HACKER, Stefan (Im Stapel 35, Bochum, 44879, DE)
HAMEL, Stefan (Im Obstgarten 13a, Wenden, 57482, DE)
HACKER, Stefan (Im Stapel 35, Bochum, 44879, DE)
| Patentansprüche : 1. Vorrichtung zur Einspeisung eines Fluids, wie eines Gases oder einer Flüssigkeit, in eine Feststoffförderleitung, wobei das Fluid zunächst in einen die Festfestoffförderleitung umgebenden Ringraum und von dort in die Feststoffförderleitung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffförderleitung (inneres Führungsrohr (3) ) im Ringraum (12) zur Bildung eines Ringspaltes kürzer ist als die Länge des Ringraumes, wobei im Ringraum (12) Einbauten zur Drallerzeugung des eingebrachten Fluids vorgesehen sind. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des inneren Führungsrohres (3) im Ringraum (12) wenigstens teilweise perforiert ausgebildet ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Ringraum (12) strömungsleitende Einbauten (16) vorgesehen sind. 4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (12) im Bereich des Ringspaltes zum inneren Führungsrohr (3) mit einem trichterförmigen Wandbereich ausgerüstet ist. 5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungselemente über Flanschverbindungen (2,8) aneinander befestigt sind. 6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitung zum Ringraum für das Fluid bei nicht in Schwerkraftrichtung positionierter Feststoffförderleitung im in Schwerkraftrichtung oberen Bereich des Ringraumes positioniert ist. |
in eine Feststoffförderleitung"
Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Einspeisung eines Fluids, wie eines Gases oder einer Flüssigkeit, in eine Feststoffförderleitung, wobei das Fluid zunächst in einen die Feststoffförderleitung umgebenden Ringraum und von dort in die Feststoffförderleitung geführt wird.
Die Erfindung geht beispielsweise von der EP 1 824 766 Bl aus, bei der die Feststoffförderleitung innerhalb eines, einen Ringraum bildenden Gehäuses aus einem permeablen Material gebildet ist und innerhalb des Gehäuses über beidseitige Ringdichtungen längsverschiebbar angeordnet ist. Um partikelförmige Feststoffe zu transportieren ist eine pneumatische Förderung bekannt. Je nach Strömungsregime und Förderdichte unterscheidet man grob in Dünnstrom- und in Dichtstromförderung. Zum Stand der Technik zählen dabei die US 3 152 839, US 1 152 302 oder die DD 0 154 599.
Die Dichtstromförderung zeichnet sich durch vergleichsweise geringen Fördergaseinsatz und eine sowohl den Feststoff als auch die Förderleitung schonende Betriebsweise aus und wird in einem weiten Anwendungsspektrum eingesetzt, wie beispielsweise zur Förderung von Staubkohlen, Flugaschen, Zement, aber auch in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, wobei die verfahrenstechnischen Parameter, um eine pneumatische Förderung im Dicht- oder auch im Dünnstrom durchzuführen, seit langem bekannt sind und mit zunehmenden Anforderungen an technische Systeme, wie Anlagenverfügbarkeit, Standzeiten, Investkosten, Wartungsf eundlichkeit etc., werden neuartige Lösungen gefordert, die diesen steigenden Anforderungen genügen. Neben der bereits benannten EP 1 824 766 Bl gibt es noch andere Lösungen, die die Einspeisung von Gasen zur Feststoffförderung beschreiben, z.B. um den Feststoff zu Beginn oder auch während der Förderung zu fluidisieren, um Einfluss auf die Förderdichte zu nehmen oder um Rohrabschnitte zu spülen:
Zu diesem Stand der Technik gehört beispielsweise auch die WO 2004/87331 AI, in der eine Anlage zur Förderung von pulver- förmigem Material, insbesondere Pulverlacke, zu einer Sprüh- auftragsvorrichtung beschrieben wird. In dieser Vorrichtung wird ein doppelwandiges Rohrelement verwendet, das ebenfalls zur Lufteinfuhr in das Pulver mit einer permeablen Innenwand, bestehend aus Sintermetall, versehen ist. Das in der WO 2004/87331 AI beschriebene doppelwandige Element sieht keine Dehnungsaufnahmen vor, sondern ist gemäß Beschreibung und Skizzen vollständig verschraubt unter Anwendung von Druckluft-Schlauchtechnik. Daher ist ein Einsatz im hier geplanten Betriebsbereich (hohe Temperaturen und hohe Drücke) nicht möglich und nicht übertragbar.
