DE3000541C2 - Anordnung zur Zuführung von fluidizierendem Gas in die das Wirbelbett enthaltende Kammer eines Wirbelbettapparates - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Zuführung von "fluidizierendem Gas in die das Wirbelbett enthaltende Kammer eines Wirbelbettapparates aus einer Gasquelle über eine Heizvorrichtung und eine Gasspeicherkammer, mit einer Zuleitung, welche eine Seitenwand der Wirbelbettkammer durchsetzt, und mit in die Wirbelbettkammer hineinragenden Verteilerrohren, welche innerhalb der Wirbelbettkammer Verteileröffnungen aufweisen und von der Gasspeicherkammer ausgehend vor Eintritt in die Wirbelbettkammer eine Flüssigkeitskühleinrichtung durchsetzen und mit ihrem äußeren Endabschnitt, der die Zuleitung bildet, in einem sie tragenden Abschnitt der Seitenwand der Wirbelbettkammer befestigt sind, der mit der Flüssigkeitskühieinrichtung in innigem Wärmekontakt steht.

Ein Wirbelbett ist bekanntlich ein Bett aus inertem Granulat, wie z. B. Sand, das bei Betrieb der Wirbelbettanlage durch Luft oder inertes Gas fiuidiziert wird, das durch das Material des Wirbelbettes strömt.

Wirbelbettapparate wie Verbrennungsöfen, Heißgasgeneartoren, Gaserzeugungsgeneratoren, Warmbehandlungsöfen, Reaktoren, Trockner, Röstöfen u.dgl. sind mit einer Wirbelbettkammer zur Aufnahme des inerten Granulats versehen. Meist sind solche Kammern von Wandungen aus feuerfestem Material wie z. B. Schamottsteinen begrenzt und von einer Stahlkonstruktion umgeben.

Das hochtemperaturfeste inerte Granulat in Wirbelbettapparaten, die für die Verbrennung von Brennstoff dienen, setzt aufgrund seiner Dichte dem hindurchfließenden Gasstrom einen hohen Strömungswiderstand entgegen. Der Gasdruck im unteren Teil eines Wirbelbettverbrennungsapparates ist daher verhältnismäßig hoch. Er beträgt z. B. 500 mm Wassersäule.

Das gleichzeitige Auftreten hoher Temperaturen und hoher Drücke hat im Bereich der Gaszuleitungsdurchführung in das Gehäuse der Wirbelbettkammer Dichtungsprobleme zur Folge, die bei Verwendung der üblichen Dichtungsmittel, wie Dichtungsringen und -pakkungen, Dichtungsschnüren und/oder Stoffbuchsen Störungen verursachen können. Die Schwierigkeiten werden noch größer, wenn das fluidizierende Gas bei hohen Temperaturen von beispielsweise 600 bis 1000⁰C durch das Material des Bettes hindurchgeleitet wird, wie es z. B. der Fall ist, wenn das Bett auf eine Betriebstemperatur gebracht wird, bei der ein thermisch stabiler Betrieb des Apparates durchgeführt werden soll. Insbesondere bei Anwendung waagerechter Zuleitungen können die hohen Temperaturen und Drücke des Gases die Vermeidung von Gasleckagen und Wärmeverlusten erschweren, zumal die starke Aufheizung des Wanddurchführungsbereichs am Genäuse Wandverformungen hervorrufen kann.

Bei einer bereits bekannten Anordnung der eingangs genannten Gattung (US-PS 36 05 276) ist die Wirbelbettkammer, deren eine Seitenwand von der-Gaszuleitung durchsetzt wird, durch einen doppelwandigen Querboden in einen oberen, das Wirbelbett enthaltenden sind :p. einen unteren, die Gasspeicherkarr.mer mit dem Gaszuleitungsanschluß bildenden Abschnitt unterteilt. Der mit Leitungsanschlüssen für Kühlwasser versehene Wandzwischenraum des doppelwandigen Querbodens bildet die Flüssigkeitskühleinrichtung für eine Vielzahl senkrechter, den Querboden durchsetzender Verteilerrohre, weiche, von der Gasspeicherkammer ausgehend, mit ihren oberen Enden in das Wirbelbett hineinragen und dort münden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung der eingangs genannten Gattung die Verteilerrohre so anzuordnen, daß die erforderliche gleichmäßige Verteilung des Gases in dem Wirbelbett bei Vermeidung von Gasleckagen und Wärmeverlusten sowie Verformungen der von der Gaszuleitung durchsetzten Stellen der Seitenwand ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verteilerrohre den Mantel der Wirbelbettkammer in waagerechter Richtung diw'chsetzen und axial hintereinander angeordnete Verteileröffnungen aufweisen, und daß die Gasspeicherkair.mer am Mantel vor den Eintrittsöffnungen der Verteilerrohre angeordnet ist.

