FI124100B - Menetelmä kiertomassareaktorin toiminnan parantamiseksi ja menetelmän toteuttava kiertomassareaktori - Google Patents

Description

Menetelmä kiertomassareaktorin toiminnan parantamiseksi ja menetelmän toteuttava kiertomassareaktori

Keksinnön kohde

Keksintö kohdistuu menetelmään kiertomassareaktorin toiminnan parantami-5 seksi, jossa kiertomassareaktorissa ainakin osa kiertomassareaktorissa muodostuvien savukaasujen sisältämästä lämmöstä siirtyy kiertomassareaktorissa kiertämään järjestettyyn leijumateriaaliin, ja johon kiertomassareaktoriin kuuluu leijukammio, jonka alaosaan on järjestetty leijumateriaalia sisältävä leijupeti, välineet leijumateriaalin erottamiseksi savukaasuista, ja paluukana-10 visto, jonka kautta leijumateriaali on palautettavissa takaisin leijukammioon ja johon kuuluu ainakin yksi jäähdytetty paluukanava, jossa osa sen kautta kulkevan leijumateriaalin sisältämästä lämpöenergiasta siirretään kiertomassareaktorissa kiertävään lämmönsiirtonesteeseen paluukanaviin sovitettujen lämmönsiirtimien avulla. Keksintö kohteena on myös menetelmän toteuttava 15 kiertomassareaktori.

Tunnettu tekniikka

Kiinteiden hiukkasten stabiloivaa ja tasoittavaa vaikutusta savukaasujen lämpötilaan polttotekniikassa on hyödynnetty leijukerrosreaktoreissa laajasti jo vuosikymmenien ajan. Leijukerrosreaktoreissa, toiselta nimeltään leijupeti-20 reaktoreissa, tulipesän alaosasta syötetään palamisilmaa tulipesän pohjalle muodostetun hiekkapedin läpi. Tulipesään syötetty polttoaine sekoittuu pa-o lamisilman avulla kuplivasti käyttäytyvään hiekkapetiin, jossa se kuivuu ja g syttyy palamaan. Polttoaineen jatkuva sekoittuminen leijupedin hiekan, pa- i g lamisilman ja tuhkan kanssa tehostaa lämmön ja kaasujen sekoittumista ja g 25 siirtoa. Lisäksi leijupedin hiekkamateriaali sitoo lämpöä tasoittaen lämpötiloja

CL

^ palamisprosessin aikana ja samalla tehostaa polttoaineen syttymistä, δ o 5 Leijukerrosreaktoreilla tarkoitetaan sekä leijupeti- että kiertoleijupetireakto-

(M

reita. Reaktori käsite pitää puolestaan sisällään sekä pelkät reaktorit, joissa 30 itsessään ei vielä suoriteta varsinaista lämmönsiirtoa lämmönsiirtoaineeseen, 2 että höyrykattilat, joissa syntyvä lämpö siirretään kattilan yhteydessä siinä kiertävään veteen tai vastaavaan lämmönsiirtonesteeseen. Seuraavassa "katti la "-term i I lä ei kuitenkaan ole välttämättä tarkoitus rajoittaa kulloistakin aihepiiriä käsittämään pelkästään höyrykattilaratkaisuja.

5 Erityisesti kiertoleijukerrosreaktoreissa kaasun virtausnopeus pyritään sovittamaan olennaisesti pystysuoran reaktiokammion alaosassa leijumateriaalin minimileijuntanopeuden ja kuljetusnopeuden välille. Pyritään tyypillisesti siihen, että leijuntatilassa olevan jauhemaisen kiintoaineen eli leijumateriaalin tilavuusosuus olisi välillä 10-40%. Leijuntamateriaalin leijuntatilalle on omi-10 naista, että leijumateriaalin hetkellinen nopeus vaihtelee nollan molemmin puolin johtuen kaasun hetkellisen nopeuden vaihtelusta ajallisesti ja paikallisesti aikakeskiarvon molemmin puolin. Tämän seurauksena leijumateriaalia kulkeutuu myös varsinaisen leijukerroksen yläpuolelle.

Leijukerroksen yläpuolella käytetään yleisesti leijumateriaalin pneumaattisen 15 kuljetuksen rajanopeutta suurempaa kaasunnopeutta. Tällöin leijumateriaalia poistuu kaasuvirran mukana polttokammiosta. Jos leijumateriaalin tilavuusosuus polttokammion pneumaattisen kuljetuksen alueessa on pieni, jolloin myös polttokammiosta poistuva leijumateriaalivirta on vähäinen, reaktoria kutsutaan kuplivaksi leijureaktoriksi. Puhutaan yleisesti leijupetikattilasta 20 (FBB, Fluidized-Bed Boiler) leijupedin hiekan pysyessä pääosiltaan itse pedis-sä ja sen välittömästi yläpuolisessa kaasutilassa.

cm Kiertoleijupetikattilassa (CFB -boiler, Circulating Fluidized-Bed Boiler) eli kierot tomassareaktorissa sen sijaan kaasunopeus on mitoitettu siten, että merkit- o tävä osa lämmönkantohiukkasina toimivista hiekan siruista tempautuu leijuen 25 pedistä kaasuvirran mukana ylös ja poistuu reaktiokammiosta. Materiaalivirta £ palautetaan syklonin tai vastaavan ja palautuslaitteiston avulla takaisin reak- ^ tiokammioon.

δ o δ

(M

3

Tunnettuun tekniikkaan liittyvät ongelmat

Aina, kun leijumateriaalia leijutetaan tai kuljetetaan nousevassa kaasuvirras-sa, muodostuu kaasuvirtaan pystysuora painegradientti siten, että paine pienenee pystysuunnassa. Painegradientin itseisarvo on kaasuvirrassa suo-5 raan verrannollinen leijumateriaalin tilavuusosuuteen.

Kun mainitussa virtaustilassa kaasuun ei synny vaakasuuntaista nopeutta ylläpitävää paine-eroa, reaktorikammion seinämän syöttöaukoista syötetyn kaasun vaakasuuntainen nopeuskomponentti pienenee nopeasti leijumateriaalin ja kaasun välisen kitkan vaikutuksesta. Alun perin vaakasuora kaasun 10 virtaus kääntyy näin pystysuoraksi. Tämän johdosta leijureaktoreissa seinämiltä tuotu palamisilma sekoittuu huonosti alihappiseen, pystysuoraan pää-virtaan.

Kun toisaalta kaasun lämpötilan hallinta edellyttää merkittävää leijumateriaalin tilavuusosuutta koko reaktiokammiossa, hyvän vaakasuuntaisen sekoittu-15 misen ja hyvän lämpötilahallinnan vaatimukset ovat kaikissa leijureaktoreissa keskenään sovittamattomassa ristiriidassa. Mainittu ristiriita onkin leijutek-niikkaan perustuvien polttoreaktorien väistämätön ja lähtökohtainen ongelma.

Huonon vaakasuuntaisen sekoittumisen ongelma koskee erityisesti leijuker-20 roksessa polttoaineen termisen hajoamisen seurauksena muodostuvaa kaa-sua. Se poistuu leijukerroksesta polttoaineen syöttöyhteen läheisyydessä o pystysuorana, alihappisena suihkuna sekoittumatta juurikaan leijuilmaan.

g Varsinkin kuplivien leijureaktorien toiminnallinen epäkohta on, että hienoja- £ keisilla, märillä polttoaineilla, jotka sisältävät runsaasti höyrystyviä yhdisteitä, g 25 palaminen siirtyy liiallisessa määrin leijukerroksen yläpuoliseen alueeseen, ^ jossa on vain vähän lämpötilan nousua rajoittavaa leijumateriaalia. Tämän § seurauksena polttokammion yläosan lämpötila kasvaa liian suureksi ja leijuen kerroksen lämpötila jää liian pieneksi, mikä voi johtaa tuhkan sulamiseen

CM

polttokammion yläosassa ja/tai polttokammion sammumiseen.

4

Kuplivissa leijureaktoreissa joudutaan lämpötilanhallinnan ongelmiin myös silloin, jos polttoaine on raekooltaan karkeaa ja sisältää vain vähän höyrystyviä yhdisteitä sisältävää, jolloin palaminen tapahtuu pääosin leijukerroksessa. Tällöin ongelmaksi muodostuu leijukerroksen lämpötilan liiallinen nousu.

5 Mainituista syistä kuplivaan leiju kerrokseen perustuvassa polttolaitteessa voidaan polttaa vain sellaisia polttoaineita, joilla mainitut ongelmat ovat hallittavissa, mikä estää tai rajoittaa taloudellisesti edullisimpien polttoaineitten käyttöä. Huono polttoprosessin hallinta lisää myös kattilan valvonta- ja kunnossapitokustannuksia ja aiheuttaa kalliita käyttökatkoksia.

10 Julkaisussa US 5257585 on esitetty ratkaisu, jolla pyritään poistamaan kuplivien leijureaktorien palamattoman kaasun ja hapen sekoittumisongelma.

Siinä pystysuora polttokammion keskelle on järjestetty polttokammion vaakasuoraa poikkipintaa pienentävä kuristus, jolloin polttokammion voidaan ajatella jakautuvan kahteen päällekkäiseen osuuteen. Kuristuksen avulla 15 pyritään ohjaamaa kaasuvirtoja siten, että sekoittuminen ylemmässä osuudessa paranee. Vaikka keksinnöllä voidaankin näin vähentää reaktorista poistuvan kaasun palamattomien yhdisteitten pitoisuuksia, sillä ei kuitenkaan ratkaista kuplivien leijukerrosreaktoreiden edellä esitettyjä, lähtökohtaisia epäkohtia.

