DE1025092B

DE1025092B - Operating procedures for boilers to generate and / or superheat steam

Info

Publication number: DE1025092B
Application number: DEC11862A
Authority: DE
Inventors: Henry John Blaskowski
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1954-11-19
Filing date: 1955-09-24
Publication date: 1958-02-27

Description

Betriebsverfahren für Kessel zur Erzeugung und/oder Uberhitzung von Dampf Die Erfindung befaßt aich mit Kesseln, wie sie für die Erzeugung von Dampf durch Verdampfung von Wasser und für die Überhitzung solchen Dampfes benutzt werden. Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserun eines Verfahrens für die Wärmeübertragung und Wärmeaufnahme in einem solchen Kessel, bei dem die Erzeugung oder Überhitzung des Dampfes durch die Verbreunnung von Brennstoff in einer aufgewirbelten Masse einets aktiven Oxydationskatalysators erfolgt. In modernen Dampferzeugern, besonders in solchem, die in großen öffentlichem Ve'rso'rgungsun. ternehmen aufgestellt werden., umfaßt dor Brennraum des Kessels, in dem der Brennstoff zutr Erzeugung des Dampfes verbrannt wird, einen großen Teil des Kessels. Solch ein Brennraum ist verhätitnismäßig groß und hat oft eine Höhe, dia der eines 10-bis 15stöckigen Gebäudes entspricht. Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, Größe und Kosten solcher Dampferzeuger zu vermindern, indem der Wärmeübergang von der Flamme auf das Arbeitsmittel sowchl im Verdampfungsteil als auch im Uberhitzungste'il das Kessels durch eine aufgewirbelte Masse eines Oxydationskatalysatos vermittelt wird. Ältere Vorschläge beziehen sich auf'die Wärmeaufnahme mit Hilfe aufgewirbelter Massen, durch die die Flüssigkeiten geleitet werden. Das wesentliche Merkmal, solcher älterer Systeme ist jedoch, daß in der aufgewirbelten Masse eine einheitliche Temperatur aufrechterhalten wird, die'bei einem katalysierenden Stoff notwendigerweise gleich oder größer als die Aktiviarungstemperatur des Kata.-lysators sein muß. Die niedrigste Temperatur, mit der die Masse verlassen wM, muß daher mindestens so' groß. sein wie die Aktivierungstemperatuir. Im Gegensatz zu sojchen : Betriebsbedingungen gibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren an, bai dem eine Temperaturdifferenz innerhabl der aufgewirbelten Masse absichtlich herbeigeführt wird. und zwar zwischen einer Stelle, an der der Katalysator aktiv wird,unddemPunkt, an dem die Verbrennungsprodukte des Brennstoffes die Masse verlassen. Auf diese Weise wird eine optimale Wärmemenge auf das Wasser oder den Dampf übertragen, so'daß sich ein guter Wirkungsgrad des Kessels ergibt. Gleichzeitig wird aber auch dar Umfang der aufgewirbelten Masse in praktisch brauchbaren Grenzen gehalten.Operating procedures for boilers for the production and / or overheating of Steam The invention is also concerned with boilers such as those used for the production of steam by evaporation of water and for the superheating of such steam. The invention relates to improving a method for heat transfer and heat absorption in such a boiler, in which the generation or overheating of steam through the dispersion of fuel in a fluidized mass an active oxidation catalyst takes place. In modern steam generators, especially in such a way that in great public excitement. companies are set up., includes the combustion chamber of the boiler in which the fuel is used to generate the steam a large part of the boiler is burned. Such a combustion chamber is relative tall and often as high as that of a 10 to 15 story building. The present invention addresses the size and cost of such steam generators to reduce by the heat transfer from the flame to the working fluid sowchl in the evaporation part as well as in the overheating part the boiler by a whirled up Mass of an oxidation catalyst is conveyed. Older suggestions relate auf'die heat absorption with the help of whirled up masses through which the liquids be directed. The essential feature of such older systems, however, is that a uniform temperature is maintained in the fluidized mass, die'in a catalyzing substance necessarily equal to or greater than the Activation temperature of the catalyst must be. The lowest temperature with who leave the mass wM, must therefore at least as' big. be like the activation temperature. In contrast to sojchen: operating conditions enter the present invention Process where there is a temperature difference within the whirled up mass intentionally brought about. namely between a point where the catalyst becomes active, and the point at which the combustion products of the fuel mass leaving. This way an optimal amount of heat is applied to the water or the Transfer steam, so that there is a good efficiency of the boiler. Simultaneously but the extent of the thrown up mass is also within practically usable limits held.

