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Einrichtung zur Herstellung einer Suspension eines fein verteilten
festen Stoffes in einem gasförmigen Mittel, insbesondere eines Gemisches eines fein
verteilten festen Brennstoffes mit Sauerstoff Die Erfindung betrifft im weiteren
Sinne Einrichtungen zur Herstellung einer homogenen Suspension von fein aufgeteilten
festen Stoffen in gasförmigen Medien und im besonderen Einrichtungen, die hauptsächlich
zur Herstellung derartiger Suspensionen in einem mit fein verteiltem festem Brennstoff
reagierenden gasförmigen Medium dienen, wobei der erwähnte Brennstoff durch das
Reaktionsgas vergast werden kann und ein gasförmiges Erzeugnis von im wesentlichem
einheitlicher Zusammensetzung erhalten wird. Die Erfindung ist beispielsweise hauptsächlich
anwendbar bei einem Verfahren zur ununterbrochenen Herstellung einer Suspension
von fein aufgeteiltem festem Brennstoff in Sauerstoff oder in sauerstoffangereicherter
Luft oder nur in Luft selbst, wobei ein brennbares Gas von ziemlich einheitlicher
Zusammensetzung und gleichbleibendem Heizwert erhalten wird.
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Eine Schwierigkeit, die bei der Anwendung von bekannten Einrichtungen
zur Herstellung derartiger Suspensionen entsteht, ist die Herstellung eines gleichbleibenden,
bestimmten Mengenverhältnisses zwischen suspendiertem Brennstoff und Vergasungsmittel,
so
daß sich eine beständige und vorher bestimmte Mischung von brennbarem Gas aus der
Vergasung ergibt.
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Gegenstand der Erfindung ist daher, verbesserte Einrichtungen vorzusehen,
um eine vollständige und innige Mischung zwischen dem fein aufgeteilten festen Brennstoff
und dem gasförmigen Medium zu erhalten.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist, Einrichtungen zu schaffen,
damit die gebildeten homogenen Suspensionen an der erforderlichen Stelle der Verwendung
zugeführt werden können, ohne ihre homogene Mischung zu verlieren.
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Gegenstand der Erfindung sind ferner Verbesserungen und betriebliche
Vorteile oder Verhältnisse, wie -sie sich aus den nachstehend beschriebenen und
beanspruchten Einrichtungen ergeben.
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Das Problem der Herstellung einer innigen Mischung von fein aufgeteilten
festen Brennstoffen in einem damit reagierenden Gas ist nicht neu. Es besteht beispielsweise
sowohl in der Technik der Vergasung von fein aufgeteilten festen Brennstoffen zur
Erzeugung eines brennbaren Gases als auch in der Technik der Beheizung mit staubförmigen
Brennstoffen, wobei die vollständige Verbrennung des Brennstoffes gewünscht wird.
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Für :die Verbrennung staubförmiger Kohle sind verschiedene Systeme
zur Herstellung einer :Mischung von staubförmigem festem Brennstoff mit Luft und
die Beförderung dieser so gebildeten Mischung zu einer Verbrennungszone bekanntgeworden,
die erfolgreich sind. So wurde beispielsweise vorgeschlagen, einen Schneckenförderer
für die Zuführung staubförmniger Kohle von einem Lagerbehälter zu einer Mischeinrichtung
zu verwenden, in welche die staubförmige Kohle durch ihre Schwerkraft vom Ende des
Schneckenförderers in eine obere Öffnung der Mischeinrichtung fällt, in welcher
die Kohle mit Luft unter niederem Druck gemischt wird.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung fällt die staubförmige Kohle
durch ihre Schwere in einen Schneckenförderer, welcher durch einen Motor mit Stufengetriebe
angetrieben wird. An seinem Förderende ist das Gehäuse des Schneckenförderers von
