DD113959B1 - Rostboden für Wirbelschichtrcaktoren - Google Patents

Description

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Rostboden für Wirbelschichtreaktoren

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Rostboden für Wirbelschichtreaktoren, vorzugsweise zur Erzeugung von hohen Temperaturen innerhalb der Wirbelschicht.

Bekannte technische Lösunn;en

Alle bishor bekannten Rostbödon, deren Aufgabe es ist, eine gleichmäßige Gasverteilung und Ausströmung des IVirbelbettes zu erzielen, können für erforderliche Schichttomperaturen von 1000 ⁰G bis 1700 ⁰C nicht eingesetzt werden. Bei diesen Rostböden wird in einer besonders dafür erforderlichen Brennkammer, unterhalb des nur als Verteilereinrichtung dienenden Rostes ein fester, flüssiger oder gasförmiger Brennstoff verbrannt und die heißen Rauchgase unter dem erforderlichen Vordruck durch den Rost in die zu fluidiaierendo pulverförmig Materialschicht geleitet. Selbst wenn als Werkstoff für solche Rostböden hochtemperaturfeste Stähle oder keramische Massen eingesetzt werden, sind dieser Art Rostböden in der Anwendung G renzen gesetzt, die einerseits durch d іѳ erforderlichen Ansprüche an die Festigkeit des Rostbodens und andererseits durch die komplizierte und ökonomisch ungünstige Herstellung derartiger Roste bedingt sind.

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Eine andere bekannte Ausführung von Rost- oder Anströmböden zur Erzeugung eines Hochtemperaturwirbelbettes besteht aus einer ebenen Platte eines metallischen oder keramischen Werkstoffes, die in bekannter Weise mit Bohrungen zur Durchleitung eines gasförmigen Wirbelmediunis, vorzugsweise Luft, zum Zwecke der Fluidisierung des zur Reaktion zu bringenden Bettmaterials versehen ist.

Zur Erzeugung der zur Umsetzung benötigten hohen Temperaturen sind auf dieser Rostplatte in einem bestimmten Rastermaß gesonderte AusströmeIemente zur Einleitung des Brennmediums mit vorzugsweise pilzförmiger Gestalt angeordnet.

Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß aufgrund des Vorhandenseins einer Wirbelschicht im Reaktorraum keine regelbare kontrollierbare Vermischung der Brennmedien und somit keine kontrollierbare Verbrennung stattfindet. Desweiteren treten im Bereich der Sintrittstellen des Brenncediums, besonders also am Fußteil der pilzförmigen Einströmelemente, Materialanhäufungen von nicht aufgewirbeltem Bettmaterial auf. Bedingt durch die erforderlichen hohen Temperaturen kann das in kurzer Zeit zum Ansintern von V/irbelteilchen und damit zum Verstopfen der Luft- und Brennstoff Zuführungen führen. Ein Teil der im Brennmedium enthaltenen Wärmemenge wird zumeist erst oberhalb der fluidisierenden Schicht frei, da - bedingt durch die fehlende Vormischung von Brennmedium und Luft - ein erheblicher Anteil des Brennvolumens erst oberhalb der Wirbelschicht zur' Verbrennung kommen kann, da es sich auf dem zurückgelegten Weg im Reaktor nur durch Diffusion mit der Verbrennungsluft zu einem brennbaren Gasgemisch entwickeln konnte.

Die zum Betreiben oines Hochteruperaturreaktors erforderlichen Temperaturen über 800 ⁰G bat man für den Fall, daß als Heizmedium ein gasförmiger Brennstoff zum Einsatz kommt auch dadurch zu erreichen versucht, daß man eine innige

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Vermischung der Verbrennungamedieη bereits unterhalb des Reaktorbodens vornahm, um somit nach dem Prinzip des aus der Gasanwendungstechnik: bekannten Vormischbrermers, die ausgezeichneten Ausbrandergebnisse dieser Brennerkategorie zu erzielen. Durch die pulsierende Wirbelschicht aber, deren Effekt nachgewiesenermaßen in den Rostbodenbohrungen teilweise sogar zu einer Umkehrung der Strömungsrichtung führt, ist dieses System wenig betriebssicher. Obwohl ein Zurückschlagen der Flammen wegen der hohen Geschwindigkeit in den Rostbodenbohrungen nicht zu befürchten v/ar, hat sich gezeigt, daß trotzdem nach kurzer Betriebszeit die Verbrennung bereits unterhalb des Rostbodens einsetzte und damit das weitere Betreiben des Reaktors in Frage gestellt wurde. Ursache dafür waren die hohen Ror,ttemperatur3n und/oder die durch die Rostbodenbohrungen hindurchgesaugten oder hindurchgefallenen Wirbelbetteiichen.

