DE3787535T2

DE3787535T2 - Kessel mit fluidisiertem Bett und Verfahren zu dessen Regelung.

Info

Publication number: DE3787535T2
Application number: DE87100740T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Higo; Naoki Inumaru; Hajime Kawaguchi; Shigeru Kosugi; Takahiro Ohshita
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1986-01-21
Filing date: 1987-01-20
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2007-01-21
Also published as: DK172588B1; EP0230309B1; FI870247A; ES2046179T3; KR960000486B1; FI870247A0; AU585425B2; KR870007411A; CN87100380A; CN1014089B; FI90138B; DK26987A; FI90138C; AU6785187A; DK26987D0; DE3787535D1; EP0230309A2; CA1285375C; US4823740A; US4938170A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, um einen Kessel mit fluidisiertem Bett zu steuern, und auf einen solchen Kessel mit einem fluidisierten Bett, um thermische Energie wiederzugewinnen.
Thermische Reaktoren des Typs mit fluidisierten Bett sind als für die Beseitigung von städtischem Abfall oder ähnlichem geeignet zu sein, bekannt geworden, genau so wie für das Verbrennen einiger Arten von Verbrennungsstoffen so wie Kohle, Petroleumkoks, etc., wobei solche Verbrennungsstoffe relativ geringe Verbrennungsraten aufweisen.
Unter den einigen Versionen solcher Reaktoren, die entwickelt wurden, ist es ebenfalls bekannt, daß der eine, der ein zirkulierendes fluidisiertes Bett eingebaut hat, sehr wirksam für die Betriebsarten, auf die oben Bezug genommen wurde, ist. Zum Beispiel ist ein Reaktor dieses Typs, in dem ein fluidisiertes Medium innerhalb der Fluidisierungskammer einer Zirkulation unterworfen ist, in den US-Patenten Nr. 4,419,330 und 4,452,155 offenbart.
In Reaktoren, wie zum Beispiel dem obigen, sind Diffusionsmittel angeordnet, um eine Differenz in dem fluidisierten Gas, das aufwärts in Richtung des Mediums geblasen wird, zu produzieren, wobei das Medium in einem Teil oberhalb der Diffusionsmittel stärkerer Fluidisierung unterworfen ist als ein anderer Teil. Auf diese Weise wird das Medium als ganzes veranlaßt, einen zirkulierenden oder wirbelnden Mode oder Modus innerhalb der Fluidisierungskammer auszuüben. Mit anderen Worten wird es in dem oben erklärten Fluidisierungsbett eine Zone geben, in der die Fluidisierung relativ stark ist und das Medium dazu neigt, sich aufwärts zu bewegen, eine andere Zone, in der die Fluidisierung relativ schwach ist und das Medium dazu neigt, abzusteigen relativ zu der anderen Zone und die Fluidisierung stärker ist und, an den oberen und unteren Teilen dieser Zonen neigt das Medium in den jeweiligen Teilen dazu, sich seitlich zu der anderen der zwei Zonen zu bewegen. Auf diese Weise wird eine Zirkulation des Bettes in der Gesamtheit bewirkt. Diese Zirkulation wird ebenfalls ausgeführt, durch das Vorsehen von Ablenkungsmitteln, die zwischen einem freier Bereich und der Fluidisierungskammer des Reaktors vorgesehen sind.
Der Reaktor des Typs, auf den oben Bezug genommen wurde, weist überlegenere Effekte auf. Zum Beispiel wird ein Vorzerkleinerungs- oder Vorzerschneidungsbetrieb unnötig gemacht in dem Fall der Verwertung von städtischem Müll oder ähnlichem, und sogar relativ leichte Materialien können innerhalb des Fluidisierungsbettes mitgezogen werden aufgrund des Vorhandenseins der herabsteigenden Zone, so daß solche leichten Materialien wirksam innerhalb des Bettes verbrannt werden können, ohne nur an der Oberfläche des Bettes verbrannt zu werden. Jedoch in Fällen, in denen das Volumen der Objekte, die verwertet oder verbrannt werden sollen, oder der von demselben abgeleiteten Heizwert variiert, kann das Fluidisierungsmedium manchmal über ein vorherbestimmtes Temperaturlimit, zum Beispiel 800 ºC, überhitzt werden. Sollte ein solches Überhitzen auftreten, wurde dann das Medium zusammengesintert werden aufgrund des möglichen Vorhandenseins von Alkalimetallen oder ähnlichen, wodurch Klinker oder Brocken erzeugt werden oder sie dazu veranlassen, an Teilen des Reaktors zu kleben, so daß der Betrieb des Reaktors sich verschlechtert oder ein Stadium erreicht, in dem er angehalten werden muß. Dementsprechend ist es Praxis gewesen, bei solchen Gelegenheiten Wasser auf das Medium zu sprühen, um seine Temperatur zu verringern. Deshalb wird in diesem Falle die thermische Energie einfach verloren, ohne profitabel ausgenutzt zu werden. Falls ein Versuch gemacht wird, um solche thermische Energie wiederzugewinnen, indem man einen Wärmeaustauscher, wie zum Beispiel einen, der aus einer Vielzahl von Röhren oder Rohren besteht, in denen Luft oder Wasser zirkuliert, bereitstellt, wird die Fluidisierung dadurch behindert werden und die Röhren werden Abschürfungen unterworfen oder leicht korridieren.
Einige Versuche sind gemacht worden, um solche thermische Energie wieder zu gewinnen, wie zum Beispiel, was in der EP-A-0092622 offenbart wurde, in der eine Energiewiedergewinnungskammer neben einer Hauptfluidisierungskammer angeordnet ist. Die offenbarte Vorrichtung wird benutzt, um einen Teil des fluidisierten Mediums über eine vertikale Unterteilungswand der Energiewiedergewinnungskammer einzuspeisen; jedoch wird die Temperatur des Anteils des Mediums, der in Richtung der Wiedergewinnungskammer eingespeist wurde, nicht wirksam erhöht, weil aufwärts in die Fluidisierungskammer bewegt wird, ohne Zirkulation und Vermischen in einem wesentlichen Maße mit dem Medium in der Hochtemperaturzone des Fluidisierungsbettes und wird dann in die Wiedergewinnungskammer eingespeist, in der seine Temperatur erniedrigt wird. Wenn solch ein Medium in das Hauptfluidisierungsbett zurückgeführt wird, wird seine Temperatur nicht wesentlich erhöht auf Grund des oben beschriebenen Phänomens.
Weiter sind konventionelle Fluidisierungsbettreaktoren nur durch Unterbrechungsbetrieb gesteuert worden.
Die US-A-3,921,590 bezieht sich auf eine Fluidisierungsbettverbrennungsvorrichtung, die ein erstes und zweites fluidisiertes Bett benutzt, die durch eine vertikale Unterteilungswand getrennt sind. Ausreichendes Bettmaterial wird zwischen den beiden Betten übertragen, um die Betriebstemperatur des Materials des ersten Bettes auf ein gewünschtes Niveau anzuheben oder abzusenken, d. h. ein Betrag von kälterem Bettmaterial wird aus dem zweiten Bett über die Unterteilung in das erste Bett gedrängt.
Das Strömungsmittel in einem Wärmetauscher kann für Stromerzeugung benutzt werden.
Die GB-A-1 604 314 bezieht sich auf einen fluidisierten Bettverbrenner, der eine geneigte Prall- oder Umlenkplattenstruktur benutzt, die eine Kammer mit Wärmetauscherröhren definiert, und Bettmaterial enthält, das nicht fluidisiert wird.
Die US-A-4 528 945 bezieht sich auf einen Kessel, der in einem Bett eine im wesentlichen vertikale Unterteilungsplatte benutzt. Erste und zweite Bettmittel liefern Gas an die Diffusoren, die auf verschiedenen Niveaus angeordnet sind. Nachdem das Bett seine normale Betriebstemperatur erreicht hat, wird Luft durch die zweiten Einspeisungsmittel zugeführt durch die Platten in solche Teile des Bettes, durch die sich die Wärmetauscherröhren erstrecken. Die Rate des Wärmetransfers an die Röhren wird variiert, indem man die Rate mit der fluidisierte Luft an diese Teile des Bettes geliefert wird, variiert. Eine Dampfdruck abtastende Einrichtung tastet den Druck des Dampf es in einer Dampftrommel ab und ein Ausgangssignal dieser Einrichtung wird benutzt, um die zweiten Einspeisungsmittel in einer solchen Art zu steuern, daß die Rate des Wärmetransfers an die Röhren variiert ,wird, um den Druck des Dampfes ungefähr konstant aufrechtzuerhalten. Dieser Kessel verläßt sich auf das sich aufwärts bewegende fluidisierte Material über die zweiten Einspeisungsmittel.
Demgemäß ist es gewünscht worden, einen Reaktor zu haben, der nicht solche oben diskutierten Nachteile des Standes der Technik besitzt und anstatt dessen am wirksamsten die in dem Reaktor erzeugte Wärmeenergie ausnutzt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Wärmereaktor, der frei von den oben beschriebenen Nachteilen ist, zur Verfügung zu stellen.
Es ist deshalb ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen thermischen Reaktor zur Verfügung zu stellen, in dem ein Überhitzen des Fluidisierungsmediums wirksam verhindert wird und in dem die thermische Energie wirksam wiedergewonnen wird, ohne daß Klinker erzeugt wird.
Die obigen Ziele werden erreicht gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Verfahren, wie in Anspruch 1 beansprucht wurde und einen Kessel mit fluidisiertem Bett, wie er in Anspruch 23 beansprucht wurde. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines thermischen Reaktors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Teiles des Reaktors, der in Fig. 1 gezeigt ist, entlang der Richtung II-II in Fig. 1;
