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Vorrichtung zum Austragen von Feststoffen aus einem Wirbel-
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schichtreaktor Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austragen
von Feststoffen wie Asche und Schlacke aus einem Wirbelschichtreaktor.
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In einem Lombi-Reaktor wird beispielsweise körnige und staubförmige
Kohle beziehungsweise Flugstaub vergast.
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Die körnige Kohle wird in einer Wirbelschicht, die staubförmige Kohle
bzw. Flugstaub in einem Reaktor oberhalb der Wirbelschicht vergast, so daß sich
die Gase aus Wirbelschicht und Staubreaktor oberhalb der Wirbelschicht vereinigen
und gemeinsam aus dem Kombi-Reaktor abgeführt werden.
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Bei der Kohlevergasung in der Wirbelschicht fällt sehr feinkörniger
Flugstaub an, der mit dem Gas aus dem Reaktor ausgetragen wird. Der Flugstaub enthält
je nach Fahrweise der Wirbelschicht unterschiedlich große Mengen an Kohlenstoff
und Asche und wird mittels Zyklonen von dem Produktgas getrennt. In bisher kommerziell
betriebenen Wirbelschichtanlagen wird der Flugs taub teils direkt in die Wirbelschicht
zurückgeführt und teils aus dem System ausgeschleust, um die Entaschung der Wirbelschicht
sicherzustellen. Zum Beispiel wurde die Entaschung zu ca, 85% mit Hilfe ausgeschleusten
Flugstaubes und zu ca. 15% über den Austrag von Wirbelbettsumpf am Fuß des Reaktors
vorgenommen Da Flugstaub und Wirbelsumpf beachtliche Mengen an Kohlen-
stoff
enthalten können, wird die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen beeinträchtigt.
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Bei dcr Vergasung von Fl.ugstaub bzw. Kohlestaub inl Kombi-Reaktor
in einem oberhalb der Wirbelschicht befindlichen Staubvergasungsreaktor fällt Schlacke
an, die zunächst schmelzflüssig ist, in Richtung auf die Wirbelschicht abfließt,
sich unter Wärmetausch mit den Partikeln der Wirbelschicht verfestigt und aufgrund
ihrer groben Kornstruktur und ihres hohen spezifischen Gewichtes durch die Wirbelschicht
nach unten zurn unteren Ende des Reaktors absinkt. Am Fuß des Wirbelschichtreaktors
fällt eine Asche-/Schlacke-/Koks-Gemisch an, mit einem sehr breiten Kornband aus
staubförmiger Flugasche bis zu körnigen oder brockenartigen Schlackestücken. Eine
Normalverteilung der Korngrößen über die Kornbandbreite kann nicht vorausgesetzt
werden.
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Bei der beispielsweise aus der DZ AS 26 40 180 und DE 29 26 034 Al
bekannten Vergasung fester Brennstoffe wird ein Teil der fühlbaren Wärme der Staubvergasungsgase
zu mit der Wirbelschicht getauscht und damit die zur Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur
notwendige Menge 02 und C reduziert. Um diesen Wärmeaustausch optimal durchfiihren
zu können, ist es notwendig, einen bestimmten Abstand zwischen der Oberfläche der
Wirbelschicht und der Unterkante des Staubreaktors einzuhalten Dies kann durch Einstellung
der Höhe der Wirbelschicht erfolgen. Eine Grundbedingungen dafür ist es, die sich
im Wirbelschichtsumpf absetzende Asche und Schlacke dosiert abziehen zu können,
damit weder zuwenig noch zu viel Rückstände abgeführt werden. Dies ist
mit
der gemä(3 DE-AS 26 40 180 vorgesehenen Schleuse bekannter Bauart nicht gewährleistet.