Eine andere Möglichkeit der Erzielung der zum Roaktorbetriob notwendigen hohen Temperaturen besteht darin, eine mit einer Vertrennungseinrichtung ausgestattete Vorrichtung in die 'Wirbelschicht eintauchen zu lassen. Damit soll der thermische Wirkungsgrad sowie 4 der Wärmeaustausch und folglich die Leistungsfähigkeit einer mit dieser Einrichtung ausgerüsteten Wirbelschichtanlage erhöht werden. Bei näherer Betrachtung zeigt sich jedoch, daß dies nicht der Fall ist, da bei einem Verbrennungsvorgang in einer geschlossenen Verbrennungskammer, die lediglich in ein Wirbelbett eingetaucht, die Wärmeübertragung über die Brennkammerwände an das Wirbelgut erfolgen muß. Bei der Direktverbronnung in der Wirbelschicht findet der Wärmeübergang an das Wirbelgut jedoch durch den direkten Kontakt desselben mit den heißen Verbrennungsßascn statt. Das Material für eine dorartige Einrichtung muß außerdem ein hochtemperaturfester Werkstoff sein, damit eine hohe Betriebssicherheit und einigermaßen vertretbare Standzeiten erreicht v/erden können. Die Inbetriebnahme einer derartigen Brennkammer bedingt с ißerdem komplizierte und sicher arbeitende Zündeinrichtungen.

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Den geschilderten Einrichtungen haftet außerdem der Nachteil an, daß durch den Teinperaturgegensatz zwischen der heißen Wirbelschicht und dem kalten Verbrennungsmedium im Rostboden selbst derartige Spannungen auftreten, die bei der häufig verwendeten starren 3inspannung der Rostbodenelemente zum frühzeitigen Verschleiß der Rostböden führt. Die komplizierte und dadurch ökonomisch ungünstige Fertigung eines großtoils der bisher bekannten Vorrichtungen schließt ihren Einsatz aus.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Rostboden für Wirbelschichtreaktoren zu schaffen, der mit getrennten Brennstoff- und Verbrennungsluftzuführungen ausgerüstet, aus handelsüblichen Materialien ökonomisch günstig und technologisch einfach zu fertigen ist.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rostboden für Wirbelschichtreaktoren bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem unter einem Luftverteilerboden ein Brennstoffverteilerboden auf Lücke angeordnet ist und diese Böden aus einzelnen parallel und in gleichem Abstand zueinander angeordneten mit Luftdurchtrittsbohrungen versehenen Rohr- oder Vollprofilen, die einseitig eingespannt sind und eine freie Auflage aufweisen, bestehen, wobei die balkenartigen Profile des Luftverteilerbodens mit einer Riffelung für den Luftdurchtritt versehen sind oder, in einem geringem Abstand über dem Brennstoffverteilerboden angeordnet sind.

Der Luftverteilerboden besteht zum einen aus parallel und im gleichen Abstand zueinander angeordneten Rohr- oder Vollprofilen. Diese Profile können direkt auf den Hohlprofilen der unteren Schicht aufliegen oder in geringem Abstand darüber angeordnet sein. Falls sie direkt aufliegen, müssen sie an der Oberfläche eine Riffelung aufweisen, damit die zur Verbrennung und Verwirbelung benötigte Luft den Rostboden von unten her durchströmen kann.

Die balkenartigen Profile des Luftverteilerbodens können aber auch als Hohlprofile gestaltet sein. Sie weisen dann ebenfalls im Querschnitt eine kreisförmige oder violeckige Begrenzung auf und sind mit nach oben, seitlich nach oben und/oder nach der Seite gerichteten Bohrungen versehen. Die zur Verbrennung und Verwirbelung benötigte Luft wird durch diese balkenartigen, hohlen Profile der oberen Schicht vorteilt.

