CZ2000951A3 - Chladicí zařízení popela z fluidniho lože - Google Patents

Abstract

Chladicí zařízení (34) sestává z pouzdra, opatřeného podlahou (40), řadou stěn uspořádaných kolem podlahy (40), a stropem. Pouzdro (34) má vstup (32) a výstup (42), umístěný v jedné ze stěn v blízkosti podlahy (40). Chladicí zařízení dále obsahuje potrubí (50), umístěné uvnitř pláště pro výměnu tepla z popela přiváděného vstupem (32) chladicího zařízení (34). Ve výhodném provedení je podlaha (40) rovinná a je uspořádána šikmo k horizontální rovině. Výstup (42)je umístěn v blízkosti podlahy (40), v její nejnižší vertikální ěásti. Pouzdro je obdélníkové aje opatřeno první a druhou protilehlou stranou a třetí a čtvrtou protilehlou stranou, kde první a druhá protilehlá stranaje delší než třetí a čtvrtá protilehlá strana. Vstup (32) je umístěn v blízkosti třetí strany, Chladící zařízení popela dále zahrnuje řadu tiysek (44), vystupujících z podlahy (40). Každá, z uvedené řady trysek (44), je opatřena hlavou nad podlahou (40), směřující fluidní médium ke čtvrté straně, přičemž popel usazený v pouzdruje fluidním médiem, procházejícím tryskami (44), unášen směrem ke čtvrté straně.

Description

Chladicí zařízení popela z flnidního lože

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení na spalování paliva v cirkulujícím fluidním loži, a zejména se týká chladícího zařízení na chlazení popela z fluidního lože. Zařízení na spalování paliva v cirkulujícím fluidním loži se ve vrůstající míře využívá pro široký rozsah použití. Použití cirkulujícího fluidního lože je obzvláště výhodné, z důvodu technického vývoje, jehož důsledkem je značný pokrok, jak pružnosti, tak v pružnosti používání paliva. I vynález nachází přednostní použití při procesu v provozní když tento spalování ν' ·!ί v parních generátorech, je pochopitelné, že se může také použít v širokém rozsahu v zařízení s fluidním ložem.

Dosavadni stav techniky

Zařízení na spalování paliva ve fluidním loži může účinně spalovat uhlí při teplotách, které jsou dosti nízké na to, aby se zabránilo mnoha problémům ze spalování v jiných režimech. Výraz „fluidní lože se týká podmínek, při nichž se částice pevného materiálu uvádějí do stavu, kdy se volně vznášejí, kdy se chovají jako kapalina. Protože vrstvou s pevnými částicemi je proháněn plyn směrem vzhůru, proud plynu vytváří síly, které mají snahu vzájemně oddělovat jednotlivé částice. Při nízké rychlosti proudění plynu, zůstávají pevné částice v kontaktu s Halžin» pevnými částicemi a mají snahu bránit svému pohybu. Tento stav se nazývá pevné lože. Když se zvýší rychlost • · · ·

- 2 prouděni plynu, dosáhne se bodu, v němž jsou síly působící na částice právě dostatečné, aby způsobily jejich oddělení. Vrstva je potom považována za fluidní. Plynový polštář mezi pevnými částicemi umožňuje, aby se tyto částice volně pohybovaly, a tím získává tato vrstva vlastnosti jako kapalina.

Spalováni ve fluidnim loži umožňuje spalování uhlí, které má tak vysokou koncentraci popelovin, síry a dusíku, že by jinak bylo považováno za nevhodné ke spalování. Použitím tohoto způsobu je možné, alespoň ve většině případů, vyhnout se nutnosti zařazení pračky plynu, přičemž se stále vyhovuje požadavkům na emise. Při spalování paliva ve fluidnim loži se uhlí spaluje ve vrstvě horkých nespalitelných částic, unášených proudem fluidizačniho plynu proudícího vzhůru. Typickým palivem je pevné palivo, jako je uhlí, i když se také mohou snadno používat kapalná nebo plynná paliva.

Fluidizačnim plynem je obvykle spalovací vzduch nebo plynné produkty spalování. Existují dva hlavní typy soustav spalování ve fluidnim loži.