20 Kiertomassareaktoreissa kuplivien leijureaktoreiden mainittuja ongelmia on pyritty vähentämään lisäämällä tarkoituksellisesti leijumateriaalin tila-vuusosuutta polttokammion yläosassa, jolloin polttokammiosta karkaavaa leijumateriaali joudutaan palauttamaan takaisin leijukerrokseen. Tällöin reak-^ toriin joudutaan lisäämään leijumateriaalin erotus- ja palautuslaitteistot.

^ 25 Kupliville leijukerrosreaktoreille ominaiset lämpötilanhallintaongelmat voidaan

O

välttää lähellä nimellistehoa toimittaessa, kunhan leijumateriaalin kiertomas-

CC

savirta on riittävä.

h-.

δ ° Kiertomassareaktoreissa polttokammion vaakasuoran poikkipinnan mukaan ^ laskettu edullinen kaasunnopeus on tyypillisesti 5-6 m/s. Tämä johtaa siihen, 30 että jo 50%:n osakuormilla kiertomassavirta pienenee merkityksettömäksi ja 5 kiertomassareaktori alkaa toimia kuten kuplivat leijukerrosreaktorit edellä mainittuine ongelmineen.

Kun kiertomassareaktoreissa joudutaan lämpötilaerojen tasoittamiseksi sallimaan polttokammion yläosassakin merkittävä leijumateriaalin tilavuusosuus, 5 muodostuu ongelmaksi edellä selostettu kaasun huono vaakatason suuntainen sekoittuminen kiertomassareaktorin polttokammiossa. Kuplivien leijure-aktoreiden tavoin sekoittumisongelma korostuu poltettaessa runsaasti hienoja jakeita ja/tai höyrystyviä yhdisteitä sisältäviä polttoaineita.

Molemmille mainituille reaktorityypeille on lisäksi tunnusomaista, että niissä 10 lämpötilat määräytyvät käytännössä vain polttoaineen laadun ja määrän mukaan ilman, että niihin voidaan säätötoimin olennaisesti vaikuttaa. Erityisesti biomassoille tyypilliset polttoaineen kosteuden vaihtelut aiheuttavat ongelmia sekä kuplivissa leijukerroskattiloissa että kiertomassakattiloissa.

Lisäksi yhteinen, lähtökohtainen epäkohta on, että tulipesän jäähdytys tapah-15 tuu tulipesään sovitetuilla lämpöpinnoilla, jolloin polttokammion jäähdytetyt, tyypillisesti kiertoveden höyrystämiseen käytettävät seinäpinnat aiheuttavat hallitsemattoman lämpöhäviön. Tämä nostaa merkittävästi käytettävän polttoaineen pienintä sallittua tehollista lämpöarvoa, mikä rajoittaa kattilan käyttökelpoisten polttoaineitten valikoimaa eli polttoainejoustoa.

20 Toinen mainituille reaktoreille yhteinen lähtökohtainen epäkohta on, että niissä lämpöpinnat, erityisesti tulistin, joutuvat suoraan kosketukseen poltto-o aineen tuhkan syövyttävien yhdisteitten kanssa. Tulistimien syöpymisen g vähentämiseksi tulistetun höyryn lämpötilaa joudutaan rajoittamaan, minkä £ seurauksena voimalaitoksen sähkönsaanto pienenee. Tässäkin suhteessa x 25 mm. biomassat ovat ongelmallisia. Nykyisillä kattilatyypeillä tulistimien suo-

CL

jäämiseksi tuhkakorroosiolta joudutaan biomassaa poltettaessa käyttämään g rikkipitoista lisäpolttoainetta, joka Suomessa on tavallisimmin turve. Mainitut 5 epäkohdat ovat erityisen ongelmallisia jätteeksi luokiteltuja aineita poltetta-

(M

essa.

6 CFB-kattiloiden tulipesän suoran jäähdytyksen ongelmia ovat lisäksi se, että tällöin joudutaan tekemään huono kompromissi tulipesän korkeuden ja leiju-materiaalin kuljettumisen välillä ja että tulipesän tehotiheys (MW/m3) jää pieneksi, jolloin tulipesästä tulee tarpeettoman kookas ja kallis. Kompromis-5 sin tuloksena tulipesästä tulee korkea ja tarvittava liejumateriaalikierto voidaan ylläpitää vain nimellistehon läheisyydessä. CFB-kattiloiden epäkohta on myös, että tulipesän rinnalle sovitetut ulkopuoliset erotin ja paluukanava lisäävät merkittävästi kattilan tilantarvetta ja hintaa.

Kiertomassareaktorien lämpötilahallinnan parantamiseksi on esitetty erilaisten 10 lämmönsiirtimien liittämistä kiertomateriaalin paluukanavien yhteyteen. Kier-tomateriaalin paluukanaviin sovitetut ratkaisut ovat lisäksi perustuneet leiju-tekniikkaan, josta on seurannut useitakin ongelmia, joita on lueteltu seuraa-vassa.

Ensinnäkin kiertomassareaktorien kiertomateriaalin paluukanaviin sovitettu-15 jen lämmönsiirtimien lähtökohtainen ongelma on leijumateriaalin riittämätön kiertomassavirta. Tämä ongelma johtuu edellä selostetusta pystysuorien polttokammioitten väistämättömästä ristiriidasta palamisen vaatiman vii-veajan ja kiertomateriaalin kuljetuksen asettamien vaatimusten välillä. Erityisen ylivoimaiseksi mainittu ongelma kärjistyy silloin, kun kattilaa joudutaan 20 käyttämään osakuormalla eli vajaalla teholla.

Toiseksi vaikka edellä mainitut paluukanaviin sovitetut lämmönsiirtimet saa- c\i täisiin toimimaan tyydyttävästi nimellistehon läheisyydessä, ne eivät poista ™ tulipesään sovitettujen lämpöpintojen rajoitusta kattilan polttoaineen pie- o nimmälle sallitulle teholliselle lämpöarvolle. Polttokammioon sovitetut jäähdy in.

o 25 tyspinnat rajoittavat väistämättä kattilan polttoainejoustoa ja ovat alttiina | likaantumiselle, kulumiselle ja syöpymiselle.

m g Ja edelleen, leijukerrosjäähdytin on sellaisenaan kallis ja laiteteknisesti mo- o nimutkainen ja sen putkistoon kohdistuva eroosio on äärimmäisen voimakas-

<M

ta. Myös kiertomateriaalivirran säätö on vaikea toteuttaa niissä toimivalla 30 tavalla.

7

Lisäksi leijukerrosjäähdyttimen omakäyttöteho on suuri ja tarvittava leijutus-kaasu aiheuttaa lämmönsiirtimessä lisäksi vielä ylimääräisen lämmöntarpeen. Tämä korostaa jo valmiiksi riittämättömän kiertomateriaalivirran muodostamaa ongelmaa. Lisähaasteena on vielä se, että paluukanaviin sovitettujen 5 lämmönsiirtimien leijutuskaasu täytyy johtaa pois lämmönsiirtimestä siten, että se ei aiheuta olennaista haittaa hiukkaserottimen toiminnalle.

Muun muassa edellä mainituista syistä johtuen kiertomassareaktorien paluu-kanavistoon sovitetuista, prosessiteknisesti järkevistä leijukerroslämmönsiir-timistä on yleisesti jouduttu luopumaan.

10 Julkaisussa US 4672918 on esitetty eräs ajatus lämpötilan hallinnan parantamiseksi kiertomassareaktorissa. Kyseinen reaktori perustuu sinänsä tunnettuun rekuperatiivisesti jäähdytettyyn polttokammioon. Siinä kiertomassa jaetaan kahteen rinnakkaiseen paluukanavaan, joista toinen sisältää läm-mönsiirtopintoja. Kyseisellä ratkaisulla on parhaimmillaankin saatavissa ai-15 kaan vain osittainen parannus kiertomassareaktoreitten lämpötilahallintaan. Muita edellä selostettuja kiertomassareaktorien lähtökohtaisia epäkohtia se ei kuitenkaan poista tai vähennä.

Julkaisun mukaisesti jäähdytetyn paluukanavan kiertomassavirtaa paluukanavassa säädettäisiin paluukanavan yläosaan sovitetulla mekaanisella 20 laitteella. Tämä johtaisi lukuisiin ongelmiin. Mekaaninen toimilaite on ensinnäkin alttiina voimakkaalle kulumiselle ja syöpymiselle. Toisaalta vapaasti c\i putoavan kiertomassan nopeus kasvaisi suureksi, mikä aiheuttaisi lämmön- ^ siirtopintojen nopeaa kulumista. Edelleen, jotta jäähdytettyyn paluukanavaan o voitaisiin sijoittaa lämpötilanhallinnan kannalta merkittävä määrä lämpöpin- o 25 taa, jäähdytetyn paluukanavan poikkipinnan tulisi olla suuri. Paluukanavan | kautta sykloniin menevä kaasuvirta kasvaisi silloin ongelmallisen suureksi ja kaasun mukana kulkeutuvat tuhkayhdisteet aiheuttaisivat lämpöpintojen, δ ° erityisesti tulistimen syöpymistä. Kiertomassan jakaminen lämmönsiirron ^ kannalta riittävän tasaisesti jäähdyttimen poikkipinnalle ei olisi käytännössä 30 mahdollista. Parhaimmillaankin keksinnön mukainen jäähdytyslaite toimisi 8 vain toimittaessa yli 50%:n osakuormalla, koska pienemmillä tehoilla jäähdytettyyn paluukanavaan ei saada riittävästi kiertomateriaalia.

