DE945503C

DE945503C - Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung chemischer Reaktionen in einer Wirbelschicht

Info

Publication number: DE945503C
Application number: DEC8725A
Authority: DE
Original assignee: CIE IND DE PROCEDES ET D APPLI
Current assignee: CIE IND DE PROCEDES ET D APPLI
Priority date: 1953-10-29
Filing date: 1954-01-10
Publication date: 1956-07-12
Also published as: GB798502A; FR1103538A; CH318396A; FR1092540A; GB798501A; US3042500A

Description

AUSGEGEBEN AM 12. JULI 1956

C 8725 IVa /12 g

Freiburg (Schweiz)

in einer Wirbelschicht

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen festen granulierten Körpern in einer Wirbelschicht.

Es ist bereits ein Verfahren zum Oxydieren von Metallsulfid bekannt, bei welchem sich der Oxydations-Prozeß in mehreren Stufen unter Luftzufuhr vollzieht, wobei die Luft von unten durch die auf einem Wanderrost liegenden Teilchen durchgeblasen wird. Die gesinterte Masse wird durch eine Öffnung in der unteren Seitenwand der Verbrennungs-Kammer durch den Rost ausgetragen.

Bei der sogenannten Winklerschen Wirbelschicht-Technik führen die aus der Brennstoffwirbelschicht aufströmenden Gase einen Teil der Brennstoff-Asche aus dem Generator heraus* während der andere Teil der Asche, der zu kleinen Klumpen zusammengesintert nach unten sinkt, zusammen mit Steinen und anderen festen Verunreinigungen durch am unteren Ende der Wirbelschicht befindliche Austragschnecken ausgeschleust wird.

Nach einem weiteren bekannten Wirbelschicht-Verfahren wird die chemische Reaktion in drei nebeneinander angeordneten Reaktions-Kammern durchgeführt, welche jeweils eigene Zuführungen für die die Feststoffe aufwirbelnden Gase besitzen, die durch mit Löchern versehene oder poröse Platten in die einzelnen Kammern eintreten. Die Reaktions-Rückstände werden am Boden des Wirbelfließschichtbettes abgeschieden.

Alle diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen zu ihrer Durchführung weisen erhebliche Nachteile auf. Die Reaktions-Produkte einer Wirbelschicht neigen nämlich dazu, bei der Reaktions-Temperatur leicht flüssig bzw. schmelzbar zu werden und zusammengeballte oder kompakte Massen zu bilden. Diese setzen sich auf dem Boden der Reaktions-Vorrichtung ab und verstopfen die öffnungen, durch welche die die Feststoffe aufwirbelnden Gase bzw. Luft in die Reaktions-Kammer zugeführt werden sollen.

Dieser Nachteil macht sich besonders unangenehm bei den Reaktionen der Vergasung, der Verbrennung und der Verkokung von Brennstoffen bemerkbar, weil gerade die Schlacken oder die großen Koksstücke die Zuführungs-Öffnungen für die Gase schnell verstopfen.

Bei sämtlichen bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird es darüber hinaus, insbesondere, wenn im kontinuierlichen Betrieb gearbeitet werden soll, als Nachteil empfunden, daß eine wirksame Trennung der Reaktions-Rückstände von den zu behandelnden Materialien nicht gewährleistet ist, so daß stets in nicht unerheblichen Mengen auch solche Reaktions-Rückstände aus der Wirbelfließschicht ausgeschieden werden, die noch Bestandteile des zu behandelnden Materials enthalten.

Alle diese Nachteile werden .erfindungsgemäß dadurch behoben, daß bei der Umsetzung der Stoffe in einer Wirbelschicht die sich am Boden des Wirbelschichtbettes absetzenden Reaktions-Rückstände, die unter der Einwirkung der die Wirbelschicht erzeugenden Gase wirksam in feinteilige Brennstoffe und Schlacke getrennt werden, und die reinen Schlacken oder sonstigen Reaktions-Rückstände, welche keine "hoch einer chemischen Reak-. tion fähigen Bestandteile mehr enthalten, mittels einer Förder-Einrichtung durch die freie Oberfläche der Wirbelschicht abgeschieden werden. Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht aus einem mehr oder weniger geneigten mechanischen Rost, auf welchem die durch das Einblasen von Gas durch den Rost in eine Wirbelschicht mit 'horizontaler Oberfläche übergeführten zu behandelnden Stoffe, z. B. pulverförmige Brennstoffe, ruhen, sowie Einrichtungen zum Ausscheiden der abgesetzten Reaktions-Rückstände, z. B. der Asche oder Schlacken, mittels des beweglichen Rostes durch die freie. Oberfläche der Wirbelschicht. Vorrichtungen gemäß der Erfindung sind, wie sie beispielsweise verwendet werden .können, den Zeichnungen zu entnehmen.

