FI122040B

FI122040B - Menetelmä ja järjestely polttoaineen syöttämiseksi kiertoleijupetikattilaan

Info

Publication number: FI122040B
Application number: FI20096169A
Authority: FI
Inventors: Kari Kauppinen; Pertti Kinnunen; Jouni Miettinen; Kari Myoehaenen; Marcin Klajny
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2011-07-29
Also published as: JP5490248B2; US20120237883A1; CA2778989C; CN102725588A; WO2011058217A1; CN102725588B; KR20120078737A; EP2499430A1; JP2013510287A; KR20140025612A; FI20096169A0; FI20096169A; CA2778989A1

Description

Menetelmä ja järjestely polttoaineen syöttämiseksi kiertoleijupetikatti-laan [001] Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä ja järjestely polttoai-5 neen syöttämiseksi kiertoleijupetikattilaan. Keksinnön erityisenä kohteena on hienojakoisen, kevyen, helposti haihtuvan ja/tai kostean polttoaineen syöttäminen kattilaan.

[002] Kiertoleijupetikattilassa (CFB) on yleensä tulipesä, jossa on pohja, si-10 vuseinät ja kattoja ainakin yksi hiukkaserotin, joka on virtausyhteydessä tuli- pesän yläosaan. Ainakin osa tulipesän pohjaosan seinistä voi olla kaltevia siten, että tulipesän poikkipinta-ala kasvaa ylöspäin, toisin sanoen tulipesän kaltevaseinäistä osaa voidaan sanoa supistuvaksi pohjaosaksi. Käytännössä kaikki kattilan ja erottimen seinät ja katto käsittävät vesiputkia lämmön tal-15 teenottamiseksi tulipesästä. Tulipesän pohjassa on arina palamis-, suspensio- tai leijutuskaasun syöttämiseksi tulipesään ja tuhkan ja muiden jäänteiden poistamiseksi tulipesästä. Tulipesän sivuseinässä on elimet polttoaineen syöttämiseksi tulipesään sekä elimet sekundääri-ilman syöttämiseksi tuli-pesään. Tulipesään on järjestetty myös elimet inertin petimateriaalin, tavalli-20 sesti hiekan, syöttämiseksi.

[003] Hiukkaserotin erottelee kiintoainehiukkaset erottimeen tulipesän yläosasta tulevasta savukaasu-kiintoainehiukkassuspensiosta. Erotetut kiintoaineet kierrätetään takaisin tulipesän alaosaan kierrätysyhteen kautta, jossa -- 25 kierrätysyhteessä on sulkulaite, esimerkiksi polvirakenne, jonka tarkoitus on estää kaasua virtaamasta erottimeen kierrätysyhteen kautta. Siten tarvitaan o tulipesän seinään ainakin yksi lisäaukko kiintoaineiden syöttöä varten. Tätä o kiintoainekiertoa sanotaan ulkoiseksi kierroksi. Erottimen tuloyhteeseen lopul- | ta tulevan tulipesän pystysuuntaisen savukaasu-kiintoainehiukkassuspension g 30 virtauksen lisäksi tulipesän seinien lähellä on pystysuuntainen alaspäin suunko tautuva hiukkasvirtaus. Tätä kiintoainekiertoa sanotaan sisäiseksi kierroksi.

o o

(M

[004] Hyvin usein sisäisen tai ulkoisen kiintoainekierron tai molempien yhteydessä leijupetilämmönvaihtokammio on järjestetty siirtämään lämpöä leiju- 2 tettujen kiintoainehiukkasten pedistä lämmönsiirtoväliaineeseen. Lämmön-vaihtokammio voidaan sijoittaa kiertoleijupetikattilan tulipesään lähelle ainakin yhtä tulipesän seinää. Lämmönsiirtokammio(ide)n edullinen sijaintipaikka on lähellä tulipesän pohjaosaa, jossa kammio on yhdistetty kiinteästi kalte-5 vaan/kalteviin seinään/seiniin. Leijupetilämmönvaihdin voidaan myös järjestää ulkoiseen kiertoon siten, että kiintoaine-erottimesta poistuvat kiintoaineet poistetaan lämmönvaihtokammioon niiden kulkiessa takaisin tulipesään (ks. esimerkiksi tunnetun tekniikan Fig. 1). Lämmönvaihtokammion sisäpuolella on lämmönvaihtoelimet lämmön siirtämiseksi kiintoaineesta lämmönvaih-10 toelimissä virtaavaan lämmönsiirtoväliaineeseen.

[005] Kevyet, hienojakoiset ja/tai kosteat polttoaineet, kuten esimerkiksi hieno hiilipulveri tai turve tai sahanpuru tai hienojakoinen ligniitti, ovat ongelmallisia kahdessa eri aspektissa. Kevyet, tiheydeltään ja partikkelikooltaan pienet 15 polttoaineet kulkeutuvat helposti leijutuskaasun mukana ja nousevat nopeasti ylöspäin niin, että palamisprosessi alkaa muutama metri arinan yläpuolella, jolloin vain pieni polttoainemäärä, ei riittävä ylläpitämään petimateriaalin lämpötilaa riittävällä tasolla, palaa alemmalla petialueella, kun taas pääosa polttoaineesta palaa ylempänä tulipesässä. Tämä voi johtaa erityisesti matalam-20 millä kuormilla liian alhaiseen petilämpötilaan ja korkeampaan lämpötilaan tulipesän ylemmässä osassa, joka taas voi johtaa ongelmiin kattilan päästöjen ja kuorman muutosnopeuden suhteen.

[006] Samalla tavoin kostean polttoaineen käyttö voi johtaa samankaltaisiin 25 ongelmiin, mutta jonkin verran eri syistä. Vaikka kostea polttoaine ei ehkä ole o liian kevyttä, sen kuivuminen vaatii jonkun aikaa siten, että polttoainetta kui- ώ väessään ja ollessaan vielä ’’kykenemätön” syttymään nostetaan taas leijuko tuskaasulla tulipesän ylempään osaan. Kun polttoaine on lopulta riittävän kui- x vaa, syttyy ja lopulta palaa, voi olla, ettei alemmalla petialueella ole riittävästi

CL

30 palavaa polttoainetta, jolloin petilämpötila voi taas olla alhainen ja johtaa jo

CD

^ yllä mainittuihin ongelmiin.

