FI105853B - Epäsuora kiertomassakuivuri - Google Patents

Description

: ' 105853 EPÄSUORA KIERTOMASSAKUIVURI.

Keksintö kohdistuu kiertomassatekniikkaan (KM-tekniikka) perustuvaan kuivuriin, johon kuivausenergia tuodaan epäsuorasti rekuperatiivisen lämmönsiirtimen avulla. Kuivausenergian lähteenä on sopivimmin höyry, joka lauhtuu kokonaan tai osittain 5 kuivurin rekuperaattorissa. Keksinnön mukainen kuivuri soveltuu sekä kiinteiden että lietemäisten materiaalien kuivaukseen.

ν Eräissä kuivaussovellutuksissa epäsuora kuivausenergian tuonti tarjoaa merkittäviä etuja teknisesti yksinkertaisempaan suoraan kuivaukseen verrattuna. Suoralla 10 kuivauksella tarkoitetaan tässä sitä, että kuivauksen tarvitsema energia tuodaan kuivauskaasun mukana. Suoraan kuivaukseen luetaan myös ne sovellutukset, joissa lämpö kehitetään esim. polttamalla kuivurikammiossa. Epäsuorassa kuivauksessa kuivausenergia tuodaan rekuperatiivisesti siten, ettei energialähde ole suorassa kosketuksessa kuivauskaasun kanssa. Epäsuorissa kuivureissa kuivauskaasun 15 tehtävänä on lähinnä kuivaukselle edullisen virtauskentän aikaansaaminen sekä haihtuneiden yhdisteiden poisto kuivurista.

Märkää polttoainetta kuten turvetta tai biomassoja käyttävissä voimalaitoksissa olisi prosessiteknisesti edullista kuivata poltettava aine turbiinin väliottohöyryllä. Oheiseen 20 kuvaan on koottu tulokset laskelmista, joissa polttoteholtaan 50 MW: n vastapainelaitoksen sähkönsaanto on laskettu eri prosessivaihtoehdoille. Jos turbiinissa . . on yksi väliotto, voidaan sähkön saantoa lisätä noin 1800 kW eli 20%, jos märän polttoaineen sijasta käytetään 0.8 MPa:n väliottohöyryllä kuivattua polttoainetta.

•... ‘ Oheiseen kuva esittää sähkönsaannot tapauksille, joissa polttoaine kuivataan 465 °C ja • 25 700 °C savukaasuilla, epäsuoraan höyryllä (SD), laitoksella poltetaan kuivaa ! polttoainetta (DRYPEAT), laitoksella poltetaan märkää polttoainetta (WETPEAT).

' ': Argumenttina on väliottohöyryn paine,__ <14

I I

12000-1---r- • r r f « < « i ' .. 11000 *—#--»«-.- 10000 —:- -__

~*~SD

f —Δ—GD700

··'·· * 8000-'·*—*--------— —x—DRYPEAT

·· #· * S

ω —*—WETPEAT

·;· 7000 ----- ——.......... ..

• « t * 6000 - r—------------ —-- • Mi ^ ' ·.· · 5000 -f———,L^........................................

*. 0 10 20 30 40 I 1 · ' Pressure (bar) « · · 1 « 4 · 1(4 « • r · ·· 30 Kuiva polttoaine on voimalaitoksen kannalta paras, mutta kuivan polttoaineen saatavuus tai hinta ovat yleensä esteenä sen käytölle. Prosessiteknisesti huonoin vaihtoehto on nykyisin vallitseva käytäntö eli märän polttoaineen poltto sellaisenaan.

, 2 105853

Muihin kuin kuivaan polttoaineeseen nähden epäsuora höyrykuivaus taijoaa selvän prosessiteknisen edun. Ongelmana potentiaalisen edun hyödyntämisessä on tähän asti ollut teknistaloudellisesti käyttökelpoisen kuivurin puuttuminen.