In der DE 1 269 571 wird ebenfalls ein doppelwandiges Rohr vorgestellt. Die innere Rohrwand ist aus porösem Werkstoff, wobei die Besonderheit darin besteht, dass das Material dehnbar und flexibel ist. Die aufgegebenen Druckstöße bewirken eine Bewegung der inneren Wand, durch die gleichzeitig ein Teil der Luft aufgrund der Porosität in den Feststoffström gelangt. Die beschriebene Porosität bei gleichzeitiger Flexibilität kann gleichzeitig nur durch Materialien, wie Kunststoffen, erfüllt werden. Damit ist eine Anwendung des Vorschlags der DE
1 269 571 im hier vorliegenden Fall bei Feststofftemperaturen von bis zu 400°C nicht anwendbar.
Weitere Lösungen zur Luftförderung bzw. Förderung mit einem unter Druck stehenden Fluid beschreiben die US 5 827 370 A oder die US 6 227 768 B. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Förderung von z.B. staubförmigen Kohlen oder Flugasche in Vergasungs- anlagen bei erhöhten Temperaturen vorzunehmen, bei hoher Leistung und hoher Betriebssicherheit.
Bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Feststoffförderleitung, im Weiteren als inneres Führungsrohr bezeichnet, im Ringraum zur Bildung eines Ringspaltes kürzer ist als die Länge des Ringraumes, wobei im Ringraum Einbauten zur Drallerzeugung des eingebrachten Fluids vorgesehen sind.
Mit der Erfindung wird es möglich, da das in solchen Fällen in der Regel zugeführte Gas eine niedrigere Temperatur aufweist als und bis zu zum Teil erheblichen Temperaturdifferenzen zwischen feststoffführender und gaszuführender Seite, mit den sich daraus ergebenden unterschiedlichen Ausdehnungen der Komponenten, eine Kompensation der Dehnungsdifferenzen bereit zu stellen, um langfristig die Beschädigung entsprechender Elemente zu verhindern.
Mit der Erfindung wird noch ein weiteres Problem gelöst, das sich dadurch ergibt, dass in der Regel feststofffördernde Bauteile zyklisch beaufschlagt werden aufgrund von in Vergasungsanlagen herrschenden Drücken von bis zu 100 bar. Umgekehrt müssen im Prozess freigesetzte Feststoffe, wie
Flugasche, ausgeschleust werden, wobei aus dem System hoher Druck auf atmosphärische Bedingungen ausgeschleust wird. Auch dies geschieht in zyklisch arbeitenden Schleussystemen, d.h. zu den Temperaturdifferenzen aufgrund der unterschiedlichen Medientemperaturen treten noch zeitliche Temperaturgradienten, die aus der zyklischen Betriebsweise herrühren. Durch die besondere Bauart der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird diesen Problemen noch Rechnung getragen. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Bereich des inneren Führungsröhres im Ringraum wenigstens teilweise perforiert ausgebildet ist. Mit dieser Konstruktion wird die Zuführung des Fördergases in Bereiche der Feststoffförder- leitung ebenso gewährleistet, wie durch den Ringspalt am Ende des inneren Führungsröhres im Ringraum.
Um ein gegebenenfalls notwendiges Freiblasen von rückgerie- selten Feststoffen bei zyklischer Betriebsweise zu erleichtern, ist der Ringraum im Bereich des Ringspaltes zur Feststoffförderleitung mit einem trichterförmigen Wandbereich ausgerüstet.
Zweckmäßig sind alle Elemente, wie an sich bekannt, über Flanschverbindungen aneinander befestigt.
Weicht die Position der Vorrichtung von einer Ausrichtung in Schwerkraftrichtung ab, kann nach der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Zuführleitung zum Ringraum für das Fluid bei nicht in Schwerkraftrichtung positionierter Feststoffförderleitung im in Schwerkraftrichtung oberen Bereich des Ringraumes positioniert ist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung, diese zeigt in
Fig. 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung im Schnitt,
Fig. 2a- 2d Ausführungsformen der Feststoffförderleitung im
Ringraum mit unterschiedlichen Strömungsbeeinflussenden Elementen, Fig. 3 in der Darstellung gemäß Fig. 1 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie in
Fig. 4 ein Blockschaltbild mit angedeuteter erfindungsgemäßer Vorrichtung unterhalb eines Fe Stoffbehälters .
