DE3925630A1

DE3925630A1 - Umlauf-wirbelbettvorrichtung

Info

Publication number: DE3925630A1
Application number: DE3925630A
Authority: DE
Inventors: Michael Robin Judd
Original assignee: NAT ENERGY COUNCIL; National Energy Council
Current assignee: ENERKOM (PTY) Ltd SANDOWN ZA
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1989-08-03
Publication date: 1990-02-15
Also published as: US4945656A; FR2635274A1; AU3926989A; GB2221628B; IT1231778B; IT8921488A0; GB8917691D0; GB2221628A; AU610800B2; FR2635274B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Umlauf-Wirbelbettvor richtung. Spezieller betrifft sie eine Umlauf-Wir belbettvorrichtung, die sich zur Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials wie beispiels weise Kohle eignet.

Gemäß der Erfindung wird eine Umlauf-Wirbelbettvor richtung vorgesehen, welche aufweist:
ein Gehäuse;
ein Paar beabstandeter Trennwände, die im Inneren des Gehäuses angeordnet sind, einander gegenüberlie gen und horizontal voneinander beabstandet sind, um zwischen sich eine Zugzone zu definieren, wobei die Trennwände sich jeweils aufwärts von unteren Kan ten, die zwischen sich einen unteren Einlaß definie ren, welcher vom Inneren des Gehäuses außerhalb der Zone in die genannte Zone führt, zu oberen Kanten erstrecken, welche zwischen sich einen oberen Aus laß definieren, der von der genannten Zone in das Innere des Gehäuses außerhalb der Zone führt;
getrennte Fluidzuführeinrichtungen zur jeweiligen Zufuhr eines Fluidisierfluids in das Gehäuse zur Fluidisierung eines teilchenförmigen Materials in der Zugzone zwischen den Trennwänden, und zur Zufüh rung eines Fluidisierfluids in das Gehäuse zur Flui disierung eines teilchenförmigen Materials im Inne ren des Gehäuses außerhalb der Zugzone, wobei die Zuführeinrichtung für die genannte Zugzone eine mittige Zuführeinrichtung ist, welche unter der Zug zone angeordnet ist, und die Zuführeinrichtung für das Innere des Gehäuses außerhalb der Zugzone eine äußere Zuführeinrichtung ist, welche an gegenüber liegenden Seiten der mittigen Zuführeinrichtung und unterhalb des Inneren des Gehäuses außerhalb der Zugzone angeordnet ist; und
Fluidauslaßeinrichtungen aus dem Gehäuse oberhalb der Zugzone, jeweils für Fluidisierfluid von der Zugzone und Fluidisierfluid vom Inneren des Gehäu ses außerhalb der Zugzone, nämlich eine mittige Fluidauslaßeinrichtung für Fluidisierfluid von der Zugzone, und eine äußere Fluidauslaßeinrichtung für Fluidisierfluid vom Inneren des Gehäuses außerhalb der Zugzone, wobei die äußere Fluidauslaßeinrich tung an gegenüberliegenden Seiten der mittigen Fluidauslaßeinrichtung angeordnet ist.

Wenn bei der oben definierten Vorrichtung das Inne re des Gehäuses außerhalb der Zugzone und die Zugzo ne mit einem geeigneten Bestand teilchenförmigen Ma terials beschickt werden, können Fluidisierfluide gleichzeitig jeweils in die Zugzone und in das Inne re des Gehäuses außerhalb der Zugzone mit jeweili gen Raten und Drücken so zugeführt werden, daß das teilchenförmige Material sowohl innerhalb der Zugzo ne als auch im Inneren des Gehäuses außerhalb der Zugzone fluidisiert wird und so, daß sich insgesamt eine Strömung von teilchenförmigem Material auf wärts in der Zugzone, aus der Oberseite der Zugzone in das Innere des Gehäuses außerhalb der Zugzone, abwärts im Gehäuseinneren an gegenüberliegenden Sei ten der Zugzone und einwärts in die Zugzone am Bo den der Zugzone ergibt, wobei das Fluidisierfluid für das teilchenförmige Material in der Zugzone mit tels der mittigen Zuführeinrichtung zugeführt wird und aus dem Gehäuse aus der mittigen Auslaßeinrich tung austritt und wobei das Fluidisierfluid für das teilchenförmige Material im Inneren des Gehäuses au ßerhalb der Zugzone mittels der äußeren Zuführein richtungen in das Gehäuse zugeführt wird und aus dem Gehäuse über die äußeren Auslaßeinrichtungen austritt, so daß in der Vorrichtung ein Umlauf-Wir belbett erhalten wird.

Es ist demzufolge möglich, zwei wesentlich unter schiedliche Fluidisierfluide jeweils für die Fluidi sierung von teilchenförmigem Material in der Zugzo ne und für die Fluidisierung von teilchenförmigem Material im Inneren des Gehäuses außerhalb der Zug zone einzusetzen; die Raten und Drücke, mit welchen diese Fluide dem Gehäuse zugeführt werden und es verlassen, der Bestand an Feststoffen teilchenförmi gen Materials im Gehäuse und die Geometrie der Vor richtung können so gewählt werden, daß im wesentli chen das gesamte Fluidisierfluid, das über die mitt ige Zuführeinrichtung zugeführt wird, aufwärts durch die Zugzone durchtritt und im wesentlichen das gesamte Fluidisierfluid, das über die äußere Zu führeinrichtung zugeführt wird, aufwärts durch das Innere des Gehäuses außerhalb der Zugzone durch tritt.

Es ist daher möglich, zwei im wesentlichen verschie dene Vorgänge gleichzeitig stattfinden zu lassen, jeweils in der Zugzone und im Inneren des Gehäuses außerhalb der Zugzone; durch geeignete Wahl der o. g. Betriebs- und Vorrichtungsparameter kann si chergestellt werden, daß im wesentlichen das gesam te Fluid, das das teilchenförmige Material in der Zugzone verläßt, aus dem Gehäuse durch die mittigen Auslaßeinrichtungen austritt und daß im wesentli chen das gesamte Fluid, das das teilchenförmige Ma terial im Inneren des Gehäuses außerhalb der Zugzo ne verläßt, aus dem Gehäuse durch die äußeren Aus laßeinrichtungen austritt.

Wenn der Feststoffteilchenbestand ein kohlenstoff haltiges Ausgangsmaterial wie pulverisierte Kohle einer geeigneten Teilchengröße, Kohleabfälle, Siebe reifeinkohle, Flugasche, Holzteilchen o. dgl. ist und die Fluidisierfluide jeweils Dampf und ein sauerstoffhaltiges Gas wie beispielsweise Luft sind, kann die Vorrichtung zur Kohlevergasung zur Gewinnung eines brennbaren Gases wie beispielsweise Brenngas oder Synthesegas verwendet werden, wobei in der Zugzone ein Verbrennungsvorgang und im Inne ren des Gehäuses außerhalb der Zugzone ein Verga sungsvorgang stattfinden oder umgekehrt.

Die Trennwände können die Form eines Paares von Ta feln haben, die sich jeweils aufwärts von einer un teren Kante zu einer oberen Kante erstrecken, wobei die unteren Kanten der Tafeln miteinander auf glei cher Höhe liegen und oberhalb des Gehäuses beabstan det sind, so daß der Abstand zwischen den unteren Kanten der Tafeln und dem Gehäuse den unteren Ein laß in die Zugzone bildet und wobei die oberen Kan ten der Tafeln auf gleicher Höhe miteinander liegen und unterhalb des Gehäuses beabstandet sind, so daß der Abstand zwischen den oberen Kanten der Tafeln und dem Gehäuse den oberen Auslaß aus der Zugzone bildet. Die Tafeln können jeweils horizontale unte re und obere Kanten haben, welche gerade sind, wo bei die Tafeln üblicherweise eben und miteinander vertikal ausgerichtet so angeordnet sind, daß ihre Oberflächen parallel zueinander und vertikal verlau fen.

