FI120188B

FI120188B - Keskipakoerotinjärjestely

Info

Publication number: FI120188B
Application number: FI20075711A
Authority: FI
Inventors: Pentti Lankinen
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2009-07-31
Also published as: US20100216621A1; ZA201002419B; KR101167514B1; CA2699095A1; ES2488670T3; FI20075711A; PL2219788T3; RU2435648C1; JP2010540246A; CN101821012A; FI20075711A0; CN101821012B; US8506665B2; AU2008309537A1; JP4932941B2; KR20100057657A; WO2009047386A1; AU2008309537B2; EP2219788A1; CA2699095C

Description

KESKIPAKOEROTINJÄRJESTELY Tekniikan ala

Keksinnön kohteena ovat keskipakoerottimet kiintoainehiukkasten erottamiseksi 5 leijupetireaktorien, erityisesti polttoainemateriaalin polttoon tai kaasutukseen tarkoitettujen kiertoleijureaktorien prosessista ja tuotekaasuista.

Keksinnön kohteena on erityisesti keskipakoerotinjärjestely, joka käsittää monikulmaisen levymäisistä seinäosista muodostetun erotinkammion, jotka seinäosat on olennaisesti kaasutiiviin rakenteen aikaansaamiseksi liitetty toisiinsa 10 ja jossa on vähintään neljä paria toisiinsa nähden vastakkaisia levymäisiä seinäosia ja jossa kammiossa on kapeneva osa, joka on muodostettu järjestämällä jokaiseen seinäosaan ensimmäinen sisäänpäintaivutus, ja joka kapeneva osa jatkuu erotinkammiosta erotettujen hiukkasten poistokanavana, joka on muodostettu kohtisuoraan toisiaan vasten olevien vastakkaisten 15 seinäosien ensimmäisen ja toisen parin avulla patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaisesti.

Tekniikan taso

On tunnettua valmistaa leijupetireaktorin sylinterimäisiä sykloneja jäähdytettyinä rakenteina samansuuntaisista vesiputkista, joilla on kartiomainen pohja. 20 Sylinterimäisen vesiputkiseinärakenteen aikaansaaminen ja sen yhdistäminen ympäröivään rakenteeseen vaatii paljon työtä, jota voitaisiin vähentää käyttämällä olennaisesti levymäisiä seiniä.

US-hakemusjulkaisussa US2007079773 esitetään suorakaiteen muotoinen, putkiseinistä tehty leijupetireaktorin yhteydessä oleva sykloni. Syklonin 25 kartiomaisen osan rakenne on sellainen, että seinäosista jokaisen leveys kapenee, eli niillä on kolmiomainen muoto ja ne on yhdistetty reunoistaan toisen seinäosan viereisiin reunoihin.

2 WO-julkaisussa W02004063626 esitetään lämmönsiirtokammio, jolla on yksinkertaisista vesiputkipaneeleista muodostettu pystysuuntainen monikulmaisen lämmönvaihtokammion suippenevalla osalla varustettu vaippa, jossa on enemmän kuin neljä sivua, siten, että useat suippenevat osat voivat 5 suipeta samanaikaisesti sisäänpäin useammassa kuin yhdessä horisontaalisessa suunnassa ja että kaikkien vesiputkipaneelien leveydet pysyvät olennaisesti yhtenevinä suippenevissa osissa. Sovellutuksissa, missä kammio on leijupetireaktorin syklonierotin, erotettujen kiintoainehiukkasten poistoyhde pysyy huomattavan leveänä poikkileikkauspinta-alaltaan. On myös huomattu, että 10 suippenevien osien muotoa voidaan parantaa.

Keksinnön tavoitteena on saada aikaan keskipakoerotinjärjestely, jossa on suippeneva osa ja kanava erotettujen hiukkasten poistamiseksi erottimesta ja joka on siten vähemmän tilaa vievä ja paremmin sovellettavissa vaatimuksiin, joita kiinteän materiaalin käsittelemisellä on leijupetireaktorissa ja sen 15 lisälaitteissa.

Keksinnön selostus

Keksinnön tavoitteet käyvät ilmi olennaisesti patenttivaatimuksesta 1. Muut vaatimukset esittelevät yksityiskohtaisemmin esillä olevan keksinnön eri suoritusmuotoja.

