NO853290L

NO853290L - LOVE WITH SHAKERIST.

Info

Publication number: NO853290L
Application number: NO853290A
Authority: NO
Inventors: Eyvind Frilund
Original assignee: Hb Consult Raodgivande Ing Ab
Priority date: 1983-12-20
Filing date: 1985-08-20
Publication date: 1985-08-20
Also published as: WO1985002897A1; SE8307041L; EP0200730A1; SE8307041D0

Description

Kjele med skakerist.Kettle with shaker grate.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en kjele med skakerist.The present invention relates to a boiler with a shaker grate.

I kjente kjeler med skakerist skjer all forbrenning på skakeristen, og den endelige forbrenning har skjedd når sjiktet på skakeristen har nådd dennes sluttparti. Derved kreves en ganske komplisert styring av forbrenningsforløpet, hvilket gjør at de kjente kjeler med skakerist kun egner seg for større oppvarmningssystemer. In known boilers with a shaker grate, all combustion takes place on the shaker grate, and the final combustion has occurred when the layer on the shaker grate has reached its final part. This requires rather complicated control of the combustion process, which means that the known boilers with a grate are only suitable for larger heating systems.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en kjele med skakerist for mindre oppvarmningssystemer, dvs. oppvarmningssystemer for en effekt som er av størrelsesorden maksimalt 10 MW, som kan fyres med tørre eller fuktige, askerike eller askefattige brensler av forskjellige slag innenfor et rela-tivt bredt brenselsområde, med høyere forbrenningsvirknings-grad enn det som oppnås med konvensjonelle ristsystemer og med mindre skadelige miljøeffekter, samtidig som styringen av forbrenningsforløpet blir enklere enn ved konvensjonelle kjeler med skakerist. Kjelen ifølge oppfinnelsen skal for det første kunne fyres med kull og for det andre med lavver-dige brensler (biobrensler), såsom torv, flis og bark, samt pellets og briketter, fremstilt av forskjellige råvarer. The purpose of the invention is to provide a boiler with a shaker grate for smaller heating systems, i.e. heating systems for an output of the order of maximum 10 MW, which can be fired with dry or moist, ash-rich or ash-poor fuels of various types within a relatively wide fuel range , with a higher degree of combustion efficiency than that achieved with conventional grate systems and with less harmful environmental effects, at the same time that the control of the combustion process becomes easier than with conventional boilers with a shaker grate. The boiler according to the invention must firstly be able to be fired with coal and secondly with low-quality fuels (biofuels), such as peat, chips and bark, as well as pellets and briquettes, made from different raw materials.

For oppnåelse av det gitte formål har kjelen ifølge oppfinnelsen fått de kjennetegn som fremgår av krav 1. In order to achieve the given purpose, the boiler according to the invention has been given the characteristics that appear in claim 1.

Det er tidligere kjent å la en kjele arbeide med svevesjikt, men dette gir en del ulemper som man ikke behøver ta hensyn til når svevesjiktet anordnes i kombinasjon med en skakerist og en brenselsjakt på den måte som foreslås ifølge oppfinnelsen. Det kan være på sin plass å nevne disse ulemper her. 1. En stor mengde flyvestøv, som nødvendiggjør kvalifi-sert støvutskilling. It is previously known to allow a boiler to work with a suspended bed, but this gives a number of disadvantages which do not need to be taken into account when the suspended bed is arranged in combination with a shaker grate and a fuel chute in the manner proposed according to the invention. It may be appropriate to mention these disadvantages here. 1. A large amount of flying dust, which necessitates qualified dust separation.

2. Regulering av sjikttemperaturen er vanskelig.2. Regulating the layer temperature is difficult.

3. Lastfleksibiliteten er lav.3. Load flexibility is low.

4. Brenselets kornstørrelse må nøye tilpasses.4. The grain size of the fuel must be carefully adjusted.

5. Sjiktmaterialet, vanligvis sand, må byttes ut med visse mellomrom. 5. The layer material, usually sand, must be replaced at certain intervals.