Fig. 3 zeigt den Betrag des fluidisierten Mediums, der durch eine thermische Energiewiedergewinnungskammer zirkuliert und zwar unter der Veränderung der Fluidisierungsgasströmung;
Fig. 4 zeigt eine Variation in der Abstiegsrate des fluidisierten Mediums in der thermischen Energiewiedergewinnungskammer;
Fig. 5 zeigt Kurven, die den "Wärmeübertragungsgesamtkoeffizienten" und die "Abriebraten" einer Wärmeaustauscherröhre darstellen;
Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht einer thermischen Energiewiedergewinnungskammer, die in Fig. 1 gezeigt ist,
Fig. 6A ist eine Ansicht, entlang der Richtung VIa-VIa, in Fig. 6;
Fig. 7 ist ein Wärmereaktor der in der Form eines Tandemtyps konstruiert wurde gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist eine modifizierte schematische Darstellung eines Wärmereaktors gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine Trennwand durch Wasserröhren getragen wird;
Fig. 8A ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig. 8;
Fig. 9 ist eine versetzte oder gestaffelte Anordnung der Wasserröhren, die in Fig. 8A gezeigt sind;
Fig. 10 ist eine weitere Abänderung von dem, was in Fig. 8 gezeigt ist;
Fig. 11a, 11b und 11c zeigen Variationen des Diffusors;
Fig. 12A, 12B und 12C zeigen den Trend von Veränderungen in dem Fluidisierungsgas entsprechend der Anordnung, die in den Fig. 11A, 11B bzw. 11C gezeigt ist;
Fig. 13 zeigt die Wärmeübertragung, die in den in Fig. 6 und 11C gezeigten Anordnungen stattfindet; und
Fig. 14A und 14B zeigen die Installation von Schutzgliedern für die Wasserröhren.
Nun wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in der schematisch ein erfindungsgemäßer thermischer Reaktor 51 dargestellt ist. Dieser Reaktor 51, der einen rechteckigen horizontalen Querschnitt besitzt, ist gezeigt im Gebrauch mit einem Kessel 67 zu sein. Innerhalb des Reaktors 51 ist ein Diffusor 52 vorgesehen an dem unteren Teil des Reaktors und der Diffusor 52 ist an eine unter Druck stehende Gasquelle gekoppelt sowie zum Beispiel ein Gebläse 57 und zwar durch eine Leitung 53, so daß ein fluidisiertes Gas von dem Diffusor 52 aufwärts geblasen werden kann, um ein fluidisiertes Medium über dem Diffusor 52 zu fluidisieren innerhalb eines unteren Teils des Reaktors.
Um ein zirkulierendes Fluidisierungsbett zu produzieren, unter Beibehaltung der charakteristischen Merkmale, die in den Spezifikationen der oben erwähnten US-Patente offenbart wurden, in dem Teil, der sich auf den Hintergrund der Erfindung bezieht, ist der Diffusor 52 vorzugsweise mit einer Vielzahl von geteilten Gaskammern 54, 55 und 56 ausgestattet, so daß die Massenströmung des fluidisierten Gases, das von diesen Kammern aufwärts eingeflößt wird, verschieden reguliert werden kann. Ebenfalls sind Unterteilungswände 58 vorgesehen oberhalb des Diffusors 52. Die Unterteilungswände sind nebeneinander beabstandet von den Seitenwänden des Reaktors 51 angeordnet und haben jeweils einen Teil, der aufwärts und nach innen geneigt ist. Der Grad der Neigung ist vorzugsweise im dem Bereich von 10º bis 60º relativ zum Horizont. Mit dieser Anordnung des Diffusors 52 und der Unterteilungswände 58 gilt, daß wenn das Gas oder Luft aufwärts injiziert wird, in solch einer Art, daß es stark aufwärts in die gegenüberliegenden Endkammern 54 und 56 geblasen wird, während es relativ sanft in die Mittelkammer 55 aufwärts geblasen wird, wird das fluidisierte Medium veranlaßt, im wesentlichen zwei zirkulierende Zonen A und B zu produzieren, die zirkulierende Strömungen in entgegengesetzte Richtungen, wie durch die Pfeile angezeigt wird, besitzen. Dies gilt, weil das fluidisierte Medium ziemlich heftig aufwärts geblasen wird von dem Gas, das von den Kammern 54 und 56 injiziert wird und durch die Unterteilungswände 58 nach innen abgelenkt wird, während das Medium oberhalb der Kammer 55 ziemlich schwach aufwärts geblasen wird im Vergleich mit den Anteilen, die von dem Gas von den Kammern 54 und 56 aufwärts geblasen werden und das Gesamtverhalten des Mediums ist so, daß das Medium oberhalb der Kammern 54 und 56 sich aufwärts bewegt, während es unter Fluidisierung steht durch die sich bildenden aufsteigenden Betten und das Medium der aufsteigenden Betten wird nach innen abgelenkt durch die nach innen geneigten Teile der Unterteilungswände 58. Dieses nach innen geleitete oder gelenkte Medium, zusammen mit dem Medium oberhalb der Kammer 55 neigt dazu, abzusteigen unter der relativ schwachen Fluidisierung, um ein herabsteigendes Bett zu bilden unter relativ schwacher Fluidisierung und das Medium an der Unterseite des absteigendes Bettes wird gegen die Unterseiten der aufsteigenden Betten geleitet. So werden die Materialien, die verbrannt werden sollen, in dem absteigenden Bett darin mitgezogen auf Grund des Vorhandenseins von entgegengesetzt zirkulierenden Zonen A und B, die das Mitziehen von solchen Materialien absichern, die leicht sind und solche Kategorien, die normalerweise nur abgetrennt und an der Oberfläche des Fluidisierungsbettes verbrannt werden. Folglich kann die latente thermische Energie solcher leichten Materialien ebenfalls benutzt werden, um die Temperatur des Fluidisierungsbettes zu erhöhen. Geeignete Massenströmungen des Fluidisierungsgases von jeder der Kammern 54, 55 und 56, die fähig sind, effektiv solche zirkulierenden fluidisierungte Betten in den zwei Zonen A und B zu verursachen, sind zum Beispiel 4 bis 20 Gmf oder bevorzugter 6 bis 10 Gmf von den Kammern 54 und 56; und 0,5 bis 3 Gmf, bevorzugter 1 bis 2,5 Gmf von der Mittelkammer 55 (wobei 1 Gmf eine Anzeige der Massenströmung des Fluidisierungsgases für eine minimale Fluidisierung eines Bettes anzeigt - d. h. gerade nach der Anfangsbedingung). Die Anzahl der Kammern in dem oben erklärten Ausführungsbeispiel ist drei, nämlich 54, 55 und 56; jedoch ist die Anzahl der Kammern nicht auf drei beschränkt und weitere Kammern können vorgesehen sein, die erforderlich sind, um wirksam aufsteigende Betten zu erzeugen benachbart zu den Seitenwänden des Reaktors und die absteigenden Betten zwischen den aufsteigenden Betten in einer zirkulierenden Art und Weise. Aufwärts strömendes Gas von den oberen Enden der geneigten Unterteilungswände 58 strömt durch die obere Oberfläche des fluidisierten Bettes entlang mit dem mitgeführten fluidisierten Medium. In diesem Fall führt die Gasströmung einen größeren Betrag von fluidisiertem Medium mit als mit nicht geneigten Unterteilungswänden. So wird ein größerer Betrag von fluidisiertem Medium in eine thermische Wiedergewinnungskammer gefördert.
Die Beziehung zwischen der Gasströmung und dem Betrag des so geförderter fluidisierten Mediums ist in Fig. 3 der Zeichnungen gezeigt. Ein Anwachsen des Betrages von gefördertem fluidisiertem Medium erhöht den maximalen Betrag von thermischer Energie, die wiedergewonnen werden soll und erleichtert ebenfalls die thermische Energiewiedergewinnung.
Unterschiedlich zum Reaktor nach dem Stand der Technik, wird an der Seite von jeder der Unterteilungswände 58 und gegenüber den Zonen A und B, eine Kammer 59 gebildet durch die Unterteilungswand selbst, die Seitenwand des Reaktors und einer Prallplatte 50, die in einem unteren Teil dieser Kammer 59 vorgesehen ist. Es sollte beachtet werden, daß die Prallplatte 50 und das untere Ende der Unterteilungswand 58 angeordnet sind, um voneinander auseinandergehalten zu werden mit einer Lücke oder einem Zwischenraum 63 dazwischen, so daß das fluidisierte Medium frei durch diese Lücke passieren kann und die Prallplatte 50 dient dazu, das Medium davon abzuhalten, abgelenkt zu werden, wie zum Beispiel nach außen entladen bzw. abgegeben zu werden. Das Vorsehen der Kammer 59 ist einer der Kernpunkte der vorliegenden Erfindung; sie wird als eine thermische Energiewiedergewinnungskammer benutzt, in die ein Teil des Fluidisierungsbettes unter Fluidisierung gelenkt wird. Innerhalb der Kammer 59 wird ein Wärmeaustauscher, der aus einer thermisch leitenden Röhre 65 besteht, so angeordnet, um durch die Leitungen 64 gekoppelt zu sein mit zum Beispiel einer oberen Rohrverbindung oder Verteilung und einer unteren Rohrverbindung oder Verteilers des Kessels 67, wie schematisch in Fig. 2 gezeigt ist, und die Wärmeaustauscherröhre 65 gewinnt die thermische Energie wieder aus dem erhitzten fluidisierten Medium, das durch die Kammer 59 strömt mittels eines Strömungsmittels, wie zum Beispiel Wasser, das von einer Pumpe 73 veranlaßt wird, durch die Röhre 65 zu strömen. Die Position oder Stellung der Unterteilungswände 58 ist so angeordnet, daß das fluidisierende Gas, das vom Diffusor 52 