FI86767B - Foerfarande foer foerbraenning av braensle i en fluidiserad baedd samt fluidiserad baeddanordning foer utfoerande av foerfarandet. - Google Patents

Description

1 86767

Menetelmä polttoaineen polttamiseksi leijukerroksessa sekä leijukerroslaitteisto menetelmän suorittamiseksi

Leijupatjakattilat, jotka polttavat korkearikkistä kivihiiltä, ovat tunnettuja tyypiltään. Nämä kattilat toimivat tavanomaisella kuplimistekniikalla, jossa leijupatja toimii 1,21-3,66 m/s:n pintanopeudella ja jossa patja koostuu partikkeleista, joiden keskimääräinen halkaisija on suunnilleen 1000 μτη. Hiili poltetaan kuplivassa patjassa ja kalkkikiveä tai dolomiittisorbenttia lisätään rikkidioksidin emittoitu-misen vähentämiseksi. Lisättävän sorbentin raekoko on 1000-2000 μπι ja patja koostuu suurimmalta osaltaan kivihiilituh-kasta, käytetystä sorbentista ja osittain käytetystä sorben-tista sekä osittain palaneista polttoainepartikkeleista. Kuplivassa patjassa on putkia lämmön siirtämiseksi höyryyn. Putkia on asennettu myös patjan yläpuolelle vapaakammioon siirtämään lämpöä palokaasuista ja jäähdyttämään täten näitä. Käytössä patja liettää hienoja partikkeleita kuten hiiltä, tuhkaa ja osittain käytettyä sorbenttia. Monet näistä partikkeleista siepataan kierrätyssykloniin, joka seuraa lämmönvaihdinta. Nämä partikkelit palautuvat patjaan polt-taakseen polttoainepartikkeleita ja edistävät käyttämättömän sorbentin rikkidioksidin lisäabsorboimista. Erittäin hienot partikkelit karkaavat kierrätyssyklonista ja jäävät suoda-tinjärjestelmään. Virtausnopeus kierrätyksessä vastaa suunnilleen kiinteiden polttoaineiden ja kattilaan syötettävän sorbentin kokonaisvirtausnopeutta.

Tavanomaisilla leijupatjakattiloilla on lukuisia haittapuolia. Yksi haitta on matala polttohyötysuhde, n. 97 %, koska pienet palamattomat polttoainepartikkelit karkaavat polttojärjesteiltään. Tämä ongelma pahentuisi suuresti, jos kattilaa yritettäisiin käyttää sellaisen polttoaineen polttamiseen, jossa on vähän haihtuvia aineosia, kuten öljykoksi, jossa on 90 % haihtumatonta hiiltä. Verrataan kivihiileen, jossa on 42 % 2 86767 haihtumatonta hiiltä. Toinen haitta on huono sorbentin hyödyntäminen. Kalsiumin ja rikin moolisuhteen tulisi olla vähintään 3:1, jotta voitaisiin aikaansaada rikkidioksidin vähentäminen 90 %:lla, joka vastaa tavallisia ilmansaastutta-mista koskevia määräyksiä. Tähän on syynä se, että suhteellisen suuret sorbenttipartikkelit absorboidessaan rikkidioksidia pinnoillaan materiaalin sisäosa jää suurimmaksi osaksi käyttämättä. Kolmas haitta on se, että nämä kattilat emittoivat saastuttavia typpidioksideja, jotka syntyvät polttoaineen sisältämästä typestä. Monissa osissa maata typpioksidipäästöt eivät ylitä paikallisia määräyksiä, mutta joillakin alueilla kuten Etelä-Kaliforniassa, ne ylittävät. US-patenttijulkaisussa 4 177 741 ehdotetaan tavanomaisten leijupatjakattiloiden hyötysuhteen kohottamista kierrätetyn jauheen kokoonpuristamisella ennen kuin se johdetaan takaisin kuplivaan patjaan. Näin estetään jauheen lentäminen ulos patjasta ja edistetään sen palamista patjassa. US-patenttijulkaisussa 4 259 911 esitetään kivihiilijauheen ja kierrätetyn materiaalin kokoonpuristamista ennen patjaan injektoimista. US-patenttijulkaisussa 4 329 234 ehdotetaan sorbentin hyödyntämisen parantamiseksi osa leijupat-jasta poistettavaksi sekä sorbenttipartikkeleiden jauhamista halkaisijaltaan 50 mikroniksi, jolloin kehittyy uutta pintaa rikkidioksidin sorptiolle. Murretut partikkelit johdetaan patjaan polttoainehiilen kanssa kokoonpuristettuina. Kaikki nämä menetelmät ovat muunnelmia klassisesta kuplimispatjakattilasta, jota kuvattiin aiemmin.