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Heiße Asche, insbesondere im Feinkornbereich, hat ein Fließverhalten,
das dem einer Flüssigkeit nahekommt. Bei in einem Wirbelschichtreaktor erzeugter
reiner Asche, insbesondere wenn dieselbe nur geringe Mengen groben Korns als Stützelemente
enthält, muß mit Schüttwinkeln bis nahezu 00 gerechnet; werden d.h. die Asche fängt
bereits auf der Horizontalen an zu rieseln oder zu fließen. Ein dosiertes Austragen
von asche aus einem Wirbelschichtreaktor ist daher nur dann möglich, wenn ein ungewolltes
Ausrieseln oder Ausrinnen mit Sicherheit verhindert wird. Dies ließe sich mit einem
Verschlußelement wie einem Schieberverschluß nur ungenügend erreichen, denn wenn
der Schieber auch nur teilweise geöffnet wird, beginnt die Asche mehr oder wei'igr
unkontrolliert aus zufließen oder auszurinnen und kann dabei sogar noch brauchbare
Partikel der Wirbeischicht mitreißen. Andererseits können bei teilweiser Öffnung
eines Schieberverschlusses gröbere Schlackepartikel unter Umständen die Verschlußöffnung
nicht passieren. Die bisher für den Schlackeaustrag verwendeten Schleusen bekannter
Art (DE-AS 26 40 180) sind für ein dosierbares Austragen der im Wirbelschichtreaktor
anfallenden Asche und Schlacke nicht geeignet. Um mittels eines Schleusensystems
ein derartiges Asche-Schlacke-Gemisch austragen zu können, ohne besonders beim Austritt
größerer Schlackepartikel Teile der Wirbelschicht selbst auszutragen, wenn im Reaktor,
wie üblich ein erhöhter Druck herrscht, muß das auszutragende Material vor dem Eintritt
in die Schleuse zerkleinert werden, d.heman muß die größeren Schlackepartikel brechen.
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Ein dazu vorgesehenes Brechaggregat kann
nur effektiv
arbeiten, wenn es dosiert beschickt wird und nicht in einer Schüttung arbeiten muß*
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum dosierbaren Austragen
von Feststoffen wie Asche und Schlacke aus einem Wirbelschichtreaktor und insbesondere
einem Wirbeischichtreaktor, der unter erhöhtem Druck arbeitet, zu schaffen, die
ein -Asche-Schlacke-Gemisch mit einer sehr großen Kornbandbreite und schwankender
KOLZ-verteilung gleichmäßig und bohne die Gefahr eines unkontrollierten Entleerens
des Reaktors austragen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung
zum Austragen von Feststoffen ein an eine im Boden des Reaktors befindliche Entleerungsöffnung
anzuschließendes Gehäuse mit einem in dieses mündenden Einlaß und einem gegenüber
diesem versetzt und mit seiner Öffnung höherliegenden Auslaß aufweist,wobei in dem
Gehäuse ein Z.Be auch intermittierend antreibbares Förderelement zum dosierbaren
Austragen der in das Gehäuse fallenden Feststoffe angeordnet ist. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung hat einen ständig offenen Einlaß und auch einen ständig offenen Auslaß,
zwischen denen sich im Gehäuse ein Förderelement erstreckt, das ständig oder nur
gelegentlich angetrieben wird, so daß es die durch den offenen Einlaß in das Gehäuse
fallenden Feststoffe wie Asche und Schlacke nur bei Bedarf zum ebenfalls ständig
offenen Auslaß fördert, durch den die geförderten Feststoffmengen herausfallen und
beispielsweise dann in ein Brechwerk gelangen , in welchem die größeren Schlackestücke
zerkleinert werden, bevor
das Asche-Schlacke-Gemisch durch ein übliches
Schleuse system abgeführt wird. Die Anordnung ist derart, daß die im Reaktor herrschenden
Druckverhältnisse zwar das im unteren Ende des Reaktorgehäuses befindliche Asche-Schlacke-Gemisch
in die Austragvorrichtung durch oberen ständig offenen Einlaß gelangen lassen, jedoch
nicht aus dieser Vorrichtung bzw. dessen Gehäuse herausdrücken können, weil der
ebenfalls ständig offene Auslaß höher als der Einlaß liegt. Selbst wenn zeitweise
das Asche-Schalcke-Gemisch einen Schüttwinkel von nahezu 0° hat, ist ein unkontrolliertes
Austragen aus dem Auslaß nicht möglich, weil die auszutragenden Feststoffe ohne
Einschaltung des Förderelementes nicht zum Auslaß nach oben gedrückt werden, Durch
die Einschaltdauer und gegebencnfalls die Fördergeschwindigkeit des Förderelements
läßt sich die Menge der jeweils aus der Vorrichtung auszutragenden Feststoffe genau
einstellen, so daß im Reaktor eine gleichmäßige Höhe der Oberseite der Wirbelschicht
aufrechterhalten werden kann.