injiziert wurde, nicht in die Kammer 59 eintreten kann, und um jede Möglichkeit zu verhindern, daß das Medium, das in die Kammer geleitet wurde, innerhalb der Kammer ohne Bewegung bleibt, was den effektiven Wärmeaustausch hemmen würde. Um eine solche Möglichkeit zu vermeiden und um eine richtige Bewegung des Mediums innerhalb der Kammer 59 zu versichern, ist ein Hilfsdiffusor 62 oberhalb der Prallplatte 50 angeordnet und eine geeignete unter Druck gesetzte Gasquelle wie zum Beispiel ein Gebläse 60 ist mit dem Diffusor durch eine Leitung 61 verbunden. Der Diffusor ist vorzugsweise genügend ausgedehnt, damit das Gas in die Kammer 59 über die gesamte Fläche des Querschnitts der Kammer 59 geblasen wird. Mit dem Gas, das von dem Diffusor 62 zur Verfügung gestellt wird, bewegt sich das Medium, das in die Kammer 59 geleitet wurde, nach unten, entweder periodisch oder kontinuierlich, in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung der zirkulierenden Zonen A und B. Das Medium, das auf diese Weise nach unten bewegt wurde, passiert oder geht durch die Lücke 63 zwischen der Prallplatte 50 und der Unterteilungswand 58 und taucht in die zirkulierenden Zonen A und B ein, wodurch ein gewisses Volumen des Mediums, das in den Zonen A und B erhitzt wird, ständig in die Kammern 59 eingespeist wird und durch sie hindurch passiert.
Das fluidisierte und durch die thermische Energiewiedergewinnungskammern 59 zirkulierte Medium ist abhängig und gesteuert durch den Betrag des Gases, der durch den Hilfsdiffusor 62 eingespeist wurde, und die Massenströmung von den geteilten Kammern des Diffusors 52. Besonders von denen, die die aufsteigenden Betten produzieren, nämlich den Kammern 54 und 56 in dem Fall des Ausführungsbeispiels, das in Fig. 1 gezeigt ist. Eine Variation in dem Betrag von fluidisiertem Medium relativ zu der Massenströmung von dem Diffusor 52 und dem Hilfsdiffusor 62 ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Wie man der Fig. 3 entnimmt, steigt das Volumen des fluidisierten Mediums an, wenn der Massenstrom des fluidisierenden Gases, das von dem Diffusor 52 aufwärts geblasen wird (insbesondere von den Kammern 54 und 56, um die aufsteigenden Betten zu produzieren) ansteigt. In Fig. 3 wird der Betrag G&sub1; des Mediums, das durch die thermische Energiewiedergewinnungskammer 59 zirkuliert, indirekt durch das Verhältnis von G&sub1; zu G&sub0; dargestellt, worin G&sub0; ein Referenzvolumen darstellt, das den Betrag G&sub1; entspricht, was der Wert des Falls "L&sub1;" bei einer 3 Gmf Gasströmung von den Kammern 54 und 56 ist. Die Legende "L&sub1;" in Fig. 3 entspricht dem Fall der Fluidisierung, in dem die Höhe des fluidisierten Mediums auf dem Diffusor den Oberseiten der Unterteilungswände 58 entspricht, während sie in einem Nicht-Betriebszustand sind. Die Legende "L&sub2;" entspricht dem Fall der Fluidisierung, in dem die Höhe des fluidisierten Mediums niedriger als in dem Fall "L&sub1;" um 10 bis 20% ist und entspricht den Oberseiten der Unterteilungswände 58 während eines Betriebszustands.
Aus Fig. 4 kann beobachtet werden, daß der Betrag des fluidisierten Mediums, das durch die thermische Energiewiedergewinnungskammern 59 zirkuliert proportional ansteigt, wenn die Massenströmung des Gases, das von dem Hilfsdiffusor 62 geliefert wird, ansteigt, und zwar in dem Bereich von 0 bis 1 Gmf und falls die Massenströmung über 1 Gmf ansteigt, das Volumen des fluidisierten Mediums auf im wesentlichen demselben Niveau bleibt, wie das 1 Gmf Niveau, das G&sub1; entspricht. Der Betrag des fluidisierten Mediums, der durch die Energiewiedergewinnungskammer absteigt, hängt von G&sub1; ab. Indem man geeignet die Massenströmung des fluidisierten Gases aus dem Diffusor 52 und dem Gas, das durch den Hilfsdiffusor 62 geliefert wird, einstellt, kann der Betrag des fluidisierten Mediums, der durch die thermische Energiewiedergewinnungskammer 59 zirkuliert, reguliert werden.
In der thermischen Energiewiedergewinnungskammer 59 wird die thermische Energie des fluidisierten Mediums, das in den Zonen A und B aufgeheizt wurde, auf ein Strömungsmittel übertragen, das durch die wärmeleitende Röhre 65 fließt, um die thermische Energie wiederzugewinnen. Der Wärmeübertragungsgesamtkoeffizenz bei der thermischen Energiewiedergewinnungskammer wird als eine Kurve I in Fig. 5 gezeigt, in Bezug auf die Massenströmung des Gases, das in die Kammer 59 geblasen wird.
Um den Betrag von thermischer Energie, die wiedergewonnen werden soll, zu steuern, wird der Betrag des zirkulierenden fluidisierten Mediums genau so wie der Wärmeübertragungsgesamtkoeffizient reguliert. Das heißt, unter der Annahme, daß das Fluidisierungsgas, das in Richtung der Zonen A und B geleitet wird, in Bezug auf sein Volumen konstant gehalten wird, so steigt der Betrag des fluidisierten Mediums, das durch eine thermische Energiewiedergewinnungskammer 59 zirkuliert wurde, und der Wärmeübertragungsgesamtkoeffizient weiter an, wenn der Betrag des Gases, das in die Kammer 59 geblasen wird, ansteigt und so wird die gesamte thermische Energiewiedergewinnung in großem Maß verstärkt durch die erhöhte Gasströmung in die Kammer 59. Jedoch, falls die Gasströmung zu sehr erhöht wird, würde die durch die Kurve I in der Fig. 5 gezeigte abfallende Tendenz auftreten und die heftige Gasströmung wurde einen Abrieb der Röhre 65 verursachen. Die Abriebrate der Röhre ist ebenfalls in Fig. 5 gezeichnet als eine Kurve 2. Aus den Kurven I und II kann man sehen, daß die Gasströmung von dem Hilfsdiffusor vorzugsweise bis zu 3 Gmf beträgt. Die effiziente thermische Energiewiedergewinnung in der Kammer 59 macht es ebenfalls möglich, übermäßiges Heizen des fluidisierten Mediums in den Zonen A und B zu unterdrücken.
Nun vor einer Erklärung des Betriebs des Reaktors wird eine weitere Erklärung gegeben hinsichtlich der Struktur von gewissen Teilen, die mit dem Reaktor 51 verbunden sind. An der Oberseite des Reaktors 51 ist eine Einlaßöffnung 66 vorgesehen, damit Objekte F geladen oder eingeführt werden können, die verbrannt werden sollen, wie zum Beispiel städtischer Müll in dem Reaktor 51. In einem Fall, in dem der Reaktor 51 nur dazu benutzt wird, um Brennstoff zu verwenden, wie zum Beispiel Kohle oder Petroleumkoks, wird ein solcher Brennstoff direkt in die Zonen A und B eingespeist. Ebenso an dem oberen Teil des Reaktors ist eine Auslaßöffnung 68 vorgesehen, um das Abluftgas abzulassen, wobei die thermische Energie des Abluftgases in diesem Fall für den Kessel 67 benutzt wird, der an die Röhre 65 gekoppelt ist in der thermischen Energiewiedergewinnungskammer 59, wie in Fig. 2 dargestellt ist. An der Unterseite des Kessels 67 gibt es eine Auslaßöffnung, um Asche abzulasen. Ablaß- oder Auslaßmittel sind selbstverständlich in dem Reaktor 51 vorgesehen, um unver- brennbare Überreste aus dem Reaktor abzulassen. Ein Ablaß- oder Abgabedurchlaß 69 ist an dem unteren Teil des Reaktors auf einer Seite vorgesehen, oder auf jeder von zwei gegenüberliegenden Seiten des Diffusors 52, so daß der unverbrennbare Überrest direkt in Richtung eines Schraubentransportvorrichtung 70 geführt werden kann, der die Überreste axial mittels von gegenüberliegend orientierten Schrauben- oder Gewindestegen 71 aus einer Ablaßöffnung 72 fördert.
Wiederum hinsichtlich der Fluidisierungsfunktion des Reaktors gilt, daß die zirkulierenden Zonen A und B produziert werden als ein Ergebnis der Anordnung der Unterteilungswände 58 und der Differenz in der Massenströmung von dem Hauptdiffusor 52 in Bezug auf die horizontale Richtung.
Jedoch kann in einem Betriebszustand gesagt werden, daß der Mode dieser Fluidisierung variiert in Abhängigkeit von der Position des oberen Niveaus des Fluidisierungsbettes. Falls die obere Oberfläche des Fluidisierungsbettes unter dem Niveau der Oberseite der Unterteilungswände 58 ist, kann das aufwärts geblasene Gas und der Teil des fluidisierten Mediums, der in dem aufsteigenden Teil des Betts ist und veranlaßt wird, sich nach oben auf die gegenüberliegende Seite zu bewegen aufgrund des geneigten Teils der Unterteilungswände 58, somit in dem aufsteigenden Bett nach oben fliegen oberhalb der Oberfläche des Fluidisierungsbettes und die thermische Energiewiedergewinnungskammer 59 an der gegenüberliegenden Seite erreichen. Das Gas kann dann verbreitet werden mit einer Reduktion seiner Geschwindigkeit in einem freien Bereich C, der in dem Reaktor 51 eingebaut ist und wird nach außen durch den Kessel 67 abgelassen, in dem die thermische Energie des Gases dazu benutzt wird, um Dampf in dem Kessel zu erzeugen. Das fluidisierte Medium fliegt aufwärts, wie oben beschrieben, aber aufgrund seiner Körnergröße oder der spezifischen Schwerkraft wird das ganze Medium, das aufwärts geblasen wird, oberhalb der Oberfläche des Fluidisierungsbettes tatsächlich nicht die Kammer 59 an der gegenüberliegenden Seite erreichen, außer die Breite des Reaktors ist relativ schmal gehalten, zum Beispiel unter 1 bis 2 m. Deshalb in einem Fall, in dem die obere Oberfläche des Fluidisierungsbettes unter dem Niveau der Oberseite der Unterteilungswände 58 ist, kann der Betrag des fluidisiertem Mediums, das an die thermische Energiewiedergewinnungskammer 59 geliefert wird, nicht ausreichend sein, um zu erlauben, daß die thermische Energie wirksam wiedergewonnen wird, während man die Temperatur des Mediums bei einem geeigneten Niveau aufrechterhält.
