FI79404C

FI79404C - Reactor with circulating bed.

Info

Publication number: FI79404C
Application number: FI854614A
Authority: FI
Inventors: Ragnar Lundqvist; Folke Engstroem
Original assignee: Ahlstroem Oy
Priority date: 1985-09-11
Filing date: 1985-11-22
Publication date: 1989-12-11
Also published as: FI79404B; FI854614A; FI854614A0

Description

7940479404

Kiertopetireaktori - Reaktor med clrkulerande bädd 5Kiertopetireaktori - Reaktor med clrkulerande bädd 5

Esillä oleva keksintö kohdistuu kiertopetireaktoriin, joka käsittää pystysuoran reaktorikammion, laitteen kiintoaineen erottamiseksi reaktorikammiosta poistuvista kaasuista, jonka reaktorikammioon yhdistetty pyörrekammio on pääasialle) lisesti vaakasuora, kaasuja pyörrekammioon johtavan kanavan, puhdistuneita kaasuja pyörrekammiosta poisjohtavan kanavan ja pyörrekammioon yhdistetyn kanavan, joka johtaa erotetun kiintoaineen takaisin reaktoriin.The present invention relates to a circulating bed reactor comprising a vertical reactor chamber, an apparatus for separating solids from gases leaving the reactor chamber, the vortex chamber connected to the reactor chamber being substantially horizontal, a channel for discharging purified gases into the vortex chamber.

15 Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada kiertopetireaktori, jossa kaasunpoisto erottimesta on järjestetty siten, että reaktorin rakenne on yksinkertainen ja kompakti.The object of the invention is to provide a circulating bed reactor in which the degassing of the separator is arranged in such a way that the structure of the reactor is simple and compact.

Kiertopetitekniikkaa on sovellettu kauan mm. pasutoissa ja 20 nykyisin enenevässä määrin erilaisissa reaktoreissa, kuten höyrykattiloissa ja kaasuttimissa. Tunnetuissa sovellutuksissa kiintoaineen erottaminen savukaasuista tapahtuu tavanomaisessa, alaosaltaan suppilonmuotoisessa syklonierot-timessa, jossa olevaan sylinterimäiseen pyörrekammioon on 25 sovitettu kaasuja ylöspäin johtava kaasunpoistoputki ja josta kiintoaine palautetaan reaktoriin laskuputken kautta.The rotary bed technology has been applied for a long time e.g. in roasters and 20 increasingly in various reactors such as steam boilers and gasifiers. In known applications, the separation of solids from flue gases takes place in a conventional funnel-shaped cyclone separator at the bottom, in which a cylindrical vortex chamber is fitted with a gas-carrying exhaust pipe and from which the solids are returned to the reactor via a downcomer.

Suurissa kiertopetireaktoreissa käytetään yleensä useita erottimia, jolloin kaasukanavajärjestelmä tulee monimutkai-30 seksi ja vaatii useita paisuntasaumoja.Large circulating bed reactors generally use multiple separators, making the gas duct system complex and requiring multiple expansion joints.

Esimerkkinä tällaisesta voidaan mainita ruotsalaisesta kuulutusjulkaisusta 8203268-1 tunnettu kiertopetikattila, jossa polttokammion takaseinä on taivutettu etuseinää kohden 35 niin, että se muodostaa polttokammion katon. Välittömästi katon alla on savukaasujen poistoaukko, joka on yhdistetty syklonierottimeen. Syklonierottimen kaasunpoistoaukko on 2 79404 yhdistetty katon päällä olevaan kanavaan, joka on yhteydessä pystysuoraan konvektio-osaan, jonka yksi seinä muodostuu polttokammion takaseinästä. Koska syklonierotin on erillään kattilasta ja sijoitettu eri puolelle kattilaa kuin konvek-5 tio-osa, tulee kaasukanavajärjestelmä monimutkaiseksi ja vaatii useita paisuntasaumoja.An example of this is a circulating bed boiler known from Swedish publication 8203268-1, in which the rear wall of the combustion chamber is bent towards the front wall 35 so as to form the roof of the combustion chamber. Immediately below the roof is a flue gas outlet connected to a cyclone separator. The degassing outlet of the cyclone separator is 2 79404 connected to a duct on the roof which communicates with a vertical convection section, one wall of which is formed by the rear wall of the combustion chamber. Because the cyclone separator is separate from the boiler and located on a different side of the boiler than the convection section, the gas duct system becomes complex and requires multiple expansion joints.