CD

o o ^ [007] Vielä eräs ongelmallinen polttoaine on polttoaine, joka suurimmalta osaltaan sisältää haihtuvia komponentteja ja pienemmän määrän kiinteää hiil- 3 tä. Haihtuvat komponentit muodostavat palavia kaasuja, kuten CO, CH4, H2, jne. hyvin lähellä polttoaineen syöttöaukkoa, jonka jälkeen palavat kaasut liikkuvat ylöspäin leijutuskaasun kanssa. Tämä ylöspäin tapahtuva virtaus saa aikaan kaasupylvään, jonka kanssa happi ei pysty sekoittumaan nopeasti ja 5 tehokkaasti, josta seuraa kaasujen palaminen tulipesän ylemmissä osissa.

[008] Tavallisesti polttoaine syötetään tulipesään tulipesän seinässä olevien yhden tai useamman aukon kautta. Polttoainetyypistä riippuen polttoaine annostellaan tulipesään joko polttoaine-ilmasuspensiona, ts. pneumaattisesti tai 10 syöttöruuvin tai jonkun muun mekaanisen syöttöelimen avulla. Tavallisesti syöttöaukko/-aukot on sijoitettu tulipesän seinien (supistuvaan) pohjaosaan.

[009] Tulipesään ulkoisesta kierrosta, ts. suoraan erottimesta tai leijupeti-lämmönvaihtimen kautta, tulevat kiintoaineet syötetään myös yhden tai use- 15 ämmän tulipesän seinässä olevan aukon kautta tulipesään.

[0010] Keksinnön eräänä tavoitteena on varmistaa kevyelle, hienojakoiselle, haihtuvalle ja/tai kostealle polttoaineelle riittävä viipymäaika kuivumiseen ja/tai palamiseen tulipesän alemmalla petialueella koko palamisprosessin op- 20 timoimiseksi. Esillä olevan keksinnön mukaisesti polttoaineen viipymäaikaa alemmalla petialueella kasvatetaan hidastamalla polttoaineen liikettä ylemmälle petialueelle yhdistämällä polttoaine ja sisäisestä ja/tai ulkoisesta kierrosta kohti alempaa petialuetta virtaavat kiintoaineet.

25 [0011] Keksinnön eräänä toisena tavoitteena on estää ylöspäin viilaavan pa- 1- lavien kaasujen patsaan muodostuminen polttoaineen syöttöaukon yläpuolel- ° le syöttämällä kiertopetimateriaalia kaasupatsaaseen niin, että patsas rikkou- o tuu ja turbulenssi kasvaa, jolloin happi tavoittaa palavat kaasut aiempaa te- o hokkaammin ja palaminen tapahtuu alempana tulipesässä.

£ 30

[0012] Tunnetussa tekniikassa tiedetään lukuisia dokumentteja, joissa puhu- (Ω ^ taan polttoaineen ja palautuvan petimateriaalin sekoittamisesta.

05 o o ^ [0013] On, esimerkiksi, tunnettua syöttää kosteaa polttoainetta ja petimateri- 35 aalia erilliseen sekoittimeen/kuivauslaitteeseen ennen polttoaine- 4 kiintoaineseoksen syöttämistä kattilaan. US-patenteissa 4,259,911,4,690,076 ja 5,419,267 puhutaan eri vaihtoehdoista sekoittimien/kuivureiden erottamiseksi. Erilliset sekoitin-/kuivainyksiköt lisäävät kuitenkin kustannuksia sekä investointi-/rakennusvaiheessa että käyttövaiheessa ja muodostavat vielä yh-5 den laitteiston osan, joka vaatii erityistä ylläpitoa.

[0014] On myös tunnettua syöttää polttoainetta ulkoiseen kiertoon hiuk-kaserottimen ja tulipesän välille, kuten on selostettu esimerkiksi US-patentissa 4,442,795.

10

[0015] Kuitenkin yllä mainituissa patenteissa ei puhuta yllä mainituista ongelmista tai jos puhutaan (kosteista polttoaineista), ne johtavat erittäin monimutkaisiin järjestelyihin erillisen hiukkaskuivurin kanssa kattilan ulkopuolella.

15

[0016] Esillä olevan keksinnön eräänä lisätavoitteena on ehdottaa joitakin vaihtoehtoisia ratkaisuja yllä mainittuihin ongelmiin, jotka liittyvät kiertoleijupe-tikattiloiden hienojakoisien, kevyiden, helposti haihtuvien ja/tai kosteiden polttoaineiden syöttöön ja palamiseen.

20

[0017] Kaikki vaihtoehtoiset ratkaisut perustuvat polttoaineen syöttöön tuli-pesään siten, että lämmönsiirtoprosessi polttoaineen ja kierrätettävän kiintoaineen välillä paranee parantamalla sekoittumista polttoaineen ja kiertävän kuuman petimateriaalin välillä.

25

[0018] Esillä olevan keksinnön ensimmäinen edullinen suoritusmuoto perus- ^ tuu siihen, että tulipesän seiniä pitkin alaspäin viilaavaa petimateriaalia kerä- C\1 ^ taan syötettäväksi yhteen kerätyssä muodossa sisään tulevan polttoaineen Z päälle.

Ξ 30 £ [0019] Esillä olevan keksinnön menetelmän ja laitteen muut piirteet käyvät ilmi σ> oheisista patenttivaatimuksista.

