DE4013224A1 - Messung der wirbelschichthoehe in einem pyrolysereaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Wir­ belschichthöhe in einem Pyrolysereaktor für die thermi­ sche Zersetzung von Abfallmaterial mit einem Wirbelbett und einem darüber befindlichen Gasraum durch Ermittlung der Temperaturgrenze zwischen dem Wirbelbett und dem Gasraum mittels in unterschiedlicher Höhe angeordneter Temperaturfühler sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei Pyrolysereaktoren mit einem Wirbelbett, welches das zu pyrolysierende Abfallmaterial neben dem für die Aus­ bildung der Wirbelschicht erforderlichen feinkörnigen Wirbelmaterial, wie z. B. Sand, sowie pulverförmigen Zu­ schlagstoffen zur Bindung der Schadstoffe umfaßt, ist die genaue Kenntnis der jeweiligen Höhe der Wirbel­ schicht für einen wirtschaftlichen Betrieb des Pyrolyse­ reaktors wichtig. Einerseits sollte eine bestimmte Min­ desthöhe des Wirbelbettes eingehalten werden, anderer­ seits muß oberhalb der Wirbelschicht genügend Raum blei­ ben.

Neben Verfahren zur Bestimmung der Wirbelschichthöhe mittels Differenzdruckmessung oder mittels optoelektri­ scher Fühler ähnlich einer Lichtschranke, die in der DE-PS 37 21 476 erörtert sind, ist aus dieser Druck­ schrift ein Verfahren zum Regeln der Wirbelschichthöhe bekannt geworden, bei dem durch Auswertung der Tempera­ turdifferenz zwischen der Wirbelschicht und dem sich über der Wirbelschicht ausbildenden Gasraum bestimmt wird. Hierzu sind Temperaturfühler in unterschiedlicher Höhe im Reaktionsraum des Pyrolysereaktors angeordnet, die auf die jeweilige unmittelbar Umgebungstemperatur ansprechen und hierdurch die jeweilige Höhe der Wirbel­ schicht anzeigen sollen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Temperatur im Wirbelbett niedriger liegt als die in dem darüber befindlichen Gasraum. Mittels geeigneter Auswerteschaltungen ist es so möglich, durch Erfassung der jeweiligen Temperaturen und deren räumliche Zuord­ nung in Bezug auf den Pyrolysereaktor die Höhe der Wir­ belschicht zu bestimmen.

Andererseits besteht bei dem bekannten Verfahren das Problem, daß bei zu geringen Temperaturunterschieden zwischen dem Wirbelbett und dem Gasraum die Meßgenauig­ keit nicht ausreicht. Es läßt sich keine ausgeprägte Temperaturschwelle erkennen, die dem Übergang vom Wir­ belbett zum Gasraum zuordenbar wäre, d. h. eine exakte Bestimmung der Wirbelbetthöhe ist nicht möglich. Hier­ durch bedingt ist ein kontinuierlicher Pyrolysebetrieb beeinträchtigt.

Ausgehend vom vorstehend genannten Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Meßverfahren zur Be­ stimmung der Wirbelschichthöhe in einem Pyrolysereaktor der eingangs genannten Art anzugeben, daß die Nachteile beim Stand der Technik vermeidet und eine zuverlässige Messung gewährleistet. Ferner soll eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Erfindungsgemäß ist die Lösung der Aufgabe dadurch ge­ kennzeichnet, daß vorgewärmte Temperaturmeßfühler ver­ wendet werden, deren Vorwärmtemperatur oberhalb der Tem­ peratur des Wirbelbettes liegt.

Hierdurch wird der Umstand ausgenutzt, daß ein auf be­ stimmter Temperatur befindlicher Temperaturmeßfühler durch das kältere Wirbelbett abgekühlt wird, während der im oberhalb des Wirbelbettes befindlichen Gasraum ange­ ordnete, ebenfalls auf gleicher Temperatur vorgewärmte Temperaturmeßfühler eine solche Abkühlung nicht erfährt. Hierdurch ergibt sich eine deutlich größere Temperatur­ differenz zwischen solchen Temperaturmeßfühlern, die vom Wirbelbett umgeben sind, und solchen, die sich außerhalb des Wirbelbettes befinden.