Schließlich kann man aJs Katalysator ein Material verwenden, das im Handet erhältlich und dessen Verwendung wirtschaftlich gerechtfertigt ist.Finally, a material can be used as a catalyst which is in the Handet available and its use is economically justified.

Gemäß dar Erfindung werden Brennstoff-und Luftzufuhr so geregelt, daß einerseits die im Verbrennungsraum vorhandend, wenigstens teilweise aus Partikeln eines Oxydationskatalysators bestehende Masse aufgewirbelt wird, daß aber andererseits die vollständige Oxydation des Brennstoffes nur in einer Zone eintritt,diekleiner ist a. ls die Zone zwischen. According to the invention, fuel and air supply are regulated in such a way that that on the one hand those present in the combustion chamber, at least partially from particles an oxidation catalyst existing mass is whirled up, but that on the other hand the complete oxidation of the fuel occurs only in a zone which is smaller is a. ls the zone between.

Brennstoffzuführu. ngsstelle und der Stelle, an der die Oxydationsprodukte aus dsr Masse austreten.Fuel supply ngsstelle and the place where the oxidation products emerge from the mass.

Außerdem kann das Arbeitsmittel bei indirekter Wärmeübertragung mindestens teilweise, und zwar vorzugsweise ! im Gegenstrom außerhaJb d'er katalytischen Oxydationszone hindurchgeführt werden. In addition, with indirect heat transfer, the working medium can at least partially, and preferably! in countercurrent outside the catalytic oxidation zone be passed through.

Diese Maßnahme unterstützt das Zeil der Erfindung, die Oxyda.tionazctieaufeinerTemperaturzwischen der Aktivierungs- und Deaktivierungstemperatur des Kata, lysators zu halten.This measure supports the aim of the invention, the oxidation activity at a temperature between to maintain the activation and deactivation temperature of the catalyst.

Der Ernndungsgegenstand wird nunmehr in ; einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung biseschrieben. Die Zeichnung stellt eine schematische Ansicht eines Kessels zur r Dampferzeugung und Überhitzung dar. The subject of the request is now in; one embodiment written on the basis of the drawing. The drawing represents a schematic view of a boiler for the generation of steam and overheating.

Eine trom. melartige Kammer 10 enthält eine Masse 11 von gesonderten Partikeln eines aktiven Oxydationskatalysators. Es ist nicht erforderlich, daß die Masse vollständig aus dem bevorzugten Oxydationskatalysator'besteht. Sie'kann auch andere, weniger aktive Katalysatoren enthalten oder sogar in einzelnen Fällen eine gewisse Menge inaktiven Materials zusätzlich zu, dem aktiven Katalysator. Der Brennstoir wird'durch die Leitung 12 zugeführt und diurch Düsen 14 in die aufgewirbelte Masse eingespritzt. A trom. Mel-like chamber 10 contains a mass 11 of separate Particles of an active oxidation catalyst. It is not necessary that the The mass consists entirely of the preferred oxidation catalyst. You can too contain other, less active catalysts, or even in individual cases one some amount of inactive material in addition to the active catalyst. The fuel can is' fed through line 12 and through nozzles 14 into the fluidized mass injected.

Ein Teil dar für die Verbrennung erforderlichen.Part of it is necessary for incineration.

