APPARATUS FOR SUPPLYING, IN PARTICULAR CAKING, FUELS TO A FLUIDIZED-BED REACTOR

Abstract: 1. Apparatus (3) for supplying fuels, in particular caking fuels, to a fluidized-bed reactor (1), wherein a jet pipe (4) for the supply of fuel, which ends in the fluidized-bed reactor (1) in a jet nozzle (7), is surrounded by a sleeve tube (5), which is acted upon by a fluid (sleeve fluid) and which ends in a sleeve nozzle (8), characterised in that the sleeve tube (5) is interrupted before the sleeve nozzle (8) and the point of interruption is bypassed by a heat exchanger pipe (heat exchanger) (9).

Description: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dosierung von insbesondere backenden Brennstoffen in einen Wirbelschichtreaktor, bei der ein in dem Wirbelschichtreaktor in einer Strahldüse endendes Strahlrohr für die Brennstofförderung von einem mit Fluid (Mantelfluid) beaufschlagten, in einer Manteldüse endenden Mantelrohr umgeben ist sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung. Die Wirbelschichttechnik wird bereits seit längerer Zeit im Bereich der Brennstoffnutzung angewendet; hierbei kann der Brennstoff fest, flüssig oder gasförmig sein. Bei den in Frage kommenden Prozessen kann es sich u. a. um die Verbrennung, die Vergasung oder die Verflüssigung der Brennstoffe handeln. Bei solchen Verfahren wird im Wirbelschichtreaktor in der Regel eine Wirbelschicht aus einem inerten Material betrieben, wobei der zu verarbeitende Brennstoff möglichst kontinuierlich in den Reaktor eingespeist und Rückstände aus ihm ausgeschleust werden sollen. Hierfür hat sich die sogenannte Strahlaufgabe als eine geeignete Dosiertechnik erwiesen; bei dieser wird der Brennstoff durch ein im Wirbelschichtreaktor endendes Strahlrohr mit einem hierfür geeigneten Fluid gefördert, während sogenanntes Mantelfluid ein das Strahlrohr umaebendes Mantelrohr durchströmt und etwa an der gleichen Stelle wie der Brennstoff durch eine Manteldüse in den Wirbelschichtreaktor eintritt. Das Mantelfluid kühlt das Strahlrohr und verhindert, dass der Brennstoff vor dem Eintritt in die Wirbelschicht bereits beginnt in unerwünschter Weise zu reagieren; ausserdem bewirkt das Mantelfluid eine gute Vermischung des Brennstoffes mit dem in der Wirbelschicht vorhandenen Wirbelgut. Es hat sich herausgestellt, dass die vorbeschriebenen Strahlaufgabeeinrichtungen nur bedingt zu brauchbaren Ergebnissen führen, da vor allem bei zum Verbacken neigenden Brennstoffen, wie z. B. gewisse Kohlesorten, die Kühlung mit Mantelfluid derart intensiv sein muss, dass die Temperaturverteilung im Wirbelbett hiervon ungünstig beeinflusst wird; anderenfalls besteht die latente Gefahr von Verstopfungen im Bereich der Dosiervorrichtung. Es ist demnach die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die die vorbeschriebenen Nachteile vermeidet, d. h., dass sie einen möglichst störungsfreien Dosierbetrieb gewährleisten soll, ohne dass dadurch die Temperaturführung in der Wirbelschicht ungünstig beeinflusst wird; darüber hinaus soll ein zum Betreiben einer solchen Vorrichtung besonders geeignetes Verfahren bereitgestellt werden. Die Erfindung wird in bezug auf die Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und in bezug auf das Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 13 gelöst. - Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. Hierdurch wird erreicht, dass der in den Wirbelschichtreaktor einzudosierende Brennstoff schnell und unter intensiver Durchmischung mit dem Wirbelgut in den Wirbelschichtreaktor eingespeist werden kann, ohne dass es dabei zu Agglomerawbilauncen im Bereich des Brennstoffes kommt und ohne dadurch die Temperaturführung im Wirbelschichtreaktor ungünstig zu beeinflussen; weiterhin wird dadurch die Bandbreite der ein setzbaren Brennstoffe bzw. Brennstoffmischungen erheblich vergrössert. Es ist erfindungsgemäss