FI74882B

FI74882B - FARING EQUIPMENT FOR EXPLORATION OF FAST MATERIAL FOR ROEKGASER.

Info

Publication number: FI74882B
Application number: FI862702A
Authority: FI
Inventors: Ragnar Lundqvist
Original assignee: Ahlstroem Oy
Priority date: 1986-06-25
Filing date: 1986-06-25
Publication date: 1987-12-31
Also published as: FI74882C; FI862702A0

Description

7488274882

Menetelmä ja laite kiintoaineen erottamiseksi savukaasuista Förfarande och anordning för avskiljning av fast material ur rökgaserMethod and apparatus for separating solids from flue gases Förfarande och anordning för avskiljning av fast material ur rökgaser

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä ja laite kiintoaineen erottamiseksi savukaasuista, joka menetelmä ja laite soveltuvat erityisesti käytettäviksi kiertopetireaktorin vertikaalisen tai kaltevan syklonierottimen yhteydessä.The present invention relates to a method and apparatus for separating solids from flue gases, which method and apparatus are particularly suitable for use in connection with a vertical or inclined cyclone separator in a circulating bed reactor.

Tekniikan tason mukainen yksinkertaisin erotintyyppi on tavallinen vertikaalinen, alaspäinkapeneva sykloni, jonka yläpäähän johdetaan reaktorista tulevat savukaasut tangentiaalisesti. Kiintoaine erottuu savukaasuista syklonin kehälle keskipakovoiman vaikutuksesta ja kulkeutuu erottimen seinämää pitkin spiraalimaista rataa alaspäin kohti syklonikartion alapäässä olevaa kiintoaineen poistoaukkoa, josta materiaali palautetaan reaktoriin. Savukaasujen kaasumainen osuus kerääntyy syklonin keskiöön ja poistetaan syklonin yläpäästä. Tällaisessa erotti-messa on havaittu ongelmalliseksi se, että poistuvat kaasut pyrkivät imemään mukanaan kevyempiä kiintoainespartikkeleita syklonin kartiomaisen vaipan alaosasta, jolloin erottimen puhdistuskyky oleellisesti heikkenee. Tyypillistä on myös se, että kaasun mukaan lähtevät partikkelit ovat useimmiten polttoainehiukkasia, jotka ovat ominaispainoltaan kevyempiä kuin petimateriaalihiukkaset.The simplest type of separator according to the prior art is an ordinary vertical, descending cyclone, to the upper end of which the flue gases from the reactor are introduced tangentially. The solid separates from the flue gases to the circumference of the cyclone by centrifugal force and travels down the wall of the separator down a helical path towards the solids outlet at the lower end of the cyclone cone, from where the material is returned to the reactor. The gaseous portion of the flue gases accumulates in the center of the cyclone and is removed from the upper end of the cyclone. In such a separator, it has been found problematic that the exhaust gases tend to entrain with lighter solids particles from the lower part of the conical jacket of the cyclone, whereby the cleaning capacity of the separator is substantially impaired. It is also typical that the particles emitted by the gas are most often fuel particles that are lighter in specific gravity than the bed material particles.

Mainitun epäkohdan poistamiseksi on esitetty monia erityyppisiä ratkaisuja. FI-patenttihakemuksessa 850134 esitetään eräänä rakennemahdollisuutena erotin, jossa syklonikammion alapäähän on järjestetty erillinen imukammio, josta mainitut ongelmalliset hiukkaset pyritään poistamaan imulla. Imukammio sijoittuu kartiomaisen syklonin alapäähän ja kiintoaineen poistoputken välille. Imulaitteena julkaisun mukaisessa ratkaisussa käytetään paineilmatoimista ejektoria.Many different types of solutions have been proposed to overcome this drawback. FI patent application 850134 discloses, as a structural possibility, a separator in which a separate suction chamber is arranged at the lower end of the cyclone chamber, from which said problematic particles are to be removed by suction. The suction chamber is located at the lower end of the conical cyclone and between the solids outlet pipe. A compressed air ejector is used as the suction device in the solution according to the publication.

