DK166694B1 - Fremgangsmaade til styring af en fluid-bed-kedel og fluid-bed-kedel til brug ved udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

i DK 166694 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til styring af en fluid-bed-kedel omfattende et forbrændingskammer, hvori der findes et primært fluidiseret lag af fluidi-seringsmedium og en spredningsplade, et varmeenergigen-5 vindingskammer, der indeholder et varmegenvindingslag af fluidiseret medium og en gas- eller luftspreder, og hvor en skrå skillevæg adskiller det primære fluidi-serede lag fra varmegenvindingslaget, og hvor det primære fluidiserede lag og varmegenvindingslaget kommuni-10 kerer med hinanden foroven og forneden, og en i varmegenvindingslaget placeret varmeveksler for et varmeop-tagende fluidum.

Der kan eksempelvis være tale om forbrænding af kul, antracit, koks, bark, sukkerrør, industriaffald, 15 byaffald og andet brændsel.

Opfindelsen angår også en fluid-bed-kedel til brug ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen og af den art, der omfatter et forbrændingskammer med primært fluidiseret lag og med en spredningsplade til 20 forsyning af det fluidiserede lag med varierbare mængder af fluidiseringsgas, et varmeenergigenvindingskammer, der rummer et varmegenvindingslag og en gas- eller luftspreder til forsyning af varmegenvindingslaget med gas, en skrå skillevæg, der adskiller det primære flui-25 diserede lag fra varmegenvindingslaget på en sådan måde, at det primære fluidiserede lag og varmegenvindingslaget kommunikerer med hinanden foroven og forneden, og en i varmegenvindingslaget placeret varmeveksler for et varmeoptagende fluidum.

30 En kedel af denne art kendes fra US-A-4 419 330.

Fra JP-fremlæggelsesskrifterne nr. 46988/76 og 5242/68 kender man forbrændingsanlæg med en sådan fluid-bed-kedel.

Et eksempel på en sådan kedel forklares nærmere 35 herefter under henvisning til fig. l. En luftspredningsplade 2 i bunden af et forbrændingskammer 1 DK 166694 B1 2 tjener til fluidisering af et medium. Denne plade 2 hælder nedad fra den sidevæg, hvor der findes et fødeaggregat 3 for materiale, såsom affald, til den modstående kant, hvor der findes et udløb for ubrændbart 5 materiale. En blæser 8 blæser luft opad gennem luftkamre 5, 6, 7 og pladen 2 med henblik på dannelse af hvirvellaget.

Luftmasseflowet gennem hvert luftkammer skal være tilstrækkeligt til dannelse af hvirvellaget, og der 10 blæses mest fra kammeret 7 og mindst fra kammeret 5.

Eksempelvis kan der være tale om følgende værdier: fra kammeret 7: 4-20 Gmf, fortrinsvis 6-12 Gmf; fra kammeret 6: 3-10 Gmf, fortrinsvis 4-6 Gmf, og fra kammeret 5: 1-4 Gmf, fortrinsvis 1-2,5 Gmf.

15 lGmf er den værdi af masseflowet, ved hvilken fluidiseringen begynder.

Tilstanden i det fluidiserede medium skifter fra statisk tilstand - statisk fluid-bed - til dynamisk tilstand - aktiv fluid-bed - ved de ovenfor angivne 20 værdier som tærskelværdier mellem de to tilstande.

Det i fig. 1 viste eksempel har tre luftkamre, men et andet antal kan vælges, f.eks. 2 eller mere end 4 og luftmasseflowet reguleres således, at det er størst for kammeret nær ved udløbet 4 og mindst for 25 det fjernest fra udløbet beliggende kammer.

Oven over kamrene 7 og 6 findes der en skrå væg 9, der virker som deflektor for den opadgående luftstrøm, som derfor afbøjes i retning med fødeaggregatet 3.

30 I det tilfælde, hvor der i det tilførte brændsel er ubrændbart materiale, har spredningspladen 2 fortrinsvis en hældning på mellem 5 og 15°, men hvis der kun er lidt ubrændbart materiale kan pladen ligge vandret, eftersom brændslet kan bringes til at cirkulere 35 ved indstilling af udblæst luftmængde fra de respektive kamre.

3 DK 166694 B1 væggen 9 kan være plan, konveks eller konkav.

I toppen 11 af forbrædingskammeret findes der et udløb 12 for udstødsgas, et indløb 13 for flydende affald frembragt under drift af anlægget og et indløb 14 5 for kølevand, mv.

Forbrændingskammeret 1 fungerer på følgende måde. Der indblæses luft med blæseren 8 og der reguleres den udblæste luftmængde med aftagende værdier fra kammeret 7 til kammeret 5.

10 I den konventionelle fluid-bed-kedel bevæger det fluidiserende medium sig voldsomt op og ned, som kogende vand.

Nær ved den sidevæg, hvor fødeaggregatet 3 for brændsel forefindes, bevæger det fluidiserende medium 15 sig imidlertid ikke voldsomt op og ned, og det danner et i bevægelse værende, svagt fluidiseret lag 15.

Dette lag har smallere bredde foroven og det spreder sig forneden på grund af forskellen i masseflowet fra de respektive luftkamre. Bagenden af det i bevægelse 20 værende hvirvellag strækker sig over luftkamrene 6 og 7 og på grund af den kraftigere luftudblæsning fra disse to kamre, tvinges hvirvellaget opad og tyngdekraften tvinger derefter en del af hvirvellaget 15 nedad over luftkammeret 5. Under denne nedadgående be-25 vægelse af laget 15 bringes fluidiseringsmediet med i en opadgående strøm 16 op til den øverste del af laget 15, hvorved hvirvellaget dannes, medens denne proces gentager sig selv.

Det fluidiserende medium oven over luftkamrene 30 6 og 7, blæses opad imod skråvæggen 9, afbøjes af denne og sendes i retning mod den sidevæg, hvor fødeaggregatet befinder sig, idet mediet efter at have toppet gradvis strømmer nedad til den øverste del af laget 15, for derefter igen at cirkulere.

35 Det nedadgående hvirvellag 15 medbringer det brændsel, der med fødeaggregatet 3 indføres i kammeret 1.

4 DK 166694 B1 I en konventionel hvirvellagskedel vil brandbare materialer, såsom papir, som vejer lidt og afgiver megen varmeenergi, blot forbrændes på overfladen af hvirvellaget, uden at bidrage ret meget til opvarmning af 5 fluid-mediet.

I en cirkulationskedel vil man undgå dette tab af energi, og brandbare materialer af den nævnte art vil med sikkerhed forbrændes i det nedadgående hvirvellag 15 og det cirkulerende lag 16, således at de 10 effektivt bidrager til opvarmning af det fluidiserende medium.

De med brændsel indførte ubrandbare materialer bevæger sig nedad i hvirvellaget 15, tværs over, og under denne bevægelse sker der forbrænding af de brand-15 bare materialer, der hænger sammen med eller er ud i ét med de ubrandbare materialer, f.eks. isolation på elledninger. På grund af mediets tværgående bevægelse og hældningen af luftspredningspladen 2, vil de ubrandbare materialer føres til udløbet 4, hvorfra de via 20 en lodret kanal 17 og en transportør 18 føres til en vibrationssigte 19, der separerer dem fra det fluidi serende medium.

Dette fraseparerede medium eller frisk fluidiserende medium ledes tilbage til kammeret 1 via et 25 transportarrangement 20.

Et andet eksempel på kendt forbrændingsanlæg med cirkulerende hvirvellag forklares herefter under henvisning til fig. 2.

I bunden af forbrændingskammeret, som vist i 30 fig. 2, findes der en luftspredningsplade 22 for fluidiserende luft. De to modstående kantzoner af pladen 22 befinder sig lavere end midten af pladen, der således har Δ-form, i hovedagen symmetrisk i forhold til centerlinien 42 i kammeret, og der er et afløb 35 24 for ubrændbart materiale ud for begge disse kantzoner.

5 DK 166694 B1

En blæser 28 indfører fluidiserende luft gennem pladen 22 via luftkamre 25, 26, 27 med kraftigere luftflow fra de to yderste kamre 25 og 27 ved de modstående kantzoner for at skabe hvirvellaget og 5 med svagere luftflow fra det centrale luftkammer 26.