Das in Fig. 1 dargestellte Fluidisierrohr 1' bildet sich durch das Gehäuse 6, dem Einlassflansch 2, dem Auslassflansch 8 sowie dem Fluidisiermitteleintritt 4, welcher über den Flansch 5 mit einem Fluidisiermittelversorgungssystem verbunden wird. Das Fluidisierrohr wird über die Anschlussflansche 2 und 8 in die Feststoffförderleitung eingebaut. Die Abdichtung zwischen den Flanschen 2 und 8 und den Flanschen 1 und 9 der ankommenden bzw. abgehenden Feststoffförderleitung erfolgt über die Dichtringe 10 und 11. Das innere Führungsrohr 3 ist fest mit dem Einlassflansch 2 des Fluidisierrohres verbunden. Der zu fördernde Feststoff tritt über den Einlassflansch 2 in das innere Führungsrohr 3 ein. Idealerweise entspricht der Durchmesser der ankommenden Feststoffleitung Dl dem Durchmesser des Einlassflansches D2.
Der Einlassdurchmesser des inneren Führungsröhres D3 ist vorzugsweise gleich oder leicht größer dem Durchmesser D2 des Einlassflansches zu wählen, um Störungen der FeststoffStrömung sowie das Auftreten von Verschleißkanten am Übergang zu vermeiden. Das Fluidisiermittel wird einem Ringraum 12, gebildet zwischen innerem Führungsrohr 3 und Gehäuse 6, über den Fluidisiermitteleintritt 4 zugeführt.
In Strömungsrichtung des Fluidisiermittels wird die Fluid- disiermittelverteilungskammer durch den Konus 7 und dem inneren Führungsrohr 3 eingeschnürt. Der so entstehende engste Strömungsquerschnitt Sl ist so zu wählen, dass die Fluidi- siermittelgeschwindigkeit an dieser Stelle vorzugsweise das 1- bis 20 -fache der Mindestfluidisiergeschwindigkeit w umf des Feststoffs entspricht. Der Konuswinkel α ist vorzugsweise zwischen 45° und 80° zu wählen. Im Spalt S2 trifft das
Fluidisiermittel auf den aus dem inneren Führungsrohr austretenden Feststoff. Gleichzeitig wird eine axiale Längendehnung des inneren Fluidisierrohrs 3 durch den Spalt S2 kompensiert. Die Fluidisierung erfolgt im Freiraum, gebildet aus dem inneren Führungsrohr 3 und dem Auslassflansch 8 im Spalt S2. Der Austritt aus dem Innenrohr D4 ist idealerweise kleiner oder gleich groß dem Durchmesser D4 der nachgeschalteten Förderleitung zu wählen, um keine Störkante der Feststoff - Strömung am Blockflansch 8 zu erzeugen. Sind die Durchmesser D3 und D4 unterschiedlich gewählt, so ist das innere Führungsrohr konisch -in Stromungsrichtung verjüngend- ausgef hrt. Der fluidisierte Feststoff verlässt über den Feststoffaustritt 15 das Fluidisierrohr .
Die Fig. 2a, 2b, 2c und 2d zeigen verschiedene Ausführungs- varianten des Innenrohres 3. Das Innenrohr 3 ist fest mit dem Blockflansch 2 verbunden, so dass dieses Element komplett schnell und einfach wechselbar ist.
Fig. 2a und 2b zeigen beispielhaft zwei Möglichkeiten, durch aufgesetzte Strömungskörper 16 eine Drallströmung in der Fluidisiermittelverteilungskammer 12 zu erzeugen, so dass eine verbesserte Durchmischung des Fluidisiermittels mit dem Feststoff ermöglicht wird. Das Fluidisiermittel durchfließt die Fluidisiermittelverteilungskammer innerhalb der Strömungsspalten L zwischen den Strömungskörpern 16. Die entstehende Drallströmung verhindert z.B. die Bildung von Feststoffbrücken im Spalt S2. Fig. 2c zeigt ein perforiertes inneres Führungsrohr 3, mit welchem der Feststoff bereits beim Durchfließen mit Flui- disiermittel beaufschlagt werden kann.
