DE102011077911A1

DE102011077911A1 - Vergleichmäßigte Einspeisung von Stäuben mit steuerbarer Drosselstelle in der Staubförderleitung

Info

Publication number: DE102011077911A1
Application number: DE102011077911A
Authority: DE
Inventors: Frank Hannemann; Manfred Schingnitz; Frank Frisch; Thomas Metz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-12-27
Also published as: CN102839022A; WO2012175463A1; US20120325128A1; KR20140040820A

Abstract

Eine Vorrichtung zur konstanten Zuführung von Stäuben unter Umgebungs- oder erhöhtem Druck weist in der die Wirbelschicht eines Dosiergefäßes mit einem Staubabnehmer verbindenden Staubförderleitung eine drosselbare Staubregelarmatur auf. Diese Staubregelarmatur bewirkt einen Ausgleich und auch Dämpfung von Druckschwankungen, wie sie in der Staubförderleitung, insbesondere bei Nachfüllvorgängen des Dosiergefäßes, auftreten. Besondere Ausgestaltungen betreffen eine weitere Vergleichmäßigung durch eine feste Drosseleinrichtung und auch Hilfsgaseinspeisungen in die Staubförderleitung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur konstanten Zuführung von Stäuben unter Umgebungs- oder erhöhtem Druck zu einem Staubabnehmer mit Ausgleich und auch Dämpfung von Druckschwankungen in der Staubförderleitung.
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur geregelten Zuführung pneumatisch geförderter Stäube zu einem Verbraucher, insbesondere zur geregelten Zuführung staubförmiger Brennstoffe in Druckvergasungsreaktoren.
Unter pneumatisch geförderten Stäuben sind staubfein gemahlene Kohlen verschiedensten Inkohlungsgrades, Kokse, ggf. thermisch vorbehandelte Biomassen oder zerkleinerungsfähige Rest- und Abfallstoffe aus Industrie, Gewerbe und Haushalt zu verstehen. Weiterhin gehören anorganische Stäube, wie sie zum Beispiel zum Frischen von Roheisen und zur Entschwefelung eingesetzt werden, zu den möglichen Fördergütern.
Die pneumatische Förderung staubförmiger Brennstoffe ist bekannt bei der Staubdruckvergasung zur Herstellung von energetischen und Synthesegasen oder bei der Zuführung von Brennstaub in die Windformen von Hochöfen. Der Brennstaub wird dabei über einen Druckschleusenbehälter einem unter Verfahrensdruck stehenden Dosierbehälter zugeführt, aus dem der Brennstaub als Staub-Fördergas-Suspension mit hoher Beladungsdichte zwischen 250–450 kg/m3 über eine oder mehrere Förderleitungen dem Verbraucher zugeführt wird. Als Verbraucher sollen Flugstromvergaser, Windformen von Hochöfen, Verbrennungskessel oder Vorrichtungen zum Frischen von Roheisen verstanden werden, wobei anorganische Stäube zum Einsatz kommen.
Als Bespannungsgas für die Druckschleusen und als Fördergase können beliebige, für brennbare Stäube sauerstoffarme Gase, insbesondere Inertgase, wie zum Beispiel Stickstoff oder Kohlendioxid, eingesetzt werden, die frei von kondensierbaren Bestandteilen, wie beispielsweise Wasserdampf, sind.
Anzustreben ist bei diesen Technologien, dass die fließende Staubmenge in der Zeiteinheit in hohem Maße konstant gehalten wird, um den zu beschickenden Prozess nicht zu stören. Besonders das diskontinuierliche Auffüllen des Dosierbehälters aus den Druckschleusen erzeugt Druckschwankungen, die die als Triebkraft der Förderung zwischen Dosierbehälter und Abnehmer dienende Druckdifferenz unvorteilhaft beeinflusst. Bei Änderung der zu fördernden Gutmenge treten Schwingungen auf, die sich erst nach längerer Zeit beruhigen und abklingen. Im Patent DE 10 205 047 583 B4 wird deshalb vorgeschlagen, durch die geregelte Zuführung von Hilfsgas in unmittelbarer Nähe des Förderleitungseinlaufes im Dosiergefäß oder in die Förderleitung Druckschwankungen auszugleichen und auftretende Schwingungen zu dämpfen. Diese Technik hat sich bewährt, besitzt jedoch den Nachteil, dass dem Fördergas erhebliche Mengen von Hilfsgas zugeführt werden. Dieses wird gleichfalls dem Verbraucher zugeführt und belastet das zu erzeugende Produkt. Bei der Verwendung von Stickstoff als Förder- und Hilfsgas steigt beispielsweise der Stickstoffgehalt des Synthesegases bei der Brennstaubvergasung.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur konstanten Zuführung des Fördergutes zum Verbraucher anzugeben, mit der Differenzdruckschwankungen zwischen Dosierbehälter und Verbraucher und damit Mengenschwankungen ausgeglichen werden bei reduzierten Mengen an Hilfsgas.
