibung dieses Drehströmungsentstaubers weitgehend erübrigt. Es
sei lediglich darauf hingewiesen, daß im Falle der Fig. 3 der Drehströmungsentstauber
33 vorzugsweise ein eigenes Gehäuse mit zylindrischem Mantel 54 aufweist, das in
irgendeiner geeigneten Weise mit dem oberen Ende des Reaktors 52 verbunden sein
kann.
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Auch der im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 vorgesehene Reaktor 52
ist als Flugstaubwolken-Reaktortyp ausgebildet, der im Vergleich zu den beiden vorhergehenden
Ausführungsbeispielen jedoch ein verhältnismäßig flaches Gehäuse 55 aufweist, das
gegenüber dem Gehäusemanteldurchmesser des Drehströmungsentstaubers 33 einen wesentlich
größeren Durchmesser besitzt. Diesem Reaktor 52 werden von der Umfangswand 55a her
fein zermahlene Brennstoffe zusammen und mit Vergasungsmittel (#gegebenenfalls Trägergas)
über mehrere Zuführrohre 56 eingeblasen, wie es an sich bekannt ist. Am unteren
Ende des Reaktors 52 befindet sich - koaxial zur vertikalen Achse 53 -ein Schlackensumpf
57 (gegebenenfalls mit Wasserbad für Schlackengranulierung), an den sich nach unten
ein verschließbarer Abzugsstutzenanschließt.
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Auch in diesem Ausführungsbeispiel gelangen die im Reaktor 52 erzeugten
Nutzgase (Pfeile 21) nach oben
in den Drehströmungsentstauber 33,
indem sie den Sammelhaubenteil 16', 16a' und das Gasauslaßrohr 15' nach oben durchsetzen.
Im Drehströmungsentstauber 33 werden dann aus dem aufsteigenden Nutzgas (aufsteigende
Rotationsströmung 22') die darin noch enthaltenen Brennstcffteilchen nach außen
in die die Rotationsströmung 22' überlagernde, abwärts rotierende Mantelströmunq
(Sekundärgasströmung 24') ausgetragen und durch den Ringspalt 17' in den Reaktor
52 zurückgeführt, wie es insbesondere anhand der Fig. 1 bereits ausführlich erläutert
worden ist.
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In Fig. 4 ist eine weitgehend schematisch gehaltene Gesamtanordnung
einer aserzeugungsvorrichtung 61 veranschaulicht. Diese Vorrichtung 61 enthält einen
beispielsweise als im wesentlichen zylindrischen, schachtförmigen Flugstaubwolken-Reaktortyp
ausgebildeten Reaktor 62, über dem ein gesonderter Entstauber angeordnet ist, der
wiederum als Drehströmungsentstauber 63 ausgebildet ist. Der Entstauber 63 steht
über sein Ablaufrohr 64 für abgeschiedene Feststoffteilchen mit einem üblichen Feststoffteilchenkühler
(Flugkokskühler) 65 in Verbindung, dessen unteres Ende über eine druckdichte Austragsschleuse
66 zu einem üblichen pneumatischen Druckgefäßförderer führt, der im dargestellten
Beispiel zwei abwechselnd fördernde und zu füllende Druckbehälter 67 enthält.
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Von diesen Druckbehältern 67 können dann die im Entstauber 63 abgeschiedenen
und im Kühler 65 abgekühlten Feststoffteilchen über eine pneumatische Förderleistung
68 in Richtung des Pfeiles 69 der Zuförderleitung 70 für frischen Brennstoff zugeführt
werden, wobei dieser frische Brennstoff (Pfeil 71) dann zu-
sammen
mit den abgeschiedenen Feststoffteilchen aus dem Entstauber 63 einem in der Zeichnung
nur angedeuteten - vorzugsweise pneumatischen - Förder- und Dosiersystem 72 zugeleitet
wird. Durch dieses Förder-und Dosiersystem 72 wird der Brennstoff dann in der gleichen
Weise in den Reaktor 62 eingeführt, wie es beispielsweise anhand der Fig. 1 bereits
beschrieben worden ist. Auch dieser Reaktor 62 enthält einen Schlackensumpf 73 und
einen Schlackenauslaß 74. Zur baulichen Ausführung dieses Reaktors 62 sei noch gesagt,
daß das Reaktorgehäuse in üblicher Weise einen von einem Kühlmittel (z,B. Wasser)
durchflossenen Doppelmantel 75 besitzt. Das obere Ende des Reaktorgehäuses ist weitgehend
durch eine Deckwand 76 verschlossen, die eine obere zentrale Auslaßöffnung 77 für
Nutzgas enthält. An diese Auslaßöffnung 77 der Deckwand 76 schließt sich ein Verbindungsrohr
78 an, das zum Drehströmungsentstauber 63 führt. Dieses Verbindungsrohr 78 ist im
dargestellten Ausführungsbeispiel nur ein verhältnismäßig kurzes gerades Rohr und
ragt von unten her koaxial in den Drehströmungsentstauber 63 hinein. Hierbei ist
zwischen dem Mündungsende 78a des Verbindungsrohres 78 und der Innenwand des Entstaubergehäusemantels
79 ein Ringraum 80 vorhanden, der mit dem Ablaufrohr 64 in Verbindung steht.