S

05 § [0020] Esillä olevan keksinnön avulla on ratkaistu ainakin osa kiertoleijupeti-

CM

35 reaktorin hienojakoisen, kevyen, helposti haihtuvan ja/tai kostean polttoaineen syöttöön ja palamiseen liittyvistä ongelmista yksinkertaisella ja tehok- 5 kaalia laitteella polttoaineen syöttämiseksi kiertoleijupetikattilan tulipesään. Esimerkiksi ei ole tarvetta aiemmasta tekniikasta tunnettujen ulkopuolisten kuivauskammioiden suunnittelulle ja rakentamiselle kostean polttoaineen kuivaamiseksi. Tarvetta myöskään kevyen, puuterimaisen polttoaineen sekoit-5 tamiselle kuumaan petimateriaaliin erillisessä sekoituskammiossa ei enää ole.

[0021] Esillä oleva keksintö mahdollistaa petilämpötilan pitämisen korkeampana jopa tulipesän alemmissa osissa, kun poltetaan kevyttä, hienojakoista, helposti haihtuvaa ja/tai kosteaa polttoainetta. Tämä pitää paikkansa erityi-10 sesti alhaisemmilla kattilan kuormilla, kun petilämpötila pyrkii laskemaan luonnollisistakin syistä. Tekniikan tason järjestelyihin verrattuna esillä olevan keksinnön käyttöönotto saa aikaan, että • kostea polttoaine alkaa kuivua aiemmin, 15 · kuivattu polttoaine syttyy ja palaa aiemmin, • suurempi osuus kevyttä ja hienojakoista polttoainetta viedään alas petiin, jolloin petilämpötila nousee tai jää hyväksyttävälle tasolle jopa alhaisissa kuormitusolosuhteissa, • palavan polttoaineen sekoittaminen tiheydeltään korkeaan kierrätettä- 20 vään kiintoainevirtaan nostaa kiintoainevirran lämpötilaa, joka virta siir tää sitten lämpöä tulipesän pohjalle, mikä edelleen nostaa petilämpöti-laa, • palavan polttoaineen sekoittaminen kierrätettäviin kiintoaineisiin parantaa myös polttoaineen ja palavien kaasujen poikkisuuntaista sekoittu- 25 mistä, mikä edelleen parantaa palamista tulipesän alemmissa osissa ja ^ johtaa tasaisempaan palamiseen ja lämpövirran jakautumiseen poikit- i o taissuunnassa, ja i o · polttoaineen syöttö voidaan järjestää korkeammalle tulipesän seinälle, | jolloin vastapaine on pienempi.

oy 30 ^ Kaksi viime mainittua etua eivät välttämättä liity kevyisiin ja hienojakoisiin o polttoaineisiin, vaan kaikkiin polttoainetyyppeihin.

CM

6

[0022] Seuraavassa esillä olevan keksinnön menetelmää ja järjestelyä selostetaan yksityiskohtaisemmin viittaamalla seuraaviin piirustuksiin, joissa,

Fig. 1 kuvaa kaaviomaisesti tekniikan tason kiertoleijupetikattilaa, 5 Fig. 2a kuvaa kaaviomaisesti edestä esillä olevan keksinnön ensimmäistä edullista suoritusmuotoa,

Fig. 2b kuvaa kaaviomaisesti sivusta esillä olevan keksinnön erästä ensimmäistä edullista suoritusmuotoa,

Fig- 3 kuvaa kaaviomaisesti esillä olevan keksinnön toista erästä edullista 10 suoritusmuotoa,

Fig. 4 kuvaa kaaviomaisesti esillä olevan keksinnön erästä kolmatta edullista suoritusmuotoa,

Fig. 5 kuvaa kaaviomaisesti esillä olevan keksinnön erästä neljättä edullista suoritusmuotoa, and 15 Figs. 6a - 6c kuvaavat kaaviomaisesti esillä olevan keksinnön erään viidennen edullisen suoritusmuodon lukuisia vaihtoehtoja.

[0023] Fig. 1 kuvaa kaaviomaisesti tekniikan tason kiertoleijupetikattilaa. Kattila 10 käsittää tulipesän 12, jossa on olennaisesti pystysuorat seinät 32, tuli- 20 pesän 12 yläpäässä olevan poistokanavan 14 savukaasun ja siinä olevien kiintoainehiukkasten viemiseksi kiintoaine-erottimeen 16, kiintoaine-erottimen 16 yläpäähän järjestetyn kanavan 18 puhdistetun poistokaasun poistamiseksi kiintoaine-erottimesta 16, kiintoaine-erottimen 16 alaosaan järjestetyn kierrä-tysyhteen 20 erotetun kiintoaineen palauttamiseksi ainakin osittain takaisin ^ 25 tulipesän 12 alaosaan, tulipesän sivuseinälle 32 järjestetyt polttoaineen syöt-

C\J

^ töelimet 22 ja tulipesän 12 alaosaan järjestetyt elimet 24 ja 26 primääri- ja se- ^ kundääri-ilman syöttämiseksi vastaavasti. Polttoaineen syöttöelimet voivat ° käsittää ruuvisyöttimen, pudotusputken, pneumaattisen syöttimen muutamia

CC

vaihtoehtoja mainitaksemme. Primääri-ilma 24 on primääriä happipitoista S 30 kaasua, jota käytetään myös petimateriaalin leijuttamiseen ja sitä syötetään

CD

g siten tulipesään 12 tulipesän 12 pohjalle järjestetyn arinan läpi. Sekundääri- o w kaasua 26 syötetään tulipesään 12 sen sivuseinän 32 läpi hiukan arinan ylä puolelta. Kaasulukko 28 on järjestetty kierrätysyhteeseen estämään kaasun 7 virtaus tulipesästä 12 kierrätysyhteen 20 kautta kiintoaine-erottimeen16. Tässä kierrätysyhteessä 20 on edelleen leijupetilämmönvaihtokammio 30 lämmön talteenottamiseksi kierrätyskiintoaineista lämmönsiirtoväliaineeseen. Kattilan 10 sivuseinät 32, kuten myös kiintoaine-erottimen sivuseinät, käsittä-5 vät tavallisesti vesiputkia niin, että vesi toimii lämmönsiirtoväliaineena.