also möglich, das Strahlrohr ausserordentlich intensiv zu kühlen und dennoch im Bereich der Strahlrohrmündung ein Mantelfluid ausreichend hoher Temperatur bereitzustellen, ohne dass es dadurch zur hgg}omeratbildunq des Brennstoffes kommt. Für die Temperaturführung in der Wirbelschicht ist es von besonderem Vorteil, wenn sich erfindungsgemäss der Wärmetauscher in der Wirbelschicht selbst befindet; hierdurch hat das Mantelfluid im Bereich der Manteldüse im wesentlichen die Temperatur der Wirbelschicht selbst. Besonders bei hohen Arbeitstemperaturen im Wirbelschichtreaktor empfiehlt sich erfindungsgemäss, den innerhalb der Wirbelschicht sich befindenden Wärmetauscher mä- anderförmig zu gestalten und ihn hängend anzubringen sogenannte Lyrabögen können erfindungsgemäss an zumindest einem der Enden des Wärmetauschers angeordnet sein, um eine Elastizität zwischen dem Wärmetauscher und der Dosiervorrichtung zu gewährleisten. Gemäss einer Weiterbilduna der Erfindung wird die Vermischung des Brennstoffes mit dem Wirbelgut besonders intensiv, wenn das Strahlrohr und das Mantelrohr am Ende durch einen ringförmigen Kranz mit aus mindestens einer Bohrung bestehender Manteldüse verbunden sind; dabei können bei Verwendung mehrerer Bohrungen dieselben in verschiedenen Richtungen in bezug auf die Richtung des Strahlrohres angeordnet sein, um den Vermischungseffekt noch weiter zu verstärken. Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung können z. B. thermische Spannungen zwischen dem Strahlrohr und dem Mantelrohr dadurch vermieden werden, dass erfindungsgemäss das Mantelrohr an seinem der Manteldüse entgegengesetzten Ende gegenüber dem Strahlrohr axial verschiebbar ist. Die dadurch entstehende Gleitstelle muss gegenüber dem Mantelfluid bzw. dem Förderfluid für den Brennstoff beweglich gedichtet sein, weshalb sich die Verwendung von hierfür geeigneten an sich bekannten Dichtelementen wie 0-Rinxen oder dergleichen empfiehlt. Die Beaufschlagung der Manteldüse mit Mantelfluid, das den Wärmetauscher bereits durchströmt hat, wird dadurch verbessert und vor allem vergleichmässigt, wenn erfindungsgemäss zwischen dem austrittsseitigen, also dem heissen Ende des Wärmetauschers und der Manteldüse ein ringförmiger Pufferraum um das Strahlrohr angeordnet ist; dabei sollte der Pufferraum möglichst in unmittelbarer Nähe der Manteldüse vorgesehen sein. Das Problem der unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Strahlrohres und des Mantelrohres kann, gemäss einer Weiterbildung der Erfindung, besonders vorteilhaft durch eine das Strahlrohr im Bereich der Strahldüse umgebende Ringdüse für im Bypass zum Wärmetauscher geführtes Mantelfluid gelöst werden. Durch die erwähnte Ringdüse entsteht ein von kraftschlüssigen Verbindungsstücken freier Spalt zwischen dem Strahlrohr und dem Mantelrohr, so dass unterschiedliche Wärmeausdehnungen problemlos aufgefangen werden können; darüber hinaus bewirkt das im Bypass zum Wärmetauscher durch die Ringdüse strömende Mantelgas, dass sich der erwähnte Spalt nicht mit Wirbelgut, Brennstoff oder dergleichen zusetzen kann. - Eine Führungsbuchse zur gleitenden Führung zwischen dem Strahlrohr und dem Mantelrohr fördert die Stabilität der Vorrichtung; hierbei kann das Mantelgas durch z. B. axial ausgerichtete Rillen in der Führungsbuchse strömen. Die Wartung, aber auch der nachträgliche Einbau der erfindungsgemässen Dosiervorrichtung wird dadurch erleichtert, wenn erfindungsgemäss das Mantelrohr an seinem der Manteldüse entgegengesetzten Ende gegenüber dem Strahlrohr gasdicht sowie mittels einer gasdichten Kupplung von der Förderleitung für den Brennstoff trennbar ist. Sofern der Brennstoff vor seiner Zudosierung in den Wirbelschichreaktor mit Zuschlagstoffen, wie z. B. Katalysatoren, beaufschlagt werden soll, empfiehlt es sich, erfindungsgemäss gasmässig vor dem Eintritt des Mantelfluides