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Es sei an dieser Stelle noch bemerkt, daß der Entstauber 63 im Bedarfsfalle
(beispielsweise aus zwingenden Platzgründen) versetzt gegenüber dem Reaktor angeordnet
sein könnte. Die Fig. 4 zeigt dagegen eine bevorzugte Zuordnung eines gesondert
ausgebildeten Drehströmungsentstaubers 63 zum Reaktor 62,
indem
der Entstauber 63 koaxial (vertikale Achse 81) über dem Reaktor 62 angeordnet ist,
so daß nur ein verhältnismäßig kurzes gerades Verbindungsrohr 78 erforderlich ist.
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Was die bauliche und funktionelle Ausbildung des Drehströmungsentstaubers
63 anbelangt, so kann dieser Drehströmungsentstauber generell sowohl in der Entstauberausführung
gemäß Fig. 1 als auch in der Entstauberausführung gemäß Fig. 2 ausgebildet sein.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig. 4) ist eine ähnliche Ausbildung
wie beim Entstauber 3 gemäß Fig. 1 vorgesehen. Es sei daher lediglich noch einmal
auf einige wesentliche Entstauberteile hingewiesen: Im wesentlichen zylindrischer
Gehäusemantel 79, zumindest die obere Gehäusehälfte umgebender Kühlgas-Ringraum
82 mit Kühlgaszuführstutzen 83, Kühlgaseinlaßdüsen 84 in der Wand des Gehäusemantels
79 sowie rotationssyrrunetrischer Verdrängungskörper 85, der mit Abstand vor dem
Mündunsnde 78a des Verbindungsrohres 78 angeordnet ist. Dieses in den Entstauber
63 hineinragende Mündungsende 78a bildet in diesem Falle ein Gasauslaßrohr, in dem
wiederum -wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen -geeignete Dralleinbauten
86 vorgesehen sind.
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Es versteht sich von sclbst, daß d is schrieberl-r Drehströmungsentstauber-Ausführungsformen
auch bei jedeni der eriäuterten Reaktoren Verwendung finden können. Generell läßt
sich zu den verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten sagen, daß ein solcher Drehströmungsentstauber
über jedem Vergasungsreaktor sinnvoll vorgesehen werden kann, bei dem mit dem
oben
abzuführenden Nutzgas ein unerwünschter Anteil von noch unvergasterl Brennstoffteilen
mitgerissen wird.
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Außer den beschriebenen Vorrichtungsteilen können am Drehströmungsentstauber
jedoch noch weitere sinnvolle Modifikationen vorgenommen werden. So ist es beispielsweise
möglich, durch eine Drosselung oder teilweise Abschaltung der Kühlgas-Einlaßdüsen
12 (Fig1+4) oder durch eine Veränderung des oberen Ringspaltes 40 (Figuren 2 und
3), beispielsweise mit Hilfe verstellbarer Leitbleche als Dralleinbauten, die Einrittsgeschwindigkeit
und gegebenenfalls - menge des zuzuführenden Kühlgases (als Sekundärgasströmung)
zu drosseln oder in anderer Weise zu beeinflussen.
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Es seien schließlich noch einige Betriebsdaten für die erfindungsgemäße
Gaserzeugungsvorrichtung, insbesondere für den dabei vorgesehenen Drehströmungsentstauber
genannt: - Die in den Drehströmungsentstauber für die Sekundärgasströmung einzuführende
Kühlgasmenge kann etwa zwischen dem 0,25- bis 3-fachen der Nutzgasmenge liegen;
- die Druckdifferenz zwischen dem Reaktorauslaß (Auslaßrohr 15; 15') und dem Kühlgaseintritt
(Eintrittsdüsen 12 bzw. Eintrittsringspalt 40) karv zwischen 10 und 80 mbar, vorzugsweise
bei etwa 30 mbar liegen;
- die Eintrittsgeschwindigkeit des Kühlgases
beträgt dabei etwa 10 bis 100 mjsec, vorzugsweise etwa 30 m/sec.
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Was die Temperatur des in den Drehströmungsentstauber für die Sekundärgasströmung
einzuführenden Kühlgases anbelangt, so kann diese Temperatur so festgelegt werden,
daß mit der in den Drehströmungsentst(uber eingeführten Kühlgasmenge die gewünschte
Abkühlung des Nutzgases erzielt wird.
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