DK144220B - Kedel til fluid-bed forbraending - Google Patents

Description

i 144220

Opfindelsen angår en kedel til fluid-bed forbrænding i et hvirvellag af inert materiale, som under kedlens drift opretholdes i kedlens forbrændingskammer ved indblæsning af forbrændings- og fluidiserings-5 luft gennem kammerets bund fra et underliggende luftkammer, hvori der udmunder en ledning for tilførsel af forbrændings- og fluidiseringsluft, hvilken kedel har mindst én kanal for udtagning af hvirvellagsmateriale fra forbrændingskammeret.

10 Som bekendt indebærer fluid-bed forbrænding, at forbrændingen foregår i et fluidiseret lag eller hvirvellag af et inert materiale, eksempelvis sand, aske, kalksten eller dolomit, som ved hjælp af den indblæste luft opretholdes i den nedre del af for-15 brændingskammeret. Blandt denne tekniks væsentlige fordele kan nævnes den i forhold til forbrænding direkte i en omgivende luftmasse lavere forbrændingstemperatur, hvorved røggassernes indhold af visse skadelige stoffer, såsom nitrogenoxider, reduceres.

20 Ved valg af et inert materiale, som reagerer kemisk med svovl, kan stærkt svovlholdigt fast eller flydende brændsel forbrændes med minimal emission af svovlforbindelser, således at man kan spare bekostelige anlæg til afsvovling af røggasserne.

25 Den askemængde, som bliver tilbage efter brændslets forbrænding, vil for en stor dels vedkommende akkumuleres i hvirvellaget og derved forøge dettes volumen. Ved intermitterende aftapning af materiale fra hvirvellaget gennem den eller de nævn-30 te udtagningskanaler kan lagets højde holdes stort set konstant eller i hvert fald inden for givne øvre og nedre grænser, hvilket er en forudsætning for korrekt drift af kedlen, I kendte kedler af den omhandlede art fjernes 35 det aftappede materiale ved hjælp af en snegletransportør, som af hensyn til materialets høje temperatur, 144220 2 typisk 700-900°C, må være vandkølet. Da materialet som følge af sin kornede struktur er dårligt varme-ledende, må transportøren have en betydelig længde, . for at materialet under transporten kan blive grundigt 5 omrørt, så at stort set alle dets enkelte partikler kommer i direkte kontakt med kølede flader, inden det afgives til videre håndtering. De kendte anlæg til borttransport af hvirvellagsmaterialet er derfor både pladskrævende og bekostelige.

10 En kedel ifølge nærværende opfindelse er ejen dommelig ved, at udtagningskanalen udmunder i luftkammeret, at luftkammerets bund er perforeret, at der findes midler til indføring af en sekundær luftstrøm i luftkammeret gennem dettes bund, og at en 15 afgangsledning, som indeholder et afspærringsorgan, udmunder i luftkammeret mellem dettes bund og lufttilførselsledningens munding til periodisk fjernelse af hvirvellagsmateriale. Med opfindelsen er der opnået væsentlige besparelser i såvel anlægs- som drifts-20 omkostningerne for kedlen og en reduktion af kedelanlæggets totale pladsbehov. Dette skyldes, at det varme materiale, som aftappes fra hvirvellaget, bliver afkølet i det under forbrændingskammeret beliggende luftkammer, hvor materialet under påvirkning af 25 den sekundære luftstrøm danner et sekundært hvirvellag. Som følge af den intense turbulens i det sekundære hvirvellag afkøles materialet hurtigt og effektivt til en så lav temperatur, at det derefter kan fjernes fra luftkammeret gennem en simpel ukølet 30 afgangsledning. Hele den varmemængde, som er bundet i det aftappede materiale, genvindes i sekundærluften, som sammen med primærluften, der indføres i kammeret over det sekundære hvirvellag, strømmer ind i forbrændingskammeret gennem dettes perforerede bund.

35 Uforbrændte rester af brændslet, som følger med det aftappede hvirvellagsmateriale ned i luftkammeret, 3 144220 vil blive forbrændt her, hvorved varmeøkonomien yderligere forbedres. Efter åbning af afspærringsorganet i afgangsledningen kan det afkølede materiale transporteres ud af luftkammeret alene ved hjælp af se-5 kundærluftstrømmen, dvs. uden mekaniske transportorganer. Idet asken og det egentlige inerte hvirvellagsmateriale ofte har forskellig partikelstørrelse, kan den pneumatiske borttransport af materialeblandingen fra luftkammeret udnyttes til at frembringe en vis 10 separering af blandingens bestanddele ved vindsigtning, hvorved en væsentlig del af det inerte materiale med lille bekostning kan genvindes, f.eks. til fornyet indføring i forbrændingskammeret eller til anden anvendelse, dersom materialet ved kemisk reaktion med 15 bestanddele i brændslet er blevet uegnet til fornyet anvendelse i hvirvellaget.

