DK148933B - Reaktor til drift med fluidiseret leje - Google Patents

Description

i 148933 o

Opfindelsen angår en reaktor af den i indledningen til krav 1 angivne art, navnlig til brug ved olieraffinaderier, kemiske anlæg og andre større industrielle anlæg, hvor damp eller andre procesfluider, 5 f.eks. olie, skal opvarmes.

I reaktorer af den nævnte art kan der udføres tørreoperationer, sigtning, ristning, udglødning, afbrænding og varmebehandling af faststoffer med gasser indenfor det kemiske, metallurgiske og andre materiale-10 behandlingsområder.

I nogle typer reaktorer til drift med fluidi-seret leje cirkulerer det fluidiserede materiale, idet det strømmer ned gennem det centrale rum indenfor den indre skal og op gennem det ringformede rum mellem den 15 ydre og indre skal, i hvilket sidstnævnte rum materialet passerer et antal fra den ydre skal indragende varmevekslere. En sådan reaktor kendes f.eks. fra beskrivelsen til US-PS 2.818.049.

Ved disse reaktorer er det imidlertid et væsent-20 ligt problem, at der i det fluidiserede leje er tale om kraftige, eroderende påvirkninger af varmevekslernes rørelementer som følge af de findelte faststoffers hurtige og kontinuerlige bevægelse, idet faststoffer kan indeholde sand, kul, aluminiumoxyder eller andre hårde og 25 abrasive substanser. Rørbøjningerne er navnlig følsomme overfor de eroderende angreb, der som følge af de turbulente strømningsforhold, opstår på disse steder. Der må tages hensyn til høje temperaturer i reaktionskammeret, når der skal tilvejebringes en tilstrækkelig understøtning 30 for rørelementerne, navnlig fordi udviklingen går i retning af større og større kapacitet for varmevekslerne, hvilket medfører større og større diameter af reaktionskammeret, som rørerne skal spænde over.

Med det formål at formindske disse problemer fore-35 slås det at udforme reaktoren ifølge opfindelsen, som angivet i krav l's kendetegnende del.

148933 2

O

Ved dette arrangement er der fri adgang til rummet indenfor den indre skal til inspektion og forholdsvis let udskiftning af varmevekslerrørene, hvis rørbøjninger i øvrigt er langt mindre udsatte for skade-5 lige påvirkninger end i de kendte reaktorer.

I underkravene er angivet forskellige udførelsesformer, som giver god beskyttelse af rørene og let montage af varmevekslerenhederne. De radialt forløbende varmevekslere, der spænder over hele fyrkamraeret fra £0 den ydre til indre skal optager relativ ringe plads og tillader f.eks, anbringelse af brændstofdyser mellem ved siden af hinanden beliggende varmevekslere.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen på hvilken, fig. 1 viser en i overensstemmelse med opfindelsen udformet reaktor med torusform, delvis i tværsnit, fig. 2 et tværsnit gennem den i fig. 1 viste reaktor efter linien 2-2 i fig. 1, fig. 3 i skrå afbildning en rørvarmeveksler til 2o reaktoren ifølge opfindelsen, og fig. 4 detaljeret og delvis i snit en støtteopbygning for en rørvarmeveksler .i en reaktor ifølge opfindelsen.

Ved udtrykket "torusform" skal der i denne forbindelse forstås enhver sådan opbygning, som har en ringlig-25 nende form med en ydre, cirkulær skal og en indre, hermed koncentrisk skal. Et tværsnit gennem opbygningen langs en radius kan være polygonal eller være en lukket, plan kurve.

En i overensstemmelse med opfindelsen udformet reaktor til drift med fluidiseret leje omfatter en torusfor-30 met reaktorbeholder, der har en ydre skal og en hermed koncentrisk, vandkølet indre skal med en mindre diameter. I det ringformede rum, der er dannet mellem den indre og den ydre skal, er der dannet et reaktionskammer, som indeholder det fluidiserede leje. Lodret forløbende, plane røranlæg, der 35 består af lodrette'rørstykker, er anbragt langs radier i reaktorkonstruktionen og er båret af den ydre og den indre skal.

3 148933 o Røranlægget er samlet ved hjælp af et dæksel, der kan fastgøres til reaktoropbygningens ydre skal. De vandrette rørstykker er ført gennem dækslet, og rørbøjningerne i røranlægget er anbragt på en sådan måde, at de forløber udenfor 5 reaktorskallen, når røranlægget er samlet. De indre rørbøjninger i røranlægget er anbragt i støtterecesser i reaktor-opbygningens inderskal. Inde i inderskallen er der endvidere tilvejebragt lodret forløbende kølerør.