Keksinnön mukaisessa kiertopetireaktorissa on vaakasuora syklonierotin rakennettu siten, että yllämainitut epäkohdat 10 on voitu poistaa. Erotin on integroitu kiertopetireaktorin rakenteeseen, niin että aikaansaadaan sekä tilaa että materiaalia säästävä rakenne.In the circulating bed reactor according to the invention, the horizontal cyclone separator is constructed in such a way that the above-mentioned drawbacks 10 can be eliminated. The separator is integrated into the structure of the circulating bed reactor, so that both a space-saving and a material-saving structure are obtained.

FI-patenttihakemuksesta 841126 on tunnettu laite, jossa 15 kiintoaineen erotus tapahtuu reaktorin päälle sovitetun horisontaallsyklonin avulla, jonka vaakasuoraan pyörre-kammioon reaktorin ylöspäin virtaavat poistokaasut johdetaan tangentiaalisesti, ja jossa puhdistuneet kaasut poistuvat syklonin erotinkammion toisesta tai molemmista päädyistä.FI patent application 841126 discloses a device in which the separation of solids takes place by means of a horizontal cyclone arranged on top of the reactor, into the horizontal vortex chamber of which the reactor exhaust gases flow tangentially, and in which the purified gases exit one or both ends of the cyclone separator chamber.

2020

Suurissa reaktoreissa osa kaasuista joutuu virtaamaan pitkän matkan pyörrekammion pituussuunnassa, ennen kuin se pääsee poistumaan erotinkammion päädyistä. Tämä voi vaikuttaa haitallisesti erotuksen lopputulokseen. Lisäksi, koska 25 päätyjen kautta poistettava kaasumäärä on suuri suurissa reaktoreissa, on poistoaukon halkaisijan oltava suuri, jolloin myös pyörrekammion halkaisijan on oltava suuri. Tämäkin on erotuksen kannalta epäedullista.In large reactors, some of the gases have to flow in the longitudinal direction of the long-distance vortex chamber before it can exit the ends of the separator chamber. This can adversely affect the outcome of the difference. In addition, since the amount of gas to be discharged through the ends is large in large reactors, the diameter of the outlet must be large, so that the diameter of the vortex chamber must also be large. This, too, is disadvantageous in terms of difference.

30 Keksinnön mukaiselle laitteelle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että pyörrekammion kehällä on useita aukkoja välimatkan päässä toisistaan pyörrekammion pituussuunnassa, että kuhunkin aukkoon on liitetty puhdistuneita kaasuja pyörrekammiosta poisjohtava putki ja että mainitut putket 35 ulottuvat pyörrekammion sisään.The device according to the invention is mainly characterized in that the circumference of the vortex chamber has a plurality of openings spaced apart in the longitudinal direction of the vortex chamber, that a pipe discharging purified gases from the vortex chamber is connected to each opening and said tubes 35 extend inside the vortex chamber.

Sopivimmin kaasua poisjohtava putki/putket on sovitettu kulkemaan tulokanavan läpi.Preferably, the gas discharge pipe (s) is / are adapted to pass through the inlet duct.