Vielä sitäkin suurempana julkaisussa US 4672918 esitetyn ratkaisun epäkohtana on kuitenkin, että reaktorin tulipesään on sovitettu lämpöpintoja. Ne 5 vähentävät väistämättä polttoainejoustoa erityisesti osatehoilla. Kuten esimerkiksi kuvassa 1 ilmenee, tulipesän seinät on toteutettu jäähdytettyinä paneeli rakenteina viitaten siihen, että pääosa reaktorin jäähdytyksestä on ajateltu tapahtuvaksi tulipesän seinäpintojen kautta. Siinä ei myöskään ratkaista miltään osin kiertomassareaktoreitten edellä esitettyjä polton hallinnan 10 lähtökohtaisia ja olennaisia ongelmia. Lisäksi julkaisun mukainen reaktori johtaisi kalliiseen ja runsaasti huoltoa vaativaan rakenteeseen.

Patenttihakemuksissa FI20031540 ja W02009022060 on esitetty olennaisesti akselisymmetrinen kiertomassareaktori, jäljempänä CTC-reaktori (Constant Temperature Combustion), jossa kahteen tai useampaan leijumateriaalin 15 rinnakkaiseen paluukanavaan on sovitettu rekuperatiivinen välikiertojäähdy-tin, jossa palaavasta kiertomateriaalista siirretään lämpöä nesteeseen, höyryyn tai kaasuun. Välikiertojäähdyttimissä kiertomateriaali on lämmönsiirti-messä pakkautuneessa tilassa ja jonkin välikiertojäähdyttimen avulla reaktorin jäähdytystä säädetään reaktorin valitun kohdan lämpötilan asetusarvona. 20 Muitten välikiertojäähdyttimien avulla säädetään lämpöä vastaanottavan virran lähtölämpötilaa.

cvj CTC-reaktorissa palaminen ja kiertomateriaalin kuljettuminen tapahtuu sa- c3 massa, pystysuorassa polttokammiossa, joten reaktorin korkeuden rajaami- i o seksi siinä joudutaan tekemään huono kompromissi polton kannalta riittävän o 25 viiveajan ja kiertomateriaalin kuljetuksen vaatiman kaasun nopeuden välillä.

| Riittävän kiintoainevirran aikaansaamiseksi edes kohtuullisella osakuorma- ^ alueella kaasun polttoainehiukkasten viipymäaika polttokammion jälkeisessä,

O

o CTC-reaktorin keskelle sovitetussa nousukanavassa joudutaan rajoittamaan ^ palamisen kannalta riittämättömäksi.

9 Näin ollen CTC-reaktorin tyydyttävän toiminnan edellytys on, että palaminen saadaan tapahtumaan lähes täydellisesti ennen syklonia. Palamisen siirtyminen syklonikammioon johtaisi kaasun lämpötilan haitalliseen nousuun, koska leijumateriaalin tilavuusosuus on siinä likimain nolla. Sykloniin siirtyvän jälki-5 palamisen lämpöenergia ei ole myöskään käytettävissä reaktorin polttokam-mion lämpötilan ylläpitoon. Tämän seurauksena on polttoainejouston rajoittuminen: varsinkin voimakasta jälkipalamista aiheuttavien, kosteitten materiaalien autogeeninen poltto ei onnistu CTC-reaktoreissa, vaikka materiaalin lämpöarvo sen mahdollistaisi. Jälkipalaminen syklonissa lyhentää myös lisää 10 reaktorin rakenteitten huoltokustannuksia ja lyhentää niiden kestoa.

Vaikka CTC-reaktorissa polttokammion lämmönsiirtoa voidaan säätää nimel-listehon läheisyydessä ja siinä on ratkaistu tulistimien likaantumis- ja korroosio-ongelmat, CTC-reaktorin edellä kerrottu epäkohta on, että tulipesä joudutaan suunnittelemaan polttoprosessin ja adiabaattisen jäähdytyksen ristirii-15 täisten vaatimusten kompromissina. CTC-reaktorin epäkohtana voidaan pitää myös yksivaiheista leijumateriaalin erotusta, koska sykloniin tulevan kaasun suuri leijumateriaalin tilavuusosuus aiheuttaa rakenteitten eroosiota ja lisää kiintoaineen läpäisyä. CTC-reaktorin rakenteen ongelmana on myös nousu-kanava, jonka toteuttaminen jäähdytettynä varsinkin pienissä reaktoreissa on 20 ongelmallista ja joka jäähdyttämättömänä varsinkin korroosiota aiheuttavaa tuhkaa sisältäviä aineita poltettaessa lisää reaktorin huolto- ja kunnossapitokustannuksia.

^ Fossiilisten polttoaineitten energiahinnan nousun myötä voimalaitosten olisi C\] ^ kannattavaa käyttää tarjolla olevia huonolaatuisia polttoaineita, mutta edellä ° 25 kerrotuista syistä se ei ole mahdollista.

o £ Keksinnön tehtävä ja ratkaisu i^.

§ Keksinnön päämääränä on aikaansaada ratkaisu, jolla edellä mainittuja tun- o netun tekniikan mukaisia puutteita, joista suurimpina riittämätöntä polttoai-

CM

nejousto ja tulistinten syöpyminen, voitaisiin vähentää tai kokonaan välttää.

10

Lisäksi keksinnön päämääränä on pienentää kiertomassareaktorien kokoa ja valmistuskustannuksia.

Tämän päämäärän saavuttamiseksi nyt esitettävän keksinnön mukaiselle menetelmälle tunnusomaiset piirteet ilmenevät patenttivaatimuksen 1 tun-5 nusmerkkiosasta. Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavalle kiertomas-sareaktorille on puolestaan tunnusomaista se, mitä ilmenee patenttivaatimuksen 10 tunnusmerkkiosasta. Lisäksi keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja käy ilmi epäitsenäisistä vaatimuksista.

Edellä kuvatut CFB-reaktorien ja CTC-reaktorien ongelmat aiheutuvat lähtö-10 kohtaisesti siitä, että niissä poltto-, jäähdytys ja kiertomassan kuljetus pyritään suorittamaan samassa, olennaisesti pystysuorassa polttokammiossa, jolloin lopputuloksena on väistämättä huono kompromissi edellä kuvattuine epä kohtineen.

Nyt esitettävä keksintö olennaisesti poistaa tunnettujen polttolaitteitten ja -15 menetelmien edellä kuvatut epäkohdat. Edellä selostettujen puutteiden välttämiseksi on nyt nimittäin järjestetty polttoprosessi, lämmönkantajahiukkasi-na toimivien leijumateriaalin lämmönkantajahiukkasten kuljetus ja tulipesän jäähdytys oleellisesti erillisiksi, toisistaan riippumattomiksi toiminnoiksi. Tämän aikaansaamiseksi reaktorin tulipesä, jossa polttoaineen hapettuminen 20 olennaisesti kokonaisuudessaan tapahtuu, on jaettu kahteen erilliseen poltto-kammioon, alempaan ja ylempään siten, että niissä saavutetaan tehokas c\j sekoittuminen ja riittävä viiveaika.

δ

(M

g Alemman polttokammion ensisijainen tehtävä on syttyminen ja sekoittuminen i ^ ja ylemmän polttokammion palamisen saattaminen loppuun. Polttokammioita g 25 yhdistävän nousukanavan tehtävänä on vain nostaa polttokammioitten

CL

^ adiabaattisen jäähdytyksen tarvitsema leijumateriaalivirta alemmasta poltto- g kammiosta ylempään polttokammioon. Polttokammioitten jäähdytys tapahtuu g adiabaattisesti, polttokammioitten ulkopuolella jäähdytetyn leijumateriaalin

(M

avulla, jolloin polttokammioihin ei tarvitse sijoittaa likaantuvia, kuluvia ja 11 syöpyviä lämpöpintoja ja polttokammioitten lämpötilaa voidaan hallita jäähdytetyn leijumateriaalin virtaa säätämällä.

Konstruktiivisessa mielessä keksinnölle on tunnusomaista se, että toisaalta alempi ja ylempi polttokammio sekä toisaalta erotinlaitteet leijumateriaalin 5 erottamiseksi ja leijumateriaalin paluukanavat on sijoitettu kerroksittain päällekkäin siten, että alimpana on alempi polttokammio, sen päällä toisiinsa nähden rinnan sijaitsevat nousukanavisto sekä erotinlaitteiston ja paluukanavien muodostama kokonaisuus, ja ylimpänä on ylempi polttokammio. Näin aikaansaadaan valmistusteknisesti edullinen, erityisen kompakti raken-10 ne.

Palo- ja lopulta savukaasujen riittävä jäähdytys palamistilavuudessa tapahtuu olennaisen adiabaattisesti lämmönkantajahiukkasten toimesta. Polttokammi-oiden yhteyteen ei siis järjestetä ainakaan olennaisessa määrin lämmönsiir-topintoja, vaan polttokammiot samoin kuin virtauskanava niiden välissä suo-15 jataan kulumiselta ja polttoainejouston kannalta haitalliselta jäähdytykseltä sopivimmin ohuella massauksella. Lämmönsiirto systeemin ulkopuolelle tapahtuu olennaisessa määrin savukaasuista erotetusta leijumateriaalista kier-tomassan paluukanaviin sovitettujen lämmönsiirtimissä viilaavaan väliaineeseen, joka on tavallisesti vesi ja/tai vesihöyry. Lämpöä voidaan siirtää myös 20 kaasuun.