einem Ringglied umgeben, in das Luft eingeblasen wird; die Luft und die durch den
Schneckenförderer zugeführte staubförmige Kohle werden hierbei durch Schaufeln,
die an dem Austragsende der Welle des Schneckenförderers angeordnet sind, gemischt,
bevor .die Suspension der Verwendungsstelle zugeführt wird. Diese bekannten Einrichtungen
können für die besonderen Erfordernisse der Verbrennung staubförmiger Kohle ausreichend
sein, aber es ist klar, daß eine ununterbrochene und innige homogene Mischung des
fein aufgeteilten festen Stoffes mit dem gasförmigen Medium nicht erreicht werden
kann, bevor nicht Mittel für die Auflockerung und Verteilung .der Kohlenteilchen
vorgesehensind; die Kohlenteilchen können vielfach in Anhäufungen zusammengeballt
sein, die bei der Zuführung durch den Druck des Schneckenförderers verursacht werden.,Um
diese Schwierigkeit bei der Zuführung zu beseitigen, hat man auch schon vorgeschlagen,
am Auslaß des Schneckenförderers eine Reibvorrichtung anzuordnen, welche etwaige
Zusammernballungen der staubförmigen Kohle zerkleinert, ohne dabei die Korngröße
der Kohlenteilchen zu verändern. Hierbei wird die die staubförmige Kohle fördernde
Luft mit den zusammengeballten Kohlenteilchen durch einen Luftstrom in Berührung
gebracht, welcher im rechten Winkel zur Achse des Schneckenförderers strömt. Trotz
der erwähnten Zerkleinerungseinrichtung zum Aufbrechen der Zusammenballungen der
staubförmigen Kohle ist die Bildung einer genügend homogenen Suspension von staubförmigen
festen Brennstoffen in dem Luftstrom nicht möglich, da die Brennstoffteilchen nicht
voneinander fortbewegt werden, sondern vielmehr unter dem Einfluß des Luftstromes
miteinander in Berührung kommen.
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Es ist ferner eine Einrichtung zur Herstellung eines Gemisches von
pulverförmigem Brennstoff und Luft bzw. Sauerstoff vorgeschlagen worden, bei der
der Brennstoff durch eine Förderschnecke einem Mahlwerk zugeführt wird, in das gleichzeitig
die Luft im Überschuß eingeleitet wird. Es entsteht dabei zwar ein Brennstaub-Luft-Gemisch,
jedoch ist dieses in keiner Weise homogen, und es findet bei dieser Einrichtung
sicher auch eine Entmischung statt, weil die unstetige Querschnittsveränderung der
.Mahleinrichtung eine derartige Herabsetzung der Geschwindigkeit der Suspension
bewirkt, daß der Brennstaub wenigstens teilweise aus der Suspension ausfällt, ehe
diese den eigentlichen Reaktionsraum erreicht.
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Die vorliegende Erfindung löst aber eine ganz andere Aufgabe als die
bekannten Einrichtungen. Die Vergasung von fein verteilten Brennstoffen mit Sauerstoff
in der Schwebe findet nämlich unter zwei Bedingungen statt, die sehr sorgfältig
eingehalten werden müssen, wenn die Vergasung ohne Störung und mit guter Ausbeute
erfolgen soll.
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Die erste Bedingung ist die, daß der Sauerstoff nicht im Überschuß
zugeführt werden darf, da sonst wertvoller und teurer Sauerstoff zum Teil ungenutzt
verlorengehen und wertlose, unbrennbare Gase statt wertvoller Brenngase entstehen
würden. Zu diesem Zweck muß die Brennstaub-Sauerstoff-Suspension nicht nur bei ihrer
Entstehung homogen sein, sondern sie muß es auch längs des ganzen Gasweges bis zur
Reaktionskammer bleiben. Diese Bedingung erfüllt aber keine der bekannten Einrichtungen.
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Die zweite Bedingung bei der Vergasung in der Schwebe liegt darin,
daß ein Zurückströmen des Sauerstoffs in die mit Kohlenstaub gefüllte Förderschnecke
ausgeschlossen wird, so daß Explosionen mit Sicherheit verhindert werden.