DE-patenttijulkaisussa 3 023 480 kuvataan erilaista tapaa aikaansaada sorbentin hyvä hyödynnettävyys vähennettäessä rikkioksidia palokaasuista. Tämän patenttijulkaisun mukaan päästetään palokaasua leijupatjan läpi, jossa on 30-200 ^um:n kokoisia sorbenttipartikkeleita ja jonka pintanopeus on 0,9-9,1 m/s. Näin saadaan leijutettu massa, jonka partikkelitiheys on 0,1-10 kg/m ja jonka kiinteä aine tempautuu leijutuskaasun mukaan. Partikkelit, jotka tempautuvat mukaan suuren kaasun nopeuden takia, poistetaan kierrätyssyklonilla ja palautetaan li 3 86767 massaan, jonka lämpötila on 700-1000°C. Tunnissa kierrätettävä määrä vastaa suunnilleen leijutetun massan painoa viisinkertaisena. Tämä menetelmä mahdollistaa tehokkaan rikkidioksidin vähentämisen käytettäessä hienoja ja voimakkaasti sekoitettuja partikkeleita, joilla on suuri pinta-ala. Tässä patenttijulkaisussa ei kuitenkaan esitetä polttamista edellä esitetyssä kuljetusreaktorissa ottamalla lämpöä talteen reaktorissa olevilla putkilla.

US-patenttijulkaisussa 4 111 158 kuvataan leijupatjakattila, joka perustuu leijupatjan periaatteeseen ja joka tarjoaa parannuksia polttohyötysuhteeseen, rikkioksidin poistoon ja typpioksidin kontrolloimiseen ja vähentämiseen. Kun kuplimis-tekniikalla toimivat kattilat käyttävät pintanopeuksia 1,21-3,66 m/s ja kun näillä on selvästi määriteltävä yläpinta, polttokat-tilat, joissa on patja, toimivat pintanopeuksilla 4,5-13,7 m/s. Näillä ei ole selvästi määriteltävää yläpintaa vaan pikemminkin partikkelitiheyden porrastus polttokattilan pohjasta sen pintaan. Partikkeli siirtyy kaasuvirrassa reaktoriin ja se erotetaan siitä kierrätyssyklonissa, joka sijaitsee reaktorin jälkeen, jolloin partikkeli ohjataan reaktorin pohjalle.

Partikkelikoko vaihtelee välillä 30-250 ,um ja partikkelitiheys 3 20-40 kg/m reaktorin yläosassa. Lämpöä ei oteta talteen partikkeleista tai kaasuista reaktorissa eikä kierrätyksen aikana. Reaktorin putket tulisivat alttiiksi voimakkaalle eroosiolle eivätkä ne olisi tehokkaita lämmönsiirrossa, koska partikkeli- 3 tiheys on pieni verrattuna kuplivaan patjaan (500 kg/m ).

Lämpö otetaan talteen johtamalla osa patjasta reaktorin pohjasta ja jäähdyttämällä sitä erillisessä leijupatjan lämmönvaih-timessa, joka on optimoitu prosessia varten. Suuri polttohyöty-suhde saavutetaan täysin palavilla pienillä polttoainepartikke-leilla erittäin turbuloivassa reaktorissa ja kuumassa kierrätyksessä. Saavutetaan myös tehokas sorbentin käyttö käyttämällä hienoja partikkeleita ja pitämällä nämä hienoina tehollisessa lämpötilassa reaktorin ja kierrätyksen läpi. Rajoitettu typpioksidin kontrolli saadaan johtamalla jatkuvasti polttoilmaa 4 86767 koko reaktorin pituudelle. Järjestelmän haittapuoli on erillisen leijupatjalämmönvaihtimen sekä suuren kierrätys-syklonin tarve.

Ammoniakin ruiskuttamista typpioksidien vähentämiseksi on ehdotettu US-patenttijulkaisussa 3 900 554. Tässä kuvataan peruskaasufaasireaktio, jossa ammoniakki vähentää valikoivasti typpioksidia hapen länsäollessa 950-1000°C:n lämpötilassa ja esitetään, että voidaan saada aikaan 20 %:n typpioksidin vähennys ammoniakin ja typpioksidin moolisuhteel-la 2. Sitä vastoin ei mainita hyvän sekoituksen tuomaa etua, kuten kierrätyssyklonissa, joka tuottaa 95 % typpioksidia samalla moolisuhteella 2.