Luft kann ebenfalls durch : die Leitung 12 zugeführt werden, vorzugsweise wird aber mindestens ein Teil der Zweitluft für die Verbrennung durch einen, Windkanal 16 unterhalb der Masse zugeführt. Der Oxydationskatalysator, aus dem die Masse besteht, ist eine Substanz, die die Reaktion eines oxydationsfähigen Materials, wie z. B. Öl, Gas oder Kohle, mit Sauersotff unterstützt, ohne selbst durch den Prozeß verändert z u werden. Dies'sr Oxydationskatalysator bewirkt vollständige Verbrennung der erwähnten Breennstoffe und ist dazu geeignet, die optimalen Heizwerte auszulösen.Air can also be supplied through: line 12, preferably but at least part of the secondary air is used for combustion through a wind tunnel 16 fed below the mass. The oxidation catalyst, the end which the mass is made up of is a substance that is the reaction of an oxidizable Materials such as B. oil, gas or coal, supported with Sauersotff without even to be changed by the process. This oxidation catalyst works completely Combustion of the mentioned fuels and is suitable for the optimal calorific values trigger.

Soweit die Erfindung auf Kessel zur Erwärmung von Wasser und zur Erzeugung bzw. zur Uberhitzung von Dampf gerichtet ist, wird die Wärme aufnehmende Fläche, die mit 20 bezeichnet ist, in die Masse eingebettet. Als Heizfläche werden wie üblich Heizschlangen verwendet, die durch Kopfleitungen 23 und 25 miteinander verbunden sind. Durch die Einla. B. leitung23 wird Wasser mit Hilfe einer Pumpe 22 zugeführt. Am. Auslaßende 24 der Heizschlangen wirdheißesWasser,Sattdampfoderüberhitzter Dampf mit Hilfe der Auslaßleitungen 25 abgenommen und irgendeinem VerbTaucbar zugeführt. As far as the invention on boilers for heating water and for Generation or overheating of steam is directed, the heat is absorbing Area, which is designated by 20, embedded in the mass. Be used as a heating surface As usual, heating coils are used, which are connected by headers 23 and 25 to one another are connected. Through the inlet B. line23 is water with the help of a pump 22 supplied. At the. Outlet end 24 of the heating coils becomes hot water, saturated steam, or superheated Steam removed by means of the outlet lines 25 and supplied to any VerbTaucbar.

Wie dargestellt, erstreckt sich die Heizfläche 20 innerhalb der Masse etwa vom oberen Ende t bis zu einem. Punkt abwärts, d'er knapp oberhalb der Stelle f liegt, an der dor Brennstoff zugefiihirt wird. Die Erfindung ist je. doch bestrebt, die Heizfläche auch in den u. nteren Teil der lVIasse zu verlegen. Brennstoff und Erstluft werden der Masse an der Stelle f durch die Leitu, ng 12 zugeführt, während beiße Zweitluft vonf dem Windkana, l 16 aus zugeführt wird. Die Zufuhr wird so geregelt, daß die Masse-wie bei Katalysationsverfahren üblich - aufgewirbelt gehalten wird, aber in einem solchan Verhältnis zu der Aktivität des benutzten Katalysabionsmaterials, d. aß vollständige Oxydation in einer Zone A erzeugt wird, deren Höhe kleiner ist als die Hohe.Sder Massezwischen,derStelle/, an der der Brennstoff zugeführt wird, und der Stelle t, an der die Oxydationsprodukte die Masse verlassen. As shown, the heating surface 20 extends within the mass approximately from the top t to a. Point downwards, d'er just above the point f lies at which the fuel is supplied. The invention is ever. but endeavoring to lay the heating surface in the lower part of the lVIasse. Fuel and First air is supplied to the mass at point f through the duct 12, while bite second air is supplied from the wind channel l 16. The supply is regulated in such a way that that the mass - as usual in catalytic processes - is kept whirled, but in such a relation to the activity of the used catalyst material, d. ate complete oxidation is produced in a zone A, the height of which is smaller as the height of the mass between the point / at which the fuel is supplied, and the point t where the oxidation products leave the mass.