Toisena ratkaisumallina on GB-hakemusjulkaisussa 2136325 2 74882 esitetty tapaa, jossa kartiomaisen syklonin alapäässä on pienempi syklonimainen kammio, johon on johdettu säteittäinen putki siten, että putken suu sijoittuu tasapainoalueelle, ts. alueelle, jossa alaspäin spiraalimaisesti etenevä kaasuvirtaus pysähtyy ja alkaa nousta kohti ylempää syklonierotinta. Tämän putken kautta imetään kaasua ja sen mukana kulkevia kiintoaine-partikkeleita suodatuslaitteeseen. Tuloksena väitetään saatavan huomattavasti puhtaampi erottimen poistokaasu kuin tavanomaisin laittein.Another solution is the method disclosed in GB-A-2136325 2 74882, in which the lower end of a conical cyclone has a smaller cyclone-like chamber into which a radial tube is introduced so that the mouth of the tube is in equilibrium, i.e. . Through this pipe, the gas and the accompanying solid particles are sucked into the filtration device. The result is claimed to be a significantly cleaner separator exhaust gas than conventional equipment.

Kolmantena ratkaisumallina esitetään GB-hakemusjulkaisussa 2136326 muilta ratkaisuiltaan edellisen kaltainen toteutus, mutta tässä erottimessa syklonista lähtevästä kaasusta imetään syklonin yläpäässä osa erilliseen puhdistimeen puhdistettavaksi. Julkaisussa on esitetty muutamia eri tapoja uudelleen puhdistettavan kaasun erottamiseksi poistokaasuista. Eräänä tapana esitetään, että kaasunpoistoputki sijoittuu pienempi-halkaisijäisenä syklonista lähtevän poistoputken sisälle, jolloin kiinteitä, raskaita partikkeleita sisältävä spiraalimaisesti kohoava kaasukerros joutuu mainittujen putkien välitilaan, josta se imetään ulos. Toisena vaihtoehtona esitetään syklonista lähtevän poistoputken rinnalle kytkettäväksi syklonin ulkopuolella pienempi putki, jotka putket yhdistetään toisiinsa leikkaamalla niiden vaippa auki ja liittämällä ne toisiinsa siten, että poistoputken seinämällä spiraalimaisesti kohoava kaasuvirtaus, joka sisältää kiinteitä partikkeleita, joutuu pienempään putkeen ja kohoaa siitä ylöspäin ja josta se imetään edelleen puhdistettavaksi.As a third solution, GB application 2136326 discloses an implementation similar to the previous ones, but in this separator a part of the gas leaving the cyclone is sucked at the upper end of the cyclone into a separate purifier for cleaning. The publication presents a few different ways to separate the gas to be re-purified from the exhaust gases. In one way, it is shown that the degassing pipe is located in a smaller diameter inside the exhaust pipe leaving the cyclone, whereby a helically rising gas layer containing solid, heavy particles enters the intermediate space of said pipes from which it is sucked out. Alternatively, a smaller pipe is proposed to be connected outside the cyclone alongside the outlet pipe from the cyclone, which pipes are connected by cutting their casings open and joining them together so that a spiral-rising gas flow containing solid particles enters and rises from the outlet pipe. for further cleaning.

Missään mainituista julkaisuista ei ole pystytty esittämään ratkaisua, jossa syklonista poistuvan kaasun joukkoon ei joutuisi kiinteitä hiukkasia. GB-julkaisut ottavat tämän haitan välttämättömänä tosiasiana, joka täytyy jälkikäteen hoitaa niin hyvin kuin mahdollista. Ongelman ratkaisua lähempänä on FI-hakemuksen 850134 mukainen toteutus, jossa myös käytetään kiintopartikkeleita sisältävän kaasun imua, mikä I! 74882 3 tuo mukanaan samoin kuin GB-julkaisujenkin ratkaisut lisälaitteita ja lisäinvestointeja rakennusvaiheeseen.None of the mentioned publications has been able to present a solution in which solid particles do not enter the gas leaving the cyclone. GB publications take this disadvantage as a necessary fact that must be dealt with as retrospectively as possible. Closer to the solution of the problem is the implementation according to FI application 850134, which also uses the suction of gas containing solid particles, which I! 74882 3 brings, as do GB publications solutions, additional equipment and additional investment in the construction phase.

Edellä esitettyjen laitteiden haitat pystytään poistamaan esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että osa erottimen vaippapinnalle pyöriväksi kerrokseksi erottuneesta kiintoaineesta poistetaan tästä kerroksesta ja osa erottimen pohjassa olevan aukon kautta. Menetelmän toteuttavalle laitteelle on tunnusmerkillistä, että erottimen vaippapinnalle on järjestetty yksi tai useita aukkoja kiintoaineen poistamiseksi syklonista.The disadvantages of the above devices can be eliminated by the method according to the present invention, which is characterized in that part of the solid separated on the jacket surface of the separator is removed from this layer and part through the opening in the bottom of the separator. The device implementing the method is characterized in that one or more openings are provided on the jacket surface of the separator for removing solids from the cyclone.

