DD140756A6

DD140756A6 - Feststoffpumpe und verfahren zur vergasung von feinkoernigen bis staubfoermigen brennstoffen

Info

Publication number: DD140756A6
Application number: DD78205456A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Geidies
Original assignee: Krupp Koppers Gmbh
Priority date: 1977-05-20
Filing date: 1978-05-18
Publication date: 1980-03-26
Also published as: PL109600B1; PL113742B3; JPS53145103A; DE2722931C2; BR7803169A; PL206908A1; ZA782911B; US4180353A; PL206909A1; JPS6232237B2; DE2722931A1; TR20129A; CA1096623A; IN148417B

Description

Berlin, den 3. 5. 1978 53 121 27

Peststoffpumpe und Verfahren zur Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann bei der Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen angewendet werden·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Nach dem Hauptpatent ( AP 134542 )

ist bereits ein Verfahren zur Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen unter erhöhtem Druck vorgeschlagen worden, bei dem der zu vergasende Brennstoff über einen unter erhöhtem Druck stehenden Schleusenbehälter in den Vergaser eingespeist v/ird. Der Brennstoff v/ird hierbei unter Vermeidung von Agglomerationen vermittels einer Feststoffpumpe aus einem- unter Normaldruck stehenden Vorratsbehälter in den Schleusenbehälter gefördert« Der Schleusenbehälter wird dabei vorzugsweise unter dem gleichen oder annähernd gleichen Druck gehalten wie der Vergaser, so daß der Brennstoff über ein geeignetes Zuteilorgan aus dem Schleusenbehälter unmittelbar in den Vergaser eingespeist werden kann«

In der Hauptpatentanmeldung wird zur Durchführung des dort beschriebenen Verfahrens lediglich die sogenannte Doppelkolbenpumpe als besonders geeignete Peststoffpumpe herausgestellt«

' Berlin,.. den 3. 5. 1978 y53 121 27

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer in ihrer Konstruktion einfachen Feststoffpumpe zur wirtschaftlichen Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen, die sich hierbei durch eine sichere, kostengünstige und möglichst wartungsfreie Betriebsweise auszeichnete

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe 'zugrunde _f eine weitere Pumpenkonstruktion zu schaffen, die speziell zur Durchführung des Verfahrens nach dem Hauptpatent (AP 134542^ .- -:·. geeignet ist„ Das heißt,-beim

Betrieb der erfindungsgemäßen Feststoffpumpe soll der vom Vorratsbehälter zum Schleusenbehälter zu fördernde Brennstoff unter Vermeidung von Agglomerationen weder in seinen physikalischen noch in seinen chemischen Eigenschaften verändert werden« Das heißt_s Körnung _t Kornspektrum, Kornbeschaff enheitj Pließverhalten und Anteil an flüchtigen Bestandteilen sollen beim Fördergang nicht beeinflußt werden, weil sonst negative Folgen in Bezug auf das Verbrennungsbzw* Oxydationsverhalten zu befürchten sind»

Die dieser Aufgabe dienende Feststoffpumpe ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe als KoI-' benpumpe ausgebildet ist, deren Kolben in seinem mittleren Bereich einen Hohlraum aufweist und der horizontal beweglich in einem waagerechten Verbindungsrohr angeordnet ist, an dessen Oberseite die vom Vorratsbehälter.kommende Leitung sowie Leitungen für die Zuführung von Inertgas ange™ schlossen sind und das mit seiner an der Unterseite befindlichen Austritt soff nung in den _lSchleusenbehälte.i^v:.

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hineinragt,

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Antrieb des Kolbens über eine Kolbenstange erfolgt, die mit einem hydraulisch, mechanisch oder pneumatisch arbeitenden Antriebsaggregat verbunden ist.

Zweckmäßig ist weiterhin, daß der Antrieb des Kolbens dadurch erfolgt, daß der dahinter befindliche Raum den für die Kolbenbewegung erforderlichen Druckimpulsen ausgesetzt wird.

Vorzugsweise ist die Innenseite des Verbindungsrohres im Bereich der Mündung der Leitung für die Zuführung von Inertgas mit einer Ausfräsung versehen.

Vorteilhaft ist auch, daß neben der vom Vorratsbehälter kommenden Leitung Austrittsöffnungen im Verbindungsrohr angebracht sind.