Eksempelvis kan der være tale om følgende værdier: fra luftkamrene 25 og 27: 4-20 Gmf, fortrinsvis 6-12 Gmf, og fra luftkammeret 26: 0,5 - 3 Gmf, fortrinsvis 1-2,5 Gmf.

10 Antallet af luftkamre kan frit vælges på tre el ler flere. Hvis der er flere end tre kamre, skal flui-diseringsluftflowet reguleres således, at det er lavest for de centrale kamre og kraftigere for kamrene ved de modstående kantzoner.

15 Oven over kamrene 25 og 27 ved de modstående kantzoner findes der skrå deflektorevægge 29, der afbøjer luftstrømmene i retning mod midten af forbrændingskammeret .

Oven over skråvæggene 29 hælder væggene 30 i 20 modsat retning for at forhindre opsamling af fluidiserende medium.

I det tilfælde, hvor de brandbare materialer ledsages af ubrændbare materialer, bør luftspredningspladen 22 have en hældning på 5-15°. Hvis ikke behø-25 ves der ingen hældning.

Skråvæggene 29 kan være plane, konvekse eller konkave.

Ved toppen 31 af forbrændingskammeret findes der en åbning 34 for brændsel med indløb 33 fra et 30 oven over luftkammeret 26 placeret fødeaggregat 23, samt et udløb 32 for udstødsgas.

Skråvæggene 29 kan være udformede med indbyggede kanaler for fluidiseringsluft, hvorved denne kan forvarmes.

35 Dette forbrændingsanlæg fungerer på følgende måde. Der indblæses fluidiseringsluft med blæseren 28, 6 DK 166694 B1 med stort masseflow fra luftkamrene 25 og 27 og mindre masseflow fra luftkammeret 26.

I denne konventionelle hvirvellagskedel bevæger det fluidiserende medium sig voldsomt op og ned, som 5 kogende vand. Hvad angår den i fig. 2 viste konstruktion, vil det fluidiserende medium oven over luftkammeret 26 imidlertid ikke fremkalde denne voldsomme opog nedadgående bevægelse, og der dannes et svagt flui-diseret, i bevægelse værende lag. Dette lag har smal 10 bredde i toppen og spreder sig i sideretningerne, i indbyrdes modsatte retninger frem til de fluidiserede hvirvellag, og den del af det i bevægelse værende lag, der når oven over luftkamrene 25 og 27 blæses opad, medens fluidiseringsluften fra det kraftigste masse-15 flow indføres i det fluidiserende medium. En del af det fluidiserende medium ved bagenden af strømmen, vil således blive skubbet opad, hvorfor laget oven over luftkammeret 26 tvinges nedad af tyngdekraften. Oven over dette i bevægelse værende lag, vil det fluidiserende 20 medium, som det forklares nærmere senere, suppleres fra det hvirvellag, der ledsages af et cirkulerende flow 36. Når dette gentages, vil en vis del af det fluidiserende medium oven over luftkammeret 26 blive til en masse, der danner et i bevægelse værende lag 35, som 25 gradvis bevæger sig nedad og fortyndes.

Det fluidiserende medium, der bevæger sig oven over luftkamrene 25 og 27 blæses opad i retning mod skråvæggene 29, og bøjes derfra og hvirvler videre opdad mod centerlinien i forbrændingskammeret. På grund 30 af den pludselige forøgelse af tværsnitsarealet i forbrændingskammeret, vil denne hvirvelstrøm imidlertid tabe sin bevægelseshastighed i opadgående retning, således at den bevæger sig hen over toppen af det nedadgående lag 35, går gradvis nedad og bringes igen i 35 cirkulation, når den når frem til bagenden af det i bevægelse værende hvirvellag. En del af det fluidiserende medium cirkulerer som strømmene 36 i hvirvellaget.

7 DK 166694 B1 Når der, gennem indløbet 34, tilføres brændsel til forbrændingskammeret, hvori der er den ovenfor forklarede fluidiserede tilstand, falder dette brændsel ned på toppen af det nedadgående lag 35. Da det flui-5 diserende medium i nærheden af toppen opfører sig således, at det cirkulerer fra siderne til centerlinien, vil det brændbare materiale medbringes og fanges i toppen af det nedadgående lag 35. Som følge heraf vil lette materialer, såsom papir, med sikkerhed bringes 10 med i det nedadgående lag 35, i stedet for blot at blive brændt på overfladen af det konventionelle hvirvellag, uden af yde bidrag til opvarmning af fluidise-ringsmediet. De vil med sikkerhed forbrændes inden i det nedadgående lag 35 og de cirkulerende strømme 36 15 og effektivt opvarme fluidiseringsmediet.

Inden i det i bevægelse værende lag foregår forbrændingen af de brændbare materialer delvis til frembringelse af en brændbar gas. Da den brændbare gas i så fald spreder sig i vandret retning, medens det fluidi-20 serende medium bevæger sig nedad, og forbrænder i hvirvellaget, vil den ved brænding af gassen afgivne energi effektivt opvarme fluidiseringsmediet.

Tunge og store fremmedlegemer, såsom flasker eller metalstykker, der når ned til overfladen af det ne-25 dadgående hvirvellag 35, vil ikke falde med det samme ned til toppen af luftkammeret 26, men vil i stedet for holdes svævende i det i bevægelse værende lag 35, og de går gradvis nedad til udløbene 24 for ubrændbare materialer, sammen med strømmen af fluidiserings-30 medium.

Derfor vil brændbare materialer af relativ stor størrelse tørres, forgasses eller forbrændes inden i det nedadgående lag 35 under den progressive bevægelse i nedadgående retning, og de vil derfor næsten to-35 talt være forbrændt og få mindre størrelse, når de når frem til bagenden af det i bevægelse værende lag, således at de ikke indvirker på dannelsen af hvirvellaget.

DK 166694 B1 δ

Derfor behøver man ikke at behandle de brændbare materialer med en knusemaskine, og man kan nøjes med at brække de emballager, der indeholder disse materialer i selve fødeaggregatet 23. Man undgår således behovet 5 for præ-knusning og det tilhørende udstyr, hvorfor anlægget gøres mere kompakt.

De brændbare materialer, der indføres i det nedadgående lag 35, spreder sig hurtigt i det fluidise-rende medium, hvorved forøges effektiviteten i 10 forbrændingsprocessen.

Ikke-brændbare materialer i mellemstørrelse, som tilføres fra fødeaggregatet 23 bevæger sig først nedad og i sideretning inden i det nedadgående lag 35, og under denne bevægelse vil de brændbare materiale, 15 såsom f.eks. isolation på el-ledninger, der måtte være tilstede på eller i de ubrændbare materialer, blive forbrændt. De ubrændbare materialer, der når frem til bagenden af hvirvellaget, føres til udløbene 24 på grund af fluidiseringsmediets sidegående bevægelse og 20 på grund af hældningen af luftspredningspladen 22, og disse materialer føres videre gennem kanalerne 37.

Derfra føres disse ubrændbare materialer til en transportør 38 og til en ikke-vist sigte, mens flui-diseringsmediet frasorteres.

25 I de i fig. 1 og 2 viste hvirvellagskedler med cirkulerende strømning, består fluidiseringsmediet af faste korn, der normalt har en kornstørrelse på 1 mm, og forbrændingskammeret opererer med en temperatur for fluidiseringsmediet på 600-800°C, medens temperaturen 30 i udstødsgassen er på 750-950°C.

Udstødsgassen køles ned til ca. 300°C i et kammer eller en luftforvarmer og føres til en skorsten efter fjernelse af små partikler eller efter genvinding af varmeenergi ved hjælp af en varmeveksler anbragt 35 nedstrøms for udstødsgasudløbet, eller efter passage gennem U-formede varmtvandsledninger, der er indlagt i DK 166694 Bl 9 områderne 21 eller 41, således at der udvindes yderligere varmeenergi, medens udstødsgassen afkøles og støvpartiklerne fjernes.

Hvis det drejer sig om brændbare materialer med 5 høj brændværdi, og hvis det fluidiserende medium opvarmes op over en given temperatur på f.eks. mere end 800°C, er der risiko for sintring af fluidiseringsme-diet, hvorfor hvirvellaget ikke kan fungere såfremt der er alkaliske metalforbindelser i de brændbare materia-10 ler. Hvis dette er tilfældet, er det normal praksis, at nedsætte temperaturen af fluidiseringsmediet ned til en given temperatur ved sprøjtning af vand i mediet.