Auf der anderen Seite, falls die obere Oberfläche des Fluidisierungsbettes höher als das Niveau der Oberseite der Unterteilungswände 58 ist, wird das Fluidisierungsgas, das sich an der Mitte des Bettes durch die geneigten Teile der Unterteilungswände 58 angesammelt hat, aufwärts geblasen werden mit einem Teil des fluidisierten Mediums. Das fluidisierte Medium, das so aufgeblasen wurde, führt eine Bewegung aus, wie durch die Pfeile "a" in Fig. 1 angezeigt ist, wobei das fluidisierte Medium, das in den Zonen A und B aufgeheizt wurde, an die thermischen Energiewiedergewinnungskammern 59 in einer Menge eingespeist wird, die ausreicht, um wirksam die Energie wiederzugewinnen und ebenso zu erlauben, daß die Temperatur des fluidisierten Mediums aufrechterhalten wird, bei einem geeigneten Niveau. Wenn die Position der oberen Oberfläche des fluidisierten Bettes höher wird, und über die Oberseite der Unterteilungswände 58 ansteigt, wird der Betrag des fluidisierten Mediums, das in die thermische Energiewiedergewinnungskammern 59 eingespeist wird, erhöht, wie durch die Kurven L&sub1; und L&sub2; in Fig. 3 gezeigt ist; jedoch ist das Verhältnis eines solchen Anstiegs hoch, wenn die obere Oberfläche des Bettes in der Region in der Nähe des oberen Niveaus der Unterteilungswände 58 variiert und abnimmt, falls die obere Oberfläche des Fluidisierungsbettes sich vom oberen Niveau der Unterteilungswände 58 entfernt. Das fluidisierte Medium, das so in die thermischen Wiedergewinnungskammern eingespeist wird, bewegt sich abwärts durch die Kammer 59 und mischt sich durch die Lücken bzw. Zwischenräume 63 mit den ansteigenden Betten der Zonen A und B, in denen das Medium erneut erhitzt wird. Auf diese Weise setzt sich die Zirkulation des Mediums durch die Kammern 59 fort, während die Wiedergewinnung der thermischen Energie wirksam gemacht wird und die richtige Temperatur des fluidisierten Mediums aufrechterhalten wird. Falls die Rate, mit der das Medium innerhalb der Kammern absteigt, langsam ist, kann sich das Medium bis zu einem Maximumwert, der durch einem Ruhewinkel oberhalb der Kammer 59 definiert wird, anhäufen und das Überschußmedium oberhalb dieses Ruhe- oder Schüttwinkels wird in die Zonen A und B fallen. Die Abstiegsbewegung des Mediums innerhalb der Kammer 59 wird durch das Gas unterstützt, das von dem Hilfsdiffusor 62, geliefert wird wie zuvor erklärt und oben in Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wurde, und das fluidisierte Medium steigt ab, wenn es von einer relativ sanften Fluidisierung begleitet wird, die durch den Gasvorrat von dem Diffusor 62 zur vorgesehen ist.
Indem man den Übertragungsgesamtkoeffizienten und die Abriebrate der Wärmeaustauschröhre 65 in Betracht zieht, wird die Massenströmung der Gasversorgung von dem Hilfsdiffusor 62 bestimmt in dem Bereich von 0 bis 3 Gmf und bevorzugte von 0 bis 2 Gmf zu sein. Der Grund für die obige Bestimmung ist, daß der Wärmeübertragungsgesamtkoeffizient zwischen einem Maximumwert und einem Minimumwert veränderlich ist, wenn die Massenströmung unter 3 Gmf ist sind die Abriebrate in Bezug auf die Wärmeaustauscherröhre ziemlich niedrig in dem oben erwähnten Bereich ist, wie durch Fig. 5 augenscheinlich gemacht wird. Ebenfalls, falls man mit dem Reaktor 51 einfach beabsichtigt, Objekte F, die eingeführt werden, zu verbrennen und da kein Dampf produziert werden muß, kann die Massenströmung von dem Hilfsdiffusor 62 Null gemacht werden, so daß es im wesentlichen keine Bewegung des Mediums innerhalb der Kammer 59 im Einklang mit Fig. 4 gibt und der Reaktor 51 kann so nur zum Zweck von Verbrennung betrieben werden. Es ist ziemlich vorteilhaft, die Massenströmung vom Hilfsdiffusor 62 so steuern zu können, daß sie bei Null bleibt. Dieser Null-Zustand der Massenströmung macht es möglich, die Wiedergewinnung von thermischer Energie anzuhalten. Solch ein Zustand oder solch eine Bedingung kann erforderlich sein in dem Stadium, in dem man den Betrieb des Reaktors startet oder nachdem der Reaktor abgeschaltet wurde, wenn die Temperatur der Fluidisierungszonen erhöht werden muß. Sollte die Notwendigkeit, Dampf zu erzeugen, beträchtlich verringert werden, würde die thermische Energiewiedergewinnung unnötig werden. In einigen Fällen kann die Massenströmung von dem Hilfsdiffusor veranlaßt werden bei Null zu bleiben, und zwar auf einer einzelnen Seite des Reaktors.
Die Anordnung der thermischen Energiewiedergewinnungskammer 59 sieht einen weiteren Vorteil darin vor, daß die Oberfläche der Wärmeaustauschröhre 65 außerhalb der Hauptverbrennungszonen A und B angeordnet werden kann. Das bedeutet, daß die Oberfläche dieser Röhre nicht einer stark korrosiven Atmosphäre unterworfen werden wird, wie zum Beispiel einer reduzierenden Atmosphäre und ebenfalls nicht dem ernsten Abriebeffekt, der in den Hauptfluidisierungsbettzonen A und B auftritt.
Tatsächlich ist die Geschwindigkeit des Gases in der thermischen Energiewiedergewinnungskammer 59 relativ gering. Wie zum Beispiel in der Größenordnung von 0,1 bis 0,4 m/s in einer Oberflächengeschwindigkeit unter der Bedingung, daß die Temperatur ungefähr 800 ºC für das fluidisierte Medium und die Massenströmung von dem Hilfsdiffusor in dem Bereich von 0,5 bis 2 Gmf ist.
Die Wärmeübertragung in der thermischen Energiewiedergewinnungskammer 59 wird nicht nur durch den direkten Kontakt zwischen dem fluidisierten Medium und der Wärmeaustauschröhre 65 bewirkt, sondern ebenfalls, durch den Wärmeübertrag unter Benutzung des sich aufwärts bewegenden Gases als Übertragungsmedium, wobei sich das Gas aufwärts unter der Vibration durch den Fluidisierungsmode des fluidisierten Mediums bewegt. Da bei einem solchen Wärmeübertrag durch das Gas es keine Grenzschicht, wie sie zum Beispiel bei einer stationären Oberfläche existiert, gibt, und die gewöhnlicherweise das Auftreten von Wärmeübertrag an der Oberfläche eines festen Gegenstands verhindert und da das fluidisierte Medium gut durchgemischt ist, erreicht der Betrag von Wärmetransfer, der innerhalb des fluidisierten Mediums auftritt, ein im wesentlichen vernachlässigbares Niveau, weshalb ziemlich effizienter Wärmeübertrag in der vorliegenden Erfindung erlaubt werden kann. Demzufolge kann der Wärmeübertragungsgesamtkoeffizient in der thermischen Energiewiedergewinnungskammer gemäß der vorliegenden Erfindung zehnmal so groß gemacht werden, als der der, in einem konventionellen Gasverbrennungskessel erreichbar ist.
Wie oben diskutiert wurde, hängt der Wärmeübertrag zwischen den Wärmeaustauschmitteln von wie zum Beispiel der Röhre 65 und dem fluidisierten Medium in großem Maß von dem Modus der Fluidisierung in der Wiedergewinnungskammer ab und der Betrag des verwendeten fluidisierten Mediums kann ebenfalls durch die Gasversorgung durch den Hilfsdiffusor, wie er in Fig. 4 dargestellt wurde, reguliert werden (Ebenfalls ist er veränderlich, wie in Fig. 3 gezeigt ist, in Abhängigkeit von dem Modus Fluidisierung in den Hauptfluidisierungszonen.) Mit der thermischen Energiewiedergewinnungskammer, die unabhängig von den Hauptfluidisierungszonen vorgesehen ist, wird es möglich, den Reaktor so zu konstruieren, daß er kompakt ist, während man sicherstellt, daß die thermische Energie wirksam wiedergewonnen werden kann, und es ebenfalls leicht wird, den Reaktor zu steuern, indem man das Abschaltverhältnis des Dampfes, der von dem mit dem Reaktor verbundenen Kessel erzeugt wird.