På tegningens fig. 1 og 2 er der vist en reaktor 10 10 med torusform, hvilken reaktor indbefatter lodret anbragte røranlæg 30, som er anbragt inde i fyrkammeret 17 på en for opfindelsen særegen måde. Reaktoren 10 omfatter en ydre metalskal 11 med forholdsvis stor diameter og forsynet med en varmebestandig foring 15 samt en indre metalskal 12 med væsent-15 lig mindre diameter og forsynet med sin egen varmebestandige foring 13. Et ringformet, med en varmebestandig foring forsynet loftelement 15 afdækker skallerne 11 og 12's øvre ender. Skallerne 11 og 12's nedre skinner er afdækket ved et ringformet bundvægelement 18a af metal, der danner et vindkam-20 mer 18. Vindkammeret 18 er adskilt fra fyrkammmeret 17 ved en ringformet spærreplade 16, som er forsynet med et antal luftdyser 21. Et fluidiseret leje bestående af findelte faststoffer 28 er båret af spærrepladen 16. En lufttilførselsledning 22 står i forbindelse med vindkammeret 18, og en gas-25 udstødningskanal 23 står i forbindelse med fyrkammeret 17.

En tilførselsledning 47 for faststofferne står i forbindelse med fyrkammeret 17 i lighed med en bortførselsledning 48 for faststofferne. Endvidere er der tilvejebragt en renseåbning 19, der er forbundet med vindkammeret 18. Rørenheder 30 stræk-30 ker sig over det ringformede fyrkammer 17 langs radiale planer i reaktoren inde i det fluidiserede leje 28. Som vist i fig. 2 er brændstofdyser 46 ført gennem en ydre reaktorskal og er anbragt på en sådan måde, at de udtømmer brændstof mellem rørenhederne 30. Som det tydeligst er illustreret 35 i fig. 3 omfatter rørenhederne 30 et rørdækselelement 32, der er tildannet af en metalplade, som er foret med et varme-

O

4 - 148933 bestandigt materiale og hvori de ydre ender af et slangeformet rør 31 er anbragt. I den monterede tilstand er dækselelementet 32 fastgjort til den ydre skal 11 i det fluidise-rede leje ved hjælp af bolte eller andre hensigtsmæssige fast-5 gørelsesorganer og danner derved en understøtning for røret 31's ydre ende. Rørets ydre rørbøjninger 31b er således anbragt udenfor det fluidiserede lejes ydre skal 11. De indre rørbøjninger 31a i røret 31 er båret på metalstøtteringe 43 i recesser 44, som er tilvejebragt i fyrets varmebestandige 10 indre foring 13. Støtteringene 43 omgiver fyrets indre skal 12 i en højde, som muliggør den tilsigtede støttefunktion. Et beskyttende, varmebestandigt element 45 ér anbragt i kontakt med støtteringen 43's nedre flade.

En tilførselsvarmeledning 33 og en bortførselsvarme-15 ledning 34 omgiver udvendigt fyret 10's ydre skal 11 i området ved det fluidiserede leje. De slangeformede rør 31 er alle forbundet med ledningerne 33 og 34.

Rørenhederne 30 forløber gennem det fluidiserede leje 28. Det kan endvidere være hensigtsmæssigt at anbringe rør-20 enheder 50 i fyrkammerets 17's frirum med henblik på at udtrække yderligere varme fra reaktoren. Rørenhederne 50 er i det hele udformet på samme måde som rørenhederne 30, idetrørele-menterne 51 er samlet med rørdækselelementer 52, som er fastboltet eller på anden måde fastgjort til reaktoren 10's 25 ydre skal 11.

I en i overensstemmelse med opfindelsen udformet reaktor 10 kan der endvidere være tilvejebragt kølende damprør 37, som er i kontakt med reaktorens inderskal 12. Rørene 37 es som det tydeligst fremgår af fig. 2 fastholdt i det ring-30 formede rum 38 mellem skallen 12 og kappeisoleringen 36 og er forbundet med tilførselsledningen 39 og bortførselsledningen 39b,