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Der Durchmesser von Einlaß und Auslaß kann so gewählt werden, daß
die größten zu erwartenden Schlackestücke mit Sicherheit hindurchgehen. Das Gehäuse
der Vorrichtung selbst hat zweckmäßig einen größeren Durchgangsquerschnitt als Einlaß
und Auslaß so daß das Gehäuse vom in dasselbe fallenden Material nicht verstopft
werden kann.
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Vorzugsweise ist das Förderelement eine Förderschnecke, die eine besonders
genaue Dosierung ermöglicht , weil der auf dem in die Vorrichtung gefallenen Material
lastende Druck eine dem Schüttwinkel des Austraggutes entsprechende Füllung der
Schnecke gewährleistet.
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Eine genaue Steuerung des Schneckenantriebs ist technisch kein Problem
, so daß aufgrund der Füllung der Förderschnecke und der Steuerung des Antriebs
derselben eine exakte Dosierung möglich ist.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse zylindisch ausgebildet und mit galeigt
verlaufender Längsachse angeordnet, wobei sich an einem, nämlich dem tiefer liegenden
Ende des Gehäuses auf der Oberseite desselben der Einlaß und am anderen, höher liegende
Ende an der Unterseite der Auslaß be finden kann, wodurch der Auslaß höher als der
Ein laß liegt. Die Förderschnecke weist dabei zweckmäßig einen geringeren Außendurchmesser
als der Innendurchmesser des Gehäuses auf und füllt danentsprechend den offenen
Querschnitt des Gehäuses nicht aus. Die Förderschnecke liegt dabei vorzugsweise
im unteren Bereich des Gehäuses exzentrisch zu dessen Längsachse , so daß sie das
in sie einer füllte Material über den unteren Bereich des schrägstehenden Gehäuses
nach oben schiebt. Dadurch kann die Förderschnecke auch größere Stücke mitnehmen,
die nicht vollständig zwischen die einzelnen Windlmgen des zweclznaßig einzigen
Schneckenganges passen.
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Um zu verhindern, daß die Förderschnecke das im Gehäuse befindliche
Material gegen die am Auslaßende befindliche Stirnwand des Gehäuses drücken kann,
endet die Förderschnecke zweckmäßig im Abstand von der oberen Stirnwand des'Gehäuses
über dem Auslaß. Die Förderschnecke fördert dann das Material nur bis über den Auslaß.
Die zentrale Welle der Förderschnecke ist über das hintere Ende derselben
hinaus
und durch die obere Stirnrand des Gehäuses verlängert, so daß an dieser Stelle der
variable Antrieb angebracht werden kann.
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Um zu verhindern, daß Verklemmungen beim Einziehen von Material in
die sich drehende Fördeischnecke auftreten, d.h. daß sich Material zwischen der
Förderschnede und der Gehäusewand festsetzt, ist nach einem weiteren Merkmal der
Erfindung- auf der Einzugseite der Förderschnecke über dieser ein den Freiraum zwischen
Förderschr)ecke und 0 ehäus ewand ausfüllender Abweiser eingebaut. Dieser Abweiser
erstreckt sich über wenigstens den Längenabschnitt der Förderschnecke, auf dem Material
in die Schneckengänge eingezogen wird. Gröbere Schlacke stückeS die nicht vollständig
zwischen die einzelnen Windungen der Förderschnecke passen, können deshalb von der
Förderschnecke nur auf der Auslaufseite oder der Oberseite derselben mitgenommen
werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Gehäuse der Vorrichtung
mit einem Doppelmantel versehen, durch den Kühlmittel wie Wasser hindurchgeleitet
werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Temperatur der auszutragenden Asche
und Schlacke zum Schutz nachgeschalteter Einrichtungen und Geräte auf einen zulässigen
Wert herabzukühlen, so daß der im Reaktor durchgeführte Vergasungsvorgang insofern
nicht'gestört zu werden braucht, beispielsweise durch übermäßige Dampfeindüsung
am Reaktortyp.