Esitetyn tyyppinen laite on yksinkertainen ja varmatoiminen, joka ei tarvitse mitään erityisiä lisävarustuksia kuten puhaltamia, imureita, ejektoreita tai muita vastaavia. Lisäksi laitteen tuomana etuna voidaan mainita mm. se, että poistettaessa kiintoainetta useampaan kanavaan sitä on myös erittäin yksinkertaista johtaa reaktoriin eri korkeuksille tai eri paikkoihin. Kanavien kautta palautettavaa kiintoainetta on myös mahdollista jäähdyttää, jolloin reaktorin säätömahdolli-suudet entisestään monipuolistuvat.The device of the type shown is simple and reliable, which does not require any special accessories such as blowers, vacuum cleaners, ejectors or the like. In addition, the advantage brought by the device can be mentioned e.g. the fact that when solids are removed to several channels, it is also very simple to lead the reactor to different heights or different locations. It is also possible to cool the solids returned through the ducts, whereby the control possibilities of the reactor are further diversified.

Keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta selitetään seuraa-vassa yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin kuvioihin, joista kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen laitteen erästä suoritusmuotoa kaavamaisena sivukuvantona, kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista suoritusmuotoa kaavamaisesti ylhäältä katsottuna ja kuvio 3 esittää keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaista erotinratkaisua.The method and apparatus according to the invention will now be described in detail with reference to the accompanying figures, in which Figure 1 shows an embodiment of a device according to the invention in a schematic side view, Figure 2 shows the embodiment of Figure 1 schematically from above and Figure 3 shows a separator solution according to another embodiment.

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisesti kiertopetireaktori koostuu pääasiassa kahdesta osasta, reaktorista 1 ja erotinosasta 2.According to Figures 1 and 2, the circulating bed reactor mainly consists of two parts, reactor 1 and separator part 2.

4 748824,74882

Koska keksinnön kohteena on erityisesti erotinosa 2, ei tässä yhteydessä selitetä reaktoriosan 1 rakennetta tai toimintaa tarkemmin. Vertikaaliseen syklonierottimeen 3 kuuluu tangenti-aalinen savukaasujen tulokanava 4, sylinterimäinen ylävaippa 5 ja kartiomainen alaspäin kapeneva, alempi vaippa 6. Lisäksi syklonin yläpäätyyn liittyy puhdistettujen kaasujen poisto-kanava 7 ja kartiomaisen vaippaosan alapäähän kiintoaineen poistokanava 8, josta putki 9 johtaa palautettavan kiintoaineen takaisin reaktoriin. Koska käytännössä on todettu, että kaikki jo syklonin kartiomaiselle vaippapinnalle erottunut kiintoaine ei kulkeudukaan poistokanavaan 8, vaan osa tempautuu mukaan tietyllä korkeudella kartiomaisessa osassa kääntyvään kaasuvirtaukseen, on keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti päädytty sijoittamaan mainitulle alueelle syklonin kartiomaiselle vaippapinnalle aukkoja 10, joihin on liitetty tangentiaalisesti putkia 11 ja 12. Putket on yhdistetty reaktoriosaan 1 eri korkeuksille ja eri puolille reaktoria tasaisemman pedin fluidisoinnin aikaansaamiseksi. Lisäksi putkiin 11 ja 12 on kuviossa 1 liitetty kiintoaineen jäähdytin 13, jonka avulla reaktoriin palautettavan materiaalin lämpötilaa voidaan säätää ja siten myös itse reaktorin lämpötilaa. Tällaiset jäähdyttimet eivät ole olennaisia elementtejä itse keksinnön toteutukselle, vaikka niillä pystytään käyttämään hyväksi keksinnön mukaisen laitteen antamia mahdollisuuksia, etenkin jos jäähdyttimet järjestetään kuhunkin kiintoaineen palautusputkeen. Yksinkertaisimmissa versioissa on mahdollista jättää jäähdyttimet kokonaan pois.Since the invention relates in particular to the separator part 2, the structure or operation of the reactor part 1 will not be explained in more detail here. The vertical cyclone separator 3 comprises a tangential flue gas inlet 4, a cylindrical upper jacket 5 and a conical downwardly tapering lower jacket 6. In addition, the upper end of the cyclone is connected to a purified gas outlet 7 and a solder outlet 8 to the lower end of the conical jacket. Since it has been found in practice that all the solid already separated on the conical jacket surface of the cyclone does not enter the outlet duct 8, but a part is entrained in the conical gas flow in the conical section at a certain height, it is 11 and 12. The tubes are connected to the reactor section 1 at different heights and on different sides of the reactor in order to provide a more even bed fluidization. In addition, a solids cooler 13 is connected to the pipes 11 and 12 in Fig. 1, by means of which the temperature of the material returned to the reactor can be adjusted and thus also the temperature of the reactor itself. Such coolers are not essential elements for the implementation of the invention itself, although they are able to take advantage of the possibilities provided by the device according to the invention, especially if the coolers are arranged in each solids return pipe. In the simplest versions, it is possible to omit the radiators altogether.