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Diese beiden Bedingungen erfüllt die Einrichtung gemäß .der Erfindung
dadurch, daß die Abmessungen und Funktionen aller Teile der Einrichtung so aufeinander
abgestimmt sind, daß eine Injektorwirkung des Sauerstoffstromes auf den fein verteilten
festen Brennstoff entsteht, wobei eine homogene Suspension aus Brennstoff und Sauerstoff
gebildet wird und gleichzeitig kein Sauerstoff in die
Fördereinrichtung
für den Brennstoff zurückgelangen kann. Die Injektorwirkung kommt dadurch zustande,
daß der mit einer gewissen Geschwindigkeit und Richtung an der Zuführungsstelle
für den fein verteilten Brennstoff vorbeiströmende Sauerstoff einen derartigen Druckabfall
innerhalb der Zuführungswege für den festen Brennstoff hervorruft, daß der letztere
in den Sauerstoffstrom hineingerissen wird. Ferner wird durch einen genügend großen
Druckabfall verhindert, daß der Gasdruck in der :Mischeinrichtung und der Reaktionskammer
eine Sauerstoffrückströmung in ,die Förderschnecke verursachen kann.
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Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung bei Einrichtungen
der vorstehend gekennzeichneten Art ist deshalb die Einführung von fein aufgeteiltem
festem Brennstoff in einen Strom von Transportgas mittels eines Schneckenförderers,
welcher an seinem Austragende mit einer Art von Zerreibungseinrichtung versehen
ist, welche ein umlaufendes und ein feststehendes ringförmiges Glied umfaßt. Das
feststehende Ringglied ist an dem Gehäuse des Schneckenförderers befestigt, während
das umlaufende Ringglied (Rotor) am Ende des Schneckenförderers selbst angebracht
ist. Diese beiden Glieder bilden eine Art von Mahleinrichtung. An dem Umfang des
erwähnten feststehenden Ringgliedes ist eine Ringdüse zur Verteilung eines Gasstromes
(Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft) angeordnet, der nicht nur den fein
aufgeteilten Brennstoff am Umfang der Zerkleinerungseinrichtung auflockert, sondern
ihn auch entlang dieser in Suspension mit dem festen Brennstoff bringt. Die gebildete
Suspension strömt hierauf in die Leitung zum Reaktionsraum, in welchem die Suspension
weiterbehandelt oder zur Reaktion gebracht wird.
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In der Zeichnung ist eine Einrichtung nach der Erfindung dargestellt.
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Fig. i ist eine Längsansicht in teilweisem senkrechten Schnitt; Fig.
2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. i, und Fig. 3 stellt einen
Schnitt durch die Mahleinrichtung in vergrößertem Maßstab dar.
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Der fein aufgeteilte feste Brennstoff od. dgl., der in einem gasförmigen
Medium zu suspendieren ist, gelangt von einem in der Zeichnung nicht dargestellten
Lagerbehälter durch sein Eigengewicht in einen Sammeltrichter i, welcher in seinem
unteren Teil in drei Abteile 3 aufgeteilt ist. Jedes dieser ,Abteile 3 ist mit einem
Verschlußschieber 2 versehen, welcher die Zuführung des fein aufgeteilten Brennstoffs
in das zugehörige Abteil regelt. Jedes der Abteile 3 ist mit einem besonderen Schneckenförderer
4 ausgerüstet, welcher den fein aufgeteilten festen Brennstoff in eine Mischeinrichtung
fördert, die am äußeren Ende jedes Schneckenförderers angeordnet ist. Jeder der
Schneckenförderer ist mit einem besonderen Antrieb versehen.
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Die an jedem Ende eines Schneckenförderers angeordnete :Mischeinrichtung
besteht aus einer Zerkleinerungseinrichtung, welche wiederum einen sich drehenden
Reibkörper 5 und ein feststehendes Ringglied 6 umfaßt, welche zwecks Zerkleinerung
der in dem Schneckenfördergehäu:se etwa gebildeten Zusammenballungen von fein aufgeteiltem
festem Brennstoff zusammenwirken. Der sich drehende Reibkörper 5 ist etwa speerartig
ausgebildet und hat in seinem größten Teil einen größeren Querschnitt als der Schneckenförderer
4. Das feststehende Ringglied 6 ist an dem Gehäuse i9 des Schneckenförderers befestigt.
Beide Glieder, das feststehende und das sich drehende, sind an ihren gegeneinanderliegenden
Flächen 9, 8 mit Rippen versehen, die, wie aus Fig. i ersichtlich, als links-bzw.
rechtsgerichtete Schraubenspirale ausgebildet sind, so daß bei Drehung des einen
Gliedes gegen das andere fein aufgeteilter Stoff zwischen die Mahlflächen der beiden
Glieder gelangt. Aufgabe dieser mit der Mischeinrichtung verbundenen Zerkleinerungseinrichtung
ist es, wie bereits beschrieben, die Zusammenballungen des fein aufgeteilten Stoffes
aufzubrechen oder aufzulockern. Solche Zusammenballungen können bei der Beförderung
des fein aufgeteilten festen Stoffes durch den Schneckenförderer entstehen, bevor
er mit dem den festen Brennstoff transportierenden Gasstrom in Berührung kommt.