Die Trennwände können sich horizontal nebeneinander in einer Richtung erstrecken, die quer zur horizon talen Richtung verläuft, in welcher sie voneinander beabstandet sind, wobei das Gehäuse eine Kontur in vertikalem Schnitt entlang einer Vertikalebene pa rallel zur Richtung hat, in welcher die Trennwände voneinander beabstandet sind, wobei die Kontur zwei seitig symmetrisch zu einer Vertikalebene ist, die parallel zu den Trennwänden und auf halbem Wege zwi schen diesen steht.

Die Trennwände werden in geeigneter Weise im Gehäu se abgestützt, beispielsweise durch zusätzliche Trä ger, wenn ihre Verbindungen mit den Endwänden ihr Gewicht nicht tragen können. Die Trennwände können aus einem hitzefesten oder feuerfesten Material be stehen, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder ei nem geeigneten keramischen oder Verbundmaterial, das Temperaturen von bis zu 1000°C oder mehr stand halten kann; anderenfalls können sie hohl und was sergekühlt sein, in welchem Fall sie beispielsweise Wasserwänden in Dampfboilern ähneln und in welchem Fall sie zur Dampferzeugung benutzt werden können.

Das Gehäuse kann ein Paar horizontal beabstandeter Endwände haben, wobei die Trennwände Endkanten ha ben, die an den Endwänden befestigt sind, und die Kontur im Vertikalschnitt des Gehäuses kann kreis förmig sein, so daß das Gehäuse die Form eines hohl zylindrischen Behälters mit einer horizontalen Ach se hat. Auf diese Weise können die Endwände kreis förmigen Umriß haben und beispielsweise auswärts ge kümpelt und teilweise sphärisch sein, nach Art der Endwänden von Druckbehältern.

Die mittige Zuführeinrichtung kann eine mittige An ordnung von Standrohren umfassen, die aufwärts in das Innere des Gehäuses vorstehen und an oberen End bereichen enden, die mit Fluidverteildüsen versehen sind und beabstandet unterhalb des Einlasses in die Zugzone liegen, wobei die äußeren Zuführeinrichtun gen ein Paar äußerer Anordnungen von Standrohren an gegenüberliegenden Seiten der mittigen Anordnung um fassen und die Standrohre der äußeren Anordnungen aufwärts in das Innere des Gehäuses vorstehen und in oberen Endbereichen enden, die mit Fluidverteil düsen versehen sind.

Die Standrohre jeder Anordnung können in Reihen an geordnet sein, wobei die Standrohre jeder Reihe in Serien voneinander beabstandet sind und die Reihen sich von einem Ende des Gehäuses zum anderen er strecken. Die Vorrichtung umfaßt dann eine Mehrzahl von unter Druck setzbaren Sammelkammern, die sich entlang einander in einer Richtung von einem Ende des Gehäuses zum anderen erstrecken, wobei die unte ren Enden der Standrohre jeder Reihe mit der glei chen Sammelkammer kommunizieren und die oberen End bereiche aller mit jeder Sammelkammer kommunizieren der Rohre im Gehäuse auf gleicher Höhe liegen und die oberen Endbereiche der seitlich äußersten Stand rohre auf der größten Höhe liegen, während die obe ren Endbereiche der seitlich innersten Standrohre auf der geringsten Höhe liegen und die Höhen zuneh mend vom innersten Standrohr zum äußersten Stand rohr zunehmen. Der obere Endbereich jedes Standroh res kann abgeschlossen sein, wobei seine Fluidver teildüse eine horizontale Reihe von in Umfangsrich tung beabstandeten Durchlässen durch seine Seiten wand nahe dem geschlossenen Ende des Rohres umfaßt und das äußere Ende jedes Durchlasses auf einer Hö he liegt, die nicht höher ist als sein inneres En de, um dem Eintritt von Feststoffbestand in die Standrohre beim Betrieb entgegenzutreten. Üblicher weise sind die Standrohre von kreisförmigem Quer schnitt und die Durchlässe sind gleichmäßig über den Umfang verteilte horizontale radiale Durchläs se.

Während die Sammelkammern im Gehäuse liegen können, befinden sie sich vorzugsweise jedoch außerhalb und unterhalb des Gehäuses. Die Sammelkammern können die Form von durch Trennwände separierten Abteilen haben oder sie können die Form von Rohrverzweigun gen haben, die voneinander beabstandet sind und von denen die Standrohre wegstreben. Wenn die oberen Endbereiche aller einer jeweiligen Sammelkammer zu geordneten Standrohre auf der gleichen Höhe liegen, ist sichergestellt, daß im wesentlichen der gleiche Durchfluß durch jede Düse im Betrieb erfolgt, was eine gleichmäßige Fluidverteilung im Gehäuse för dert. Es ist weiterhin wünschenswert, daß jede Sam melkammer einen hinreichend großen Querschnitt hat, um im Betrieb jedwede wesentliche Druckschwankung über ihre Länge zu vermeiden. Außerdem ist es wün schenswert, die Düsen so auszulegen, im Betrieb ein Druckabfall über jede Düse von ihrem Standrohr in das Wirbelbett auftritt, der wenigstens 40% des Druckabfalls ausmacht, der durch das Wirbelbett zwi schen der Düse und der Oberseite des Wirbelbettes auftritt.

Während für die Zuführeinrichtungen die o. g. Stand rohranordnung vorgezogen wird, könnten die Zuführ einrichtungen prinzipiell auch die Form von perfo rierten Tafeln haben, die die oberen Wände bzw. Dä cher von im Gehäuse angeordneten Sammelkammern bil den, nämlich eine mittige unterste Tafel unter der Zugzone und, an gegenüberliegenden Seiten der mitt igen Tafel, eine oder mehrere äußere perforierte Ta feln auf Höhen, die von der mittigen Tafel seitlich auswärts fortschreiten zunehmen. Jedoch sollten al le perforierten Tafeln horizontal liegen, so daß die fortschreitende Zunahme der Höhe schrittweise erfolgt.

Die Oberseite der Zugzone kann von einer Haube ein geschlossen sein, die ein Paar abwärts hängender Schürzen hat, welche Unterkanten aufweisen, die je weils auswärts von den Trennwänden beabstandet unter dem Niveau der Oberkanten der Trennwände liegen. Die Schürzen der Haube können von ihren Unterkanten ausgehend aufwärts und in Gegenrichtung auswärts ge neigt sein.

Wenn das Gehäuse Endwände hat, wie oben beschrie ben, kann die Haube mit einem Paar flacher Prallflä chen versehen sein, die sich zwischen den Endwänden erstrecken und vom Gehäuse abwärts zu unteren Kan ten vorstehen, die die untere Kante der Schürze bil den. Die Prallflächen können in anderen Worten dem zufolge abwärts und seitlich einwärts schräg verlau fen, so daß sie abwärts aufeinanderzu und auf die Trennwände zu konvergieren. Die Prallflächen können in der Tiefe einstellbar sein, so daß das Niveau ih rer unteren Kanten und der Abstand zwischen diesen unteren Kanten und den Trennwänden eingestellt wer den kann. Gleichermaßen können die Tafeln, die die Trennwände bilden, in der Tiefe einstellbar sein, so daß die Niveaus ihrer oberen und/oder unteren Kanten einstellbar sind. Die Prallflächen sind vor zugsweise auf beiden Seiten der Zugzone gleicherma ßen beabstandet.

Die mittige Fluidauslaßeinrichtung kann eine Mehr zahl von Auslaßöffnungen durch das Gehäuse umfas sen, die in Serien voneinander beabstandet in einer mittigen Position oberhalb der Zugzone liegen, wo bei die äußere Fluidauslaßeinrichtung zwei Serien von Auslaßöffnungen durch das Gehäuse oberhalb des Gehäuseinneren auf gegenüberliegenden Seiten der Zugzone umfaßt. Mit anderen Worten kann so die mittige Fluidauslaßeinrichtung von der Haube auf wärts durch das Gehäuse führen, in einer mittigen Position und auf einem Niveau oberhalb der oberen Kanten der Trennwände, wobei sich die Öffnungen der mittigen Fluidauslaßeinrichtung in einer mittigen Reihe von einem Ende der Gehäusewand zum anderen er strecken. Die äußere Fluidauslaßeinrichtung, die in ähnlicher Weise zwei Reihen der genannten Auslaßöff nungen umfaßt, erstreckt sich jeweils außerhalb der Prallflächen, wobei diese beiden Serien sich ent lang und auswärts benachbart von den Verbindungen der jeweiligen Prallflächen und dem Gehäuse er strecken. Eine Ablenkeinrichtung, die im Quer schnitt V-förmig sein kann, kann oberhalb des Aus lasses der Zugzone vorgesehen werden und sich paral lel zu den Trennwänden entlang dem Gehäuse er strecken, zwischen diesem Auslaß und der mittigen Fluidauslaßeinrichtung, wobei die Ablenkeinrichtung dafür sorgt, daß unerwünschte Verluste von grobem Feststoffmaterialbestand aus dem Gehäuse über die mittige Fluidauslaßeinrichtung vermindert werden.

