FI110025B - Menetelmä leijutusreaktorissa - Google Patents

Description

110025

Menetelmä leijutusreaktorissa

Keksinnön kohteena on menetelmä leijutusreaktorissa, jonka reaktori-osassa suoritetaan leijutusta, jolloin reaktoriosan ulostuloon liitettyyn 5 keskipakoperiaatteella toimivaan erottimeen siirretään reaktoriosasta partikkeli/kaasususpensio, jolloin erottimessa partikkeli/kaasususpen-sio jaetaan kahteen fraktioon, joista karkeampi fraktio poistetaan erot-timesta sen alaosasta ja johdetaan takaisin reaktoriosaan ja joista hienompi fraktio johdetaan ylöspäin erottimen sisäosassa olevaa keskus-10 putkea pitkin.

Leijutusreaktorissa eli ns. CFB-reaktoreissa (Circulating Fluidized Bed) reaktoriosaan kytkettynä partikkelierottimena käytetään tavallisesti ta-kaisinvirtaustyyppistä keskipakoerotinta. Reaktoriosasta syötetään 15 keskipakoerottimeen tangentiaalisesti partikkeli/kaasususpensio, jolloin keskipakoerottimen sisälle syntyy pyörrevirtaus, jossa vaikuttavan keskipakovoiman vaikutuksesta suuri osa partikkeleista ajautuu keskipakoerottimen seinämälle ja tätä kautta keskipakoerottimen alaosassa olevaan partikkelien poistokanavaan, jonka kautta partikke-20 li/kaasususpension karkeampi fraktio johdetaan takaisin reaktoriosaan.

* : " Keskipakoerottimen keskiosaan tangentiaalisen sisäänsyötön aiheut- tämän pyörrevirtauksen keskelle muodostuu lähes partikkeleista vapaa vyöhyke. Partikkeli/kaasususpension hienompi fraktio poistuu tästä ··/·; 25 osasta keskipakoerotinta ns. poisto- eli keskusputken kautta, joka on sijoitettu pystysuuntaisesti keskipakoerottimen yläosaan. Keskusputki ·**; on tavallisesti sylinterimäinen tai kartiomainen ja sen korkeus on ta- kaisinvirtausperiaatteella toimivassa keskipakoerottimessa tavallisesti 0,3-1,1 x keskipakoerottimen sisäänmenon korkeus. Keskusputken » · 30 tarkoituksena on myös estää oikovirtaus keskipakoerottimen sisään- *:·’ menosta ulostuloon ja stabiloida keskipakoerottimeen syntyvää tan- gentiaalista pyörrevirtausta.

* *«»· . !·. Nykyisin käytössä olevilla keskipakoerottimilla ei saavuteta kaikilta osin 35 tyydyttävää erotuskykyä, vaan keskusputken kautta poistuu “·' partikkeleita, joiden talteenotto olisi suotavaa. Riittämätön erotusaste 110025 2 leijutusreaktoreissa saattaa aiheuttaa useita ongelmia. Ensinnäkin ongelmaksi muodostuu alhainen partikkelikierto, josta saattaa olla seurauksena epätasainen lämpötilaprofiili reaktoriosan tulipesässä, mikä saattaa aiheuttaa paikallisia korkeita lämpötiloja. Tämä johtaa 5 heikentyneeseen rikinpidätyskykyyn sekä matalaan pelkistävän hiilen konsentraatioon, josta on seurauksena korkeat NOx-päästöt. Alhainen partikkelikierto johtaa luonnollisesti heikentyneeseen lämmönsiirtoon reaktorissa. Toisaalta paluukaasut sisältävät riittämättömän erotusasteen johdosta savukaasuissa korkean palamattoman hiilen ja 10 reagoimattoman kalkkikiven konsentraation, josta on seurauksena edelleen heikentynyt palamishyötysuhde ja lisääntynyt kalkin kulutus. Kolmanneksi riittämätön erotusaste johtaa konventiopintojen kulumiseen partikkelien aiheuttaman mekaanisen rasituksen johdosta.

15 Olisi luonnollisesti ajateltavissa, että keskipakoerottimien rakenteita voitaisiin erotusasteen parantamiseksi kehittää esimerkiksi pienentämällä keskipakoerottimen halkaisijaa, mutta tällöin tarvitaan kaksi tai useampia rinnakkain sijoitettuja keskipakoerottimia, jos halutaan säilyttää sama painehäviö. Keskipakoerottimien lukumäärän lisääminen 20 nostaa puolestaan investointikuluja. Eräs tapa nostaa erotusastetta . olisi käyttää useita keskipakoerottimia sarjassa. Tämä johtaa kuitenkin « : " korkeiden investointikustannusten lisäksi myös painehäviöiden kas- ν'! vuun, sillä painehäviö nousee keskipakoerottimien lukumäärän suh-* teessä.