Man har derfor i så fald måtte tage hensyn til genvinding af varmeenergi i fluidiseringsmediet ved 15 deri at indlægge varmeoverføringsledninger. Der opstår imidlertid herved flere problemer, hvis der i hvirvellaget indsættes mange varmeoverføringsledninger, idet de ikke-brændbare materialer danner forhindring i hvirvellaget, varmeoverføringsledningerne slides af fluidi-20 seringsmediet, og der skal altid foretages udvinding af varmeenergi for at beskytte ledningerne selvom denne udvinding af varmeenergi ikke er nødvendig. Driften er således ikke fri for disse ulemper.

Hvad angår den konventionelle hvirvellagskedel 25 er der som angivet nedenfor to typer, der kan skelnes fra hinanden med hensyn til, dels udformningen af den varmeledende del, dels forbrændingen af små, ikke-brændte materialer, der er spredt i hvirvellaget.

1) En hvirvellagskedel af ikke-recirkulerende 30 type (herefter kaldt konventionel hvirvellagskedel eller boblende kedel), og 2) hvirvellagskedel af typen med cirkulation.

I den ikke-recirkulerende type er der varmeover-førende ledninger anbragt i hvirvellaget og varmeover-35 føringen finder sted med høj effektivitet på grund af den fysiske kontakt mellem ledningerne og det ved høj 10 DK 166694 B1 temperatur brændende brændsel og fluidiseringsmediet. I den recirkulerende type, vil en del af de små partikler af brændbart materiale, som endnu ikke er brændt, samt akse eller fluidiseringsmedium (recirkulerende fast ma-5 teriale) sættes sammen i en strøm af forbrændingsgas og føres til en varmeoverføringsdel, der er uafhængig af det område, hvor forbrændingen af ikke-brændte materialer fortsætter, idet det faste materiale efter denne varmeoverføring vender tilbage til dette område sammen 10 med en del af forbrændingsgassen. Det er derfor man i det foregående har talt om kedel med recirkulation.

I hvirvellagskedlen kan der forbrændes diverse typer brændsel med forskellige egenskaber, alt efter den pågældende forbrændingsproces, men man har fornylig 15 konstateret flere ulemper. Hvad angår kedlen af bobletypen, har man erkendt ulemper med hensyn til på fyldningskapaciteten, kompleksiteten i brændselfødeaggrega-tet, kravet om en stor mængde kalk med henblik på deni-trificering, slid på de varmeoverførende ledninger, 20 osv., og man har erkendt, at en kedel af recirkulationstypen er i stand til at afhjælpe disse ulemper.

Der er imidlertid behov for yderligere teknisk udvikling med henblik på opretholdelse af de korrekte temperaturværdier i recirkulationssystemet, omfattende en 25 forbrænder og en cyklon, dimensionering af anlægget og løsning af problemet med behov for lang tidsperiode ved kold start.

Med opfindelsen er man kommet frem til en fremgangsmåde af den indledningsvis angivne art, hvilken 30 fremgangsmåde er ejendommelig ved, at der fra spredningspladen indføres en fluidiseringsgas med højere masseflow til et område nedenfor den skrå skillevæg end til et område på modsatte side af skillevæggen således, at der dannes et opadgående fluidiseret lag 35 langs skillevæggen og et nedadgående fluidiseret lag på den modsatte side af skillevæggen, hvorved nævnte to 11 DK 166694 B1 lag danner et cirkulerende fluidiseret lag, at der foretages styring af masseflowet af fluidiseringsgas fra spredningspladen til nævnte område af skillevæggen, således at en del af fluidiseringsmediet i det cirkule-5 rende fluidiserede lag strømmer opad og når frem til energigenvindingskammeret, og at der foretages styring af masseflowet af gas fra luftsprederen til varmegen-vindingslaget, hvorved styres den totale varmeoverfø-ringskoefficient og dermed den varmeenergimængde, der 10 genvindes af fluidet i varmeveksleren.

Endvidere er en fluid-bed-kedel af den indledningsvis angivne art ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at luftsprederen er beliggende i den nedre del af varmeenergigenvindingskammeret, at varmeenergigenvin-15 dingskammeret i nærheden af sin nedre del har en adgangsport for materialet fra varmegenvindingslaget således, at dette materiale er i stand til gennem denne port at strømme nedad fra varmeenergigenvindingskammeret til forbrændingskammeret, og at en del af spred-20 ningspladen er beliggende under nævnte skrå skillevæg og er indrettet til at bevirke, at der ved skillevæggen dannes en strøm af fluidiseringsgas med højere masse-flow end masseflowet fremkaldt af andre dele af spredningspladen.

25 Opfindelsen beror på den konstatering, at det herved er muligt nemt af styre temperaturen i det primære hvirvellagsforbrændingskammer samtidig med, at der effektivt udvindes varmeenergi med varmeveksleren i den fluidiserede zone, hvor omfanget af slid på denne 30 varmeveksler er reduceret.

Mængden af fluidiseringsmedium i varmeenerti-genvindingskammeret kan enkelt reguleres ved regulering af luftmængden fra luftsprederen, navnlig fordi denne befinder sig forneden i kammeret og bag skillevæggen.

35 Desuden vil dette medium hurtigt opvarmes.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor 12 DK 166694 B1 fig. 1 og 2 er snitbilleder af konventionelle hvirvellagskedler af typen med indvendig cirkulation, fig. 3 et skematisk billede til forklaring af princippet for opfindelsen, 5 fig. 4 et snitbillede gennem en hvirvellagskedel af typen med indvendig cirkulation, til forklaring af konstruktionen ifølge opfindelsen, fig. 5 en graf der viser relationen mellem mængden af luft til fluidisering (Gmf) ved den del, der 10 ligger under den skrå skillevæg i det primære forbrændingskammer og mængden af recirkuleret fluidiseringsme-dium, fig. 6 en graf der angiver relationen mellem mængden af indblæst luft (Gmf) i varmeenergigenvin-15 dingskammeret og hastigheden eller raten af nedadgående lag i genvindingskammeret, fig. 7 en graf der angiver relationen mellem fluidiseringsmasseflowet (Gmf) og den globale varmeled-ningskoefficient i den konventionelle kedel af boblety-20 pen, fig. 8 en graf der angiver relationen mellem spredningsmasseflowet (Gmf) i genvindingskammeret og den globale varmeledningskoefficient i recirkulationskedlen i henhold til opfindelsen, 25 fig. 9 en graf der viser relationen mellem flui diseringsmasseflowet og omfanget af slid på den varmeo-verførende ledning, fig. 10 og 11 variationer i mængden af tilført brændsel, damptryk og hvirvellagstemperatur i forhold 30 til tiden og med regulering af fluidiseringsmasseflowet for genvindingskammeret i afhængighed af en trinvis ændring i dampmasseflowet, fig. 12 tilsvarende variationer i forhold til tiden, ved trinvis ændring af dampmasseflowet, 35 fig. 13 og 14 snitbilleder der viser yderligere udførelsesformer for kedlen ifølge opfindelsen, 13 DK 166694 B1 fig. 15 et snitbillede gennem endnu en udførelsesform for opfindelsen, særlig velegnet til brug på en lille kedel, fig. 16 et snit langs snitlinien A-A i fig. 15 5 for en kedel i cirkulær udformning, og fig. 17-19 fluidiseringsmønstre i et primært hvirvellagsforbrændingskammer, med angivelse af forholdet mellem den vandrette udstrækning L af forbrændingskammeret og den på horisontalen projicerede længde 1 af 10 den skrå skillevæg.

Der henvises nu til fig. 3. Ved bunden af et forbrændingskammer 51 findes der en spredningsplade 52 til indføring af fluidiseringsluft fra en blæser 57 gennem en ledning 53. Spredningspladen 52 har 15 form som et tag, tilnærmelsesvis symmetrisk i forhold til centerlinien i forbrændingskammeret, således at de to modstående kantområder af pladen befinder sig lavere end den centrale del heraf. Fluidiseringsluften fra blæseren 57 indføres opad fra luftspredningspladen 20 52 gennem luftkamre 54, 55 og 56, og masseflowet for fluidiseringsluft fra de yderste kamre 54 og 56 er tilstrækkeligt til, at der dannes et hvirvellag (fluid-bed) i kammeret 51, medens masseflowet af fluidiseringsluft fra det centrale luftkammer 55 er 25 noget mindre, på samme måde som forklaret i det foregående, hvad angår den kendte teknik.