20 Esillä olevan keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti keskipakoerotinjärjestely käsittää levymäisistä seinäosista muodostetun monikulmaisen erotinkammion, jotka seinäosat on olennaisesti kaasutiiviin rakenteen aikaansaamiseksi liitetty toisiinsa, ja käsittävät vähintään neljä paria vastakkaisia levymäisiä seinäosia, ja jossa kammiossa on kapeneva osa, joka on 25 muodostettu järjestämällä jokaiseen seinäosaan ensimmäinen taivutus sisäänpäin, joka kapeneva osa jatkuu erotinkammiosta erotettujen hiukkasten poistokanavana, joka on muodostettu kohtisuoraan toisiaan vasten olevien vastakkaisten seinäosien ensimmäisen ja toisen parin avulla. Keksinnölle on tunnusomaista se, että erotettujen hiukkasten poistokanavassa seinäosien 30 ensimmäinen pari ulottuu seinäosien toisen parin välissä olevalle alueelle 3

Siten vastakkaisten seinäosien ensimmäisen parin välinen etäisyys on pienempi kuin vastakkaisten seinäosien toisen parin leveys. Edullisesti seinäosien ensimmäinen pari ulottuu kapenevasti toisen seinäparin väliselle alueelle.

Tämä mahdollistaa poistokanavan varsin pienen poikkileikkauspinta-alan, jolloin 5 erotettujen hiukkasten käsittely on suoraviivaista.

Edullisesti kaasulukkojärjestely ja laitteet leijutuskaasun syöttämiseksi on järjestetty vastakkaisten seinäosien ensimmäisen parin alaosien yhteyteen. Tällä tavoin erotettujen hiukkasten poistoyhteen ja kaasulukon välinen tila paluuputkessa on suhteellisen pieni ja siten kertyneiden kiintoainehiukkasten 10 määrä on myös pieni. Tämä rakenteen mukana saadaan hiukkasten painon rakenteeseen kohdistaman pienen kuorman etu.

Vastakkaisten seinäosien ensimmäiseen pariin ja vastakkaisten seinäosien toiseen pariin kuuluu ensimmäinen ja toinen taivutus kapenevan osan muodostamiseksi. Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti ensimmäisen 15 ja toisen taivutuksen seinäosien etäisyys toisistaan ensimmäisessä parissa on suurempi kuin ensimmäisen ja toisen taivutuksen seinäosien etäisyys toisistaan toisessa parissa.

Edullisesti jokaisen seinäosuuden leveys on koko erotuskammion pituudella vakio. Tällä saavutetaan se etu, että seinäosan kaikki putket voivat ulottua koko 20 seinäosan pituudelta, ts. ei ole tarvetta putken poistoille, kuten olisi, jos seinäosa olisi tehty kapenevaksi.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti seinäosien ensimmäisellä parilla on symmetriset taivutukset. Tällä tavalla erottimen kapenevan osuuden vaatima pystysuuntainen tila minimoituu.

25 Seinäosat käsittävät edullisesti olennaisesti tasaisin välimatkoin sijoitettuja putkia jolla saadaan aikaan, että käytön aikana lämmönsiirtoväliaine virtaa tasaisesti seinäosien läpi.

On edullista, että kaikki seinäosat ovat yhtä leveitä. Näin rakenne on helpompi ja voidaan valmistaa moduleina.

4

Esillä olevan keksinnön avulla on mahdollista rakentaa syklonierotin, joka muodostuu levymäisistä seinistä, joiden leveys on olennaisesti vakio, ja jonka seinärakenteen kaikki putket ulottuvat läpi koko pituuden.

Piirustusten lyhyt kuvaus 5 Seuraavassa keksintöä kuvataan viittaamalla liitteenä oleviin kaaviomaisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 kuvaa keksinnön erään suoritusmuodon mukaista keski pakoerojärjestelyä; 10 Kuvio 2 kuvaa kuvion 1 horisontaalista poikkileikkausta kohdasta ll-ll,

Kuvio 3 kuvaa kuvion 1 horisontaalista poikkileikkausta kohdasta lll-lII,

Kuvio 4 kuvaa kuvion 1 horisontaalista poikkileikkausta kohdasta IV-IV,

Kuvio 5 kuvaa kuvion 1 horisontaalista poikkileikkausta kohdasta V-V,

Kuvio 6 kuvaa kuvion 1 pystysuuntaista poikkileikkausta kohdasta VI-VI, 15 Kuvio 7 kuvaa keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaista keskipakoerotinjärjestelyä, ja Kuvio 8 kuvaa kuvion 1 yksityiskohtaa 100.

