DE3910073A1

DE3910073A1 - Verfahren und vorrichtung zur pneumatischen fliessfoerderung und dosierung staubfoermiger schuettgueter

Info

Publication number: DE3910073A1
Application number: DE19893910073
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Ing Himmel; Rainer Dr Ing Wernecke; Ruediger Langer; Horst Dipl Ing Kretschmer; Roland Dipl Ing Bianchin; Lutz Barchmann
Original assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Current assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Priority date: 1988-07-19
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1990-01-25
Also published as: AU3818189A; CN1039392A

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur pneumatischen Förderung sowie Dosierung staubförmiger Schütt güter in technologische Reaktionsräume und sonstige Aggregate.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Fließförderung wird nach WEBER (s. WEBER, M.: Strömungs fördertechnik, Krausskopf-Verlag Mainz 1974) für feinkörnige Schüttgüter mit Teilchengrößen vorwiegend unter 50 µm angewen det, wobei das Schüttgut aus einer Wirbelschicht heraus in das Förderrohr gelangt und beim Transport gleichmäßig über den Förderleitungsquerschnitt verteilt vorliegt. Es ist aber nicht bekannt, bis zu welcher Dichte des Gas-Feststoff-Stromes die Fließförderung noch gewährleistet ist und durch welchen Mecha nismus die Fließförderung aufrecht erhalten wird. Gerade weil sehr feinkörnige Schüttgüter mehr oder weniger stark kohäsive Eigenschaften besitzen und in quasi ruhenden Schüttungen nicht kontinuierlich fließen, treten beim Auflockern in der Wirbel schicht und damit am Förderrohreinlauf Dichteschwankungen auf. Im Förderrohr pulsiert folglich der Förderstrom und aus Er fahrung verändert sich zeitlich und örtlich die Strömungsform.

In der Praxis versucht man den Ausfluß aus Bunkern und das Fließen der lagernden, kohäsiven Schüttgüter durch Einbringen von Vibratoren in das Schüttgut, durch Schwingungserregung der Apparate-/Rohrleitungsteile, durch pulsierenden Eintrag der Schüttgüter und durch Aufgeben pulsierender Zusatzgasströme in Schüttungen bzw. in Gas-Feststoff-Ströme zu verbessern. Diese Maßnahmen sind in den Patentschriften OS 28 04 610, WP 2 23 613, WP 2 05 452, OS 25 51 641 dargelegt. Die Vibratoren und Schwingerreger arbeiten dabei zwischen 5 und 100 Hz sowie bei Schwingungsamplituden unter 1 mm. Das Ziel besteht darin, die Teilchenhaftkräfte aufzuheben. Nachteilig macht sich die Vibration bei Apparaten, Tragkonstruktionen hinsichtlich der hohen mechanischen Beanspruchungen und hinsichtlich der oft auftretenden Verfestigung sowie Entmischung der Feststoffphase bemerkbar. Oft wird auch der erwünschte, aufzulockernde Bereich des Schüttgutes durch die Schwingung nicht erreicht oder gar verfestigt. Es ist notwendig, große Schüttgutmassen in Erregung zu versetzen.

Eine andere Art, Schüttgüter zum Fließen zu bringen, besteht in der Nutzung von Rührern. Sie benötigen eine äußerst stabile Konstruktion, einen Antrieb mit hohem Leistungsbedarf und eine gasdichte Wellendurchführung durch die Apparatewand bzw. durch den Wirbelboden. Die Störanfälligkeit und Überlastung sind be sonders beim Anlauf des Rührers in nicht fluidisierten Schüt tungen gegeben.