Ovenover de to modstående luftkamre 54 og 56, er der anbragt skrå vægge 58, der indvirker på den opadgående strøm af fluidiseringsluft og afbøj er denne 30 strøm i retning mod centerlinien i forbrændingskammeret, og pilene antyder det strømningsforløb, der opstår på grund af tilstedeværelsen af disse vægge 58 og af forskellen i masseflowet for indblæst fluidiseringsluft. Mellem bagsiden af disse skrå vægge 58 og for-35 brændingskammerets sidevægge er der dannet varmeenergigenvindingskamre 59, således at en del af fluidise- 14 DK 166694 B1 ringsmediet under driften kan indføres i disse kamre 59 bag skråvæggene 58.

I henhold til opfindelsen har skråvæggene en hældning på mellem 10 og 60°, fortrinsvis 25 - 45° i 5 forhold til horisontalen, og den på horisontalen projicerede længde L af væggene er på mellem 1/6 og 1/2, fortrinsvis mellem 1/4 og 1/2 af den horisontale længde L af bunden af forbrændingskammeret.

Hældningsvinklen i forhold til horisontalen og 10 den på horisontalen projicerede længde af skråvæggene er begge faktorer, der har indflydelse på fluidise-ringstilstanden i fluidiseringsmediet i det primære kammer, og på den mængde korn, der indføres i genvindingskamrene. Med hensyn til parametrene "L" og "1" og 15 til strømningsforholdene for fluidiseringsmediet henvises der iøvrigt til fig. 17.

Hvis skråvæggens hældningsvinkel er mindre end 10° eller større end 60° i forhold til horisontalen, kan der ikke opnås en tilfredsstillende cirkulation, og 20 betingelserne for forbrænding af brændslet forringes. Vinklen ligger fortrinsvis i området mellem 25° og 45°, og der er særlig hensigtsmæssigt at vælge en vinkel på ca. 356 .

Hvis den på horisontalen projicerede: længde 1 af 25 skråvæggen er., større end - det. halve. af· længden: L.-. af bunden af forbrændingskammeret, jfr. fig. 18, reduceres mængden af fluidiseringsmedium, som afbøjes af skråvæggene og falder langs centerlinien i kammeret, hvilket virker ugunstigt på dannelsen af det i bevægelse væren-30 de. lag ved midten., af·.-forbrændingskammerety · og på. den nedadgående bevægelse og spredningen af brændsel, der tilføres centralt i kammeret.

Hvis den på horisontalen projicerede længde 1 af skråvæggen i forhold til udstrækningen af bunden af 35 forbrændingskammeret derimod er mindre end 1/6 af bundens længde L, jfr. fig. 19, vil dannelsen af cirkula- 15 DK 166694 B1 tionsflowet i det primære kammer, og navnlig dannelsen af det i bevægelse værende lag ved midten af forbrændingskammeret, svækkes, hvilket indvirker ugunstigt på tilførslen og udspredningen af brændslet og den afbøje-5 de strøm af fluidiseringsmedium i genvindingskammeret bliver utilstrækkelig.

Forneden i genvindingskammeret 59 og på bagsiden af skråvæggen 58 findes der en til genvindingskammeret hørende spreder 62 for indføring af gas, 10 f.eks. luft fra en blæser 60 gennem en ledning 61. X den del af genvindingskammeret 59, der befinder sig nær ved det sted, hvor sprederen 62 er opstillet, findes der en adgangsport 63, og det fluidiseringsmedium, der indføres i genvindingskammeret 59, bringes 15 til vedvarende eller intermitterende, alt efter operationsmåden, at bevæge sig nedad med et under dannelse værende lag og det recirkuleres ind i forbrændingsområdet gennem porten 63.

Fig. 4 viser en udførelsesform baseret på det i 20 fig. 3 illustrerede princip.

Den mængde nedadgående fluidiseringsmedium, der går ind i genvindingskammeret og skal recirkuleres, reguleres af mængden af luftsprederen og afgiver i genvindingskammeret, samt af mængden af fluidiseringsluft 25 i forbrændingsområdet. Den mængde Gj fluidiseringsmedium der indføres i genvindingskammeret, vil som vist i fig. 5 øges, hvis der tilsvarende er en forøgelse i mængden af fluidiseringsluft, der indføres fra spredningspladen 52, navnlig fra de to yderste luftkamre 30 54 og 56, som skal bevirke fluidisering i forbræn dingsområdet. Desuden, jfr. fig. 6, vil mængden af fluidiseringsmedium, der går nedad i genvindingskammeret ændres tilnærmelsesvis proportionalt med ændringen i mængden af luft, der indblæses i genvindingskammeret, 35 når ændringen ligger i området fra 0-1 Gmf, hvorefter den holdes tilnærmelsesvis konstant, når mængden af 16 DK 166694 B1 indført luft i genvindingskammeret vokser op over 1 Gmf. Denne konstante mængde fluidiseringsmedium er næsten ækvivalent med mængden Gj_ af fluidiseringsmedium, der indføres i genvindingskammeret, hvorfor mængden af 5 fluidiseringsmedium, der strømmer nedad i genvindingskammeret, har en værdi svarende til G^ ved styring af luftmængde, både for forbrændingsområdet og for genvindingskammeret, kan mængden af nedadgående fluidiseringsmedium i genvindingskammeret 59 reguleres.

10 Den nedadgående bevægelse af fluidiseringsmediet i det statiske lag for området fra o-l Gmf skyldes forskellen i vægt for fluidiseringsmediet (forskellen i højde for hvirvellagene) mellem genvindingskammeret og forbrændingskammeret og i det tilfælde, hvor masseflo-15 wet er på mere end 1 Gmf, vil højden af det i bevægelse værende lag blive lidt større eller tilnærmelsesvis lig med højden af det andet lag. En afbøjet strøm med tilstrækkelig mængde fluidiseringsmedium, frembragt af skråvæggen, vil bidrage til cirkulation af fluidise-20 ringsmediet.

Relationen mellem højden af hvirvellag og mængden af recirkulerende fluidiseringsmedium (den af bøjede strøm) skal nu forklares nærmere.

X det tilfælde, hvor overfladen på hvirvellaget 25 befinder sig lavere end den øverste end af skråvæggen, vil den opad langs skråvæggen gående luftstrøm få sin retning bestemt af væggen og den vil sammen med det ledsagende fluidiseringsmedium af bøj es fra denne væg.

Den indblæste luftstrøm får herved en anden tilstand 30 end i hvirvellaget, og den vil blive befriet for det fluidiseringsmedium, som hvirvellaget er fyldt med, og luftstrømmen får pludseligt et større strømningsareal, hvorfor den spreder sig, og dens hastighed reduceres til nogle få meget pr. sekund, idet luftstrømmen svæk-35 kes i opadgående retning. Derfor vil den kinetiske energi i det fludiseringsmedium, der ledsager den ind- 17 DK 166694 B1 blæste luftstrøm falde på grund af tyngdekraften og friktionen med udstødsgassen eftersom partiklerne i fluidiseringsmediet er for store (ca. 1 mm) til at de kan bæres af luftstrømmen.

5 I det tilfælde, hvor overfladen på hvirvellaget befinder sig højere oppe end den øverste ende af skråvæggen, vil en del af fluidiseringsmediet, der opsamles af skråvæggene føres med langs disse vægge i den givne retning på samme måde som hos et hvirvellagsforbræn-10 dingskammer med cirkulerende strøm, medens en anden del heraf, på grund af et kogefænomen med eksploderende bobler, sprøjter opad over den øverste ende af skråvæggene og falder ned langs omkredsen. Som følge heraf vil en større mængde fluidiseringsmedium overføres til bag-15 siden af skillevæggene, dvs. inde i genvindingskammeret.