Koska nousukanavalle ei keksinnön mukaisessa järjestelyssä tarvitse asettaa c\j poltto- tai lämmönsiirtoteknisiä vaatimuksia, voidaan se mitoittaa nyt yksin- c3 omaan lämmönkantajahiukkasten kuljetustarpeen ehdoin. Kaasun virtausno- o peus nousukanavassa voidaan mitoittaa siinä vapaasti siten, että adiabaatti- o 25 sen jäähdytyksen tarpeista määräytyvä leijumateriaalivirta voidaan ylläpitää | myös pienillä osakuormilla.

i^.

§ Keksinnön avulla saavutettavat edut δ ^ Keksinnön mukaisen järjestelyn avulla saavutetaan maksimaalinen polttoai- nejousto ja reaktorin jäähdytykseen tarvittavat lämpöpinnat saadaan suojaan 12 likaantumiselta, kulumiselta ja korroosiolta. Keksinnön mukaista ajatusta soveltava kiertomassareaktori on myös rakenteeltaan sekä sangen yksinkertainen että erityisen kompakti ja siten myös kustannuksiltaan edullinen valmistaa.

5 Keksinnön mukaisen ratkaisun mukanaan tuomia etuja ilmenee lisää seuraa-vassa keksinnön edullisen suoritusmuodon myötä.

Kuvioluettelo

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin piirustuksiin viitaten. Siinä

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista kiertomassareaktoria leikkauskuva-10 na sivusuunnasta,

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista kiertomassareaktoria pitkittäisenä leikkauskuvana pitkin linjaa A-A,

Kuvio 3 esittää kuvion 1 mukaista kiertomassareaktoria poikittaisena leikkauskuvana ylhäältä päin pitkin linjaa B-B, ja 15 Kuvio 4 esittää kuvion 1 mukaista kiertomassareaktoria poikittaisena leikkauskuvana ylhäältä päin pitkin kuvion 2 linjaa C-C.

Viitenumeroluettelo cm Keksinnönmukainen menetelmä polttoaineen polttamiseksi kiertomassareak- c3 torissa on toteutettavissa kuvioissa 1-4 ilmenevän suoritusmuodon mukaisel- o 20 la laitteella, jonka viitenumerot on lueteltu seuraavassa: o x Kiertomassareaktori 1

CL

Leijuilmakammio 2 g Leijuilman jakosuuttimet 3 g Toisioilman syöttöyhteet 4

(M

25 Toisioilmakammio 5

Toisioilmakammion ilmanjakosuuttimet 6 13

Polttoaineen syöttöyhteet 7

Leijukammio 8

Alempaan polttokammioon kuuluva yläpalotila ja sekoittumiskammio 9 5 Nousukanava 10

Ylempi, ts. jälkimmäinen polttokammio 11

Erottimen tuloaukko 12

Erottimen virtausohjain 13

Paluukanaviston yläosa 14 10 Höyrystävä paluukanava 15

Tulistava paluukanava 16 Höyrystävän paluukanavan toimilaitteet 17

Tulistavan paluukanavan toimilaitteet 18 Jäähdyttämätön paluukanava 19 15 Erottimen pyörrekammio 20

Keskusputki 21

Kantavat rakenteet 22 Lämpöeristeet 23

Leijumateriaali 80 20 Ensimmäinen polttokammio 89

Leiju peti 108

Nousukanavan 10 syöttöaukko 110

Tulistimen lämmönsiirtimet 115 c\i Höyrystimen lämmönsiirtimet 116 c3 25 Erotin 120 i o Primääri-ilman virtaus leijupedin läpi 138 o Primääri-ilmavirtaus 153 | Sekundääri-ilmavirtaus 156

Virtaus nousu ka navan kautta 160 δ ° 30 Ylemmässä polttokammiossa 11 suunniteltu ^ pääsääntöinen virtausreitti 166 14

Savukaasu- ja leijumateriaalisuspension pyörre erotinkammiossa 170

Savukaasut ulos erottimesta 171

Leijumateriaalin edullinen kulkureitti 5 erotinkammion kautta 180

Savukaasujen ja leijumateriaalin suspension reitti 189

Ylemmän polttokammion ja välitilan rajapinta 201

Alemman polttokammion ja välitilan rajapinta 202 Välitilavyöhyke 203 10 Leijumateriaalin ylijuoksu jäähdytettyjen paluukanavien ohi 280

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 on esitetty eräs kiertomassareaktori 1, jossa on jo tunnetun tek-15 nilkan mukaisesti varusteena leijuilmakammio 2 sekä siihen järjestetyt lei-juilman jakosuuttimet 3, joiden kautta primääri-ilma puhalletaan leijukammi-oon 8 sen pohjalle järjestetyn leijupedin 108 läpi. Toisioilmakammion 5 kautta sekundääri-ilma tuodaan ilmanjakosuuttimien 6 kautta leijupedin 108 yläpuoliseen palovyöhykkeeseen 9. Polttoaineen syöttö tapahtuu leijukammi-20 on 8 päädystä soveltuvan polttoaineyhteen 7 kautta.

Polttokammiosta 11 poistuva savukaasujen ja leijumateriaalin virta ohjataan lopuksi erotinlaitteelle, jossa leijumateriaali erotetaan savukaasuista. Leiju-materiaali palautetaan takaisin leijukammioon 8 ja savukaasut poistuvat ^ reaktorista yhteitten 21 kautta. Kuviosta 1 ilmenee lisäksi mm. kantavat ° 25 rakenteet 22 sekä eristysvarusteita 23.

o | Seuraavassa käydään tarkemmin läpi keksinnön mukaisen ratkaisun keskellä set piirteet nimenomaan niiden ongelmien kautta, joita on edellä selostettu δ ° kiertomassa-reaktoreiden ongelmina ja joita keksinnöllä pyritään ratkaise- ^ maan. Leijumateriaalin kuljetukseen liittyvien ongelmien lisäksi polttoreakto- 30 reiden yleisinä haasteina ja samalla ratkaistavat ongelmat liittyvät seuraavas- 15 sa esitettyihin hyvän poltonhallinnan perusedellytyksiin niin lämpö- kuin virtaustekniseltä kannalta: 1) mahdollisuus säätää polttokammion tai -kammioiden jäähdytystä polttoaineen laadun sekä polttoreaktorin tehon eli osakuorman vaih- 5 dellessa, 2) leijutusreaktoreiden kohdalla mahdollisuus ylläpitää polttokammiossa lämpötilan stabiloinnin edellyttämä lämmönkantajahiukkasten tila-vuusosuus myös osatehoilla ja 3) tehokas polttoaineen ja hapen sekoittuminen polttokammiossa ja 10 hiukkasten palamiselle riittävä viiveaika.

Kohdan 1) vaatimuksesta seuraa, että polttokammion jäähdytystä ei voida perustaa suoraan säteily- ja konventiolämmönsiirtoon kaasusta ja lämmön-kantajahiukkasista polttokammioon sovitettuihin jäähdytyspintoihin reaktorin polttoainejoustoa pienentämättä. Keksinnön mukaisen polttomenetelmän 15 eräs keskeinen ominaispiirre liittyy juuri tähän ongelmaan.

Keksinnössä on tunnusomaista, ensinnäkin se, että palamiseen osallistuvat tilavuudet eli alempi polttokammio 89 leijukammioineen 8 ja sen yläpuolisine palovyöhykkeineen 9, nousukanava 10, polttokammio 11 ja edullisesti myös leijumateriaalin erotukseen käytettävä erotinlaite 120 erotinkammioineen 20 ovat olennaisesti jäähdyttämättömiä, ts. virtaus tapahtuu niissä adiabaatti- sesti. Tunnusomaista on siis myös se, että lämpötilan hallinta näissä tilavuuk- cm sissa perustuu leijumateriaalin eli lämmönkantajahiukkasten aikaansaamaan c3 jäähdytykseen. Lämmönkantajahiukkasten jäähdytys tapahtuu puolestaan o vasta leijumateriaalin paluukanavissa 15, 16, joissa kiertoveden tai muun o 25 soveltuvan lämmönsiirtoaineen höyrystys ja/tai tulistus suoritetaan lämmön- | siirtimien 115, 116 avulla. Mainituissa reaktorin osissa ei näin pääse tapah- ^ tumaan suspension ja lämmönsiirtopintojen suoraa kontaktia, joka aiheuttaisi δ ° luokkaa 100 kW/m2 olevaa, reaktorin polttoainejoustoa vähentävää lämpöni häviötä.

16

Edellä mainittujen kohtien 2) ja 3) asettamat vaatimukset ovat myös keskenään lähtökohtaisessa ristiriidassa. Kohdan 2) edellyttämä suuri kaasunnope-us on väistämättä ristiriidassa kohdan 3) edellyttämän riittävän viipymäajan kanssa. Myös tähän ongelmaan tarjoutuu keksinnön myötä ratkaistu. Tar-5 kemmin sanoen polttoprosessi ja lämmönkantajahiukkasten kuljetus muodostuvat erillisiksi, toisistaan riippumattomiksi toimenpiteiksi.

Polttoaine syttyy leiju kammiossa 8 ja sen yläpuolisessa palotilassa 9 polttoil-ma, kaasuuntunut polttoaine ja koksihiukkaset sekoittuvat tehokkaasti. Leiju-kammio 8 ja palotila 9 muodostavat yhdessä muodostavan alemman poltto-10 kammion 89. Leijukammion selkeästi ylöspäin suuntautuva kaasuvirtaus kääntyy sen yläpuolisessa palotilassa 9 olennaisesti vaakasuoraan kohti nou-sukanavaa 10. Kaasut ja lämmönkantajahiukkaset johdetaan nousukanavaan 10. Alemman polttokammion 89 pääasiallinen tehtävä on sytyttää polttoaine ja aikaansaada hapen, kaasuuntuneen polttoaineen ja koksin hyvä sekoittu-15 minen. Palamisen loppuun saattaminen tapahtuu ylemmässä polttokammios-sa 11. Näin ollen nousukanava 10 voidaan nyt mitoittaa yksinomaan lämmönkantajahiukkasten kuljetustarpeen ehdoin.