6. Innmatingen av brenselet krever nøyaktig dosering.6. The feeding of the fuel requires precise dosing.

7. Brensler med stor andel av flyktige bestanddeler gir lett altfor kraftig forbrenning ovenfor sjiktet. 8. Kjølerør i sjiktet forstyrrer forbrenningen og er ut-satt for kraftig slitasje. 9. Ved normale sjikttykkelser kreves stor vifteeffekt for å tilveiebringe fluidiseringen av svevesjiktet. 10. Den endelige forbrenning av kull krever høyt luftoverskudd og et dypt sjikt. 7. Fuels with a large proportion of volatile components easily give too strong combustion above the layer. 8. Cooling pipes in the layer interfere with combustion and are exposed to heavy wear. 9. At normal layer thicknesses, a large fan power is required to provide the fluidization of the suspended layer. 10. The final combustion of coal requires a high excess of air and a deep layer.

Det er også i og for seg tidligere kjent å anordne sjaktfor-brenning, hvor sjakten imidlertid er fast anordnet, slik til-fellet er for sjaktovner og magasinovner. Der faller brenselet ned av seg selv til forbrenningssonen, og slike stasjo-nære sjakter har tidligere ikke blitt kombinert med et sveve-sj ikt. It is also previously known in and of itself to arrange shaft combustion, where the shaft is, however, fixed, as is the case for shaft furnaces and magazine furnaces. There, the fuel falls down by itself to the combustion zone, and such stationary shafts have not previously been combined with a floating shaft.

Oppfinnelsen og fordelene oppnådd med denne skal forklares nærmere i det følgende ved beskrivelsen av et utførelsesek-sempel under henvisning til vedføyede tegninger, på hvilke Fig. 1 er et vertikalt snitt av en kjele ifølge oppfinnelsen, og Fig. 2 er et parti i større målestokk av vertikalsnittet på fig. 1. The invention and the advantages achieved with it shall be explained in more detail below in the description of an embodiment with reference to the attached drawings, in which Fig. 1 is a vertical section of a boiler according to the invention, and Fig. 2 is a part on a larger scale of the vertical section in fig. 1.

Kjelen ifølge oppfinnelsen vist på fig. 1 omfatter et varme-isolert kjelehus 10 med en bunninnmuring 11. Et brennkammer 12 begrenses av vannrør 13 som er innbyrdes forbundet ved sveising slik at de danner paneler, og i det nedre parti av brennkammeret er det anordnet en vannkjølt skakerist 14, som er forbundet med et skakeapparat 15 og heller nedad fra en brenselmatetrakt 16. Skakeristen 14 skakes intermittent frem og tilbake, slik det er markert med en dobbelpil 17, for at det på risten skal dannes et brenselsjikt 18, som fylles på fra brenseltrakten 16 og mates frem mot skakeristens nedre ende under utjevning av brenselsjiktet. Under skakingen faller fine fraksjoner av brenselet i brenselsjiktet 18 delvis ned gjennom skakeristen. The boiler according to the invention shown in fig. 1 comprises a heat-insulated boiler house 10 with a bottom wall 11. A combustion chamber 12 is limited by water pipes 13 which are interconnected by welding so that they form panels, and in the lower part of the combustion chamber there is arranged a water-cooled shaker grate 14, which is connected with a shaker 15 and rather downwards from a fuel feed funnel 16. The shaker grate 14 is intermittently shaken back and forth, as marked with a double arrow 17, so that a layer of fuel 18 is formed on the grate, which is filled from the fuel funnel 16 and fed towards lower end of the shaker grate during leveling of the fuel layer. During the shaking, fine fractions of the fuel in the fuel bed 18 partially fall down through the shaker grate.