Kuviossa 3 esitetään keksinnön mukaisen erottimen eräs toinen edullinen suoritusmuoto. Kyseisessä ratkaisussa erotinlaite 20 koostuu perusosista: savukaasujen tangentiaalinen tulokanava 4, erottimen sylinterimäinen ylävaippa 5, puhdistettujen kaasujen poistokanava 7 ja erottuneen kiintoaineen poisto-kanava 8, sekä uuden rakenteen mukaisista osista: ensimmäinen kartiomainen vaippapinta 21, joka alkaa sylinterimäisestä vaippaosasta 5 ja kapenee alaspäin päättyen toiseen sylinteri- li 74882 5 mäiseen osaan 22, ja toinen kartiomainen vaippapinta 23 em. sylinterimäisen osan 22 alapuolella päättyen kiintoaineen poistokanavaan 8. Toisen sylinterimäisen vaippaosan 22 yhteyteen on järjestetty tästä tangentiaalisesti erottuvat kiintoaineen palautusputket 24 ja 25, jotka edelleen johtavat kehälle erottuneen kiintoaineen takaisin reaktoriin kuvioiden 1 ja 2 esittämän suoritusmuodon mukaisesti.Figure 3 shows another preferred embodiment of a separator according to the invention. In this solution, the separator device 20 consists of basic parts: a tangential flue gas inlet duct 4, a separator cylindrical upper jacket 5, a purified gas outlet duct 7 and a separated solids outlet duct 8, and parts according to the new structure: a first conical jacket surface 21 starting from the cylindrical jacket part a cylindrical portion 74882 5, and a second conical jacket surface 23 below the aforementioned cylindrical portion 22 terminating in a solids outlet passage 8. In connection with the second cylindrical jacket portion 22, tangentially separating solids return tubes 24 and 25 are provided. 1 and 2.

Kuviossa 3 esitetyn kahdesta sylinterimäisestä ja kahdesta kartiomaisesta osasta koostuvan syklonin kokeissa, ilman kiintoaineen poistomahdollisuutta sylinterimäiseltä osalta, on havaittu erotuskyvyn olevan parempi kuin tavanomaisella kuvion 1 tyyppisellä syklonilla. Syynä erotuskyvyn parantumiseen on se, että alaspäin spiraalimaisesti kiertyvä virtaus hidastuu toiselle sylinterimäiselle osalle 22 tullessaan niin, että keskempänä virtaavat kaasut kääntyvät jo ylöspäin nousevaksi virtaukseksi. Tässä vaiheessa vaippapinnalla ja sen läheisyydessä kiertävä kiintoaine on niin kaukana ylöspäin virtaavasta kaasuspiraalista, että siitä ei juurikaan irtoa hiukkasia kaasun mukaan. Tästä seuraavana vaiheena pääteltiin, että poistamalla kiintoainetta sylinterimäisen osan kehältä vähennetään huomattavasti sen kiintoaineen määrää, joka kiertää toisen kartiomaisen osan 23 alapäähän. Vähentämällä tätä kiintoainetta poistoputkien 24 ja 25 avulla ja samalla kartioon virtaavan kaasumäärän vähentyessä pienenee myös sen kiintoaineen määrä, joka lähtee kaasun mukaan toisen kartiomaisen osan 23 alapäästä. Siten erotuskykyä pystytään huomattavasti parantamaan tavalliseen sykloniin verrattuna.In the experiments of the two-cylindrical and two conical cyclones shown in Fig. 3, without the possibility of solids removal from the cylindrical part, it has been found that the resolution is better than that of the conventional cyclone of the type of Fig. 1. The reason for the improvement in resolution is that the downward helical flow slows down as it enters the second cylindrical part 22, so that the gases flowing in the middle turn into an upward flow. At this point, the solid circulating at and near the mantle surface is so far away from the upwardly flowing gas coil that little particle is released from it. As a next step, it was concluded that removing solids from the circumference of the cylindrical portion significantly reduces the amount of solids that circulate to the lower end of the second conical portion 23. By reducing this solids by means of the outlet pipes 24 and 25 and at the same time by reducing the amount of gas flowing into the cone, the amount of solids leaving the lower end of the second conical part 23 according to the gas also decreases. Thus, the resolution can be significantly improved compared to a conventional cyclone.