Kun nousukanavan osalta polttotekniset vaatimukset - lähinnä siis viipymäai-ka - voidaan käytännössä sivuuttaa, kaasunnopeus kanavassa voidaan mi-20 toittaa puhtaasti sen pohjalta, että riittävän suuri lämmönkantajavirta saadaan kuljetettua myös osateholla, jolloin savukaasujen virtaus ja siten myös virtausnopeus väistämättä pienenee nimellistehon kaasuvirtaan nähden.

C\J

^ Polttoprosessi n loppuun saattaminen nousukanavan 10 jälkeisessä poltto- o kammiossa 11 varmistetaan sen riittävällä mitoituksella.

h-.

o g 25 Keksinnön konstruktiivinen ajatuskokonaisuus ilmenee parhaiten kuviossa 1.

CL

^ Keksinnön mukaiselle reaktorille on reaktorin kokonaisrakenteen kannalta § tunnusomaista, että alempaa ja ylempää polttokammiota 89,11 yhdistävät 5 nousukammio 10 sekä toisaalta erotinlaitteiston 120 ja paluukanaviston

(M

15,16,19 muodostama kokonaisuus sijoittuvat pystysuunnassa olennaisesti 30 polttokammioiden väliin sijaiten samalla rinnakkain toisiinsa nähden. Edulli- 17 sesti on järjestetty, että erotinlaitteen 120 erotin- eli pyörrekammio 20 ja siihen olennaisesti koko alapuoleltaan avoimeen alapintaan tai pohjaan liittyvä paluukanavisto 14,15,16,19 on sovitettu rinnan olennaisesti pystysuoran nousukanavan 10 kanssa siten, että alempi polttokammio 9, polttokammion 9 5 yläpuolinen paluukanavisto 14,15,16,19, paluukanaviston yläpuolinen pyörre-kammio 20 ja polttokammio 11 muodostavat alhaalta lukien mainitussa järjestyksessä nelikerroksisen, olennaisesti päällekkäisen rakenteen.

Kun alempi polttokammio 89 ja ylempi polttokammio 11 on suunniteltu ja mitoitettu siten, että ne yhdessä riittävät palamisen saattamiseen loppuun, 10 on polttokammioitten päädyt yhdistävä nousukanava 10 saatu alempaa ja ylempää polttokammiota paljon kapeammaksi, jolloin alemman ja ylemmän polttokammion väliin vapautunut tila on voitu hyödyntää olennaisesti vaakasuoraan ulottuvan erotinlaitteen 120 ja paluukanaviston 15,16,19 sijoittamiseen. Tätä on vielä havainnollistettu kuviossa 1 viitenumeroilla 201 ja 202 15 varustetuilla periaatteellisilla, kuvitelluilla rajoilla. Reaktori on siis jaettu kolmeen vyöhykkeeseen, jolloin alemman polttokammion 89 ja välitilan välinen periaatteellisen rajan 201 ja vastaavasti ylemmän polttokammion 11 ja välitilan välinen periaatteellisen rajan 202 väliin jäävä välitilavyöhyke polttokam-mioiden välissä 203 voidaan nyt käyttää edellä selostetun mukaisesti nousu-20 kanavan 10 ja erotinlaitteen 120 ja paluukanaviston 15, 16, 19 sijoittamiseen.

Lisäksi ylemmän polttokammion edullisella kaksisuuntaista savukaasujen ja ^ leijumateriaalin virtausta hyödyntävällä konstruktiolla on edelleen mahdollista C\] ^ tehostaa sekoittumista ja pienentää koko kiertomassareaktorin vaatimaa tilaa

O

^ 25 kuten on havainnollistettu suunniteltujen suspension virtausreittien 161 avul-

O

x la. Entistä kompaktimpaan rakenteeseen päästään, kun erotinlaitteen 120

CC

osalta käytetään vaakasuoraa järjestelyä, jossa keskipakovoimaan perustuin 5 vaan erotinkammioon syntyvä pyörrevirtaus etenee olennaisen vaakasuoraan o ulottuvan akselin ympäri, o

CM

18 Näin on aikaansaatu erityisen kompakti rakenne, joka samalla sekä mahdollistaa tarpeeksi pitkän viipymäajan savukaasuille että toisaalta varmistaa tarpeeksi suuren savukaasujen virtausnopeuden leijumateriaalin tehokkaan ja häiriöttömän kuljettamisen takaamiseksi kaikissa ajotilanteissa.

5 Keksinnön yksityiskohtia ja edullisia suoritusmuotoja

Edellä on selostettu keksinnön mukaisen konstruktion keskeisin toimintaidea ja sen pääpiirteitä. Seuraavassa käydään vielä yksityiskohtaisemmin läpi keksinnön mukaisen polttoreaktorin yksittäisiä laitteita ja samalla ilmenee lisää keksinnön eri sovellutusmuotojen sisältämiä piirteitä sekä niiden muka-10 naan tuomia etuja. Edellä kerrotun mukaisesti keksi n nonmukainen polttomenetelmä edullinen suoritusmuoto käsittää siis pääsääntöisesti seuraavat päävaiheet: 1. Polttoaineen syöttö leijukammioon 8 ja sen kaasuuntuminen leiju-kammiossa 8 ja sen leijupedissä 108.

15 2. Kaasuuntuneen polttoaineen osittainen tai varsinkin osakuormalla jopa täydellinen hapettuminen ensimmäisessä polttokammiossa 89, johon kuulu leijukammio 8 ja edullisesti sen yläpuolinen sekoittumis -ja palo-tilavuus 9.

3. Palamiskaasun ja lämmönkantajahiukkasten pneumaattinen kuljetus 20 savukaasuvirtauksen avulla nousu ka navassa 10 ylempään polttokam- mioon 11.

c\i 4. Palamisen loppuunsaattaminen erityisesti osakuorman tapauksessa c3 viimeistään polttokammiossa 11.

o 5. Kaasun ja lämmönkantajahiukkasten erottaminen erotinkammiossa O 25 13,14.

| 6. Erottuneitten lämmönkantajahiukkasten palauttaminen leijukerrokseen ^ 8 paluukanavien 15, 16, 19 kautta.

δ ° 7. Lämmönkantajahiukkasiin sitoutuneen lämmön siirtäminen kiertove- ^ teen tätä varten paluukanaviin sijoitetuissa lä m mönsi irti missä 115, 30 116.

19

Leijukammion 8 pääasialliset tehtävät ovat paluukanavista 15,16,19 tulevan jauhemaisen lämmönkantajamateriaalin 80 vaakasuora kuljetus nousukana-van 10 suuntaan ja syöttölaitteitten 7 kautta tulevan kiinteän polttoaineen prosessointi kaasuksi ja pieniksi koksaantuneiksi hiukkasiksi. Laiteteknisesti 5 leijukammio 8 on sinällään tunnettu, sopivimmin olennaisesti suorakulmaisen särmiön muotoinen, lämpöeristetty kammio. Leijuilma johdetaan leijukammion alaosaan sovitettujen leijuilmasuuttimien 3 kautta.

Polttoaineen syöttölaitteet 7 on kuvioissa 1-4 ilmenevässä suoritusmuodossa sovitettu edullisesti nousukanavaan 10 nähden alemman polttokammion 89 10 vastakkaiseen päätyyn, jolloin polttoainepartikkelien lyhin mahdollinen viive-aika leijukerroksessa 108 maksimoituu. Jäähdyttämättömien paluukanavien 19 kautta leijukerrokseen palautuva lämmönkantajavirta ohjataan sopivimmin polttoaineen syöttölaitteitten 7 välittömään läheisyyteen, missä polttoaineen kuivumisen ja termisen hajoamisen vuoksi lämpöenergian kulutus on suu-15 rimmillaan.

Tämän järjestelyn etuna on myös, että pääosa termisen hajoamisen tuloksena syöttölaitteitten 7 läheisyydessä syntyvästä kaasusta ja polttoaineen hie-nojae kulkeutuvat leijukammiosta 8 nopeasti sen yläpuoliseen paloillaan 9. Siinä virtaus on kääntynyt jo olennaisesti vaakasuoraksi virtaukseksi. Tällöin 20 niiden viiveaika polttokammiossa 89 maksimoituu ja sekoittuminen edullisesti palotilan yhteyteen järjestetyn toisioilman 6 kanssa on mahdollisimman tehokasta. Sekoittumistilaan 9 järjestetyt toisioilmasuuttimet 6 on sovitettavissa ^ monella eri tavalla sekoittumistilan sisäpinnoille. Kuviossa 3 ilmenee esimer- ^ kinomaisesti eräs, sekoittumistilan pohjaan leijukammion 8 vastakkaisille ° 25 puolille toteutettu toisioilmasuutinten 6 järjestely, o | Leijukammiossa 8 kaasun pystysuora leijutusnopeus asetetaan siten, että

Is- polttoainepartikkeleille saadaan riittävä viiveaika. Polttoaineen täydellisen

O

o kaasuuntumisen vaatima leijuilmavirta on tyypillisesti 20-30% kokonaisilma- ^ virrasta. Leijukammion 8 vaakatason poikkileikkauspinta mitoitetaan niin, että 30 sen mukaan laskettu kaasun leijutusnopeus on 0,5-1,5 m/s.