Ved sin nedre ende er skakeristen 14 forbundet med en bren-sels jakt 19, som begrenses dels av veggrørene 13 og dels av et nedadgående parti 14' av skakeristen 14. Brenselsjakten 19 munner ut ovenfor en perforert plate eller nedre ristdel 20. Under denne foreligger en luftkasse 21, som via en ledning 22 er koblet til en vifte 23 for tilførsel av primær-luft. I overgangen mellom brenselsjakten 19 og den perforerte plate 20 er det anordnet et frem- og tilbakebevegelig slagstempel 24, som er koblet til en arbeidssylinder 25 og tjener til å transportere materiale fra brenselsjaktens 19 nedre ende inn på den perforerte plate 20. Rommet mellom skakeristen 14 og den perforerte plate 20 er tilgjengelig gjennom en askeluke 26, og fra den perforerte plate fører det også et slaggutmatningsrør 27 med en lukkeventil 28. Nevn-te rom er også forsynt med en inspeksjonsluke 29. At its lower end, the shaker grate 14 is connected to a fuel chute 19, which is partly limited by the wall pipes 13 and partly by a downward-going part 14' of the shaker grate 14. The fuel chute 19 opens above a perforated plate or lower grate part 20. Below this there is an air box 21, which is connected via a line 22 to a fan 23 for supplying primary air. In the transition between the fuel chute 19 and the perforated plate 20, a reciprocating impact piston 24 is arranged, which is connected to a working cylinder 25 and serves to transport material from the lower end of the fuel chute 19 into the perforated plate 20. The space between the shaker grate 14 and the perforated plate 20 is accessible through an ash hatch 26, and from the perforated plate there is also a slag discharge pipe 27 with a shut-off valve 28. Said room is also provided with an inspection hatch 29.

Til viften 23 er det også koblet en ledning 30, som førerA wire 30, which leads, is also connected to the fan 23

til en primærluftkasse 31. Fra denne strekker det seg et antall dyser, dels dyser 32 som munner ut i brenselsjakten 19, og dels dyser 33 som befinner seg ovenfor skakeristen 14 for å munne ut i brenselsjiktet 18 på risten. to a primary air box 31. From this extends a number of nozzles, partly nozzles 32 which open into the fuel chute 19, and partly nozzles 33 which are located above the shaker grate 14 to open into the fuel layer 18 on the grate.

Brennkammeret 12 er oventil forbundet med et flammerør 34,The combustion chamber 12 is connected at the top with a flame pipe 34,

som strekker seg gjennom et konveksjonsaggregat 35 av konven-sjonell utførelse, hvilket er sammensatt av et antall vann-rør som også kommuniserer med brennkammerets veggrør 13. Flammerøret 34 er forbundet med et øvre vendekammer 36 for which extends through a convection unit 35 of conventional design, which is composed of a number of water pipes which also communicate with the wall pipe 13 of the combustion chamber. The flame pipe 34 is connected to an upper turning chamber 36 for

at røkgasser som forlater brennkammeret 12 gjennom flammerør-et 34 skal vendes mot en endevegg som ikke er kjølt for gjen-antennelse av eventuelle uforbrente gasskomponenter og passere ned gjennom konveksjonsaggregatet til et vendekammer 37 anordnet under dette og deretter på nytt passere gjennom kon-veks jonsaggregatet i retning oppad til et utløpskammer 38. that flue gases leaving the combustion chamber 12 through the flame tube 34 must be turned towards an end wall that is not cooled for the re-ignition of any unburned gas components and pass down through the convection unit to a turning chamber 37 arranged below this and then again pass through the convection unit in the upward direction to an outlet chamber 38.

I det nedre vendekammer 37 er det anordnet en konisk begrensningsvegg 39, og i dette vendekammers bunn er det anordnet et antall dyser 40 som munner ut i brennkammeret 12. Disse dyser er koblet til en sekundærluftkasse 41, som i sin tur til-føres sekundærluft fra viften 23 gjennom en ledning 42. For nærmere detaljer i dette arrangement henvises til fig. 2. Det fremgår av denne at dysene 4 0 danner et injektormunn-stykke 43, og at vendekammeret 37 i sin nedre ende kommuniserer med dette munnstykke gjennom en åpning 44. Funksjonen av dette arrangement skal beskrives nærmere i det følgende. A conical limiting wall 39 is arranged in the lower turning chamber 37, and in the bottom of this turning chamber a number of nozzles 40 are arranged which open into the combustion chamber 12. These nozzles are connected to a secondary air box 41, which in turn is supplied with secondary air from the fan 23 through a line 42. For further details of this arrangement, refer to fig. 2. It appears from this that the nozzles 40 form an injector nozzle 43, and that the turning chamber 37 at its lower end communicates with this nozzle through an opening 44. The function of this arrangement shall be described in more detail below.

