FI101573B - Menetelmä paineistetusta leijukerrospolttolaitoksesta peräisin olevan, savukaasuista erotetun pölyn jäähdyttämiseksi - Google Patents

Description

101573

Menetelmä paineistetusta leijukerrospolttolaitoksesta peräisin olevan, savukaasuista erotetun pölyn jäähdyttämiseksi - Förfarande för avkylning av stoft som separerats frän rökgaser, vilka kommer frän en anläggning med förbränning i tryksatt fluidiserad bädd 5

Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä. Tämä menetelmä on tarkoitettu erityisesti hyvin hienorakeisen pölyn, esim. sellaisen pölyn jäähdyttämiseksi, joka on erotettu sellaisesta polttolaitoksesta tulevista savukaasuista, jossa poltetaan polttoainetta, pääasiassa hiiltä, paineistetussa 10 leijukerroksessa. Tämän tyyppistä laitosta kutsutaan yleensä PFBC-voimalaksi. PFBC-kirjaimet ovat alkukirjaimet englannin kielisestä ilmaisusta Pressurized Fluidized Bed Combustion (paineistettu leijukerrospoltto).

Poltettaessa hiiltä leijukerroksessa, jossa on raemaista rikkiä absorboivaa materiaalia, esim. kalkkia tai dolomiittia, liittyy savukaasuihin suuri määrä polttoaineesta pe-15 räisin olevaa tuhkaa sekä hienorakeista absorptiojätettä. Tämä pöly erotetaan savukaasuista puhdistuslaitoksessa, johon normaalisti kuuluu sykloneita, ennen kuin kaasuja hyödynnetään kaasuturpiinikäytössä. Erotettua pölyä käsitellään seuraavassa syklonituhkana. Palaminen tapahtuu paineessa, joka on huomattavasti korkeampi kuin ilmanpaine. Paine voi olla suunnilleen 20 bar, mutta on normaalisti välillä 12-20 16 bar täydellä teholla, mutta osateholla se on alhaisempi. Polttoaineen palaminen tapahtuu kerroksessa, jonka lämpötila on suuruusluokkaa 850 °C. Savukaasuilla ja niihin liittyvällä pölyllä on sama lämpötila kuin kerroksella. Myös erotetulla pölyllä ja syklonituhkalla on tämä korkea lämpötila. Siksi käsittelyyn sisältyy huomattavat ongelmat.

25 Tuhkan käsittelyn mahdollistamiseksi on suoritettava seuraavat toimenpiteet: 1. Syklonituhka on jäähdytettävä < 100 °C, edullisesti < 70 °C. Tähän alhaiseen , lämpötilaan jäähdyttäminen on tarpeen, jotta tuhka voidaan varastoida kustannuksil- taan huokeisiin siiloihin, kuten betonisiiloihin, ja jotta tuhkan kuljetus olisi mahdollista tavanomaisilla irtotavarain kuljettimilla.

30 2. Paine on alennettava 3-16 bar arvosta ilmanpaineeseen.

3. Lämpötila on laskettava, jotta erotetun pölyn kuljettaminen olisi mahdollista yksinkertaisilla kuljetuslaitteilla tuhkasiiloihin, jotka usein on sijoitettava huomattavan etäälle kaasunpuhdistuslaitoksesta. 100-300 m etäisyydet ovat normaaleja.

2 101573 4. Savukaasujen on oltava erotettu syklonituhkasta ennen kuin tuhka jäähtyy sellaiseen lämpötilaan, joka on alle rikkihapon kastepisteen. Kastepiste riippuu paineen tasosta, kosteussisällöstä ja savukaasuissa olevasta rikkidioksidin määrästä, joita käytetään syklonituhkan pneumaattiseen kuljettamiseen, ja joka on normaalisti välil-5 lä 100-180 °C. Muutoin rikkihappo kondensoituu jäähdytyspinnoille kastepistettä alhaisimmissa lämpötiloissa ja tuhkapartikkelit muodostavat kasvavan peitteen jäähdytyspinnoille, kunnes peitteen ulkoinen lämpötila tulee samaksi tai ylittää kyseisen kastepisteen.

Tunnetuissa PFBC-laitoksissa syklonituhkaa jäähdytetään suunnilleen 700 °C läm-10 potilasta kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa käytetään puristettua polt-toilmaa normaalisti jäähdytteenä ja ensimmäisessä jäähdytysvaiheessa oleva jäähdytin voi olla painetta alentava tuhkanpoistolaite, joka sijaitsee yhdessä polttolaitteen kanssa painekammiossa. Ilman lämpötila on puristuksen jälkeen 250-300 °C ja se mahdollistaa jäähdyttämisen 300-400 °C:een. Yllä mainitun tapaista tuhkan pois-15 tolaitetta, joka on suunniteltu jäähdyttimeksi, selitetään EP-julkaisussa 0 108 505.