Diese Auflockerung der Zusammenballungen wird vorzugsweise ohne weitere Verringerung
der Korngröße des fein aufgeteilten festen Brennstoffes bewirkt.
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Der äußere Umfang des feststehenden Ringgliedes 6 in Verbindung mit
dem Gehäuse 7 der Mischeinrichtung bildet eine Ringdüse io, wie besonders aus Fig.3
ersichtlich ist, deren freier Querschnitt oder Spalt abhängig von dem äußeren Durchmesser
des Ringgliedes 6 ist. Die Ringdüse io ist mit einer Zuleitung i i für das zu verwendende
gasförmige Medium verbunden, welches unter Druck zugeführt wird und von einem Regelventil
(nicht dargestellt) beherrscht wird.
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Bei Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung wird der fein aufgeteilte
feste Brennstoff durch Drehung der Transportschnecke4 der beschriebenen Zerkleinerungseinrichtung
zugeführt (Fig.3), wodurch er, vorzugsweise ohne zusätzliche Verringerung der Korngröße,
zwischen den mit spiralförmigenRippen versehenen Flächen 8, 9 1der Glieder 5, 6
fein aufgelockert wird. Der so bearbeitete feste Stoff gelangt unmittelbar nach
dem Austritt aus dem Raum zwischen den Reibflächen in die Ringdüse(io. Der fein
aufgeteilte und zerstäubte feste Stoff ist aufgelockert und wird in dem Strom des
verwendeten gasförmigen Mediums mitgeführt, das durch die Zuleitung i i unter Druck
in die Ringdüse eingeführt wird und in zur Achse der Förderschnecke parallelem Strom
austritt. Auf diese Weise wird eine praktisch homogene Suspension des fein verteilten
festen Stoffes in dem gasförmigen Medium erzeugt, welches in den freien Raum zwischen
dem sich drehenden Ringkörper 5 und dem Gehäuse 7 strömt. Die Zerreibungseinrichtung
ist so ausgebildet, daß die Ausströmung des gasförmigen Mediums aus der Ringdüse
io eine Injektorwirkung hervorruft, wobei der Durchtritt des fein aufgeteilten festen
Stoffes durch die Zerreibungseinrichtung
erleichtert wird, da der
hierzu austretende Stoff durch den gasförmigen Strom aufgelockert ist und von diesem
mitgenommen wird. Um dieses zu bewirken, sind die tNrbeitsflächen der Zerreibungseinrichtung,
wie aus Fig. 3 ersichtlich, konisch ausgebildet, so.daß sie einen spitzen Winkel
zu der Ringmündung bilden.
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Das Innere des Gehäuses 7 der Mischeinrichtung verjüngt sich von der
Ringdüse io nach seinem Auslaß zu. Das Regelventil 13 regelt den Strom der Suspension
nach der Zuleitung 12, durch die sie der weiteren Verwendung zugeführt wird. Um
in dem Gehäuse 7 die Bildung irgendwelcher Toträume zu verhüten, in welchen Feststoffe
der gebildeten Suspensionen sich ablagern können, hat der sich drehende Ringkörper
5 an seinem äußeren Ende eine speerförmige so ausgebildete Verlängerung 14, daß
der freie Raum zwischen dieser Verlängerung 14 und dem Gehäuse 7 an jeder Stelle
im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie am verjüngten Ende des Gehäuses hat.
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Die Förderschnecke 4 ist in dem zylindrischen Gehäuse i9 frei :drehbar
angeordnet. Zu diesem Zweck hat ihr glatter Teil 15 eine schaftähnliche Form und
ruht an ihrem äußeren und inneren Ende in Lagern 16, :17. Das Lager 16 dient zur
Aufnahme axialer Drücke, die beim Betrieb der Förderschnecke auftreten und ist von
der Außenseite der Einrichtung einstellbar. Infolge dieser Lagerung ist keine weitere
Lager- oder Stopfbüchse am Ende der Förderschnecke beim Ringkörper 5 erforderlich.