Dette betyder, at det indførte fluidiseringsmedium efterhånden vil bevæge sig mere og mere lodret, jo højere overfladen på hvirvellaget ligger i forhold til 20 overkanten af skråvæggen. Mængden af fluidiseringsmedium, der indføres i genvindingskammeret, vil således øges, hvis overfladen ligger lidt op over den øverste ende af skråvæggen.

Fig. 5 viser relationen mellem mængden af flui-25 diseringsluft i forbrændingskammeret under skråvæggen og mængden af fluidiseringsmedium, der recirkuleres gennem genvindingskammeret.

Hvis højden af hvirvellaget under drift i henhold til tilstanden L1 eksempelvis reduceres på grund 30 af spredning af "abraded" fludiseringsmedium, vil mængden af recirkulerende fluidiseringsmedium pludselig reduceres til f.eks. under 1/10 af den tidligere mænde, og der kan ikke genvindes varmeenergi. Den vigtigste faktor er således mængden af fluidiseringsluft, og hvis 35 man sørger for at den er på mere end 4 Gmf, fortrinsvis mere end 6 Gmf, kan værdien af G-j/Gq holdes på over 1, 18 DK 166694 B1 og den fornødne og tilstrækkelige mængde af recirkule-rende fluidiseringsmedium kan opnås, selvom højden af hvirvellaget ændres.

Ved desuden at sørge for, at masseflowet af ind-5 blæst luft fra luftsprederen i bunden af genvindingskammeret holdes på mellem o og 3 Gmf, fortrinsvis på mellem 0 og 2 Gmf, og for at masseflowet af fluidise-ringsluft fra luftspredningspladen under skråvæggen holdes på mellem 4 og 20 Gmf, fortrinsvis på mellem 6 10 og 12 Gmf, dvs. ved altid at sørge for, at masseflowet er større i forbrændingskammeret end i genvindingskammeret, kan man regulere mængden af fluidiseringsmedium, der fra genvindingskammeret skal føres tilbage til forbrændingskammeret .

15 Hvad angår det i bevægelse værende lag i genvin dingskammeret, har man før, for nemheds skyld, talt om statisk lag, når masseflowet er på mellem 0 og l Gmf, og om fluidiseret lag eller hvirvellag, når masseflowet er på over 1 Gmf, og det er velkendt, at der til dan-20 nelse af et stabilt hvirvellag (fluid bed) kræves et masseflow på minimalt 2 Gmf. På den anden side, i tilfældet af det i bevægelse værende lag i henhold til opfindelsen, hvilket lag altid bevæger sig nedad, vil dette lag tilfredsstillende kunne dannes indtil masse-25 flowet øges til ca. 1,5 - 2 Gmf uden risiko for, at der forekommer bobling i laget. Det antages at kornene i fluidiseringsmediet gradvis bevæger sig nedad i et vibrationsmønster, hvor fluidiseringsluften danner små luftbobler, der bevæger sig ensartet opad i retning 30 imod den øverste del af det i bevægelse værende lag.

Inden i varmeenergigenvindingskammeret 59 er der anbragt varmeoverføringsledninger 65, hvori der kan cirkuleres et varmeoptagende fluidum, såsom damp eller vand, således at der kan udvindes varmeenergi fra 35 fluidiseringsmediet, medens dette bevæger sig nedad i genvindingskammeret. Varmeledningskoefficienten i var- 19 DK 166694 B1 megenvindingsområdet varierer kraftigt som vist i fig.

8, når mængden af udspredt luft i genvindingskammeret varierer i området fra 0-2 Gmf.

vi skal nu se nærmere på sådanne karakteristika, 5 som belastningsrespons under dannelse af det i bevægelse værende lag i genvindingskammeret.

Pig. 7 viser den generelle relation mellem den globale varmeledningskoefficient og masseflowet for fluidisering. Indenfor værdiområdet fra 0-1 Gmf for 10 masseflowet er der lille forøgelse af varmeledningskoefficient, som derefter vokser pludseligt, når masseflowet overstiger 1 Gmf. I DOE report 6021 (2), 655-633 (1985) blev "Wing Panel Type" angivet som en metode til afbrydelse af en hvirvellagskedel under udnyttelse af 15 ovennævnte fænomen, og varmeledningskoefficient som funktion af variationen i fluidiseringsmasseflowet angives som ufølsom (static bed) eller altfor følsom (fluidized bed).

Det skal iøvrigt her bemærkes, at der under gen-20 nemgang af nogle udenlandske patentbeskrivelser er fundet flere tilfælde, hvor der kan synes at være en vis lighed med den foreliggende teknik, ved at forbrændingskammeret er adskilt fra varmeenergigenvindingskammeret. Alle de deri omtalte skillevægge er imidlertid 25 konstrueret som vertikale vægge, og fluidiseringsmediet i genvindingskammeret er i stand til at skifte fra statisk lag til fluidiseret lag, idet det er et statisk lag, når den udvundne varmeenergi er lille og et fluidiseret lag, hvor mediet blæses ned fra og op efter, 30 når den udvundne varmeenergi er stor. Dette beror på, at det er vanskeligere at tilvejebringe en afbøj et strøm med en vertikal væg end med en skrå væg. Det kan derfor ikke undgås i tilfældet af en vertikal skillevæg, at fluidiseringsmediet, både i forbrændingskamme-35 ret og i genvindingskammeret, befinder sig i fluidiseret tilstand (på samme måde som vand), således at flui- 20 DK 166694 B1 diseringsmediet bringes til at strømme mellem de to kamre.

Fig. 8 viser relationen mellem den globale var-meledningskoefficient og fluidiseringsmasseflowet. Som 5 det fremgår af fig. 8 varierer koefficient næsten lineært, hvorfor den udvundne mængde varmeenergi og temperaturen i det primære forbrændingskammer valgfrit kan styres. Ydermere kan en sådan styring nemt udføres, blot ved regulering af mængden af udspredt luft i 10 genvindingskammeret.

Det skal bemærkes, at omfanget af slid på de varmeoverførende ledninger i hvirvellaget er proportionalt med tredje potens af fluidiseringsmasseflowet, jfr. fig. 9. Derfor kan problemet med slid på de var-15 meoverførende ledninger løses ved at sørge for, at mængden af udspredt luft, der indblæses i det i bevægelse værende lag i genvindingskammeret, indstilles til at være på mellem 0 og 3 Gmf, fortrinsvis på mellem 0 og 2 Gmf.

20 Med henblik på regulering af mængden af genvun den varmeenergi foretages der, som forklaret foroven, regulering af mængden af recirkulerende fluidiserings-medium samtidigt med, at der sørges for regulering af varmeledningskoefficiénten. Hvis mængden af fluidise-25 ringsgas i luftkamrene 54 og 56 for det primære forbrændingskammer holdes konstant, og mængden af luft indblæst i genvindingskammeret øges, øges mængden af recirkulerende fluidiseringsmedium og varmeledningsko-efficient simultant øges til kraftig forøgelse af mæng-30 den af genvunden varmeenergi på grund af den kombinerede virkning af disse to faktorer. Hvad angår temperaturen i fluidiseringsmediet i hvirvellaget svarer dette til den effekt, at man forhindrer temperaturen i fluidiseringsmediet i at blive øget op over den forudbe-35 stemte temperatur.

Til indførelse af spredningsgas i genvindingskammeret 59 foreligger der forskellige muligheder, DK 166694 Bl 21 men generelt vil midlerne dertil placeres langs bagsiden af skråvæggen, dvs. langs den side, der vender mod genvindingskammeret således, at der er effektiv udnyttelse af genvindingskammeret.

5 Hvad angår luftsprederen gøres adgangsportene for indføring af spredningsluft mindre jo tættere op ad spidsen af luftsprederen de befinder sig (tykkelsen af laget bliver også mindre opad) således, at man undgår tilførsel af større mængder luft i nævnte øverste ende.

10 Portenes respektive størrelser vælges fortrins vis således, at der med den afgivne luftmængde på 2 Gmf tilnærmelsesvis er ensartet luftafgivelse over hele længden af luftsprederen 62. Når denne betingelse er opfyldt, er det muligt at opnå maksimal varmeenergigen-15 vinding fra samtlige varmeledende flader i genvindingskammeret og omfanget af slid på disse varmeledningsflader kan holdes på lave værdier over alle disse flader.