25

Nyt esillä olevan keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä, jolla keskipakoerottimen läpi viilaavan partikkeli/kaasususpension erotus- »t · astetta voidaan kohottaa erittäin kohtuullisilla lisäinvestoinneilla samalla vaikuttamatta merkitsevästi keskipakoerottimessa tapahtuvaan » » 30 painehäviöön. Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siihen ha-*:’ vainioon, että keskusputkessa ylöspäin viilaavassa partikke-li/kaasususpension hienommassa fraktiossa tapahtuu uudelleen sepa-roitumista, eli keskusputkessa virtaava hienompi partikke- . !·. li/kaasususpension fraktio jakaantuu niin, että lähelle keskusputken si- * * · 35 säseinämää syntyy suurempi partikkelitiheys kuin keskusputken keskiosaan. Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siis keskusputkessa 110025 3 ylöspäin viilaavaan partikkeli/kaasususpension hienompaan fraktioon syntyvän partikkelitiheysgradientin hyväksikäyttöön. Näiden tarkoitusten saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että hienomman fraktion karkeampi osio erotetaan 5 keskusputkesta poistettavasta hienommasta fraktiosta keskusputken yläosaan sijoitetulla toisella erottimella.

Erään edullisen menetelmän sovelluksen mukaisesti keskusputken kehältä poistetaan hienomman fraktion karkeampi osio rangasmaisella 10 toisella erottimella, joka liittyy keskusputken sisäpintaan. Rengasmaisella toisella erottimella pystytään poistamaan keskusputken yläosassa partikkeli/kaasususpension hienomman fraktion karkeampi osio koko keskusputken kehältä. On havaittu, että nimenomaan keskusputken yläosassa partikkeli/kaasususpension hienomman fraktion karkeam-15 man osion esiintyminen on todennäköisintä keskusputken seinämän sisäpinnalla.

Edelleen erään erityisen edullisen sovelluksen mukaisesti johdetaan toisessa erottimessa erotettu hienomman fraktion karkeampi osio ta-20 kaisin leijutusreaktoriprosessiin.

• · .·. j Seuraavassa selityksessä on lähemmin havainnollistettu keksinnön mukaista menetelmää oheisissa piirustuksissa esitettyyn sovellukseen .·]*. viitaten. Piirustuksissa [‘...25 kuva 1 esittää kaavallisesti pystyleikkauksena leijutusreaktoria, jonka yhteydessä on menetelmää soveltava laitteisto, kuva 2 esittää keskipakoiserottimen keskusputkea sivulta katsottu· \,Q0 na, ja • · · ." ·. kuva 3 esittää suurennettuna kuvan 2 kohtaa III.

» · v : Piirustuksiin viitaten reaktoriosasta 1 johdetaan partikke- • '35 li/kaasususpensio reaktoriosan yläosassa olevan ulostulon 2 kautta keskipakoperiaatteella toimivaan erottimeen 3. Erottimeen 3 tuleva 110025 4 partikkeli/kaasususpensio johdetaan erottimen sisään tangentiaalisesti, jolloin partikkeli/kaasususpension karkeampi fraktio erottuu keskipako-erottimen seinämille 3a ja siirtyy alaspäin erottimen sisällä. Karkeampi fraktio poistuu erottimesta 3 kaasulukon 4 kautta reaktoriosan 1 ala-5 osaan. Tätä kiertoa on esitetty kuvassa 1 nuolella KF.

Keskipakoerottimen 3 sisälle on järjestetty keskeisesti pystysuuntainen keskusputki 3b, johon partikkeli/kaasususpension hienompi fraktio (nuoli HF) siirtyy virraten ylöspäin keskusputkessa kohti keskusputken 10 3b yläosassa olevaa ulosmenoaukkoa 7. Keskusputken 3b yläosaan liittymään keskusputken 3b ulosmenoaukkoon 7 on järjestetty toinen erotin 8. Toisen erottimen 8 kohdalla erotetaan partikkeli/kaasususpension hienommasta fraktiosta hienomman fraktion karkeampi osuus, joka on erottunut keskusputkessa 3b viilaavasta hie-15 nommasta fraktiosta lähelle keskusputken 3b sisäseinämää. Toinen erotin 8 on muodoltaan rengasmainen, jolloin hienomman fraktion hienompi osio siirtyy keskusputken 3b ulosmenoaukosta 7, joka sijoittuu rengasmaisen toisen erottimen 8 keskelle, kanavaan 9, josta se virtaa prosessin jatkovaiheisiin, kuten savukaasujen lämmön talteenottoon.