Das Problem wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die vorgeschlagene Lösung sieht eine Vorrichtung zur Dosierung und Zuführung von Stäuben unter Druck zu einem Verbraucher, beispielsweise von Brennstaub zu einem Flugstromvergaser, vor, wobei das staubförmige Fördergut aus einem Betriebsbunker, der unter Normaldruck steht, wechselseitig über Druckschleusen einem Dosiergefäß zugeführt wird, in dessen Unterteil durch Zuführung von Wirbelgas über einen Wirbelboden eine dichte Wirbelschicht entsteht, in die waagerecht oder senkrecht ein oder mehrere Förderrohre eintauchen, durch die das Fördergut kontinuierlich einem unter Druck stehenden Abnehmer / Verbraucher 2, beispielsweise einem Druckvergasungsreaktor, zugeführt wird. Um Druckdifferenzen zwischen dem Dosiergefäß und dem Verbraucher zu beseitigen oder zu dämpfen wird in die Staubförderleitung eine regelbare und gegebenenfalls eine feste Drosselstelle eingebaut. Mit der regelbaren Drosselstelle, z.B. in Form eines Regelventils, alleine wird eine Vergleichmäßigung erzielt, die vielfach eine zusätzliche Hilfsgaszuführung erübrigt. Dadurch kann auf die Hilfsgaszuführung verzichtet oder diese zumindest eingeschränkt werden. Wird Hilfsgas zugeführt, kann es zweckmäßig sein, eine feste Drosselstelle vorzusehen, um eine Überlagerung von Regelvorgängen auszuschließen. Die gegebenenfalls angeordnete feste Drosselstelle kann vor oder hinter einer gegebenenfalls angeordneten Hilfsgaszuführung positioniert sein. Auch kann Hilfsgas direkt über die Drosselstelle der Förderleitung zugeführt werden.
Der Staubstrom wird in dem Förderrohr gemessen, wobei der ermittelte Messwert die Regelgröße vorgibt für die über die Regelarmatur 3.3 einzustellende Menge an Wirbelgas und die Stellung des Regelventils 3.8 sowie gegebenenfalls für die über Regelarmatur 3.3 einzustellende Menge an Hilfsgas. Vorteilhaft ist es weiterhin, die Fließgeschwindigkeit des Staubstromes in den Förderleitungen im Bereich zwischen 2 bis 8 m/s zu bemessen. Da die Fließgeschwindigkeit in den Drosselstellen mehrfach erhöht ist, empfiehlt es sich, diese verschleißfest auszuführen.
Wesentliche Vorteile der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik bestehen darin, dass durch den Einbau einer querschnittsveränderbarer Staubregelarmatur und gegebenenfalls einer festen Drosselstelle in die Förderleitung(en) mit oder ohne Hilfsgaszuführung Schwankungen der als Triebkraft der Staubströmung dienenden Druckdifferenzen zwischen Dosiergefäß und Abnehmer oder Druckschwankungen beim Abnehmer ausgeglichen werden können. Gleichzeitig kann ein konstanter Staubfluss, zum Beispiel bei Nachfüllvorgängen von der Druckschleuse zum Dosiergefäß, sichergestellt werden. Die aus dem Unterteil des Dosierbehälters herausführenden Förderleitungen können horizontal oder vertikal angeordnet sein. Der Druck in den Förderleitungen kann zwischen 0,1 und 6 MPa (1 und 60 bar) liegen. Der Förderleitungsdurchmesser kann in Abhängigkeit von der Förderleistung und der Anzahl der Förderrohre zwischen 10 und 80mm gewählt werden. Als feste Drosselkörper eignen sich besonders querschnittserzeugende Vorrichtungen ohne wesentliche Änderung der Strömungsrichtung wie Venturirohre, Blenden und ähnliches. Bei regelbaren Drosselkörpern sind Hohlräume, die zur Staubablagerung führen, zu vermeiden.
Werden mehrere Staubförderleitungen aus einem Dosiergefäß gespeist kommt es potentiell durch die Staubförderleitungsindividuelle Zuführung von Wirbelgas zu einer gegenseitigen Beeinflussung der Staubmengen in den Staubförderleitungen. Die Erfindung wirkt den gegenseitigen Beeinflussungen der Staubmengen in den Staubförderleitungen entgegen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend an 2 Figuren und 2 Beispielen erläutert, wobei eine Flugstromvergasung als Referenzobjekt ausgewählt wurde
1 zeigt das Schema der Technologie zur Staubdosierung unter Druck mit einer festen Drosselstelle mit und ohne Hilfsgaszuführung.
2 zeigt das Schema der Technologie mit Staubregelarmatur.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
Beispiel 1:
Ein Flugstromvergasungsreaktor 2 nach 1 wird unter einem Druck von 4 MPa (40 bar) mit einer Leistung von 500MW betrieben. Dazu wird auf eine Korngröße von < 200μm gebrachter Steinkohlenstaub in einer Menge von 90 Mg/h zugeführt. Der Brennstaub wird dazu aus einem Betriebsbunker mehreren Druckschleusen (Betriebsbunker und Druckschleusen nicht gezeigt) zugeführt, um den Steinkohlenstaub durch Bespannung mit einem Inertgas unter Verfahrensdruck zu setzen. Das Dosiergefäß 1 ist über eine Füllstansregelung LIC 3.1 füllstandsgeregelt. Ist der Füllstand im Dosiergefäß 1 auf einen Minimalwert abgesunken erfolgt die Nachfüllung aus der Druckschleuse. In Abhängigkeit von der zu fördernden Staubmenge können ein oder mehrere Druckschleusen angeordnet sein. Die Staubförderleitungen 3.2 ragen senkrecht von oben in das Unterteil des Dosiergefäßes 1 hinein, in dem über einem Wirbelboden durch Zuführung von Wirbelgas 3.3 eine sehr dichte Wirbelschicht mit Dichten bis 450 kg/m3 erzeugt wird. Durch Anlegen einer Druckdifferenz zwischen dem Dosiergefäß 1 und dem Vergasungsreaktor 2 fließt die in der Wirbelschicht erzeugte Brennstaub-Fördergas-Suspension über die Förderleitungen 3.2 dem Vergasungsreaktor 2 zu. Nach 1 werden in diesem Beispiel drei Förderleitungen 3.2, jede mit einer Förderleistung von 30 Mg/h, betrieben, die in den drei Brennern 2.1 des Vergasungsreaktors 2 münden. Um Differenzdruckschwankungen zwischen dem Dosiergefäß 1 und dem Vergasungsreaktor zu dämpfen und damit die Förderleistung in den Staubförderleitungen 3.2 konstant zu halten ist eine feste Drosselvorrichtung 3.6 in der Förderleitung angeordnet. Als feste Drosseleinrichtung 3.6 kommen Venturirohre, Blenden, Rohreinziehungen und fest eingebaute ungeregelte Armaturen in Frage. Zu den Drosseleinrichtungen 3.2 kann Hilfsgas unmittelbar nach dem Förderrohreinlauf 3.7 oder vor, hinter oder unmittelbar in die feste Drosseleinrichtung eingeführt werden, wie es beispielsweise für die oben dargestellte Staubförderleitung eingezeichnet ist. Die in den Staubleitungen 3.2 geförderte Staubmenge wird in 3.5 gemessen, wobei die Messung gleichzeitig die Regelgrößen vorgibt für die Regelarmatur 3.3 der Wirbelgasmenge und gegebenenfalls für die Regelarmatur 3.4 für die Hilfsgasmengen in die Hilfsgaszuführung in 3.6 und 3.7
Beispiel 2:
Ein Flugstromvergaser 2 nach 2 wird unter den gleichen Bedingungen betrieben wie in Beispiel 1. Die Drosselstelle 3.8 wird hier als Staubregelarmatur in unmittelbarer Nähe zum Vergasungsbrenner 2.1 angeordnet. Die Stellung der Staubregelarmatur 3.8 wird durch die Steuerungssignale von der Mengenmessung 3.5 beeinflusst. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, zusätzlich Hilfsgas über die Hilfsgaseinspeisestelle 3.9 und / oder am Förderrohreinlauf 3.7, angesteuert auch über die Mengenmessung 3.5, den Förderrohren 3.2 zuzuführen. Als Staubregelarmaturen 3.8 kommen verschleißfeste Ausführungen in Frage, deren Konstruktion die Ablagerung von Stäuben und damit Verstopfungen vermeiden.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Messung des Staubstromes (3.5) zwischen dem Dosiergefäß 1 und der Staubregelarmatur (3.8).
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung beeinflusst das zugeführte Hilfsgas die Druckdifferenz zwischen dem Dosiergefäß 1 sowie dem Staubabnehmer 2 zusätzlich zur Staubregelarmatur und gegebenenfalls festen Drosseleinrichtung 3.6 und wird als Regelgröße für den Staubtransport genutzt.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung gleicht die Staubregelarmatur Druckschwankungen in den Staubförderleitung 3.2 aus und sichert mit oder ohne Hilfsgas einen konstanten Kohlestaubstrom in der Staubförderleitung 3.2.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der Staubstrom als Brennstaub den Brennern 2.1 einer Druckvergasungseinrichtung 2 zugeführt.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der Staubstrom als Brennstaub den Windformen eines Hochofens zugeführt.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung stellt der Staubstrom einen anorganischen Stoff dar, der als Frischungsmittel einem Verfahren zur Stahlerzeugung zugeführt wird.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung liegt der Durchmesser der Förderleitungen 3.2 zwischen 10 und 80mm.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die drosselbare Staubregelarmatur (3.8) nach Maßgabe einer zwischen dem Dosiergefäß 1 und der Staubregelarmatur (3.8) angeordneten Messung des Staubstromes (3.5) ansteuerbar.
Bezugszeichenliste