Der henvises nu til fig. 4. ved 66 vises et indløb for brændsel i den øverste del af kammeret 51 20 og ved 67 vises et dampkammer, der har en ikke vist forbindelse med varmeoverførende ledninger 65 i genvindingskamrene 59. Ved 69 vises udløb for ikke-brændbare materialer ved de modstående kanter af luftspredningspladen 52 i bunden af kammeret 51 og ved 25 70 vises en transportør med to modstående skruer 71.

Det skal iøvrigt bemærkes at indløbet for brændsel ikke behøver at være placeret i den øverste del af kedlen, idet det også kan placeres sideliggende på kedlen, f.eks. som en kuludspreder 66'.

30 De brændbare materialer F, der indføres gennem indløbet 66 eller 66' cirkulerer og forbrændes i det fluidiseringsmedium, der bringes til at cirkulere under påvirkningen af den cirkulationsstrøm, der forårsages af fluidiseringsluften. På dette tidspunkt er 35 fluidiseringsmediet i den øverste centrale del af luftkammeret 55 ikke ledsaget af en voldsom bevægelse op DK 166694 Bl 22 og ned, og det danner et svagt fluidiseret nedadgående lag. Dette lag har smal bredde foroven og lagets bagkanter breder sig i indbyrdes modsatte retninger, indtil de når ovenover luftkamrene 54 og 56 ved de 5 modstående kantområder, hvori de påvirkes af den flui-diseringsluft, der fra de to tilhørende luftkamre blæses ind med større masseflow. Som følge heraf vil en del af hver bagkant forskyde sig, hvorfor laget ovenover luftkammeret 55 strømmer nedad på grund af tyng-10 dekraften. Ovenover dette lag stabler fluidiseringsme-diet sig op med tilskud fra hvirvellaget, dette forklares nærmere senere, og fluidiseringsmediet ovenover luftkammeret 55 danner et gradvis og kontinuert nedadgående lag, efterhånden som ovennævnte proces fortsæt-15 ter. Fluidiseringsmediet ovenover luftkamrene 54 og 56 blæses opad og afbøjes og hvirvles af skråvæggene 58 i retning mod centerlinien i forbrændingskammeret 51, og det falder igen ned over den centrale del af det i bevægelse værende lag, og bringes således til at 20 cirkulere, medens en del af fluidiseringsmediet overføres til genvindingskamrene 59 bag skråvæggene. I det tilfælde, hvor fluidiseringsmediet strømmer langsomt nedad i genvindingskammeret 59, vil skræntvinklen for fluidiseringsmediet dannes i den øverste del af genvin-25 dingskammeret og overskuddet af fluidiseringsmedium falder ned fra den øvre del af skråvæggen til det primære forbrændingskammer.

Med den gas, der indføres ved hjælp af sprederen 62, vil fluidiseringsmediet, der indføres i genvin-30 dingskammeret 59, gradvis bevæge sig nedad og føres tilbage til forbrændingskammeret gennem porten 63 efter varmeoverføring til ledningerne.

Masseflowet for indblæsning af luft med sprederen 62 i genvindingskammeret 59, vælges fortrinsvis 35 i værdiområdet fra 0-3 Gmf, fortrinsvis fra 0-2 Gmf.

Årsagen til dette, jfr. fig. 8, er at varmeled-ningskoefficienten varierer fra minimummet til maksim- 23 DK 166694 B1 mumet under værdien på 2 Gmf og at man, som det fremgår af fig. 9, kan styre omfanget af slid indenfor et smalt område.

Varmeenergigenvindingskammeret befinder sig des-5 uden udenfor den stærkt korroderende zone af forbrændingskammeret, hvor der er reducerende atmosfære, hvorfor de varmeoverførende ledninger 65 bliver mindre udsat for korrosion end i de konventionelle konstruktioner og omfanget af sliddet på disse ledninger 65 10 er meget reduceret, fordi der i dette område er lav fluidisering. For et masseflow af fluidiseringsluft på mellem 0 og 2 Gmf, er luftstrømhastigheden ret lille, eksempelvis på mellem 0 og 0,4 m/s (overfladehastighed) ved 800°C og i praksis afhænger den af temperaturen og 15 kun størrelsen i fluidiseringsmediet.

I det tilfælde, hvor de brændbare materialer er iblandet ikke-brændbare materialer med partikkelstør-relse større end kun størrelsen i fluidiseringsmediet, vil transportøren 70 i bunden af forbrændingskammeret 20 bortlede forbrændingsaffaldet sammen med en del af fluidiseringsmediet.

Med hensyn til varmeoverførslen i genvindingskammeret 59, skal det bemærkes, at der udover den, der finder sted ved direkte kontakt mellem fluidise-25 ringsmediet og rørledningerne 65 også forekommer en, der udnytter den opadgående gas, som bevæger sig opad i et uregelmæssigt vibrationsmønster efterhånden som fluidiseringsmediet bevæger sig. I så fald er der, i modsætning til den sædvanlige varmeoverførsel ved kon-30 takt mellem gas og faste stoffer, idet væsentlige ingen grænselag mellem de faste stoffer, der kan forhindre varmeledning, og fluidiseringsmediet udsættes for god omrøring, således at varmeledningen i fluidiseringsme-diets korn kan være ubetydelige, et faktum man ikke kan 35 se bort fra, i det tilfælde, hvor mediet er stationært.

Man kan derfor opnå en særlig god varmeledningskarakte- 24 DK 166694 B1 ristik. Dette gør det muligt i genvindingskammeret i overensstemmelse med opfindelsen at opnå en høj varme-ledningskoefficient på næsten 10 gange den koefficient, der kan opnås i en konventionel gaskedel.

5 Som forklaret i det foregående afhænger varmeo- verførslen mellem fluidiseringsmediet og de varmeleden-de flader meget af omfanget af fluidisering og mængden af recirkulerende fluidiseringsmedium kan styres ved regulering af mængden af gas, der indføres fra sprede-10 ren 62. Ved desuden at indrette genvindingskammeret 59 med dets i bevægelse værende lag, adskilt fra det primære forbrændingskammer i anlægget, er det muligt at opbygge et kompakt varmegenvindingsapparat med god evne til nedregulering og hvor det fluidiserede lag nemt kan 15 styres.

I en kedel, hvori der anvendes brændsel der forbrænder langsomt, f.eks. kul eller koks, er det i de fleste tilfælde muligt hurtigt at ændre fordampningsmængden, undtagen når den kun varierer svarende til 20 forbrændingshastigheden. I en kedel af bobletypen er situationen endnu ringere end i ovennævnte kedel, fordi varmeenergigenvindingen udføres på basis af temperaturen i hvirvellaget.

I kedlen i henhold til opfindelsen kan varmeled-25 ningsmængd en-'.imidlertid, øjeblikkeligt -varieres fra brøkdele til flere gange ved ændring af mængden af luft, der indblæses i varmegenvindingskammeret. Variationen i varmeenergi der indføres i hvirvellaget, baseret på variationen _i mængden af tilført brændsel, af-30 hænger derfor af forbrændingshastigheden og bevirker, at der er tidsforsinkelse. Mængden af varmeenergi udvundet fra genvindingskammeret i konstruktion ifølge opfindelsen kan imidlertid hurtigt varieres ved ændring af mængden af luft, der indblæses i genvindingskamme-35 ret, og forskellen i respons mellem varmeinput og udvundet varmeenergi, kan optages som en midlertidig æn- 25 DK 166694 B1 dring i temperaturen i fluidiseringsmediet på grund af den evne fluidiseringsmediet, som danner hvirvellaget, har til at optage varme. Som følge heraf kan varmeenergien udnyttes uden tab, og der kan opnås en god re-5 sponskarakteristik for regulering af fordampningsmængden, hvilket ikke kan opnås i en konventionel kedel, der f.eks. for eksempel forbrænder kul.

Det skal iøvrigt her bemærkes, at udløbene 69 for ikke-brændbare materialer, som vist på tegningen, 10 befinder sig fortrinsvis nær ved åbningerne 63 ved de modstående kanter af luftspredningspladen i kammeret 51, men placeringen er dog ikke begrænset til netop denne udformning.