20

Menetelmän mukaisesti johdetaan toisessa erottimessa 8 erotettu hie-: nomman fraktion karkeampi osio takaisin leijutusreaktoriprosessiin.

Kuvassa 1 esitetyssä sovelluksessa palautus tapahtuu kaasutiiviiksi muodostettua palautuslinjaa 10a, 10b pitkin reaktoriosan 1 alaosaan ':..’£5 nuolen 11 mukaisesti. Toiseen erottimeen 8 muodostetaan palautus-linjan alkuosaan 10a keskusputken 3b painetasoa alhaisempi paine-taso palautuslinjassa 10a, 10b olevan ejektorirakenteen 12 avulla. Ejektorirakenteen 12 jälkeen virtaus, joka siis sisältää hienomman frak-tion karkeamman osion ja ejektorikaasun muodostaman yhdistelmän, ‘‘[’30 ohjataan takaisin leijutusreaktoriprosessiin palautuslinjan loppuosaa X 10b käyttäen. Yhdistelmävirtauksen painetaso säädetään ejektorikaa-supuhalluksen avulla ko. sisäänsyöttökohdan painesuhteiden vaati-':·* musten mukaisesti ( esim. kuvan 1 mukaisesti reaktoriosan 1 alaosan painesuhteita vastaavasti). Ejektorirakenteen 12 ejektorikaasu otetaan :-:35 esim. reaktoriosan 1 primääri-ilmapuhaltimilta tai kaasulukon 4 ilmapu- 110025 5 haltimilta tai molemmilta. Ejektorirakenne 12 on esitetty kaavallisesti suurennettuna kuvassa 1 kohdassa E.

Vaihtoehtoisesti toisessa erottimessa 8 erottunut hienomman fraktion 5 karkeampi osio voidaan palauttaa joko kokonaan tai osittain nuolen 13 mukaisesti reaktoriosan 1 yläosaan, ulostulon 2 kohdalle nuolen 14 mukaisesti, keskipakoerottimeen sen yläosasta nuolen 15 mukaisesti tai kaasulukon 4 ja reaktoriosan 1 väliseen yhdysputkeen 5 nuolen 16 mukaisesti. Nämä vaihtoehdot voidaan toteuttaa kuvan 1 mukaista pa-10 lautuslinjarakennetta 10a, 10b ja ejektorirakennetta 12 vastaavalla tavalla.

Erityisesti kuviin 2 ja 3 viitaten toinen erotin 8 koostuu esitetyssä sovelluksessa rengasmaisesta huuliraosta 17, joka on muodostettu suun-15 tautumaan alaspäin kohti ylöspäin suuntautuvaa hienomman fraktion kierrevirtausta (nuoli HF) muodostamaan imusuuttimen. Hienomman fraktion virtausnopeus on tavallisimmissa sovelluksissa luokkaa 30-100m/s. Huuliraon 17 oleellisesti pystysuuntainen ulkopinta rajautuu keskusputken 3b sisäpintaan 18. Huuliraon 17 rengasmainen ja oleelli-20 sesti pystysuuntainen sisäpinta on muodostettu olennaisesti keskus-putken 3b kehän suuntaisella rengaslevyllä 19, joka ulottuu olennai- : sesti pystysuuntaisena keskusputken ulosmenoaukon 7 reunasta alas- • #» päin ohi palautuslinjan 10a, 10b sisäänmenoaukon 20. Huuliraon 17 y, jälkeen erottimessa 8 on rengasmainen kammio 21. Kammion 21 ulko-';,’£>5 kehä on radiaalisuunnassa ulompana kuin keskusputken 3b ulkopinta. Rengasmaista kammiota 21 rajaa yläosassa vaakaseinä 22, joka ul-konee ulosmenoaukon 7 reunasta. Palautuslinjan 10a, 10b alkuosan 10a erottimeen liittyvä osuus voi olla yksi- tai useampihaarainen, jol-loin sisäänmenoaukkoja 20 on kammion 21 pystysuuntaisessa ulkosei-• ’" 30 nässä 23 vastaava määrä.