3 794043 79404

Keksinnön mukaisella ratkaisulla aikaansaadaan FI 841126 mukaiseen laitteeseen verrattuna yksinkertaisempi rakenne. Tulokanavaan kulkeva putki/putket, joka sitoo polttokammion 5 etu- ja takaseinän toisiinsa, parantaa rakenteen lujuutta ja vakavuutta. Kaasua poisjohtavat putket voidaan asettaa kaasun puhdistuksen kannalta edullisiin kohtiin niin, että aikaansaadaan tasainen kaasunpoisto erottimen pituussuunnassa useiden poistoputkien avulla. Lisäksi kaasun johtaminen 10 useasta poistoputkesta höyrykattilan konvektio-osaan voidaan toteuttaa yksinkertaisemmin. Ratkaisu säästää tilaa.The solution according to the invention provides a simpler structure compared to the device according to FI 841126. The pipe (s) to the inlet duct, which binds the front and rear walls of the combustion chamber 5 together, improves the strength and stability of the structure. The gas discharge pipes can be placed in places advantageous from the point of view of gas cleaning, so that a uniform gas discharge in the longitudinal direction of the separator is achieved by means of several exhaust pipes. In addition, the conduction of gas 10 from a plurality of exhaust pipes to the convection section of the steam boiler can be realized more simply. The solution saves space.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 15 kuvio 1 esittää erästä keksinnön sovellutusmuotoa pysty leikkauksena, kuvio 2 kuvion 1 leikkausta viivaa A - A pitkin, kuvio 3 kuvion 1 leikkausta viivaa B - B pitkin, kuvio 4 esittää erästä toista keksinnön sovellutusmuotoa 20 osittain pystyleikkauksena ja kuvio 5 kuvion 4 leikkausta viivaa C - C pitkin.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows an embodiment of the invention in vertical section, Fig. 2 a section along the line A-A in Fig. 1, Fig. 3 a section along the line B-B in Fig. 3, Fig. 4 shows another embodiment 20 in part in vertical section and Fig. 5 is a section along the line C-C in Fig. 4.

Kuvioissa 1-2 esitetty höyrykattila käsittää neljän sinänsä tunnetulla tavalla toisiinsa hitsatuista putkista 25 muodostetun seinän 1-4 rajoittaman polttokammion 5. Putket muodostavat kattilan lämmönsiirtopintoja ja ovat kytketyt kattilan kiertojärjestelmään tavalla, jota ei ole lähemmin esitetty.The steam boiler shown in Figures 1-2 comprises a combustion chamber 5 delimited by four walls 1-4 formed of pipes 25 welded to each other in a manner known per se. The pipes form the heat transfer surfaces of the boiler and are connected to the boiler circulation system in a manner not shown.

30 Polttokammion alaosassa on polttoaineen syöttökanava 6. Siinä on myös primäärikaasun tuloaukko 7 ja sekundäärikaasun tuloaukko 8.30 The lower part of the combustion chamber has a fuel supply channel 6. It also has a primary gas inlet 7 and a secondary gas inlet 8.

Vaakasuora hiukkaserotin 9 on muodostettu polttokammion 35 päälle. Polttokammion vieressä on pystysuora konvektio-osa 10, joka on putkiseinien 1, 11, 12 ja 13 rajoittama ja johon lisäksi on sovitettu lämmönsiirtopinnat 14.A horizontal particle separator 9 is formed on the combustion chamber 35. Adjacent to the combustion chamber is a vertical convection section 10, which is delimited by the pipe walls 1, 11, 12 and 13 and to which heat transfer surfaces 14 are also arranged.

4 794044 79404

Hiukkaserottimen muodostamiseen on käytetty polttokammion kahta vastakkaista seinää 1 ja 2 sekä polttokammion seinän 2 kanssa polttokammion kohdalla rinnakkain kulkevaa seinää 15. Polttokammion seinä 1 ja seinä 15 on taivutettu toisiaan 5 vastaan ja yhdistetty toisiinsa niin, että ne muodostavat erottimen kaarevan seinän 16. Polttokammion seinä 2 on ensin taivutettu seinää 1 kohti niin, että se muodostaa polttokammion katon 17 ja kulkee sen jälkeen ensin vinosti ja sen jälkeen kaaressa ylöspäin, rinnakkain seinän 1 10 kaarevan osan kanssa niin, että ne muodostavat erottimen tulokanavan 18 sisä- ja ulkoseinän 19 ja 20, jonka sisääntu lo-osa 21 on suppeneva.To form the particle separator, two opposite walls 1 and 2 of the combustion chamber and a wall 15 running parallel to the combustion chamber wall 2 at the combustion chamber are used. The combustion chamber wall 1 and wall 15 are bent against each other 5 and connected to each other to form a separator curved wall 16. is first bent towards the wall 1 so as to form the roof 17 of the combustion chamber and then to run first obliquely and then in an arc upwards, parallel to the curved part of the wall 1 10 so as to form the inner and outer walls 19 and 20 of the separator inlet duct 18 the introduced lo-part 21 is tapered.