Reaktoren ifølge opfindelsen er indrettet til at arbejde ved enten atmosfærisk tryk eller ved undertryk. Når 35 reaktoren er i drift indføres brændstof gennem brændstofdyserne. Brændstoffer som f.eks. kul, benzinkoks eller kul o 5 1Λ8933 med ringe brændstofindhold er velegnede til dette formål, men andre brændstoffer som f.eks. "Bunker C"-olie kan tillige anvendes. Indsugningsluft kan indføres sammen med brændstoffet gennem brændstofdyserne 46 enten som brændstofbærer 5 for faste brændstoffer, f.eks. kul, eller for at forbedre brændstofdispersionen, hvor der anvendes et væskeformigt brændstof. Fluidiserende gas, der kan have en forholdsvis høj temperatur, indføres gennem tilførselsledningen 22. Gassen passerer gennem tilførselsledningen 22 og gennem spærre-10 pladen 16 frem til luftdyserne 21 for at fluidisere de findelte faststoffer inde i fyrkammeret 17. De findelte faststoffer kan være sammensat af partikler af f.eks. sand, alumi-niumoxyder, kalksten eller dolomit. De i det fluidiserede leje 28 udviklede forbrændingsgasser føres gennem lejet, 15 bringes i kontakt med rørenhederne 30 og derpå ind i fyrkammeret 17's friområde, hvor gasserne bringes til at berøre rørenhederne 50, hvis der er tilvejebragt sådanne rør i kammerets friområde. Fra friområdet føres gasserne bort gennem gasudtømningsledningen 23 og frem til en cyclon 24, der ad-20 skiller opsamlede faststoffer fra gassen, hvorved faststofferne føres ud gennem ledningen 26, medens gassen føres bort gennem ledningen 27 for yderligere behandling og/-eller fjernelse. Procesfluidumet, der kan være damp, olie eller luft, føres ind i fyrkammeret 17 ved hjælp af en til-25 førselsledning 34, der er forbundet med rørenheden 30. Under passagen gennem rørenheden 30 bringes fluidumet i varmeudveks-lende kontakt med det fluidiserede leje 28. Det opvarmede fluidum passerer frem til bortførselsledningen 33, hvorfra det ledes bort til et ikke-vist apparat eller anlæg for var-30 meudnyttelse, kraftgenerering eller andre formål. Rørenhederne 50 i fyrkammeret 17's friområde fungerer på tilsvarende måde. Det fluidiserede lejes form og egenskaber kan opretholdes ved at indføre findelte faststoffer gennem faststoftilførselen 47 alt efter behov, og faststofmaterialet herun-35 der aske kan føres ud gennem bortførselsledningen 48 for faststoffer.

Det dæksel 32, hvorpå røret 31 er monteret, tilvejebringer en god understøtning af røret ved reaktoren 10's

O

6 148933 ydre skal 11. Hertil kommer, at dette arrangement sikrer, at rørenheden 30's ydre rørbøjninger 31b er anbragt uden for fyrkammeret 17. Disse ydre rørbøjninger, der let beskadiges ved erosion, er således ikke udsat for det erosive miljø.

5 Rørenheden 30"s indre rørbøjninger 31a er båret ved fyrkammeret 17’s indre skal 12 på ringelementer 43 og beskyttet i recesser 44 i den indre skals varmebestandige foring 13. De indre rørbøjninger 31a er således i væsentlig grad beskyttet mod det erosive miljø inde i fyrkammeret 17 og på samme 10 tid sikkert understøttet.

Den indre skal 12's kølevandskonstruktion er af væsentlig betydning for opretholdelse af denne indre skals strukturelle sammenhæng. Det er i reglen vanskeligt at opnå en varmebestandig vægkonstruktion på en udadkrummende væg, 15 hvor væggens konvekse flade udsættes for forholdsvis høje temperaturer, selv om der anvendes et stort antal klemorganer og en støbelig konstruktion. Damprørerne 37 vil beskytte den indre skal mod en for kraftig varmepåvirkning, hvis den varmebestandige væg ødelægges, og disse daroprør vil lige-20 ledes holde den indre skal 12 over syrens dugpunkt og derved beskytte skallen mod korrosion.

Rørenhederne kan fjernes og derved muliggøre den nødvendige vedligeholdelse. Et lag af støbeligt, varmebestandigt materiale kan være anbragt.på dækslet for at beskytte dette 25 mod for kraftig varmepåvirkning. Selv om det på tegningen er vist, at rørbøjningerne er ført gennem dækslet, kan der opnås en tilstrækkelig afstøtning ved hjælp af dækslet, uden at rørene er ført helt gennem dette ved at tilvejebringe klemorganer eller andre mekaniske fastgørelseselementer på dæks-30 let. Selv om der på tegningen kun er vist et sæt slangerør for hvert dæksel, er det tillige muligt at tilvejebringe to sådanne sæt i en indbyrdes afstand på i det væsentlige f.eks.

10 cm. Et sådant arrangement vil være omfattet af betegnelsen en enkelt rørenhed, således som denne er anvendt i nærvæ-35 rende beskrivelse. Afstanden mellem rørene ved den indre skal 12 er bestemmende for antallet af rørenheder, som kan 148933 7

O

installeres i en reaktor ifølge opfindelsen.