Die Vorrichtung kann ein Zuführsystem für teilchen förmige Feststoffe haben, das eine Mehrzahl sich ab wärts erstreckender Leitungen in das Innere des Ge häuses umfaßt, wobei die Leitungen Auslässe in das Innere des Gehäuses außerhalb der Zugzone haben. Dieses Zuführsystem für teilchenförmige Feststoffe kann sich zur Zuführung von umsetzbaren teilchenför migen Feststoffen wie etwa zu vergasendem kohlen stoffhaltigen Material, kontinuierlich oder typi scherweise intermittierend in das Gehäuse eignen. Das Zuführsystem kann eine Mehrzahl von sich ab wärts erstreckenden, beispielsweise vertikalen Lei tungen in das Innere des Gehäuses außerhalb der Zug zone umfassen, wobei die Leitungen vorzugsweise ho rizontale untere Auslaßöffnungen in das Gehäuse auf weisen. Zwei Reihen solcher Leitungen können vorge sehen werden und sich beispielsweise entlang dem Ge häuse erstrecken, wobei die Leitungen soweit wie möglich seitlich und horizontal von den Trennwänden beabstandet sind. Jede Leitung kann ein Paar beab standeter Ventile wie etwa Schieber oder Bunkerver schlüsse aufweisen, die zwischen sich eine Luft schleuse bilden, wobei diese Maßnahme möglich ist, da die Ventile fern von den Hochtemperaturzonen im Gehäuse angeordnet werden können.

Im Betrieb werden typischerweise der Fluidzuführein laß des mittigen Abteils und die Fluidzuführeinläs se der Kammern der äußeren Abteile mit einer Quelle von unter Druck stehendem Fluidisierfluid verbun den, während die Auslaßöffnungen der Fluidauslaßein richtungen mit Rohrverteilern oder Sammlern verbun den sind, um aus dem Gehäuse austretende Fluide auf zunehmen, wobei die Feststoffzuführleitungen mit ei nem Vorrat von teilchenförmigen Feststoffen verbun den sind.

Wie oben angegeben wird erwartet, daß eine prakti sche Verwendung für die erfindungsgemäße Vorrich tung in der Vergasung von Kohle oder einem ähnli chen kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial liegt, wo bei typischerweise ein Verbrennungsvorgang in der Zugzone und ein Vergasungsvorgang im Inneren des Ge häuses außerhalb und auf gegenüberliegenden Seiten der Zugzone stattfindet. In einem solchen Vorgang sind die beiden hauptsächlichen Verbrennungsreak tionen folgende:

C + O₂ → CO₂ (1)

2 C + O₂ → 2 CO (2)

während die beiden hauptsächlichen Vergasusngsreak tionen folgende sind:

C + H₂O → CO + H₂ (3)

C + 2 H₂O → CO₂ + 2 H₂ (4)

Für diese Art von Verfahren zeigen von der Anmelde rin durchgeführte Versuche, daß die Beabstandung zwischen den Separatoren so gewählt sein sollte, daß der Aufwärtsstrom von Luft in der Zugzone, der für den Verbrennungsvorgang nötig ist, eine Auf wärts-Gasgeschwindigkeit in der Zugzone gewähr leistet, die ungefähr 4 bis 5mal so groß ist wie die minimale Fluidisiergeschwindigkeit, die zur Fluidisierung des teilchenförmigen Materials in der Zugzone benötigt ist. Demgegenüber sollte die Auf wärtsströmung von Dampf im Gehäuse an beiden Seiten der Zugzone, die für die Vergasungsreaktion notwen dig ist, nicht größer sein als ausreichend, um teil chenförmiges Material außerhalb der Zugzone zuverläs sig zu fluidisieren, d. h. die Aufwärtsgeschwindig keit des Dampfes sollte oberhalb, aber so nahe wie möglich bei geeigneter Sicherheitsreserve bei der minimalen Fluidisiergeschwindigkeit liegen, die zur Fluidisierung des teilchenförmigen Materials nötig ist. Die Mengen von fließendem Fluid sollten jedoch außerdem so gewählt werden, daß eine angemessene Be triebs-Selbsterwärmung der Vorrichtung bei seiner Betriebstemperatur bzw. seinen Betriebstemperaturen gefördert wird, so daß keine gesonderte Wärmezufuhr über die Verbrennungswärme in der Zugzone hinaus er forderlich wird. Routineversuche, in Verbindung mit der Verwendung von standardisierten Wärme- und Mas segleichgewichten, empirischen Kohleanalysen und standardisierten thermodynamischen Daten können zur Bestimmung geeigneter oder optimierter Parameter verwendet werden, wobei weiterhin auch wirtschaftli che Überlegungen einzubeziehen sind. Die Raten und Ausmaße, mit denen die obigen Reaktionen 1 bis 4 in der Vorrichtung ablaufen, sollten ebenfalls in Be tracht gezogen werden.

Ähnliche Überlegungen betreffen die vertikale Tiefe der Trennwände. In diesem Zusammenhang wird angenom men, daß die Vergasungsreaktionen, die langsamer sind als die Verbrennungsreaktionen, bestimmend sein werden. Die jeweils genauen Beabstandungen zwi schen den oberen und unteren Kanten und der Gehäuse oberhalb und unterhalb der Trennwände werden durch Routineversuche so festgelegt, daß ein glatter Strom durch das umlaufende Bett fluidisierter Teil chen gefördert wird.

Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kohlever gasung eingesetzt wird, wird erwogen, daß der Fest stoffbestand im Gehäuse einen größeren Anteil iner ten feuerfesten Sandes mit einer geeigneten Teil chengrößenverteilung umfassen wird, wobei dieser Feststoffbestand ungefähr 5 bis 15%, d. h. 10 Mas senprozent von kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial wie etwa siebfeines umfaßt. Der feuerfeste Sand wirkt als allothermisches Mittel, indem er beim Um lauf des Wirbelbettes Wärme durch das ganze Gehäuse transportiert. Der Sand bewirkt eine Verteilung der Kohle und vermindert so eine Zusammenballung des teilchenförmigen kohlenstoffhaltigen Materials und fördert die Zurückhaltung von Feinteilchen des koh lenstoffhaltigen Materials bzw. von dessen Asche im Gehäuse, insbesondere im Gehäuse außerhalb der Zug zone.

Da der Sand Wärme im Gehäuse transportiert, hat die Rate, mit welcher er aufwärts durch die Zugzone und abwärts außerhalb der Zugzone umläuft einen wesent lichen Einfluß auf die Rate, mit welcher kohlen stoffhaltiges Material verarbeitet werden kann, so wohl zur Verbrennung in der Zugzone als auch zur Vergasung außerhalb der Zugzone, wobei je höher die Umlaufrate ist, desto höher, innerhalb Grenzen, die Rate ist, mit welcher diese Vorgänge ablaufen kön nen.

Es wird erwogen, daß bei stationärem Betrieb wäh rend der Kohlevergasung Kohle der Vorrichtung mit konstanter Rate zugeführt wird, während Feinabfall aus der Kohlevergasung und Verbrennung, d. h. im we sentlichen Flugasche, die Vorrichtung mit dem Syn thesegas verläßt, das durch den Vergasungsprozeß ge wonnen wird und in dem Abgas mit relativ geringem kalorischem Wert, das aus dem Verbrennungsvorgang stammt. Vom Anmelder angestellte Versuche deuten an, daß bis zu zweimal soviel Feinabfall mit dem Ab gas abgehen kann, als mit dem Synthesegas abgeht, was deswegen vorteilhaft ist, weil das letztere das wertvollere Produkt ist und seine Säuberung von Feinabfällen einen Kostenfaktor bildet.