« « * :::* Hienomman fraktion karkeamman osion siirtymistä keskusputken 3b ‘τ' seinän sisäpinnalle voidaan edistää ohjaussiivekkeillä esim. spiraali-maisilla tai kartiomaisilla. Edelleen huulirakoon 17 voidaan sijoittaa ·:·*35 ohjaussiipiä. Esitetyssä sovelluksessa keskusputki 3b ja erotin 8 ovat muodoltaan oleellisesti lieriömäisiä, mutta on selvää, että myös kar- 110025 6 tiomaiset muodot ovat toimivia joko koko rakennemuotona tai osana sitä.

t • · s · • * · * * t f « * • « • * « * · * * * * · I I < « » 1 * · • * · * * * » I * • · II* * t t t I ( > t I · I » » · » « * t • » * ti» I 1 t > · * *

Claims (8)

110025

1. Menetelmä leijutusreaktorissa, jonka reaktoriosassa (1) suoritetaan 5 leijutusta, jolloin reaktoriosan (1) ulostuloon (2) liitettyyn keskipakoperi- aatteella toimivaan erottimeen (3) siirretään reaktoriosasta (1) partikke-lit/kaasususpensio, jolloin erottimessa (3) partikkeli/kaasususpensio jaetaan kahteen fraktioon (KF, HF), joista karkeampi fraktio (KF) poistetaan erottimesta (3) sen alaosasta ja johdetaan takaisin reaktori-10 osaan (1) ja joista hienompi fraktio (HF) johdetaan ylöspäin erottimen (3) sisäosassa olevaa keskusputkea (3b) pitkin, tunnettu siitä, että hienomman fraktion (HF) karkeampi osio erotetaan keskusputkesta (3b) poistettavasta hienommasta fraktiosta keskusputken (3b) yläosaan sijoitetulla toisella erottimella (8). 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keskusputken (3b) kehältä poistetaan hienomman fraktion karkeampi osio rengasmaisella toisella erottimella (8), joka liittyy keskusputken (3b) sisäpintaan (18). 20

3. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, : että johdetaan toisessa erottimessa (8) erotettu hienomman fraktion · · (HF) karkeampi osio takaisin leijutusreaktoriprosessiin. • · · • · I · t ‘;.25

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan toiseen erottimeen (8) keskusputken (3b) pai-:: netasoa alempi painetaso.

:[·.: 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu ‘[‘[30 siitä, että hienomman fraktion karkeampi osio poistetaan toisessa . [., erottimessa (8) olevan rengasmaisen huuliraon (17) kautta, joka suuntautuu alaspäin kohti ylöspäin suuntautuvaa hienomman fraktion ’•y' kierrevirtausta ja jonka ulkokehä rajoittuu keskusputken (3b) ν’: sisäpintaan (18) ja jonka sisäkehä rajoittuu rengaslevyyn (19), jolloin •: **35 huulirako (17) on yhdistetty rengasmaiseen kammioon (21), joka on yhdistetty leijutusreaktoriprosessiin. 110025

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että johdetaan toisessa erottimessa (8) erotettu hienomman fraktion (HF) karkeampi osio ainakin johonkin seuraavista leijutusreaktoriprosessin 5 osista: reaktoriosan (1) alaosaan, reaktoriosan (1) yläosaan, reaktoriosan (1) ulostulon (2) kohdalle, keskipakoperiaatteella toimivaan erottimeen (3), sopivimmin sen yläosasta ja/tai erottimeen (3) liittyvän kaasulukon (4) ja reaktoriosan (1) väliseen yhdysputkeen (5).

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1, 4 tai 6 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että muodostetaan toiseen erottimeen (8) keskusputken (3b) painetasoa alempi painetaso ejektorirakenteella (12) tai vastaavalla, joka yhdistetään toista erotinta (8) ja leijutusreaktoriprosessin ko. palautuskohtaa yhdistävään palautuslinjaan (10a, 10b), jolloin ejektori-15 rakenteen (12) ejektorikaasun sisäänsyötöllä säädetään hienomman fraktion (HF) karkeamman osion painetaso palautuslinjan (10a, 10b) loppuosalla (10b) vastaamaan leijutusreaktoriprosessin ko. palautus-kohdan painetasoa.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1, 4, 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että johdetaan ejektorirakenteen (12) ejektorikaasu : reaktoriosan (1) primääri-ilmapuhaltimilta ja/tai kaasulukon (4) ilmapu- haltimilta. • · · • · « · · • · • · • I * · · • · · • · • · · • · • 1 · • 1 · • · · • · » • » » I I 1 » 9 110025