[0024] Kuviot 2a ja 2b kuvaavat esillä olevan keksinnön erästä ensimmäistä edullista suoritusmuotoa esittäen tulipesän alapäätyä sellaisena, että tulipe-sän kaltevalla sivuseinällä 32 oletetaan olevan kaksi polttoaineen syöttöelintä. 10 Kattilan 10 sivuseinän 32 sisäpinnalla on kaksi kaltevaa ohjauslevyä 34 jokaisen polttoaineen syöttöelimen 22 yläpuolella. Ohjauslevyt 34 ovat edullisesti, mutteivät välttämättä, tehty tulenkestävästä materiaalista ja kiinnitetty seinälle 32 siten, että ne ovat olennaisesti kohtisuorassa seinään 32 ja kallistettuja kohti polttoaineen syöttöelimiä, joka itse asiassa voi näkyä aukkona 36 sei-15 nässä 32. Ohjauslevyjen 34 alapäätyjen väliin jää aukko, joka vastaa edullisesti polttoaineen syöttöaukon 36 halkaisijaa. Ohjauslevyjen 34 tarkoitus on kerätä kiintoaineita, ts. kattilan 10 seiniä 32 pitkin alaspäin virtaavaa petimate-riaalia ja koota petimateriaalivirta polttoaineen syöttöaukon 36 yläpuolelle. Kun nyt petimateriaali virtaa yhteenkootussa muodossa polttoaineen syötön 20 päälle, se vie ainakin osan polttoaineesta alaspäin ja sekoittaa polttoaineen varsinaiseen petimateriaaliin tulipesän 12 pohjalla. Kuviot 2a ja 2b esittävät tulipesän seinään 32 kiinnitettyjen ohjauslevyjen 34 lisäksi lisäpiirteen, polttoaineen syöttöaukon 36 kannen 38. Kannen 38 tarkoitus on ohjata polttoaineen syöttöä alas pitkin tulipesän 12 seinää 32, ja edistää siten polttoaineen ^ 25 kulkua tulipesän 12 pohjaa kohti. Kannen toisena tarkoituksena on muodos- C\1 ^ taa eräänlainen verho polttoaineen ja turbulentin petimateriaalin välille sy-

O

^ vemmällä tulipesässä niin, että mahdollisimman paljon polttoainetta voisi vir-

O

rata alas arinalle. Ohjauslevyissä 34 on edullisesti olennaisen pystysuorat jat- cc keet 34’, jotka kulkevat pitkin kannen 38 sivuja niin, että ne ohjaavat petimate- O) to 30 naalivirtaa B tulipesään kannen 38 alta saapuvan polttoaineen F päälle, kuten <Ω g nuolilla F ja B on esitetty. Nämä jatkeet edistävät entisestään kiintoainever- o ^ hon muodostumista tulipesän sisäpuolta vasten olevalle polttoainevirran sivul le. Siten, kun nyt polttoaineen viipymäaika tulipesän alaosassa on kasvanut 8 toisaalta silloin, kun on kyseessä polttoaine, joka on kostea, polttoaineella on enemmän aikaa kuivua niin, että palaminen voi tapahtua petialueella, tai toisaalta, jos polttoaine on kevyttä, helposti haihtuvaa ja/tai hienojakoista, sillä on enemmän aikaa palaa tulipesän alaosassa verrattuna tekniikan tason polt-5 toaineen syöttöjärjestelyyn, missä polttoaine syötetään tulipesään etäisyyden päähän arinan yläpuolelle niin, että polttoaine tulee ylöspäin liikkuvaan leiju-petiin ja viedään nopeasti tulipesän yläosaan. Kummankin vaihtoehdon osalta lopputuloksena on, että polttoaine palaa alempana tulipesässä, jolloin petima-teriaalin lämpötila alempana tulipesässä nousee.

10

[0025] Mitä ohjauslevyjen 34 ja 34’ mitoitukseen tulee, perusmitat riippuvat toisaalta tulipesän mitoista ja toisaalta petimateriaalin ominaisuuksista. Normaalisti ohjauslevyjen korkeus (mitattuna tulipesän seinän pinnasta ulospäin) on suuruusluokkaa 200 - 500 mm ja kallistuskulma (mitattuna horisontaalista 15 suunnasta) noin 30-70 astetta. Jos ohjauslevyt kuitenkin muodostavat kourun, joka johtaa kierrätetyn petimateriaalin esimerkiksi leijupetilämmönvaihtimesta tulipesän pohjaosaan, ohjauslevyt voivat olla pystysuuntaisia myös niin, että niiden kallistus voi itse asiassa vaihdella 30 ja 90 asteen välillä. Toisin sanoen, on mahdollista, että kouru kerää kiertäviä kiintoaineita ei ainoastaan leiju-20 petilämmönvaihtimesta, mutta myös tulipesän seinältä, jolloin on ymmärrettävää, että kourun sivuseinät toimivat samalla tavoin kuin yllä mainitut ohjauslevyt 34. Mitä kanteen 38 tulee, se voi olla muodostettu tasomaisesta ylälevystä ja kahdesta tasomaisesta sivulevystä, kuten on esitetty kuvioissa 2a ja 2b, mutta kansi voi myös myötäillä aukon 36 ympäryksen muotoa, jolloin kansi on r- 25 kaareva levy. Edelleen vaihtoehtona voivat ohjauslevyt 34 ja 34’ (jos niitä käy- ° tetään) joko syöttää kiintoainetta olennaisesti polttoaineen syöttöaukon 36 le- o veydelle, tai ne voivat myös syöttää kiintoainetta huomattavasti suuremmalle o alueelle, toisin sanoen alueelle, joka levittäytyy kummallekin puolelle aukkoa | 36, jolloin varmistetaan, että tulipesään tuleva polttoaine peittyy kaikilta (va- g 30 pailta) sivuilta polttoaineella, toisin sanoen muodostuu kokonaisuudessaan S peittävä verho. Jos kuitenkin jostain syystä halutaan, että polttoaine pääsee o o tulemaan tulipesään vapaammin, petimateriaalin syöttö polttoaineen päälle voidaan tehdä kapeammalla alueella, jolloin polttoaine voi karata kiintoainevir-ran sivuilta. Ja lopuksi ohjauslevyjen avulla kerätyn ja polttoainesyötön päälle 9 syötetyn petimateriaalin määrä voidaan suunnitella jokaisessa tapauksessa erikseen.