5 Sellaisissa kuivaussovellutuksissa, joissa kuivauskaasukierto täytyy sulkea ympäristölle tai luonnolle haitallisten päästöjen eliminoimiseksi, on yleensä edullista käyttää epäsuoraa kuivausta, koska tällöin kuivauskaasuvirta voidaan mitoittaa virtausolojen vaatimusten mukaan. Suoraa kuivausta käytettäessä joudutaan kuivauskaasuvirta yleensä mitoittamaan kuivurin energiatarpeen mukaan, mikä johtaa huomattavsti 10 suurempaan kuivauskaasuvirtaan ja tätä kautta suurempiin investointeihin sekä käyttökustannuksiin. Esim. edellä mainitussa vastapainevoimalaitoksen tapauksessa voitaisiin kuivaus väliottohöyryllä suorittaa suoraa kuivuria käyttäen siten, että kuivurin kuivauskaasukiertoon kytkettäisiin rekuperatiivinen lämmönsiirrin, joka lämmittäisi kuivauskaasun lähellä väliottohöyryn lauhtumislämpötilaa. Tällöin 15 kuivauskaasun lämpötilanmuutos rajoittuisi noin 100 °C:een ja tarvittava kuivauskasuvirta kasvaisi suureksi. Pelkästään kuivauskaasupuhaltimen vaatima sähköteho (noin 400 kW) merkitsisi olennaista käyttökustannusta. Tämä yhdessä tilaavievien ja kalliiden rakenteiden kanssa johtanut on siihen, ettei väliottokuivaus ole ollut käytännössä houkutteleva vaihtoehto.

20

Suorien kuivureiden epäkohtien vuoksi on kehitetty erilaisia epäsuoria kuivureita. Eräs tunnettu kuivuri, jota käytetään mm. lietteiden ja rikasteiden kuivaukseen, perustuu V.. höyryputkien pakkoliikkeeseen kuivattavaan massaan nähden, joka aikaansaadaan ',.! höyryputkien tai niitä ympäröivän vaipan pyörivällä liikkeellä. Kyseessä on 25 periaatteessa rumpukuivuri, johon kuivausenergia tuodaan rekuperatiivisesti. Näiden : kuivureiden epäkohtina ovat suurista mekaanisista rasituksista aiheutuvat raskaat rakenteet sekä voimakas kuluminen. Myös aineen- ja lämmönsiirto-olot tällaisissa kuivureissa ovat huonot.

30 Nykyisin yleisimmät kuivurityypit ovat suoria kiinteäkerros-, rumpu-, kupliva · ; ; leijukerros- ja kantokaasukuivurit. Sensijaan kaikkiin em. kuivurityyppeihin nähden •,,,: monia virtausteknisiä ja prosessiteknisiä etuja tarjoavaa ns. kiertomassakuivuria (KM- I' '. kuivuri) ei ole toistaiseksi kaupallisessa käytössä. KM-reaktorissa kiinteä, pala- tai "J.ll jauhemainen materiaali kulkeutuu kaasun mukana nousukammion (riseri) yläosaan, *·*· 35 josta sekä kaasu että kiintoaine johdetaan sykloniin. Syklonista kaasu ja kiintoaine erotetaan toisistaan ja kaasu poistuu reaktorista, mutta kiintoaine palautetaan takaisin *** riserin alaosaan. Tätä tekniikkaa sovelletaan polttotekniikassa nykyisin laajasti.

Suorissa kuivurisovellutuksissa KM-tekniikka taijoaa merkittäviä virtaus- ja ./ laiteteknisiä etuja nykyisiin kuiVureihin verrattuna. Samat edut voidaan saavuttaa myös .**. 40 epäsuorissa kuivurisovellutuksissa. Ongelmana on lähinnä millä tavalla KM-tekniikan ja : f.l rekuperatiivisen lämmönsiirtimen keskenään ristiriitaiset vaatimukset voidaan sovittaa #·# · r< *.* ’ tarkoituksenmukaiseksi ja toimivaksi rakenteeksi. Koska rekuperatiivisen 9 , X lämmönsiirtimen tehotiheys on parhaimmillaankin vain joitakin kW/m2, muodostuu ongelmaksi tarvittavan suuren lämpöpinnan pakkaaminen kohtuullisen pieneen i...1 45 tilavuuteen siten, että KM-tekniikkaan liittyvät kulumis-, likaantumis- ja huoltonäkökohdat voidaan ottaa huomioon. Rekuperatiivisen lämmönsiirtimen suuren ... tilantarpeen vuoksi pitäisi höyryputket pakata tiiviisti, jolloin riserin vapaat etäisyydet käyvät liian pieniksi virtauskanavien aukipysymistä ja huoltoa ajatellen. Myös höyryputkien jako- ja kokoojatukkien sijoittelu KM-kuivuriin on ongelmallista tai jopa 105853 mahdotonta. Perinteisellä tavalla toteutettuna näihin keskenään ristiriitaisiin vaatimuksiin ei ole löytynyt ratkaisua. Näiden ongelmien takia ei tähän asti ole voitu soveltaa KM-tekniikkaä epäsuoriin kuivureihin. Tämä keksintö ratkaisee edellä kuvatut ongelmat.