Zweckmäßigerweise wird der Kolben durch die beiden Kolbenhälften gebildet, die durch einen Steg miteinander verbunden sind»

Verfahrensgemäß wird erfindungsgemäß nunmehr vorgesehen, daß in Abhängigkeit vom Kolbenstand durch die eine Leitung für die Zuführung von Inertgas Inertgas aufgegeben oder entspannt wird und daß durch die andere Leitung für die Zuführung von Inertgas Inertgas mindestens in einer solchen Menge aufgegeben wird, daß der Druck im Raum hinter dem Kolben in etwa dem Druck im Schleusenbehälter entspricht«

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Au sführung sb e i s pi e1

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen;

Pig« 1; die schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Hauptpa- ; tentanmeldung;

Fig« 2 bis Fig. 8σ jeweils einen senkrechten Schnitt durch die erfindungsgemäße Peststoffpumpe in vereinfachter Darstellung bei den verschiedenen

^: Stellungen des Kolbens während eines Arbeitsganges;

Pig, Si einen waagerechten Schnitt durch einen Teil des Kolbens und des Verbindungsrohres;

Fig*10: eine andere Ausführungsform des Kolbens,

Bei der in Pig* 1 schematisch dargestellten Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Hauptpatentanmeldung wird der zu vergasende feinkörnige bis staubförmige Brennstoff durch die Leitung 1 in den unter Normaldruck stehenden Vorratsbehälter 2 geförderte Über das Abschlußorgan und die Leitung 4 gelangt der Brennstoff in die Feststoff pumpe 5* die unmittelbar am Schleusenbeliälter 6 angeflanscht ist« Der Schleusenbehälter 6 steht vorzugsweise unter dem gleichen oder annähernd gleichen erhöhten Druck wie der Vergaser 7* Bsi der Förderung des feinkörnigen bis staubförroigen Brennstoffes in der Feststoffpumpe 5 findet keine Agglomeration statt, so daß dieser- im

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Schleusenbehälter 6 in fließfähiger und fluidisierbarer Form vorliegt und deshalb aus diesem unmittelbar über das Zuteilorgan 8 und die leitung 9 in den Vergaser 7 eingespeist werden kann» Die Leitungen 10 und 11 dienen der Zuführung der übrigen Reaktionsmedien wie Luft oder Sauerstoff und Wasserdampf* Das erzeugte Gas wird durch die Leitung 16 aus dem Vergaser 7 abgezogen, während die Schlacke durch die Leitung 17 entfernt wird. Im Schleusenbehälter 6 sind die Schaltkontakte 12 und 13 angeordnet, durch die bei Erreichen des Minimal- bzw« MaximalStandes des Brennstoffes über die unterbrochen bezeichneten Impulsleitungen 14 und 15 ein Ein- bzw« Ausschalten der Feststoffpumpe 5 bewirkt wird·

Die Erfindung betrifft demgemäß eine spezielle Ausgestaltung der Peststoffpumpe 5.

e 2 zeigt in vereinfachter Darstellung einen senkrechten Schnitt durch diese Peststoffpumpe 5· Diese besteht aus dem waagerechten Verbindungsro.hr 18, an dessen Oberseite die vom Vorratsbehälter 2 kommende Leitung 4 ange- schlossen ist· Das eine Ende des Verbindungsrohres 18 ragt mit der an der Unterseite befindlichen Austrittsöffnung 19 in den Schleusenbehälter 6 hinein· Der Plansch 20 dient dabei zur gas- und druckdichten Verbindung bzw· Abdichtung zwischen dem Verbindungsrohr 18 und dem Schleusenbehälter 6, Das andere Rohrende 21 ist ebenfalls gas- und druckdicht abgeschlossen· Innerhalb des Verbindungsrohres 18 ist der Kolben 22, der vorzugsweise einen runden oder ovalen Querschnitt aufweist, horizontal beweglich angeordnete Dieser besitzt erfindungsgemäß in seinem mittleren Bereich einen Hohlraum 23» so daß er in die beiden Kolbenhälften 22 a und 22 b zerfällt· Abweichend von der