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Durch die Erfindung wird eine Austragvorrichtung für einen vorzugsweisen
unter Druck arbeitenden Wirbelschichtreaktor geschaffen, welche durch einen
regelbaren
Antrieb einen dosierten Materialaustrag ermöglicht. Die Vorrichtung kann als Kühler
ausgebildet sein. Sie bildet einen Verschluß, der trotz des im Reaktor herrschenden
Arbeitsdruckes ein unkontrolliertes Austragen.von Feststoffen wie feinster Asche
und auch Schlacke wirksam unterbinders. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist wie
eine Art Siphon oder auch als eine Art Schleuse ausgebildet, wobei das auszutragende
Material das Verschlußelement bildet, so daß keine Schtießkörper wie Schieber und
dergleichen notwendig sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfidnungsgemäßen
Vorrichtung zum Austragen von Feststo£fen aus einem mit erhöhtem inneren Druck arbeitenden
Wirbelschichtreaktor schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. l einen Längsschnitt
der Vorrichtung und Fig. 2 einen Querschnitt der Vorrichtung nach Linie II-II aus
Fig. 1.
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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 1 ist am unteren Ende
eines nur angedeuteten Wirbelschichtreaktors 2 zwischen diesem und einer zu einem
Brechwerk und einer Austragschleuse führenden Rohrleitung 3 angeordnet.
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Die Vorrichtung 1, besteht aus ,einem zylinderförmigen Gehäuse 4,
das mit schräg von unten nach oben verlaufender Längsachse 5 angeordnet ist.
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Dieses Gehäuse 4 weist einen Doppelmantel 6 zum
Durchleiten
eines Kühlmittels auf und ist zu diesem Zweck am Auslaßende mit einem Zulaufstutzen
7 und am Einlaß ende mit einem, Auslaufstutzen 8 für Kühlmittel wie Wasser versehen.
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Am tiefer liegenden Ende, dem Zulaufende des Gehäuses 4 ist als Einlaß
ein Stutzen 9 mit senkrecht verlaufender Längsachse 10 und am höher liegenden Auslaßende
ein als Auslaß dienenter Stutzen II mit ebenfalls senkrecht verlaufender Längsachse
12 angeordnet. Sie Längsachse 10 ist zugleich die Längsachse des senkrecht angeordneten
Wirbelschichtreaktors 2, wäh-L-ed die Längsachse 12 die Längsachse des nicht dargestellten
nachgeschalteten Brechkwertes ist.
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Die Stutzen 9 und 11 sind jeweils mit einem Flansch 13 bzw. 14 versehen,
die zum Anschließen an entsprechende Flansche 15 bzw. 16 des Wibelschichtreaktors
2 bzw. der zum Brechwerk führenden Rohrleitung 3 dienen.
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Der Neigungswinkel « der Längsachse 5 des zylindrischen Gehäuses liegt
vorzugsweise zwischen 25 und 400.
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Im zylindrischen Gehäuse 4 ist als Förderelement eine Förderschnecke
17 angeordnet, deren Außendurchmesser geringer als der Innendurchmesser des Gehäuses
4 ist. Die Welle 18 der Förderschnecke 17 ist an den Stirnwänden 19 und 20 des Gehäuses
4 drehbar gelagert. Sie enthält eine in Längsrichtung verlaufende Bohrung 21 , durch
die Kühlwasser zirkulieren kann.
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Während die Förderschnecke 17 bzw. deren Windung dicht an der unteren
Stirnwand 19 des Gehäuses 4 beginnt, endet sie im Abstand vor der oberen Stirnwand
20 praktisch in der Mitte über dem als Auslaß dienenden Stutzen 11 , damit sie kein
Material gegen die Stirnwand 20 drücken kann.
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Vielmehr fallL das von der Förderschnecke 17 nach oben geförderte
Material nach unten in den als Auslaß dienenden Stutzen 11.
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Am über die obere Stirnwand 20 des Gehäuses 4 überstehenden Ende der
Welle 18 ist ein Getrieb ein 22 und an diesem/ein-und ausschaltbarer Antriebsmotor
23 vorgesehen. Mit Hilfe dieses Antriebes kann die Förderschnecke 17 wahlweise angetrieben
oder stillgesetzt werden, damit dieselbe nur von Zeit zu Zeit Material zum Auslaß
fördert.