Bei stationärem Betrieb werden sich größere Teil chen im Bestand anreichern, üblicherweise Ascheteil chen, aber auch möglicherweise Fremdstoffe. Diese großen Teilchen sollten von Zeit zu Zeit entfernt werden, beispielsweise unter Verwendung eines Fluid/Feststoff-Auslaßventils am Unterteil des Ge häuses, wobei dafür zu sorgen wäre, daß die Betäti gung dieses Ventils oder einer ähnlichen Einrich tung zur Feststoffentfernung keine unakzeptablen Druckschwankungen im Wirbelbett erzeugt, die die Prozeßsteuerung nachteilig beeinflussen können.

Jedweder feuerfeste Sand, der als Feinabfall oder bei der Entfernung von übergroßen Teilchen aus dem Gehäuse verloren geht, wird von Zeit zu Zeit mit tels des Feststoffzuführsystems ersetzt, wobei die ser Zusatz aus Sand besteht, der entsprechend einer Teilchengrößenverteilung gradiert ist, die die Teil chengrößenverteilung des Feststoffbestandes im Ge häuse in für einen angemessenen Betrieb des Verfah rens angemessenen Grenzen hält. Wenn gewünscht, kön nen übergroße Teilchen und aus dem Gehäuse entfern ter Sand getrennt und der Sand ins Gehäuse zurückge führt werden.

Die Fluidisierfluide (Luft und Dampf) werden übli cherweise vorgeheizt werden, beispielsweise durch Wärmeaustausch mit Verbrennungsabgasen und/oder Syn thesegas, um die Wärmeeffizienz des Verfahrens zu verbessern. Zur Messung der Bestandsniveaus im Wir belbett kann die Vorrichtung Sonden umfassen, die zur Messung von Druckdifferenzen zwischen verschie denen Niveaus im Gehäuse in das Wirbelbett reichen. Diese Sonden können sehr schräg geneigte oder senk recht abwärts vorstehende Rohre sein, die nicht ent leert werden müssen. Stattdessen können die übli chen entleerbaren Einlässe in das Gehäuse für Druck messungen benutzt werden.

Weiterhin sollte hinsichtlich des Betriebes der Vor richtung festgehalten werden, daß Instabilitäten auftreten können, durch welche Feststoff und/oder Fluidfließgeschwindigkeit und/oder -drücke außer halb der Zugzone auf einer Seite der Zugzone nicht denen auf der anderen Seite der Zugzone entsprechen.

Anmelderseitig wird vorgeschlagen, solchen Ungleich gewichten dadurch entgegenzuwirken, daß der Druck des Fluidisierfluids (Dampf) in den Sammelkammern oder Rohrverteilern der äußeren Fluidzuführeinrich tungen angemessen reguliert wird, um zu sichern, daß der Abwärtsfluß von Feststoffbestand auf jeder Seite des Gehäuses außerhalb der Zugzone wenigstens ungefähr der gleiche bleibt.

Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnah me auf die beigefügten diagrammatischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische dreidimensionale An sicht einer erfindungsgemäßen Umlauf-Wir belbettvorrichtung, wobei zur leichteren Darstellung Teile des Gehäuses weggebro chen sind;

Fig. 2 eine schematische geschnittene Endan sicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 in seitlicher Schnittansicht und ver größertem Maßstab eine Einzelheit des oberen Endbereichs eines der Standrohre der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine ebene Schnittansicht des Standroh res gemäß Fig. 3 in Richtung der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine Ansicht entsprechend Fig. 2 einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungs form;

Fig. 6 eine Einzelheit in vergrößertem Maßstab der Fig. 5;

Fig. 7 eine ebene Ansicht der Standrohranordnun gen der Vorrichtung gemäß Fig. 5; und

Fig. 8 eine Teilansicht entsprechend Fig. 2, welche die teilchenförmigen Feststoffe nahe den oberen Kanten der Trennwände und den unteren Kanten der Prallflächen der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 im Be trieb veranschaulicht.

In den Fig. 1, 2 und 8 der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein eine Umlauf-Wirbelbett apparatur gemäß der Erfindung, die sich zur Verga sung von pulverisierter Kohle eignet. Die Apparatur hat ein Gehäuse 12 in Form eines sich horizontal er streckenden Hohlzylinders mit kreisförmigem Quer schnittsumriß und auswärts gekümpelten teilweise sphärischen Endwänden 14 mit kreisförmigem Umriß.

Ein Paar gegenüberliegender passender Trennwände in Form von horizontal beabstandeten flachen senkrech ten wärmefesten Tafeln 16 aus rostfreiem Stahl sind im Gehäuse vorgesehen. Jede Tafel 16 hat eine hori zontale obere Kante 18, die beabstandet unterhalb der gekrümmten Wand des Gehäuses 12 liegt, eine ho rizontale untere Kante 20, die beabstandet oberhalb der gekrümmten Wand des Gehäuses 12 liegt und ein Paar Endkanten (nicht gezeigt), die an den jeweili gen Endwänden 14 befestigt sind. Jede Tafel 16 ist in Richtung ihrer Kanten 18, 20 längsgestreckt und hat einen länglichen Umriß.

Unter spezieller Bezugnahme auf Fig. 2 sind die Ta feln in der Tiefe einstellbar und bestehen jeweils aus zwei Teilen, nämlich einem festen Teil 24 und einem einstellbaren unteren Teil 28. Der feste Teil 24 ist mit seinen Endkanten mit den Endwänden 14 des Gehäuses verbunden und der einstellbare Teil 28 ist in vertikaler Richtung bezüglich des Teils 24 mittels lösbarer Bolzen 30 einstellbar, die in ver tikalen Schlitzen in einem oder beiden der Teile 24, 28 angeordnet sind. Wenn gewünscht kann ein wei terer einstellbarer Teil (nicht gezeigt) an der obe ren Kante jedes festen Teils 24 vorgesehen werden, welcher in ähnlicher Weise mit dem Teil 24 verbun den und in vertikaler Richtung verstellbar ist, um eine in ihrer Höhe einstellbare obere Kante 18 zu bilden.

Eine V-förmige Ablenkeinrichtung 32 (in Fig. 1 nicht gezeigt) ist beabstandet oberhalb der oberen Kanten 18 der Tafeln 16 und unterhalb der gekrümm ten Wand des Gehäuses 12 vorgesehen. Die Ablenkvor richtung 32 ist länglich und erstreckt sich zwi schen den Endwänden 14, an denen ihre Enden be festigt sind; sie hat eine horizontale Breite, die geringfügig kleiner ist als der Abstand zwischen den Tafeln 16.

Die Prallflächen 34 bilden zusammen mit den Endwän den 14 eine Haube über den oberen Kanten 18 der Ta feln 16. Die Prallflächen sind ebenfalls länglich und weisen an gegenüberliegenden Enden Endkanten auf, die an den Endwänden 14 befestigt sind; sie ha ben obere Kanten, die bis 38 an der gekrümmten Wand des Gehäuses 12 befestigt sind, und untere Kanten 40, die seitlich auswärts und unterhalb der jeweili gen oberen Kanten 18 der Tafeln 16 beabstandet lie gen. Die Prallflächen verlaufen einwärts und ab wärts von 38 aus geneigt, so daß sie abwärts unter einem Winkel A bezüglich der Vertikalen in Richtung auf die Tafeln 16 konvergieren. Die unteren Kanten 40 der Prallflächen 34 sind in der Tiefe einstell bar und an unteren Teilen 42 (in Fig. 1 nicht ge zeigt) der Prallflächen 34 vorgesehen, wobei jedes untere Teil am Rest der zugehörigen Prallfläche 34 mittels Bolzen befestigt ist, die bei 44 in sich aufwärts erstreckenden Schlitzen in den Teilen 42 oder im Rest der Prallflächen 34 sitzen.

Die Tafeln 16 und Prallflächen 34 liegen gleich mäßig beabstandet an gegenüberliegenden Seiten der mittigen vertikalen Symmetrieachse des Gehäuses, die in Fig. 2 durch die unterbrochene Linie 46 ange deutet ist.