Außerdem ist in dem konventionellen Kessel, in dem Kohle oder Petroleumkoks als Verbrennungsstoff bei einer relativ langsamen Verbrennungsrate benutzt wird, eine schnell bewirkte Steuerung in dem Betrag zu erzeugenden Dampfes nicht leicht und in der Praxis hängt der zur Verfügung gestellte Betrag nur von der Verbrennungsrate ab oder noch schlimmer, da die thermische Energiewiedergewinnung durch ein Fluidisierungsbett bewirkt wird in dem Fall eines Kessels, der ein Fluidisierungsbett benutzt: jedoch in einem Kessel, der von einem Reaktor gemäß der vorliegenden Erfindung begleitet oder erweitert wird, kann der Wärmeübertrag in der thermischen Wiedergewinnungskammer sofort variiert/gesteuert werden innerhalb eines weiten Bereichs, indem man den Betrag von Diffusionsgas, das von dem Hilfsdiffusor zur Verfügung gestellt wird, variiert. Während dort natürlich eine Zeitverzögerung in dem Bewirken der Variation von thermischer Energieeingabe in das Fluidisierungsbett aufgrund von Variationen in dem Volumen der Objekte, die darin hineingeladen werden sollen, kann die Differenz in dem Ansprechen zwischen der thermischen Energieeingabevariation und dem Betrag von wiedergewonnener thermischer Energie durch den temporären Temperaturwechsel des fluidisierten Mediums absorbiert werden. Demzufolge wird es möglich gemacht, den Betrag des im Kessel produzierten Dampfes mit einem schnellen Ansprechen zu produzieren, wenn der Reaktor gemäß der vorliegenden Erfindung denselben erweitert.
In dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt wird, ist die Entladungs- oder Abgabedurchlaß 69 gezeigt, als benachbart und unter dem Zwischenraum 63 an dem unteren Ende der Unterteilungswand 58 und der Prallplatte 50 angeordnet. Jedoch ist die Anordnung zur Durchführung 69 nicht auf das, was in Fig. 1 dargestellt ist, limitiert. Ebenso muß die Prallplatte 50 nicht notwendigerweise in einer ähnlichen Form, wie der gezeigten, vorgesehen sein, unter der Voraussetzung, daß das fluidisierte Medium in der Kammer 59 gehalten wird, ohne direkt in Richtung des Abgabedurchlasses 69 abgelassen zu werden. Zum Beispiel kann eine Platte 50a, wie in den Fig. 6 und 6a gezeigt ist, statt der in Fig. 1 gezeigten Prallpatte 50 benutzt werden, wobei die Prallplatte 50 in diesem Fall von einem Teil der Wand des Reaktors 51 gebildet wird.
Was den in Fig. 1 gezeigten Diffusor 52 betrifft, wurde es erklärt oder dargestellt, daß er aus mehreren Kammern 54, 55 und 56 zusammengesetzt ist, die fähig sind, verschiedene Beträge von Massenströmung von Fluidisierungsgas in jeder zu produzieren, wobei die aufsteigenden Fluidisierungsbetten erzeugt werden an den Teilen, die an den Unterteilungswänden des Reaktors angrenzen, wodurch das aufsteigende fluidisierte Bett in der Mitte erzeugt wird, so daß insgesamt die zirkulierenden Zonen A und B des fluidisierten Mediums gebildet werden. Jedoch kann der Diffusor 52 optional weitere Kammern besitzen, oder er kann konstruiert werden, um eine einzelne Kammer aufzuweisen, wobei in jedem Fall vorausgesetzt wird, daß eine geeignete Variation in der Massenströmung des Fluidisierungsgases erhalten wird, um die zirkulierenden fluidisierten Zonen A und B zu produzieren. Etwas derartiges kann mit dem Diffusor 52' erreicht werden, der nur eine einzelne Kammer besitzt, wie zum Beispiel in Fig. 1a schematisch dargestellt ist, wobei die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in Fig. 1 aus Bequemlichkeit verwandt wurden, um Elemente anzuzeigen, die jeweils dieselben Funktionen besitzen.
Die erforderliche Differenz der Massenströmung des Fluidisierungsgases kann produziert werden, indem man die Größe der Perforationen an der Oberseite der Kammer 52' ändert oder indem man die Verteilungsdichte der Perforationen ändert. Ebenfalls hat die Konfiguration des Diffusors 52, der in Fig. 1 dargestellt ist, eine winkelförmige Gestalt, die die Zirkulation des Fluidisierungsbettes unterstützt, ebenso wie die Bewegung der unverbrennbaren Überreste in Richtung des Abgabedurchlasses 69. Die Neigung der oberen Oberfläche davon kann 5 bis 15º relativ zum Horizont betragen, wenn die Objekte F, die verbrannt werden sollen, unverbrennbare Stoffe enthalten. Jedoch solch eine winkelförmige Gestalt ist nicht ein vorzuschreibendes Erfordernis und das fluidisierte Medium kann sogar mit einem Diffusor 52' zirkulieren, der eine flache obere Oberfläche besitzt, da das Vorhandensein von aufsteigenden Fluidisierungsbetten und dem zentralen absteigenden Bett bewirkt, daß das fluidisierte Medium an der Unterseite des absteigendes Bettes sich seitlich in Richtung des unteren Teiles des aufsteigenden Fluidisierungsbettes bewegt. Ebenfalls, falls der Reaktor benutzt wird, um ein Objekt zu verbrennen, das nicht einen wesentlichen Betrag von unverbrennbaren Überresten erzeugt, kann die dargestellte winkelförmige Gestalt des Diffusors nicht erforderlich sein. Statt dessen kann er flach wie in dem Fall des in Fig. 1A gezeigten Diffusors 52' sein und der Abgabedurchlaß wie zum Beispiel die Durchführung 69 kann entweder vereinfacht oder weggelassen werden, unter der Voraussetzung, daß Zugangsmittel, um das fluidisierte Medium zu ersetzen und das Innere zu reinigen, vorgesehen sind.
In Fig. 7 wird ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt, in dem ein Reaktor 151 konstruiert ist, um zwei Fluidisierungsbettkammern zu besitzen, von denen jede im wesentlichen ähnlich der in Fig. 1 gezeigten ist. Der Bequemlichkeit halber werden dieselben Bezugszeichen, wie die in Fig. 1 verwendeten, mit dem hinzufügten Präfix 1 dazu benutzt, in Verbindung mit diesem Ausführungsbeispiel und die jeweiligen Funktionen dieser Elemente können als dieselben betrachtet werden, wie die entsprechenden Elemente, die in Fig. 1 erscheinen ohne dem Präfix 1. In diesem Ausführungsbeispiel werden die zirkulierenden Zonen A' und B' in jeweils zwei Fluidisierungskammern erzeugt. Die zentrale thermische Energiewiedergewinnungskammer 159 wird durch ein Paar von nebeneinander angeordneten Unterteilungswänden 158 gebildet. Die Diffusoren 152 sind dargestellt als mehrere Kammern 154, 155 und 156 aufweisend; jedoch kann der Diffusor, der eine einzelne Kammer aufweist, zum Beispiel der in Fig. 1A gezeigte Diffusor 52', alternativ in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 ebenfalls benutzt werden.
Andere Ausführungsbeispiele sind weiter unten erklärt. In Fig. 8 ist ein Reaktor 51a dargestellt, in dem Fluidisierung, die von einem Diffusor 52a verursacht wurde, eine einzelne Fluidisierungszone A erzeugt. Solche Elemente oder Teile, die dieselben Funktion wie die entsprechenden in Fig. 1 besitzen, sind durch dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 mit dem Suffix "a" hinzugefügt, gegeben. Die zirkulierende Zone A&sub1; wird von dem Diffusor 52a produziert, der getrennte Kammern 55a und 56a aufweist, von denen verschiedene Massenströmungen von fluidisiertem Gas aufwärts eingeführt werden, wobei die Gasströmung von der Kammer 56a stärker ist als die von der Kammer 55a. Der Unterschied in der aufwärtiges gerichteten Gasströmung wird die zirkulierende Fluidisierungszone A&sub1; in der Gegenwart der Unterteilungswand 58a produzieren, die einen geneigten Teil besitzt. In diesem Reaktor 51a muß man beachten, daß die Wände des Reaktors als sogenannte Membranwände konstruiert sind, d. h. eine geschweißte Wand, die Wasserröhren, die miteinander durch Stege oder Rippen verbunden sind, aufweist. Wie man in Fig. 8 sieht, ist ein Schutzglied 85 innerhalb der eingespeisten Wand an dem Teil, der in Richtung der zirkulierenden Fluidisierungszone A&sub1; weist, angeordnet, um die geschweißte Wand vor Abrieb durch das fluidisierte Medium zu schützen. Die Unterteilungswand 58a ist ebenfalls widerständig gegen Abrieb gemacht und wird an ihrem Platz gehalten, und zwar in diesem Fall durch Wasserröhren 80, die mit der geschweißten Wand durch die Rohrverbinder 81 und 82 verbunden sind.
Die Wasserröhren sind an mindestens einem Teil gebogen. Die thermische Ausdehnung der Röhren wird an diesen gebogenen Teilen absorbiert werden. Die Röhren 80 sind ebenfalls an die Rohrverbinder 81 und 82 gesichert, die geeignet sind, der gewaltigen Bewegung des sich bewegenden Fluidisierungsbettes standzuhalten. Außerdem erstrecken sich die geraden Teile dieser Röhren aufwärts, so daß die obere Oberfläche des fluidisierten Mediums bis auf eine Höhe, die ausreicht um zu sicherzustellen, daß sie unverbrennbare Überreste davon abhalten sich aus dem Anfall gegen die Unterteilungswand 58a anzusammeln, und um den Widerstand des fluidisierten Mediums, das durch die Lükken zwischen den Röhren 80 hindurchströmt, zu verringern. Die geraden Teile der Röhren 80 und die Teile in der Lücke 63a können in einer versetzten oder Zick-Zack-Art angeordnet sein, wie schematisch in Fig. 9 dargestellt ist, in der die Pfeile die Strömung des fluidisierten Mediums anzeigen. Dies ermöglicht ein Anwachsen der Strömung des fluidisierten Mediums. Während der Diffusor 52a in Fig. 8 mit zwei Diffusionskammern 55a und 56a beschrieben wurde, um verschiedene aufwärts gerichtete Massenströmungen zu produzieren, kann in diesem Fall der Diffusor 52a durch einen Einzelkammerdiffusor ersetzt werden, indem man eine ähnliche Idee ähnlich zu der, die in dem in Fig. 1A dargestellten Diffusor 52' verwandt wurde.