EP-A-112237 kuvaa leijukerrospolttoon tarkoitettua laitetta, jossa kiinteät aineet kerätään talteen polttimesta ja sitten säilytetään erillisessä astiassa. Nämä kiinteät aineet varastoidaan energian talteenottamiseksi. Kun varas-tointisäiliö täytetään, polttimeen syötetty primaaripoltto-ainevirta katkaistaan ja poltin kuumennetaan ruiskuttamalla sen sisään kerättyä materiaalia. Tässä systeemissä käytetään siten pikemminkin jaksottaista uudelleeninjektiota jatkuvan kierrätyksen sijasta.

EP-A-118931 kuvaa laimeaa leijukerrosta, ts. kerrosta, jolta puuttuu yläraja eli koko reaktoritila on täytetty leijutetulla aineella eikä vapaakammiota ole. Systeemi näyttää olevan isoterminen mitä tulee sykloniin ja reaktoriin, vaikkakin jäähdytystä aikaansaadaan poistamalla systeemistä kiinteää ainetta ja jäähdyttämällä se ennen sen takaisin-syöttöä. Reaktio tiettävästi jatkuu koko kierrätyksen ajan.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada korkean palamishyötysuhteen ja tehokkaan sorbentin hyväksikäytön 86767 tuomat edut käyttämättä erillistä leijupatjan lämmönvaih-dinta, jossa olisi suuri kierrätyssykloni. Tämä tavoite on nyt saavutettu menetelmällä ja laitteella, joille pääasiassa on tunnusomaista se, mitä sanotaan patenttivaatimusten 1 ja 7 tunnusmerkkiosissa.

Esillä oleva keksintö käyttää kuplimistekniikalla toimivaa leijupatjakattilaa, jossa on patjansisäiset putket lämmönsiirtoa varten. Patjan partikkelien keskimääräinen koko on välillä 100-800 μιη, joista 20-40 % on pienempiä kuin 200 μιη. Patjan pintanopeus on 0,9-2,13 m/s, siis paljon pienempi kuin leijupatjan 4,5-13,7 m/s. Suhteellisen pienen pin-tanopeuden tuloksena yhdessä patjan pienen partikkelikoon kanssa on kuplivan patjan syntyminen suurella patjan jauhe-osien liettämisnopeudella. Patjan huipulla saavutetaan 0,5 kg/m3:n partikkelitiheys. Tämä on verrattavissa tyypillisen entratun patjan 10-40 kg/m3:n partikkelitiheyteen. Kuitenkin esillä oleva keksintö käyttää entratulle patjalle tyypillisiä partikkelikokoja, mutta huomattavasti tätä pienempiä pintanopeuksia mutta kuitenkin muodostaa kuplivan patjan, jossa tapahtuu oleellisesti vähemmän patjamateriaalin siirtymistä.

Verrattuna tavanomaiseen leijupatjakattilaan tämä käyttää paljon pienempää keskimääräistä partikkelikokoa (500 μιη verrattuna 6 86767 1000 ^um:iin) ja huomattavasti suurempaa patjan siirtelyä. Tavanomaisen leijupatjakattilan kierrätysnopeus vastaa suunnilleen yhdistettyä kiinteiden aineiden syöttönopeutta, kun tämän keksinnön on kierrätysnopeus 20 kertaa tätä arvoa suurempi patjan vaihtuessa joka 40. minuutti. Toisin kuin kuplimistek-niikalla toimivat kattilat esillä oleva keksintö ei käytä minkäänlaista lämmönvaihtopintaa patjan ja kierrätyssyklonin välillä kaasun ja partikkelien jäähdyttämiseksi, jollaisia puolestaan käytetään entrauskattiloissa. Tämä keksintö käyttää isotermistä kierrätystä toimien poltolle tai rikin poistolle ideaalisessa lämpötilassa. Toisin kuin kuplimistekniikalla toimiva tai entrauskattila tämä keksintö käyttää ammoniakin ruiskutusta kierrätyssyklonin sisäänmenossa typpioksidiemission kontrolloimiseksi. Lisäetuina ovat patjassa olevissa putkissa tapahtuva 100-300 %:n lämmönsiirtokertoimen kasvu pienen partikkelikoon ansiosta sekä putkien eroosion väheneminen (verrattuna tavanomaisiin kupliviin patjoihin) pienten pintanopeuksien ansiosta. Eräs toinen mielenkiintoinen seikka on leijutusnopeuksien I0:l-alue, joka mahdollistaa täysin leijutetun käynnistyksen pienellä läpivirtauksella.