20

Keksinnönmukaisessa kiertomassareaktorin tapaisessa polttolaitteessa alempi polttokammio 89 koostuu siis leijukammiosta 8 sekä edullisesti heti sen yläpuolelle sovitetusta sekoittumis- ja palotilasta 9, jossa leijumateriaalin tila-vuusosuus on olennaisesti pienempi kuin leijukerroksessa ja sopivimmin 1-5 5%. Palotila 9 on pystytasoiselta poikkileikkaukseltaan edullisesti olennaisesti suorakaiteen muotoinen, olennaisen vaakasuora, lämpöeristetty kammio, jonka korkeus on mitoitettu siten, leijukammiosta 8 tuleva pystysuora kaasu-virtaus ja toisioilmasuuttimista tuleva ilma aikaansaavat palotilassa 9 merkittävän vaakasuoran nopeuskomponentin kohti nousukanavan 10 alapäätä.

10 Sekoituskammion 9 keskeisenä tehtävänä onkin huolehtia leijukammiosta 8 nousevan erityisesti kaasuuntuneen polttoaineen ja toisioilman tehokkaasta sekoittumisesta ennen nousukanavaa 10.

Vaikka tässä hakemuksessa puhutaankin erikseen leijukammiosta 8 ja poltto-tai sekoittumiskammiosta 9, kyseessä on edullisesti kuviosta 1 ilmenevän 15 kaltaisesti olennaisesti yhtenäinen tila, ts. alempi polttokammio 89, joka jakautuu toiminnallisesti vyöhykkeisiin niihin järjestetyn erityistoiminnon tai -toimintojen perusteella. Selkeyden vuoksi tässä puhutaan leijukammiosta 8, jossa sijaitsee leijupeti 108 sekä poltto- tai sekoittumiskammiosta 9, jossa tapahtuu sekundääri-ilman syöttö ja sen sekoitus palamiskaasujen sekaan 20 polttokammiossa olevan kaasuseoksen homogenisoimiseksi ja pääosin ylemmässä polttokammiossa 11 tapahtuvan palamistapahtuman edistämiseksi.

cm Sekoittumiskammiossa 9 kaasun pääasiallinen virtaussuunta on siis vaa- ™ kasuora ja toisioilman jaosta riippuvalla tavalla kaasun vaakasuora nopeus o kasvaa sekoittumiskammiossa 9 edettäessä polttoaineen syöttölaitteista 7 1^.

o 25 nousukanavan 10 suuntaan. Nopeus kasvaa milteipä nollanopeudesta sopi- £ vimmin arvoon 5-10 metriin sekunnissa. Täydellä kuormalla nopeus voi olla suurempikin, jopa 20m/s ja osakuormalla vastaavasti pienempi, jopa noin 3 δ ^ m/s.

δ

CM

Sekoittumiskammiossa 9 kaasun paine vaakasuorassa on olennaisesti vakio, 30 jolloin suuttimien 6 aiheuttamien vapaitten suihkujen tunkeutuvuus on riittä- 21 vä, jotta aikaansaadaan toisioilman ja leijukammiosta nousevan kaasuuntuneen polttoaineen tehokas sekoittuminen.

Nousukanavan 10 ainoa tehtävä on kuljettaa koko suunnitellulla tehoalueella riittävä lämmön kanta ja virta polttokammioon 11, joten nousukanava voidaan 5 mitoittaa yksinomaan virtausteknisin perustein. Rakenteellisesti tällainen virtauskanava 10 on olennaisesti pystysuora, poikkileikkaukseltaan suorakaiteen tai muun soveltuvan muodon omaava lämpöeristetty kanava, joka mitoitetaan siten, että kaasun nopeus nousukanavassa on vaaditulla minimiteholla lämmönkantajahiukkasten pneumaattisen kuljetuksen rajanopeutta suurem-10 pi. Lämmönkantajahiukkasten virtausmäärä nousukanavassa asetetaan polt-toprosessin lämpötilahallinnan kannalta riittäväksi lämmönkantajahiukkasten määrää säätämällä.

Lämmönkantajahiukkasten kuljettaminen nousukanavassa 10 edellyttää, että kaasun nopeus pienimmällä vaaditulla osateholla on suurempi kuin lämmön-15 kantajahiukkasten vapaan putoamisen nopeus (terminaalinopeus). Käytännössä mainittu terminaalinopeus on luokkaa 2-3 m/s, joten jos polttolaitteen halutaan toimivan suunnitellulla tavalla esimerkiksi 20%:n osateholla, nousu-kanavan vaakasuora virtauspoikkipinta-ala tulisi mitoittaa siten, että kaasun nopeus asettuisi nimellisteholla välille 10-15 m/s.

20 Nousukanava 10 mitoitetaan käytännössä edullisesti siten, että sen vaakasuoran poikkileikkauksen keskimääräisen vapaan pinnan suhde alemman c\i polttokammion 89 yläosan 9 pystysuoran poikkileikkauksen keskimääräisen c3 vapaaseen pintaan on pienempi kuin 0,5 ja sopivimmin 0,3-0,15. Nousu- o kanavan nimellisteholla suuren kaasunnopeuden ansiosta tarvittava lämmön- o 25 kantajavirta aikaansaadaan pienellä painehäviöllä, jonka ansiosta kattilan | omakäyttöteho minimoituu.

h-.

g Ylemmän polttokammion 11 tehtävänä on ennen kaikkea saattaa nousukana- 5 van 11 jälkeinen palamisprosessi loppuun. Sen tilavuus on siis mitoitettava

(M

niin, että nousu ka navasta 10 polttokammioon kulkeutuvat vielä palamatto- 22 mat kaasut ja koksihiukkaset ehtivät hapettua täysin kaikissa kuormitustilanteissa ja polttoaineen laadun vaihdellessa.

Samalla polttokammion suunnittelussa on huolehdittava siitä, riittävä lämmön kanta ja virta kuljettuu vaaditulla minimiteholla polttokammion läpi erotin-5 laitteelle 120 asti. Jos palamiskaasu ja lämmönkantajahiukkaset poistettaisiin polttokammion 11 yläosaan sovitetun poistoaukon kautta, jouduttaisiin nou-sukanavan jälkeen edellä selostettuun, lähtökohtaiseen ristiriitaan tarvittavan palamisen viiveajan ja lämmönkantajavirran välillä.

Tämän ristiriidan välttämiseksi keksinnönmukaisessa polttolaitteessa kaasu ja 10 lämmönkantaja hiukkaset poistetaan polttokammion 11 alaosaan sovitetun yhteen 12 kautta. Ylempi polttokammio on edullisesti muodostettu siten, virtaus pääsee kääntymään syöttösuuntaan nähden olennaisesti vastakkaiseen suuntaan ennen poistumista kammiosta. Nousukanavasta 10 tuleva savukaasujen ja lämmönkantajahiukkasten virtaus suuntautuu ensin olennai-15 sesti pystysuoraan ylöspäin, jonka jälkeen pystysuorat virtaussuunnat kääntyvät polttokammion yläosissa lopulta pystysuoraan alaspäin kohti erotinlai-tetta 120.

Nousukanavasta 10 tuleva pystysuora virtaus käyttäytyy polttokammiossa 11 olennaisesti vapaan suihkun tavoin, jonka seurauksena kaasun paine poltto-20 kammiossa 11 on olennaisesti vakio. Mainitulla polttokammion 11 järjestelyllä aikaansaadaan tehokas savukaasujen ja leijumateriaalin sekoittuminen, jonka c\i ansiosta hapettuminen on tehokasta ja lämmönkantajahiukkasten tila- c3 vuusosuus ja virtausmäärä säilyvät koko polttokammiossa kaasun lämpöti- o lanhallinnan kannalta riittävänä.

r-.

o g 25 Lisäksi viipymäaika saadaan polttokammiossa 11 palamisen loppuunsaatta-

CL

mistä varten tarpeeksi pitkäksi ennen kuin savukaasut ja leijumateriaali ohja-§ taan erotinlaitteelle 120. Polttokammio 11 mitoitetaan edullisesti siten, että 5 palaminen on saatettavissa olennaisesti loppuun polttokammiossa 11 ennen

(M

erotinlaitteen yhdettä 12 siten, että nimelliskuormalla yli 30% reaktorissa 30 poltettavan polttoaineen palamisessa muodostuvasta lämpöenergiasta va- 23 pautuu vasta ylemmässä polttokammiossa 11. Osakuormalla osuus on luonnollisesti pienempi. On jopa mahdollista, että polttoaine pääsee tällöin hapettumaan kokonaan ennen saapumistaan ylempään polttokammioon 11.

Olennaista keksinnön mukaisessa järjestelyssä on myös savukaasujen ja 5 leijumateriaalin virtauksen adiabaattinen luonne. Toisin sanoen polttokammi-on 89, ylemmän polttokammion 11 ja niitä yhdistävän nousukanavan 10 jäähdytys tapahtuu pääasiallisesti adiabaattisesti niissä kiertävän, paluukanavissa 15,16 jäähdytetyn leijumateriaalin avulla. Systeemin ulkopuolelle lähinnä seinämien läpi siirtyvä lämpömäärä on erittäin pieni, tyypillisesti luokkaa 1 10 kW/m2 siinä missä konventionaalisissa polttokammioratkaisuissa lämmönsiir-timineen tämä on luokkaa 100 kW/m2. Kammiot ja niiden välien virtauskana-va mitoitetaan ja eristetään siten, että mainittujen reaktorin osien seiniin mm. johtumalla ja säteilyllä siirtyvä nettolämpövirta on pienempi kuin 50%, edullisesti alle 30% ja sopivimmin pienempi kuin 10% siitä lämpötehosta, 15 joka tarvitaan esimerkiksi reaktorista poistuvan savukaasun tai vaikkapa leiju kerroksen lämpötilan pitämiseksi halutussa asetusarvossaan.