Toisessa jäähdytysvaiheessa voidaan syklonituhkaa jäähdyttää veden avulla ja läm-pösisällöt hyödynnetään esim. syöttöveden tai paikallisen lämmitysveden esilämmit-tämiseen. Syklonituhkan hienorakeinen tila ja heikko lämmönjohtavuus tekevät jäähdyttämisen vaikeaksi. Jotta tuhkan ja jäähdytyspintojen välille saataisiin hyvä 20 kosketus, leijutetaan syklonituhkaa sopivasti jäähdyttimessä. Lämmön poistuminen fluidaatioilman kera tuo mukanaan hallitsemattomat lämpöhäviöt.

Ruotsalainen patenttihakemus 8802526-7 esittää jäähdyttimen, joka on suunniteltu vesijäähdytteiseksi kuljetusruuviksi. US-patenttijulkaisu 4 492 184 esittää jäähdytin-tä, joka on suunniteltu kaltevaksi kerroskammioksi, jossa syklonituhka muodostaa 25 kerroksen.

Selityksen johdanto-osassa määritelty menetelmä on keksinnön mukaisesti ratkaistu oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa määritellyllä tavalla.

Polttolaitoksesta tulevista savukaasuista erotetun ja jäähdyttimeen pneumaattisesti kuljetuskaasuna toimivien savukaasujen avulla kuljetetun raemaisen materiaalin, 30 erityisesti hienorakeisen materiaalin, jäähdyttimeen kuuluu tila savukaasujen ja pölyn erottamiseksi, savukaasujen poistokanava, alaspäin suunnattu, sopiva vertikaalinen putki, jossa on jäähdytyslaitteet, laitteet kaasun toimittamiseksi, sopivaa ilmaa savukaasujen poistamiseksi putkessa alaspäin virtaavasta materiaalista, ja materiaalin poistolaite putken alaosasta.

3 101573 PFBC-voimalaitoksessa on ensimmäisen jäähdytysvaiheen jäähdytin sijoitettu sopivasti laitoksen painekammioon ja toisen jäähdytysvaiheen jäähdytin sen ulkopuolelle. Kuljetuskaasun ja pölyn erottamista varten oleva tila sijaitsee jäähdyttimen yläosassa ja edellä mainitun putken yläpuolella. Kuljetuskaasu ja pöly toimitetaan sopi-5 vasti jäähdyttäneen paineen alennussuuttimen ja vastaanottokammion kautta, joka on liitetty edellä mainittuun erottelutilaan.

Putkessa olevaan jäähdytyslaitteeseen saattaa kuulua joukko eri tasossa olevia jääh-dytysmoduleita. Jäähdytysmodulit on kytketty sopivasti Saijaan. Ne saattavat muodostua putkikierukoista tai vertikaalisessa asennossa olevista levyistä. Poistolaittee-10 seen saattaa kuulua esim. pyörivä siipisyötin, kuljetusruuvi tai putken pohjassa oleva nk. L-venttiili, joka venttiili on liitetty keräyssiiloon avautuvaan kuljetusputkeen.

Jotta putkessa olevasta pölypatsaasta voitaisiin poistaa savukaasun loputkin jätteet, kuuluu järjestelmään laitteet, jotka sekoittavat pölyn kaasuun, sopivasti ilmaan, yhdessä tai useammassa kerroksessa. Tämä kaasu virtaa päinvastaiseen suuntaan kuin 15 pöly kulkee. Kaasua voidaan syöttää keskeytyksettä, joskin jaksottainen syöttö on tarkoituksenmukaisempaa. Jaksottaisella syötöllä saavutetaan sellainen pölyn sekoittuminen pölypatsaassa, mikä on edullista jäähdytystehon kannalta, minimi kaasu-määrällä ja vähäisellä lämpöhäviöllä.

Muutin tai useampia muuttimia on sijoitettu jäähdyttimen yläosaan pölytason mää-20 rittelemiseksi. Nämä muuttunet ovat yhdistetyt signaalinkäsittelyyn ja valvontalaitteisiin, joiden avulla valvotaan materiaalin kulumista, jolloin materiaalin pinta säilyy annettujen rajojen puitteissa.