Aufgrund der mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise erhöhten Meßgenauigkeit infolge größerer Temperaturdif­ ferenz zwischen dem vom Wirbelbett umgebenen und den au­ ßerhalb des Wirbelbetts befindlichen Temperaturmeßfüh­ lern, die jeweils einem bestimmten Lageort im Pyrolyse­ reaktor zugeordnet sind, läßt sich die jeweilige Höhe des Wirbelbettes mit größtmöglicher Genauigkeit angeben.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorwärmtemperatur wenigstens 150° oberhalb der Temperatur des Wirbelbettes liegt, um den zuvor erwähnten Temperaturunterschied, der den Grenzbereich zwischen dem Wirbelbett und dem Gasraum in­ diziert, genauer zu erfassen.

Eine Einrichtung zur Durchführung des zuvor behandelten Verfahrens, die mit mehreren Temperaturmeßfühlern verse­ hen ist, welche mit vertikalem Abstand zueinander ange­ ordnet sind, wobei wenigstens ein Temperaturmeßfühler ständig vom Wirbelbett beaufschlagt ist, während die weiteren Temperaturmeßfühler sich in dem Gasraum darüber befinden, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßfühler entlang einer aus einem in­ nenbeheizten Rohr gebildeten Vorwärmstrecke angeordnet sind, die vom Gasraum aus in das Wirbelbett eintaucht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Innenbeheizung der Vorwärmstrecke mittels elektrischer Widerstandsheizung.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Er­ findung ist die Vorwärmstrecke gasbeheizt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das die Vorwärmstrecke bildende innenbe­ heizte Rohr elastisch mit dem Gehäuse des Pyrolysereak­ tors verbunden ist. Hierdurch wird unter anderem er­ reicht, daß aus dem Kontakt mit dem Wirbelbett resultie­ rende Schwingungen nicht von der Vorwärmstrecke auf das Reaktorgehäuse übertragen werden.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, das innenbeheizte Rohr mittels Falten­ balg am Pyrolysereaktorgehäuse anzuschließen.

Zweckmäßigerweise sind die Temperaturmeßfühler als Ther­ moelemente ausgebildet.

Dabei ist in Betracht zu ziehen, daß aufgrund der Abmes­ sungen des Pyrolysereaktors die Spannungsabfälle in den Meßleitungen im Hinblick auf die erzeugte Thermospannung zu einer ungenauen Auswertung führen können. In einem solchen Fall erweist es sich als vorteilhaft, die Tempe­ raturmeßfühler als Widerstandsthermometer auszubilden.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand eines in der einzigen Figur gezeigten Ausfüh­ rungsbeispieles sollen die Erfindung und ihre Ausgestal­ tungen sowie besondere Vorteile der Erfindung näher er­ läutert und beschrieben werden.

Die einzige Figur zeigt einen ausschnittweisen Längs­ schnitt durch einen Pyrolysereaktor mit Wirbelbett mit einer Temperaturmeßeinrichtung.

Ein Pyrolysereaktor 10 besitzt ein Gehäuse 12, das ein Wirbelbett 14 einschließt, über welchem ein Gasraum 16 sich befindet.

Durch eine Öffnung 18 in der Gehäusewand 13 des Reaktor­ gehäuses 12 ist ein stirnseitig verschlossenes Rohr 20 eingeführt, welches in seinem Inneren eine Wärmequelle 22 aufweist, die im gezeigten Beispiel als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet ist.

Dieses Rohr 20 taucht den Gasraum 16 durchdringend in das darunter befindliche Wirbelbett so ein, daß an sei­ ner Mantelfläche mit Abstand zueinander angeordnete Tem­ peraturmeßfühler 24 zueinander einen vertikalen Abstand aufweisen.

Das Rohr 20 ist elastisch mittels eines Kompensators oder Faltenbalges 21 mit der Gehäusewand 13 verbunden. Um das Volumen des Gasraumes 16 nicht zu verringern, ist hierbei der zur Verbindung des Rohres 20 mit der Gehäu­ sewand 13 vorgesehene Faltenbalg nach außen gerichtet, wo er an einem mit dem Rohr 20 verbundenen Flanschdeckel 26 anschließt.

Der Flanschdeckel 26 ist so vorbereitet, daß sowohl die zur Versorgung der im Rohr 20 angeordneten Wärmequelle 22 erforderlichen Zuführungen 23 als auch die Meßleitun­ gen 25 zu den Temperaturmeßfühlern 24 gasdicht hindurch­ geführt sind.