[0026] Kuvio 3 esittää kaaviomaisesti erään toisen edullisen suoritusmuodon 5 esillä olevasta keksinnöstä. Tässä kiintoaine-erottimesta 16 (ks. kuvio 1) tai lämmönvaihtokammiosta 30 (ks. kuvio 1) tuleva yhteen kootussa muodossa oleva kiintoainevirta B kierrätetään kiintoaineen poistoyhteen 20 kautta tuli-pesään 12 tulipesän seinässä 32 olevan syöttöaukon kautta tulevan polttoaineen F päälle. Ulkoisesta kierrosta tulevan kiintoaineen ja polttoaineen syöt-10 täminen tulipesään yllä kuvatulla tavalla takaa, että polttoaine sekoitetaan ensin tehokkaasti kierrätettäviin kiintoaineisiin, elleivät ne muodosta verhomais-ta peittoa polttoaineen ja turbulentin pedin välille syvemmällä tulipesässä sallien polttoaineen laskeutumisen tulipesän pohjalle olennaisesti häiriöttä. Toiseksi polttoaineen ja kiintoaineiden seos tai polttoaine ja palautetut kiintoai-15 neet sekoitetaan tehokkaasti petimateriaalin kanssa tulipesän pohjalla. Kiintoaineiden syöttökanava 20 suunnitellaan sijoitettavaksi niin lähelle polttoaineen syöttöelimien 22 yläpuolelle kuin mahdollista huomioon ottaen rakenteelliset vaatimukset ja rajoitukset.

20 [0027] Luonnollisesti samanlaisia järjestelyitä kuin on esitetty kuvioiden 2a ja 2b suoritusmuotojen yhteydessä, kuten esimerkiksi polttoaineen syöttöaukon kantta, voidaan käyttää myös tässä. Tässä suoritusmuodossa voi olla edullista järjestää sellainen kansi kummankin syöttöaukon yhteyteen niin, että sekä kiintoaineiden syötön että polttoaineen syötön virtaussuunta muuttuu seinän -- 25 32 suuntaiseksi. Tällä tavoin kiintoainevirtauksen verhovaikutus tulee varmis- c3 tettua.

CD

O

g [0028] Kuvio 4 kuvaa kaaviomaisesti erästä kolmatta edullista suoritusmuotoa x esillä olevasta keksinnöstä. Tässä kierrätyskiintoaineet kerätään sisäisestä

CL

30 kierrosta kouruun tai syöttösuppiloon 21, joka on järjestetty tulipesän alem-

CD

£ man kaltevan seinän 32’ yhteyteen. Kouru 21 voi kerätä kiintoaineita ei aino- 05 g astaan tulipesän seinältä 32’, vaan myös esimerkiksi leijupetilämmönvaihti-

CM

mesta, joka on järjestetty ylemmäs tulipesään. Kouru 21 on edullisesti järjestetty päättymään lähelle tulipesän pohjaa siten, että kourun pohjapinta on kai- 10 teva niin, että se on yhdensuuntainen tulipesään tulevien polttoaineensyöttö-elimien 22 kanssa. Eräänä lisäpiirteenä kourussa on ohjauslevy 23, joka on samansuuntainen polttoaineen syöttöelinten 22 kanssa ja sijoitettu polttoaineen syöttöelimien 22 yläpuolelle niin, että se ohjaa kiintoainevirtaa tuli-5 pesään tulevan polttoainevirran päälle. Toisena vaihtoehtona kouru voi päättyä levyyn 23 ja polttoaineen syöttöaukko 36 tai yleisemmin polttoaineen syöt-töelimet voidaan sijoittaa seinään 32’ kourun pohjalevyn 23 alle. Kummassakin tapauksessa levy 23 varmistaa kunnollisen kiintoaineverhon polttoaineen päälle. Siten kourun 21 ja kansilevyn 23 toiminta on periaatteessa samanlai-10 nen kuin on selostettu yllä kuvioiden 2a ja 2b suoritusmuotojen yhteydessä. Ja yllä mainittu polttoaineen syöttöelin 22 voi olla vain aukko kourun 21 kaltevassa seinässä tai se voi olla putkimainen kanava, joka ulottuu välimatkan päähän kouruun 21, kuten on esitetty kuviossa 4, tai aukko tulipesän seinässä 32’ heti kourun 21 alla.

15

[0029] Kuvio 5 kuvaa kaaviomaisesti erään neljännen edullisen suoritusmuodon esillä olevasta keksinnöstä. Kuten aiemmissa suoritusmuodoissa, myös tässä sisäisen kierron kiintoaineet sekoittuvat tehokkaasti hienojakoiseen, 20 helposti haihtuvaan ja/tai kevyeen ja/tai kosteaan polttoaineeseen, vievät polttoaineen alaspäin tulipesässä ja sekoittavat polttoaineen varsinaiseen petima-teriaaliin. Tässä keksintö on sijoitettu taas tulipesän alaosaan tulipesän kaltevan sivuseinän 32’ yhteyteen.

25 [0030] Tässä esillä olevan keksinnön suoritusmuodossa polttoaineensyöttö- ^ elin on polttoaineen syöttöaukko 40, joka on järjestetty erityisellä tavalla katti-

CM

^ lan tai tulipesän seinään 32’. Polttoaineensyöttöaukko 40 on järjestetty pys-

O

^ tysuorasti suunnatun kourun 42 olennaisesti pystysuoraan pohjaan, joka kou-

O

ru on kiinteä osa tulipesän kaltevaa sivuseinää 32’. Kouru 42 on tässä erityi-

CC

“ 30 sessä suoritusmuodossa muodostettu jossain määrin kaltevasta (melkein

CD

<£ pystysuorasta) pohjaseinästä 43 ja olennaisen pystysuuntaisista sivuseinistä

CD

g 46. Kuviossa 5 kourun 42 pohjaseinä 43 on esitetty hiukan kaltevana, mutta o ^ seinä 43 voi yhtä hyvin olla aivan pystysuora tai jopa enemmän kallistettu.