Fig. ι und 2 geben Längsschnitte einer ersten Ausführungsform wieder, und zwar Fig'. 1 einen solchen nach der Linie I-I in Fig. 2 und Fig. 2 nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 und 4 sind den Fig. 1 und 2 entsprechende

Darstellungen einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform, und zwar Fig. 3 ein Längsschnitt nach der Linie III-III in Fig. 4 und Fig. 4 nach der Linie IV-IV in Fig. 3.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung zur Er-. zeugung einer Wirbelschicht dargestellt, die einen Verbrennungsherd bildet und zum Vergasen von Brennstoffen dient. Im ersten Fall würde über ihr ein Wasserrohrkessel (nicht dargestellt) angeordnet sein. Diese Vorrichtung ist seitlich durch zwei Wände 1 begrenzt, die nach oben aufgebaucht sind und durch vertikale Röhren 2 gekühlt werden, welche an die Zuführungs-Speicher 3 und an die Dampfbildungs-Speicher4 angeschlossen sind. Diese Röhren sind mit einer leitenden Zement-Wand S abgedeckt, weiche eine Kälte-Wand bildet, die ein Haftenbleiben der Feststoffteilchen verhindert. Der Boden der Vorrichtung wird von einem oberen Belag 6 eines mechanischen Rostes 7 gebildet, welcher zwischen einer unteren Antriebsrolle 8 und einer oberen Antriebsrolle 9 geneigt angeordnet ist. Zwischen den oberen Rändern 6 und den unteren 6' des Rostes sind Kästen zum Durchblasen ro" ... το" 8ο angeordnet, die es gestatten, in beliebiger Weise den Druck der durch den Rost geblasenen Luft zu regeln. So ist der durch den Rost geblasene Druck am unteren Ende in dem Kasten io^fl erheblich höher als der Druck des durch den Kasten io^B am oberen Ende geblasenen Gases. Hierdurch wird die Wirbelfließschicht 11 im wesentlichen gleichförmig er-'halten, und infolgedessen ist auch ihre freie Oberfläche 12 nahezu horizontal.

Eine einstellbare Klappe 13 isoliert die Verbrenmings-Kammer 14 von dem Aschenkasten 15, läßt jedoch einen Durchtritt für die Schlacken frei, die sich auf dem Rost gebildet haben.

Der bewegliche mechanische Rost wird durch hitzebeständige, fugendichte Stangengitter gebildet, die zwischen ihren einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Luft freien Durchtritt lassen. Wenn die Neigung des Rostes zur Horizontalen größer als 25 ° ist, ergibt sich die Notwendigkeit, die Gitterstäbe mit Vorsprüngen in Form von Furchen oder Zähnen zu versehen, um ein Abgleiten des Produkts zu verhindern. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, bis zu 1000 kg Brennstoff pro Stunde und Quadratmeter des Rostes zu verbrennen.

Der Verteiler für die pulverförmigen Brennstoffe besteht aus einem Trichter 16, der ein Schaufelrad 17 speist.

• Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt: Der Rost bewegt sich, mit gleichbleibender Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles F. Diese no Bewegung bewirkt im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen nicht die Versorgung mit Brennstoffen, sondern die Evakuierung der Schlacken. Das Blasen durch die verschiedenen Kästen wird derart gesteuert, daß eine an allen Punkten gleichmäßige Wirbelschicht entsteht, gleichgültig wie tief auch die Wirbelschicht 11 sein möge, und daß ein Fortschwemmen der Feinbrennstoffe in nennenswertem Umfang nicht möglich ist. Hierdurch ist gleichzeitig die erforderliche nahezu horizontale freie Oberfläche der Wirbelfließschicht gewährleistet.

Um den Spiegel der Wirbelschicht konstant zu halten, wird das Verteiler-System über einen Regulator gesteuert, der auf den Spiegel 12 eingestellt ist.