For at opretholde en passende højde af det sekundære hvirvellag i luftkammeret, er det hensigtsmæssigt, at arealet af luftkammerets perforerede bund 20 er mindre end arealet af forbrændingskammerets bund.

Udtagningskanalens munding i luftkammeret kan med fordel være afskærmet mod den i kammeret udmundende lufttilførselsledning. Herved begrænses en uønsket medrivning af det aftappede materiale med den opadgåen-25 de luftstrøm gennem forbrændingskammerets bund.

Når udtagningskanalen går gennem forbrændingskammerets bund, kan der i kanalen være indbygget et perforeret skydespjæld tæt under kammerbunden. Herved kan der også i driftperioderne mellem intermitterende ud-30 tagninger af hvirvellagsmateriale opretholdes en i alt væsentligt ensartet luftgennemstrømning gennem hele forbrændingskammerets bundareal.

Midlerne til indføring af den sekundære luftstrøm kan omfatte en grenledning, som udgår fra den 35 til kammeret førende hovedlufttilførselsledning, og et afspærringsorgan i grenledningen,og hovedledningen kan indeholde et indstilleligt drøvleorgan mellem 4 144220 grenledningen og luftkammeret. Ved drøvling af primær-luftstrømmen, når afspærringsorganet i grenledningen er åbent, kan man på enkel måde tilvejebringe et passende overtryk i sekundærluftstrømmen til fluidi-5 sering af det sekundære hvirvellag og samtidig opretholde en stort set uændret total mængdestrøm af den gennem forbrændingskammerets bund strømmende luft.

Alternativt kan midlerne til indføring af den sekundære luftstrøm i luftkammeret være en separat 10 blæser. I denne udførelsesform er det muligt at styre mængdestrømmen af sekundærluften og dens overtryk i forhold til trykket i luftkammeret helt uafhængigt af primærluftstrømmen.

• Afspærringsorganet i afgangsledningen kan være 15 styret af entemperaturføler i luftkammeret mellem dettes bund og hovedlufttilførselsledningens udmunding i kammeret. Herved kan den intermitterende fjernelse af materialet fra luftkammeret indledes, når temperaturføleren, som ved lukket afspærringsorgan 20 befinder sig i det sekundære hvirvellag, angiver, at materialet er passende afkølet.

Luftkammerets bund kan være aftrappet med mindst to i forskellige højder beliggende sektioner adskilt af mellemvægge, som kan åbnes og lukkes, og udtagnings-25 kanalen fra forbrændingskammeret udmunder da over den højest beliggende sektion, medens afgangsledningen udgår fra kammeret over den lavest beliggende bundsektion. Ved åbning og lukning af mellemvæggene i takt med aftapning af materiale fra det primære hvir-30 vellag og fjernelse af afkølet materiale fra luftkammeret kan de i dette kammer forløbende processer, henholdsvis efterforbrænding af brændbare dele i hvirvellagsmaterialet og afkøling af materialet, bringes til at foregå stort set i hver sin zone af 35 luftkammeret over de tilsvarende sektioner af kammerbunden.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til den skematiske tegning, på hvilken 5 144220 fig. 1 er et lodret længdesnit gennem den ne-derste del af en første udførelsesform for en kedel ifølge opfindelsen, fig. 2 et snit efter linien II-II i fig. 1, og 5 fig. 3 et til fig. 2 svarende snit gennem en ændret udførelsesform for kedlen.

Den i fig. 1 Og 2 stærkt forenklet illustrerede kedel har et forbrændingskammer 1, som afgrænses af fire lodrette sidevægge 2, en perforeret bundvæg 10 3 og en ikke vist topvæg, hvori en afgangsåbning for røggasserne kan være udformet. Et luftkammer 4 med to modstående, nedefter konvergerende sidevægge 5 og 6 er placeret under forbrændingskammerets bundvæg 3. Luftkammerets bundvæg 7 er perforeret ana-15 logt med bundvæggen 3, og under væggen 7 findes der et sekundært luftkammer 8.

En hovedledning 9 for tilførsel af forbrændings- og fluidiseringsluft udmunder i luftkammeret 4 gennem dennes sidevæg 5. Fra ledningen 9 udgår 20 en grenledning 10, som udmunder i det sekundære luftkammer 8. Individuelt aktiverbare afspærrings- og drøvleorganer 11 og 12, der på tegningen er vist som drejespjæld, er anbragt henholdsvis i ledningen 9 mellem grenledningen 10's tilslutning og udmun- 25 dingen i luftkammeret 4 og i grenledningen.

