Staubdosiersystem für hohe Drücke durch eine Kombination von Staubpumpe und Schleuse

Der Erfindung betrifft ein System zur Druckförderung von Staub- Gas- Suspensionen bei Drücken bis 10 MPa mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Staubeintragsystem, das in der Lage ist, Stäube von Umgebungsdruck auf ein sehr hohes Druckniveau, von beispielsweise 10 MPa, mit Inertgas zu bespannen und förderbar zu machen.

In vielen technischen Prozessen ist es erforderlich, Stäube auf ein sehr hohes Druckniveau anzuheben. Genannt sei beispielsweise die Kohlenstaubvergasung mit Vergasungsdrücken bei pneumatischer Staubförderung, die bisher auf ca. 4 MPa (40 bar) beschränkt sind. Nach dem Stand der Technik benutzt man zur Überwindung dieser Drücke bei der Staubdruckvergasung ein einstufiges Schleusensystem, wie es in „NOELL- KONVERSIONSVERFAHREN ZUR VERWERTUNG UND ENTSORGUNG VON ABFÄLLEN", EF- Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH, 1996, Seite 34 beschrieben ist. Dabei wird der Brennstaub aus einem unter Umgebungsdruck stehenden Vorratsbunker Schleusen zugeführt, die anschließend durch Zuführung eines kondensatfreien Inertgases auf den erforderlichen Umgebungsdruck bespannt werden. Durch Schwerkraftförderung gelangt nunmehr der unter Druck stehende Brennstaub in ein gleichen Druck aufwei- sendes Dosiergefäß, das unter den Druckschleusen angeordnet ist. Im Unterteil des Dosiergefäßes wird durch Zuführung eines gleichfalls inerten Fluidisierungsgases eine sehr dichte Wirbelschicht erzeugt, in die eine oder mehrer Staubförderleitungen eintauchen. Durch Anlegen einer Druckdifferenz zwi- sehen dem Dosiersystem und dem Empfänger des Brennstaubes, z.B. einem Vergasungsreaktor, fließt der Brennstaub diesem als dichte Staub- Gassuspension zu. Diese Förder- und Dosiertechnologie hat sich in der Praxis bewährt, besitzt aber den Nachteil, dass der Druck auf ca. 40 bar begrenzt ist, um den Verbrauch an Bespannungsgas zu begrenzen. Weiterhin bedeuten die großen Druckunterschiede in den Schleusen zwischen Umgebungsdruck bei Befüllung der Schleusen und der Bespannung auf den gewünschten Betriebsdruck eine hohe Belastung der staubführenden Armaturen, was erheblichen Verschleiß zur Folge hat. Ist ein Vergasungsprozess bei höheren Drücken von beispielsweise 40 bis 100 bar durchzuführen, so ging man zum Einsatz von Kohlenstaub- Wasser- Suspensionen, sogenannten Slurries über, wie es beispielsweise in Dürrfeld u.a., „Förderung und Dosierung von Kohle/ Wassersuspensionen", Chem.- Ing.- Technik 56 (1984)6, S. 496-497 beschrieben ist. Diese Technologie besitzt den Nachteil, dass erhebliche Wassermengen dem Vergasungsprozess zugeführt werden mit Wirkungsgrad- Verlusten bis zu 10%.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Staubeintragsystem so zu gestalten, dass trotz hoher Drücke von 40 bis 100 bar sowohl die benötigte Menge des Bespannungsgases als auch die Belastung der Armaturen begrenzt wird.

Die Aufgabe wird durch Anwendung eines zweistufigen Schleusensystems gelöst, in dem die erste Stufe aus einer Staubpumpe und die zweite Stufe aus einer Druckschleuse besteht, wie es Anspruch 1 wiedergibt.

Durch diese Kombination kann der durch eine Staubpumpe zu überwindende Druckunterschied deutlich reduziert werden, wodurch die Belastung der Armaturen vermindert ist.

Vorteilhafte Lösungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In einer Weiterbildung der Erfindung gelangt das durch den Staubeintrag in die Staubschleusen verdrängte Gas über die kombinierte Ent- und Bespannungsleitung in die gerade mit Staub gefüllten, aber zunächst noch drucklosen Kammern der Staubpumpe. Dadurch wird der Bedarf an Bespannungsgas, wel- ches über die kombinierte Ent- und Bespannungsleitung der Staubpumpe zuzuführen ist, reduziert.

Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel an- hand einer Figur in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang erläutert. Dabei zeigt:

Fig 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Staubeintragsystems.

Das erfindungsgemäße pneumatische Staubfördersystem ist ganz allgemein zur Förderung von Staub-Gas-Suspension geeignet. Vorgesehen ist das Staubfördersystem speziell zur Förderung von Brennstoff-Inertgas-Suspensionen, wie sie einem Verga- sungsreaktor zugeführt werden. Brennstoffe können zu Staub fein aufgemahlene Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, Petrolkokse, Rest- und Abfallstoffe oder Biomassen sein, wie sie bei der Staubdruckvergasung mit freiem Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmitteln zum Einsatz kommen.

Ein unter einem Druck von 6 MPa (60 bar) arbeitender Vergasungsreaktor soll mit der erforderlichen Brennstaubmenge versorgt werden. Die Reaktorleistung soll 200 MW betragen, so dass eine Staubmenge von etwa 30 Mg/h zuzuführen ist. Das Do- siergefäß 4 des Staubeintragsystems wird kontinuierlich bei einem Betriebsdruck von ca. 63 bar betrieben. Zur Überwindung der Druckdifferenz zwischen dem unter Umgebungsdruck arbeitenden Betriebsbunker 1 und dem durchgängig unter dem erforderlichen Betriebsdruck von ca. 63 bar arbeitenden Dosierge- faß 4 wird ein System von 2 Kaskaden gewählt, wobei jede der Kaskaden eine Staubpumpe 2 und eine Staubschleuse 3 umfasst. Durch diese Kombination kann der durch eine Staubpumpe zu überwindende Druckunterschied deutlich reduziert werden.

Die Arbeitsweise einer derartigen Kaskade wird anschließend ausgehend vom folgenden Betriebszustand beschrieben: Staubpumpe 2 abgeschaltet Staubschleuse 3 entleert und auf den festgelegten Arbeitsdruck der Staubpumpe 2 entspannt.

Durch Einschalten der Staubpumpe 2 wird das Füllen der Staubschleuse 3 eingeleitet. Das Füllen der Staubschleuse 3 er- folgt bei einem hohen Druckniveau, das nahe dem technischen Entwicklungsstand der Staubpumpen liegt. Das durch den Staubeintrag in die Staubschleusen 3 verdrängte Gas gelangt über die kombinierte Ent- und Bespannungsleitung 8 in die gerade mit Staub gefüllten, aber zunächst noch drucklosen Kammern der Staubpumpe 2. Dadurch wird der Bedarf an Bespannungsgas, welches über die kombinierte Ent- und Bespannungsleitung 7 der Staubpumpe (2 Uhr-Stellung) zuzuführen ist, reduziert. Nach dem Passieren des Staubeintrittes in die Schleuse 3 (6 Uhr-Stellung) werden die vom Staub entleerten, aber noch un- ter dem Arbeitsdruck stehenden Kammern der Staubpumpe 2 über die kombinierte Be- und Entspannungsleitung 7 der Staubpumpe 2 (10 Uhr-Stellung) entspannt. Das hierbei anfallende Entspannungsgas wird teilweise zur Bespannung der erneut mit Staub gefüllten Kammern genutzt. Nachdem die Staubschleuse 3 vollständig mit Staub befüllt ist, wird die Staubpumpe 2 abgeschaltet und die Absperrarmaturen zwischen Staubpumpe 2 und Staubschleuse 3 werden geschlossen. Anschließend wird die Staubschleuse 3 durch Inertgaszuführung über die Bespannungsleitung 9 vom Arbeitsdruck- niveau der Staubpumpe 2 auf den Betriebsdruck des Dosiergefäßes 4 (6,3 MPa) bespannt. Damit steht die Staubschleuse 3 zur Staubübergabe in das Dosiergefäß 4 bereit. Bei Staubbedarf im Dosiergefäß 4 wird der Staubinhalt der Staubschleuse 3 in das Dosiergefäß 4 übernommen. Das hierbei aus dem Dosiergefäß verdrängte Gas gelangt über die Druckausgleichsleitung 12 in die Staubschleuse 3. Nach der vollständigen Entleerung wird die Staubschleuse 3 durch Gasabführung 13 in die Atmosphäre oder über einen Filter in den nicht näher dargestellten Vorratspeicher für Inertgas des Betriebsdrucks für die Staubpum- pe auf das Arbeitsdruckniveau der Staubpupe 2 entspannt und kann durch die Zuschaltung der Staubpumpe 2 erneut mit Staub gefüllt werden. Die Staubbevorratung im Betriebsbunker 1 wird durch die Staubzuführung 5 aus einer Mahltrocknungsanlage oder aus einem Staubsilo ständig gewährleistet. Durch Einleitung von Inertgas 6 in den Auslaufkonus wird der Betriebsbunker 1 inertisiert ; gleichzeitig wird dadurch das Auslaufverhalten des Staubs verbessert.

Im Unterteil des Dosiergefäßes 4 wird durch die Wirbel- bzw. Fördergaszuführung 10 eine partielle Wirbelschicht erzeugt, aus der die zum Vergasungsreaktor führenden Staubförderleitungen 11 gespeist werden. Die einzelnen aus Staupumpe und Staubschleusen bestehenden Kaskaden arbeiten prinzipiell unabhängig voneinander. Da jedoch Dosiersysteme in der Regel so konzipiert werden, dass jeweils nur der Staubinhalt einer Staubschleuse 3 in das Dosiergefäß 4 übernommen wird, erfolgt eine zeitliche Staffelung der einzelnen Takte/Phasenverschiebung in parallel arbeitenden Kaskaden.

Aus der Staubschüttung, die sich in dem Vorratsbunker 1 be- findet, ist Staub durch Schwerkraftförderung aufgrund des Eigengewichtes über eine Leitung der Staubkammer der Staubpumpe 2 zuführbar, deren Flügelrad beispielsweise einen elektrischen Antrieb besitzt, der das Flügelrad in Rotation versetzt. Die mit Staub befüllte Staubkammer bewegt sich durch Rotation des Flügelrades im Uhrzeigersinn in Richtung der kombinierten Ent- und Bespannungsleitung 7 in 1-Uhr-Stellung, wodurch von ihr geführtes Inertgas zuströmt. Durch weitere Rotation des Flügelrades bewegt sich die Staubkammer in Richtung der kombinierten Ent- und Bespannungsleitung 8 in 2-Uhr- Stellung, wodurch von ihr geführtes Inertgas zuströmt. Durch weitere Rotation des Flügelrades gelangt die Staubkammer zum Staubaustritt in 6-Uhr-Stellung. Durch weitere Rotation des Flügelrades gelangt die Staubkammer zur Gasabführung 7 in 10- Uhr-Stellung über die die Staubkammer entspannt wird. Durch weitere Rotation wird die Staubkammer über die Zuführung in

12-Uhr-Stellung wieder mit Staub gefüllt. Die Gasabführung in 10- Uhr-Stellung ist über die kombinierten Ent- und Bespan- nungsleitung 7 mit der Gaszuführung in 1-Uhr-Stellung verbunden .

Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Druckförderung von Brennstoff- Gas- Suspensionen bei Drücken bis 100 bar, wobei Brennstoffe fein aufgemahlene Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, Petrolkokse, Rest- und Abfallstoffe oder Biomassen sein können, wie sie bei der Staubdruckvergasung mit freiem Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmitteln zum Ein- satz kommen, demzufolge die erforderliche Druckerhöhung in zwei Druckstufen erfolgt, die Druckerhöhung in der ersten Druckstufe durch eine Staubpumpe 2 und die Druckerhöhung in der zweiten Druckstufe durch eine Druckschleuse 3 vorgenommen wird.