Det vises på nytt til fig. 1. Til utløpskammeret 38 er det tilkoblet en multisyklonseparator, som består av et antall Referring again to fig. 1. A multicyclone separator is connected to the outlet chamber 38, which consists of a number of

separate syklonseparatorer 45, som kan være fordelt over omtrent 1/3 av konveksjonsaggregatets omkrets. Hver syklon-separators tangentialinnløp 46 kommuniserer med utløpskam-meret.38, mens dens bunnutløp 47 er koblet til en støvlomme 48 og dens sentralrør 49 er koblet til en skorstein 51 via separate cyclone separators 45, which may be distributed over approximately 1/3 of the convection unit's circumference. Each cyclone separator's tangential inlet 46 communicates with the outlet chamber 38, while its bottom outlet 47 is connected to a dust pocket 48 and its central pipe 49 is connected to a chimney 51 via

en vifte 50. Støvlommen 48 er ved sin nedre ende forbundet via et cellehjul 52 til en ledning 53 som munner ut ovenfor den perforerte plate 20 ved 54. a fan 50. The dust pocket 48 is connected at its lower end via a cell wheel 52 to a line 53 which opens above the perforated plate 20 at 54.

Hovedforbrenningen av brenselet i sjiktet 18 på skakeristen 14 vil skje i sjakten 19, fra hvilken hovedsakelig rent kull The main combustion of the fuel in the layer 18 of the shaker grate 14 will take place in the shaft 19, from which mainly clean coal

blir matet ut på den perforerte plate 20 ved hjelp av slag-stempelet 24. Ved hjelp av luften som tilføres fra viften 23 gjennom ledningen 22 til luftkassen 21 oppnås et sv.eve-sjikt 55.over den perforerte plate 20, og i dette svevesjikt skjer sluttforbrenning av kull og brennbart slagg, hvilket innebærer at hete røkgasser sammen med luft vil passere fra svevesjiktet 55 oppad gjennom skakeristen 14 og brenselsjiktet 18 på denne til brennkammeret 12. Således vil brensel is fed out onto the perforated plate 20 by means of the impact piston 24. With the help of the air supplied from the fan 23 through the line 22 to the air box 21, a floating layer 55 is obtained above the perforated plate 20, and in this floating layer final combustion of coal and combustible slag takes place, which means that hot flue gases together with air will pass from the suspended layer 55 upwards through the shaker grate 14 and the fuel layer 18 on this to the combustion chamber 12. Thus, fuel

som tilføres fra brenseltrakten 16 bli tørket og fordampet i brenselsjiktet 18, samtidig som finere partikler av brenselet faller ned gjennom risten 14 for å bli forbrent i svevesjiktet 55. Stort luftoverskudd bør tilføres svevesjiktet 55 fra luftkassen 21, og ved at en strøm av røkgasser og luft med høy temperatur passerer gjennom sjiktet 18, blir tørkingen og fordampningen påskyndet. Også uforbrent flyve- which is supplied from the fuel funnel 16 be dried and evaporated in the fuel bed 18, at the same time that finer particles of the fuel fall down through the grate 14 to be burned in the suspended bed 55. A large excess of air should be supplied to the suspended bed 55 from the air box 21, and by a stream of flue gases and high temperature air passes through layer 18, drying and evaporation are accelerated. Also unburned fly-

støv fra multisykonaggregatet 45 tilføres svevesjiktet 55dust from the multisycon unit 45 is supplied to the suspended layer 55

via støvlommen 48, cellehjulet 52 og ledningen 53 ved dennes munning 54 i svevesjiktet 55, for at dette uforbrente flyve-støv skal sluttforbrennes i sjiktet 55. Aske som akkumuleres i svevesjiktet 55 anvendes som fluidiseringsmedium i sjiktet. Støv hindres i å følge med røkgassene og primærluften til brennkammeret 12 fordi slikt støv vil bli fanget opp av skakeristen 14 og brenselsjiktet 18 på risten. Dette innebærer at man kan stille mindre krav til multisyklonaggregat-et 45. Sluttforbrenningen i svevesjiktet 55 skjer over meget lang tid, 6-8 timer. via the dust pocket 48, the cell wheel 52 and the line 53 at its mouth 54 in the floating layer 55, so that this unburned flying dust is finally incinerated in the layer 55. Ash that accumulates in the floating layer 55 is used as a fluidizing medium in the layer. Dust is prevented from accompanying the flue gases and primary air to the combustion chamber 12 because such dust will be caught by the shaker grate 14 and the fuel layer 18 on the grate. This means that less demands can be placed on the multicyclone unit 45. The final combustion in the suspended layer 55 takes place over a very long time, 6-8 hours.

