DE3433221A1 - Druckfester behaelter fuer feinkoernige, feste schuettgueter - Google Patents

Description

Rheinische Braunkohlenwerke AG,

Druckfester Behälter für feinkörnige, feste Schüttgüter

Die Erfindung betrifft einen druckfesten Behälter zur zeitlich begrenzten Aufnahme, Speicherung und Abgabe von gegebenenfalls unter erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck sowie inertem Gas befindlichen feinkörnigen, festen Schüttgütern, insbesondere vorgetrockneter Braunkohle. Der Behälter weist Einrichtungen zur Messung der Temperatur bzw. des Füllstandes des Schüttgutes auf, das sich jeweils in dem Behälter befindet.

Druckfeste Behälter zur zeitlich begrenzten Aufnahme, Speicherung und Abgabe von festen Schüttgütern werden beispielsweise in Anlagen benötigt, in denen Brennstoff unter erhöhtem Druck vergast wird. Solche Behälter dienen als Vorlagebehälter zwischen einem Schleusensystem und einem Vergasungsreaktor, über dieses System wird der Brennstoff kontinuierlich oder diskontinuierlich in den Vergasungsreaktor eingetragen. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die hydrierende Vergasung von Kohle, insbesondere Braunkokhle, die unter erhöhten Drücken in der Größenordnung von 80 - 120 bar erfolgt. Die jeweils einzuschleusende Menge an Brennstoff beträgt bei ausge-

führten Anlagen ungefähr 3000 kg pro Schleusenvorgang. Zum Eintragen des Brennstoffs in den Vergasungsreaktor wird ein Schleusenbehälter zunächst mit dem Brennstoff unter normalem Atmospharenäruck gefüllt. Nach dem Füllen wird sein Einfüllstutzen druckfest verschlossen. Der Behälter wird mit Druck beaufschlagt, der mindestens dem Vergasungsdruck entspricht. Alsdann wird der Auslaß des Behälters geöffnet, worauf die Menge an Brennstoff in einen Vorlagebehälter eingetragen wird, der dem Vergasungsreaktor noch vorgeschaltet ist. Anschließend wird die Austragsöffnung des Schleusenbehälters geschlossen und der Vorgang des ßntspannens, Füllens und Beaufschlagens dieses Behälters wiederholt sich. Aus dem Vorlagebehälter wird der Brennstoff über ein Zellenrad gleichmäßig und kontinuierlich in den Reaktor gefördert.

Aufgrund der einzutragenden Mengen an Brennstoff sowie der hohen Vergasungsdrücke ist es erforderlich, derartige Schleusen- und Vorlagebehälter verhältnismäßig dickwandig auszuführen. Ausgeführte Vorlagebehälter weisen beispielsweise bei einem Aufnahmevolumen von 7,5 m einen Innendurchmesser von 1800 mm und eine axiale Länge von 590U auf. In Anbetracht der hohen Innendrücke sind dabei Wandstärken bis zu 1Ou mm erforderlich. Bei der Vergasung von Braunkohle wird diese in vorgetrocknetem Zustand bis auf eine Restfeuchte von etwa 1 bis 15% bei einer erhöhten Tempera-

tür von ungefähr 12Ü° C in den Vorlagebehälter eingetragen. Da die Braunkohle unter solchem Zustand bereits dazu neigt, mit dem Sauerstoff der Luft zu reagieren, ist es erforderlich, alle Behälter des Systems unter eine inerte Gasatmosphäre zu setzen. Hierzu nimmt man überlicherweise Stickstoff oder aus Gründen der Kostenersparnis gegebenenfalls auch Kohlendioxid, wobei diese Gase auch für die Druckbeaufschlagung verwendet werden.

Bei einem Vorlagebehälter zur hydrierenden Vergasung von Braunkohle unter hohem Druck muß in jedem Falle sichergestellt sein, daß sich immer Brennstoff in dem Behälter befindet. Hierzu ist es üblich, als Füllstandsmesser radioaktive Präparate zu verwenden, welche an einer Außenseite des Behälters angebracht werden und den Behälter durchstrahlen, so daß die den Behälter durchquerenden Strahlen an der der Strahlungsquelle gegenüberliegenden Seite gemessen werden können. Zur Durchstrahlung der dickwandigen Behäler sind jedoch sehr energiereiche radioaktive Präparate erforderlich, deren Verwendung aus Gründen des Umweltschutzes nicht uneingeschränkt zulässig ist.