Die Anordnung der Wasserröhren 80 und der ,geschweißten Wände, die in Fig. 8 dargestellt sind, kann ebenfalls in den Reaktoren verwendet werden, die in den vorangehenden Ausführungsbeispielen gezeigt wurden, wie zum Beispiel bei den Reaktoren 51, der in den Fig. 1 und 1A gezeigt wurde, und dem in Fig. 7 gezeigten Reaktor 151.
Zum Zwecke der Darstellung ist eine schematische Darstellung eines Reaktors 51b in Fig. 10 gezeigt. Der Reaktor 51b ist ähnlich zu dem oben beschriebenen Reaktor 51 mit der Ausnahme, daß eine Anordnung für Wasserröhren und der geschweißten Röhre, was im Zusammenhang mit Fig. 8 erklärt wurde, in ihm integriert ist. Zum Erklären dieses Ausführungsbeispiels wurde das Suffix "b" solchen Elementen hinzufügt, die dieselbe Funktion wie denjenigen, die in Fig. 1 und 8 gezeigt sind, besitzen. Dieselbe Konstruktion könnte ebenfalls auf den Tandemtypreaktor angewandt werden, wie zum Beispiel dem in Fig. 7 gezeigten, in welchem Fall die Wasserröhren, die die zentrale thermische Energiewiedergewinnungskammer umgeben mit zusätzlichen Rohrverbindern verbunden werden, die durch eine geschweißte Wand und/oder Wasserröhre getragen werden könnten, die vertikal zwischen den beiden Fluidisierungskammern in einer solchen Art angeordnet sind, daß jeder der vorgesehenen freien Bereiche, miteinander in Verbindung steht.
Eine weitere Modifikation um die thermische Energiewiedergewinnungskammer herum ist in Fig. 8A gezeigt, die einen Teil von Fig. 8 entspricht, wobei die Wärmeaustauschröhren 65a vorzugsweise angeordnet sind, um in einer versetzten Weise vorgesehen zu sein. Ebenfalls ist der Hilfsdiffusor 62a angeordnet, um die Form einer Röhre anzunehmen, und ist vorzugsweise entlang der Unterteilungswand 58a angeordnet; der Vorteil dieser Anordnung wird unten erklärt.
Einige Mittel können in Betracht gezogen werden, um Fluidisierungsgas in die Kammer 59 einzuführen. Im allgemeinen, wie in Fig. 6 gezeigt, ist der Diffusor 62 horizontal angeordnet. Falls die Perforationen des Diffusors identisch in ihrer Größe gemacht werden, wird das Gas mit einer gleichmäßigen oder einheitlichen Massenströmung über die gesamte horizontale Basis der Kammer 59 geliefert. Deshalb wird in diesem Fall das Fluidisierungsmedium in der Kammer 59 seinen Mode allmählich von dem stationären Zustand in dem Fluidisierungszustand verändern, wenn die Masseströmung des Gases, das an den Diffusor 62 geliefert wurde, allmählich erhöht wird. Wie im Zusammenhang mit Fig. 5 erklärt wurde, zeigt der Wärmeübertragungsgesamtkoeffizient eine große Variation in der Region in der Nähe von 1 Gmf. Falls versucht wird, die Größe des Wärmeübertrags mittels des in Fig. 6 gezeigten Diffusors zu steuern, würde es in praktischen Bedingungen drei Schritte gemäß Fig. 5 mit sich bringen, nämlich an der Stelle in der Nähe von 1,5 Gmf, an der der Wärmeübertrag an seinem Maximum ist, an der Stelle unter 1,5 Gmf, an der der Wärmeübertrag klein ist und an der Stelle, an der die Massenströmung Null ist, an der der Wärmeübertrag minimal ist.
Im Gegensatz zu dem obigen wird in dem Fall, in dem das Gas mit einer ungleichmäßigen oder unheitlichen Massenströmung über die horizontale Basis der Kammer 59 geliefert wird, wie zum Beispiel, wenn die Perforationen des Diffusors unterschiedlich in verschiedenen Teilen ausgebildet sind oder falls er in einer geneigten Art und Weise mit oder ohne Variation der Größe der Perforationen angeordnet ist, kann der Fluidisierungsmode so gemacht werden, daß er eine größere Vielfalt hat. Zum Beispiel sind einige Beispiele schematisch in den Fig. 11A, 11B und 11C dargestellt. In Fig. 11A ist die Röhre oder der Diffusor 62 horizontal angeordnet mit den Perforationsgrößen, die von groß (g) bis mittel (m) und bis klein (k) variieren. In Fig. 11B ist die Röhre 62 geneigt mit Perforationen gleicher Größe, die der in Fig. 8A gezeigten Situation entsprechen. Fig. 11C zeigt eine eine Röhre 62' die Perforationen verschiedener Größe (g, m, k) besitzt. Um der Einfachheit willen ist jeder der Perforationen mit den Symbolen , oder markiert. Um die Vielfalt der Fluidisierung, die möglich ist, aufzuzeigen, sind die Fig. 12A, 12B und 12C dargestellt und diese entsprechen den Fig. 11a, 11B bzw. 11C. Jeder der Fig. 12A, 12B und 12C ist gezeigt relativ zu der Massenströmung von der mittleren Perforation 2. Mit diesen Darstellungen wird verstanden werden, daß die in Fig. 11C gezeigte Anordnung relativ bevorzugt ist. Die Beziehung zwischen der Massenströmung und der Wärmeübertragung ist in Fig. 13 gezeigt in Bezug auf die Anordnungen in den Fig. 6 und 11C. Aus dieser Fig. 13 ist erstaunlich, daß die Anordnung von Fig. 11C dahingehend vorzuziehen ist, bei 2 Gmf, daß alle Perforationen den gleichen Wert von Massenströmung injizieren und die Wärmeaustauscherröhren nur einen kleineren Abrieb erhalten, wobei wirksamer Wärmeübertrag stattfindet.
Der Abrieb, der durch die Wärmeaustauschröhre 65 erfahren wird, muß im Zusammenhang mit Fig. 5 in Betracht gezogen werden. Um die Wasserröhren 80, die an die Unterteilungswände 58a angrenzen, gegen Abrieb zu schützen, ist eine Schutzeinrichtung 90 oder 91 auf der Röhre 80 auf der stromaufwertigen Seite davon angeordnet. Solche eine Anbringung der Schutzeinrichtung ist schematisch in den Fig. 14A und 14B dargestellt. Die Schutzeinrichtung 90 oder 91 sind aus einer wärmewiderstandsfähigen Stahlplatte gemacht und sind geeignet gebogen, wie bei dem Bezugszeichen 90, das in Fig. 14a gezeigt ist, oder als eine halbkreisförmigen Mantel 92 und an die Wasserröhre 80 durch einen Befestiger befestigt oder periodisch durch einen kurzen Mantel 92, der an die Schutzeinrichtung 91 geschweißt ist, gesichert.
Wenn es wünschenswert ist, die minimale thermische Energiewiedergewinnung so tief wie möglich abzusenken, ist es vorzuziehen, den Protektor 91 aus einem thermischen Isolator zu bilden, um den Wärmeübertrager in die Wasserröhre abzusenken.
Was die Stellung der Unterteilungswand 58a (Fig. 8) betrifft, ist das untere Ende dieser Unterteilungswand vorzugsweise angeordnet, wo sich das fluidisierte Medium in der Zone A&sub1; nicht einer solch heftigen Fluidisierung unterzieht, um es leicht zu machen, die Abstiegsrate des fluidisierten Mediums in die Wiedergewinnungskammer 59a zu steuern. In einem Fall, in dem der Reaktor benutzt wird, um Kohle oder Koks zu verwenden, ist es vorzuziehen, den Brennstoff direkt in die Fluidisierungszone A&sub1; zu laden, in der die Bewegungsrichtung des fluidisierten Mediums nach unten gerichtet ist, da die Objekte, die verbrannt werden sollen, durch das fluidisierte Medium abgeschabt werden und jedes Luftleck des Beladers 66a minimiert wird. Weiter zu der Zeit, an dem der Betrieb des Reaktors abgeschaltet wird, reagiert das fluidisierte Medium in dem Reaktor wie eine Dichtung in Bezug auf Luftleckage und so brauchen die Objekte, die innerhalb des Reaktors übrig bleiben, nicht verbrannt werden, wie zum Beispiel das Verbrennen des Beladungsteiles, so daß es keine Notwendigkeit gibt, die Lücke zwischen dem Belader und dem Reaktor durch solchen Mittel wie eine Kammer zu schließen.
Nebenbei bemerkt, gilt in der vorhergehenden Erklärung, daß das Wasser aus dem Kessel 67 herausgezogen wird und unter Zwang durch die Pumpe 73 (Fig. 2) zirkuliert und wieder zum Kessel 67 zurückgeführt. Jedoch kann der Reaktor als Sparanlage benutzt werden zum Zwecke des Vorheizens des Wassers, das an den Kessel geliefert wird oder für das Heizen eines unabhängigen Kessels oder als Überhitzer für den Dampf, der durch den Kessel erzeugt wurde. Besonders, wenn er als Überhitzer benutzt wird, ist diese Anordnung ziemlich wünschenswert, da die Möglichkeit von Korrosion minimiert wird. Es sollte ebenfalls beachtet werden, daß ein thermisches Medium, wie zum Beispiel Öl, benutzt werden kann als Zirkulationsströmungsmittel, um die thermische Energie anstatt von Wasser oder Dampf zu tragen. Die Wärmeaustauschröhren 65 und 65a ect. wurden in der Erklärung aller Ausführungsbeispiele beschrieben, aber tatsächlich können solche Röhren nicht in dem Fall benötigt werden, in dem die thermische Energiewiedergewinnung durch die Wasserröhren 80 und/oder geschweißte Wand (Membranwand) 51 ausreicht, für den erforderlichen Zweck, wie zum Beispiel städtischen Müll oder Kohle niedriger Qualität zu verbrennen. Die Anordnung, die in den Fig. 11A, 11B und 11C gezeigt ist, kann nicht nur verschieden in der geneigten Richtung gemacht werden, sondern ebenfalls in der Horizontalrichtung senkrecht zur Papierebene, auf die die Zeichnungen gedruckt sind.