Keksintöä selitetään seuraavassa oheiseen piirustukseen viitaten, jossa kuvio 1 esittää kaavamaisesti PFBC-voimalassa käytettävää keksintöä, 25 kuvio 2 esittää jäähdytintä, jossa jäähdyttimiin toimitetaan jäähdytysvettä erillisistä jäähdytysainelähteistä, ja kuvio 3 esittää ilmasuutinta.

•

Kuvioissa viite 10 tarkoittaa painekammiota. Painekammiossa 10 sijaitsevat poltto-laite 12, puhdistuslaitos 14 ja painetta alentava poistolaite 16. Polttoaine toimitetaan 30 polttolaitteeseen 12 kanavaa 18 myöden ja se palaa kerroksessa 20. Putkissa 21 kehittyvä höyry käyttää tässä esittämättä jätettyä höyryturpiinia. Savukaasut kerätään vapaaseen tilaan 22, minkä jälkeen ne puhdistetaan puhdistuslaitoksessa 14, jona käytetään syklonia, minkä jälkeen ne johdetaan turpiiniin 24. Turpiini 24 käyttää kompressoria 26, joka syöttää painekammiossa 10 olevaan tilaan 28 puristettua polt- . 101573 4 toilmaa. Polttoilman kulkumatkalla polttolaitteen 12 pohjassa 32 oleville suuttimille 30 kulkee se painetta alentavan tuhkan poistolaitteen 16 läpi, joka on suunniteltu jäähdyttimeksi. Laite 16 sijaitsee polttoilmakanavassa 34.

Erotettu tuhka kuljetetaan syklonista 14 pneumaattisesti savukaasujen avulla, niiden 5 toimiessa kuljetuskaasuna, tuhkan poistolaitteen 16 läpi, joka on muodostettu jäähdyttimeksi, jossa pölyjä ilma jäähdytetään suunnilleen 850 °C:sta 300-400 °C:een, ja kanavan 35 läpi perässä olevaan jäähdyttimeen 36, jossa pöly jäähdytetään < 100 °C. Tämä toinen jäähdytin 36 on muodostettu vertikaaliseksi säiliöksi, jonka yläosassa on tila 40 pölyn erottamiseksi kuljetuskaasusta ja jonka alaosassa on verti-10 kaalinen kanava 42, jossa erotettu pöly muodostaa materiaalipatsaan 44, jonka yläpinta on merkitty viitteellä 46. Tässä esitetyssä suoritusmuodossa kuuluu putkeen 42 kolme jäähdytysmodulia 48a, 48b, 48c, jotka on kytketty sarjaan. Jäähdytysvesi johdetaan alimpaan moduliin ja se poistuu ylimmän modulin kautta. Näin ollen kulkevat kanavassa 42 materiaali ja jäähdytysvesi vastakkaisiin suuntiin. Vaihtoehtoi-15 sesti on mahdollista toimittaa jäähdytysvettä jäähdytysmoduleille 48a, 48b, 48c eri lähteistä, joissa jäähdytysvedellä on eri lämpötilat. Alimpaan jäähdytysmoduliin 48a toimitetaan kylmintä vettä. Tässä esitetyssä suoritusmuodossa toimitetaan pöly ja kuljetuskaasu jäähdyttimeen 36 paineenalennussuuttimen 50 ja vastaanottokammion 52 kautta, joka on aukon 54 välityksellä yhteydessä tilaan 40, jossa pölyjä kuljetus-20 kaasut erotetaan toisistaan. Tila 40 on yhteydessä suodattuneen 56, joka sijaitsee jäähdyttimen 36 yläpuolella. Vastaanottotilan 52 syvyys on sellainen, että sinne, sen alaosaan, voidaan muodostaa syöpymistä estävä materiaalialusta 58. Kanavan 42 pohjalla on poistolaite L-muotoisen venttiilin 60 muodossa. Jäähdytin 36 sijaitsee edullisesti pölyn keräykseen tarkoitetun betonisiilon 62 yläosassa, joka pöly syöte-25 tään ulos L-muotoisen venttiilin 60 kautta ja kuljetetaan siiloon 62 kanavan 64 kautta.