Neben der Verwendung von radioaktiven Präparaten zur Füllstandsmessung gab es bisher keine Möglichkeiten, die Füllstandshöhe innerhalb der Behälter mit gleicher Genauig-

keit und Zuverlässigkeit durch andere Einrichtungen zu ermitteln. Webender schäolichen Strahlung hat das Messen mit radioaktiven Präparaten aber auch noch den Nachteil, daß sich die Absorption der radioaktiven Strahlung durch das Inertgas mit wechselndem Druck stark ändert, so daß die Meßgeräte immer wieder neu eingestellt werden müssen. Der Unterschied in der Absorption der radioaktiven Strahlung durch den Brennstoff und das Inertgas wird mit steigendem Druck immer geringer. Dieser Nachteil führte zur Ausbildung von radioaktiven Meßeinrichtungen mit hoher Empfindlichkeit und Strahlungsintensität.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messung des Füllstandes von feinkörnigen Brennstoffen innerhalb von Druckbehältern so zu verbessern, daß sie mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit und ohne jegliche Belastung für die Umwelt durchgeführt werden kann. Insbesondere sollen die Einrichtungen wesentlich vereinfacht und deren Betriebssicherheit und Meßgenauigkeit erheblich gesteigert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Messung des Füllstandes an feinkörnigen festen Brennstoffen innerhalb eines druckfesten Behälters mit Hilfe eines Temperaturfühlers durchgeführt wird. Dabei macht sich die Erfindung die Tatsache zu Nutze, daß der in den

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Behälter einefüllte Brennstoff unter erhöhter Temperatur steht. Bei der Auffüllung des Behälters z. B. mit Kohlendioxid als Inertgas, dessen Temperatur niedriger ist als die Temperatur des Brennstoffes, ergibt sich ein Temperaturgefälle zwischen dem Brennstoff und dem Inertgas im Inneren des Behälters, welches zur Ermittlung des Füllstandes ausgenutzt wird. Mit Hilfe des Thermoelementes wird gleichzeitig auch die Temperatur des Brennstoffes ermittelt und überwacht, so daß der Brennstoff auf einem für den Eintrag in den Vergasungsreaktor geeigneten Temperaturniveau gehalten werden kann. In Fällen, in denen der Brennstoff geheizt oder gekühlt werden muß, d. h., wenn mit Hilfe von in den Reaktor eingeführten Wärmetauschern dem Brennstoff Wärme zugeführt oder entzogen wird, dient das Thermoelement gleichzeitig zur Messung der Temperatur neben der Messung des Füllstandes. Gegenüber der Messung des Füllstandes mit radioaktiven Präparaten, bei welcher der üblicherweise als Inertgas verwendete Stickstoff die gleiche Absorptionsfähigkeit für die radioaktive Strahlung aufweist wie die zu vergasende Kohle, ergibt sich durch die Erfindung insofern eine vorteilhafte Vereinfachung und Erhöhung der Meßsicherheit, als sich zwischen dem Brennstoff und dem Beaufschlagungsgas nahezu immer ein Temperaturgefälle einstellt, welches mit Hilfe des Thermoelemenes eindeutig ermittelt werden kann. Aus dieser Ermittlung

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aber ergibt sich gleichzeitig auch die Möglicnkeit der Lokalisierung des Füllstandes bei entsprechender Ausgestaltung des Thermoelementes.

Infolgedessen sieht die Erfindung weiterhin die Möglichkeit vor, den Temperaturfühler koaxial zur Längsachse des Behälters in dem Behälter anzuordnen und ihn als Stab auszubilden, der wenigstens bis zur halben axialen Höhe in den Innenraum des Behälters hineingeführt ist. Diese Anordnung ist von besondere Vorteil, da sich aufgrund der Ausbildung von Schüttkegeln, und zwar eines positive Kegeins während der Füllung und eines negativen Kegels während der Entleerung, imBereich der Längsachse des Behälters die größten Schwankungen der Höhe des Scnüttgutes ergeben. Durch die entsprechende Ausbildung des Temperaturfühlers wird also auf besonders einfache und vorteilhafte Weise erreicht, daß der Füllstand an jener Stelle gemessen wird, die die größten Heßwertunterschiede aufweist.