Et lodret rør 13 strækker sig gennem forbrændingskammerets bundvæg 3 ned i luftkammeret 4, hvor det udmunder over dette kammers bundvæg 7 på et lavere niveau end mundingen af luftledningen 9. Røret 13 inde-3q holder tæt under bundvæggen 3 et afspærringsorgan 15, vist som et skydespjæld, der er gennembrudt af åbninger svarende til åbningerne i den perforerede væg 3.Fra den nedre del af luftkammeret 4 tæt over dettes bundvæg 7 udgår et afgangsrør 16, der ligeledes indeholder 35 et afspærringsorgan 17, vist som et skydespjæld.

Som ovenfor forklaret foregår forbrændingen i et hvirvellag af et egnet partikelformet materiale, 6 144220 som holdes fluidiseret ved gennemblæsning nedefra med luft, som tilføres gennem ledningen 9 og via luftkammeret 4 strømmer op gennem åbningerne i bundvæggen 3 og åbningerne i spjældet 15, når dette er lukket. I 5 fig. 1 og 2 er det fluidiserede hvirvellag blot markeret ved dets uregelmæssige - og under drift stadig skiftende - overflade 18.

Tilførslen af brændsel til forbrændingskammeret 1 kan ske på vilkårlig egnet måde, enten direkte ind 10 i det fluidiserede lag eller ovenfra ned i laget. Til styring af forbrændingstemperaturen kan der i den del af forbrændingskammeret, som optages af det flui-diserede lag, være indbygget en eller flere rørslanger, som gennemstrømmes af en regulerbar mængdestrøm 15 af vand. I øvrigt kan den i kedlen udviklede varmeenergi nyttiggøres på enhver egnet måde, f.eks. til produktion af damp eller hedtvand i rør, hvoraf kedlens sidevægge 2 er opbygget, eller til produktion af varm røggas, f.eks. til et tørringsanlæg.

20 Det ovenfor omtalte lodrette rør 13 tjener til periodisk udtagning af materiale fra hvirvellaget i forbrændingskammeret 1, når dette lags højde som forklaret ovenfor vokser under kedlens drift.

Hertil åbnes afspærringsorganet 15 i en periode af 25 passende længde, hvorved materiale strømmer gennem røret ned i luftkammeret 4. Samtidig åbnes det under normal drift afspærrede spjæld 12 i grenledningen 10, og spjældet 11 i hovedledningen 9 indstilles til passende drøvling af hovedluftstrømmen. Fra gren-30 ledningen 10 strømmer luft nu ind i det sekundære luftkammer 8 og op gennem det primære luftkammer 4's perforerede bundvæg 7, hvorved det i kammeret 4 indstrømmende materiale bringes til at danne et sekundært hvirvellag, som i fig. 1 og 2 er antydet 35 ved sin overflade 19. Spjældet 17 er foreløbig lukket.

Som indledningsvis forklaret bevirker den gennem 7 144220 bundvæggen 7 strømmende sekundærluftmængde en afkøling af det sekundære hvirvellag og samtidig en efterforbrænding af eventuelle rester af brændbart materiale, som er fulgt med det fra forbrændingskam-5 meret gennem røret 13 aftappede materiale. Den herved afgivne varmemængde overføres til sekundærluftstrømmen, som sammen med primærluftstrømmen fra ledningen 9 fortsætter ind i forbrændingskammeret 1 som forvarmet forbrændings- og fluidiseringsluft, 10 og genvindes på denne måde i forbrændingsprocessen.

Når den eventuelle efterforbrænding er afsluttet, og afkølingen af materialet i det sekundære hvirvellag i luftkammeret 4 er tilstrækkelig fremskredet, hvilket kan registreres afen i hvirvellaget 15 placeret temperaturføler 20, åbner man spjældet 17, og herved blæses materialet fra det sekundære hvirvellag ud gennem afgangsrøret 16 som følge af det overtryk, der hersker i luftkammeret 4. Når luftkammeret 4 er tømt, lukkes spjældet 12, og 20 spjældet 11 åbnes helt, hvorefter driften fortsætter, indtil spjældet 15 næste gang skal åbnes for aftapning af materiale fra det primære hvirvellag i forbrændingskammeret.

De komponenter i den i fig. 3 anskueliggjorte 25 udførelsesform, som kan være identiske med de i fig.

1 og 2 viste, er betegnet med samme henvisningstal.

Den væsentlige afvigelse fra den først beskrevne udførelsesform ligger i udformningen af det primære luftkammer 21's perforerede bundvæg 22, der er 30 opbygget trappeformet med tre sektioner 23, 24 og 25, som strækker sig tværs over kammeret i successivt aftagende højde fra bundvæggen af det sekundære luftkammer 26 under væggen. Ved overgangen mellem de enkelte sektioner er der anbragt tværgående mellemvæg-35 ge 27, som fra den på tegningen viste stilling kan svinges i urviserretningen og derved tillade passage 8 144220 af materiale fra en højere liggende sektion af bundvæggen 22 til en lavere liggende sektion.