Mit dieser Lösung lassen sich eine zu starke Aufheizung der Gehäusemantelwand und ihre schädlichen Folgen, insbesondere Wandverformungen mit der Folge von Gasleckagen und Wärmeverlusten, vermeiden. Zugleich wird der weitere Vorteil erreicht, daß die freie Wahl der Höhe des Wirbelbettbodens keinen Einschränkungen durch die Bauhöhe einer darunter angeordneten Gasspeicherkammer und deren Zueltiung unterliegt.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung zu deren Veranschaulichung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung anhand der schematischen ausschnittweisen Darstellung eines Senkrechtschnittes der Anordnung und

Fig. 2 eine ähnliche, etwas abgewandelte Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung.

In beiden Figuren sind miteinander übereinstimmende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

10 ist ein Wirbelbettvcrbrennungsapparat mit einem Stahlgehäuse, dessen Mantelwand 11 von mehreren Verteilerrohren 12 in waagerechter Richtung durchsetzt ist, die auch durch eine von der Mantelwand 11 umschlossene Ausmauerung aus feuerfestem Stein 13

hindurchgeführt sind. Jedes Verteilerrohr 12 weist eine Anzahl axisl hintereinander angeordneter Verteileröffnungen 14 auf, die von dem Verteilerrohr aus waagerecht nach der Seite und nach unten gerichtet sind Das äußere, die Mantelwand 11 durchsetzende Ende jedes Verteilerrohrs durchsetzt eine Rohrplatte 15 und ist mit dieser verschweißt An der Rohrplatte 15 sind halbrunde Wasserrohre 16 angebracht, die sich über die Länge des Wirbelbettapparates 10 erstrecken. Das Wasserrohr 16 ist an seinen Enden mit Leitungsanschlüssen für die Kühlflüssigkeitszu- und -abfuhr versehen.

Die äußeren Enden der Verteilerrohre sind mit der Rohrplatte 15 mittels Unterschneidungsschweißung verschweißt Die Rohrplatte 15 ist ihrerseits mit der Mantelwand 11 des Gehäuses verschweißt oder daran angeflanscht

Die Rohrplatte, mit der die Verteilerrohre verschweißt sind, kann verhältnismäßig dick, mit 1 cm oder mehr bemessen sein. Sie kann aus einem Material bestehen, das ähnliche thermische Eigenschaften aufweist wie das der Verteilerrohre. Die Schweißnähte zwischen den Verteilerrohren und der Rohrplatte sind vorzugsweise Unterschnittverschweißungen. Die Schweißnähte sind vor und nach der Montage der Wirbelbettkammer und der Verteilerrohre zugänglich, um ihre Wartung zu erleichtern. Die Leitungsanschlüsse für Zu- .und Abfuhr der Kühlflüssigkeit sind in der Nähe des Bodens bzw. in der Nähe des oberen Endes der Anordnung angeordnet.

Die Gasspeicherkammer 21 ist an der Außenseite der Mantelwand 11 vor den Eintrittsöffnungen der Verteilerrohre 14 angeordnet. Die Gasspeicherkammer 21 befindet sich innerhalb eines mit feuerfestem Material 23 ausgekleideten Stahlgehäuses 22. Von hier aus werder? den Verteilerrohren 12 Gas, Verbrennungsluft und erneut zu verwendende rückgeführte Verbrennungsgase zugeleitet Kanäle 24 führen durch einen die Gasspeicherkammer einseitig begrenzenden feuerfesten Block 25 zu den Zuleitungsöffnungen der Verteilerrohre 12. Die Gasspeicherkammer 21 ist mit einem abnehmbaren Deckel 26 versehen, nach dessen Entfernung der feuerfeste Block 25 von außen zugänglich ist. Der Block 25 kann ebenfalls entfernt werden, um die Schweißnähte zwischen der Rohrplatte 15 und den Verteilerrohren 12 überprüfen und/oder die Verieilerrohre 12 austauschen zu können.

Die der Gasspeicherkammer 21 von einer schematisch angedeuteten Gasquelle 27, beispielsweise einem Rootes-Gebläse zugeführten Gase werden durch einen Brenner 28 vorgeheizt, um die Temperatur des Wirbelbettes 29 auf seine Betriebstemperatur anzuheben.

Die Mantelwand 11 bildet eine Sperre zwischen dem Wirbelbett 29 und der Gasspeicherkammer 21, so daß eine Strömung ausschließlich über die Verteilerrohre 12 erfolgt. Die infolge des Durchflusses der von dem Brenner 28 vorerhitzf en Gase durch Konvektion auf die Verteilerrohre 12 übertragene Wärme wird durch Wärmeabfluß von den Verteilerrohren 12 über die Rohrplatte 15 und die daran angrenzenden wassergekühlten Wände der halbrunden Rohre 16 ausgeglichen.