Jäähdyttimen yläosassa on pinnantunnistimet 66, 68 ilmaisemaan korkeimman ja matalimman sallitun materiaalitason 46. Nämä tunnistimet ovat liitetyt signaalin käsittely-ja tasonvalvontalaitteeseen 74. Venttiilin 76 toimilaitteeseen 78 vaikuttaa 30 ohjauskanava. Venttiili 76 on yhdistetty paineväliainelähteeseen 80. Venttiilin 76 ollessa avattuna syötetään materiaalia ulos jäähdyttimen 36 kanavasta 42. Savukaasujen jätteiden poistamiseksi pölystä ja materiaalin sekoittamiseksi kanavassa 42 olevassa pölypatsaassa 44 kosketuksen parantamiseksi jäähdytyspintojen kanssa, on kanavassa 42 joukko ilmasuuttimia 82a, 82b, 82c, jotka myöskin ovat yhteydessä 35 paineväliainelähteeseen 80 venttiilien 84a, 84b, 84c ja kanavan 86 välityksellä. Kuten kuviosta 3 ilmenee, saattaa ilmasuuttimiin kuulua myöskin putket 90, joissa on 5 101573 alaspäin suunnatut aukot 92 ja sivuaukoin 96 varustetut suojalevyt 94. Tällä suoritusmuodolla saadaan estetyksi pölyn tunkeutuminen putkiin sekä samoin sen paak-kuuntuminen. Ilmaa päästetään suuttimiin 82a, 82b, 82c jaksoittain, sopivin väliajoin. Ilmanpäästöä valvoo ohjauslaite 100, joka vaikuttaa venttiilien 84a, 84b, 84c 5 toimilaitteisiin 102a, 102b, 102c.

Claims (2)

1. 6 101573 Patenttivaatimus Menetelmä PFBC-laitokselta peräisin olevassa savukaasussa olevan pölyn käsittelemiseksi, jossa pöly erotetaan PFBC-laitoksen painekammion (10) sisäpuolella olevassa pölyn erottimessa (14) savukaasusta ja erotetulle pölylle suoritetaan ensim-5 mäinen jäähdytys ennen kuin se kuljetetaan pois painekammiosta savukaasun avulla ja sille sitten suoritetaan toinen jatkuva jäähdytys painekammion ulkopuolella sitä sekoittaen, tunnettu siitä, että pölyä kuljettava savukaasu toimitetaan painekammion (10) ulkopuolella olevan vertikaalisen putken (38) yläosaan pölyn absorboimiseksi materiaalipatsaana (44) putkessa samalla kun pölyä poistetaan materiaalipatsaan 10 alaosasta siten, että pöly saatetaan kulkemaan alaspäin niin, että materiaalipatsaan pinta (46) pysyy ennalta määrätyissä rajoissa (66, 68), että materiaalipatsaassa oleva pöly jäähtyy jäähdytysaineen kiertäessä jäähdytysmodulien (48a-c) kautta materiaalipatsaassa tässä olevan pölyn lämpötilan laskemiseksi asteittain pölyn kulkiessa alaspäin putken läpi alaosasta tapahtuvan poiston kautta, että materiaalipatsaassa 15 olevaa pölyä sekoitetaan injektoimalla materiaalipatsaaseen sekoituskaasua samalla kun materiaalipatsaasta poistetaan jäännössavukaasua ennen kuin pöly on jäähtynyt lämpötilaan, joka on rikkihapon kastepisteen alapuolella, ja että savukaasua ja sekoituskaasua saatetaan poistumaan putkesta sen yläosasta.
2. 20 Förfarande vid hantering av stoft som medföljer rökgas frän en PFBC-anläggning, varvid stoftet i en stoftavskiljare (14) inuti PFBC-anläggningens tryckkärl (10) av-skiljes frän rökgasen och det avskilda stoftet underkastas en första kylning, innan det medelst rökgas transporteras ut ur tryckkärlet, för att sedan utanför tryckkärlet underkastas fortsatt kylning under omröming, kännetecknat av att den stoftet trans-25 porterande rökgasen utanför tryckkärlet (10) tillföres ett vertikalt schakt (38) upptill för upptagning av stoftet som en materialpelare (44) i schaktet, medan stoft avtappas frän materialpelaren nedtill under förpassning av stoftet ned genom schaktet för bi-. behällande av materialpelarens yta (46) inom förutbestämda nivägränser (66, 68), att stoftet i materialpelaren kyles genom cirkulering av kylmedel genom kylmoduler 30 (48a-c) i materialpelaren för successiv sänkning av temperaturen pä stoftet i materi alpelaren, när stoftet genom avtappning nedtill bringas att röra sig ned genom schaktet, att stoftet i materialpelaren omröres genom inbläsning av omrömingsgas i materialpelaren under separering av kvarvarande rökgas frän materialpelaren, innan stoftet kylts tili en temperatur, som ligger under daggpunkten för svavelsyra, och att 35 rökgas och omrömingsgas bringas att avgä frän schaktet i dettas Övre ände.