Edullisesti aukkojen 10 korkeus syklonin kartiomaisella vaippa-pinnalla 6 tai sylinterimäisen osan 22 sijoittumiskohta kartio-maisten vaippapintojen 21 ja 23 välille on välillä 10 - 70 % koko kartiomaisen osan korkeudesta. Samassa yhteydessä on kuitenkin todettava, että joissakin erikoisratkaisuissa aukot voivat olla joko ylempänä tai alempana kartiomaisella vaippa-pinnalla tai jopa syklonin yläosassa olevalla sylinterimäisellä osalla.Preferably, the height of the openings 10 on the conical jacket surface 6 of the cyclone or the location of the cylindrical part 22 between the conical jacket surfaces 21 and 23 is between 10 and 70% of the height of the entire conical section. In the same context, however, it should be noted that in some special solutions, the openings may be either upper or lower on the conical jacket surface or even on the cylindrical part at the top of the cyclone.

6 748826 74882

Edellä esitetyllä ei ole pyritty rajoittamaan keksinnön suoja-piiriä ja laajuutta siitä, mitä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa. Edellä on esitetty vain muutama keksinnön edullista suoritusmuodoista, joihin voi tehdä muunnelmia poikkeamatta keksinnön hengestä. Keksinnön mukaisen laitteen sijoitus reaktorin yhteyteen on esitetty hyvin kaavamaisesti johtuen siitä, että vastaavat liitännät samoin kuin jäähdytys-laitteiden käyttö on ennalta tunnettua muista yhteyksistä. Samoin on kuvioissa esitetty keksinnön mukaisen syklonin käyttöä vain kiertopetireaktorin yhteydessä, mutta se soveltuu käytettäväksi myös muuntyyppisten polttolaitteiden kanssa, joissa halutaan erottaa kiintoainetta savukaasuista.The foregoing is not intended to limit the scope and scope of the invention from what is set forth in the appended claims. Only a few preferred embodiments of the invention have been described above, which can be varied without departing from the spirit of the invention. The placement of the device according to the invention in connection with the reactor is shown very schematically due to the fact that the corresponding connections as well as the use of cooling devices are known in advance from other connections. Similarly, the figures show the use of the cyclone according to the invention only in connection with a circulating bed reactor, but it is also suitable for use with other types of combustion devices in which it is desired to separate solids from flue gases.

lili

Claims

A method of separating solid material from flue gases which is conducted from a combustion device to a separator, wherein solid material is separated as a rotating layer on the periphery of the separator, characterized in that a portion of the solid material is removed from said rotating layer and another portion is removed from the separator through an opening in its bottom.

2. A method according to claim 1, characterized in that solid material is removed from the rotating layer tangentially through an opening in the casing surface of the separator.

Apparatus for separating solid matter from flue gases, which comprises a vertical or inclined cyclone separator (2, 20) which has an inlet duct (4) for the flue gases, an outlet duct (7) for the purified gases and a outlet channel (8) for the solid material, characterized in that one or more openings (10) for removing solid material from the cyclone are arranged in the casing surface of the separator.

4. Device according to claim 3, characterized in that the openings (10) are arranged in the conical envelope surface (6) of the cyclone.

Device according to claim 3, characterized in that the openings are arranged in the cylindrical casing surface (22) of the cyclone.

Device according to claims 3-5, characterized in that pipes (11, 12; 24, 25) are connected to the openings (10) for passing the solid material on. li