Det støv som utfelles i det nedre brennkammer 37 og som hovedsakelig utgjøres av brennbart støv, blir ved injektor-virkning blandet inn i sekundærluften som innføres i brennkammeret 12 gjennom dysene 40, idet støvet suges inn i in-jektormunnstykket 43 gjennom åpningene 44. Dette støv blir således forbrent i brennkammeret 12 og likeledes i flamme-røret 34. Sekundærluften gir en viss syklonvirkning i brennkammeret 12, hvorved det oppnås en god blanding av luft og forbrenningsgasser. The dust which is deposited in the lower combustion chamber 37 and which mainly consists of combustible dust, is mixed by injector action into the secondary air which is introduced into the combustion chamber 12 through the nozzles 40, the dust being sucked into the injector nozzle 43 through the openings 44. This dust is thus burned in the combustion chamber 12 and likewise in the flame tube 34. The secondary air produces a certain cyclone effect in the combustion chamber 12, whereby a good mixture of air and combustion gases is achieved.

Alle kommersielle brensler kan anvendes i kjelen ifølge oppfinnelsen, idet en spesiell fordel ligger i at brenselet i form av store stykker ikke behøver finfordeles. Også fin-kornet brensel, såsom kullstøv, malt torv, spon og lignende, er imidlertid velegnet for forbrenning i kjelen ifølge oppfinnelsen. Askerike brensler mestres på grunn av at asken anrikes i svevesjiktet 55. Da asken produseres i pulverfor-met tilstand, kan den lett mates ut gjennom slaggutmatnings-røret 27. Eventuell dannet klinker og lignende kan tas ut manuelt gjennom askeluken 26. For brensler med tendens til askesintring kan asken imidlertid granuleres ved injisering av damp i primærluften. All commercial fuels can be used in the boiler according to the invention, a particular advantage being that the fuel in the form of large pieces does not need to be finely divided. However, fine-grained fuel, such as coal dust, ground peat, shavings and the like, is also suitable for combustion in the boiler according to the invention. Ash-rich fuels are mastered because the ash is enriched in the suspended layer 55. As the ash is produced in a powdered state, it can easily be fed out through the slag discharge pipe 27. Any formed clinker and the like can be removed manually through the ash hatch 26. For fuels with tendency for ash sintering, however, the ash can be granulated by injecting steam into the primary air.

Kjelens effekt kan i prinsippet reguleres ved at brenselsjik-tets 18 tykkelse innstilles på et valgt nivå for aktuelt brensel og deretter holdes konstant ved hjelp av veiing og ved at primærluftstrømmen fra luftkassen 21 til skakeristen 14 reguleres. Sekundærluftstrømmen til kjelen reguleres av-hengig av målt oksygeninnhold i røkgassene fra kjelen. The boiler's effect can in principle be regulated by setting the thickness of the fuel layer 18 at a selected level for the fuel in question and then keeping it constant by means of weighing and by regulating the primary air flow from the air box 21 to the shaker grate 14. The secondary air flow to the boiler is regulated depending on the measured oxygen content in the flue gases from the boiler.

Askerommet, som delvis begrenses av vannkjølte rørvegger, opptar en tilpasset energiandel fra brenselet, fordi det vann-kjølte ristsystem og askerommet ved høy belastning opptar en større andel av varmeinnholdet i brenselet. Resultatet av dette er en lavere forbrenningstemperatur enn konvensjonelle kjelesystemer. Dette innebærer en ny metode for å styre forbrenningstemperaturen innenfor visse grenser etter aktuelle ønsker under hensyntagen til askens egenskaper, samtidig som det oppnås optimal forbrenning av gasskomponenter i brennkammeret og restkull i svevesjiktet. The ash chamber, which is partially limited by water-cooled pipe walls, takes up an adapted proportion of energy from the fuel, because the water-cooled grate system and the ash chamber at high load take up a larger proportion of the heat content of the fuel. The result of this is a lower combustion temperature than conventional boiler systems. This involves a new method for controlling the combustion temperature within certain limits according to current wishes, taking into account the properties of the ash, while at the same time achieving optimal combustion of gas components in the combustion chamber and residual coal in the suspended bed.