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in den Fig» 2-8 gewählten Ausführungsform kann der Hohlraum 23 auch kugelförmig ausgebildet sein, was zu einer gewissen Volumenvergrößerung führt. Der Antrieb des Kolbens 22 kann beispielsweise über die Kolbenstange 24 erfolgen, die mit einem geeigneten, nicht dargestellten Antriebsaggregat verbunden ist_e Bei der in Pig. 2 eingezeichneten Stellung des Kolbens 22 befindet sich Hohlraum 23 genau unter der Stelle, an der die Leitung 4 in das Verbindungsrohr 18 mündet. Seitlich davon sind die Austrittsöffnungen 25a und 25b vorgesehen, die dazu dienen, daß das beim Betrieb der Pumpe verwendete Inertgas, z* B„ Stickstoff, entspannt und gegebenenfalls über entsprechende Lei tungen abgezogen werden kann«, Dadurch wird verhindert, daß Inertgasmengen über die Leitung 4 in den.Austritt des Vorratsbehälters 2 gelangen können und so die einwandfreie Füllung des Hohl^ raums 23 mit Brennstoff stören₉ . . .-:

Weiterhin mündet nahe dem Rohrende 21 die Leitung 2.6 in das-Verbindungsrohr 18, durch die der Raum 27 hinter dem Kolben 22 vermittels Inertgas mit dem gleichen oder annähernd gleichen Druck beaufschlagt wird, der im Schleusenbehälter 6 herrschte Durch diesen Druckausgleich zwischen dem Schleusenbehälter 6 und dem Raum 27 werden die Antriebskräfte, die zur Bewegung des Kolbens 22 erforderlich sind, entsprechend verringert, da dadurch bei der Kolbenbewegung nur noch der Reibungswiderstand, aber nicht mehr der Druckwiderstand zu überwinden ist« . '·

Weiterhin weist die Innenseite des Verbindungsrohres 18 kurz vor dem Plansch 20 eine Ausfräsung 28 auf, in die eine Leitung 29 mündet» Auf die Punktion dieser Leitung wird, weiter unten noch eingegangen v/erden*

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Bei der in Pig· 2 dargestellten Stellung des Kolbens 22 fällt der vom Vorratsbehälter 2 durch die Leitung 4 abgezogene Brennstoff in den Hohlraum 23 des Kolbens 22. Anschließend wird der Kolben 22, der sich bis jetzt in seiner linken Endstellung befunden hat., durch das nicht dargestellte Antriebsaggregat nach rechts verschoben.

Sobald dieser die in Pig. 3 eingezeichnete Stellung erreicht hat, wird in den mit Brennstoff gefüllten Hohlraum 23 über die Leitung 29 so lange Inertgas eingeblasen, bis der Druck im Hohlraum 23 in etwa dem Druck des Schleusenbehälters 6 entspricht. Die Leitung 29 ist hier zu diesem Zweck über den Dreiwegehahn 30 mit der Leitung 26 verbunden, durch die der erforderliche Inertgasstrom auf den Raum 27 aufgegeben wird. Anstelle des Dreiwegehahnes 30 kann hier natürlich auch eine andere Anordnung, z. B. zwei Ventile, vorgesehen sein» Der Dreiwegehahn 30 bleibt zum Spülen des Brennstoffes noch so lange in der Stellung, durch die Inertgas von der Leitung 26 in die Leitung 29 abfließen kann, bis sich der Kolben 22 über die in Pig. eingezeichnete Stellung hinaus bewegt hat.

In Pig. 4 befindet sich die Unterkante 31 des Hohlraumes 23 am Beginn der Austrittsöffnung 19, so daß die Entleerung des Hohlraumes 23 unmittelbar bevorsteht. Wie aus der Stellung des Kolbens 22 zu ersehen ist,dient die Ausfräsung 28 dazu_s dem durch die Leitung 29 zügeführten Inertgas auch den Zutritt von der Unterseite des Hohlraumes 23 zu ermöglichen.

Pig. 5 zeigt die rechte Endstellung des Kolbens 22, bei der die vollständige Entleerung des Hohlraumes über die Austritt soff mmg 19 erfolgt, die zusammen mit dem einen

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Ende des Verbindungsrohres 18 in das Innere des Schleusenbehälters 6 hineinragt· In dieser Stellung des Kolbens ist der Dreiwegehahn 30 so eingestellt, daß die leitung verschlossen ist und somit kein Inertgas mehr zugeführt •bzw« entweichen kann« Sobald der im Hohlraum 23 befindliche Brennstoff in den Schleusenbehälter 6 abgeflossen ist, wird der Kolben 22 in umgekehrter Richtung, d« h« von rechts nach links, bewegt.