Wenn die Dicke einer Wirbelschicht aus gekörnter Kohle groß genug ist, sind die hierbei entstehenden Gase Generator-Gase. Es ist daher möglich, dadurch eine vollständige Verbrennung herbeizuführen, daß bei i8 oberhalb des Herdes zusätzlich Luft eingeführt wird.

Diese Verbrennung in zwei Stadien gestattet es, in einfacher Weise jede übermäßige örtliche Temperatursteigerung zu vermeiden und gleichzeitig eine ausgezeichnete Wärmeabgabe an das Rohrnetz oder den Kessel zu gewährleisten.

Es kann unmittelbar eine vollständige Verbrennung der pulverförmigen Brennstoffe herbeigeführt werden, indem der Spiegel der Wirbelschicht gesenkt und zusätzlich Luft nahe der Oberfläche der Wirbelfließschicht zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet, selbst wenn die Brennstoffe feucht oder koksbildend sind, Schlamm und Staubkohle zu verbrennen. Es ist dabei erforderlich, die Brennstoffe durch das Schaufelrad 17 gut auf die Oberfläche der Wirbelfließschicht zu verteilen. Im übrigen können auch ebensogut die pulverförmigen Brennstoffe durch eine geeignete Vorrichtung unmittelbar in das Innere der Wirbelschicht eingeführt werden, unter der Voraussetzung, daß eine schnelle Berührung mit den glühenden Reaktions-Produkten erfolgt. Um ein Versetzen der Bohrlöcher zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die pulverförmigen Brennstoffe mit Ruß oder solchen trockenen Brennstoffen zu vermischen, die beim Entstauben von Rauch anfallen.

Der größte Teil der Kohlenasche wird in Schlacken umgesetzt und durch die freie Oberfläche der Wirbelfließschicht ausgeschieden, was ein wirksames Aussondern der Schlacke und der Feinbrennstoffe bei der Verbrennung ermöglicht. Es ist festgestellt worden, daß diese Schlacken tatsächlich völlig ausgebrannt sind, so daß keine nicht verbrannten Teile mehr in ihnen enthalten sind, weil die Feinbrennstoffe ständig durch das Einblasen von Luft unter den Rost aus diesem hinausgeworfen und in Suspension gehalten werden.

Beispielsweise können gewisse Abteilungen des Rostes mit Wasserdampf oder Rauch enthaltender Luft versorgt werden, um die Temperatur der Wirbelschicht zu senken. Es kann auch ein Arbeitsgang der Gaserzeugung eingeschaltet werden, indem die Register 18 geschlossen werden, um das schlechte Gas wieder aufzufangen und es eventuell dadurch anzureichern, daß durch den Rost mit Wasserdampf gemischter Sauerstoff zugeführt wird.

Die Schlacken können auch durch die freie Oberfläche 12 ausgeschieden werden, indem ein Rüttel-Rost oder ein Druck-Rost verwandt wird oder indem der horizontale Rost durch einen geneigten oder selbst vertikalen Auswerfer mit Propeller verlängert wird.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Vorrichtung dargestellt, wie sie zur Verkohlung von Fett-Steinkohle verwendet werden kann. In der Zeichnung ist 19 die die Wirbelschicht erzeugende Vorrichtung, welche durch die hitzebeständigen vertikalen Wände 20 begrenzt ist. Die Wände bilden in Höhe der Wirbelfließschicht 21 einen viereckigen Bottich, über dem sich ein erweiterter Raum 22 befindet. Die Wirbelschicht ruht auf einem Rost 23, welcher aus einem horizontalen Teil 24 und einem schrägen Teil 25 besteht, der die freie Oberfläche 26 durchquert. Zwischen den oberen und unteren Enden des Rostes sind noch Kästen 27 angeordnet, durch die neutrale Gase mit hoher Temperatur unter beliebigem Druck geblasen werden können, um an jeder Stelle eine gleichförmige Wirbelschicht zu erhalten, ohne daß zu viel Staubkohle weggeschwemmt würde. Die neutralen Gase können Verbrennungsgase sein, die vorher in einem HilfsOfen 28 gewonnen werden, welcher mit brennbarem Gas durch einen Ventilator 29 gespeist wird, der einen Teil des zur Verkohlung erforderlichen Gases durch eine an der Auf f ang-Leitung 31 angeschlossene Röhre 30 ansaugt. Die für diesen Hilfs-Ofen erforderliche Luft wird durch einen Ventilator 32 angeliefert. Die Versorgung mit körniger Steinkohle erfolgt durch den Trichter 33 mit Verteiler 34.