I fig. 4 er luftspredningspladen 52 vist for-15 met som et tag. Hvis mængden af fluidiseringsluft, der indføres fra luftkamrene 54 og 56, imidlertid vælges til at være på mere end 4 Gmf, kan den cirkulerende strøm, der dannes i det primære forbrændingskammer på grund af virkningen af skråvæggene, og derfor også 20 luftspredningspladen 52, bringes til at være horisontal i det fælde, hvor det drejer sig om at forbrænde materialer såsom kul med få ikke-brændbare materialer.

I så fald kan udgangsåbningerne for ikke-brændbare materialer også udelades.

25 Af de foregående fremgår det, at der med hvir vellagskedlen ifølge opfindelsen kan opnås en meget større varmegenvinding. Fremgangsmåden til styring af kedlen i henhold til opfindelsen skal nu forklares nærmere.

30 Mængden af varmeenergi, der udvindes fra genvin dingskammeret, styres i afhængighed af brugerens behov for at udnytte denne energi, ved i henhold til opfindelsen at regulere den mængde gas, der fra sprederen indføres i genvindingskammeret. Reguleringen af tempe-35 raturen i det primære forbrændingskammer foregår ved styring af den mængde brændsel der tilføres, baseret på 26 DK 166694 B1 temperaturen i forbrændingskammeret eller på damptrykket og i kedlen i henhold til opfindelsen kan varmeled-ningskoefficienten justeres valgfrit, og variationen i mængden af udvundet varmeenergi optages som en varia-5 tion i varmeindholdet i fluidiseringsmediet, hvorfor kedlen øjeblikkeligt kan reguleres for at opfylde brugerens behov, og kan operere i stabil tilstand.

Forklaringen gives under henvisning til fig. 4.

Hvis temperaturen af damp udtaget via rørledningerne 10 65, f.eks. ikke er tilstrækkelig, sørger en regulator 92 for at åbne en luf tregulerings ventil 93 i afhængighed af temperaturen, som måles med en føler 91 i en udgangsledning 90 for damp, således at der indblæses mere luft, hvorved mængden af udvundet varmeenergi 15 vokser og damptemperaturen stiger til den værdi brugeren ønsker.

Temperaturen i hvirvellagsforbrændingskammeret styres indenfor et givet værdiområde ved regulering af mængden af tilført brændsel til kammeret og/eller ved 20 regulering af mængden af tilført luft til luftkamrene 54, 55 og 56 på basis af temperaturen i hvirvella get, målt ved hjælp af en føler 94.

Der er en anden metode, hvorpå mængden af brændsel tilført forbrændingskammeret styres af et tryksi-25 gnal, eksempelvis i det tilfælde, hvor den fornødne dampmængde varierer på grund af belastningsvariationer på forbrugersiden eftersom damptrykket er den faktor, der ændrer sig hurtigst som svar på en ændring i behovet.

30 Fig. 10 og 11 viser responskarakteristikker, hvor dampmængden varierer trinvis med 30% fra 70% til 100%.

Fig. 10 viser testresultater der er opnået, når luftmængden fra sprederen i genvindingskammeret holdes 35 konstant, medens dampstrømmængden varieres trinvis med +30%, og fig. 11 viser testresultater der er opnået, 27 DK 166694 B1 når mængden af udspredt luft reguleres i afhængighed af variationen på +30% i dampstrømmængden. Hvis man sammenholder disse to figurer, kan man se, at temperaturen i hvirvellaget og dampstrømmængden i løbet af kort tid 5 indskrænkes til givne værdier, og at variationsområdet også er smalt i det tilfælde (fig. 11), hvor mængden af udspredt luft reguleres i henhold til opfindelsen som svar på variationen i dampstrømmængden, sammenlignet med resultaterne for den konventionelle metode, der er 10 illustreret i fig. 10.

Området for variation af temperaturen i hvirvellaget var på ca. ±12°C, mens den var på mindre end ca. ±0,3kg/cm2 (0,029 MPa) i det tilfælde, hvor reguleringen foregik som vist i fig. 11.

15 Pig. 12 viser responskarakteristikken når damp strømmængden varieres et trin med -60% og hvor den i genvindingskammeret afgivne luftmængde i overensstemmelse med opfindelsen reguleres i afhængighed af denne variation. Også i dette tilfælde viser det sig, at tem-20 peraturen i hvirvellaget holder sig nærmest konstant, og der er et lille variationsområde for damptrykket.

En anden udførelsesform for opfindelsen forklares under henvisning til fig. 13, hvor udførelsesformen svarer til anvendelsen af opfindelsen på et anlæg af 25 den i fig. 1 viste art, hvor der er ét enkelt cirkulerende hvirvellag, og hvor der, med hensyn til betydning og funktion, er anvendt de samme henvisningsbetegnelser som i fig. 3.

Fig. 14 viser en udførelsesform til brug i det 30 tilfælde, hvor der er behov for en stor kedel. Den i fig. 14 viste udførelsesform er konstrueret ved at kombinere to hvirvellagskedler af typen med indvendig cirkulation som vist i fig. 4.

Som det fremgår af fig. 4 og 14 foregår driften 35 uden vanskeligheder ved tilførsel af brændsel gennem indløbet i toppen af kammeret. I det tilfælde hvor der 28 DK 166694 B1 anvendes fast brændsel, såsom kul med kulstykker af størrelser på op til få centimeter, er det hensigtsmæssigt at indføre dette brændsel i en noget lavere højde i forbrændingskammeret, fremfor fra toppen, men dog 5 ovenover overfladen på hvirvellaget, under anvendelse af et passende udstyr med f.eks. en spreder, der med roterende blade sørger for udspredning af brændslet.

Hvis anlægget kun bruges til forbrænding af fast brændsel, såsom kul kan man nøjes med en spreder af den 10 ovenfor nævnte type, uden behov for indløb i toppen.

Man kan også indføre brændbare materialer med større legemer fra toppen og fast brændsel med sprederen på den ovenfor beskrevne måde således, at de begge forbrænder i sammenblandingen.

15 Hvirvellagskedler af typen med indvendig cirku lation af den ovenfor angivne art er fortrinsvis mellemstore eller store kedler. For små kedler er det ønskeligt at gøre dem mere kompakte, og fig. 15 viser en sådan udførelsesform. I den i fig. 15 viste udførelses-20 form er de varmeoverførende ledninger 65, der viser indlagt i hvirvellaget i fig. 4 orienteret i næsten vertikal retning, og de strækker sig til en udstødsgas-varmeoverførende del ovenover genvindingskammeret således, at gruppen af varmeoverførende ledninger også tje-25 ner at forbinde et vandkammer 91 ved toppen med et vandkammer 92 ved bunden.

Ved at opstille de tilnærmelsesvis vertikale fordampningskanaler i et stort antal i en fri zone i den øverste del af forbrændingskammeret og rundt omk-30 ring varmeenergigenvindingskammeret, er der mulighed for at bruge dem som organer til forstærkning af kedlens konstruktion, og afhjælpe behovet for hjælpeudstyr, f.eks. pumpe til tvangscirkulation og tilhørende rørledninger, eftersom fluidet i disse varmeoverførende 35 rørledninger og i kanalerne i hvirvellaget automatisk bringes til at cirkulere.

29 DK 166694 B1

Yderligere kan man kombinere en fluid-bed-kedel og en udstødsgaskedel som en sammensat enhed således, at der økonomisk set er mulighed for at skabe en lille fluid-bed-kedel af typen med indvendig cirkulation.

5 Konstruktionen og funktionen i henhold til op findelsen beskrives yderligere herefter. Den udstødsgas der frembringes ved forbrænding i det primære forbrændingskammer, føres opad gennem den øverste del af kammeret og inden i gruppen af varmeoverførende ledninger, 10 der er opstillet langs omkredsen. Gassen danner derefter en nedadgående strøm i en retning i hovedsagen vinkelret på de varmeoverførende ledninger, medens der foregår varmeveksling. En del af den ubrændte aske, som tyngdekraften bringer til at falde ned, opsamles på 15 kollektorplader 93, og bringes til at falde i retning mod hvirvellaget i genvindingskammeret, hvori asken forbrændes yderligere på grund af dens langvarige ophold i hvirvellaget, hvilket forbedrer forbrændingseffektiviteten .