Wenn er die in Pig* 6 eingezeichnete Stellung erreicht hat, bei-der die Unterkante 31 mit dem hinteren Ende der Ausfräsung 28 abschließt, v/ird der Dreiwegehahn 30 so eingestellt, daß das im Hohlraum befindliche Inertgas über die Leitungen 29 und 32 entweichen kann«

Dieser Entspannungsvorgang ist abgeschlossen, sobald der Kolben 22 an der in Pig* 7 eingezeichneten Stelle angelangt ist« Der Dreiwegehahn 30 wird dann wieder so eingestellt, daß die Leitung 29 geschlossen ist« Selbstverständlich kann die Stellung des Dreiwegehahnes 30 in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 22 automatisch gesteuert werden«

Bei der v/eiteren Bewegung des Kolbens 22 von rechts nach links wird schließlich die in Fig. 8 eingezeichnete Stellung erreicht, in der die Füllung des Hohlraumes 23 mit Brennstoff von neuem beginnt« An die Stellung in Pig« schließt sich nun wiederum die Stellung in Pig« 2 an, die bereits weiter oben beschrieben wurde und mit der ein neuer Arbeitsgang beginnt* Die Bewegung des Kolbens 22 von links nach rechts und in umgekehrter Richtung kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen«

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In den Fig. 2 bis 8 haben die gleichen Bezugszeichen selbstverständlich überall die gleiche Bedeutung, In den einzelnen Figuren sind dabei jeweils nur jene Bezugszeichen eingetragen, die zur Erläuterung der betreffenden Figur unerläßlich sind·

Fig. 9 zeigt einen waagerechten Schnitt durch einen Teil des Kolbens 22 und das ihn. umgebende Verbindungsrohr 18. Aus dieser Darstellung kann man erkennen, wie der Querschnitt des Hohlraumes 23 in diesem Falle ausgebildet ist. Dieser entspricht in seinem Durchmesser in etwa dem freien Durchmesser der Leitung 4·

Fig. 10 gibt schließlich eine andere. Ausführungsform des Kolbens 22 wieder, bei dem die Kolbenhälften 22a und 22b durch den Steg 33 miteinander verbunden sind, wobei der Hohlraum 23 der zwischen den beiden Kolbenhälften befindliche freie Raum ist.

Der Antrieb des Kolbens 22 kann durch -die verschiedenen bekannten Möglichkeiten erfolgen, beispielsweise durch ein' hydraulisch, mechanisch oder pneumatisch arbeitendes Aggregat, dessen Bewegung - wie in Fig. 2-8 schematisch dargestellt - über die Kolbenstange 24 auf den Kolben 22 übertragen wird. Es ist aber auch ein direkter pneumatischer Antrieb denkbar, bei dem unter Fortfall der Kolbenstange 24 der Raum 27 den für die Kolbenbewegung erforderlichen Druckimpulsen ausgesetzt wird«

Selbstverständlich muß der Kolben 22 bzw. die Innenwand des Verbindungsrohres 18 mit den notwendigen Dichtungs- und Gleitelementen (Dichtungsringen) versehen sein, die in den Abbildungen nicht dargestellt sind. Ihre Anzahl und

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Anordnung hängt natürlich stark von der Druckdifferenz ab, die zwischen dem Vorratsbehälter 2 und dem Schleusenbehälter 6 herrscht*

Das bei der Entspannung an den Austrittsöffnungen 25a, 25b und an der Leitung 29 .freiwerdende Inertgas kann selbstverständlich aufgefangen und zum Zwecke der Entstaubung in den Vorratsbehälter 2 eingeleitet werden.