On osoittautunut, että käyttämättä ammoniakkia voidaan saada aikaan 86 %:n typpioksidien vähennys toimimalla matalassa lämpötilassa, 788°C, jolloin polttoaineesta peräisin olevasta types tä syntyy vähemmän typpioksideja. Lisäksi on tunnettua, että terva vähentää typpioksideja hapen läsnäollessa 788°C:n lämpötilassa. 788°C:n lämpötilassa lietetään patjasta suuri määrä tervaa ja johdetaan kierrätykseen. Osa 86 %:n typpioksidi-poistosta aiheutuu sen reaktiosta kuuman tervan kanssa mutta tämän vaikutuksen suuruus on tuntematon.

Esillä oleva keksintö koskee täten menetelmää ja laitetta polttoaineen polttamiseksi, jolla on erinomainen suorituskyky ja tehokkuus.

Keksintö esitetään seuraavassa lähemmin viittaamalla piirustukseen, jossa li 7 86767 kuva 1 on pystyleikkauskuva keksinnön mukaisesta laitteesta.

Esillä olevan keksinnön erikoisen edullisen sovellutusmuodon mukaan käytetään järjestelmää, joka muodostuu leijupatjakatti-lasta 10, jossa on polttokammio 11, jossa on edelleen leijupat ja B levitystason 12 päällä. Kattila 10 käsittää jäähdytys-putket 13, jotka ovat leijupatjassa B, polttoaineen syöttöput-ken 14, sorbentin syöttöputken 15 ja patjan laskuputken 16. Leijutusilma johdetaan kattilan 10 pohjaan 17:sta. Kuuma kaasu ja lietetyt partikkelit, jotka lähtevät patjan B pinnasta menevät vapaakammion 18 läpi ja ne johdetaan kanavan 19 kautta kier-tätyssykloniin 21, joka on asennettu patjan yläpuolelle, jotta hienot partikkelit voivat virrata vapaasti takaisin patjaan suoran tiputusputken 22 läpi, jossa on vastaava tiputusputken 22 pääosa. Kierrätyssyklonin jakopiste on suunnilleen 12 mikronia .

Ammoniakki ruiskutetaan sisään kuumakaasuvirtaan kanavan 19 läpi, joka sijaitsee juuri ennen kierrätyssyklonia, ammoniakkiin jektorilla 23, jolloin typpioksidit vähenevät polttoaineen palaessa polttoaineesta peräisin olevan typen kanssa. Ammoniakkia saadaan varastotankista 24.

Kuuma kaasu lähtee kierrätyssyklonista 21 kanavan 25 kautta ja kulkeutuu konvektiolämmittimen 26 läpi, jossa kaasun jäljellä oleva lämpö siirtyy pois. Konvektiolämmittimen 26 jälkeen kaasu menee suodatinjärjestelmän 27 läpi, kuten letkusuodatti-men läpi, jossa kaasusta poistetaan pölyä ennen kuin se ajetaan ulos piipusta 28.

Tämän keksinnön mukaan saadaan aikaan leijupatjapoltinmenetelinä ja -laitteisto, jossa on kuplimistekniikalla toimiva leiju-patjapoltin, jonka pintanopeus on välillä 0,15-2,13 m/s, mutta jonka patjamateriaalin raekoko on välillä 45-2000 ^,um, jossa vastaavasti 40-20 % patjamateriaalista on alle 200 yum halkaisijaltaan. Suuri fraktio tulee dolomiittia käytettäessä syötettävän dolomiittiraaka-aineen koosta. Kuplimispatjassa on 8 86767 putkia lämmön siirtämiseksi kuumasta leijupatjasta; lämmönsiir- tokerroin on näiden putkien ulkopinnalla välillä 567-1136 2 W/(m K) hienojen patjapartikkelien ansiosta. Kiinteä tai nestemäinen polttoaine syötetään suoraan patjaan, jossa on kiinteää polttoainetta. Jos käytetään rikkisorbenttia kuten kalkkikiveä (CaCO^) tai dolomiittia, se syötetään myöskin suoraan patjaan.