Es ist grundsätzlich nicht möglich, ein stark kohäsives Schütt gut allein durch eine Gasfluidisierung zum Fließen zu bringen. Dies bestätigte sich bei Wirbelschichtuntersuchungen mit fein körnigen, polydispersen Schüttgütern und wird von MOLERUS (s. MOLERUS, O.: Fluid-Feststoff-Strömungen, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1982) damit begründet, daß die maximal übertragbare Strömungskraft beim Auflockern von Schütt gütern mit sinkender Teilchengröße abfällt und die wirksamen Haftkräfte zwischen diesen Teilchen ansteigen. Damit ist das Gasauflockern begrenzt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur pneumatischen Fließförderung und Dosierung schlecht flie ßender staubförmiger Schüttgüter in technologische Reaktions räume und sonstige Aggregate, wodurch ein stetiger, energie minimierter, verschließarmer und gutschonender Arbeitsprozeß erreicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Gaskanalbildung in Wirbelschichten und die niedrige, schwankende Dichte von Gas-Feststoff-Strömungen bei staubförmigen Schüttgütern geringer Fließfähigkeit zu beseitigen, um damit eine entmischungsarme, stetige Fließförderung mit den Vorteilen der äußerst kleinen Strömungsgeschwindigkeit, des niedrigen spezifischen Druck verlustes und des geringen Verschleißes der Fördereinrichtungen zu erreichen.

Es wurde bei der Untersuchung strömender Gas-Feststoff-Gemische, die aus Wirbelschichten abgefördert wurden, gefunden, daß allein die Kanalbildung beim Auflockern kohäsiver, schlecht fließender und insbesondere sehr feinkörniger Schüttgüter die Vermischung von Gas und Feststoff verhindert. Durch die damit fehlende Auflockerung des Schüttgutes wird der Auflockerungsgasstrom nur gering und schwankend mit Feststoff beladen. Selbst bei großen Auflockerungsgasgeschwindigkeiten bleiben Kanäle und ver festigtes Gut erhalten. Erfindungsgemäß werden diese Kanäle und das verfestigte Schüttgut durch eine langsame Querbewegung von mechanischen Einbauten dicht über dem Wirbelboden zerstört, indem die Kanäle mit Feststoff zugeschüttet und die Verfesti gungen gebrochen werden bzw. durch den geschaffenen, aufgeloc kerten Zwischenraum das Schüttgut zum Zusammenbrechen gebracht wird. Damit vermischen sich Gas und Feststoff bei beliebigen Auflockerungsgasgeschwindigkeiten, d. h. auch bei solchen Ge schwindigkeiten, die sonst nur bei feinsten, kohäsionslosen Schüttgütern eine Auflockerung ermöglichen. Die sich einstellende Dichte des Gas-Feststoff-Gemisches kann mit dem Auflockerungs gas variiert und bis auf den Wert der maximalen Dichte ρ _fD, die bei kohäsionslosen Schüttgütern maximal erreichbar ist, ge bracht werden. Erfindungsgemäß wurde zur Lösung der Aufgabe gefunden, daß sich die mechanischen Einbauten im Wirbelschacht über einen Weg von 3 bis 10 mm in einer Zeit von 1 bis 4 Sekun den parallel zur ebenen Wirbelbodenfläche langsam bewegen müssen.

Dabei ergab sich, daß sich bevorzugt ein Lamellengitter eignet, daß 20 bis 100 mm über dem Wirbelboden und 50 bis 200 mm unterhalb der Förderrohreinläufe in der Wirbelschicht frei beweglich an Gitterbefestigungen aufgehängt und von einem Schubmagneten über eine Stößelstange in eine Richtung quer bewegt wird. Die Bewegung in die Ausgangslage zurück führt eine Rück stellfeder von der dem Schubmagneten gegenüberliegenden Seite oder von der Seite des Schubmagneten, wo die Feder gespült wird, aus. Die Lamellenbleche des Lamellengitters besitzen einen Ab stand von 3-10 mm und sind im Gitter quer zur Bewegungsrich tung befestigt. Die Bewegung des Gitters wird mittels eines induktiven Wegaufnehmers, der mit dem Kern des Schubmagneten gekoppelt ist, kontrolliert. Als Meßvorrichtung kann der Schub magnet selbst verwendet werden, indem die elektrische Selbst erregung des Magneten bei der Rückbewegung des Magnetkerns in die Ausgangslage ausgenutzt wird, denn der Schubmagnet ist nur über einen Teil der Wegstrecke der Gitterbewegung aus der Aus gangslage heraus eingeschaltet.