1: Dosiergefäß
2: Staubabnehmer
2.1: Einspeisestellen des Staubabnehmers
3.1: Füllstandsregelung
3.2: Staubförderleitung
3.3: Regelarmatur für Wirbelgaszuführung
3.4: Regelarmatur für Hilfsgaszuführung
3.5: Messung des Staubstromes
3.6: Feste Drosseleinrichtung
3.7: Hilfsgaszuführung am Förderrohreinlauf
3.8: Staubregelarmatur
3.9: Hilfsgaszuführung in Staubförderleitung
4: Inertgas / Wirbelgas / Hilfsgas

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10205047583 B4 [0006]

Claims

Vorrichtung zur konstanten Zuführung von Stäuben unter Umgebungs- oder erhöhtem Druck zu einem Staubabnehmer mit Ausgleich und auch Dämpfung von Druckschwankungen in der Staubförderleitung, bei der – im Unterteil eines Dosiergefäßes(1) in der Staubfüllung durch Zuführung von Wirbelgas (4) via Regelventil (3.3) über einem Wirbelboden eine dichte Wirbelschicht gegeben ist, – eine Staubförderleitung (3.2) mit ihrem einen Ende in die Wirbelschicht eintaucht und deren anderes Ende mit dem Staubabnehmer (2.1) verbunden ist, – eine den Staub treibende Druckdifferenz zwischen dem Dosiergefäß (1) und dem Staubabnehmer (2.1) gegeben ist, – in der Staubförderleitung eine Staubregelarmatur (3.8) angeordnet ist, – eine Messung des Staubstromes (3.5) in der Staubförderleitung angeordnet ist, – die Messung des Staubstromes (3.5) mit dem Regelventil (3.3) in Wirkverbindung steht derart, dass die Menge an zugeführtem Wirbelgas nach Maßgabe des gemessenen Staubstromes erfolgt, – die Messung des Staubstromes (3.5) mit der Staubregelarmatur (3.8) in Wirkverbindung steht derart, dass der Durchlassquerschnitt nach Maßgabe des gemessenen Staubstromes gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Staubförderleitung (3.2) horizontal in die Wirbelschicht eintaucht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Staubförderleitung (3.2) vertikal in die Wirbelschicht eintaucht.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine feste Drosseleinrichtung (3.6) in der Staubförderleitung zwischen Dosiergefäß (1) und Staubregelarmatur (3.8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfsgaszuführung am Förderrohreinlauf (3.7) im Dosiergefäß gegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfsgaszuführung (3.9) in die Staubförderleitung zwischen Dosiergefäß und Messung des Staubstromes (3.5) gegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfsgaszuführung (3.9) in die Staubförderleitung zwischen Dosiergefäß und fester Drosseleinrichtung gegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfsgaszuführung in die feste Drosseleinrichtung (3.6) gegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfsgaszuführung (3.9) in die Staubförderleitung zwischen fester Drosseleinrichtung (3.6) und Staubabnehmer (2.1) gegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfsgaszuführung in die Staubregelarmatur (3.8) gegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Staubstromes (3.5) in Wirkverbindung steht mit der Regelarmatur für Hilfsgaszuführung (3.4) zur Zumessung der Hilfsgasmenge.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Staubförderleitungen (3.2) zwischen dem Dosiergefäß und dem Staubabnehmer angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Staub aus einem Betriebsbunker über mindestens eine Druckschleuse dem Dosiergefäß (1) zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sie durch ein Brennstaub-Einspeisesystem einer oberhalb Umgebungsdruck arbeitenden Vergasungseinrichtung gegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die feste Drosseleinrichtung (3.6) durch ein Venturirohr gegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die feste Drosseleinrichtung (3.6) durch eine Blende gegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die feste Drosseleinrichtung (3.6) durch eine Rohreinziehung gegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die feste Drosseleinrichtung (3.6) durch eine ungeregelte Armatur gegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Staubregelarmatur (3.8) durch eine drosselbare Ausführung gegeben ist.