Leijupatjapolttimessa on kuuma vapaakammio, jossa ei ole läm-mönvaihtopintaa. Suuri osa jauheesta lietetään leijupatjasta kuumaan tilaan, jolloin saadaan aikaan erinomainen sekoitus partikkelien ja kaasun välille sekä riittävä saostusaika kemiallisille reaktioille. Suurin osa patjasta vapaakammioon liete-tyistä partikkeleista putoaa takaisin patjaan, mutta huomattava osa kulkeutuu kuuman kaasun mukana kierrätyssykloniin, jossa se erotetaan kaasusta ja palautetaan patjaan, kaiken tapahtuessa olennaisesti samassa lämpötilassa, joka vallitsee leiju-patjassa. Sykloniin saapuvien partikkelien määrä kaasussa on suunnilleen 0,5 kg/m . Pidennetty saostusaika ja erinomainen hienojen hiilipartikkelien ja happirikkaan palokaasun sekoitus sekä vapaakammiossa että kierrätyssyklonissa aikaansaavat hiilipartikkelien täydellisen palamisen, joten ne eivät voi lähteä kierrätyssyklonista. Kierrätyshiilen etuna uskotaan olevan lisäyksen, jonka se saa aikaan typpioksidin poistossa alle 760°C:n lämpötiloissa. Samalla tavoin pidennetty saostusaika ja erinomainen hienojen sorbenttipartikkelien ja rikkioksidien sekoitus kuuman vapaakammion palokaasussa ja kierrätyssyklonissa edistävät sorbentin hyvää rikkioksidisaantia. Hienot partikkelit ovat n. Is patjassa ja 3 s vapaakammiossa ja kierrätyssyklonissa. Kierrätyssykloniin on suunniteltu 5 ^um jako-piste sekä erittäin tehokas tiputusputki, jolloin suuri osa partikkeleista, jotka ovat suurempia kuin 5 ^um, kiertävät helposti takaisin paon suodatinsysteemiin samalla estyessä. Siepattujen partikkelien virtausnopeus kierrätyksessä on noin 20 kertaa sorbentin ja polttoaineen yhdistetty virtausnopeus.

Sen virtaus tunnissa vastaa leijupatjan painoa kaksinkertaisena .

9 86767

Jos polttoaineessa on polttoaineesta peräisin olevaa typpeä ja vaaditaan typpioksidin vähentämistä, kuumaan palokaasu-virtaan ruiskutetaan ammoniakkia juuri ennen kierrätyssyklo-nin sisäänmenoaukkoa. Vaikka ammoniakki vähentää valikoivasti ja erittäin tehokkaasti typpioksidia ilman katalyysiä välillä 950-1000°C, tässä keksinnössä tehokas poisto saavutetaan normaalisti käyttämällä leijupatjaa lämpötilavälillä 788-900°C ja saavuttamalla 0-84°C:n lisäys patjan yläpuolella palamisen jälkeen. Ruiskutettaessa ammoniakkia ammoniakki/typpioksidi-moolisuhteella 1,5-2 antaa 80-90 %:n typpioksidin poiston kier-rätyssyklonissa tapahtuvan erinomaisen sekoituksen ansiosta. Tietyissä olosuhteissa typpioksideja poistuu ilman ammoniakki-ruiskutuksen käyttöäkin. Toimittaessa matalassa 788°C:n lämpötilassa ja käyttämällä polttoainetta, jossa on suuri prosentuaalinen osuus haihtumatonta hiiltä, huomattava osa kierrätys-partikkeleista on hiiltä. Nämä kuumat hienot partikkelit vähentävät typpioksideja siten, että 86 %:n poisto on saavutettu tällä keksinnöllä.

Kuuma palokaasu ja pöly, jotka lähtevät kierrätyssyklonista, kulkevat lämmönvaihtimen läpi, jossa kaasut jäähtyvät ulosmeno-lämpötilaansa. Lopulta suodatinjärjestelmä poistaa pölyn ennen palokaasujen ulospääsyä.