Polttokammion takaseinästä 2 ja sen kanssa rinnakkain 15 kulkevasta seinästä 15 on muodostettu erotinta polttokammion alaosaan yhdistävien palautuskanavien 22 kaksi vastakkaista seinää.The rear wall 2 of the combustion chamber and the wall 15 running parallel thereto 15 form two opposite walls of the return ducts 22 connecting the separator to the lower part of the combustion chamber.

Seinän polttokammion kattoa 17 ja tulokanavan sisäseinää 19 20 muodostava yläosa sekä seinän 15 yläosa muodostavat erottimen pyörrekammion 23, johon tulokanava 18 tangentiaalisesti liittyy. Kiintoaineen palautuskanavat 22 on yhdistetty pyörrekammion alaosaan. Pyörrekammion seinässä 19 on aukot 24, joihin kaasua pyörrekammiosta poisjohtavat putket 25 on 25 liitetty. Putket 25 kulkevat tulokanavan 18 läpi ja ne on yhdistetty polttokammion vieressä olevaan konvektio-osan 10 yläosaan. Putket ulottuvat pyörrekammion sisään ja niiden pyörrekammion sisässä olevat aukot 26 on suunnattu pyörre-kammion keskustaa kohti. Putket on sovitettu tulokanavaan 30 pääasiallisesti kohtisuoraan polttokammiosta tulevan kaasun virtaussuuntaa vastaan ja ovat kuten kuviosta 3 ilmenee poikkileikkaukseltaan virtaviivaisia, niin että niiden virtausvastus on pieni.The upper part forming the ceiling 17 of the wall combustion chamber and the inner wall 19 20 of the inlet duct and the upper part of the wall 15 form a vortex chamber 23 of the separator, to which the inlet duct 18 is tangentially connected. The solids return passages 22 are connected to the lower part of the vortex chamber. The wall 19 of the vortex chamber has openings 24 to which the pipes 25 for discharging gas from the vortex chamber are connected. The tubes 25 pass through the inlet duct 18 and are connected to the upper part of the convection section 10 adjacent to the combustion chamber. The tubes extend into the vortex chamber and their openings 26 inside the vortex chamber are directed towards the center of the vortex chamber. The tubes are arranged in the inlet duct 30 substantially perpendicular to the flow direction of the gas coming from the combustion chamber and are, as can be seen from Figure 3, streamlined in cross-section, so that their flow resistance is small.

35 Polttokammiosta poistuvat, kiintoainetta sisältävät savukaasut ohjaantuvat erottimen pyörrekammioon 23 tangentiaalisen tulokanavan 18 kautta. Pyörrekammion ulkokehälle rikastuva kiintoaine valuu pyörrekammion alaosaan ja palautetaan 5 79404 polttokammion palautuskanavien 22 kautta. Palautuskanavan alaosassa on ilmansyöttöaukko 27, jonka kautta voidaan puhaltaa limaa palautuskanavan toiminnan ohjaamiseksi. Puhdistetut kaasut poistetaan pyörrekammlosta kehällä 19 5 oleviin aukkoihin 24 liitettyjen putkien 25 avulla ja johdetaan konvektlo-osaan 10.The solid flue gases leaving the combustion chamber are directed to the separator vortex chamber 23 via a tangential inlet duct 18. The solid enriched on the outer circumference of the vortex chamber flows into the lower part of the vortex chamber and is returned through the combustion chamber return channels 22. At the bottom of the return duct there is an air supply opening 27 through which mucus can be blown to control the operation of the return duct. The purified gases are removed from the vortex chamber by means of pipes 25 connected to the openings 24 in the circumferential 19 5 and led to the convector part 10.

Kulumisen estämiseksi on erottimen muodostamat putkiseinät ja putket 25 sopivlmmln vuoratttu tulen- ja kulumisenkestä-10 väliä päällysteellä, esim. laastilla.In order to prevent wear, the pipe walls and pipes 25 formed by the separator are suitably lined between the fire and wear resistant surfaces with a coating, e.g. mortar.