Unterhalb der Zone zwischen den Tafeln 16 ist eine mittige Fluidzuführeinrichtung vorgesehen, die sich von einer Endwand 14 zur anderen erstreckt und daran befestigt ist. Diese Fluidzuführeinrichtung umfaßt eine Anordnung, die aus fünf Reihen von Standrohren 48 besteht. Die Standrohre 48 stehen aufwärts in das Innere des Gehäuses 12 vor und en den in oberen Endbereichen 50, die mit Fluidverteil düsen versehen sind (im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 beschrieben). Die Reihen von Roh ren 48 sind seitlicher Richtung voneinander beab standet und jede Reihe erstreckt sich von einem En de des Gehäuses zum anderen. Diese mittige Anord nung von Rohren 48 ist unter der Zugzone angeord net, die zwischen den Trennwänden 16 definiert wird und die Rohre 48 führen aufwärts von zwei unter Druck setzbaren Sammelkammern 52 und 54 in Form von Rohrverzweigungen, wobei die Sammelkammer 52 zu den mittigen drei Reihen von Rohren 48 und die Sammel kammer 54 zu den äußeren zwei Reihen von Rohren 48 zuführt.

Eine äußere Fluidzuführeinrichtung wird von zwei äußeren Anordnungen von Standrohren 56 gebildet, die in ähnlicher Weise aufwärts in das Innere des Gehäuses 12 von Rohrverzweigungen ausgehend vortre ten und in oberen Endbereichen 50 enden, die mit Fluidverteildüsen versehen sind. Die Standrohre 56 der äußeren führen von ähnlichen Rohrverzweigungen 58, 60 aus aufwärts. Jede Rohrverzweigung 58 hat ei ne einzelne Reihe von Rohren 56, die von ihr auf wärts wegstrebt, wobei diese Reihen sich jeweils un ter den Trennwänden 16 befinden; die Rohrverzweigun gen 60, die in jeweils zwei Paaren auswärts benach bart von den Rohrverzweigungen 58 angeordnet sind, haben jeweils zwei von Rohren 56, die von ihnen aus gehend in das Gehäuse 12 an gegenüberliegenden Sei ten der Zugzone führen und die Rohrverzweigungen 62, die seitlich am weitesten außen entlang den äußeren Rohrverzweigungen 60 liegen, haben jeweils eine einzelne Reihe von Rohren 56, die von ihnen ausgehend in das Gehäuse führen.

Ein mittiger Fluidauslaß aus dem Gehäuse 12 ist vor gesehen und umfaßt eine Mehrzahl von Öffnungen durch die gekrümmte Wand des Gehäuses 12, die in Rohre 64 münden. Die Rohre sind in einer mittigen Reihe angeordnet, die sich entlang der Oberseite des Gehäuses 12 erstreckt, und in Serien in Rich tung der Gehäuseachse beabstandet. Die Rohre 64 füh ren zu einem gemeinsamen Gassammler 66. Eine äußere Fluidauslaßeinrichtung aus dem Gehäuse ist eben falls vorgesehen und umfaßt zwei Reihen von Öffnun gen durch die gekrümmte Wand des Gehäuses 12, die in Rohre 68 münden. Die Rohre 68 jeder Reihe sind in Serien in Richtung der Gehäuseachse beabstandet und die Reihen von Öffnungen, die in sie hineinfüh ren, gehen jeweils durch die Wand des Gehäuses un mittelbar unter der Verbindungen bei 38 zwischen den Prallflächen 34 und dem Gehäuse 12 und in ge meinsame Sammler 70.

Das Gehäuse 12 hat ein Feststoffzuführsystem, das vertikale Leitungen 72 umfaßt, die tangential ab wärts auf gegenüberliegenden Seiten der Tafeln 16 in das Gehäuse 14 führen. Die Leitungen 72 haben Auslaßöffnungen an der horizontalen Durchmesserflä che 74 des Gehäuses 12 (unterbrochene Linien in Fig. 2) und liegen unmittelbar benachbart der ge krümmten Wand des Gehäuses 12. Die Leitungen 72 ha ben an ihren unteren Enden bei 76 Auslaßöffnungen, deren Umfänge horizontal liegen. Abhängig von der Länge des Gehäuses in Richtung seiner Achse kann auf jeder Seite der Ebene 46 eine einzige Leitung 72 vorgesehen sein oder aber es kann eine Reihe von Leitungen 72 vorgesehen werden, die in Serien in Richtung der Achse des Gehäuses 12 beabstandet auf jeder Seite der Ebene 46 liegen. Jede Leitung 72 hat ein Paar beabstandeter Schieber oder Bunkerver schlüsse (nicht gezeigt), die zwischen sich eine Luftschleuse definieren, wobei der untere Bunkerver schluß bzw. Schieber hinreichend hoch in der Lei tung 72 liegt, um vor übermäßig hohen Temperaturen geschützt zu sein.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 ist der obere End bereich eines Standrohres 48 generell mit 50 be zeichnet. Dieser obere Endbereich 50 ist durch eine Platte 78 abgeschlossen und mit einer Fluidverteil düse versehen, die eine horizontale Reihe gleichmä ßig in Umfangsrichtung beabstandeter horizontaler Durchlässe 80 umfaßt.

In Fig. 5, 6 und 7 sind gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Teile wie in Fig. 1 und 2 ver wendet, wenn nicht anders angegeben. Die Rohrver zweigungen 52, 54 und 58 bis 60 der Fig. 1 und 2 sind in Fig. 5 bis 7 durch entsprechend numerierte unter Druck setzbare Sammelkammern ersetzt, die mit tels Wänden 82 voneinander abgetrennt sind, so daß zwei Sammelkammer 54 gebildet werden. In Fig. 7 ist die mittige Anordnung von Rohren 48 mit 84 bezeich net und die zwei anderen Anordnungen von Rohren 56 sind mit 86 bezeichnet. Die Trennwände 16 sind ohne irgendwelche obere oder untere einstellbare Teile gezeigt, welche den einstellbaren Teilen 28 der Fig. 1 und 2 entsprechen.

Im Betrieb für die Vergasung pulverisierter Kohle wird die Apparatur 10 durch Beladung mit einem ge eigneten Bestand von feuerfestem Sand und gepulver ter Kohle beschickt, wobei die gepulverte Kohle un gefähr 10% der Masse des Bestandes ausmacht. Das Einblasen vorgeheizter Luft in das Gehäuse 12 über die Rohrverzweigungen 52, 54 und die Rohre 48, das Einblasen von Dampf in das Gehäuse 12 über die Rohr verzweigungen 58, 60 und 62 sowie die Rohre 56 und die Zündung der Kohle in der Zone zwischen den Ta feln 16 führt zur Kohlevergasung und Gewinnung von Synthesegas.

Die Anmelderin hat festgestellt, daß durch Routine versuche hinsichtlich der Geometrie der Apparatur (beispielsweise der Beabstandung zwischen sowie der Höhe der unteren und oberen Kanten der Tafeln 16; der Beabstandung zwischen den Punkten 38, wo die Prallflächen 34 das Gehäuse 12 erreichen, des Win kels A der Prallflächen 34 zur Vertikalen und ihrer Tiefe; der Höhe und Beabstandung der oberen Enden 50 der Rohre 48, 56 sowie der Anzahl und Größe der Rohre und Bauart ihrer Düsen usw.) und der Betriebs parameter (beispielsweise der Flußrate und des Druckes in den Luft-Rohrverzweigungen oder Sammel kammern 52, 54; der jeweiligen Flußraten und Drücke, mit denen Dampf den verschiedenen Rohrver zweigungen oder Sammelkammern 60, 62 zugeführt wird, der Zufuhr von Dampf oder Luft zu den Rohrver zweigungen oder Sammelkammern 58 sowie der entspre chenden Flußrate und des Druckes; des Druckes in den Rohren 64, 68 an den Öffnungen, mittels welcher sie mit dem Gehäuse kommunizieren; des Bestandes an feuerfestem Sand und Kohle, mit dem das Gehäuse be schickt und der darin aufrechterhalten wird usw. Be triebsbedingungen erhalten werden können, durch die der Bestand in der Zugzone zwischen den Trennwänden 16 fluidisiert wird und der Bestand im Inneren des Gehäuses außerhalb der Zugzone ebenfalls fluidi siert wird, während gleichzeitig:

a) eine insgesamt aufwärtsgerichtete Strömung von Feststoffbestand in der Zone zwischen den Trenn wänden 16, welche die Zugzone bilden, besteht;
b) der in der Zugzone aufwärts fließende Bestand über die oberen Kanten 18 der Trennwände 16 fließt und zwischen den Trennwänden 16 und den unteren Kanten 40 der Prallflächen 34 abwärts in das Innere des Gehäuse 12 außerhalb und an ge genüberliegenden Seiten der Zugzone fällt;
c) sich ein insgesamt abwärts gerichteter Fluß von Feststoffbestand im Inneren des Gehäuses 12 au ßerhalb der Zugzone ergibt;
d) fluidisierter Feststoffbestand abwärts und ein wärts über den Boden des Gehäuses 12 und in den Unterbereich der Zugzone zwischen den Tafeln 16 oberhalb der Standrohre 48 gleitet;
e) im wesentlichen die gesamte von den Rohrverzwei gungen oder Sammelkammern 52, 44 zugeführte Luft zwischen den Trennwänden 16 durch die Zugzone aufwärts strömt und im wesentlichen keine solche Luft im Inneren des Gehäuses 12 außerhalb der Zugzone aufwärts strömt;
f) im wesentlichen der gesamte Dampf von den Rohr verzweigungen oder Sammelkammern 60, 62 aufwärts durch das Innere des Gehäuses 12 außerhalb der Zugzone strömt und im wesentlichen kein solcher Dampf durch die Zugzone zwischen den Trennwänden 16 aufwärtsströmt;
g) im wesentlichen das gesamte, aus der Oberseite der Zugzone zwischen den Trennwänden 16 austre tende Gas durch die Haube zwischen den Prallflä chen 34 über die Rohre 64 austritt und im wesent lichen kein solches Gas das Gehäuse 12 über die Rohre 68 verläßt und
h) im wesentlichen alles Gas, das von der Oberseite des Bestandes im Inneren des Gehäuses 12 an ge genüberliegenden Seiten der Zugzone austritt, das Gehäuse 12 über die Rohre 68 verläßt und im wesentlichen kein solches Gas das Gehäuse 12 über die Rohre 66 verläßt.

Man wird verstehen, daß bei stationärem Betrieb der Vorrichtung 10 eine Kohlevergasung mit dem Dampf un ter Selbsterwärmung in einem Wirbelbett aus Sand und Kohle im Inneren des Gehäuses 12 außerhalb der Zugzone abläuft; die Luft wird zur Verbrennung von Kohle in der Zugzone zwischen den Tafeln 16 einge setzt, um die für die Vergasung benötigte Hitze be reitzustellen. Natürlich kann, wenn gewünscht, die Situation umgekehrt werden, wobei Verbrennungsluft über die Sammelkammern 60 bis 62 zugeführt wird und Dampf über die Sammelkammern 52 bis 54 zugeführt werden.

Außerdem können die Verzweigungen oder Sammelkammern 58 zur Druckeinstellung am Einlaß zur Zugzone ver wendet werden, indem Luft, Dampf oder kein Fluid, wie benötigt, zugeführt wird, um einen getrennten Aufwärtsstrom von Luft und Dampf zu fördern, von de nen der eine zwischen den Trennwänden 16 in der Zug zone, der andere aber außenseits der Trennwände durchtritt oder umgekehrt.

In der Zugzone zwischen den Tafeln wird der Fest stoffbestand zur Aufwärtsströmung veranlaßt, durch träge Strömung und pneumatische Anhebung.

Es wird erwogen, daß die unter Bezug auf die Zeich nungen geschriebene Vorrichtung 10 verwendet werden kann, um ein niederenergetisches Verbrennungsgas oder aber ein Gas von Synthesequalität zu erzeugen, wobei Siebereifeinkohle verwendet wird, die nicht gradiert werden muß. Die Größenverteilung kann in nerhalb breiter Grenzen variieren, ohne daß die Ver gaserfunktion nennenswert berührt wird und ein klei ner Anteil größerer Teilchen bis zu 25 mm Größe kann akzeptabel sein. Die Kohlequalität ist nicht kritisch und Kohlegrade oder Brennabfälle mit bis zu 50 Masseprozent Asche können verwendet werden. Selbstverständlich wird die Wärmebilanz umso unvor teilhafter sein, je höher der Aschegehalt der Kohle ist. Eine wichtige Voraussetzung hinsichtlich der Asche ist, daß ihr Erweichungspunkt größer als die in Betracht gezogene maximale Reaktionstemperatur von ungefähr 950°C sein sollte und vorzugsweise ihr Erweichungspunkt größer als 1200°C sein sollte. Es kann nötig sein, die zuzuführende Kohle zu trock nen, aber nur um befriedigende Transporteigenschaf ten sicherzustellen. Außerdem werden nur noch Was ser, im wesentlichen für die Dampferzeugung, und Luft für die Verbrennung im Betrieb benötigt. Die selbrennstoff oder Brenngas kann für die anfängli che Erwärmung und Zündung bei der Anlaufphase des Be triebs verwendet werden und überschüssige Wärme aus den Verbrennungs- und/oder Synthesegase kann mit tels geeigneter Wärmetauscher eingesetzt werden, um zugeführte Luft und Dampf aufzuheizen.

Es wird erwogen, daß eine Version des Betriebes, ge eignet zur Brenngasproduktion, bei geringfügig über atmosphärischem Druck ablaufen kann und eine andere Version des Betriebs, die sich für die Produktion von Treibgas oder Synthesegas eignet, bei noch höhe ren Drücken von beispielsweise 20 bis 45 bar ab läuft. Das Gehäuse 12 ist typischerweise ein Stahl behälter, der mit einer keramischen Isolierung aus gekleidet ist, und die äußere Hülle des Behälters kann luftgekühlt werden.

Es wird erwogen, daß das teilchenförmige Wirbelbett material ungefähr 10 Massenprozent Kohle und unge fähr 90 Massenprozent Inertmaterial umfaßt, anfangs feuerfesten Sand (verwendet für den Betriebsan lauf), aber möglicherweise einen beträchtlichen Ge halt von Asche, nachdem der Betrieb einige Zeit an gedauert hat. Die Betriebstemperatur kann im Be reich von ungefähr 800°C bis 1000°C, wobei die unte ren Temperaturen in der äußeren Vergasungsregion und die höheren Temperaturen in der Verbrennungsre gion angetroffen werden. Die Temperatur im oberen Bereich der Vergasungsregion wird so gewählt, daß während der Vergasung im wesentlichen keine Teer stoffe gebildet werden.

Typischerweise werden die Verbrennungsgasprodukte aus der Zugzone im wesentlichen Kohlenmonoxid, Koh lendioxid und Stickstoff umfassen und können als Niederqualitätsbrenngas geeignet sein. Festes Mate rial, das an der Ablenkeinrichtung 32 vorbeigelangt und in die Rohre 64 gelangt (hauptsächlich Asche) kann durch Zyklonen abgetrennt und ins Gehäuse 12 zurückgeführt werden. Feinteile, beispielsweise sol che mit weniger als 100 µ Größe, die durch die Zy klonen hindurchgelangen, können durch Hilfszyklonen abgetrennt, abgelöscht und aus dem Prozeß entfernt werden. Das saubere Verbrennungsgas kann dann durch Wärmeaustauscher geführt werden, um seine brauchba re Wärme zurückzugewinnen, beispielsweise zur Dampf erzeugung, und kann dann beispielsweise in Abwär me-Kesseln oder einer Verbrennungsgasturbine ver brannt werden.

Das Synthese- oder Treibgas, welches getrennt durch die Rohre 68 abgezogen wird, wird in ähnlicher Wei se entstaubt, in Wärmeaustauschern abgekühlt und kann dann naß oder trocken nachgereinigt werden, um im wesentlichen alle teilchenförmigen Stoffe zu ent fernen. Dann kann eine übliche Entschwefelung be wirkt werden, je nachdem welche Gasqualität ge wünscht wird.