Fig. 2d zeigt einen Strömungskörper 16, welcher als Ring mit Strömungsnuten ausgeführt ist. Dieser Strömungskörper hat definierte Strömungskanäle mit einer Strömungsspaltbreite L. Das Fluidisiermittel erfährt beim Durchströmen dieser Kanäle einen Druckverlust Δρ (Strömungskörper) , welcher in Relation zum Druckverlust der abgelagerten Feststoffmenge Δρ (Feststoff) deutlich höher ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige Flui- disiermittelverteilung in der Fluidisiermittelverteilungs- kammer 12 erzeugt und abgelagerter Feststoff durch das
Fluidisiermittel entfernt.
Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Fluidisierrohr 1', wobei Konus 7 und Auslassflansch 8 aus einem Bauteil bestehen, z.B. einem Drehteil. In Fig. 3 ist außerdem beispielhaft der Strömungskörper aus Fig. 2d dargestellt.
Fig. 4 zeigt den Fließbildausschnitt mit einem typischen Anwendungsfall für das erfindungsgemäße Fluidisierrohr 1' . Das Fluidisierrohr 1' ist an den zur Feststoffaustragung am Behälter 17 befindlichen Rohrauslauf 19 mittels Rohrflansch 1 befestigt. Der Behälter 17 dient beispielsweise zur Zwi- schenspeicherung von Feststoff oder als Schleuse zur Druckerhöhung des FeststoffStroms . Wird das Ventil 20 geöffnet, fließt der Feststoff aus dem Behälter 17 durch das Fluidisierrohr 1' und das Ventil 20 in die Feststoffförderleitung 21. Das Fluidisierrohr kann in der vereinfacht dargestellten Verschaltung verschiedentlich angewendet werden.
Eine Anwendung ist, dass kurz bevor das Ventil 20 öffnet, um den Feststofftransport einzuleiten, Gas 14 in der Menge zugeführt wird, so dass oberhalb des Ventils 20 eine lokale Fluidisierung einsetzt. Auf diese Weise ist der Schaltvorgang vereinfacht, gleichzeitig wird durch die Fluidisierung der Feststoff aufgelockert, so dass möglicherweise entstandene Feststoffbrücken eliminiert werden.
Eine weitere Anwendung bzw. ein weiterer Betriebszustand ist, dass während des Feststofffördervorgangs das zugeführte Gas 14 auf die Menge eingestellt wird, die notwendig ist, um beispielsweise die für die sichere Dichtstromförderung notwendige Dichte einzustellen. Ist die Feststoffförderung abgeschlossen, also der Behälter leer, kann die Leitung durch eine erhöhte Menge an Gas 14 gespült werden. Da zum Beispiel für die erste Fluidisierung, aber auch die abschließende Spülung kurzzeitig große Gasmengen benötigt werden, ist die Verwendung von Sintermetallen hier problematisch. Hier bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Gaszufuhrspalt Sl verfahrenstechnische Vorteile in Verbindung mit höherer Lebenserwartung gegenüber der Lösung mit Sintermetallen.
Bezugszeichenliste :
1' Fluidisierrohr
1 Rohrleitungsflansch
2 Einlassflansch Fluidisierrohr
3 Inneres Führungsrohr
4 Fluidisiermitteleintritt
5 Flansch
6 Gehäuse
7 Konus
8 Auslassflansch Fluidisierrohr
9 Rohrleitungsflansch
10/11 Dichtring
12 Ringraum
13 Feststoffeintritt
14 Fluidisiermittelzufuhr
15 Feststoffaustritt
16 Strömungskör er
17 Behälter
18 Feststoffschüttung
19 Rohrauslauf
20 Ventil
21 Feststoffförderleitung
Dl Durchmesser Rohrleitung
D2 Durchmesser Feststoffeinlass
D3 Durchmesser Einlass inneres Führungsrohr
D4 Durchmesser Auslass inneres Führungsrohr
D5 Durchmesser Fluidisierrohrauslass
D6 Durchmesser Rohrleitung
51 Engster Querschnitt Fluidisierring
52 Dehnungsspalt
α Konuswinkel
L Strömungsspalt