1) probublávací fluidní lože (BFB- bubbling fluid bed) , v němž přebytek vzduchu nad požadované množství potřebné k fluidování vrstvy prostupuje touto vrstvou ve formě bublin. Probublávací fluidní lože se dál vyznačuje nízkou rychlostí míchání vrstvy pevných částic a poměrně malým strháváním pevných částic v proudu plynu, a dále

2) cirkulující fluidní lože (CFB- circulating fluid bed), které se vyznačuje vyššími rychlostmi a menší velikostí částic ve vrstvě. V takových soustavách se povrch fluidní vrstvy stává difúznim, když vzrůstá strhávání, takže již neexistuje vymezená výška fluidní vrstvy. Soustavy s cirkulujícím fluidnim ložem mají vysokou rychlost cirkulování materiálu od spalovacího zařízeni k soustavě recyklování částic, a zpět ke spalovacímu

- 3 • ·

zařízeni. Vlastnosti zařízeni těchto dvou základních typů jsou dál popsány v publikaci Ccmb-astion Fossil Power, kterou vydal Josepf G.Singer, P.E., v nakladatelství Combustion Engineering, lne., za podpory Asea Brown Boveri, 1000 Prospect Hill Road, Windsor, Connecticut 060955 (vydání 1991).

U běžných parních generátorů s cirkulujícím fluidním ložem se do dolní části spalovacího zařízení přivádí mechanicky nebo pneumaticky rozdrcené palivo a sorbent. Na dno spalovacího zařízení se přivádí primární vzduch rozváděčem vzduchu, a sekundární vzduch se přivádí přívodními vzduchovými otvory v jedné nebo několika rovinách do dolní části spalovacího zařízení. Spalování probíhá v celém spalovacím zařízení, které je plněno materiálem pro fluidní lože. Kouřové plyny a strhávané pevné částice vycházejí ze spalovacího zařízení a vstupují do jednoho nebo několika cyklónových odlučovačů, kde se odlučují větší pevné částice a padají do utěsněné nádoby. Pevné částice se z této utěsněné nádoby recyklují a přivádějí se dó spalovacího zařízení. Volitelně mohou být některé pevné částice odděleny kuželovým ventilem do externího tepelného výměníku fluidního lože (FBHE) a přiváděny zpět do spalovacího z

zařízení. V tomto výměníku je absorbováno teplo z fluidovaných pevných částic trubkovými svazky.

Tento vynález nachází použití u jakéhokoliv zařízeni s fluidním ložem, ale zejména se používá u parních kotlů s cirkulujícím fluidním ložem, kde se spaluje palivo, které vytváří více než obvyklé množství popela. Taková paliva mohou být označena jako paliva s vysokým obsahem popeloviny. Palivo s vysokým obsahem popeloviny je palivo s hmotnostním obsahem 35 % popeloviny nebo více z celkové hmotnosti paliva. (Paliva s nízkým obsahem popeloviny obvykle nevyžadují chladící zařízení popela z fluidního lože, i když některá mohou být

- 4 ochlazována chladicím zařízením, jako je spirálový chladič. Spirálové chladiče mají plášťové pouzdro kolem spirály, která se otáčí a posouvá pevnou látku v pouzdru v axiálním směru.)

Popel vytvořený ve fluidním loži zahrnuje jak popel padající zpět, ták popel usazený na dně. Je podstatné, aby teplota popela vycházejícího ze spalovacího. zářízení byla zchlazena tak, aby popel nepoškodil nebo nezničil dopravní zařízení.