Als besonders einfache und kostengünstige Konstruktion bei einem Temperaturfühler mit Stufenabgriff sind mehrere Thermoelemente in Abständen entlang der Längsachse eines Stabes angeordnet und elektrisch mit einem Meßverstärker so verbunden, daß die an den Spitzen der einzelnen Thermoelemente jeweils vorherrschenden Temperaturen nacheinander abgegriffen und gemessen werden können. Bei einer Ausbil-

dung mit Stufenabgriff wird der Temperaturfühler in dem vorgesehenen druckfesten Behälter druckfest und fest installiert und weist nach außen geführte elektrische Anschlüsse zur Verbindung mit einem Meßversstärker auf. Daneben aber ist auch eine andsere Ausführungsform möglich, bei der ein einzelnes, vorzugsweise am Ende eines Stabes angeordnetes Thermoelement vorgesehen und der Stab an dem behälter in Richtung der Längsachse verschieblich angeordnet ist, so daß durch die Verschiebung des Stabes nacheinander Meßwerte an verschiedenen axialen Höhen im Inneren des Behälters ermittelt werden können.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines ausgeführten Beispiel näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt einen druckfesten Behälter in vereinfachter schematischer Darstellung im Längsschnitt.

Der druckfeste Vorlagebehälter 1 ist als zylindrisches Gefäß mit vertikal verlaufender Längsachse ausgebildet, das oben und unten verschlossen und mit einer Wand 2 großer Stärke versehen ist. An seinem oberen Ende hat der Behälter 1 zwei Öffnungen 3 und 4, über die abwechselnd Kohle in den Behälter 1 eingeführt wird. Am unteren Ende weist der Behälter 1 eine Austragsöf f nung 5 auf, die mit einer Zellenradschleuse 6 verbunden ist. Vom oberen Ende her ragt ein Temperaturfühler 7, der als länglicher Stab ausgebildet

ist, in das Innere des Behälters 1 hinein. Der Temperaturfühler 7 ist an einem Flansch 8 mit dem Behälter 1 fest und druckfest verbunden und erstreckt sich koaxial zur Längsachse des Behälters 1.

Das untere Ende 9 des Temperaturfühlers 7 ragt bis über die halbe axiale Länge in das Innere des Behälters 1 hinein, während das axial obere Ende 10 aus dem Behälter 1 herausgeführt ist und elektrische Anschlüsse 11 für ein Temperaturmeßgerät (nicht gezeigt) hat. Der Temperaturmeßfühler 7 ist als Thermoelement mit Stufenabgriff ausgebildet, d. h., entlang der Längsachse des Stabes 7 ist eine Reihe von Thermoelementen 12 in axialem Abstand voneinander auf der Überfläche des Stabes 7 endend angeordnet. Über die Anschlüsse 11 und das (nicht gezeigte) Meßgerät, werden die an den einzelnen Thermoelementen 12 vorliegenden Temperaturen jeweils nacheinander abgefragt.

Der Behälter 1 weist ferner in seinem unteren Teil einen Trichter 13 auf, der das Ausfließen des Schüttgutes aus der Austragsöffnung 5 erleichtert und an seinem oberen Teil einen Anschluß 21 zur Beaufschlagung mit Inertgas.

Der Behälter 1 steht unter einem Druck, der geringfügig höher ist als der Druck im Vergasungsreaktor (nicht gezeigt). Das Zellenrad 6 läuft, um einen kontinuierlichen