Als wesentliche Einrichtung erwies sich erfindungsgemäß, daß der Wirbelschachtstutzen, in dem der Schubmagnet sitzt, frei von Toträumen gestaltet und mit einer Spülgaszuführung versehen ist, damit insbesondere bei Druckänderungen im Wirbelschacht kein Schüttgut in den Schubmagneten eintritt. Die freie Bewe gung der einzelnen Elemente würde gestört werden.

Erfindungsgemäß konnten die Grenzen der Dichte für die Existenz der Fließförderung durch Untersuchungen ermittelt werden. Fließ förderung kann bis zu einer minimalen mittleren Dichte ρ _f des Gas-Feststoff-Gemisches von ca. 60% der maximal möglichen Dichte ρ _fD einer aufgelockerten Kornschicht erreicht werden. Dieses Maximum bildet sich bei staubförmigen Schüttgütern als Charakteristikum heraus, liegt bei einer Auflockerungsgeschwin digkeit unterhalb des üblichen Lockerungspunktes und besitzt einen Wert erheblich über der bekannten Schüttdichte. Der Be reich der Dichte ρ _fD<ρ _f<0,6 · ρ _fD für Fließförderung ergibt sich als notwendige Bedingung, weil sich in diesem Bereich durch den Entspannungseffekt infolge des Strömungswiderstandes das gesamte entspannende Gas durch das strömende Schüttgut mit einer geringen Differenzgeschwindigkeit bewegt und das Schütt gut auflockert sowie seine dynamische Viskosität verringert. Damit sinkt mit fallender Dichte der spezifische Strömungswider stand, steigt der spezifische Schüttgutdurchsatz und füllt das strömende Schüttgut den Rohrleitungsquerschnitt aus. Das heißt, daß auch der hydraulische Durchmesser des strömenden Gas-Feststoff- Gemisches dem Rohrleitungsdurchmesser entspricht. Sinkt die Dichte ρ _f unter den Wert von 0,6 · ρ _fD, dann entmischt die Gas- Feststoff-Strömung spürbar, weil der Widerstand der Lückendurch strömung zu klein wird. Der Feststoff hat dann einen Anteil des Förderrohrquerschnittes von 1-⌀≈ρ _f/ρ _fD = A _s/A, wobei die entmischte Randschicht annähernd die maximal mögliche Dichte und eine sehr hohe Viskosität besitzt. Außerdem fällt der hydraulische Durchmesser der entmischten Strömung (ab ρ _f/ρ _fD<0,5 bei einer waagerechten Segmentströmung und ab ρ _f/ρ _fD<0,6 bei einer senkrechten Ringströmung) ab.

Hohe Viskosität und sinkender hydraulischer Durchmesser er höhen bekannterweise den Strömungswiderstand, der nun vom sepa raten Gasstrom aufgebracht werden muß und infolge der notwendig hohen Gasgeschwindigkeit eine Verschleißgefahr nach sich zieht.

Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise werden folgende Vor teile erreicht:

- Hoher spezifischer Schüttgutdurchsatz durch eine Förderleitung
- Geringer spezifischer Förderenergieaufwand und geringer Energie aufwand für die Schüttgutauflockerung
- Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit und Beseitigung des Rohrleitungsverschleißes
- Hohe Förderstetigkeit
- Zwangsläufige Sicherung der für die Fließförderung erforder lichen hohen Dichte durch die Lamellengitterbewegung bei kohäsiven Schüttgütern
- Schonender Guttransport.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung werden an Hand der Fig. 1 erläutert. Aus dem Dosierbehälter 1 wird bei einem Druck von 2,5 MPa über die Förderleitung 6 DN 25 mm Stein kohlenstaub zu einem Reaktor mittels der Fließförderung dosiert. Die Steinkohle besitzt einen Wassergehalt von 4% und einen Masseanteil unter 63 µm von 59%. Sie ist schlecht fließfähig, was die hohe Gasgeschwindigkeit am Lockerungspunkt zum Ausdruck bringt, die bei 3,6 cms^-1 liegt. Die maximale Dichte beim Auf lockern beträgt 630 kgm^-3. Die Wirbelschicht ist inhomogen. Bei Einschaltung des Lamellengitters 5 geht die Wirbelschicht in den homogenen Zustand über und die Gasgeschwindigkeit am Lockerungspunkt liegt dabei bei 0,5 cms^-1. An der Zuführung für Auflockerungsgas 4 wird für den kontinuierlichen Betrieb eine Gasmenge eingestellt, die am Wirbelboden 3 sowie damit im Wirbelschacht 2 bei eingeschaltetem Lamellengitter 5 eine Gas geschwindigkeit von 0,70 cms^-1 bewirkt. Die Dichte des Gas- Feststoff-Gemisches am Anfang der Förderleitung 6 beträgt dabei 503 kgm^-3, so daß das Verhältnis ρ _f/ρ _fD bei 0,80 liegt und die Fließförderung über die gesamte Förderleitung 1 von 60 m Länge wegen des geringen Entspannungseffektes bei der Förderung unter hohem Druck erhalten bleibt. Der Durchmesser des Wirbel schachtes 2 beträgt 400 mm und der des Oberteiles des Dosier behälters 1 bzw. des Speicherraumes 14 2200 mm, so daß die Steinkohle im Speicherraum 14 quasi ruht. Der Kohlenstaubdurch satz beträgt 2940 kgh^-1 und die Strömungsgeschwindigkeit am Förderleitungsanfang ca. 3,3 ms^-1.

Diese Betriebseinstellungen können kontinuierlich aufrecht er halten werden, weil das bewegungsminimierte System des Lamellen gitters 5 mit dem Schubmagneten 8 und mit der Spülgaszuführung 12 zuverlässig arbeitet. Die Rückstellbewegung des Lamellengitters 5 mit der Rückstellfeder 10 wird gewährleistet, weil die Gitter befestigung 7 frei beweglich ausgeführt ist. Im Wirbelschacht stutzen 13 sind außer dem Schubmagneten 8 noch ein induktiver Wegaufnehmer 11 zur Messung des Lamellengitterhubes und die Stößelstange 9 untergebracht. Die Tot- bzw. Hohlräume im Wirbel schachtstutzen 13 sind mit einem porenfreien Isolator verfüllt.

Das Lamellengitter 5 ist 30 mm über dem Wirbelboden 3 und 100 mm unter dem Förderleitungseinlauf angeordnet. Es besitzt einen Lamellenabstand von 10 mm und auch einen Hub von 10 mm bei einer Zeit der Hin- und Herbewegung von ca. 2 s. Der Hub des Lamellen gitters 5 wird mittels der Meßeinrichtung 11 gemessen und über wacht.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Dosierbehälter
2 Wirbelschicht
3 Wirbelboden
4 Zuführung für Auflockerungsgas
5 Lamellengitter
6 Förderleitung
7 Gitterbefestigung
8 Schubmagnet
9 Stößelstange
10 Rückstellfeder
11 Meßeinrichtung für Lamellengitterhub
12 Spülgaszuführung
13 Wirbelschachtstutzen für Schubmagnet
14 Speicherraum