Piirustusten yksityiskohtainen selostus 20 Kuviot 1-6 kuvaavat keksinnön erään suoritusmuodon mukaista keskipakoerotinjärjestelyä 10. Erotinjärjestely käsittää levymäisten seinäosien 20 ympäröimän erotinkammion 15. Erotinkammion poikkileikkaus on kahdeksankulmainen käsittäen neljä paria 20.11, 20.12; 20.21, 20.22; 20.31, 20.32; 20.41, 20.42 vastakkaisia seinäosia. Seinäosat valmistetaan, esimerkiksi 25 liittämällä vierekkäisiä putkia 25 evän 30 kanssa toisiinsa tavalla, joka on sinänsä tunnettu kaasutiiviin rakenteen muodostamiseksi. Edullisesti jokaisen seinäosuuden leveys W on koko erotuskammion 15 pituudella vakio. Näin seinäosat voidaan valmistaa helposti ennalta samalla tavalla.

Jokaisella seinäosalla on päissään jakoputkisto 40, joihin putket on kiinnitetty. 30 Jakoputkistot voivat myös olla usealle seinäosalle yhteisiä, mutta edullisesti 5 jokaisella seinäosalla on erilliset jakoputkistonsa (tulo- ja poisto-). Seinäosat on yhdistetty voimalaitoksen väliainekiertoon (ei esitetty) tapauskohtaisesti suunnitellulla tavalla. Tällainen väliainekierto on tyypillisesti laitoksen höyrykierto.

Erottimen ensimmäisessä päässä, yläpäässä, vierekkäiset seinäosat 20 5 taivutetaan sisäänpäin kohti keskiakselia niin että kaasunpoistoaukon 35 poikkileikkauspinta-ala on pienempi kuin erotinkammion 15 poikkileikkauspinta-ala. Seinäosien sisäpinnat on edullisesti vuorattu sopivalla lämpöä ja kulutusta kestävällä vuorauksella 26 niin, että kaasuthan poikkileikkaus on tehty olennaisesti pyöreäksi tai ainakin vierekkäisten seinäosia toisiinsa liitettäessä 10 muodostuvat kulmat tasoitetaan olennaisesti tasaisen sisäpinnan aikaansaamiseksi.

Erottimella on kaasuntuloyhde 45, jonka läpi kuuma kaasu ja sen mukana kulkeutuneet hiukkaset voidaan käytön aikana syöttää syklonin kaasukammioon 15.

15 Keskipakoerotinjärjestely sisältää myös sen toisessa päässä olevan kapenevan osan 50, joka on muodostettu seinäosien 20 sisäänpäin taivutetuista osista. Kapeneva osa saa aikaan muutoksen erotinkammion 50 kahdeksankulmaisesta poikkileikkauksesta suorakulmaiseen erotettujen hiukkasten poistokanavan muotoon. Ennen ensimmäistä taivutusta 22, toisin sanoen taivutuslinjan 20 yläpuolella olevien seinäosien alueella, kammion poikkileikkausala on kahdeksankulmainen, kuten näkyy kuviosta 2, joka kuvaa kuvion 1 näkymää ll-ll. Seinäosa on kuvattu selkeyden vuoksi pääasiassa yhdellä paksulla viivalla, mutta käytännössä seinä valmistetaan tyypillisesti vierekkäisistä putkista 25 ja niiden välisestä evä 30.

25 Jokaisella seinäosalla 20 on ensimmäinen taivutus 22 samalla pituussuuntaisella (vertikaalisella) kohdalla, jossa taivutuslinjat ovat samalla tasolla. Tasomaisten vastakkaisten seinäosien ensimmäiset ja toiset parit 20.11, 20.12; 20.21, 20.22, joiden välissä ovat tasomaisten vastakkaisten seinäosien kolmannet ja neljännet parit 20.31, 20.32; 20.41, 20.42, on taivutettu erotinkammion 15 keskilinjaa CL 30 kohti kulmassa, joka on suurempi kuin kulma, jossa tasomaisten seinäosien 6 kolmannet ja neljännet parit on taivutettu. Tasomaisten seinäosien kolmannet ja neljännet parit on taivutettu tasomaisten seinäosien ensimmäisten ja toisten parien reunoja vasten peittämään niiden välinen kiilamainen alue. Kuvio 3 esittää kuvion 1 poikkileikkauskuvantoa lll-lll, josta näkyy, että levymäisten 5 vastakkaisten seinäosien ensimmäiset ja toiset parit 20.11, 20.12; 20.21, 20.22 ovat lähempänä erotinkammion keskiakselia.