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines Kessels mit einem fluidisierten Bett wobei der Kessel folgendes aufweist:

a) eine Verbrennungsvorrichtung, die ein primäres zirkulierendes fluidisiertes Bett aufweist, welches ein aufsteigendes und ein herabsteigendes Bett und Diffusionsmittel (52, 52a, 52b) aufweist, wobei die Diffusionsmittel eine Vielzahl von Gaskammern besitzen, um unterschiedliche Mengen an fluidisiertem Gas zu liefern,

b) eine thermische Energiewiedergewinnungskammer mit einem thermischen Wiedergewinnungsbett und Hilfsdiffusormitteln (62),

c) geneigte Unterteilungswandmittel (58) welche das primäre fluidisierte Bett und das thermische Wiedergewinnungsbett derart trennen, daß das primäre fluidisierte Bett und das thermische Wiedergewinnungsbett an ihren oberen und unteren Enden in Verbindung stehen,

d) Wärmeaustauschoberflächenmittel (65, 65a, 65b) vorgesehen innerhalb des thermischen Wiedergewinnungsbetts zum Durchlaß eines Strömungsmittels dahindurch,

e) wobei die Hilfsdiffusormittel (62) an dem unteren Teil der thermischen Energiewiedergewinnungskammer (59) angeordnet sind, was einen Raum für das Bettmaterial übrig läßt damit dieses sich nach unten durch den erwähnten Raum von der thermischen Energiewiedergewinnungskammer zu der Verbrennungsvorrichtung bewegen kann; und

f) Mittel assoziiert mit der Kammer (54, 56) unter den geneigten Unterteilungswandmitteln (58) um so eine Massenströmung nach oben in das Gebiet oder den Bereich der geneigten Unterteilungswandmittel (58) vorzusehen, die stärker ist als die Massenströmung die durch die anderen Kammern vorgesehen wird wobei das Verfahren die folgenden Schritte vorsieht:

g) Anordnen des ansteigenden Bettes an der geneigten Unterteilungswand infolge einer Massenströmung von fluidisiertem Gas geliefert durch die Diffusormittel (52) die höher ist in der Region der geneigten Unterteilungswand (58) als die Massenströmung geliefert durch die Diffusormittel an die Region entgegengesetzt zu der geneigten Unterteilungswand (58)

h) Liefern der Massenströmung von fluidisiertem Gas durch die Diffusormittel (52) an die Region der geneigten Unterteilungswand, wobei die Massenströmung derart vorgesehen ist, daß der Teil des fluidisiertem Mediums in dem zirkulierendem Bett nach oben fliegt und die Energiewiedergewinnungskammer (59) erreicht, von wo aus es sich im wesentlichen nach unten dahindurch bewegt,

i) wobei zur Steuerung der Menge an wiedergewonnener thermischer Energie die durch die Hilfsdiffusormittel (62) an das thermische Wiedergewinnungsbett gelieferte Gasströmung derart reguliert wird, daß der Wärmeübertragungsgesamtkoeffizient gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zahl der Gaskammern drei beträgt und die in der Mitte angeordnete Kammer derart angeordnet ist, daß Gas schwach eingeblasen wird, während die beiden entgegengesetzt angeordneten Kammern derart angeordnet sind, daß Gas stark eingeblasen wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Massenströmung zur Erzeugung des ansteigenden Bettes im Bereich von 4 bis 20 Gmf liegt und wobei die Massenströmung zur Erzeugung der herabsteigenden Strömung im Bereich von 0,5 bis 3 Gmf liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Massenströmung zur Erzeugung des ansteigenden Bettes im Bereich von 6 bis 12 Gmf liegt und wobei die Massenströmung zur Erzeugung des herabsteigenden Bettes im Bereich von 1 bis 2,5 Gmf liegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Massenströmung von den Hilfsdiffusormitteln (62) im Bereich von 0 bis 3 Gmf liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Massenströmung von dem Hilfsdiffusor im Bereich von 0,5 bis 2 Gmf liegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gas in die Wiedergewinnungskammer (59) mit nicht gleichförmiger Massenströmung über die Querschnittsfläche der Wiedergewinnungskammer (59) geblasen wird.

8. Ein Kessel mit fluidisiertem Bett wobei folgendes vorgesehen ist:

a) eine Verbrennungsvorrichtung die ein primäres zirkulierendes fluidisiertes Bett aufweist, welches ein ansteigendes Bett und ein herabsteigendes Bett und Diffusormittel (52, 52a, 52b) aufweist, wobei die Diffusormittel eine Vielzahl von Gaskammern aufweisen um unterschiedliche Mengen an Fluidisierungsgas zu liefern,

c) geneigte Unterteilungswandmittel (58) zum Trennen des primären fluidisierten Bettes und des thermischen Wiedergewinnungsbettes derart, daß das primäre fluidisierte Bett und das thermische Wiedergewinnungsbett an ihren oberen und unteren Enden in Kommunikation stehen,

d) Wärmeaustauschoberflächenmittel (65, 65a, 65b) vorgesehen innerhalb des thermischen Wiedergewinnungsbettes für den Durchlaß eines Strömungsmittels dahindurch,

e) wobei die Hilfsdiffusormittel (62) an dem unteren Teil der thermischen Energiewiedergewinnungskammer (59) angeordnet sind, was Raum läßt für das Bettmaterial sich nach unten durch den Raum von der thermischen Energiewiedergewinnungskammer zu der Verbrennungsvorrichtung zu bewegen; und

f) Mittel assoziiert oder in Verbindung stehend mit der Kammer (54, 56) unter den geneigten Unterteilungswandmitteln (58) um so eine Massenströmung nach oben in dem Gebiet der genannten Unterteilungswandmittel (58) vorzusehen, welche stärker ist als die Massenströmung vorgesehen durch andere Kammern.

9. Kessel nach Anspruch 8, wobei die Hilfsdiffusormittel (62) sich in ausreichender Weise erstrecken damit das Gas das in die Wiedergewinnungskammer (59) über die gesamte Fläche des Querschnitts der Wiedergewinnungskammer (59) derart geblasen wird, daß mit dem von den Diffusormitteln (62) gelieferten Gas das in die Wiedergewinnungskammer (59) geleitete Medium sich nach unten bewegt.

10. Kessel nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Hilfsdiffusormittel (62a) sich entlang der Unterteilungswand (58a) erstrecken.

11. Kessel nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei ein Abgabedurchlaß (69) für den nicht verbrennbaren Rest am unteren Teil des Reaktors auf einer Seite oder an jeder der zwei entgegengesetzt liegenden Seiten der Diffusormittel (52) vorgesehen ist.

12. Kessel nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei zwei der Unterteilungswandmittel (58) vorgesehen sind zur Bildung von zwei thermischen Energiewiedergewinnungskammern (59).

13. Kessel nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Anzahl der Gaskammern drei beträgt und die mittlere Kammer derart angeordnet ist, daß sie das Gas schwach bläst, während die anderen beiden entgegengesetzt angeordneten Kammern derart angeordnet sind, daß sie das Gas stark blasen.

14. Kessel nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Oberseite der Diffusormittel (62) geneigt ist, und zwar im Bereich von 5 bis 15º bezüglich der Horizontalen.

15. Kessel nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Unterteilungswandmittel durch Wasserrohrmittel aufgehängt sind.

16. Kessel nach Anspruch 15, wobei die Wasserrohrmittel gegenüber der Strömung des fluidisiertem Mediums freigelegt sind, während die Unterstellungswandmittel (58) durch Schutzmittel (90) an der stromaufwärts gelegenen Seite der Strömung abgedeckt sind.

17. Kessel nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei die Hilfsdiffusormittel (62) horizontal angeordnet sind und Perforationen oder Löcher derart aufweisen, daß die Größe des Gebiets oder der Fläche dieser Perforationen in der Richtung von dem entfernt gelegenen Ende und sich in die Wiedergewinnungskammern zum nahegelegenen Teil erstreckend ansteigt.

18. Kessel nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei die Hilfsdiffusormittel (62) geneigt bezüglich der Horizontalen verlaufen und Perforationen aufweisen, wobei die Größe der Fläche der Perforation gleichmäßig ist über die gesamte Fläche des Hilfsdiffusors.

19. Kessel nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei die Hilfsdiffusormittel (62) geneigt sind bezüglich der Horizontalen und Perforationen und Löcher aufweisen, wobei die Größe der Fläche der Perforationen ansteigt in der Richtung von dem entfernt gelegenen Ende und sich in die Wiedergewinnungskammer hineinerstreckt zum nahegelegenen Teil.

20. Kessel nach einem der Ansprüche 8 bis 19, wobei die Unterteilungswandmittel (58) nach innen geneigt sind und zwar im Bereich von 10 bis 600 bezüglich der Horizontalen.

21. Kessel nach einem der Ansprüche 8 bis 20, wobei eine Prallplatte am unteren Teil der Wiedergewinnungskammer oberhalb des Abgabedurchlasses (10) ist.

22. Ein Kessel mit fluidisiertem Bett der folgendes aufweist:

a) eine Verbrennungsvorrichtung die ein primäres Zirkulationsbett enthält, welches ein ansteigendes Bett und ein absteigendes Bett und Diffusormittel (52, 52a, 52b) aufweist, wobei die Diffusormittel eine Gaskammer (52') besitzen um unterschiedliche Mengen an Fluidisierungsgas über deren Oberseite hinweg zu liefern,

b) eine thermische Energiewiedergewinnungskammer mit einem thermischen Wiedergwinnungsbett und Hilfsdiffusormitteln (62),

c) geneigte Unterteilungswandmittel (58) welche das primäre fluidisierte Bett und das thermische Wiedergewinnungsbett derart trenne, daß das primäre fluidisierte Bett und das thermische Wiedergewinnungsbett an ihrem oberen und unteren Enden in Verbindung stehen,

e) wobei die Hilfsdiffusormittel (62) an dem unteren Teil der thermischen Energiewiedergewinnungskammer (59) angeordnet sind und einen Raum übriglassen für Bettmaterial zur Bewegung nach unten durch den Raum von der thermischen Energiewiedergewinnungskammer zu der Verbrennungsvorrichtung; und

f) wobei die Gaskammer (52') Perforationen von sich ändernder Größe oder Verteilungsdichte in ihrer Oberseite aufweist, um so eine Massenströmung nach oben vorzusehen in dem Gebiet der geneigten Unterteilungswandmittel (58) wobei diese Strömung stärker ist als die Massenströmung die in der Region des absteigenden Bettes vorgesehen wird.