Kjelen ifølge oppfinnelsen fyller alle de krav som kan stilles til store anlegg i dag. Ved den kompakte vertikale utførelse blir den spesifikke kjelekostnad betydelig lavere enn for andre forekommende kjelesystemer. Det langstrakte brennkammer 12 med tilkoblet vertikalt flammerør 34 tar hensyn til brensler med lang flammelengde, og konveksjonsaggregatets vertikale plassering minimaliserer risikoen for gjentetting av rørpassasjene. Ved at en del av brenselet anvendes for direkteforvarmning av primærluften i askesvevesjiktet 55 elimineres behovet for forvarmet luft. Kombinasjonen av skakerist og askesvevesjikt med tilbakeføring av flyvestøv via sekundærluftsystemet og askesjiktet garanterer betydelig lavere tap i aske og slagg enn ved tradisjonell ristfyring. Virkningsgraden burde kunne økes med 5 - 10% ved små og mid-delstore anlegg takket være at mengden av uforbrendt materiale i gass, slagg og støv reduseres til et minimum. The boiler according to the invention fulfills all the requirements that can be placed on large installations today. With the compact vertical design, the specific boiler cost is significantly lower than for other existing boiler systems. The elongated combustion chamber 12 with connected vertical flame pipe 34 takes into account fuels with a long flame length, and the vertical location of the convection unit minimizes the risk of re-clogging of the pipe passages. By using part of the fuel for direct preheating of the primary air in the ash suspension layer 55, the need for preheated air is eliminated. The combination of shaker grate and ash suspension layer with the return of flying dust via the secondary air system and the ash layer guarantees significantly lower losses in ash and slag than with traditional grate firing. The efficiency should be increased by 5 - 10% in small and medium-sized plants thanks to the fact that the amount of unburned material in gas, slag and dust is reduced to a minimum.

Ved at høy forbrenningstemperatur kan oppnås i brennkammeret og det dertil oppnås lang brenntid, reduseres utslippene av uforbrendte hydrokarboner, og røkgassinnblandingen i brenselsjiktet 18 kan også forventes å gi lave verdier av NOX-ut-slipp. Svovelutslippet kan reduseres ved kalktilførsel i det tilførte brensel for å binde forekommende svovel i brenselet . As a high combustion temperature can be achieved in the combustion chamber and a long burning time is also achieved, emissions of unburned hydrocarbons are reduced, and the flue gas mixture in the fuel layer 18 can also be expected to produce low values of NOX emissions. Sulfur emissions can be reduced by adding lime to the supplied fuel to bind the sulfur present in the fuel.

Claims

1. Boiler with a shaker grate, characterized in that the shaker grate (14) at its outlet ends into a boundary wall (14') for a fuel chute (19) for receiving the fuel layer that is fed out from the shaker grate, so that this boundary wall is movable together with the shaker grate, and that the shaft is connected at its lower end to a perforated plate (20) arranged under the shaker grate to support an ash suspension layer (55).

2. Boiler according to claim 1, characterized in that secondary air nozzles (40) are connected to a combustion chamber (12) arranged above the shaker grate (14) for supplying dust coarsely separated from the flue gases.

3. Boiler according to claim 1, characterized in that the combustion chamber (12) is elongated in the upward direction from the shaker grate (14) and is connected to a mainly vertical flame tube (34) in a convection unit (35).

4. Boiler according to claims 2 and 3, characterized in that the convection unit (35) comprises upper and lower turning chambers (36, 37), and that a dust outlet (44) in the lower turning chamber is connected to the secondary air nozzles (40) for mixing in separated dust in the secondary air.

5. Boiler according to claim 1, characterized , ve. d that an inlet (54) for dust finely separated from the flue gases is arranged above the ash layer (55) on the perforated plate (20).