Rørene 51 i det frie rum er vist som værende udskiftelige, men hvis rørene er installeret i en tilstrækkelig afstand oven over det fluidiserede leje, så at de er anbragt 5 oven over sprøjtezonen, vil erosionen være minimal, og udskiftningsmuligheden vil ikke være af væsentlig betydning ved disse frirums-rør.

Ved en i praksis udformet reaktor ifølge opfindelsen har den indre skal en diameter på i det væsentlige 4 m. Den 10 ydre skal har en indvendig diameter på i det væsentlige 15 m, hvorved der er tilvejebragt en torus med en bredde på i det væsentlige 5 m. Rørenheder, der er tildannet af 6 rør med en ydre diameter på i det væsentlige 10 cm, danner et varme- 2 overføringsareal på i det væsentlige 11 m pr. enhed. 56 så- 15 danne enheder er installeret i reaktoren. Med en effektiv

varmeoverføringskoefficient på i det væsentlige 540 kJ/m nF

og ved en temperaturforskel på i det væsentlige 1000°F mellem det fluidiserede leje og den gennemsnitlige fluidumtemperatur, vil varmeoverføringen fra det fluidiserede leje til proces- 9 20 væsken i rørene udgøre i det væsentlige 324 x 10 kJ/h.

Varmeoverføringen i det fluidiserede leje kan øges ved at øge antallet af rør pr. rørenhed, hvilket vil nødvendiggøre et fluidiseret leje med større højde eller dybde og/eller ved en tættere anbringelse af rørenhederne.

25 Desuden kan det fluidiserede lejes varmeoverføring 9 øges til i det væsentlige 420 x 10 kJ/h ved at anvende et fyr, der har en diameter på i det væsentlige 17 m, hvilket vil medføre en ringbredde på i det væsentlige 7 ni.

I de tilfælde, hvor der anvendes kul som brændstof, 30 kan de faststoffer, der adskilles i cyclonen 24, føres tilbage til det fluidiserede leje for forbrænding ved at lade ledningen 26 udmunde i det fluidiserede leje 28 mellem to naborørenheder 30.

Reaktoren ifølge opfindelsen er fordelagtig derved, 35 at den indre skalkonstruktion kan standardiseres og fabriksamles med enheder med forskellige kapaciteter, som er opnået o 3 1489®® ved blot at ændre bredden af ringen og længden af rørelementerne . Ved en i overensstemmelse med opfindelsen udformet reaktor er rørelementerne udskiftelige, har samme udformning og er derfor ombyttelige. Den vandkølede skalkonstruktion 5 beskytter den indre skal mod en for kraftig varmepåvirkning hidrørende fra Ødelæggelser i det varmebestandige overtræk og derved mod syreangreb.

Claims (3)

9 148933 o Patentkrav .

1. Reaktor til drift med fluidiseret leje og med en torusformet beholder med en ydre skal (11) og en hermed i det væsentlige koncentrisk indre skal (12), en vand- 5 ret, ringformet spærreplade (16), som forløber mellem den ydre og den indre skal og adskiller et i beholderens øvre del afgrænset fyrkammer (17) fra et vindkammer (18), som udfylder beholderens nedre del, hvilken spærreplade er indrettet til at understøtte et fluidiseret leje af 10 findelte faststoffer, og et antal i fyrkammeret (17) anbragte varmevekslerenheder (30), der hver indbefatter et plant slangeformet rørelement (31), som er sammensat af vandrette rørstykker, der er serieforbundet ved hjælp af ved enderne anbragte rørbøjninger (31a,31b), k e n -15 detegnet ved, at den indre skal (12) afgrænser et kærneområde, der er åbent til atmosfæren, og at de vandrette rørstykker i hver varmevekslerenhed (30) forløber indad langs et radialt plan i beholderen og igennem området (28) for det fluidiserede leje i fyrkammeret, 20 således at varmevekslerenhedens plan er vertikalt orienteret, hvorhos organer (32) er indrettet til udløseligt at understøtte varmevekslerenhederne (30) ved den ydre skal (11), og organer (43) ved den indre skal (12) er i understøttende kontakt med varmevekslerenhedernes (30) 25 rørbøjninger (31a) ved denne skal og er indrettede til at afskærme disse rørbøjninger mod det eroderende miljø i fyrkammeret.

2. Reaktor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at varmevekslerenhederne (30) indbefatter et dæksel- 30 element (32), hvortil det slangeformede rørelement (31) er fastgjort, og at dækselelementet er udløseligt fastgjort til den ydre skal (11).

3. Reaktor ifølge krav 2, kendetegnet ved, at de vandrette rørstykker er ført gennem dæksel- 35 elementet (32) på en sådan måde, at rørbøjningerne (31b) ved dækselelementet er anbragt uden for fyrkammeret (17).