5

Epäsuoran KM-kuivurin (EKM-kuivurin toteutukselle avautuu täysin uusi näkökulma, kun hylätään ajatus siitä, että kuivaushöyryn pitää kulkea putkessa ja kuivauskaaasun putkia ympäröivässä tilassa. Jos sensijaan asiaa tarkastellaan siten, että pannaankin kuivauskaasu putkiin ja höyry vaippaan, alkavat edellä kuvaillut pääongelmat ratketa ja 10 epäsuora KM-kuivuri hahmottua. Yhdistämällä sopivalla tavalla lähinnä höyrykattiloista tunnettu KM-tekniikka ja sinällään tunnettu 1-tie rekuperaattori aikaansaadaan nykyisiä epäsuoria kuivureita teknistaloudellisesti ratkaisevasti parempi kuivuri.

15 Seuraavassa keksintöä selostetaan viittaamalla oheiseen Kuvaan 2, joka esittää EKM-kuivurin erästä sovellutusmuotoa.

Kuivurin pääkomponentit ovat leijutusosa (1), rekuperatiivinen lämmönsiirrin (2) ja erotinosa (3). Leijutusosaan 1 tuodaan kuivauskaasu yhteen (18) kautta ja kuivattava 20 materiaali yhteen (12) kautta. Kuivauskaasun jakamiseksi tasaisesti koko poikkipinnalle on kaasukaapin (14) yläpohjaan jäljestetty suuttimet (15). Leijutusosaan kertyvä karkea materiaali poistetaan yhteen (18) kautta. Kuivauskaasu ja kuivattava materiaali , ,. sekoittuvat keskenään kammiossa (11) ja muodostavat vaakasuunnassa homogeenisen suspension, joka kulkeutuu pystysuorien putkien (4) kautta erotinosan (3) vaippaan 25 (5). Vaipasta (5) kuivauskaasu ja kiintoaine johdetaan siivistön (6) kautta • :': erotinkammioon (7), josta kaasut poistuvat yhteen (9) kautta ja kiintoaine palautetaan i takaisin suppilon (8) ja putken (10) kautta leijutusosan kammioon (11). Osa ' '! kuivattavasta kiintoaineesta voidaan poistaa yhteen (9) kautta, jolloin tälle osalle : : : saadaan selektiivinen viiveaika ja hiukkaskoosta vähemmän riippuva kuivuus.

30 Γ «1 «1 »' « t»

I 1 I

• 1 · ♦ 1 « « 1♦/ ♦ » f * · r • / / «· • ♦ e ♦ «# /···

S

• ·· ·· % % 1 ♦··· · «tf • » · · · 4 · ·

• « I

• · · • · • %· > # · • »♦% • ··♦1 ••V 1 Γ 1 4 · » f • • t t , f ♦ » * 1 · 2 : • ·« * « » » «- f · » *

Claims (5)

1. Rekuperatiiviseen lämmöntuontiin perustuva epäsuora kiertomassakuivuri, jonka muodostavat leijutusosa (1) kaasunjakolevyineen, syöttöyhteineen ja poistoyhteineen, nousukanava (2), erotinosa (3) tunnettu siitä, että leijutusosan ja erotinosan yhdistävän nousukanavan (2) muodostaa yhden tai useamman, rinnakkaisen pystysuoran putken muodostama yksiteinen rekuperatiivinen lämmönsiirrin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuivuri tunnettu siitä, että leijutusosa (1), rekuperaattori (2) ja erotusosa (3) ovat sama-akselia.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kuivuri tunnettu siitä, että erottimen virtauskanavat (6) muodostuvat useista kammion (7) kehälle sovitetusta, tangentiaalisesta suuttimesta.

4. Jonkin edellämainitun patenttivaatimuksen mukainen kuivuri tunnettu siitä, että erotin (6), (7), (8), (9) on sama-akselinen erotusosan vaipan (5) kanssa.

4 105853

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kuivuri tunnettu siitä, että putkien (4) lukumäärä on suurempi kuin 8. ' C r l ··· • · • · · • « · • · • CC • · • k • · · • · « · « »I 1 · • · • · • · · 5 105853