Esillä oleva keksintö tarjoaa täten mahdollisuuden polttaa puhtaasti suuren valikoiman kiinteitä ja nestemäisiä polttoaineita, joista jotkut voivat olla erittäin vaikeasti palavia, (kuten öljykoksi, jossa on 90 % haihtumatonta hiiltä, ym. huonosti höyrystyviä aineosia) tai polttoainetta, jotka voivat sisältää rikkiä tai typpeä tai niiden yhdistelmää, jotka kaikki aiheuttavat ilman saastumista. Esillä olevalla keksinnöllä poltetaan näitä polttoaineita käyttämällä tavanomaista kuplimispatjaa, jossa on hieno partikkelikoostumus sekä tämän jauheen takaisin-kierrätys suurelta osin kuplimispatjän yläpuolella olevan kuuman kierrätyslenkin läpi. öljykoksilla, jossa on 90 % haihtumatonta hiiltä, saadaan 99,4 %:n hyötysuhde sekä 98 %:n rikki- ,0 86767 oksidien poisto kalsium/rikkimoolisuhteella 1,8. 95 %:n typpi oksidien väheneminen saavutetaan ammoniakki/typpioksidimooli-suhteella 2. Kaikki tämä tapahtuu leijupatjan kierrätysjärjestelmän puitteissa ja samanaikaisesti tämän toiminnan kanssa.

Esillä olevan keksinnön lisäetuna on suuri 15:l:een ulottuva nes-teytysskaala. Koska kupliva leijupatja koostuu pienistä partikkeleista, sen minimi fluidaationopeus on niinkin pieni kuin 0,15 m/s.

Esimerkki - öljykoksi öljykoksia poltettiin ilmalla leijupatjakattilassa, jonka rakenne on kuvattu kuvassa 1. Leijupatjakattila oli halkaisijaltaan 0,91 m ja korkeudeltaan 3,66 m sen yläpuolelle rakennettu kierrätyssykloni mukaanluettuna. Leijupatjakattilassa oli tulenkestävä vuoraus. Kupliva patja toimii 1,0-1,22 m:n syvyydellä sekä sisälsi ilmaputkia lämmön siirtämiseksi ulos patjasta.

Testiin käytetyllä öljykoksilla oli seuraava koostumus ja lämpöarvo :

Haihtumaton hiili 89,7 paino-%

Typpi 1,9

Rikki 2,1

Muut haihtuvat aineet 4,4

Tuhka 0,3

Kosteus 1,6

Ylempi palamisarvo 33 190 kJ/kg Tämä polttoaine on vaikeaa polttaa, koska siinä on paljon haih-tumatonta hiiltä ja vähän haihtuvia aineosia. Se sisältää myös typpeä ja rikkiä, jotka muodostavat ilmaa saastuttavia typpioksideja ja rikkioksideja. Polttoaine johdettiin leijupatjaan polttoaineen syöttöaukosta, suurimman osan aineesta ollessa halkaisijaltaan 50-400 yum. Dolomiitti, rikin sorbentti johdettiin patjaan sorbentin syötöstä. Sen koostumus oli: ,, 86767

Kalsiumkarbonaatti 56,6 paino-%

Magnesiumkarbonaatti 45,5

Inertit aineosat 0,9

Sen koko oli välillä 4700-1200 yiim. Tämä erityinen dolomiitti hienonnettiin kuumentamalla patjassa pieniksi partikkeleiksi.

Leijupatja muodostui alunperin murskatusta dolomiitista, jonka keskimääräinen koko oli 800 yum.

Noin 500 tunnin testaamisen jälkeen patja muodostui tuhkasta, käytetystä sorbentista ja osittain käytetystä sorbentista; keskimääräinen raekoko oli stabiloitunut n. 300 ^uimiin. Leijupatja toimi keskimääräisellä 1,22 m/s:n pintanopeudella. Oli välttämätöntä vähentää patjaa ajoittain vakiosuuruisen tason ylläpitämiseksi.