Die Entfernung von Grobasche und die Aufrechterhal tung des Wirbelbettbestandes kann bewirkt werden entweder durch Entfernung eines Teils des Wirbel bettmaterials aus dem Gehäuse 12 mittels geeigneter Bunkerverschlüsse, nachfolgendes Ablöschen und Ver werfen, und/oder durch Zusatz von feinem feuerfe sten Sand, je nachdem welche spezifischen Eigen schaften die Kohle hat, die vergast wird. Betriebs dampf kann, wie oben erwähnt, von einem Abwärmekes sel erhalten werden, wobei Abwärme aus den Verbren nungsgasen benutzt wird, und ein Roots-Typ-Gebläse mit variabler Kapazität kann als Zuführeinrichtung für die Zuführung der Verbrennungsluft ins Verfah ren verwendet werden, wobei die Verbrennungsluft vorzugsweise mittels Abgas aus dem Betrieb auf unge fähr 200°C bis 500°C vorgewärmt wird.

Die Verwendung der beschriebenen Vorrichtung hat den Vorteil, daß eine Ausschlämmung der feinen Brennstoffteilchen vermindert wird und teilchenför miges Ausgangsmaterial wie etwa Kohle in einem ver gleichsweise inerten Wirbelbettmaterial dispergiert werden kann, welches Sand und Asche enthält, was die unerwünschte Neigung zur Zusammenballung der Verbrennungskohle und deren Sinterung an den Zuführ punkten vermindert. Teerstoffe und Öle und kohlen stoffhaltigen Ausgangsmaterialien werden gekreckt und schwere Kohlenwasserstoffe werden üblicherweise weder im Synthesegasstrom noch im Verbrennungsgas strom beobachtet.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist, daß unter Bezug auf Fig. 7, welche den Fluß des Feststoffbe standes beim Betrieb der Vorrichtung zeigt, eine stehende Welle bei 90 an der Oberfläche der fluidi sierten Kohle unter jeder der Prallflächen 34 be obachtet wurde, wobei die untere äußere Seitenflä che jeder Prallfläche bei 92 im wesentlichen frei von Teilchen bleibt, bis herab zu ihrer unteren Kan te 40. Dieser teilchenfreie Raum bietet einen Nie derdruckpfad für Gas, das die Oberseite des Be standsbettes im Inneren des Gehäuses 12 außerhalb der Zugzone verläßt, um zu den Rohren 68 durchzu strömen. Dies fördert die Trennung der Gase an den Einengungen zwischen den unteren Kanten 40 der Prallflächen 34 und den Tafeln 16, was Gasdurchtrit ten vom Inneren des Gehäuses 12 außerhalb der Zugzo ne in die Haube und umgekehrt entgegenwirkt.

Ein weiteres spezielles Merkmal der Vorrichtung ist, daß diese sich ohne weiteres von erfolgreichen Pilotanlagen auf volle Betriebsanlagengröße bringen läßt. Wird eine Pilotanlage entworfen und getestet, mit einem Gehäuse mit dem endgültigen Durchmesser, jedoch von geringer Länge bzw. Abstand zwischen den Endwänden 14, gerade lang genug, daß Endwandeinwir kungen vernachlässigbar bleiben, dann ist die Maß stabsvergrößerung trivial einfach. Diese Maßstabs vergrößerung erfordert nur eine Längenvergrößerung des Gehäuses 12, der Tafeln 16, der Prallflächen 34, der Platten 48, 50, der Wände 56 und Tafeln 58 in Richtung ihrer Achsen, wobei die Geometrie, ins besondere die vertikalen Abmessungen, der Vorrich tung im übrigen unverändert bleiben und geeignete Gas-, Dampf- und Feststoffzuführungen nebst Fest stoffentfernungseinrichtungen in beabstandeten Zwi schenräumen entlang der Länge des Gehäuses 12 vorge sehen werden. Im Gegensatz hierzu ist bei der Anmel derin bekannten früheren Entwürfen, die ein mittiges vertikales Zugrohr in einem zylindrischen Gehäuse mit vertikaler Achse einsetzen, eine Maß stabsvergrößerung ohne Neukonstruktion und erneutes Ausprobieren bei jeder Änderung des Durchmessers und/oder der Höhe des Gehäuses oder des Zugrohres unmöglich und wenn die radialen Abmessungen groß werden, kann sich aus dem mittigen Zugrohr austre tendes Material nicht gleichmäßig über die Ringflä che außerhalb des Rohres ausbreiten, was zur Kanal bildung, zu radialen Temperaturgradienten und allge meiner Ineffizienz führt. Die Kapazität der erfin dungsgemäßen Vorrichtung ist demgegenüber prinzi piell unendlich abwandelbar, ohne zusätzliche Versu che, indem nur die Länge der Vorrichtung variiert wird. Sollte jedoch irgendeine axiale Fehlvertei lung des Druckes in einem langen Gehäuse 12 auftre ten, kann dem dadurch entgegengewirkt werden, das Gehäuse in eine sich axial erstreckende Serie von Abteilen unterteilt wird, entweder durch Quer schnittsunterteilungen oder mittels sich quer er streckender Prallflächen, die die Abteilungen par tiell voneinander trennen aber die Kommunikation zwischen ihnen nicht verhindert, beispielsweise in Form mittiger kreisförmiger Scheiben, die durch Ringräume vom Gehäuse 12 beabstandet sind und mit Umfangs-Prallflächen alternieren, die sich in Um fangsrichtung entlang dem Gehäuse erstrecken und ra dial einwärts vortreten.

Als spezielles Beispiel schlägt die Anmelderin eine Vorrichtung zur Verarbeitung von 25 Tagestonnen Feinkohle zwecks Erzeugung von Synthesegas bei 5 bar (d. h. 0,5 MPa) Abgabedruck vor, welche die fol genden Abmessungen hätte:

Durchmesser des Gehäuses 12\|- 1,5 m
Länge des Gehäuses 12	- 2,0 m
Abstand zwischen den Trennwänden 16	- 0,5 m
Tiefe der Trennwände 16	- 0,7 m

Die Kanten 20 der Trennwände wären ungefähr 200 mm in vertikaler Richtung vom Gehäuse 12 beabstandet.

Für eine Kohle mit einer ungefähren Massenanalyse von beispielsweise 53% fixiertem Kohlenstoff; 22% flüchtigem Material; 21% Asche; 4% Wasser und einem Brennwert von 31 MJ/kg (spezieller ungefähr 60 Mas senprozent Kohlenstoff; 3% Wasserstoff; 2% Stick stoff; 0,2% Schwefel; 10% Sauerstoff; 21% Asche und 4% Wasser) wird eine Luftströmungsrate von ungefähr 49 m³/min (bei Standarddruck und -temperatur) vorge schlagen, mit einer Dampfflußrate von 12 bis 13 kg/min, wobei sowohl Luft wie auch Dampf auf unge fähr 350°C vorgeheizt sind. Die Produktionsrate von feiner Asche wäre 4 kg/min, wobei 2/3 durch die Roh re 68 und 1/3 durch die Rohre 64 austreten.

Das aus den Rohren 68 austretende Synthesegas hät te eine Trockenanalyse von ungefähr 52 bis 53 Volu menprozent Wasserstoff; 33% Kohlenmonoxid; 10% Koh lendioxid; 22% Wasser und 4 bis 5% Stickstoff und Schwefelwasserstoff. Das aus den Rohren 64 austre tende Abgas hätte eine Trockenanalyse von ungefähr 1 Volumenprozent Wasserstoff; 10% Kohlenmonoxid; 15% Kohlendioxid; 74% Stickstoff und 0 bis 1% Was ser. Die Produktionsrate des Synthesegases auf nas ser Basis wäre ungefähr 32 bis 33 m³/min bei Stan dardtemperatur und -druck, mit einer Produktionsra te von Abgase von ungefähr 46 bis 47 m³/min bei Standardtemperatur und -druck.