Popel usazený na dně by se měl ochladit z teploty spalovacího zařízení až na teplotu nižší než 260°C (500°F) před vstupem na dopravní zařízení pro popel usazený na dně. Když se používá palivo s vysokým obsahem popelovin, může teplo proudu popela usazeného na dně představovat významný procentuální podíl tepelného vstupu parního kotle. Proto může být vyžadována λ rekuperace tohoto tepla. K tomuto účelu se obvykle používají chladící zařízení popela z fluidního lože. Chladící zařízení popela z fluidního lože má tepelný výměník probublávacího fluidního lože, který má shodnou konstrukci jako tepelný výměník fluidního lože. Chladící cívky ponořené do fluidního lože ochlazují popel a převádějí teplo do kondenzátu nebo do parního kotle dopravované vody. Proud popela ze spalovacího zařízení 10 do chladícího zařízení 34 popela z fluidního lože se volitelně řídí kuželovým ventilem jako u tepelného výměníku fluidního lože. K řízení proudu popela do chladícího zařízení popela se však může použít kanál šoupátka (V-port) nebo jakýkoliv řídící ventil. Ochlazený popel z chladícího zařízeni popela prochází k soustavě pro manipulaci s popelem usazeným na dně a je přepravován k uskladnění. Je to obvykle mechanická soustava složená z hřeblových dopravníků, i když se také může použít pneumatická soustava s tlakovým vzduchem. Střídavě se může použít mechanická soustava k přepravě popela usazeného na dně do mezilehlé násypky, ze které pneumatická soustava dopraví

- 5 • ·· 9 tento materiál k uskladněni.

Podle dosavadního stavu techniky je obvyklé umistit výstup chladicího zařízeni popela nad spodni plochu tohoto chladicího zařízeni. Jinými slovy, výstup je umístěn na konci trubky, vystupující nad dno chladícího zařízeni popela, takže vždycky zůstane nějaký popel v chladícím zařízení popela. Tato konstrukce je pro řadu uživatelů uspokojivá. Avšak, pro některá použití tato konstrukce komplikuje odstraňování (z chladicího zařízení) velkých částic, které nebyly fluidovány, a které nemohou být snadno odstraněny z chladicího zařízení popela.

Chladící zařízení podle stavu techniky jsou tradičně opatřena horizontální podlahou a obvykle jsou vybavena přepadem. Přepad uzavírá popel uvnitř chladícího zařízení. Nevýhodou takové konstrukce je, že lehčí částice se pohybují směrem k hornímu povrchu a těžší částice se pohybují ke dnu. Lehčí částice proudí přes přepad a vystupují z chladícího zařízení. Těžší částice se musí odstraňovat samostatně.

Podle dosavadního stavu techniky je také obvyklé vytvořit chladící zařízení popela, které je při pohledu shora v podstatě čtvercové. Bylo zjištěno, že tato konstrukce omezuje přestup tepla. Přesněji řečeno, popel vstupující v podstatě do čtvercového chladícího zařízení popela může obvykle proudit k výstupu, umístěnému na jeho jedné straně, aniž by došlo k jeho podstatnému kontaktu s plochami tepelného výměníku, které mohou procházet v podstatě přes celou podlahu chladícího zařízení popela. Z termodynamického hlediska je to neuspokojivé.

- 6 9

99

Podstata vynálezu

Hlavním cílem tohoto vynálezu je vytvořit chladící zařízení popela, které využije účinněji plochu a objem tohoto chladícího zařízení.

Dalším cílem tohoto vynálezu je vytvořit zařízení, které usnadní odstraňování poměrně velkých částic z chladícího zařízení popela.

Bylo zjištěno, že těchto a dalších cílů vynálezu může být dosaženo chladícím zařízením popela spolupracujícím s připojeným fluidním ložem, které obsahuje pouzdro, mající podlahu, řadu stěn, umístěných kolem podlahy a strop. Pouzdro má vstup a výstup. Výstup je umístěn v jedné ze stěn, v blízkosti podlahy a zařízení také obsahuje vodou chlazené trubky, umístěné uvnitř pláště pro tepelnou výměnu týkající se popela, přiváděného do vstupu chladícího zařízení. V některých provedeních vynálezu je podlaha rovinná, a je umístěna šikmo k horizontální rovinně. Výstup může být umístěn v blízkosti podlahy v její nejnižší vertikální části a pouzdro může být obecně obdélníkové a může mít první a druhou protilehlou stranu a třetí a čtvrtou protilehlou stranu, kde první a druhá protilehlá strana je delší než třetí a čtvrtá protilehlá strana. V některých případech je poměr délky první a druhé strany k délce třetí a čtvrté strany dvě nebo tři k jedné.

V některých provedeních se podlaha svažuje dolů od třetí strany ke čtvrté straně, s průsečíkem podlahy s první a druhou stranou vymezujícím přímky, které jsou šikmé k horizontální rovině. Vstup je umístěn v blízkosti třetí strany.