Kierrätyssykloni suunniteltiin pitämään suurin osa partikkeleista suurempana kuin 5 /um leijupatjakattilassa ja suunniteltiin tiputusputki, jossa olisi mahdollisimman pieni vastus partikkelien takaisinvirtaamiselle. Tuloksena saatiin jauheen suuri kierrätysnopeus kierrätyksen tuntia kohden ollessa suunnilleen kaksi kertaa patjan paino ja 20 kertaa yhdistetty kiinteän aineen syöttö. Polttoainepartikkelit ja sorbentti-partikkelit, jotka eivät olleet kykeneviä lähtemään leiju-patjasta kaasuvirran mukana ennen kuin ne saavuttivat erittäin pienen koon, säilyivät patjassa ja hienontuivat patjan toimiessa. Polttoainepartikkelit, jotka estyivät lähtemästä leiju-patjakattilasta, paloivat täydellisesti taaten myös vaikealle, n. 90 % haihtumatonta hiiltä sisältävälle polttoaineelle korkean polttohyötysuhteen. Polttohyötysuhdetta parannettiin edelleen kierrätysradan isotermisyydellä. Polttoainepartikkeli kuumennetaan täyteen polttolämpötilaansa patjassa eikä sitä jäähdytetä vapaakammiossa eikä kierrätyssyklonissa. Toimittaessa patjalämpötilalla 971°C 20-30 %:n ilmaylimäärällä saavutettiin 99,4 %:n polttohyötysuhteet. Jälkipalaminen patjan yläpuolella vaihteli välillä 27-56°C. Sorbenttipartikkelien hienoksijauha- 12 86767 minen ja ylläpitäminen mahdollisti sorbentin absorboida rikkiä kaasusta laajalla pinta-alalla leijupatjakattilassa.

98 %:n rikkioksidipoisto saavutettiin kalsium/rikkimoolisuh-teella 1,8. Kattilassa olevan hienon partikkelikoon tarjoama lisäetu oli lämmönsiirtokertoimen kasvu patjan sisällä olevien putkien pinnalla. Havaittiin lämmönsiirtokertoimien vaih- 2 televan välillä 567-1136 W/(m K) putkien ulkopinnalla, kun 2 se on tavanomaisessa leijupatjakattilassa 227-341 W/(m K).

Typpioksidien vähentämiseksi Etelä-Kalifornian paikallisten saastumista koskevien valvontalakien mukaisiksi ruiskutettiin ammoniakkia palokaasun sekaan ennen syklonia, jolloin typpioksidia väheni valikoivasti typeksi ja vedeksi tunnettujen reaktioiden mukaisesti. NH^/NO-moolisuhteella 2 vähennettiin n. 95 % typpioksideista.

Esimerkki - Utahin kivihiili

Utahin kivihiiltä poltettiin samassa edellä kuvatussa leiju-patjakattilassa. Hiilen koostumus ja lämpöarvo olivat seuraa-vat:

Haihtumaton hiili 43 %

Typpi 1,3 %

Rikki 0,6 %

Muut haihtuvat aineet 37,1 %

Tuhka 8,0 %

Kosteus 10,0 %

Ylempi palamisarvo 26 750 kJ/kg

Utahin kivihiilessä oli huomattavasti vähemmän haihtumatonta hiiltä ja huomattavasti enemmän haihtuvia aineita kuin öljy-koksissa ja oli täten helpompaa polttaa. Kivihiilen partikkelikoko oli - 41,7 mm. Rikkisorbenttina oli sama dolomiitti, jota käytettiin edellisessä esimerkissä. Sen koostumus oli seuraava: li 13 86767

Kalsiumkarbonaatti 56,6 paino-%

Magnesiumkarbonaatti 45,5 paino-%

Inertit aineet 0,9 paino-%

Sen koko oli välillä 1200-4700 ^um mutta se hienonnettiin kuumentamalla hienoiksi patjapartikkeleiksi.

Polttohyötysuhde kivihiilellä oli 99,8 % 20 %:n ilmaylimää- rällä patjalämpötilassa 871°C. Kivihiilellä kattilaa voidaan käyttää niinkin matalassa lämpötilassa kuin 760°C ainoastaan 20 %:n ilmaylimäärällä säilyttämällä hyvät poltto-ominaisuudet, öljykoksia käytettäessä hyväksyttävät poltto-ominaisuudet voitaisiin säilyttää lämpötilassa 788°C ainoastaan kasvattamalla ilmaylimäärää 60 %:iin. Kivihiiltä käytettäessä 871°C:n lämpötilassa jälkipalaminen patjan yläpuolella väheni 5,6-11,1°C:een. Rikki- ja typpioksidien väheneminen olivat samat kuin öljykoksia käytettäessä.