Olennaisesti pystysuora kouru 42 tuo kiintoainetta esimerkiksi sisäisestä kier- 11 rasta takaisin kohti tulipesän pohjaa. Tämä rakenne toimii itsenäisesti samalla tavoin kuin aiemmat suoritusmuodot, ts. syöttämällä yhteen kootussa muodossa olevaa kiintoainevirtaa tulipesään aukosta 40 tulevan polttoaineen päälle. Toisin sanoen, pystysuora olennaisesti U-muotoinen kouru voi vas-5 taanottaa alaspäin virtaavan kiintoainevirtauksen leijupetilämmönvaihtimesta, joka on järjestetty tulipesässä ylemmälle tasolle, tai sisäisestä kierrosta pitkin tulipesän seinää. Kouru 42 pystyy keräämään tehokkaasti kiintoainetta turbulentista petimateriaalista tulipesässä, koska turbulenssin taso on kourussa selvästi heikompi. Kourun olennaisen syvä poikkileikkaus muodostaa rauhal-10 lisen tilan, johon kiintoaine voi kerääntyä ja virrata alaspäin yhteen kootussa muodossa, ts. virtauksena, joka on tiheämpi kuin sisäinen kierto seinällä 32’.

[0031] Kuitenkin tässä edullisessa suoritusmuodossa sisäinen leijupetiläm-mönvaihtokammio 44 on järjestetty virtausyhteyteen yllä mainitun olennaisesti 15 pystysuoran kourun 42 sivuseinän 46 kanssa. Leijupetilämmönvaihtokammio 44 vastaanottaa kiintoainetta sisäisestä kierrosta sen yläpuolelle tulipesän seinään 32’järjestetyn aukon 48 kautta. Leijupetilämmönvaihtokammioon tulevia kiintoaineita leijutetaan kammion pohjan 50 läpi tulevan ilmavirran avulla. Kammion sivulla, itse asiassa leijupetilämmönvaihtokammion 44 ja olen-20 naisesti pystysuoran kourun 42 välissä on niin sanottu nostoputki 52, joka yhdistää lämmönvaihtokammion 44 pystysuoraan kouruun 42. Nostoputki 52 on pieni kammio, jossa on sen lämmönvaihtokammioon 44 päin olevan sivuseinän alaosassa aukko, josta kiintoainevirta pääsee kammioon ja vastakkaisen sivuseinän yläosassa aukko kiintoainevirralle nostoputkikammiosta 52 pois -- 25 olennaisesti pystysuuntaiseen kouruun 42. Siten sekä olennaisesti pys- ^ tysuoraa kourua 42 alaspäin virtaava sisäinen kierto että nostokourun 52 o kautta lämmönvaihtokammiosta 44 tuleva kiintoainevirta sekoittuvat polttoai- o neeseen ja pakottavat polttoaineen alaspäin olennaisesti pystysuoran kourun | 42 pohjalle 54.

s 30

[0032] Tässä kohtaa on ymmärrettävä, että leijupetilämmönvaihtokammioita 05 § 44 voi olla molemmilla puolilla olennaisesti pystysuoraa kourua 42. Leijupeti-

CM

lämmönvaihtokammioiden asema voi myös olla polttoaineen syöttöaukon 40 suhteen joko korkeammalla tai matalammalla, kuin mitä on esitetty kuviossa 12 5. Samalla tavalla olennaisesti pystysuoran kourun sivuseinä(t) 46 voi(vat) olla kaltevia siten, että sivuseinät 46 keräävät sisäistä kiertoa laajemmalta alueelta kuin mitä kuviossa 5 on esitetty. On myös mahdollista järjestää olennaisesti pystysuoran kourun yläpuolelle kaltevat ohjauslevyt, kuten kuviossa 2 5 oleva keräämään sisäistä kiertoa kouruun 42. Samoin on mahdollista järjestää lisäaukko polttoaineen syöttöaukon 40 yläpuolelle syöttämään kiintoainetta ulkoisesta kierrosta olennaisesti pystysuoraan kouruun 42 syötetyn polttoaineen päälle.

10 [0033] Siten on selvää, että esillä oleva suoritusmuoto on ajateltu pääasiassa käyttämään leijupetilämmönvaihtimesta tulevaa kiintoainevirtaa pakottamaan polttoainevirta alaspäin petialueelle riippumatta leijupetilämmönvaihtimen sijainnista. Toisin sanoen kierrätettyä petimateriaalia voidaan syöttää yhdestä tai useammasta leijupetilämmönvaihtokammiosta kourua pitkin syötettäväksi 15 polttoainesyötön päälle. Yksinkertaisimmassa muodossaan polttoaineen syöt-töaukko on järjestetty leijupetilämmönvaihtokammion kiintoaineen poistoau-kon alle, jolloin erillistä kourua ei välttämättä tarvita.