Der Luftverteilerboden besteht zum.anderen aus einer an der Oberfläche ebenen oder mit Riffelungen versehenen Platte. In ihm sind gleichmäßig über den gesamten Querschnitt Bohrungen verteilt, die entsprechend der verwendeten Brennmedien und dem 7/irbelbettmaterial in ihrer Größe verschieden ausgelegt sind.

Die plattenförmigen, in horizontaler Ebene angeordneten, BrennstoffVerteilereinrichtungen bestehen zum einen aus einzelnen parallel und im gleichen Abstand zueinander angeordneten Rohrprofilen und zum anderen aus einer mit Verteilerbohrungen versehenen Einrichtung.

Die Luftverteilereinrichtung und die Brennstoffverteilereinrichtung sind zum Abbau auf tretender Wärmespannungen nicht allseitig fest eingespannt. Die Anordnung der Luftverteilereinrichtungen zu. den Brennctoffvertsilereinrichtungen ist so gewählt, daß die Brennstoffverteilereinrichtung mit den Brennstoff Zuführungen s-tets von der zur Vor-

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brennung notv/endipren Luft umspült wird. Man orreicht dadurch einerseits eine Kühlung oder andererseits eine Erwärmung des Brennstoffes.

Die Brennstoffzufuhr erfolgt über nach oben gerichteten und in der Brennstoffverteilereinrichtung angeordneten Bohrungen.

Die Brennstoff- und. Luftausströincffmmgen können in einem unterschiedlichen Winkel zueinander angeordnet sein, der je nach verfahrensbedingter Temperatur zwischen 5 und 80 ° liegen sollte. Hiermit kann J6 nach Erfordernis eine mehr oder weniger intensive Vermischung der Brennstoffmedien erreicht werden. Die Art der Vermischung kann erfindungsgemäß gewählt werden.

Die ringförmig angeordnete^ Luftcurchtrittsöffnung imiß im richtigen Verhältnis sum Brennmediuiusaustrittsquerfjchnitt stehen. Der' konische Auslauf reaktorseitig ist aussuhalton, da eine nachfolgend angeordnete Turbolenzstrecke die verfahrensbedingt eingestellte Vermischung ungewollt beeinflußt,

Der erfindungsgemäße Rostboden für ',Virbelschichtreaktoren ermöglicht den Einsatz in Hochtemperatur-.Virbelschichtreaktoren zur Direktbeheizung der Schicht mittels Gasverbrennung bei guter Regelbarkeit der Brennelemente. 7/eitere Vorteile sind hohe Betriebssicherheit und lange Rostbodenstandzeiten.

Der erfindungsgemäße Rostboden für V/irbelschichtreaktoren läßt sich technologisch einfach und ökonomisch günstig fertigen. Er besteht aus standardisierbaren Einseielementen. Die Form der Befestigung wirkt auftretenden V/ärraespannungen im Rostboden entgegen.' Der Rostboden läßt sich zur V/irbelschichtausbildung bei" unterschiedlichsten Korngrößen einsetzon.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispiclen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Den Rostboden in Schnittdarstellung mit den als Rohre ausgebildeten Elementen für die Brennstoffzufuhr und den auf diesen aufliegenden balkonartigen Profilen, durch deren Riffelung die Luft, respektiv das Brennstoff-Luftgeiaisch durchtreten kann.

Fig. 2: Den Rostboden in Schnittdcrstellung mit den balkenartigen Hohlprofilen für die Brennstoffzufuhr und den in einem geringen Abstand darüber angeordneten balkenartigen Profilen, wobei durch die entstehende Spalte die Luft, respektiv das .Brennstoff- Luftgemisch durchtreten kann.

Fig. 3: Den Rostboden in Schnittdarstellung cat den als Rohre ausgebildeten Elementen für die Brennstoffzufuhr und den darüber angeordneten Rohren für die Luftzufuhr.