Diese Konstruktion ist von besonderem Vorteil in solchen Fällen, in ,denen fein
aufgeteilter brennbarer Stoff mit reinem Sauerstoff oder mit Sauerstoff hoch angereicherter
Luft gemischt wird.
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Die Lager 16, 17 jeder der Förderschnecken sind einzeln in einem Traggehäuse
18 gelagert, mit welchem das zylindrische Gehäuse i9 für die Förderschnecke durch
Flansche verbunden ist. Das Traggehäuse 18 enthält jauch eine Kupplungseinrichtung
20, die mit einem Kegelradantrieb 21 im Eingriff steht. Dieser Kegelradantrieb 21
wird von der Welle 22 durch eine geeignete Kraftquelle, beispielsweise einen Stuf
engetriebemotor, angetrieben. Durch diese Konstruktion ist es möglich, wenn beispielsweise
drei Schneckenförderer dicht nebeneinander angeordnet sind und diese von einem gemeinsamen
Fülltrichter beliefert werden, wie in Fig. 2 dargestellt, und wenn ferner ein gemeinsamer
Antrieb vorgesehen ist, eine von den drei in Fig. 2 dargestellten Förderschnecken
abzuschalten und auszubauen, ohne den Betrieb der verbleibenden Förderschnecken
zu stören. Um dieses durchzuführen, wird der Schieber 2 .der betreffenden Förderschnecke
geschlossen und darauf die Verbindung zwischen dem Traggehäuse 18 und dem Körper
23 der Einrichtung gelöst sowie die Verbindung zwischen dem Gehäuse 7 der Mischeinrichtung
und dem zylindrischen Gehäuse i9 der Förderschnecke unterbrochen. Danach können
das Traggehäuse 18 und die darin angeordnete Förderschnecke aus der Einrichtung
entfernt werden. Gleichzeitig wird das Kegelradgetriebe ai außer Eingriff mit der
Antriebswelle 22 und dem zugehörigen Kegelrad gebracht. Die Verbindung zwischen
dem zylindrischen Gehäuse i9 und dem Traggehäuse i8 kann nun durch Entfernen ihrer
Verbindungsschrauben, wie in Fig. i erkennbar, unterbrochen werden, und die zugehörige
Förderschnecke und ihr schaftartiger Teil 15 können aus dein Traggehäuse 18 durch
Entfernung des Lagers 16 herausgezogen werden.
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Um die freie Abwärtsbewegung des fein aufgeteilten Brennstoffs in
dem Trichter i zu fördern, sind in den Wänden derselben keramische Platten 24 vorgesehen.
Durch diese Platten wird ein geeignetes inertes Gas eingeblasen und dadurch der
Inhalt des Trichters in Bewegung gehalten, wodurch eine Brückenbildung im Trichter
verhütet wird.
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Um die im Innern des Gehäuses 7 entstehende Reibungswärme abzuleiten,
ist es vorteilhaft, außen am Gehäuse Rippen 25 oder andere geeignete Kühlmittel
vorzusehen.
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Der .Ausdruck Sauerstoff, wie er in dieser Beschreibung angewandt
ist, gilt nicht nur für reinen Sauerstoff oder Luft von hohem Sauerstoffgehalt oder
von Luft selbst, sondern auch für andere gasförmige Medien, welche die Fähigkeit
haben, mit dem fein aufgeteilten festen Stoff, mit dem sie gemischt sind, zu reagieren.
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Die beschriebene Einrichtung dient hauptsächlich zur Vorbereitung
homogener Mischungen von fein aufgeteilten kohlenstoffhaltigen Stoffen, z. B. Braunkohle,
Steinkohle, Lignit, Torf od. dgl., und von nicht kohlenstoffhaltigen Stoffen, wie
beispielsweise fein aufgeteilten Schwefel.
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Die beschriebene Erfindung ist hier nur teilweise verkörpert und kann
verschiedene Ausführungsformen im Sinne der nachfolgenden Ansprüche haben.