Chladící zařízení popela může dále obsahovat řadu trysek, vystupujících z podlahy. Každá tryska z této řady má hlavu umístěnou nad podlahou a směrující proud fluidniho média ke čtvrté straně, přičemž usazováni popela uvnitř pláště je podporováno fluidnim médiem procházejícím tryskami, které ho unáši ke čtvrté straně.

Jiná provedeni vynálezu mohou dále zahrnovat řadu kanálků a sběrných trubek, přivádějících vzduch do pláště pod podlahu.

Přehled obrázků na výkrese

Výnález bude blíže osvětlen pomocí přiloženého výkresu, kde na obr. 1 je v částečně schematickém nárysu znázorněno spalovací zařízení s cirkulujícím fluidním ložem, vytvářejícím popel, který se ochlazuje chladícím zařízením popela podle tohoto vynálezu, na obr. 2 je v nárysu znázorněno chladící zařízení popela, v jednom provedení podle vynálezu, na obr. 3 je znázorněno toto zařízení v řezu podle přímky 3-3 z obr.2, na obr. 4 je znázorněno toto zařízení v řezu podle přímky 4-4 z obr.2, na obr. 5 je znázorněno toto zařízení v řezu podle přímky 5-5 z obr.2.

Příklady provedení vynálezu í

V celkovém schematickém znázornění na obr. 1 je zobrazeno vertikálně protažené spalovací zařízení 10, v němž je uspořádáno cirkulující fluidní lože 12. Cirkulující fluidní lože 12 je umístěno na základní desce 11. Pod základní deskou 11 je umístěn vstupní otvor 13, kterým se přivádí primární vzduch. Sekundární vzduch, vápenec a palivo se přivádí do boční strany fluídního lože 12, jak je znázorněno třemi šipkami na levé straně (při pohledu na obr. 1) spalovacího zařízení 10.

- 8 • toto· • ···· to· r· to ·· • tototo · · « ·· ··

Vzduch, vápenec a palivo ve fluidnim loži 12, reagují během spalovacího procesu ve spalovacím zařízení 10. Palivem je obvykle fosilní palivo. Vápenec tvoří sorbent. Na levé straně spalovacího zařízení 10 je také umístěn řídicí ventil 15 pro popel, usazený na dně. Částice v cirkulujícím fluidnim loži 12 jsou recirkulovány plynovým průchodem 14 do jednoho nebo několika neznázorněných odlučovacích cyklónů 16. Každý odlučovací cyklón 16 je vertikálně protažen, a jeho dolní konec je připojen k utěsněné nádobě 18. Horní konec každého cyklónu 16 je spojen se zpětným průchodem 17, který obsahuje přídavné plochy pro přestup tepla. Šipka označující výstup ze zpětného průchodu 17, vyznačuje proud kouřových plynů / k neznázorněnému zařízení k odstraňování kouře a ke komínu. >

Další popel se odstraňuje ze spodního konce 19. Každá utěsněná nádoba 18 má tvar a funkci, které jsou poněkud srovnatelné s lapačem běžně používaným k vypouštění odpadních jímek v obytných a průmyslových lokalitách. Utěsněná nádoba 18 je připojena ke spalovacímu zařízení 10 prvním vratným kanálkem 20. Řídící ventil 22 průchodu popela moduluje výstup z utěsněné nádoby 18, přes pouzdro 24, opatřené žárovzdorným obložením, a spojené s tepelným výměníkem 26 a druhým vratným kanálkem 28. Druhý vratný kanálek 28 dokončuje průchod z utěsněné nádoby 18, přes tepelný výměník 26 ke spalovacímu zařízení 10. První vratný kanálek 20, druhý vratný kanálek 28, a rovněž utěsněná nádoba 18 jsou opatřeny žárovzdorným obložením.

Účelem řídícího ventilu 15 pro popel, který je usazený na dně, je umožnit výstup popela z fluidní ho lože 12 trubicí 32.

Popel, usazený na dně, který obvykle prochází řídícím ventilem 15 pro popel, je ochlazován a odváděn pryč· Tento vynález se zejména týká chlazení tohoto popela.