Kuviossa 4 esitetyssä keksinnön sovellutuksessa, josta on esitetty ainoastaan sen yläosa, koska muut osat ovat kuvion 1-2 mukaiset, on erottimen 109 pyörrekammlosta 123 kaasua 15 poisjohtavat putket 125 sovitettu kulkemaan seinämien 119 ja 120 välisen tulokanavan 118 suppenevan sisääntulo-osan 121 läpi. Putket, jotka on liitetty pyörrekammion kehälle 119 sovitettuihin aukkoihin 124 muodostavat kulman vaakasuoran suunnan kanssa. Koska putket sijaitsevat tulokanavan 20 osassa, jonka poikkileikkauspinta on suhteellisen iso ja jossa virtausnopeus sen johdosta on alhainen ja joka sijaitsee pitkän välimatkan päässä siitä kohdasta, jossa kiintoainetta sisältävä kaasu virtaa pyörrekammioon, sen pyörre-kammion virtaustilaa häiritsevä vaikutus on pieni.In the embodiment of the invention shown in Fig. 4, which shows only the upper part because the other parts are according to Figs. 1-2, the gas discharge pipes 125 from the vortex chamber 123 of the separator 109 are arranged to pass through the converging inlet part 121 of the inlet duct 118 between the walls 119 and 120. The tubes connected to the openings 124 arranged on the circumference 119 of the vortex chamber form an angle with the horizontal direction. Because the tubes are located in a portion of the inlet duct 20 having a relatively large cross-sectional area and a low flow rate, and a long distance from the point where the solids gas flows into the vortex chamber, its effect on the vortex chamber flow is small.

2525

Putket 125 ovat poikkileikkaukseltaan nelikulmaiset. Kunkin putken 125 pyörrekammiossa olevassa päässä on putkenpätkä 128, jossa on aukko 126 putkenpään kohdalla. Putken 128 päissä olevat aukot 129 on suunnattu pyörrekammion päätyjä 30 130 kohti. Kulma on sopivimmin 10 - 60® ja edullisimmin n. 45®.Tubes 125 are rectangular in cross section. At the end of each tube 125 in the vortex chamber is a piece of tube 128 with an opening 126 at the end of the tube. The openings 129 at the ends of the tube 128 are directed towards the ends 30 130 of the vortex chamber. The angle is preferably 10 to 60® and most preferably about 45®.

Keksintö ei rajoitu esimerkkeinä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella ja soveltaa patentti-35 vaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Niinpä keksintöä voidaan soveltaa esim. reaktoreihin, joiden polttokammio ei ole jäähdytetty.The invention is not limited to the embodiments shown by way of example, but can be modified and applied within the scope of the inventive idea defined by the claims. Thus, the invention can be applied, for example, to reactors in which the combustion chamber is not cooled.

Claims

A circulating bed reactor comprising a vertical reactor chamber (5), a device (9, 109) for separating solid material from gases exiting from the reactor chamber, the vortex chamber (23, 123) coupled to the reactor chamber being substantially horizontal, a inlet channel (18, 118) conducting gases to the vortex chamber, a duct (25, 125) which conducts gases out of the vortex chamber and a duct (22) arranged to the vortex chamber which supplies separated solids to the reactor, characterized in that: a plurality of openings (24, 124) are spaced apart in the longitudinal direction of the vortex chamber in the vortex chamber (19, 119), that a pipe 15 (25, 125) is provided for each opening which discharges purified gases from the vortex chamber ( 23, 123), and that said tube extends into the vortex chamber.

Circulating bed reactor according to Claim 1, 20, characterized in that the tubes (25, 125) which discharge gas have been arranged to pass through the inlet duct (18, 118).

Circulating bed reactor according to Claim 1 or 2, characterized in that the tubes which emit gas have been arranged to flow through the converging inlet portion (121) of the inlet duct.

4. Circulating bed reactor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the tubes which discharge 30 gas form a 15 - 60 * angle with the horizontal plane.

Circulating bed reactor according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the openings (26) in the pipes which discharge gas have been directed towards the center of the vortex chamber 35 (23).

Circulating bed reactor according to any one of claims 1-4, characterized in that the openings (129) in