in die Manteldüse eine Mischkammer für die Zuschlagstoffe mit dem Brennstoff anzuordnen. Die Beaufschlagung des Mantelrohres mit Mantel fluid kann insbesondere im Falle der vorerwähnten Bypassschaltuna in Verbindung mit einer Ringdüse dadurch verbessert werden, dass erfindungsgemäss mindestens ein Temperaturmessstutzen in der Wandung des Mantelrohres angeordnet ist. Gaf. können auch Messeinrichtungen für den Druck und den Durchsatz an Mantelgas vorgesehen sein. Die Dosierung des Brennstoffes mit der erfindungsgemässen Einrichtung wird dadurch erleichtert, wenn erfindungsgemäss in die Förderleitung für den Brennstoff eine verzweigte Leitung für Förderfluid mit je einem Zweig in Förder- bzw. Gegenrichtung mündet (Steuerdreieck). Während das vorerwähnte Steuerdreieck für eine getaktete Förderung des Brennstoffes aus einem Förderbunker mit relativ wenig Fördergas und im Vergleich dazu einen hohen Brennstoffanteil 1 (Dichtstromförderung) geeignet ist, und sicherzustellt, dass bei realtiv kleinen Wirbelschichtreaktoren die Wirbelschicht nicht lokal mit zu grossen Brennstoffmengen beaufschlagt und dadurch gestört wird, ist es bei Wirbelschichtreaktoren mit grösserem Brennstoffdurchsatz und/oder bei der Verwendung backender Brennstoffpartikel erforderlich, einen so grossen Querschnitt für die Brennstofförderleitung vorzusehen, dass bei getakteter Fahrweise und Dichtstromförderung während des Fördertaktes kurzzeitig zu grosse Brennstoffmengen in die Wirbelschicht gelangen und diese stören. In solchen Fällen wird eine kontinuierliche Dünnstromförderung bevorzugt, bei der eine gleichmässige kontinuierliche Beaufschlagung der Wirbelschicht mit relativ wenig Brennstoff und relativ viel Fördergas erfolgt. Diese Fördertechnik wird durch einen Förderbunker gemäss Patentanspruch 13 erreicht und mit den Merkmalen der Patentansprüche 14 und 15 besonders vorteilhaft gestaltet. Eine weitere Verminderung der Störungen im unteren und ggf. auch oberen Bereich der Wirbelschicht wird durch die Merkmale des Patentanspruches 16 erreicht. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass gleichmässig über den Querschnitt des Wirbelschichtreaktors verteilte vertikale Wärmeaustauschrohre mit unteren und ggf. oberen, weiten 1800 Umlenkbögen lokal zu unerwünschten Erhöhungen und Erniedrigungen der Wirbelgasgeschwindigkeit führen. Verlegt man die unteren und ggf. auch die oberen miteinander zu verbindenden Wärmeaustauschrohre, zumindest in einem Endbereich, parallel dicht nebeneinander und verbindet sie mit einem kurzen Rohrverbinder, so dass der Umlenkradius dieser 1800-Verbin- dung die Grösse des Aussendurchmessers der Wärmeaustauschrohre aufweist, so werden die vorerwähnten Strömungsstörungen nicht mehr festgestellt, ohne dass sich das Wärme übergangsverhalten zwischen dem Wärmeaustauscher und dem Wirbelgut verschlechtert. Es versteht sich, dass die Wärmeaustauschrohre ausserhalb der erwänhten Endbereiche auch schräg auseinander- und zusammenlaufen können, sofern der dadurch entstehende Winkel nicht unnötig gross gewählt wird. Beim Betreiben der erfindungsgemässen Vorrichtung empfiehlt es sich, wenn erfindungsgemäss das Strahlrohr im Falle einer Unterbrechung der Brennstofförderung weiterhin mit einem Fluid, z. B. dem Förderfluid, in Förderrichtung durchströmt wird. Hierdurch wird vor allem das Eindringen von Material aus dem Wirbelschichtreaktor in das Strahlrohr vermieden sowie das Wiedereinsetzen der Förderung erleichtert. Im Falle einer Vermischung des Brennstoffes mit Zuschlagstoffen empfiehlt es sich, erfindungsgemäss den Zuschlagstoff in einer im t- =ntelfluid gelösten Form zu verwenden. Die Fördermenge an Brennstoff kann dadurch besonders einfach gesteuert werden, dass erfindungsgemäss die Förderleitung entgegen der Förderrichtung mit einem Fluidstrom beaufschlagt wird, welcher eine der gewünschten Fördermenge entsprechende Stärke hat. Sowohl für die Verteilung des frisch in den Wirbelschichtreaktor eindosierten Brennstoffes als auch für die technisch am besten durchführbaren Förderbedingungen des Brennstoffes bei der Eindosierung ist es von besonderem Vorteil, erfindungsgemäss den Brennstoffdosierstrom getaktet zu fahren. Die Flexibilität der erfindungsgemässen Dosierung von Brennstoffen in den Wirbelschichtreaktor wird erfindungsgemäss dadurch verbessert, dass im Bypass zu durch einen Wärmetauscher strömendem Mantelfluid eine einstellbare Mantelfluidmengri das Strahlrohr bis zur Manteldüse hin kühlt; hierdurch wird vermieden, dass etwa durch Wärmeleitung das im Wärmetauscher aufgeheizte Mantelgas im Bereich der Strahldüse Agglomerationen des Brennstoffes oder dergleichen hervorrufen kann, ohne dass dadurch die Temperaturführung im Wirbelschichtreaktor wesentlich beeinflusst wird. Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Wirbelschicht reaktors mit Dosiervorrichtung zum Teil im Schnitt; Fig. 2a:das reaktarseitige Ende der Dosiervorrichtung im Längsschnitt; Fig. 2b:eine Draufsicht auf die reaktorseitige Stirnfläche gemäss Fig. 2a; Fig. 3: den Bereich des vom Reaktor abgewandten Endes des Mantelrohres im Längsschnitt; Fig. 4a: eine Dosiervorrichtung mit Düsenkopf im Längsschnitt; Fig. 4b: eine stirnseitige Draufsicht auf den Düsenkopf gemäss Fig. 4a. In der Fig. 1 ist mit 1 ein Wirbelschichtreaktor gekennzeichnet, der eine ggf. auch isolierte Ummantelung 2 besitzt und z. B. für die Vergasung von Kohle geeignet ist. Die Aufgabe der Kohle erfolgt über die Dosiervorrichtung 3 mit Strahlrohr 4 für die Förderung der Kohle und ein das Strahlrohr in seinem reaktorseitigen Endbereich konzentrisch umgebendes Mantelrohr 5 für Mantelfluid. Die Dosiervorrichtung 3 weist innerhalb des Wirbelschichtreaktors 1 einen Düsenkopf 6 auf, aus dem der einzudosierende Brennstoff mit seinem Förderfluid durch eine Strahldüse 7 und das Nzntelfluid durch eine Manteldüse 8 austritt. Das Mantelrohr 5 ist kurz vor dem Düsenkopf 6 mit der Manteldüse 8 im Strömungssinne unterbrochen, so dass allenfalls relativ geringe Mengen des Mantelfluides direkt durch die Spaltdüse 51 (s. Fig. ta/4b) gelangen kcnnen; der Hauptstrom des Mantelfluides wird in Strömungsrichtung vor der Unterbrechungs- stelle abgezweigt und durch einen im Wirbelschichtreaktor 1 aufgehängten mäanderförmigen Wärmetauscher 9 geleitet und dem Mantelrohr 5 z. B. im Bereich des Düsenkopfes 6 kurz vor der Manteldüse 8 wieder zugespeist. Lyrabögen 10 an den Enden des Wärmetauschers 9 gestatten im gewissen Umfang Positionsänderungen zwischen dem Düsenkopf und dem Wärmetauscher 9. Innerhalb des Wirbelschichtreaktor 1 wird ein z. B. aus im wesentlichen inerten Material bestehendes Wirbelgut 11 über einen hier nicht dargestellten Anströmboden mit einem Wirbelfluid,z. B. Dampf im Wirbelzustand,gehalten. Das Wirbelfluid gelangt durch den Anschlussstutzen 12 in den Wirbelreaktor 1 und verlässt diesen zusammen mit den Reaktionsgasen (Rohgas) über Auslassstutzen 13. Ausser dem durch die Dosiervorrichtung 3 eingespeisten Brennstoff kann weiterer Brennstoff - wie im Falle der Kohlevergasung Anthrazit und/oder Schwelkoks - über einen Anschlussstutzen 14 im Wirbelschichtreaktor 1 aufgegeben werden. Rückstandsprodukte aus der im Wirbelschichtreaktor 1 erfolgten Nutzung des Brennstoffes können z. B. im Bodenbereich des Wirbelschichtreaktors über einen Auslassstutzen 15 abge zogen werden. Das Wirbelgut 11 kann z. B. durch einen mit heissem Helium uber die Anschlissstutzen 16 und 17 beaufschlagten Wärmetauscher 18 (Kühler) aufgeheizt werden. Sowohl der Wärmeaustauscher 18 als auch der Wärmeaustau- scher 9 können im Bereich der oberen und/oder unteren 1800- Bögen zwischen den hin- und rückführenden Wärmeaustauschrohren in besonderer Weise gestaltet sein, wie dies in Fig. 1 für jeweils eine dieser Umlenkstellen zum Zwecke der Erläuterung dargestellt ist: Hierbei laufen die Hin- und Rücklaufrohre 9a und 9b bzw. 18a und 18b, zumindest in ihrem unteren oder oberen Endbereich vor der 1800- Umlenkung, nachdem sie sich zunächst unter möglichst klei nem Winkel genähert haben, direkt zusammen und werden an der Umlenkstelle durch einen Rohrverbinder 9c bzw. 18c mit einem Umlenkradius von der Grösse des Rohraussendurchmessers der Wärmeaustauschrohre verbunden, diese Verbindung kann kasten-, rohrbogenförmig oder in sonst geeigneter Weise erfolgen - es kommt lediglich darauf an, dass die Quer schnittsfläche der Wärmeaustauscher 9 bzw. 18 im Bereich ihrer unteren, ggf. aber auch im Bereich ihrer oberen, 1800-Umlenkstellen nicht durch die meistens verwendeten Umlenkbögen mit grösserem Biegeradius vergrössert wird. Die Dosiervorrichtung 3 ist in Fig. 1 unter einem winkel von etwa 300 in bezug auf die vertikale in den Wirbelschichtreaktor 1 eingeführt und der Düsenkopf befindet sich etwa einen halben Meter oberhalb des Anströmbodens. Je nach Verwendungszweck ist es aber durchaus auch möglich, die Dosiervorrichtung in jeder beliebigen anderen Richtung in bezug auf den Wirbelschichtreaktor anzuordnen. Ebenso kann eine - in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt - Mischkammer für Zuschlagstoff an jeder beliebigen Stelle des Leitungssystems für das Mantelfluid angeordnet sein; bei der Vergasung von Kohle unter Mitwirkung dampfförmiger Katalysatoren empfiehlt es sich jedoch besonders, die Mischkammer im Bereich des Wärmetauschers 9 und bevorzugt dort im Bereich seines Gasaustrittsendes anzuordnen. Besonders empfehlenswert ist es, Katalysatoren in Dampf bei hohen Drucken zu lösen und mittels eines ggf. weiteren Nfärmet2uschers innerhalb des Wirbelschichtreaktors 1 die Lösung des Katalysators unter Wärmezufuhr und unter Entspannung auf den in der Wirbelschicht herrschenden Druck herbeizuführen. Die Förderung des Brennstoffes kann z. B. - soweit es sich m festes gekörnten Material handelt - dadurch erfolgen, dass ein Förderbunker 19 drucklos mit dem Brennstoff über einen Anschlussstutzen 20 befüllt wird und nach Schliessen des Füllventils 21 der Förderbunker 19, z. B. über eine Leitung 22, auf Förderdruck gebracht wird, wobei ein Ventil die Druckregelung vornimmt. Zur Verwirklichung der bereits erwähnten Dünnstromförderung ist der Förderbunker 19 in einen oberen Siloraum l9a und einen unteren Förder als Dosiervor@ang wirkende raum 19b durch eine # @@@@euse 19c,bevorzugt eine durch Motor M Drehzahl regulierbar angetriebene Zellenradschleu se unterteilt. Das Förderfluid gelangt über einen an ge eigneter Stelle angeordneten Anschlussstutzen 22 in den Förderbunker 19 und von dort über Gasverteiler 24 in den unteren Bereich des Siloraumes 19a und durchspült diesen unter Auflockerung aufwärts, so dass der Eintrag in die Zellenradschleuse erleichtert wird. Oberhalb der Füllstandsgrenze sammelt sich dieses Gas in einem Dom, von dem aus es über eine Förderfluidleitung 19d möglichst steil nach unten in den Förderraum 19b gelangt, der an seinem unteren Ende einen Trichter 19e mit einem muldenförmig geschlossenen unteren Ende zur Aufnahme des offenen Endes 25 der Förderleitung 26 aufweist. Durch den zwischen dem offenen Ende 25 und der Mulde im Trichter 19e verbleibenden Düsenspalt gelangt das Fördergas zusammen mit einer vorbestimmten, relativ kleinen Menge Brennstoff aufwärts in die Förderleitung 26. Es ist aber auch möglich, die Förderleitung 26 fallend - wie in der Zeichnung nicht näher dargestellt - an das nunmehr offene Ende des Trichters 19e anzuschlie Ben und zusätzliche Förderluft nach unten in den Trichter einzublasen.tZum Schutz der Armatur 28 für die Absperrung des Aren.¯ stoffstromes (Armatur 27 ist als Notschlussarmatur inner geöffnet) ist vor dieser in die Förderleitung 26 ein Steuerdreieck 29 eingebaut, bei welchem über Leitung 30 mit mittels Ventil 31 geregeltem Fördergas die Leitungszweige 32,33 beaufschlagt werden; letztere münden etwa in entgegengesetzter bzw. gleicher Richtung zum Fördergasstrom in Förderleitung 26 und sorgen durch entsprechend gewählte Beaufschlagung mit Fördergas dafür, dass die Förderleitung 26 bis zum völligen Öffnen oder Schliessen der Absperrarmatur 28 frei von Feststoffpartikeln bleibt. - Natürlich kann durch ein solches Steuerdreieck in Verbindung mit den Ventilen 31 und 23 der Brennstoffstrom zu jeder beliebigen Zeit unterbrochen werden, wodurch z. B. ein getaktetes Eindosieren in den Wirbelscnichtreaktor möglich wird. Wenn die Brennstofförderung unterbrochen ist, kann über eine Leitung 34 mit Ventil 35 die Förderleitung 26 mit einem Hilfsgas beaufschlagt werden, um dadurch ein Eindringen von Wirbelgut aus dem Wirbelschichtreaktor 1 in die Förderleitung 26 zu verhindern. Bei dem in Fig. 2a und 2b dargestellten Düsenkopf 6 sind das Strahlrohr 4 und das Mantelrohr5 anihren reaktorseitigen Enden durch einen ringförmigen Kranz 36 mit als Bohrungen 37, 37a ausgebildeter Manteldüse8verbunden, wobei der vom Kranz 36 eingeschlossene Innenbereich die Strahldüse 7 darstellt. Vorteilhafterweise ist ein Teil der Bohrungen 37a - in Förderrichtung und der übrige Teil der Bohrungen in einem bestimmten auch unterschiedlichen Winkel zur Förderrichtung angeordnet.-Z. B. sind in Fig. 2b die Neigungswinkel zunehmend von 5 bis 300 auf den Förderstrahl hin ausgerichtet, was zu einer besonders intensiven Verteilung des Brennstoffes in das Wirbelgut hinein bewirkt. In Fig. 3 ist innerhalb des der Manteldüse 8 entgegengesetzten Ende 38 des Mantelrohres 5 das Strahlrohr 4 gasdicht verschiebbar angeordnet, wobei O-Finge 39 für die Dichtigkeit und eine Führungsbuchse 40 für das Strahlrohr 4 vorgesehen ist und Flanschen 41, 42 ein Abnehmen der Dosiervorrichtung 3 von der Förderleitung 26 gestalten. Über Anschlussstutzen 43 wird das Mantelrohr 5 mit Mantelfluid beaufschlagt, während schräg in das Mantelrohr 5 eingeführte Temperaturmessstutzen 44 die Einführung von Temperatur aber auch Druckmesselementen in das Mantelrohr5estatten. Fig. 4a entspricht in ihrer rechten Hälfte im wesentlichen der Fig. 3, wobei jedoch auf eine Verschiebbarkeit zwischen dem Strahlrohr 4 und dem Mantelrohr 5 verzichtet wurde, indem eine Führungsbuchse 46 zwischen Strahlrohr 4 und Flansch 41 mit einem Absatz 46a einerseits gegen den Flansch 41 und andererseits gemeinsam mit einem Absatz 41a gegen eine Flachdichtung 45 abgestützt ist. Hierdurch wird einerseits ein gasdichter Abschluss zwischen dem Mantelrohr5 und dem Strahlrohr 4 undandererseits die Trennbarkeit der Dosiervorrichtung 3 von der Förderleitung 26 erreicht. Im linken Teil von Fig. 4a ist die Trennstelle zwischen dem Mantelrohr 5 und der Manteldüse 8 zusammen mit dem Düsenkopf 6 dargestellt. Das Mantelfluid verlässt das Mantelrohr 5 zum überwiegendem Teil über Auslassstutzen 47 und kehrt nach Durchströmen des hier nicht dargestellten Wärmetauschers9 über Anschlussstutzen 48 zurück zum Düsenkopf 6, wo es sich über einen Ringraum 49 verteilt und durch die Manteldüse 8 den Düsenkopf 6 wieder verlässt. In Strömungsrichtung hinter dem Auslassstutzen 47 ist die Trennstelle im Mantelrohr durch eine Führungsbuchse 50 zwischen dem Mantelrohr 5und dem Strahlrohr 4 ausgeführt; sie gestattet Relativbewegungen zwischen den beiden Rohren in axialer Richtung und ist mit ein oder mehreren,ggf. auch verstellbaren, Schlitzen 50a für das Durchlassen vorbestimmter Mengen an Mantelfluid versehen. Dieses Mantelfluid kühlt auch den letzten Teil des Strahlrohres 4 und verlässt den Düsenkopf 6 durch eine Spaltdüse 51 zwischen dem Strahlrohr 4 un der strahlrohrseitigen Begrenzung 52 des Ringraumes 49 den Düsenkopf 6, wobei gleichzeitig durch diesen Mantelfluidstrom ein Eindringen von Wirbelgut in die Spalt düse 51 verhindert wird, so dass sich die Führung zwischen dem Mantelrohr 5 und dem Strahlrohr 4 nicht zusetzen kann. Beispiel In einer Kohlevergasungsanlage gemäss Fig. 1 mit einer Dosiervorrichtung gemäss Fig. 4a/4b werden pro Stunde etwa 0,34t Einsatzkohle bei einem Druck von 40 bar und einer Temperatur von 820-850 C mit Hilfe von 1400 kg/h Wasserdampf als Wirbelgas vergast. Hierbei entstehen 0,1 t/h Rückstandprodukt (im wesentlichen Mineralien) sowie 816 m3 Rohgas (im Normzustand) mit einer Zusammensetzung von: CH4 14,9 Vol.-% H2 46,8 Vol.-% CO 15,5 Vol.-% CO2 22,8 Vol.-% erzeugt. Der Wirbelschichtreaktor 1 ist zylindrisch und hat einen Innendurchmesservon ca. 800 mm. Ein eingehängter Heliumwärmeç tauscher mit einer Wärmetauschfläche von 34 m2 wird mit 3 20000 m3 Helium/h im Normzustand durchströmt. Im aufoe- wirbelten Zustand beträgt die Wirbelschichthöhe oberhalb des Anströmbodens 4000 mm, wobei das Wirbelgut im wesentlichen aus teilvergaster Kohle mit einer durchschnittlichen Körnung von 0,25 mm besteht. Durch die Dosiervorrichtung werden dem Wirbelschichtreaktor 1 pro Stunde 0,34 Tonnen einer backenden Kohle in nachfolgender Zusammensetzung zuceführt: Gasflammkohle, Flüchtige Bestandteile 35 Gew.-% (wasser- und aschefrei) 100 5 < 1,0 mm Das Strahlrohr weist einen lichten Durchmesser von 10 mm bei einer Wandstärkevon 2 mm auf, während das Mantelrohr einen lichten Durchmesser von 28 mm bei einer Wandstärke von 3,2 mm besitzt. Der Wärmetauscher 9 besteht aus einem aufgehängten mäanderförmigen Rohr mit einem lichten Durchmesser von 16 mm und einer äusseren Oberfläche von ca. 3 m2. Die Strahldüse hat einen Durchmesser von 10 mm und die Manteldüse einen Innendurchmesser von 22 mm bei einer Düsenschlitzbreite von 0,8 mm. Der Düsenkopf hat einen Durchmesser von 60 mm und eine ebenso grosse Länge. Für den Anschluss des Wärmetauschers 9 an die Dosiervorrichtung 3 sind an beiden Enden Lyraböoen mit einem Krümmungsdurchmesser von 250 mm vorgesehen. Der Ringraum 49 (Pufferraum) hat einen Innendurchmesser von 22 mm und einen Aussendurchmesser von 48 mm sowie eine Länge von 40 mm. Die Schlitzbreite der Spaltdüse 51 beträgt 0,5 mm -und in der Führungsbuchse 50 sind Schlitze 50a mit einer einstellbaren mit einer Schlitzweite von etwa 0,1 mm vorgesehen. Als Mantelfluid wird Wasserdampf benutzt, welches das Mantelrohr mit 250 kg/h bei einer Temperatur von 280 OC und einem Druck von 46 bar durchströmt; hierbei werden 95 % des Mantelfluides durch den Wärmetauscher 9 geleitet, während 5 % im Bypass durch die Schlitze 50a und die Spaltdüse 51 direkt in den Wirbelschichtreakotr 1 gelangen. Das Mantelfluid tritt in den Stutzen 48 mit einer Temperatur von etwa 815 - 845 OC wieder ein. Mit der vorbeschriebenen Anlage wurde jegliches Backen der einzudosierenden Kohle vermieden, ihre gleichmässige Verteilung im Wirbelschichtreaktor und ohne ungünstige Temperatureinflüsse auf demselben erreicht. und alternativ auch erzeugtes Produktgas Als Fördergas wurde Stickstoffzbei einer Temperatur von 20-1900C und einem Druck von 44 bar verwendet. Während der Förderpausen, z. B. bei getakteter Fahrweise, wurde unter sonst gleichen Bedingungen ein Hilfsgas bei einem Mengenstrom von etwa 50 m3/h im Normzustand durch das Förder- und Strahlrohr geleistet. Durch geeignete Einstellung der Ventile 23 und 31 konnte die Brennstofförderung in weitem Umfang geregelt, aber auch schlagartig ab- und angestellt werden. Während der Anfahrphase wird der Wirbelschichtreaktor 1 durch Anschlussstutzen 14 pro Stunde mit 0,34 t (Anthrazit und/oder Schwelkoks) mit einer Körnung von 100 % ( 1,0 mm beaufschlagt. Sobald der Reaktor mit diesem "Anfahrgut" gefüllt ist, kann mit Zugabe der Gasflammkohle über die Dosiervorrichtung 3 unter Rvücknahme der Eindosierung von Anthrazit oder Schwelkoks begonnen werden.

Claims: Vorrichtung zur Dosierung von, insbesondere backenden, Brennstoffen in einen Wirbelschichtreaktor sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung Patentansprüche 1. Vorrichtung (3) zur Dosierung von, insbesondere backen den, Brennstoffen in einen Wirbelschichtreaktor (1) bei der ein in dem Wirbelschichtreaktor (1) in einer Strahldüse (7) endendes Strahlrohr (4) für die Brennstofförderung von einem mit Fluid (Mantelfluid) beaufschlsgten, in einer Manteldüse (8) endenden Mantelrohr (5) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (5) vor der Manteldüse (8) unter brochen und die unterbrochene Stelle von einem Wärme tauscherrohr (Wärmetauscher) (9) umgangen ist. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wärmetauscher (9) in der Wirbelschicht (Wirbelgut) (11) im Wirbelschichtreaktor (1) be findet. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine hängende, mäanderförmige Anordnung des Wärme tauschers (9). 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch Lyrabögen (10) zumindest an einem der Enden des Wärmetauschers (9). 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlrohr (4) und das Mantelrohr (5) am Ende durch einen ringförmigen Kranz (36) mit aus mindestens einer Bohrung (37, 37a) bestehender Manteldüse (8) verbunden sind. 6. Vorrichtung nach einer oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (5) an seinem der Manteldüse (8) entgegengesetzten Ende (38) gegenüber dem Strahlrohr (4) axial verschiebbar ist 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen zwischen dem heissen Ende des Warmetauschers (9) und der Manteldüse (8) angeordneten, ringförmigen Pufferraum (49) um das Strahlrohr (4). 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine das Strahlrohr (4) im Bereich der Strahldüse (7) umgebende Ring spaltdüse (51) für im Bypass zum Wärmetauscher (9) geführtes Mantelfluid. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (5) an seinem der Manteldüse (8) entgegengesetzten Ende (38) gegenüber dem Strahlrohr (4) gedichtet sowie mittels einer gasdichten Kupplung (39, , 42, 46, 46a) von der Förderleitung (26) trennbar ist. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine mit Zuschlagstoffen beaufschlagte, gasmässig vor dem Eintritt des Mantel fluids in die Manteldüse (8) eingeordnete Mischkammer. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche .1 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens einen Temperaturmessstutzen (44) in der Wandung des Mantel rohres (5). 12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in die Förder leitung (26) für den Brennstoff eine verzweigte Fluidleitung (30) mit je einem Zweig (32,33) in Förder- bzw. Gegenrichtung mündet. 13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen Förderbunker (19) für den Brennstoff mit einem Anschlussstutzen (22) für Fördergas, einem Anschlussstutzen (20) für den Brenn stoff sowie eine einen oberen mit dem Anschlussstutzen (20) für Brennstoff in Verbindung stehenden Siloraum (19a) von einem unteren mit dem offenen Ende (25) der Förderleitung (26) in Verbindung stehenden Förderraum (19b) des Förderbunkers (19) trennende Schleuse (19c). 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Gas verteiler (24) im unteren Austrittsbereich des Silorau mes (19a) sowie eine vom obersten Bereich des Silorau mes (19a) in den Förderraum (19b) führende Förderfluid leitung (19dz, 15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn zeichnet, dass das offene Ende (25) der Förderleitung (26) an der unteren Trichtermündung eines Trichters (19e) des Förderraumes (19b) mündet. 16 Vorrichtung. nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustau scher (9, 18) innerhalb der Wirbelschicht (11) aus paarweise vertikal angeordneten Hin- und Rücklaufroh ren (18a, 18b; 9a, 9b) mit dicht nebeneinander verlau fenden oberen und/oder unteren, mittels Rohrverbindern (9c, 18c) verbundenen Rohrabschnitten bestehen. 17. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach An spruch 1, dadurch oekennzeichnet, dass im Bypass zu durch einen Wärmetauscher strömenden Mantelfluid eine einstellbare Mantelfluidmenge das Strahlrohr bis zur Manteldüse hin kühlt.

Inventors: JUENTGEN, HARALD, DR. PROF., KIRCHHOFF, REINHOLD, DR., PETERS, WERNER, DR. PROF., VAN HEEK, KARL HEINRICH, DR., WAGENER, HEINRICH, Jüntgen, Harald, Dr. Prof.
Applicants: BERGWERKSVERBAND GMBH
Application year: 1982
Main classification: C10J3
IPC codes: F23C10, C10G9, B01J8, C10J3, F23K3