Ainakin tasomaisten vastakkaisten seinäosien ensimmäisissä ja toisissa pareissa 20.11, 20.12; 20.21, 20.22 on toinen taivutus 23, 23’, jossa seinäosa on taivutettu taas ulospäin poispäin erotinkammion keskilinjasta. Kuvio 4, jossa on kuvion 1 10 näkymä IV-IV, kuvaa tilannetta juuri ennen kuin seinäosien ensimmäiset ja toiset parit tavoittavat toisensa ja seinäosien toiseen pariin 20.21, 20.22 on järjestetty toinen taivutus 23. Edullisesti seinäosat ovat ennen ensimmäistä taivutusta ja toisen taivutuksen jälkeen samansuuntaiset. Toisin sanoen taivutusten ulkopuoliset alueet ovat samansuuntaiset. Seinäosien ensimmäisen parin 20.11, 15 20.12 ensimmäisen taivutuksen 22 ja toisen taivutuksen 23’ välinen etäisyys on tehty pidemmäksi kuin seinäosien toisen parin 20.21, 20.22 ensimmäisen taivutuksen 22 ja toisen taivutuksen 23 välinen etäisyys. Siten seinäosien ensimmäinen pari 20.11, 20.12 ulottuu kapenevasti seinäosien toisen parin 20.21, 20.22 väliselle alueelle. Tämä on kuvattu kuviossa 5. Seinäosien 20 ensimmäinen pari 20.11, 20.12 ulottuu seinäosien toisen parin 20.21, 20.22 väliin muodostaen suorakaiteen muotoisen kanavan niiden väliin. Seinäosien ensimmäisen parin reunat 24 on liitetty kaasutiiviisti seinäosien toisen pintaan 26. Näin kanavan poikkipinta-alaa voidaan mitoittaa joustavasti jokaista sovellusta varten.

25

Tasomaisten seinäosien ensimmäiset ja toiset parit muodostavat erotettujen hiukkasten poistokanavan kapenevan osan jatkeena. Tasomaisten seinien kolmansilla ja neljänsillä pareilla 20.31, 20.32; 20.41, 20.42 voi olla toinen taivutus 23 seinäosien toisen parin kanssa samalla kohdalla ja se voi ulottua 30 edelleen alaspäin, mutta ei vaikuta erotinkammion kapenevan osan sisäiseen muotoon.

7

Kuviosta 1 ja kuvion 1 näkymää VI-VI esittävästä kuviosta 6 näkyy, että vastakkaisten seinäosien ensimmäiset ja toiset parit ulottuvat edelleen alaspäin vastakkaisten seinäosien ensimmäisen parin toisesta taivutuksesta 23’ muodostaen siten suorakaiteen muotoisen poistokanavan 52. Seinäosien 5 ensimmäinen pari 20.11, 20.12 on yhdistetty suunnilleen sen päätyalueelle seinäosien toisen parin 20.21, 20.22 väliin muodostamaan pohjaosan 55. Pohjaosalla 55 on kaasulukko 60 ja yhde 65 leijutuskaasun syöttämiseksi sille kanavan alueelle, joka käsittää ilmakaapin ja kaasusuuttimet. Pohjaosan 55 yksityiskohta 100 esitellään yksityiskohtaisemmin kuviossa 8. Kaasulukko on 10 saatu aikaan järjestämällä avoin alue seinäosaan 21.11 taivuttamalla putkia 60.1 ulospäin seinän yleisestä tasosta sinänsä tunnetulla tavalla. Kaasulukon läpi tuleva erotettujen hiukkasten virta on kuvattu nuolella S kuviossa 8. Suorakaiteen muotoisen kanavan korkeus pohjaosan 55 ja kapenevan osan välillä on edullisesti rajattu korkeuteen, joka on riittävä takaamaan kaasulukon toiminnan ja 15 olemassaolon, mikä käytännössä tarkoittaa kykyä fluidisoida hiukkasia pohjaosassa 55.

Erotin voidaan myös järjestää ilman kaasulukkoa, kuten kuviossa 7 on esitetty. Kuvion 7 keskipakoerotinjärjestely 10 poikkeaa kuvion 1 vastaavasta seinäosien ensimmäisten ja toisten parien taivutusten alapäissä. Seinäosien ensimmäinen 20 pari muodostaa myös paluuputken kaksi seinää, jotka ulottuvat esimerkiksi leijupetireaktorin alapäähän (ei esitetty). Osa seinäosien toisesta parista 20.21, 20.22 muodostaa paluuputken kaksi muuta seinää, jolloin putkia on taivutettu jatkumaan paluuputken suuntaisina.