Als »aktive Katalysatoren« können Verbindungen dienen, vondenen zur Oxydation des Brennsto. nes nich. t zu große Mengen benötigt werden und die ein, en nicht übermäßigenAnteileinesreinenKatalysators enthalten. Es sei bamerkt, daß diese Bedingungen Voraussetzung für die praktische Anwendbarkeit katalytischen Materials in Großleistungskesseln sind. Diese Katalysatoren bewirken auch die Oxydatic'n. des als Brennstoff verwendeten Öles, Gases oder der Kchle bei Temperatu, ren in oder außerhalb der Entflammbarkeit des Brennsto. ff-Luft-Gemisches, das. d'er Masse bei Temperaturen zugeführt wird, die gewöhnlich kleiner sind als die Zündtemperatur des Brennstoffes. Solche aktiven Oxydationskatalysatoren sind Verbindungen von Aluminium, Beryllium, Zirkonium, Thorium usw., die alle in aktiver Form verwendet werden. Sie werden mit einem kleineren Betrag von feinverteiltem Metall, z. B. von Platin, Palladium, Silber, Kupfer, Chrom, Kobalt, Nickel, versetzt. Statt einzelner Metalle können auch Mischungen oder Legierungen davon verwendet werden. Diese Metalle worden aber hier nur beispielsweise erwähnt. Compounds from which to Oxidation of the fuel. no not. t too large quantities are required and the one Do not contain excessive amounts of pure catalyst. It should be noted that these conditions are a prerequisite for the practical applicability of catalytic material are in large-capacity boilers. These catalysts also cause the oxidatics. of the oil, gas or oil used as fuel at temperatures in or outside the flammability of the fuel. ff-air mixture, the. d'er mass is supplied at temperatures which are usually less than the ignition temperature of the fuel. Such active oxidation catalysts are compounds of aluminum, Beryllium, zirconium, thorium, etc., all of which are used in active form. she are treated with a smaller amount of finely divided metal, e.g. B. of platinum, palladium, Silver, copper, chromium, cobalt, nickel, offset. Instead of individual metals, you can mixtures or alloys thereof can also be used. These metals have been though only mentioned here as an example.

DurchdieVerwendungeinessolchenaktiven Oxydationskatalysators. der die vollständige Verbrennung des Brennstoffes in der Zone A ermöglicht. die weniger Raum einnimmt als die ganze Masse oberhalb, der Stelhe f, ist es möglich, die vom verbrannten Brennstoff aufgenommene Wärmemenge zu erhöhen. Dies ergibt sich daraus, daß eine Temperaturdifferenz zwischen der Stelle f bzw. der ZoneS und der Stelle t erreicht wird. an der die Verbrennungsprodukte die Masse verlasen. Diese Temperaturdifferenz wird dadurch erreicht, daß die Oxydation des Brennstoffes in der Zonez im unteren Teil der Masse erfolgt, während die Wärmeabsorbtion durch'die Heizschlangen 20 aus den Verbrennungsprodukten dann erfolgt, wenn sid die Masse 11 oberhalb der Zonedurchströmen, in der der größere Teil der Heizfläche untergebra. cht ist. Da der Katalysator aktiv ist, braucht nicht die ganze Masse 11 die Aktivierungstemperatur zu besitzen. Daher ergeben sich die Austrittstemperaturen bie t mit der voltständigen Verbrennung. Als Ergebnis dieser Temperaturd. ifte. renz, die in. der aufgewirbelten Masse erzeugt wird, kans, eine größere Wärmemenge von dem in der Masse verbrannten Brennstoff aufgenommen werden, als man bisher für möglich gehalten hätte. Daraus ergibt sich auch, daß eine größere Wärmemenge vom Brennstcfi der Flüssigkeit in. den Heizschlangen 20 zugeführt wird. Entsprechendes gilt für die Verdampfung und Überhitzung, Bei Benutzung eines Katalvsators von verhältnismäßig hoher Aktivität wird die Heiznäche. 20 so angeordnet, daß ein wesentlicher Teil davon sich außerhalb der Zone A befindet, in der die vollständige Verbrennung des Brennstoffes. erfolgt. Die Heizfläche ist von selcher Größe bzw. Wärmeaufnahmefähgikeit und ist vorzugsweise in der Masse so angeordnet, da. ß eine möglichst große Temperaturdifferenz zwischen der unteren Begrenugsfäche der Masse und der eberen Begrenzungsfläche entsteht, und zwar für eine bestimmte Partikelgröße bestimmter Aktivität. Die Heizfläche 20 wird so bemessen, daß in der ZcMe eine Temperatur zwischen der Aktivierungs-und Zerstörungstemperatur des Katalysators aufrechterhalte. n svird, z. B. in dem Temperaturbereich zwischen 1200 und 1800° F (633 und 968° C). By using such an active oxidation catalyst. the enables complete combustion of the fuel in zone A. the less Occupies space than the whole mass above, the stand f, it is possible that of the burned fuel to increase the amount of heat absorbed. This results from that a temperature difference between the point f or the ZoneS and the point t is achieved. at the Combustion products leave the mass. This temperature difference is achieved that the oxidation of the fuel in the zonez in the lower Part of the mass takes place while the heat is absorbed through the heating coils 20 the combustion products occurs when the mass 11 flows through above the zone, in which the greater part of the heating surface is housed. is right. Because the catalyst is active is, the entire mass 11 does not need to have the activation temperature. Therefore the outlet temperatures result from full combustion. As a result of this temperature d. ifte. rence generated in the thrown-up mass becomes, kans, a greater amount of heat from the fuel burned in the mass be included than would previously have been thought possible. This results in also that a greater amount of heat is removed from the fuel of the liquid in the heating coils 20 is supplied. The same applies to evaporation and overheating, Bei Using a catalyst of relatively high activity will increase the heating surface. 20 arranged in such a way that a substantial part of it is outside zone A, in which the complete combustion of the fuel. he follows. The heating surface is of the same size or heat absorption capacity and is preferably in bulk so arranged there. ß as large a temperature difference as possible between the lower Limiting area of the mass and the higher boundary surface arises, namely for a certain particle size certain activity. The heating surface 20 is dimensioned so that in the ZcMe a temperature between the activation and destruction temperature of the catalyst. n svird, e.g. B. in the temperature range between 1200 and 1800 ° F (633 and 968 ° C).