Claims

1. Verfahren zur pneumatischen Fließförderung und Dosierung staubförmiger Schüttgüter mit geringer Fließfähigkeit in Reaktionsräume oder sonstige Aggregate bei atmosphärischem sowie beliebig hohem Druckniveau aus einem Dosierbehälter über ein oder mehrere, in die Wirbelschicht eintauchende Förderrohre, wobei in dem Dosierbehälter im unteren zylin drischen Schacht durch Zuführung von Auflockerungsgas über einen ebenen Wirbelboden eine partielle Wirbelschicht er zeugt wird und aus dem oberhalb des Wirbelschachtes liegen den, konisch erweiterten, nach unten offenen Speicherraum das quasi ruhende Schüttgut in die partielle Wirbelschicht nachrutscht, und wobei über die in die Wirbelschicht eintau chenden Förderrohre zur Gewährleistung der Fließförderung das Gas-Feststoff-Gemisch des kohäsiven Schüttgutes ohne Entmi schung stetig in den Förderleitungen bzw. in einem wesent lichen Teil der Förderleitungslänge strömt, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Sicherung der mittleren Dichte ρ _f von 100% bis minimal 60% der beim Auflockern von staubförmigen Schütt gütern maximal auftretenden Dichte ρ _fD des in die Förder rohre eintretenden Gas-Feststoff-Gemisches für kohäsive, zur Kanalbildung und damit zu geringerer mittlerer Dichte neigen den Schüttgütern die Kanalbildung durch eine langsame Rela tivbewegung mechanischer Einbauten so zerstört wird, daß sich das Auflockerungsgas mit dem Schüttgut vermischt und daß sich ein beliebiges, jedoch erforderliches Mindestdichteniveau zur Gewährleistung der Fließförderung bei Variation des Auf lockerungsgasstromes einstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit tels eines direkt über dem Wirbelboden aufgehängten und paral lel zur Wirbelbodenfläche in 1 bis 4 Sekunden über einen Weg von 3 bis 10 mm langsamen Hin- und Herbewegungen ausgesetzten Lamellengitters die beim Auflockern entstehenden Gaskanäle mit Schüttgut zugeschüttet werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Wirbelschacht zwi schen Wirbelboden und Förderrohreinläufen parallel mit dem Wirbelboden das Lamellengitter an vier Gitterbefestigungen frei beweglich aufgehängt und mit einem in der Lamellen gitterebene, auf einer radialen Achse liegenden Bewegungs antriebssystem verbunden ist, wobei das Bewegungsantriebs system aus einem zeitgesteuerten Schubmagneten, der in einem Wirbelschachtstutzen angeordnet ist, durch eine Stößelstange mit dem Lamellengitter verbunden ist und über eine Gasspü lung verfügt, und aus einer im Wirbelschachtstutzen angeord neten, gespülten oder an der gegenüberliegenden Wirbelschacht wand befindlichen Rückstellfeder besteht, wobei die Rückstell feder kraftschlüssig mit dem Wirbelschachtstutzen bzw. mit der Wirbelschachtwand und dem Lamellengitterumfang verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lamellengitter 20 bis 100 mm über dem Wirbelboden, 50 bis 200 mm unterhalb der Förderrohreinläufe angeordnet ist, die Lamellen des Gitters quer zur Bewegungsrichtung stehen und einen Abstand von 3 bis 10 mm zueinander aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzenraum des Schubmagneten totraumfrei, druckfest gestal tet ist, die Geschwindigkeit des Spülgases durch die freien Querschnitte zwischen bewegten sowie ruhenden Elementen ca. 2 ms^-1 beträgt und die Spülgaszuführung im Wirbelschacht endet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Achse des Schubmagneten eine Meßeinrichtung für den Lamellengitterhub in Form eines induktiven Wegaufnehmers ange ordnet ist und eine Betriebskontrolleinrichtung darstellt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubmagnet selbst unter Ausnutzung der elektrischen Selbst erregung bei der Rückbewegung des Magnetkernes in die Ausgangs lage zurück als Meßeinrichtung für den Lamellengitterhub ge staltet wird.