[0034] Edullinen lisätapa käyttää leijupetilämmönvaihdinta liittyy mataliin 20 kuormitusolosuhteisiin, jolloin käytännössä ei ole ulkoista kiertoa ja sisäinen kierto on marginaalinen. Syöttämällä petimateriaalia nyt lämmönvaihtimeen ylivuoto- tai apukanavan kautta (selostettu yksityiskohtaisemmin julkaisussa US-B2-7,240,639), on mahdollista poistaa hiukkasmateriaalia tulevan polttoaineen päälle edellyttäen, että lämmönvaihtimen poistoaukko on polttoaineen 25 syöttöaukon yläpuolella, δ

CM

^ [0035] Eräänä lisäparannuksena tekniikan tasoon verrattuna polttoainein kiintoaineseos viedään alas arinalle leijutettavaksi. Esillä olevan keksinnön ° erään edullisen lisäsuoritusmuodon mukaisesti pystysuuntaisen kourun 42

CC

30 pohjassa 54 on arina, joka muodostaa niin sanotun leijutusvyöhykkeen, jossa S polttoaineen ja kiintoaineen seos leijutetaan niin, että nopeus on luokkaa 10 -

CD

g 20 Umf hiukkaselle (Umf vastaa minimileijutusnopeutta) tehokkaan sekoituk- o sen aikaansaamiseksi polttoaineen ja kiintoainemateriaalin välillä. Kourun pohja-arinan lähellä on toinen arina-alue 56, joka muodostaa ns. matalano- 13 peuksisen vyöhykkeen osalle tulipesän pohjaa, jossa nopeus on luokkaa 40-50 Umf D50 hiukkaselle. Tällä vyöhykkeellä materiaalia kuljetetaan ja suihkutetaan tulipesän muille alueille, mutta terminaalinopeutta alemmalla nopeudella niin, että polttoainehiukkasilla on aikaa kuivua (kostean polttoaineen tapa-5 uksessa) ja lämmetä riittävästi niin, että syttyminen ja palamisprosessi alkavat polttokammion alaosassa. Sekä ensimmäisellä että toisella arina-alueella on joko suuntaavia suuttimia tai niin sanottu porrasarina kiintoaineen siirtämiseksi horisontaalisessa suunnassa arinaa pitkin. Toisen arina-alueen 56 ulkopuolella on normaalin arinanopeuden alue, jossa kaasun virtaus arinan alta on 10 riittävä polttoaineen ja petimateriaalin kierrätyksen aloittamiseksi tulipesässä.

[0036] Tällainen porrasmainen arinanopeusjärjestely antaa myös kiinteän materiaalin sisäistä kiertoa seinältä (johon polttoaineen syötöt on asennettu) kohti tulipesän alaosaa arinaa pitkin ja ylös seinää pitkin ja leijupetilämmönvaih- 15 timeen jonkin verran ylempänä tulipesässä. Tämä lisää leijutusvyöhykkeelle menevän kiinteän materiaalin määrää ja kierrättää myös jonkun verran poltto-ainehiukkasia.

[0037] Kuviot 6a - 6c kuvaavat esillä olevan keksinnön erään viidennen edulli-20 sen suoritusmuodon kolmea eri vaihtoehtoa. Kuvioiden 6a - 6c järjestelyssä pääperiaatteena on ottaa osa tulipesän seiniä 32 pitkin alaspäin viilaavasta sisäisestä kierrosta väliaikaisesti ulos tulipesästä 12 sivuvirtana ja syöttää si-vuvirta polttoainevirran yhteyteen ennen polttoaineen syöttämistä tulipesään 12.

δ 25 <m [0038] Kuvio 6a esittää ensimmäistä vaihtoehtoa, jossa otetaan jonkun verran o petimateriaalia sisäisestä kierrosta IC tulipesästä 12 ainakin yhden tulipesän o 12 kaltevassa seinässä 32’ olevan aukon 58 kautta ja syötetään kanavaa 60 | pitkin suoraan polttoaineen syöttökanavaan 22, jossa petimateriaali ja poltto- g 30 aine sekoitetaan tehokkaasti yhteen polttoaineen syöttöelinten, esimerkiksi S ruuvisyöttimen, paineilmasyöttimen, tms toiminnan avulla.

o o

CM

[0039] Kuvio 6b esittää toisen vaihtoehdon, jossa jonkin verran petimateriaalia otetaan taas sisäisestä kierrosta IC tulipesästä 12 ainakin yhden tulipesän 14 kaltevassa seinässä 32’ olevan aukon 58 kautta ja syötetään kanavaa 60 pitkin syöttökanavaa22 pitkin tulipesää kohti virtaavan polttoaineen yhteyteen. Kuitenkin tässä suoritusmuodossa kierrätetyn petimateriaalin virtausta ohjataan polvirakennetyyppisellä säädöllä 62, jolloin polttoaineen syöttöön syöte-5 tyn petimateriaalin määrää voidaan säädellä.

[0040] Kuvio 6c esittää kolmatta vaihtoehtoa, joka on hyvin lähellä toista vaihtoehtoa. Itse asiassa ainoa näkyvä ero on tavassa, jolla polttoaine ja kierrätettävä materiaali sekoitetaan. Kuvion 6b vaihtoehdossa petimateriaali syötetään 10 polttoaineen virtauskanavaan 22, kun taas kuvion 6c vaihtoehdossa polttoaineen virtauskanava 22 syöttää polttoainetta petimateriaalikanavaan 60’ polvi-rakennetyyppisen säädön 62 jälkeen.

[0041] Petimateriaali-polttoaineseosta, joka on muodostettu, kuten kuvioissa 15 6a - 6c on esitetty, voidaan syöttää sellaisenaan tulipesään, mutta se voidaan yhtä hyvin syöttää tulipesään siten, että seoksen syöttöaukko järjestetään kuvioissa 4 ja 5 esitettyjen tyyppiseen kouruun. Seosta voidaan myös käsitellä samoin kuin polttoaineen syötössä kuvioiden 2a - 5 yhteydessä selostetuissa aiemmissa suoritusmuodoissa. Toisin sanoen sen tuloaukkoon 20 voidaan järjestää kansi seosvirran ohjaamiseksi tulipesän arinaa kohti ja myös joko tulipesässä (joko sen seiniä pitkin tai kourua pitkin) kiertävää tai tulipesään palaavaa jotakin muuta kiintoainetta voidaan syöttää seosvirran päälle pakottamaan seos alaspäin kohti arinaa.