.é

	• • 0	0 0 0 0 0	90 0 0	0*9* 0
	• 0 •	000 • 0	0 9 • 0 0 0 0	* * 0 0
			0 0	0 *

Na obr. 2 až 4 je znázorněno chladiči zařizeni 34 popela podle jednoho provedeni tohoto vynálezu. Chladiči zařizeni 34 popela má vstup, který je spojen s trubici 32. Chladiči zařizeni 34 popela tedy přebirá horký popel ze spalovacího zařizeni 10, když je řidiči ventil 15 pro popel otevřený. Proud popela pokračuje trubici 32 a schematicky znázorněným izolačním ventilem 36. (Izolačni ventil 36 a izolačni ventil 62, který bude dále popsán, jsou uspořádány pro izolováni komponentů soustavy během údržby.) Chladiči zařizeni 34 popela, tak jako jiná chladicí zařizeni popela, ochlazuje horký popel jeho fluidizaci vzduchem a převáděním jeho tepla do potrubí 50 umístěného uvnitř fluidního lože. Potrubí 50 je ochlazováno vodou nebo jinou kapalinou pro tepelnou výměnu, protékající potrubím 50. Typická průměrná velikost popela je 100 pm až 1500 pm. Jednotlivé částice popela mají velikost v rozsahu od maximálně 25 mm až k minimální velikosti, která je podobná jako u popílku.

V chladícím zařízení 34 popela je popel fluidován vzduchem proudícím kanálky 36 do komorového lože, vymezeného dnem 38 chladicího zařízení 34 popela a skloněnou podlahou 40. Podlaha 40 je rovinná a je skloněna od maximální polohy v blízkosti vstupní trubice 32 do minimální polohy v blízkosti výstupu 42. Podlahou 40 prostupuje řada trysek 44 ve tvaru písmene „L. Trysky 44 jsou nasměrovány ve směru výstupu 42. Popel usazený v chladicím zařízení 34 je tak unášen směrem k výstupu 42. Plyn vstupující do chladícího zařízení 34 kanálky 36 prochází nahoru v chladicím zařízení 34 a vystupuje ven kanálky 46.

Popel procházející do chladícího zařízení 34 trubicí 32, vstupuje do části chladícího zařízení 34, obložené mimořádně žárovzdorným materiálem 48. Mimořádně žárovzdorný materiál 48 je v této části chladícího zařízení 34 nezbytný, protože popel

99··

999 vstupující trubicí 32 má na vstupu do chladícího zařízení 34 nejvyšší teplotu. Když popel postupuje podél dolů skloněné podlahy 40, prochází přes potrubí 50, jednak vlivem gravitace a jednak vlivem trysek 44. Potrubí 50 prochází uprostřed přes vstupní sběrnou trubku 52 a společnou sběrnou trubku 54 ( která je nejlépe patrná na obr. 5), a rovněž mezi společnou sběrnou trubku 54 a výstupní sběrnou trubku 56. Ventily 50 a 60 řídí průtok chladívá, jako je kondenzát, do vstupní sběrné trubky 52.

Ve výstupu 42 je umístěn izolační ventil 62 a rotační šoupátko 64, které měří průchod popela od chladícího zařízení 34 popela k běžnému shrnovacímu dopravníku 66. Rotační n šoupátko 64 je vybaveno běžným způsobem rotačními lopatkami v kruhové komoře, a umožňuje podávat měřená množství popela od vstupu do šoupátka k výstupu ze šoupátka.

Chladící zařízení 34 popela podle vynálezu má výstup 42 popela umístěný v úrovni podlahy 40. Přesněji řečeno, jak bude patrno z obr. 2, boční část výstupu 42 dosedá na podlahu 40.

Toto umístění je výhodné, jelikož umožňuje odstraňování velkých částic popela, které nebyly fluidovány.

Zařízení podle přednostního provedení vynálezu má přednostní poměr stran. Přesněji řečeno, je výhodné, když má chladící zařízení popela poměr délky k šířce alespoň 3:1.