Claims (10)

14 86767

1. Menetelmä kiinteiden tai likaisten nestemäisten polttoaineiden polttamiseksi atmosfäärisessä leijukerrospolttokam-miossa (10) hyödyllisen energian talteenottamiseksi, jossa: ylläpidetään inerttien hiukkasten, tuhkan ja osittain palaneiden polttoainehiukkasten leijukerros (B) syöttämällä kaasua ylöspäin kerroksen läpi; kerätään oleellisesti kaikki kerroksen poistokaasussa oleva erottunut hienojakoinen materiaali kierrätyssykloniin (21) ja palautetaan se kerrokseen; ja otetaan talteen lämpöä kierrätyssyklonin (21) alavirrassa olevasta poistokaasusta; jolloin oleellisesti kaikki polttoaineiden polttaminen tapahtuu leijukerroksessa eikä leiju-kerroksen yläpuolella olevassa vapaakammiossa (18) tai kier-rätyssyklonissa (21); otetaan talteen lämpöenergiaa leiju-kerroksen (B) poltosta eikä vapaakammiosta (18) tai syklonista (21); pidetään hiukkasten kierrätysrata, johon kuuluu leijukerros (B), vapaakammio (18) ja sykloni (21), oleellisesti vakiolämpötilassa; ja pidetään kerros sellaisessa pin-tanopeudessa, joka aiheuttaa huomattavaa, mutta kontrolloitua hienojen partikkeleiden poistoa kerroksesta; tunnettu siitä, että keskimääräinen hiukkaskoko on välillä 100-500 μπί; kerroksessa ylläpidetään 0,15-2,2 m/s:n pintanopeus, jolloin aiheutuu huomattavaa mutta kontrolloitua hienojen partikkelien poistoa kerroksesta; leijukerroksen hienojakoisen materiaalin kierrätyksen ollessa jatkuvaa ja kierrätyssyklonin (21) läpi kulkevan tunnittäisen palautusvirran vastatessa 1-5 kertaa kerroksessa olevan materiaalin painoa.

2. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoainehiukkasten polttaminen leijukerroksen yläpuolella rajoitetaan korkeintaan lämpötilaan 38°C ja edullisesti lämpötilaan noin -6,7°C.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että leijukerroksen (B) lämpötila pidetään välillä 788°C ja 900°C ja polttoainehiukkasten leijukerroksen yläpuolella tapahtuva jälkipoltto rajoitetaan lämpötilaan 65,5°C typ-pioksidiemission estämiseksi sidottua typpeä sisältävästä li 15 86767 polttoaineesta, ammoniakin läsnäollessa ilman katalyytin apua.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pidetään leijukerroksen poltinta lämpötilassa 760-816°C polttoaineen poltosta syntyvän typpioksidien muodostuksen minimoimiseksi ja hiilen muodostuksen edistämiseksi, jolloin kuuma hiili vähentää typpioksidia kerroksessa ja kierrätysmutkassa.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisätään rikkioksidisorbenttia (15) atmosfääriseen leijukerrospolttimeen (10) rikkioksidiemissi-oiden vähentämiseksi.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuodaan ammoniakkia polttokaasuvir-taan kohtaan, joka on välittömästi ylävirtaan (23) kierrä-tyssykloniin nähden, typpioksidiemissioiden estämiseksi.

7. Leijupetipolttolaite jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän suorittamiseksi, joka laite käsittää seuraavan yhdistelmän: atmosfäärisen leijukerrospolttimen (10); välineet kiinteän tai likaisen nestemäisen polttoaineen ja inerttien hiukkasten syöttämiseksi polttimeen; välineet (17) leijuilman tuomiseksi polttimen (10) pohjaan; kierrätyssyklonin (21) oleellisesti kaiken sen poistuvan materiaalin keräämiseksi, joka karkaa leijukerrospolttimen (10) poistoaukosta ja kerätyn materiaalin palauttamiseksi leijukerrokseen (B); välineet lämmön keräämiseksi kerroksesta (13) ja poistokaasuvirrasta (26), muttei vapaakammiosta (18) tai syklonista; sekä välineet pölyn (27) keräämiseksi jäähdytetystä poistokaasuvirrasta; tunnettu siitä, että sykloni on järjestetty kierrättämään hienojakoinen materiaali jatkuvalla periaatteella.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on välineet (15) rikkioksidisorbentin syöttämi 16 86767 seksi atmosfääriseen leijukerrospolttimeen (10) samanaikaisesti polttoaineen kanssa.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on välineet (23) ammoniakin syöttämiseksi kuumaan polttokaasuvirtaan välittömästi ylävirtaan kierrä-tyssykloniin (21) nähden.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 7-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että välineet (26) lämmön talteenottamiseksi poistokaasuvirrasta sijaitsevat alavirtaan poistuvan materiaalin keräämiseen ja palauttamiseen tarkoitettuihin välineisiin (21) nähden.