25 [0042] Yllä olevan kuvauksen valossa on ymmärrettävä, että esillä olevasta o keksinnöstä on esitetty vain joitain kaikkein edullisimpia suoritusmuotoja. Si- g ten on selvää, että keksintö ei rajoitu pelkästään esitettyihin suoritusmuotoi- i g hin, vaan sitä voidaan muunnella monilla tavoin oheisten patenttivaatimusten g suojapiirin sisällä. On myös ymmärrettävä, että keksinnön yksittäisen suori-

CL

30 tusmuodon piirteitä voidaan soveltaa muiden suoritusmuotojen piirteiden yh-

(D

£ teydessä esillä olevan keksinnön perusidean sisällä tai yhdistää piirteitä eri 05 § suoritusmuodoista toimivan ja teknisesti käyttökelpoisen rakenteen aikaan-

CM

saamiseksi.

Claims

1. Menetelmä kevyen, hienojakoisen, helposti haihtuvan ja/tai kostean polttoaineen syöttämiseksi kiertoleijupetikattilaan, jossa menetelmässä polt-5 toainevirta syötetään tulipesään, polttoainetta poltetaan leijupetimateriaalin läsnä ollessa kattilan (10) tulipesässä (12) ja savukaasuja muodostuu, leiju-petimateriaalia kierrätetään sekä tulipesän (12) sisällä sisäisessä kierrossa, jossa petimateriaalia palautuu tulipesän seiniä pitkin alas tulipesän pohjalle että tulipesän (12) ulkopuolella ulkoisessa kierrossa, toisin sanoen ainakin 10 virtausyhteyteen tulipesän (12) kanssa järjestetyn kiintoaine-erottimen (16) kautta, petimateriaalia erotetaan savukaasuista erottimessa (16), savukaasut poistetaan erottimesta (16) edelleen käsiteltäväksi ja erotettu petimateriaali palautetaan kattilan (10) tulipesään (12), tunnettu siitä, että kiertopetimateri-aalia kerätään tulipesän seiniä (32) pitkin alas viilaavasta sisäisestä virtauk-15 sesta paluuvirtaan ja yhteen kootussa muodossa oleva paluuvirta syötetään tulipesään (12) syötettävän polttoaineen yhteyteen niin, että petimateriaalin paluuvirta ja polttoainevirta sekoitetaan yhteen ja ne viilaavat tulipesässä (12) alaspäin polttoaineen viipymäajan pidentämiseksi tulipesässä (12).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paluuvirta syötetään polttoainevirran päälle syötettäessä polttoainetta tuli-pesään (12).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että paluuvirta ohjataan peittämään tulipesään (12) tuleva polttoainevirta. δ

^ 4. Jonkun edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tun- ^ nettu siitä, että tulipesään (12) tuleva juokseva virta ohjataan alas kohti tuli- ° pesän pohjaa. tr 30 σ> CD δ

5. Jonkun patenttivaatimuksien 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu o ° siitä, että järjestetään elimet (21,34) tulipesän (12) seinälle tai seinään (32) keräämään paluuvirta ja syöttämään se polttoainevirran päälle. 35

6. Järjestely kevyen, hienojakoisen, helposti haihtuvan ja/tai kostean polttoaineen syöttämiseksi kiertoleijupetikattilaan, joka kattila (10) käsittää tu-lipesän (12), jota rajaa ainakin arina kattilan pohjalla, sivuseinät (32) ja katto, kiintoaine-erottimen (16), joka on järjestetty virtausyhteyteen tulipesän ylä- 5 osan kanssa; elimet (24, 26) primääri- ja sekundääri-ilman tuomiseksi tuli-pesään (12); elimet (20) erottimessa (16) savukaasuista erotetun kiintoaineen palauttamiseksi tulipesään (12); ja elimet (22) polttoainevirran syöttämiseksi tulipesään (12), tunnettu elimistä syöttää tulipesässä (12) kiertävä ja tulipesän seiniä (32) pitkin alaspäin virtaava kiintoaine yhteen kootussa muodossa 10 polttoaineen yhteyteen pakottamaan polttoainevirta alaspäin arinaa kohti polttoaineen viipymäajan pidentämiseksi tulipesässä (12).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainitut elimet polttoaineen syöttämiseksi tulipesään (12) käsittävät tulipesän 15 (12) seinässä (32) olevan polttoaineen syöttöaukon (36, 40) ja että mainitut elimet (34, 34’, 21,42) kiintoaineen syöttämiseksi polttoaineen yhteyteen on järjestetty olennaisesti mainitun syöttöaukon (36, 40) yläpuolelle.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että 20 mainitut elimet kiintoaineen syöttämiseksi polttoaineen yhteyteen käsittävät kourun (21, 42), joka on järjestetty tulipesän (12) seinälle tai seinään (32) mainitun polttoaineen syöttöaukon (36, 40) yläpuolelle.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että kou-25 rula (21,42) on sivuseinät, ja että sivuseinät ovat kaltevat tulipesän seiniä ^ (32, 32’) pitkin alaspäin virtaavan kiintoaineen keräämiseksi. CM

10. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että o mainitut elimet kiintoaineen syöttämiseksi polttoaineen yhteyteen käsittävät 3. kaltevat ohjauslevyt (34), jotka on järjestetty tulipesän (12) seinälle (32) polt- g toaineen syöttöaukon (36) yläpuolelle keräämään seinää (32) pitkin virtaavaa 5 kiintoainetta ja syöttämään sitä polttoainesyötön yläpuolelle. o o C\J

11. Jonkun patenttivaatimusten 6-10 mukainen järjestely, tunnettu sii-35 tä, että mainitut elimet polttoaineen syöttämiseksi tulipesään (12) käsittävät polttoaineen syöttöaukon (36) lisäksi polttoaineen syöttöaukon (36) yläpuolelle järjestetyn kannen (38) tulipesään (12) mainitun aukon (36) läpi tulevan polttoaineen ohjaamiseksi alaspäin kohti tulipesän (12) arinaa.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainitut elimet kiintoaineen syöttämiseksi polttoaineen yhteyteen käsittävät vähintään yhden ohjauslevyn (34’), joka on järjestetty kannen (38) yhteyteen. δ (M i CD O oo o X en CL O) CD δ σ> o o (M