Ostatní provedení mohou mít poměr stran alespoň 2:1. Tento poměr vytváří předpoklad k tomu, aby se zabránilo problému podle dosavadního stavu techniky, kde většina proudu a přestupu tepla se soustřeďovala v geometrickém středu chladícího zařízení popela, a ve skutečnosti přemostila větší část celkové plochy potrubí tepelného výměníku. Je pochopitelné, že v dosavadním stavu techniky byl velice omezený kontakt mezi horkým popelem a potrubím umístěným v blízkosti horizontálně ·«·· • ·« «

- 11 uspořádané podlahy.

A právě tak bude zřejmé, že zařízeni podle vynálezu účinněji využívá objem a plochu chladícího zařízení popela, a také usnadňuje odstraňování větších a těžších částic popela z chladícího zařízení.

Vynález byl popsán s ohledem na výhodné provedení. Odborníci v oboru takových zařízení mohou na základě vysvětlení v této přihlášce koncipovat jiné obměny. Předpokládá se, že takové obměny jsou zahrnuty v rozsahu předmětu vynálezu, přičemž vynález je omezen pouze následujícími nároky.

2000 » ·** » w * V «v ww « 9 9 9 9 9 9 9

999 9 999 »99 9 » 999 9999999 99 9

99 9 9999 »9999 99 9 99 99

Claims (12)

1. NÁROKY spolupracující s připojeným ící se tím, že

   PATENTOVÉ

   1. Chladící zařízení popela fluidním ložem, vyznačuj sestává z pouzdra, opatřeného podlahou, řadou stěn uspořádaných kolem podlahy, a stropem, přičemž pouzdro má vstup a výstup, kde výstup je umístěn v jedné z uvedených stěn v blízkosti podlahy, a dále sestává z potrubí uspořádaného v uvedeném pouzdru, pro výměnu tepla z popela přiváděného uvedeným vstupem chladícího zařízení.
2. 2. Chladící zařízení popela podle nároku 1, vyznačující se tím, že podlaha je rovinná a je uspořádána šikmo k horizontální rovině.
3. 3. Chladící zařízení popela podle nároku 2, vyznačující se tím, že výstup je umístěn v blízkosti podlahy, v její nejnižší vertikální části.
4. 4. Chladící zařízení popela podle nároku 3, vyznačující se tím, že pouzdro je v podstatě obdélníkové a je opatřeno první a druhou protilehlou stranou a třetí a čtvrtou protilehlou stranou, kde první a druhá protilehlá strana je delší než třetí a čtvrtá protilehlá strana.
5. 5. Chladící zařízení popela podle nároku 4, vyznačuj ící se tím, že první a druhá protilehlá strana je alespoň dvakrát delší než třetí a čtvrtá protilehlá strana.

   2000 -
6. 6. Chladiči zařizeni popela podle nároku 5, vyznačující se t i m, že podlaha je skloněna dolů od třetí strany ke čtvrté straně, s průsečíkem podlahy s první a druhou stranou vymezujícím přímky, které jsou šikmé k horizontální rovině.
7. 7. Chladiči zařízeni popela podle nároku 6, vyznačujíc! se tim, že vstup je umístěn v blízkosti třetí strany.
8. 8. Chladiči zařízeni popela podle nároku 7, vyznačujíc! se tim, že chladicí zařízeni popela dále zahrnuje řadu trysek, vystupujících z podlahy.
9. 9. Chladiči zařízeni popela podle nároku 8, vyznačujíc! se tim, že každá z uvedené řady trysek je opatřena hlavou nad uvedenou podlahou, směrujíc! fluidni médium ke čtvrté straně, přičemž popel usazený v uvedeném pouzdru je tímto fluidni médiem, procházejícím těmito tryskami, unášen směrem ke čtvrté straně.
10. 10. Chladiči zařízeni popela podle nároku 9, vyznačujíc! se tim, že pod podlahou je uspořádána řada přívodních kanálků, přivádějících vzduch do uvedeného pouzdra.
11. 11. Chladiči zařízeni popela podle nároku 10, vyznačující se tim, že pouzdro je opatřeno řadou odváděčích kanálků pro odstraňováni plynů z tohoto pouzdra.
12. 14 12. Chladiči zařízení popela podle nároku 4, vyznačující se tím, že první a druhá protilehlá strana je alespoň třikrát delší než třetí a čtvrtá protilehlá strana.