Es können durchbrochene Trennwände 35 vorgesehen werden, welche in der gebildeten langen und engen Kammer eine Steigerung der Abzugs-Geschwindigkeit bis zu einem solchen Grade gewährleisten, daß sie die rückgängige Verteilungs-Geschwindigkeit der in der Wirbelschicht enthaltenen Körner übertrifft. Die beschriebene Maßnahme kann vorteilhaft auch bei anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Anwendung gelangen. Der am Ende durch die Klappe 36 ausgeschiedene Halb-Koks ist frei von Brennstoffteilchen. Wenn es wünschenswert ist, daß sich dieser Halb-Koks auf dem Rost absetzt, muß der Druck des in die letzte Abteilung 27 hineingeblasenen Gases reduziert werden.

Der Rost kann auch aus mehreren Teilen bestehen. Die Entfernung der Schlacke kann z. B. durch einen Gurtband-Förderer oder ein endloses Band erfolgen, die mit Blas-Vorrichtungen versehen sind, wobei die Austragungs-Vorrichtung die freie Oberfläche der Wirbelschicht durchquert. Durch eine methodische Zirkulation der Gase und der Festkörper, z. B. mit Hilfe einer Reihe von Rosten, kann der Wärmehaushalt des Verfahrens verbessert werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung können die Roste übereinander angeordnet sein, so daß die Reaktions-Produkte jeden Rostes nacheinander auf den unmittelbar darunter angeordneten Rost fallen, wobei sie in umgekehrter Richtung von den Gasen durchströmt werden.

Eine besonders vorteilhafte Anwendungs-Möglichkeit der zuletzt beschriebenen Ausführungsform ergibt sich beim Brennen von Zement. Dieser Vorgang erfordert eine Vorheizung, welche auf dem obersten Rost erfolgen kann, während das eigentliehe Brennen selbst dann auf den unteren Rosten vorgenommen wird.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen in einer Wirbelschicht, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die sich am Boden des Wirbelschichtbettes absetzenden Reaktions-Rückstände mittels einer Förder-Einrichtung durch die freie Oberfläche der Wirbelschicht abgeschieden werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wirbelfließschicht erzeugende Gas einer Reihe von verschiedenen Drücken ausgesetzt wird, die vom Eintrittsende

ίο der Förder-Einrichtung zu ihrem die freie Oberfläche der Wirbelfließ schicht durchquerenden Austrittsende abnehmen.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen die freie Oberfläche der Wirbelschicht zwecks Abscheidung der Reaktions-Rückstände durchquerenden beweglichen Rost.
4. Vorrichtung nach Anspruch. 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost aus einem horizön-

ao talenund einem geneigten, die freie Oberfläche der Wirbelfließschicht durchquerenden Teil besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der das Ausscheiden der Reaktions-Rückstände bewirkende Teil des Rostes von dessen erstem Teil getrennt ist und aus einem mit Einrichtungen zum Durchblasen von Gas oder Luft versehenen Transportelement besteht, z. B. einem Rost, Gurtband-Förderer oder endlosen Band.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht in Längsrichtung mittels durchlöcherter Scheidewände unterteilt ist.
7. Verwendung der Vorrichtung nach An- 35-spruch 3 bis 6 bei Verbrennungs-, Vergasungsund Verkohlungsöfen mit einem oder mehreren übereinander angeordneten, in umgekehrter Richtung von Gasen durchströmten Rosten.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, da- 40· durch gekennzeichnet, daß beim Brennen von Zement unter Zuhilfenahme von mindestens zwei übereinander angeordneten Rosten auf dem obersten Rost eine Vorheizung und das eigentliche Brennen selbst auf dem unteren Rost bzw. auf den unteren Rosten vorgenommen wird.

Angezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 1 812 397, 2 498 405; deutsche Patentschrift Nr. 506 544;
französische PatentschriftenNr.951153,939805; Final Report No. 333 Item No. 30, British Intelligence Objectives Sub-Committee, S. 8, Abs. 3.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

609 555 7.56