In der Zugzone würde sich eine Temperaturzunahme von ungefähr 835°C am Boden bis ungefähr 920°C an der Oberseite ergeben und im Gehäuse 12 außerhalb der Zugzone würde eine Temperaturabnahme von unge fähr 920°C an der Oberseite bis ungefähr 835°C am Boden auftreten. Die Umlaufrate des Feststoffbestan des durch die Zugzone wäre ungefähr eine Tonne pro Minute. Es wird angenommen, daß außerhalb der Zugzo ne das Temperaturprofil im wesentlichen linear wäre und es ist im Prinzip möglich mit einer maximalen Temperatur von 900°C bis 950°C an der Oberseite und einer minimalen Temperatur von nur 600°C am Boden des Wirbelbetts zu arbeiten obwohl übliche maximale und minimale Temperaturen typischerweise etwas ge ringer bzw. größer als diese Extremwerte wären.

Claims

1. Umlauf-Wirbelbettvorrichtung (10), gekennzeichnet durch
ein Gehäuse (12);
ein Paar beabstandeter Trennwände (16), die im Inne ren des Gehäuses angeordnet sind, einander gegenü berliegen und horizontal voneinander beabstandet sind, um zwischen sich eine Zugzone zu definieren, wobei die Trennwände sich jeweils aufwärts von unte ren Kanten (20), die zwischen sich einen unteren Einlaß definieren, welcher vom Inneren des Gehäuses außerhalb der Zone in die genannte Zone führt, zu oberen Kanten (18) erstrecken, welche zwischen sich einen oberen Auslaß definieren, der von der genann ten Zone in das Innere des Gehäuses außerhalb der Zone führt;
getrennte Fluidzuführeinrichtungen (86, 88) zur je weiligen Zufuhr eines Fluidisierfluids in das Gehäu se zur Fluidisierung eines teilchenförmigen Mate rials in der Zugzone zwischen den Trennwänden, und zur Zuführung eines Fluidisierfluids in das Gehäuse zur Fluidisierung eines teilchenförmigen Materials im Inneren des Gehäuses außerhalb der Zugzone, wo bei die Zuführeinrichtung (86) für die genannte Zug zone eine mittige Zuführeinrichtung ist, welche un ter der Zugzone angeordnet ist, und die Zuführein richtung (88) für das Innere des Gehäuses außerhalb der Zugzone eine äußere Zuführeinrichtung ist, wel che an gegenüberliegenden Seiten der mittigen Zu führeinrichtung und unterhalb des Inneren des Gehäu ses außerhalb der Zugzone angeordnet ist; und
Fluidauslaßeinrichtungen (64, 68) aus dem Gehäuse oberhalb der Zugzone, jeweils für Fluidisierfluid von der Zugzone und Fluidisierfluid vom Inneren des Gehäuses außerhalb der Zugzone, nämlich eine mittige Fluidauslaßeinrichtung (64) für Fluidisier fluid von der Zugzone, und eine äußere Fluidaus laßeinrichtung (68) für Fluidisierfluid vom Inneren des Gehäuses außerhalb der Zugzone, wobei die äuße re Fluidauslaßeinrichtung an gegenüberliegenden Sei ten der mittigen Fluidauslaßeinrichtung angeordnet ist.

2. Umlauf-Wirbelbettvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände die Form eines Paares von Tafeln (16) haben, die sich je weils aufwärts von einer unteren Kante (20) zu ei ner oberen Kante (18) erstrecken, wobei die unteren Kanten der Tafeln miteinander auf gleicher Höhe lie gen und oberhalb des Gehäuses beabstandet sind, so daß der Abstand zwischen den unteren Kanten der Ta feln und dem Gehäuse den unteren Einlaß in die Zug zone bildet und wobei die oberen Kanten der Tafeln auf gleicher Höhe miteinander liegen und unterhalb des Gehäuses beabstandet sind, so daß der Abstand zwischen den oberen Kanten der Tafeln und dem Gehäu se den oberen Auslaß aus der Zugzone bildet.

3. Umlauf-Wirbelbettvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (16) sich horizontal nebeneinander in einer Richtung er strecken, die quer zur horizontalen Richtung ver läuft, in welcher sie voneinander beabstandet sind, wobei das Gehäuse (12) eine Kontur in vertikalem Schnitt entlang einer Vertikalebene parallel zur Richtung hat, in welcher die Trennwände voneinander beabstandet sind, wobei die Kontur zweiseitig symme trisch zu einer Vertikalebene (46) ist, die paral lel zu den Trennwänden und auf halbem Wege zwischen diesen steht.

4. Umlauf-Wirbelbettvorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein Paar hori zontal beabstandeter Endwände (14) hat, wobei die Trennwände Endkanten haben, die an den Endwänden be festigt sind, und die Kontur im Vertikalschnitt des Gehäuses kann kreisförmig sein, so daß das Gehäuse die Form eines hohlzylindrischen Behälters mit ei ner horizontalen Achse hat.

5. Umlauf-Wirbelbettvorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittige Zuführein richtung eine mittige Anordnung (86) von Standroh ren (48) umfaßt, die aufwärts in das Innere des Ge häuses vorstehen und an oberen Endbereichen enden, die mit Fluidverteildüsen (50) versehen sind, wobei die äußeren Zuführeinrichtungen ein Paar äußerer An ordnungen (88) von Standrohren (56) an gegenüberlie genden Seiten der mittigen Anordnung umfassen und die Standrohre der äußeren Anordnungen aufwärts in das Innere des Gehäuses vorstehen und in oberen End bereichen enden, die mit Fluidverteildüsen (50) ver sehen sind.

6. Umlauf-Wirbelbettvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Standrohre jeder An ordnung in Reihen angeordnet sind, wobei die Stand rohre jeder Reihe in Serien voneinander beabstandet sind und die Reihen sich von einem Ende des Gehäu ses (12) zum anderen erstrecken und daß die Vorrich tung eine Mehrzahl von unter Druck setzbaren Sammel kammern (52, 54, 58, 60, 62) umfaßt, die sich ent lang einander in einer Richtung von einem Ende des Gehäuses zum anderen erstrecken, wobei die unteren Enden der Standrohre jeder Reihe mit der gleichen Sammelkammer kommunizieren und die oberen Endberei che aller mit jeder Sammelkammer kommunizierender Rohre im Gehäuse auf gleicher Höhe liegen und die oberen Endbereiche der seitlich äußersten Standroh re auf der größten Höhe liegen, während die oberen Endbereiche der seitlich innersten Standrohre auf der geringsten Höhe liegen und die Höhen zunehmend vom innersten Standrohr zum äußersten Standrohr zu nehmen.

7. Umlauf-Wirbelbettvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Endbereich je des Standrohres abgeschlossen ist, wobei seine Fluidverteildüse eine horizontale Reihe von in Um fangsrichtung beabstandeten Durchlässen (80) durch seine Seitenwand nahe dem geschlossenen Ende des Rohres umfaßt und das äußere Ende jedes Durchlasses auf einer Höhe liegt, die nicht höher ist als sein inneres Ende.

8. Umlauf-Wirbelbettvorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite der Zugzo ne von einer Haube eingeschlossen ist, die ein Paar abwärts hängender Schürzen (34) hat, welche Unter kanten (40) aufweisen, die jeweils auswärts von den Trennwänden beabstandet unter dem Niveau der Ober kanten der Trennwände liegen.

9. Umlauf-Wirbelbettvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schürzen der Haube von ihren Unterkanten ausgehend aufwärts und in Ge genrichtung auswärts geneigt verlaufen.

10. Umlauf-Wirbelbettvorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mittige Fluidaus laßeinrichtung eine Mehrzahl von Auslaßöffnungen (64) durch das Gehäuse umfaßt, die in Serien vonein ander beabstandet in einer mittigen Position ober halb der Zugzone liegen, wobei die äußere Fluidaus laßeinrichtung zwei Serien von Auslaßöffnungen (68) durch das Gehäuse oberhalb des Gehäuseinneren auf gegenüberliegenden Seiten der Zugzone umfaßt.

11. Umlauf-Wirbelbettvorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Zu führsystem für teilchenförmige Feststoffe umfaßt, das eine Mehrzahl sich abwärts erstreckender Leitun gen (72) in das Innere des Gehäuses (12) aufweist, wobei die Leitungen Auslässe in das Innere des Ge häuses außerhalb der Zugzone haben.