Erotinlaitteen 120 tehtävä on puolestaan erottaa lämmönkantajahiukkaset savukaasuista, ohjata erottuneet hiukkaset paluukanaviin 15,16,19 ja poistaa savukaasut pois polttolaitteesta esimerkiksi lämmön talteenottoa ja puhdis-20 tusta varten. Hiukkaserotin 120 muodostuu edullisesti olennaisesti vaakasuoraan ulottuvasta erotinkammiosta 20, jonka toiseen tai molempiin päätyihin on sovitettu kaasunpoistoputki 21.

C\J

c3 Erotinlaitteen edullisesti suorakaiteenmuotoinen tuloaukko 12 on sovitettu o polttokammion 11 alaosaan edullisesti siten, että polttokammiossa alaspäin o 25 suuntautunut virtaus pääsee jatkumaan suoraan erotinkammioon 20. Järjes- | telyn etuna on, että erotettavan leijumateriaalin nopeus on yhteessä 12 ^ kaasunnopeutta suurempi. Virtaus on edullisesti sovitettu vielä niin, että δ ° virtaus kohdistuu tuloaukon kautta kammioon 20 olennaisen tangentiaalises- ^ ti. Tämä sekä edistää pyörremäisen virtauksen muodostumista että toisaalta 30 tehostaa leijumateriaalivirran suuntautumista suoraan eteenpäin kammion 20 24 avoimen pohjan läpi paluukanaviston yläosaan 14. Pyörrekammion 20 paluu-kanaviston yläosaan 14 yhdistävän aukon vapaan pinnan suhde pyörrekammion suurimpaan vaakasuoraan poikkipintaan on edullisesti suurempi kuin 0,7.

5 Erottimen tuloaukon alapuolella voi olla lisäksi soveltuva virtausohjain 13, jolla voidaan vaikuttaa pyörrekammioon 20 muodostuvaan olennaisesti vaakasuoraan pyörteeseen. Keksinnön tämän suoritusmuodon mukaisesti hiuk-kaserottimelle on lisäksi tunnusomaista, että se on sovitettu nousukanavan 10 rinnalle, yläpuolisen polttokammion 11 ja alapuolisten paluukanavien 10 15,16,19 väliin kuten edellä on kuvioon 1 viitaten tuotu esille.

Pyörrekammion 20 reunalle tangentiaalisesti sovitetusta tuloaukosta 12 sopi-vimmin nopeudella 5-15 m/s tuleva, alaspäin suunnattu kaasun ja lämmön-kantajahiukkasten virta muodostaa poistoaukkoon 21 ohjautuessaan vaakasuoraan pyörrekammioon 20 voimakkaan, olennaisesti vaakasuoran pyör-15 teen. Erotinkammion alaosaan muodostuu pyörrekammion pyörteen vaikutuksesta erillinen hitaan virtauksen induktiivinen pyörre, jossa virtausnopeudet ovat vähäisiä ja paluukanaviston yläosa 14 toimii sen vuoksi tehokkaasti laskeutumiskammiona.

Pääosa erottimeen tuloaukosta 12 tulevista lämmönkantajahiukkasista (yli 20 99%) jatkaakin liikettään hitaus- ja painovoiman vaikutuksesta suoraan pa luukanaviston yläosaan 14, kuten on havainnollistettu reittiä kuvaavalla nuo-(m lella 180. Vain vähäinen osa hiukkasista kulkeutuu pyörrekammioon 20 syn- c3 tyvän pyörrevirtauksen 170 mukana. Siellä ne rikastuvat keskipakokiihtyvyy-

CO

o den vaikutuksesta pyörrekammion 20 seinäpinnoille ja kulkeutuvat sieltä o 25 gravitaatio- ja keskipakokiihtyvyyden vaikutuksesta olennaisesti koko alapuoli leltaan avoimen pyörrekammion 20 pohjasta paluukanaviston yläosaan 14.

^ Kuvatun erotinjärjestelyn etuja ovat mm., että erotettavien hiukkasten nope- δ ^ us sisääntuloaukossa 12 on kaasun nopeutta suurempi (4-7 m/s suurempi), ^ ja pyörrekammion 20 ja paluukanaviston yläosan 14 koko poikkipinnaltaan 25 avoin pinta, mitkä yhdessä aikaansaavat lämmönkantajahiukkasten tehokkaan erottumisen, mikä voitu varmistaa virtausmallikokein.

Paluukanaviston yläosassa 14 voidaan toimilaitteilla 17, 18 säädetyllä tavalla ohjata lämmönsiirtimissä 115,116 tarvitun lämpömäärän mukaisesti paluu-5 kanaviin 15, 16. Pakkautuneessa tilassa olevan lämmönkantajamateriaalin virtaa höyrystäviä lämpöpintoja sisältäviin lämmönsiirtimissä 115 paluukanavissa 15 ohjataan paluukanavien alaosaan sovitettujen toimilaitteitten 17 avulla siten, että kaasun lämpötila erottimen keskusputken 21 jälkeen pysyy asetusarvossaan. Vastaavasti pakkautuneessa tilassa olevan lämmönkanta-10 jamateriaalin virtaa tulistavia lämpöpintoja lämmönsiirtimissä 116 sisältäviin paluukanaviin 16 ohjataan tulistavien paluukanavien alaosaan sovitettujen toimilaitteitten 18 avulla siten, että tulistetun höyryn lämpötila pysyy asetusarvossaan.

Jäähdyttämättömät paluukanavat 19 toimivat edullisesti ylivirtauskanavina, 15 jolloin se osa lämmönkantajahiukkasista, jota ei tarkoituksellisesti ohjata paluukanaviin 15,16, ohjautuu itsesäätyvänä virtauksena jäähdyttämättömien paluukanavien 19 kautta suoraan leijukammioon 8. Voidaan myös käyttää aktiivista ohjausta jäähdyttämättömän paluukanavan 19 osalta. Puhdistetut savukaasut 171 poistuvat erottimesta 120 keskusputken 21 kautta.

20 Keksinnön mukaisen reaktorin kantavat rakenteet 22 toteutetaan sopivimmin kaasutiiviinä, vesi- ja/tai höyryjäähdytteisinä paneeleina. Keksinnön mukaisen c\j reaktorin lämpöeristeiden 22 tarkoitus on puolestaan suojata kantavat raken- ^ teet kulumiselta ja korroosiolta ja rajoittaa niihin johtuva lämpövirta pieneksi o suhteessa polttokammion jäähdytystarpeeseen. Lämpöeristeet voidaan to- 0 25 teuttaa sopivimmin tavanomaisin keraamisin materiaalein.

1 CC Q_

Vaikka keksintöä on edellä kuvattu viitaten kuvioissa 1-4 ilmenevään yksittäi-§ seen suoritusmuotoon, on selvää, ettei keksintö ole kuitenkaan rajoittunut 5 tähän selostusosaan ja kuvioihin, vaan useita muunnelmia on ajateltavissa

(M

oheisten patenttivaatimusten puitteissa ja eri suoritusmuotojen yhteydessä 30 esitettyjä piirteitä voidaan keksinnön perusajatuksen puitteissa niin ikään 26 käyttää muiden suoritusmuotojen yhteydessä ja/tai yhdistellä esitetyistä piirteistä erilaisia kokonaisuuksia, mikäli niin halutaan ja tekniset mahdollisuudet ovat tähän olemassa. Mikä tahansa keksinnöllinen toteutusmuoto voidaan siis toteuttaa keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Vaikka tässä hake-5 muksessa on esitetty keksinnön soveltamista etupäässä kiertomassareakto-riin, voidaan sitä käyttää luonnollisesti myös tavanomaisen leijupetireaktorin yhteydessä samoin kuin muissa höyrykattilatyypeissä.