25 On selvää, ettei keksintö rajoitu esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan soveltaa myös lukuisissa muissa suoritusmuodoissa keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. On myös selvää, että yksittäisen suoritusmuodon yhteydessä mainittua yksityiskohtaa voidaan käyttää toisessa suoritusmuodossa sen ollessa käyttökelpoinen kyseisessä suoritusmuodossa.

30

Claims

1. Keskipakoerotinjärjestely (10), joka käsittää levymäisistä seinäosista muodostetun monikulmaisen erotinkammion (15), jotka seinäosat on olennaisesti kaasutiiviin rakenteen aikaansaamiseksi liitetty toisiinsa, ja käsittävät vähintään 5 neljä paria vastakkaisia levymäisiä seinäosia (20.11; 20.12; 20.21; 20.22; 20.31; 20.32; 20.41; 20.42), ja jossa kammiossa on kapeneva osa, joka on muodostettu järjestämällä jokaiseen seinäosaan ensimmäinen taivutus sisäänpäin, joka kapeneva osa jatkuu erotinkammiosta (15) erotettujen hiukkasten poistokanavana (52), joka on muodostettu kohtisuoraan toisiaan vasten olevien 10 vastakkaisten seinäosien ensimmäisen ja toisen parin (20.11, 20.12; 20.21, 20.22) avulla, tunnettu siitä, että erotettujen hiukkasten poistokanavassa (52) seinäosien ensimmäinen pari (20.11, 20.12) ulottuu seinäosien toisen parin (20.21, 20.22) välissä olevalle alueelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotinjärjestely (10), 15 tunnettu siitä, että vastakkaisten seinäosien ensimmäisen parin (20.11, 20.12) välinen etäisyys on pienempi kuin vastakkaisten seinäosien toisen parin (20.21, 20.22) leveys.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotinjärjestely (10), tunnettu siitä, että vastakkaisten seinäosien muodostaman ensimmäisen parin 20 (20.11, 20.12) alaosan yhteyteen on järjestetty kaasulukkojärjestely (60) ja elimet (65) fluidisointikaasun syöttämiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotinjärjestely, tunnettu siitä, että vastakkaisten seinäosien ensimmäiseen pariin ja vastakkaisten seinäosien toiseen pariin kuuluu toinen taivutus (23) ja että ensimmäisen ja 25 toisen taivutuksen (22, 23) väli seinäosien ensimmäisessä parissa (20.11, 20.12) on pidempi kuin ensimmäisen ja toisen taivutuksen väli seinäosien toisessa parissa (20.21,20.22).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotinjärjestely, tunnettu siitä, että jokaisen seinäosuuden leveys (W) on koko erotuskammion pituudella 30 vakio. g

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotinjärjestely, tunnettu siitä, että seinäosien ensimmäinen pari (20.11, 20.12) ulottuu kapeneman suunnassa seinäosien toisen parin (20.21, 20.22) välissä olevalle alueelle.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotinjärjestely, tunnettu 5 siitä, että seinäosien ensimmäisen parin (20.11, 20.12) seinäosien ensimmäiset taivutukset on järjestetty symmetrisesti.

8. Jonkun edeltävän patenttivaatimuksen mukainen keskipakoerotinjärjestely, tunnettu siitä, että seinäosat käsittävät olennaisesti tasaisin välimatkoin järjestettyjä putkia (25) lämmönsiirtoväliainevirtauksen 10 järjestämiseksi seinäosien läpi sitä käytettäessä.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotinjärjestely, tunnettu siitä, että kaikki seinäosat (20.11, 20.12; 20.21, 20.22; 20.31, 20.32; 20.41, 20.42) ovat yhtä leveitä (W).

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotinjärjestely, tunnettu 15 siitä, että poistokanavassa (52) seinäosien ensimmäisen parin reunat (24) on olennaisesti kaasutiiviisti liitetty seinäosien toisen parin pintaan (26).

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotinjärjestely, tunnettu siitä, että ensimmäinen taivutus (22) jokaisessa seinäosassa on samalla tasolla.

12. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen keskipakoerotinjärjestely, 20 tunnettu siitä, että vastakkaisten seinäosien ensimmäisessä parissa ja vastakkaisten seinäosien toisessa parissa on toinen taivutus (23) ja että seinäosat ennen ensimmäistä taivutusta ja toisen taivutuksen jälkeen ovat samassa tasossa. 25