Die Größe der durch Konvektion von dem heißen Gas auf die Verteilerrohre 12 übertragenen Wärme hängt ab von der Temperaturdifferenz zwischen beiden, der Wärmeübertragungszahl und der Verteilerrohrwandfläche. Die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung von den Verteilerrohren 12 auf die Rohrplatte 15 und das Kühlwasser ist durch die Temperaturdifferenzen zwischen den verschiedenen Elementen des Systems, die Ouerschnittsfläche der Verteilerrohrwände, die Wärmeleitzahl des Rohrwerkstoffs und den Abstand zwischen den beheizten Stellen der Verteilerrohre und der Rohrplatte 15 bestimmt. Es ist daher möglich, die gekühlte Länge der Verteilerrohre 12 und den Betrag der an das Wasser abgegebenen Wärme zu ermitteln. Die gekühlte Verteilerrohrlänge beträgt in der Regel einige Zentimeter und die Wärmeabgabe an das Wasser etwa 501 je Stunde für jedes Verteilerrohr 12, wenn der Durchmesser des Verteilerrohres etwa 90 mm und seine Wanddicke etwa 3 mm beträgt und eine Gastemperatur von 85O'^!C und eine ansteigende Wassertemperatur von etwa 50° C auf 60° C vorliegt

Bei der in F i g. 2 dargestellten abgewandelten Ausführungsform ist statt einer halbrunde Rohre 16 durchfließenden Kühlwasserleitung ein Wassermantel 30 vorgesehen, der zwischen der Mantelwand 11 und der in einem Abstand außerhalb davon befindlichen Rohrplatte 15 angeordnet ist Die Rohrplatte {5 erstreckt sich über die gesamte Höhe des die Gasspeicherkammer 21 begrenzenden feuerfesten Blocks 25. Der Wassermantel 30 ist mittels flanschartiger Ansäf · 31 ~. dem Gehäuse 22 der Gasspeicherkammer 2i gesciii rssen. Die Enden eines jeden Verteilerrohrs 12 auf der Außenseite der Mantelwandung 11 zwischen dieser und der Rohrplatte 15 sind von einem Ring 32 umgeben, der als Abstandhalter zvischen der Wand 11 und der Rohrplatte 15 dient Die Ringe 32 sind mit der Wand 11 und der Rohrplatte 15 verschweißt. Diese Schweißstellen sind durch die feuerfeste Wand 13 der Wirbelbettkammer von dem Wirbelbett 29 getrennt

Beide Ausführungsbeispiele lassen erkennen, daß durch die neue Anordnung der Verteilerrohre, weiche den Mantel der Wirbelbettkammer, von der außen am Mantel vor den Eintrittsöffnungen der Verteilerrohre angeordneten Gasspeicherkammer ausgehend, in waagerechter Richtung durchsetzen und axial hintereinander angeordnete Verteileröffnungen aufweisen, eine gleichmäßigere Verteilung des zugeführten Gases über das ganze Wirbelbett erreicht und zugleich du. örtliche Erhitzung der von den Verteilerrohren durchsetzten Teile der Außenwand in Grenzen gehalten wird, so daß st-nädliche Gasleckagen und Wärmeverluste vermieden werden. Zugleich wird durch die Anordnung der Gasspeicherkammer außen am Gehäusemantel erreicht, daß die Höhe des Bodens der das Wirbelbett enthaltenden Kammer beliebig wählbar ist, ohne daß die freie Wahl dieser Höhe durch die Bauhöhe der Gasspeicherkammer beschränkt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anoidnung zur Zuführung von fluidizierendem Gas in die das Wirbelbett enthallende Kammer eines Wirbelbettapparates aus einer Gasquelle über eine Heizvorrichtung und eine Gasspeicherkammer, mit einer Zuleitung, welche eine Seitenwand der Wirbelbettkammer durchsetzt, und mit in die Wirbelbettkammer hineinragenden Verteilerrohren, welche innerhalb der Wirbelbettkammer Verteileröffnungen aufweisen und von der Gasspeicherkammer ausgehend vor Eintritt in die Wirbelbettkammer eine Flüssigkeitskühleinrichtung durchsetzen und mit ihrem äußeren Endabschnitt, der die Zuleitung bildet, in einem sie tragenden Abschnitt der Seitenwand der Wirbelbettkammer befestigt sind, der mit der Flüssigkeitskühleinrichtung in innigem Wärmekontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerrohre (12) den Mantel (Jl) der V/irbcibettksniir.er (29) in waagerechter Richtung durchsetzen und axial hintereinander angeordnete Verteilerköffnungen (14) aufweisen, und daß die Gasspeicherkammer (21) am Mantel (11) vor den Eintrittsöffnungen der Verteilerrohre (12) angeordnet ist.