20 Denne situation er særlig hensigtsmæssig, når det er kul, der forbrændes, eftersom kullets ubrændte carbon kræver længere tid til forbrænding. I andre tilfælde, hvor der benyttes anden brændsel end kul, og hvor ubrændt aske ikke bliver spredt ret meget, behøves 25 der ingen recirkulation af ubrændt aske.

Hvad angår indløbet for brændsel, såfrem et sådan indløb forefindes, eksempelvis ved en sådan konstruktion, hvor der tilføres brændsel fra toppen, er det hensigtmæssigt at indblæse den sekundære forbræn-30 dingsluft i retning mod hvirvellagsforbrændingskammeret. Ved et sådant arrangement vil sekundærluften danner et tæppe, som forhindrer de fine brændselpartikler, såsom kulpulver i at blive spredt ud sammen med udstødsgassen fra forbrændingen, samtidigt med, at der, i 35 den frie zone i toppen foregår en effektiv omrøring og sammenblanding, der kan bidrage til opnåelse af til-

Claims (14)

30 DK 166694 B1 strækkelig kontakt mellem oxygen i sekundærluften og ubrændt aske i udstødsgassen, hvorved forbrændingseffektiviteten forbedres, medens der er reduktion af mængden af N0X og CO, osv.

1. Fremgangsmåde til styring af en fluid-bed- kedel omfattende et forbrændingskammer (51), hvori der findes et primært fluidiseret lag af fluidiseringsme-dium og en spredningsplade (52), et varmeenergigenvindingskammer (59), der indeholder et varmegenvindings-25 lag af fluidiseret medium og en gas- eller luftspreder (62), og hvor en skrå skillevæg (58) adskiller det primære fluidiserede lag fra varmegenvindingslaget, og hvor det primære fluidiserede lag og varmegenvindingslaget kommunikerer med hinanden foroven og forneden, og 30 en i varmegenvindingslaget placeret varmeveksler (65) for et varmeoptagende fluidum, kendetegnet ved at der fra spredningspladen (52) indføres en fluidiseringsgas med højere masseflow til et område 35 nedenfor den skrå skillevæg (58) end til et område på modsatte side af skillevæggen således, at der dannes et 31 DK 166694 B1 opadgående fluidiseret lag langs skillevæggen og et nedadgående fluidiseret lag på den modsatte side af skillevæggen, hvorved nævnte to lag danner et cirkulerende fluidiseret lag, 5 at der foretages styring af masseflowet af fluidiseringsgas fra spredningspladen (52) til nævnte område af skillevæggen, således at en del af fluidise-ringsmediet i det cirkulerende fluidiserede lag strømmer opad og når frem til energigenvindingskammeret, og 10. at der foretages styring af masseflowet af gas fra luftsprederen (62) til varmegenvindingslaget, hvorved styres den totale varmeoverføringskoefficient og dermed den varmeenergimængde, der genvindes af fluidet i varmeveksleren (65).

2. Fremgangsmåde ifølge krav l, kende tegnet ved, at tilførslen af gas fra luftsprederen (62) ved bunden af varmeenergigenvindingskammeret (59) foregår med et fluidiseringsmasseflow (Gmf) i værdiområdet 0-3 Gmf, fortrinsvis i værdiområdet 20 0-2 Gmf, og at tilførslen af fluidiseringsgas fra spredningspladen (52) under nævnte skrå skillevæg (58) foregår med et fluidiseringsmasseflow 1 værdiområdet 4-20 Gmf, fortrinsvis i værdiområdet 6-12 Gmf.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kende- 25 tegnet ved, at der foretages styring af brændselsmængden til forbrændingskammeret (51).

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kende tegnet ved, at der foretages regulering af temperaturen i det primære fluidiserede lag ved styring af 30 den til dette lag tilførte brændselsmængde som funktion af denne temperatur eller af damptrykket.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kende tegnet ved, at der foretages regulering af temperaturen i det primære fluidiserede lag inden for et 35 givet værdiområde ved styring af den til dette lag tilførte brændselsmængde og/eller ved regulering af den til spredningspladen tilførte gasmængde. 32 DK 166694 B1

5 Fig. 16 er et snitbillede i det vandrette plan langs snitlinien A-A i fig. 15. Den viser et eksempel på en cirkulær kæde. I tilfældet af en smal, kompakt kedel er der ikke særligt behov for at opbygge kedlen i cirkulær facon som vist i fig. 16, men det er nemmere 10 at opbygge arrangementer af varmeoverførende ledninger, når man anvender denne cirkulære form. Det skal endvidere bemærkes, at det, hvad angår de i fig. 4, 13 og 14 viste udførelsesformer, er hensigtsmæssigt for konstruktionen at anvende en rektan-15 gulær konfiguration.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kende tegnet ved, at der foretages måling af temperaturen i det primære fluidiserede lag ved hjælp af en termoføler, og at reguleringen foregår i afhængighed af 5 termofølerens måleværdi.

7, Fremgangsmåde ifølge krav 3, kende tegnet ved, at der foretages styring af brændselsmængden til det primære fluidiserede lag i afhængighed af et trykangivende signal.

8. Fluid-bed-kedel til brug ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge de foregående krav, og af den art, der omfatter et forbrændingskammer (51) med primært fluidiseret lag og med en spredningsplade (52) til forsyning af det fluidiserede lag med varierbare mæng-15 der af fluidiseringsgas, et varmeenergigenvindingskammer (59), der rummer et varmegenvindingslag og en gas- eller luftspreder (62) til forsyning af varmegenvindingslaget med gas, en skrå skillevæg (58), der adskiller det pri-20 mære fluidiserede lag fra varmegenvindingslaget på en sådan måde, at det primære fluidiserede lag og varmegenvindingslaget kommunikerer med hinanden foroven og forneden, og en i varmegenvindingslaget placeret varmeveks-25 ler (65) for et varmeoptagende fluidum, kendetegnet ved at luftsprederen (52) er beliggende i den nedre del af varmeenergigenvindingskammeret (59), at varmeenergigenvindingskammeret (59) i nær-30 heden af sin nedre del har en adgangsport (63) for materialet fra varmegenvindingslaget således, at dette materiale er i stand til gennem denne port at strømme nedad fra varmeenergigenvindingskammeret til forbrændingskammeret, og 35. at en del af spredningspladen (52) er beliggende under nævnte skrå skillevæg (58) og er indrettet til at DK 166694 Bl 33 bevirke, at der ved skillevæggen dannes en strøm af fluidiseringsgas med højere masseflow end masseflowet fremkaldt af andre dele af spredningspladen (52).

9. Kedel ifølge krav 8, kendetegnet 5 ved, at spredningspladen (52) er beliggende ved bunden af forbrændingskammeret.

10. Kedel ifølge krav 8, kendetegnet ved, at varmeenergigenvindingskammeret (59) er tilvejebragt mellem nævnte skrå skillevæg (58) og en sidevæg 10 til forbrændingskammeret eller mellem bagsiderne på to skrå skillevægge.

11. Kedel ifølge krav 8, kendetegnet ved, at luftsprederen (62) i den nedre del af varmeenergigenvindingskammeret (59) er beliggende nær ved 15 bagsiden af nævnte skrå skillevæg (58).

12. Kedel ifølge krav 8, kendetegnet ved, at den skrå skillevægs (58) hældning i forhold til 0 0 horisontalen er på mellem 10 og 60 , fortrinsvis på 0 0 mellem 25 og 45 .

13. Kedel ifølge krav 8, kendetegnet ved, at den skrå skillevæg (58) er således udformet, at dens på horisontalen proj icerede længde er på 1/6 - 1/2, fortrinsvis 1/4 - 1/2 af den vandrette udstrækning af bunden af forbrændingskammeret.

14. Kedel ifølge krav 8, kendetegnet ved, at gas- eller luftsprederen (62) er således indrettet, at tilførslen af gas eller luft ved bunden af varmeenergigenvindingskammeret (59) foregår med et fluidiseringsmasseflow (Gmf) i værdiområdet 0-3 Gmf, 30 fortrinsvis i værdiområdet 0- 2 Gmf, og at spredningspladen (52) under nævnte skrå skillevæg (58) er således indrettet, at tilførslen af fluidiseringsgas foregår med et fluidiseringsmasseflow i værdiområdet 4-20 Gmf, fortrinsvis i værdiområdet 6-12 Gmf.