C\J

δ

(M

co o h-· o

X

IX

CL

h-· δ o δ

(M

Claims (22)

1. Menetelmä kiertomassareaktorin (1) toiminnan parantamiseksi, jossa kiertomassareaktorissa (1) ainakin osa kiertomassareaktorissa (1) muodostuvien savukaasujen sisältämästä lämmöstä siirtyy kiertomassareaktorissa (1) 5 kiertämään jäljestettyyn leijumateriaaliin (80), ja johon kiertomassareaktoriin (1) kuuluu - leijukammio (8), jonka alaosaan on jäljestetty leijumateriaalia (80) sisältävä leijupeti (108), - välineet leijumateriaalin (80) erottamiseksi savukaasuista, ja 10. paluukanavista (15,16,19), jonka kautta leijumateriaali (80) on palau tettavissa takaisin leijukammioon (8) ja johon kuuluu ainakin yksi jäähdytetty paluukanava (15,16), jossa osa sen kautta kulkevan leijumateriaalin (80) sisältämästä lämpöenergiasta siirretään kiertomassareaktorissa (1) kiertävään lämmönsiirtonesteeseen paluukanaviin (15,16) sovitet-15 tujen lämmönsiirtimien (115, 116) avulla, tunnettu siitä, että kiertomassareaktorissa (1) tapahtuvaa polttoaineen palamista varten järjestetään alempi polttokammio (89), johon kuuluu leijukammio (8), ja ylempi polttokammio (11) sekä niitä yhdistävä virtauskanava 20 (10), jolloin polttoaine palaa olennaisesti loppuun ennen savukaasujen poistumista polttokammiosta (11), δ CM ^ että virtauskanava (10), välineet leijumateriaalin (80) erottamiseksi sa- o ^ vukaasuista ja paluukanavista (15,16,19) järjestetään sijaitsemaan o alemman polttokammion (89) ja ylemmän polttokammion (11) välissä cc 25 ainakin pääasiallisesti alemman polttokammion (89) yläpuolella ja r^. 5 ylemmän polttokammion (11) alapuolella, o c3 että leijumateriaali (80) erotetaan savukaasuista ylemmän polttokammi on (11) jälkeen ja ohjataan takaisin leijukammioon (8) jäähdytettyjen paluukanavien (15,16) kautta ja/tai jäähdyttämättömän paluukanaviston (19) kautta halutussa suhteessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alemman polttokammion (89), ylemmän polttokammion (11) ja niitä yhdistävän 5 virtauskanavan (10) jäähdytys tapahtuu pääasiallisesti adiabaattisesti niissä kiertävän leijumateriaalin (80) avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nousukanavan (10) keskimääräisen virtauspoikkipinta-alan suhde alemman polttokammion (89) yläosan (9) pystysuoran poikkileikkauksen keskimääräi- 10 sen vapaaseen pintaan on pienempi kuin 0,5, edullisesti 0,1-0,4, sopivimmin 0,15-0,3

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä tunnettu siitä, että polttokammion (89) pystysuoran leikkauksen virtauspoikkipinta-alan mukaan laskettu kaasun vaakasuora nopeuskomponentti kiertomassare- 15 aktorin (1) nimelliskuormalla on välillä 2-15 m/s, edullisesti 4-12 m/s, sopivimmin 5-10 m/s.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaineen syöttölaitteet (7) ja alemman polttokammion (89) puoleinen nousukanavan (10) pää (110) sijoitetaan olennaisesti alemman 20 polttokammion (89) vastakkaisille puolille.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu ^ siitä, että välineeksi leijumateriaalin (80) erottamiseksi savukaasuista järjes- ° tetään erotin (120), jossa on alaosastaan olennaisesti avoin erotinkammio ° (20). cc 25 n.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ylem- o ^ mästä polttokammiosta (11) tuleva savukaasuvirta ja leijumateriaalin (80) o ^ lämmönkantajahiukkaset ohjataan erottimeen (120) olennaisesti suoraan alaspäin siten, että erotinkammioon (20) muodostuu pyörre olennaisesti vaakasuoran akselin ympäri.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttokammion (89) pystysuoran leikkauksen virtauspoikkipinta- 5 alan mukaan laskettu kaasun vaakasuora nopeuskomponentti nimelliskuor-malla järjestetään välille 2-15 m/s, edullisesti 4-12 m/s, sopivimmin 5-10 m/s.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen polttomenetelmä, tunnettu siitä, että paluukanavissa (15,16) leijumateriaali (80) järjestetään 10 ainakin lämmönsiirrinten (115,116) kohdalla virtaamaan pakkautuneessa tilassa.

10. Kiertomassareaktori (1), jossa ainakin osa kiertomassareaktorissa (1) muodostuvien savukaasujen sisältämästä lämmöstä siirtyy kiertomassareaktorissa (1) kiertämään järjestettyyn leijumateriaaliin (80), ja johon kiertomas- 15 sareaktoriin (1) kuuluu - leijukammio (8), jonka alaosaan on järjestetty leijumateriaalia (80) sisältävä leijupeti (180), - välineet leijumateriaalin (80) erottamiseksi savukaasuista, ja - paluukanavista (15,16,19), jonka kautta leijumateriaali (80) on palau- 20 tettavissa takaisin leijukammioon (8) ja johon kuuluu ainakin yksi jääh- dytetty paluukanava (15,16), jossa osa sen kautta kulkevan leijumateri- 0 aalin (80) sisältämästä lämpöenergiasta siirretään kiertomassareaktoris- 00 sa (1) kiertävään lämmönsiirtonesteeseen paluukanaviin (15,16) sovitet- ^ tujen lämmönsiirtimien (115, 116) avulla, CC 25 tunnettu siitä, h-. δ ° että kiertomassareaktorissa (1) tapahtuvaa polttoaineen palamista var- ^ ten on järjestetty alempi polttokammio (89), johon kuuluu leijukammio (8), ja ylempi polttokammio (11) sekä niitä yhdistävä virtauskanava (10) , jolloin polttoaine palaa olennaisesti loppuun ennen savukaasujen poistumista polttokammiosta (11), että virtauskanava (10), välineet leijumateriaalin (80) erottamiseksi savukaasuista ja paluukanavista (15,16,19) on järjestetty sijaitsemaan 5 olennaisesti alemman polttokammion (89) ja ylemmän polttokammion (11) välissä alemman polttokammion (89) yläpuolella ja ylemmän polttokammion (11) alapuolella, että leijumateriaali (80) on erotettavissa savukaasuista ylemmän poltto-kammion (11) jälkeen ja ohjattavissa takaisin leijukammioon (8) jäähdy-10 tettyjen paluukanavien (15,16) kautta ja/tai jäähdyttämättömän paluu- kanaviston (19) kautta halutussa suhteessa.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen kiertomassareaktori (1), tunnettu siitä, että alemman polttokammion (89), ylemmän polttokammion (11) ja niitä yhdistävän virtauskanavan (10) jäähdytys on jäljestetty tapahtumaan 15 pääasiallisesti adiabaattisesti niissä kiertävän leijumateriaalin (80) avulla.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen kiertomassareaktori (1), tunnettu siitä, että nousukanavan (10) keskimääräisen virtauspoikkipinta-alan suhde alemman polttokammion (89) yläosan (9) pystysuoran poikkileikkauksen keskimääräisen vapaaseen pintaan on jäljestetty pienemmäksi kuin 0,5, 20 edullisesti 0,1-0,4, sopivimmin 0,15-0,3.

^ 13. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 10-12 mukainen kiertomassa- CM ^ reaktori (1), tunnettu siitä, että polttokammion (89) pystysuoran leikkauk- O ^ sen virtauspoikkipinta-alan mukaan laskettu kaasun vaakasuora nopeuskom- O ponentti kiertomassareaktorin (1) nimelliskuormalla on välillä 2-15 m/s, CC “ 25 edullisesti 4-12 m/s, sopivimmin 5-10 m/s. o

° 14. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 10-13 mukainen kiertomassa- reaktori (1), tunnettu siitä, että polttoaineen syöttölaitteet (7) ja alemman polttokammion (89) puoleinen nousukanavan (10) pää (110) on sijoitettu olennaisesti alemman polttokammion (89) vastakkaisille puolille.

15. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 10-14 mukainen kiertomassa-reaktori (1), tunnettu siitä, että välineeksi leijumateriaalin (80) erottamisek- 5 si savukaasuista on järjestetty erotin (120), jossa on alaosastaan olennaisesti avoin erotinkammio (20).

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen kiertomassareaktori (1), tunnettu siitä, että ylemmästä polttokammiosta (11) tuleva savukaasuvirta ja leijuma- 10 teriaalin (80) lämmönkantajahiukkaset on järjestetty ohjattavaksi erottimeen (120) olennaisesti suoraan alaspäin siten, että erotinkammioon (20) muodostuu pyörre olennaisesti vaakasuoran akselin ympäri.

17. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 10-16 mukainen kiertomassareaktori (1), tunnettu siitä, että polttokammion (89) pystysuoran leikkauk- 15 sen virtauspoikkipinta-alan mukaan laskettu kaasun vaakasuora nopeuskom-ponentti nimelliskuormalla on järjestetty välille 2-15 m/s, edullisesti 4-12 m/s, sopivimmin 5-10 m/s.

18. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 10-17 mukainen kiertomassareaktori (1), tunnettu siitä, että erottimen (120) tulokanavan (12) virtaus- 20 poikkipinta-alan mukaan laskettu savukaasujen nopeus kiertomassareaktorin (1) nimelliskuormalla on järjestetty välille 4-25 m/s, edullisesti 5-20 m/s, cg sopivimmin 5-15 m/s. δ (M

19. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 10-18 mukainen kiertomassa- g reaktori (1), tunnettu siitä, että paluukanavissa (15,16) leijumateriaali (80) g 25 virtaa ainakin lämmönsiirrinten (115,116) kohdalla pakkautuneessa tilassa. Q_

20. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 10-19 mukainen kiertomassa- o il reaktori, (1), tunnettu siitä, että palamiskaasun ja lämmönkantajahiukkas- o ™ ten olennaisesti vaakasuora, suorakaiteen muotoinen erottimen (120) tulo- aukko (12) on sovitettu polttokammion (11) alaosaan.

21. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 10-20 mukainen kiertomassa-reaktori (1), tunnettu siitä, että pyörrekammion (20) paluukanaviston yläosaan (14) yhdistävän aukon vapaan pinnan suhde pyörrekammion suurimpaan vaakasuoraan poikkipintaan on sopivimmin suurempi kuin 0,7.

22. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 10-21 mukainen kiertomassa- reaktori (1), tunnettu siitä, että sekoittumistilan (9) olennaisesti pystysuoraan suunnatut toisioilmasuuttimet (6) on sovitettu sopivimmin sekoit-tumiskammion pohjaan leijukammion (8) vastakkaisille puolille. C\J δ (M co o h-· o X IX CL h-· δ o δ (M