In verschiedenen Abbildungen wird durch strichpunktierte Linien darauf hingewiesen, daß an. dieser Stelle der Kolben 22.bzw· das Verbindungsrohr 18 nicht in ihrer vollen Länge, sondern unterbrochen eingezeichnet sind» In der Praxis muß natürlich/ wie in Pig« 5 dargestellt, die Kolbenhälfte 22a eine solche Länge aufweisen, daß bei Stellung des Kolbens 22 am rechten Endpunkt der Hohlraum 23 genau über der-Austrittsöffnung 19 liegt, während gleichzeitig die Leitung 4 und die Austrittsöffnungen 25a und 25b durch die Kolben-· halfte 22a verschlossen sind. Umgekehrt muß, wie aus Fig« ersichtlich ist, die Kolbenhälfte 22b eine solche Länge aufweisen, daß bei Stellung des Kolbens 22 an linken Endpunkt der Hohlraum 23 genau unter der Mündung der Leitung 4 liegt und die Leitung 29 sowie die Ausfräsung 28 durch die Kolbenhälfte 22b verschlossen sind«

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel betrifft die Förderung von Kohlenstaub mit einem Schüttgewicht von 0,4 kg/1 und einem spezifischen Gewicht von 1,8 kg/1 in einen Schleusenbehälter, der unter einem Druck von 30 ata steht» Die Kenndaten waren dabei folgende:

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Kolben 22 300 um 0

Volumen Hohlraum 23 20 1

Füllung Hohlraum 23 80 %

Pörderleistung 7 860 kg/h Kolben

Erforderliche U^-Menge ca* 600 Hnr/h

Bei Anwendung eines Schleusensystems aus zwei Schleusenbehältern, die abwechselnd entspannt und verdichtet werden, wären für die gleiche Fördermenge beispielsweise 2 000 Nm-Vh Hp erforderlich.

Claims

Berlin, den 3* 5. 1978 53-121 27 Erfindungsanspruch

1,-Peststoffpumpe aur Durchführung des Verfahrens zur Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen
unter erhöhtem Druck, bei dem der zu vergasende Brennstoff über einen unter erhöhtem Druck stehenden Schleusenbehälter in den Vergaser eingespeist wird$, wobei der Brennstoff unter Vermeidung von Agglomerationen vermittels einer Peststoffpumpe aus einem unter Normaldruck
stehenden Vorratsbehälter in den Schleusenbehälter ge~
fördert wird, nach Patent ( A? 134542 ) _/ .

gekennzeichnet dadurch, daß die Peststoffpumpe als Kolbenpumpe ausgebildet ist, deren Kolben (22)
in seinem mittleren Bereich einen Hohlraum (23) aufweist und der horizontal beweglich in^:einem waagerechten Verbindungsrohr (1-8)angeordnet ist, an dessen· Oberseite die vom Vorratsbehälter (2) kommende Leitung (4) sowie Leitungen (26 und 29) für.die Zuführung von Inertgas ange— schlossen sind und das mit seiner an der Unterseite befindlichen Austrittsöffnung (19) in den Schleusenbehälter (6) hineinragt« ; ,

2, Pe st st off pumpe nach Punkt. 1-, gekennzeichnet dadurch,
daß der Antrieb des Kolbens (22) über eine Kolbenstange (24) erfolgt, die mit einem hydraulisch, mechanisch
oder pneumatisch arbeitenden Antriebsaggregat verbunden ist»

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Berlin, den 3. 5. 1978 53 121 27

3· Peststoffpumpe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Antrieb des Kolbens (22) dadurch erfolgt, daß der dahinter befindliche Raum (27) den für die Kolbenbewegung erforderlichen Druckimpulsen ausgesetzt wird,

4· Feststoffpumpe nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Innenseite des Verbindungsrohres (18) im Bereich der Mündung der Leitung (29) für die Zuführung von Inertgas mit einer Ausfräsung (28) versehen ist· .

5» Feststoffpumpe nach Punkt 1 bis 4» gekennzeichnet dadurch, daß neben der vom Vorratsbehälter (2) kommenden Leitung (4) Austrittsöffnungeh (25a und 25b) im Verbindungsrohr (18) angebracht sind·

6, Feststoffpumpe nach Punkt 1 bis 51 gekennzeichnet dadurch, daß der Kolben (22) durch die beiden Kolbenhälften (22a, 22b) gebildet wird, die durch einen Steg (33) miteinander verbunden sind.

7. Verfahren zum Betrieb einer Fe st st off pumpe, nach den Punkten 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß in Abhängigkeit vom Kolbenstand durch die eine Leitung (29) für die Zuführung von Inertgas Inertgas aufgegeben oder entspannt wird und daß durch die andere Leitung (26) für die Zuführung von Inertgas Inertgas mindestens in einer solchen Menge aufgegeben wird, daß der Druck im Raum (27) hinter dem Kolben (22) in etwa dem Druck im Schleusenbehälter (6) entspricht·

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen