Verbrennungsverfahren in einem Wirbelschichtreaktor.

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren der Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Aus der WO 83/03294 ist ein Dampferzeuger mit zi rku Li erender W rbe Ls chi cht bekannt, bei dem der

Brennstoff in einen ei nbautenfrei en und mit

Wandküh LfLachen versehenen Wi rbeLs chi chtreaktor eingeführt wird. Das feststoffbeLadene Rauchgas verLäßt unter

UmLenkung um 90° den Wi rbe Ls ch ch reaktor an dessen oberem

Ende und tritt über einen horizontaL angeordneten

Rauchgas kana L in einen faLLenden Rauchgaszug ein. Unter erneuter UmLenkung um im wesentLichen 90 tritt dann das

Rauchgas in einen aufsteigenden Rauchgaszug ein, in dem konvetive HeizfLächen angeordnet sind.

In dem VerbindungskanaL und in dem faLLenden Rauchgaszug ist jeweiLs ein nicht zent ri fuga Ler mechanischer Abscheider in Form eines Labyrinthabscheiders angeordnet, wobei sich die AbscheideeLemente im Verbindungskana im wesentLichen vertikaL erstrecken und das von ihnen abgeschiedene Feststo fmateri a L in einen zwischen dem irbeLschichtreaktor und dem faLLenden Zug angeordneten Speicherkammer abführen. Die AbseheideeLemente im faLLenden Rauchgaszug sind schräg zur Speicherkammer hin

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faLLend angeordnet, so daß die von ihnen abgeschiedenen Feststoffe ebenfalLs der Spei her ammer zugeführt werden können. Das untere Ende der Speicherkammer ist über mehrere sogenannte ..-Ventile mit dem unteren Bereich des Wi rbelschi chtreaktors verbunden, so daß die in die Speicherkammer abgeschiedenen Feststoffe unter Zuhilfenahme einer dem L-Ventil zugeordneten FLuidi siereinri chtung in den unteren Bereich des Wi rbelschi chtreaktors oberhalb des Düseπbodens des Wirbelschichtreaktors geregelt zurückgeführt werden können. In der WO 83/03294 wie auch in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen wird unter einem Labyrinthabscheider ein solcher Abscheider verstanden, bei dem die Abscheidung infolge von Schwerkraft und/oder Impuls erfolgt, d.h. nicht mit Hilfe der Zentri fugaLkraft. Bei dem bekannten Dampferzeuger werden versetzt angeordnete Kanäle oder Gerinne verwendet, die sich im wesentlichen quer zur Rauchgasströmung erstrecken und sich zu dieser hin im wesentlichen U-förmig öffnen.

Der Nachteil des bekannten Dampferzeugers ist darin zu sehen, daß für die als externe Rückführung (Rezi rkulation) gestaltete Rückführung de r außerhalb des

Wi rbeLschi chtreaktors Liegende Speicherraum mit einem oder mehreren nachgeschalteten L-Ventilen erforderlich ist, d.h. es sind separte Aschewege mit entsp echenden Förder¬ und Regeleinrichtungen erforderL ch.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem ein Herausführen der Feststoffe aus dem Wirbelschichtreaktor nicht mehr erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Feststoffe durch den direkt im oberen Bereich des

Wi rbeIschi chtreaktors angeordneten Labyrinthabscheider aus dem aufsteigenden Rauchgasstrom abgeschieden und im Wi rbelschi chtreaktor selbst Längs der WandkühLfLächen dem

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unteren Bereich des Reaktors zugeführt werden.

Auf diese Weise wird eine einfache Rückführung der Feststoffe in der Feuerung erreicht.

Die Rückführung der abgeschiedenen Festoffe auf den freien Wandküh LfLachen kann in vortei Lhafter Weise ohne weiteren Schutz gegen die aufsteigenden Rauchgase erfoLgen; es ist jedoch auch möglich, daß die Rückführung der abgeschiedenen Feststoffe über im Reaktor ausgebiLdete Rückführkan Le erfoLgt; die RückführkanäLe können zum Reaktorinneren hin mit einer gesch ossenen Wand versehen sein oder in bevorzugter Weise teiLwe se oder ganz geöffnet sein, wobei im Letzten FalL nur stegartige Seitenwände verbLeiben. Die Tei Lweiseöffnung kann durch eine Längsgeschlitzte Außenwand oder durch eine mit linienartig angeordneten Durchbrechungen versehene Außenwand verwirkLicht werden.

Dabei ist es wiederum zweckmäßig, daß die Rückführkan e im unteren Bereich im Ei nwi rkungsberei ch der Se kundär Luftzufuhr münden, damit die eingetragenen Feststoffe sich mit dem übrigen Wi beLsch chtmateria l gut vermischen, und ein entsprechender TemperaturausgLei ch auftritt, da die über die Wand zurüc ge ührten Feststoffe zuvor in entsprechender Weise abgekühLt worden sind.

Während bei dem Dampferzeuger gemäß der W083/03294 die ELemente des Lab rinthabscheiders nicht gekühLt sind und somit an einem Ende nicht fest mit der Wandung des Wi rbe Ls chi chtreaktors aus Wärmeausdehnungsgründen fest verbunden werden können, ist bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, daß der Labyrinthabscheider gekühLt wird.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zur Verbrennung von koh Lenstoffha ti gen MateriaLien mit einem

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Wirbelschichtreaktor mit einem unteren Bereich und einem oberen Bereich, mindestens mit Wandkühlflächen und mit einem Rückführsystem einschließlich mindestens eines Labyrinthabscheiders zur Rückführung von abgeschiedenen Feststoffen in den unteren Bereich des Reaktors, mit Brennstoffzufuhr, FLuidisierungsLuftzufuhr und vorzugsweise gestufter Sekuπdärluftzufuhr im unteren Bereich und mindestens einem dem mindestens einen Labyrinthabscheider nachgeschalteten Staubabscheider, wie z.B. Hulti Zyklone, Gewebefilter.

Bei dieser Vorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Labyrinthabscheider direkt im oberen Bereich des

Wirbelschichtreaktors angeordnet ist, der die abgeschiedenen Feststoffe auf mindestens eine

WandkühlfL che führt, an der die Feststoffe nach unten fließen.

Falls eine sich etwaig einstellende Beeinflussung der nach unten auf der Wandkühlfläche abfließenden Feststoffe durch den aufsteigenden Rauchgasstrom ganz oder teilweise vermieden werden soll, ist an der Wandkühlfläche eine Vielzahl von sich von oben nach unten erstreckenden Rückführungskanäle vorgesehen, die zum Reaktorinneren hin geschlossen, teiLweise oder ganz geöffnet sind. Die gewählte Ausbildung hängt von dem zulässigen bzw. gewünschten Beeinflussungsgrad ab. Dabei wird wiederum bevorzugt, daß auch die Wände der Rückführkan Le gekühLt sind.

Ausgehend von der aus der WO 83/03294 bekannten Vorrichtung mit einem aus versetzt angeordneten Balken von im wesentLichen U-förmigem Querschnitt bestehenden Labyrinthabscheider, dessen Balken sich entgegen der Rauchgasströmung öffnen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß an mindestens einem freien Schenkel der Abscheidebalken eine Feststoff eitrinne von im wesentLichen U-förmigem ^Q uerschnitt ausgebiLdet ist, die sich in Richtung der Rauchgasströmung öffnet. ./.

Um das Transportverha Lten dieser AbscheidebaLken zu verbessern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß an mindestens einem freien SchenkeL der AbscheidebaLken eine Feststoff Le tri nne von im wesentLichen U-förmigem Querschnitt ausgebiLdet ist, die sich in Richtung der Rauchgasströmung öffnet.

Weiterhin ist ausgehend von der bekannten Vorrichtung vorgesehen, daß die AbscheidebaLken einen runden

Querschnitt oder eine Querschnitt in Form eines Po LygonaLzuges aufweisen.

Auch kann es zweckmäßig sein, die Abscheideba ken aus mit einem KühLmitteL beaufsch Lagten Rohren in einer

Roh r-Steg-Roh i—Konstruktion aufzubauen. Die

Roh r-Steg-Roh r-Konstrukt ion kann zum verbesserten Wärme- und Versch Le ßschutz bestiftet und bestampft sein. Auch ist es ögLich, die AbscheidebaLken aus Guß herzuste Len .

Die Abscheidebalken können sich - wie bei der WO 83/03294 - im wesentLichen quer zur Rauchgasströmung oder geneigt zur Rauchgasströmung von einer Wand zur anderen erstrecken. Es ist jedoch auch möglich, daß sich die BaLken dachartig zwischen zwei gegenüberLi egenden Wandküh LfLachen erstrecken..

Zur KühLung der Absche deba ken und/oder der zusätzLichen Begrenzungsf achen der RückführkanäLe können diese in den Wasser-Dampf-Krei s Lauf eines Dampferzeugers ei ngescha Ltet sein, wenn die Vorrichtung aLs Dampferzeuger betrieben w rd.

Im FaLLe der Rüc kfüh rkanä Le ist es zweckmäßig, daß diese von der Wandküh LfLaehe und einer im Abstand von dieser angeordneten RückführkanaLkühLfLäche und sich senkrecht zwischen den beiden KühLfLächen erstreckenden BLeche ausgebi Ldet sind, wobei vorzugsweise die Rohrtei Lung der Wandküh Lf L ehe kLeiner ist aLs die der RückführkanaLkühLfLäche, da d e Rohre der ./.

RückführkanaLkühLfLäche im wesentLichen nur der Küh uπg der Wände dient, und die Hauptwärme über die Wandhei zfLachen abgeführt wird.

Die Erfindung soll nun in verschiedenen Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erLäutert werden. Es zeigen:

Fig.1 einen schematischen Längsschnitt durch einen

Wirbelschichtreaktor Längs der Linie I-I in Fig. ,

Fig. einen Horizontalschnitt Längs der Linie II-II in Fig.1,

Fig.3 einen Tei Llängsschnitt durch den

Wi rbelschi chtreaktor gemäß Fig.1 in Blickrichtung der Pfeile III-III,

Fig.4 einen Längsschnitt durch den Wi rbelschichtreaktor durch Fig.1 in Blickrichtung der Pfeile IV-IV,

Fig.5 und 6 Querschnitte durch bevorzugte Ausführungsformen von AbscheidebaLken und

Fig.7 einen Längsschnitt vergleichbar Fig.1, wobei keine gesonderten Rückführkanäle auf der Innenseite der WandkühlfLachen vorgesehen sind.

Wie aus den Figuren 1 bis 4 ersichtlich ist, weist der W rbelschichtreaktor (1) von rechteckigem Querschnitt vier Wandkühlflächen C1a-1d) auf, die in Rohr-Steg-Rohr- Konstruktion ausgeführt sind.

Im unteren Bereich (ÜB) des Wi rbeLschi chtreaktors erfolgt die Zugabe von Brennstoff (2) oberhalb eines mit einem FLui di s erungsgas (3) beaufschlagten Düsenbodens (4), und

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oberhaLb der Brennstoffzugabe (2) erfoLgt die gestufte Zugabe von SekundärLuft (5a) und (5b), wobei ausgehend von dem Düsenboden (4) bis zur SekundarLuftzugäbe (5a) eine aus der Fig.4 ersichtLiche Querschnittserweiterung vorgesehen i st .

Im oberen Bereich (OB) ist ein Labyrinthabscheider (6) in zwei versetzt angeordneten Lagen (6a) und (6b) von AbscheidebaLken (7) angeordnet. Wie aus der Fig.1 ersichtLich ist, erstrecken sich die BaLken (7) schräg nach unten zur Wand (1b), die in dem Verbindungsbereich mit den AbscheidebaLken (7) die aus der Fig.1 ersichtLiche Aufweitung (1bb) aufweist. Die BaLken sind fest mit den Wänden verbunden.

Wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtLich ist, erstreckt sich die Wand (1d) nicht bis zur Decke de) des

Wi rbe Lschi chtreaktors, sondern Läßt unter AbwinkLung (1dd) nach außen einen Gasdurchtritt (8) in einen dem

Wi rbe Lschi chtreaktor (1) πachgescha Lteten faLLenden

Rauchgaszug (9) frei. Im Übergangsbereich zwischen

Wi rbe Lschi chtrea kzor (1) und Rauchgaszug (9) ist ein weiterer Labyrinthabscheider (10) mit zwei Lagen (10a) und

(10b) von AbscheidebaLken (7) vorgesehen. Die BaLken erstrecken sich im wesentLichen vertikaL.

Wie aus der Fig.2 ersichtLich ist, ist der Rauchgaszug (9) durch die Wandküh LfLache (1d) und weitere Wandkü Lf Lachen (9a, 9c) begrenzt. In dem Rauchgaszug ist mindestens e ne Berührungshei zfL che (11), z.B. ein Überhitzer angeordnet. Dem Ra chgaszug ist in nicht dargeste L Lter Weise ein Staubabscheider nachgeschaLtet.

Wie aus den Figuren 1,2 und 3 ersicht ich ist, erstreckt sich mit Abstand von der WandkühLfLäche (1d) eine RückführkanaLkühLfLäche (12) n Rohr-Steg-Rohr- Konstruktion, die eine größere TeiLung aLs die

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Wandküh LfLache (1d) aufweist. Die Rohre (13) der Rückführungskanalkühlflache (12) sind mit Rohren (14) der Wandküh Lflache (1d) verbunden. Durch sich zwischen den KühLflächen (1d) und (12) erstreckende Bleche (15) werden einzelne RückführkanäLe (16) bestimmt.

Die Rückführkanäle (16) sind an ihrem unteren Ende offen, und die Wand (12) ist im Bereich des abgewinkelten Abschnittes (1dd) der Wandfläche (1d) so weit nach oben geführt, daß sie einerseits die Enden de r AbscheidebaLken (7) des Labyrinthabscheiders (6) trägt und andererseits einen Gasaustritt (17) aus dem Wi rbe schi chtreaktor in den Übergangsbereich und somit zum Gasaustritt (8) hin zuLäßt. Zwischen der Wand (12) und dem Abschnitt (1dd) kommt es gleichzeitig zur Ausbildung eines Sammel- und Verteilungstrichters (18), aus dem die Rückführkanäle (16) den abgeschiedenen Feststoff dem unteren Bereich (ÜB) im Bereich der Sekundär uf zufu r (5a) bzw. (5b) zuführen.

In vergleichbarer Weise ist der Wandküh lflache Ob) eine RückführkanaLkühLfLäche (19) zugeordnet, die zusammen mit dem nach außen abgewinkelten Bereich (1bb) einen SammeL- und Vertei Lungstri chter (20) und unter Zwischenschaltung von Blechen (15) Rückef- ührkanäle (21) bestimmt.

Die dem Reaktorinneren zugewandten Flächen der Rückführkanäle (16) und (21) können geschlossen sein (16a, 21a), mit Durchbrechungen (16b, 21b) oder mit durchgehenden Längssch Litzen (16c) versehen sein; sie können auch völlig offen sein, so daß nur seitliche Stegwände verbleiben. Diese Möglichkeiten sind schematisch in den Fig. 1 und 3 dargestelLt, wobei selbstverständlich auch Mischformen an einer Reaktorwand möglich sind.

Wie aus den Figuren 4, 5 und 6 ersichtLich ist, sind die AbscheidebaLken (7) ebenfaLls in Roh r(7a) -Steg(7b) - Rohr(7a)-Konstruktion ausgeführt. Die Wandkü LfLachen des

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Reaktors (1), des Rauchgaszuges (9), die Abscheider (7) und die Rückführkana Lküh Lf Lachen (12) und (19) sind in in einen Wasser-Da pf-Krei s Lauf eingebunden, wie dies in der Fig.1 schematisch und unter DarsteLLung einer Trommel (22) und den entsprechenden Leitungsführungen dargesteLlt ist. Die zur TrommeL führenden Leitungen erstrecken sich somit durch die Öffnungen (17) und (8) und durch den erweiterten Bereich im Linken oberen Tei L des Wi rbe Lschi cht reakto rs (1) gemäß Fig.1. Ihre ZahL kann der AnzahL der Rohre entsprechen oder nach Zusammenführung einzeLner Rohre geringer sein. Die querangeströmten Leitungsabschnitte können zusätzlich geschützt sein.

Wie weiterhin aus den Figuren 4, 5 und 6 ersichtLich ist, weisen die Ba L enabs chei de r (7) einen im wesentLichen U-förmige Querschnitt auf und öffnen sich entgegen der Rauchgasströmung (RG). An mindestens einem freien SchenkeL ist eine U-förmige Feststofführungsrinne (23) vorgesehen, die sich entgegen der Rauchgasströmung öffnet und so zu einem verbesserten Abführen der von dem AbscheidebaLken (7) aufgefangenen Feststoffe in die Trichter (18) bzw. (20) führt.

Während bei der Ausführungsform gemäß Fig.1 die Rückführung der abgeschiedenen Feststoffe im Schütze der RückführkanäLe (16) bzw. (21) erfolgt, sind soLche Rückführkanä Le bei der Ausführungsform gemäß Fig.7 nicht vorgesehen, sondern die abgeschiedenen Feststoffe fLießen frei an den Wänden herunter; es ist auch mögLich, die Rückführkanä e bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in FortfaLL kommen zu Lassen.

Weiterhin weist der erste Abscheider (6) dachartig ausgebiLdete Abscheideba ken (7') auf und führt somit Feststoff nicht nur einer Wand sondern zwei gegenüber Liegenden Wänden (1b, 1d) zu.

Es ist seLbstverständLi ch, daß auch bei der Verwendung von Rückführkanälen der erste Abscheider (6) so gestaltet sein kann, daß er zwei gegenüber liegenden Wänden Feststoffe zuführt .

(Hierzu 3 BLatt Zeichnungen)