Udtagningsrøret 13 fra forbrændingskammeret 1 udmunder over den højest placerede sektion 23 5 med en skrå mundingsflade 14 i kort afstand fra den ene skrå sidevæg af kammeret 21. Afgangsrøret 16 for det afkølede materiale udmunder over den lavest placerede sektion 25. Tilgangen 28 for sekundærluft til kammeret 26, som er vist udmundende i bun-10 den af kammeret, kan som vist i fig. 1 være afgrenet fra hovedluftledningen 9, men den kunne også være tilsluttet tryksiden af en ikke vist, separat blæser. Denne tilslutningsmulighed foreligger selvsagt også ved udførelsesformen i fig. 1 og 2.

15 Udførelsesformen i fig. 3 kan drives på den måde, at efterforbrændingen af brændbare dele i det materiale, som udtages fra forbrændingskammeret 1, helt eller i alt væsentligt foregår på sektionen 23, medens der i de følgende sektioner 24 og 25 stort 20 set kun foregår en køling af materialet ned til en passende afgangstemperatur. Under efterforbrændingen og kølingen holdes mellemvæggene 27 i de viste lukkestillinger, og når det ikke viste spjæld i røret 13 åbnes for at aftappe materiale fra forbrændingskam-25 meret, åbnes samtidig væggene 27, så at det på bundvæggen 22 liggende materiale successivt forskydes ned på de lavere liggende bundsektioner, indtil materialet til slut fjernes gennem afgangsrøret 16.

Det vil forstås, at antallet af udtagningsrør 30 13 fra forbrændingskammeret og rørenes placering i planbillede kan variere med størrelsen af bundvæggen 3's areal og med den generelle udformning af det primære luftkammer og dettes tilslutning for forbrændingsluften. De perforerede bundvægge i for-35 brændingskammeret og det primære luftkammer kan spe- 144220 9 cielt være udformet som beskrevet i den sideløbende danske patentansøgning nr. 3611/79, men kan også være mere konventionelle. Udtagningsrøret eller -rørene fra forbrændingskammeret kunne også være placeret uden 5 på kedlen med indstrømnings- og udstrømningsmundinger i væggene af henholdsvis forbrændingskammeret og det primære luftkammer.

De ovenfor omtalte spjæld og eventuelle andre aktiveringsorganer, som kommer i funktion i forbin-10 delse med en periodisk materialefjernelse fra hvirvellaget i forbrændingskammeret, kan være styret automatisk, hvorved operationsfølgen f.eks. kan igangsættes af et signal fra en føler, som måler trykfaldet gennem det primære hvirvellag, der afhænger af 15 lagets højde. Tilsvarende kan afspærringsorganet i afgangsledningen fra det primære luftkammer åbnes af et signal fra temperaturføleren i det sekundære hvirvellag.

Claims (5)

144220 ίο

1. Kedel til fluid-bed forbrænding i et hvirvellag af inert materiale, som under kedlens drift opretholdes i kedlens forbrændingskammer (1) ved indblæs-ning af forbrændings- og fluidiseringsluft gennem kam- 5 merets bund (3) fra et underliggende luftkammer (4, 21) , hvori der udmunder en ledning (9) for tilførsel af forbrændings- og fluidiseringsluft, hvilken kedel har mindst én kanal (13) for udtagning af hvirvellagsmateriale fra forbrændingskammeret, kendete g- 10 net ved, at udtagningskanalen (13) udmunder i luftkainmeret (4, 21) , at luftkammerets bund (7, 22) er perforeret, at der findes midler (10, 28) til indføring af en sekundær luftstrøm i luftkainmeret gennem dettes bund, og at en afgangsledning (16), som 15 indeholder et afspærringsorgan (17), udmunder i luftkammeret mellem dettes bund og lufttilførselsledningens (9) munding til periodisk fjernelse af hvirvellagsmateriale .

2. Kedel ifølge krav 1, kendetegnet 20 ved, at arealet af luftkammerets perforerede bund (7, 22. er mindre end arealet af forbrændingskammerets bund (3).

3. Kedel ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at udtagningskanalens (13) munding 25 (14) i Inftkammeret er afskærmet mod den i kammeret udmundende lufttilførselsledning (9).

4. Kedel ifølge ethvert af kravene 1-3, og hvor udtagningskanalen (13) går gennem forbrændingskammerets bund (3), kendetegnet ved, at der i 30 kanalen (13) tæt under kammerbunden (3) er indbygget et perforeret skydespjæld (15) .

5. Kedel ifølge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at midlerne til indføring af den sekundære luftstrøm omfatter en grenledning (10), 35 som udgår fra den til kammeret (4) førende hovedluft-