Kohlestrom in den Reaktor einzutragen, über den Anschluß 3 oder 4 wird feinkörnige vorgetrocknete Braunkohle aus einem Schleusenbehälter (nicht gezeigt) heraus diskontuierlich in den Behälter 1 eingefüllt, etwa bis zu dem durch die gestrichelte Linie 14 angedeuteten oberen Füllstand, über den druckfesten Anschluß 21 wird Stickstoff oder Kohlendioxid als Inertgas Lei geringerer Temperatur als der der braunkohle in den oberhalb der Füllhöhe 14 verbleibenden Restraum 15 des Behälters unter Druck eingeführt. Damit wird in dem Behälter 1 ein Druck aufrechterhalten, der geringfügig höher als der Druck in dem Vergasungsreaktor ist, also beispielsweise etwas mehr als 80 bis 120 bar beträgt. Über die Zellenradschleuse 6 wird die benötigte Menge an festem Brennstoff aus dem Behälter 1 solange abgezogen, bis sich eine untere Füllstandshöhe einstellt, die durch die gestrichelte Linie 16 angedeutet ist. Die untere Füllstandshöhe 16 entspricht dem zulässigen Mindestinhalt des Behälters 1 an zu bevorratendem Brennstoff 17. Auch während der Entleerungsphase, die von der oberen Füllstandshöhe 14 bis zur unteren Füllstandshöhe 16 reicht, wird der Druck im Behälter 1 im wesentlichen auf dem vorgenannten Niveau gehalten, wobei sich der Restraum 15 selbstverständlich vergrößert. Zur Aufrechterhaltung des Druckes im Behälter 1 wird entsprechend der Entnahme von Brennstoff 17 über den Anschluß 21 Inertgas nachgefüllt.

Die Einfüllöffnungen 3 und 4 sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie abwechselnd mit Brennstoff beschickt werden können.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers wird durch Messung der Temperatur im Behälter 1 über die einzelnen Thermoelemene 12 genau und zuverlässig ermittelt, auf welcher axialen Höhe zwischen den Füllstandslinien 14 und 16 der Brennstoff 17 sich jeweils befindet. Dabei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die Temperatur des Brennstoffes 17 um einige ⁰C höher ist als die Temperatur des Inertgases im Restraum 1b, daß also zwischen dem Brennstoff und dem Inertgas ein Temperaturunterschied besteht. Beim Erreichen der Füllstandshöhe 14, die durch Abfragen des Thermoelementes 18 ermittelt wird, wird die Zufuhr von Brennstoff 17 über den Anschluß 3 oder 4 abgeschaltet. Die Beaufschlagung mit Inertgas erfolgt über den Anschluß 21. Nach Erreichen der unteren Füllstandshöhe 16, die durch Abgriff des Thermoelementes 19 ermittelt wird, wird der behälter 1 über den Anschluß 3 oder 4 von neuem mit Brennstoff 17 gefüllt, bis die obere Füllstandshöhe 14 erreicht ist. Mit Hilfe der zwischen den Thermoelementen 18 und iy angeordneten Thermoelemente 12 wird der jeweilige Füllstand zu jedem Zeitpunkt ermittelt. Aufgrund dieser Daten kann rechtzeitig über den Anschluß 3 oder 4 neuer Brennstoff 17 eingeführt werden.

die Messung der Temperatur im Inneren des Behälters 1 zur Ermittlung der jeweiligen Füllstandshöhe wird daneben gleichzeitig durch Messung der absoluten Temperatur sichergestellt, daß sich der Brennstoff 17 jeweils auf dem für die Vergasung erforderlichen Temperaturniveau befindet. Sollte dieses Temperaturniveau über- oder unterschritten werden, wird über einen weiteren Anschluß (nicht gezeigt) ein Kühl- oder Heizmedium beispielsweise in den vom Trichter 13 gebildeten Ringraum 20 eingeleitet, wodurch der brennstoff 17 auf die erforderliche Temperatur gebracht wird.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Druckfester Behälter zur zeitllich begrenzten Aufnahme, Speicherung und Abgabe von gegebenenfalls unter erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck sowie inertem Gas befindlichen feinkörnigen festen Schüttgütern, insbesondere vorgetrockneter Braunkohle, mit Einrichtungen zur Messung der Temperatur bzw. des Füllstandes im Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung des Füllstandes (14, 16) als Temperaturfühler (7) ausgebildet ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (7) koaxial zur Längsachse des Behälters (1) an dem Behälter angeordnet ist und wenigstens bis zur halben axialen Höhe des Behälters in dessen Innenraum (15) hineinragt.

3. Behälter nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (7) als Thermoelement (12) ausgebildet und fest und druckfest mit dem Behälter (1) verbunden ist.

4. Behälter nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (7) bzw. das Thermoelement (12) mit einem Stufenabgriff (18, 19) versehen ist.