Beispiel 1:

Der in Figur 1 dargestellte Rostboden besteht aus den Rohren des Brennstoffverteilerbodens 2 und den nach oben gerichteten Bohrungen 4 für die Brennstoffzufuhr, über dem Brennstoffverteilerboden sind balkenartige Profile mit trapezförmigen Querschnitt als Luftverteilerboden 1 angeordnet, die an den Stellen der nach oben gerichteten Bohrungen 4· mit einer Riffelung als Luftdurchtrittsbohrungen.3 versehen sind, durch welche die Luft und im oberen Teil das Brennstoff-Luft-Gemisch hindurchtritt. Die .Größe und'die Anzahl der Bohrungen 4 und der Riffelungcn j ist zua einen abhängig von der benötigten Intensität-der Vermischung dar zur Verbrennung erforderlichen Medien und zum anderen von der

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Korngröße des Wirbelgutes, un den Hostdurchfall beim Abstellen und während des Betriebes einzuschränken. Die Rohre und die balkenartigen Profile sind einseitig eingespannt und liegen an der, der Brennstoff- oder Luftzufuhr gegenüberliegenden Seite, frei auf den Stützkonstruktionen auf.

Bei großen Rostbodenabmessungen befindet sich die freie Auflage zumindest die der Rohre in der Mitte des Rostbodens., um eine gleichmäßige Beaufschlagung der Bohrungen zu gewährleisten. Die einseitig freie Auflage garantiert bei auftretenden V/ärme ausdehnungen eine Bewegung in horizontaler Richtung und damit den zerstörungsfreien Abbau der Wärmespannungen.

Beispiel 2:

Der in Figur 2 dargestellte Rostboden besteht aus den balkenartigen Hohlprofilen des BrennstoffVerteilerbodens 2 und den nach oben gerichteten Bohrungen 4- für die Brennstoffzufuhr. Über den Hohlprofilen sind in einem geringen Abstand balkenartige Profile mit dreieckigem Querschnitt als Luft-Verteilerboden 1 angeordnet. Durch die entstehenden Spalte als Luftdurchtrittsbohrungen 3 tritt die Verbrennung^- und Wirbelluft. Die Anzahl und die Größe der Bohrungen sowie die Größe der Spalte richtet sich nach der Korngröße des Wirbelgutos, um den Rostdurchfall beim Abstellen und während des Betriebes einzuschränken. Die balkenartigen Hohlprofile und die balkenartigen Profile sind einseitig eingespannt und liegen an der der Brennstoff- oder Luftzufuhr gegenüberliegenden Seite frei auf den Stützkonstruktionen auf. Bei großen Rostabmessun3en befindet sich die freie Auflage, zumindest die der Hohlprofile in der Mitte des Rostbodens, um eine gleichmäßige Beaufschlagung der Bohrungen 1 zu gewährleisten. Die einseitig freie Auflage garantiert bei auftretenden Wärmeausdehnungen eine Bewegung in horizontale.' Richtung und damit den störungsfreien Abbau der- Warnespannungen.

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Beispiel 3?

Der in Figur 3 dargestellte Rostboden besteht aus den Rohren als Brennstoffverteilerboden 2 und den darin befindlichen, nach oben gerichteten Bohrungen Ц- für die Brennstoffzufuhr. Auf dem Brennstoffverteilerboden 2 liegen die Rohre des Luftverteilerbodens 1 auf, in denen sich Luftdurchtrittsbohrungen 3 befinden.

Claims (2)

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   Erfindungsanspruch

   1. Rostboden für Wirbelschichtreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß unter einara Luftverteilorboden (1) ein
   Brennstoffverteiierboden (2) auf Lücke angeordnet ist und diese Böden aus einzelnen parallel und in gleichem Abstand zueinander angeordneten oit Luftdurchtrittsbohrungen (3) versehenen rohr- oder balkenförinigen Hohloder Vollprofilen, die einseitig eingespannt sind und eine freie Auflage aufweisen, bestehen.
2. 2. Rostboden nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die balkenartigen Vollprofile des Luftverteilerbodens (1) mit einer Riffelung für den Luftdurchtritt vorsehen
   sind oder in einem geringen Abstand über dem Brennstoffverteiierboden (2) angeordnet sind.

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