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Die Förderschnecke 17 ist exzentrisch zur Längsachse S des Gehäuses
4 angeordnet. Sie ergreift daher das in das Gehäuse 4 gelangende Material nur im
"unteren" Bereich des zylindrischen Gehäuses 4 und fördert es sozusagen auf dem
"Boden" desselben zum als Auslaß dienenden Stutzen 11. Dementsprechend enthält der
Behälter 4 einen verhältnismäßig großen Freiraum 24, so daß auch Schlackestücke
von der Förderschnecke 17 zum Auslaß transportiert werden, die nicht vollständig
zwischen die Windungen bzw.
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Gänge der Förderschnecke 17 passen. Damit sich aber zwischen der Förderschnecke
17 und der Innenwand des Gehäuses 4 keine Verstopfungen bzw. VerkLemmungen durch
von der Schnecke nur teilweise eingezogenes Material bilden können, ist, wie Fig.
2 zeigt, auf der Einzugseite der Förderschnecke 17 ein Abweiser 25
eingebaut,
der den Freiraum zwischen der Förderschnecke 17 und der innenwand des Gehäuses 4
ausfüllt. Dementsprechend können auf der Einzugseite der Förderschnecke - die Drehrichtung
derselben ist in Fig. 2 durch einen Pfeil 26 angedeutet -keine über den Außenumfang
der Förderschnecke 17 überstehenden Teile zwischen die Förderschnecke und die Gehäusewand
gelangen. Größere Schlacke stücke. werden deshalb von der Förderschnecke 17 nur
auf der Oberseite oder auf der neutralen Seite, wo sich keine Materialverstopfungen
bilden können, zum als Auslaß dienenden Stutzen 11 mitgenommen.
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Die maximale natürliche Füllhöhe des Gehäuses 4 ist in Fig. 1 durch
eine horizontale Linie 27 angedeutet. Höchstens bis zu dieser Linie 27 wird aus
dem Wirbelschichtreaktor 2 kommendes Material in das Gehäuse 4 gedrückt, wenn der
Schüttwinkel desselben praktisch Null ist und die Förderschnecke 17 nicht läuft.
Es ist aus Fig. l erkennbar, daß der Stutzen 11 oberhalb der Linie 27 in das Gehäuse
4 mündet, so daß aus dem Wirbelschichtreaktor 2 Material nur dann in den Stutzen
11 gelangen kann, wenn die Förderschnecke 17 läuft. Dementsprechend kann man die
Materialabgabe in den Stutzen 11 durch Ein- und Ausschalten des Antriebes für die
Förderschnecke 17 dosieren.
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Obwohl die Vorrichtung 1 kein Verschlußelement enthält, wirkt sie
insgesamt wie ein Verschluß für einen mengenmäßig regelbaren Austrag von Feststoffen
wie Asche und Schlacke aus einem Wirbelschichtreaktor. Ein Durchschießen heißer
Feinstäube durch die Vorrichtung ist mit einfachen Mitteln wirksam unterbunden.
Hinzu kommt, daß das
in die Vorrichtung gelangende und durch sie
hindurchgeförderte Material über die Wand des Behälters 4- und auch die Welle 18
der Förderschnecke 17 gekühlt werden kann.
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Die Steigung der Schneckengänge der Förderschnecke 17 ist auf den
Innendurchmesser der Stutzen 9 und 11 abgestimmt, damit die durch diese Stutzen
gerade noch hindurchgehenden Agglomerate oder Schalckestücke auch von der Förderschnecke
17 durch das Gehäuse 4 hindurcbgefördert werden können. Die Länge der größten Schlackenstücke
kann bis zu 30% größer als der Außendurchrnesser der Förderschnecke 17 sein.
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Das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser der Förderschnecke 17
zum Innendurchmesser des zylindrischen Behälters 4 liegt vorzugsweise zwischen 0,5
bis 0,75. Die exzentrische Anordnung der Förderschnecke 17 im Behälter 4 verhindert
ein Verklemmen oder Verstopfen durch Agglomeration des Materials im Einlaßbereich
des Geh--auses 4.
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Der Abweiser 25 besteht beispielsweise aus einem Blechmantel, der
mit einer gut wärmeleitenden Masse wie SiC hintergossen ist. Er erstreckt sich zweckmäßig
über den gesamten Förderweg der Förderschnecke 17.