Die Versorgungszuführung 23 für die Wärmequelle 22 im Rohr 20 ist im gezeigten Beispiel eine elektrische Lei­ tung zur Versorgung einer als Widerstandsheizung ausge­ bildeten Wärmequelle 22. Sie kann aber auch als flexible Rohr-Schlauchleitung zur Versorgung einer auf Gasbehei­ zung beruhenden Wärmequelle 22 ausgebildet sein.

Die Meßleitung 25 wird zu einer hier nicht näher darge­ stellten, aus dem Stand der Technik an sich bekannten Auswerteeinrichtung geführt.

Die Temperaturmeßfühler 24 an der Mantelfläche des Roh­ res 20 sind mit vertikalem Abstand zueinander so ange­ ordnet, daß sowohl die Temperaturbedingungen im Wirbel­ bett als auch im darüber befindlichen Gasraum sicher er­ faßt werden und unter Verwendung der hier nicht näher dargestellten Auswerteeinrichtung, die beispielsweise gemäß der DE-PS 37 21 476 ausgebildet sein kann, eine genaue Anzeige der jeweiligen Temperatur der höhenbezo­ gen fest zuordenbaren Temperaturmeßfühler 24 möglich ist.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der zuvor beschriebenen Einrichtung ist wie folgt vorge­ sehen. Die Temperaturmeßfühler 24, die an der Mantelflä­ che des Rohres 20 angeordnet sind und mit diesem in en­ gem Wärmekontakt stehen, werden durch die Vorwärmein­ richtung 22 im Rohr 20 auf eine Temperatur erwärmt, die wenigstens 150 K oberhalb der Wirbelbettemperatur von ca. 700° Celsius liegt. Dieses künstlich erzeugte Tem­ peraturgefälle wird dadurch genutzt, daß die in das Wir­ belbett eintauchenden Temperaturmeßfühler 24 von der "kälteren" Wirbelschicht beaufschlagt und dadurch abge­ kühlt wird, was sich in einer entsprechenden Temperatur­ änderung zeigt.

Hierdurch stellt sich bei den von der Wirbelschicht be­ aufschlagten Temperaturmeßfühlern 24 eine tiefere Tempe­ ratur ein als bei den Temperaturmeßfühlern 24, die sich im Gasraum 16 befinden und nicht von der Wirbelschicht 14 beaufschlagt sind. Demgemäß kann aufgrund des künst­ lich verursachten Abkühleffekts mit Hilfe des Wirbel­ betts 14 eine sehr genaue Unterscheidung zwischen dem Wirbelbett 14 und dem darüber befindlichen Gasraum 16 erfolgen, weil sich die Temperaturen unterschiedlich ausprägen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Messen der Wirbeschichthöhe in ei­ nem Pyrolysereaktor für die thermische Zersetzung von Abfallmaterial mit einem Wirbelbett und einem darüber befindlichen Gasraum durch Ermittlung der Temperatur­ grenze zwischen dem Wirbelbett und dem Gasraum mittels in unterschiedlicher Höhe angeordneter Temperaturmeßfüh­ ler, dadurch gekennzeichnet, daß vorgewärmte Temperatur­ meßfühler (24) verwendet werden, deren Vorwärmtemperatur oberhalb der Temperatur des Wirbelbetts (14) liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorwärmtemperatur wenigstens 150 K oberhalb der Temperatur des Wirbelbetts (14) liegt.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit mehreren Temperaturmeßfühlern, die mit vertikalem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei wenigstens ein Temperaturmeßfühler ständig vom Wirbel­ bett beaufschlagt ist, während die weiteren Temperatur­ meßfühler sich in dem Gasraum darüber befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßfühler (24) entlang einer aus einem innen beheizten Rohr (20) gebildeten Vorwärmstrecke angeordnet sind, die vom Gasraum (16) aus in das Wirbelbett (14) eintaucht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorwärmstrecke (20) elektrisch wider­ standsbeheizt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorwärmstrecke (20) gasbeheizt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Vorwärmstrecke (20) bildende innen beheizte Rohr elastisch mit dem Pyrolyse­ reaktorgehäuse (12) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohr (20) mittels Faltenbalg am Pyro­ lysereaktorgehäuse (12) anschließt.

8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperaturmeßfühler (24) als Thermo­ elemente ausgebildet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperaturmeßfühler (24) als Wider­ standsthermometer ausgebildet sind.