Eine Temperaturdifferenz zwischen der Verbrennungszone und dem oberen Ende der Ma. sso kann dadurch sichergestellt werden, daß die zu erwärmende Flüssigkeit, z. B. Sattdampf, am oberen Ende der @ Masse zugeführt und dieser als überhitzter Dampf vom unteren Ende der Masse abgenommen, wird. A temperature difference between the combustion zone and the upper one End of ma. This ensures that the liquid to be heated z. B. Saturated steam, fed at the upper end of the @ mass and this as overheated Steam is removed from the bottom of the mass.

Abgesehen von dem Vorteil des heberen Wärmeüberganges, der in der aufgewirbelten Masse auf diese Weise gegenüber früheren Vorschlägen erreicht wird, wird bei Anwendung der Erfindung auch die Greffe der Kessel bei gleicher Leistung beträchtlich vermindert. Die erforderliche Menge des katalytiscben Materials hälft sich dabei in brauchbaren Grenzen und enthält als brauchbare Katalysatoren handelsübl, iche Stoffe. Apart from the advantage of the higher heat transfer that occurs in the thrown up mass is achieved in this way compared to previous proposals, If the invention is used, the greffe of the boiler with the same output is also used considerably reduced. Half the required amount of the catalytic material is within usable limits and contains commercially available catalysts as usable esche fabrics.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Betriebsverfa. listen for boilers for production and / or overheating of steam, preferably of water vapor, characterized by such a regulation of fuel and air supply, there. ß on the one hand one in the combustion. ungsraum existing mass, which at least partially from individual particles of a Oxidation catalyst consists, is whirled up, but that on the other hand the complete Oxidation of the fuel occurs only in a zeon (A) which is smaller than the zone (B) between the fuel supply point (f) and the point at which the oxidation products emerge from the mass.

2. Operating method according to claim 1, characterized in that Heat absorbing Medium with indirect heat transfer, at least partially pushed through the mass outside the catalytic oxidation zone will to dadu. rch the oxidation zone on a tempera, tu. r between the activation un. d to keep the deactivation temperature of the catalyst.

3. Operating procedure according to claims or 2. characterized, that between the vierungszone (A) of the catalyst and the point (t) where the oxidation products emerge from the mass, a temperature difference of 100 ° F (38 ° C) and above is maintained.

4. Operating method according to claim 1 or 2, characterized in that that the heating and / or overheating in countercurrent with the supply of fuel he follows.