FI90208B - Syöpymistä kestävällä poisto-osalla varustettu sykloni - Google Patents

Description

1 90208

Syöpymistä kestävällä poisto-osalla varustettu sykloni

Esillä oleva keksintö kohdistuu sykloniin hiukkasmaisen 5 materiaalin erottamiseksi kaasusta. Tarkemmin määriteltynä keksintö koskee syklonia hiukkasmaisen materiaalin, esimerkiksi eri tuhkalajien ja/tai käytetyn kerrosmateriaalin, erottamiseksi kaasusta, joka materiaali voimalassa, jossa poltto tapahtuu paineenalaisessa leijukerroksessa, poistuu 10 polttokammiosta yhdessä polttokaasujen kanssa, jossa syklonissa on olennaisesti pystysuuntainen akseli ja ylempi sylinterimäinen osa, alempi kartiomainen osa, tangentiaali-nen sisääntulo hiukkasmaista ainetta sisältävää kaasua varten ja keskeinen poistoaukko kaasua varten syklonin ylä-15 päässä ja pohja sen alapäässä. Sykloni on lähinnä tarkoi tettu polttokaasujen puhdistamiseen PFBC-voimalassa (voimala, jossa poltto tapahtuu paineenalaisessa leijukerroksessa) erottamalla tuhka ja/tai käytetty kerrosmassa, joka poistuu kerroksesta ja polttokammiosta yhdessä polttokaa-20 sujen kanssa. (PFBC tulee englanninkielisen ilmaisun Pressurized Fluidized Bed Combustion alkukirjaimista.)

Esillä olevaa keksintöä voidaan kuitenkin soveltaa myös muihin laitteisiin, joissa syövyttävä, hiukkasmainen materiaali erotetaan kaasuista, esim. hiilenkaasutuslaitteis- /-..25 töihin.

Kun materiaali erotetaan syklonissa, muodostuu kiertävä pyörre ja kiinteät hiukkaset kerääntyvät syklonin seinään. Syklonin kartiomainen alaosa lisää hiukkasten keskittymistä .30 ja hiukkasten nopeutta suhteessa sykloninseinään, jolla on pienenevä halkaisija, mikä lisää hiukkasten syövyttävää vaikutusta. Syklonin poisto-osa on ratkaiseva osa kulumisen : kannalta. Yksi tapa ratkaista tämä on ollut asentaa lait teita, jotka pienentävät pyörteen pyörimisnopeutta ("pyör-:-.-35 teenkatkaisin"), tai valmistaa poisto-osa karkaistusta, kulumista kestävästä materiaalista tai vuorata se tällai- 2 90208 sella materiaalilla, joita ovat esim. Ni-hard, keraamiset aineet, basaltti ja vastaavat.

Esillä olevan keksinnön tavoite on vähentää syklonin ala-5 osan kulumista, jossa rakenteeltaan perinteisissä syklo neissa pyörre, jolla on suuri hiukkaskuormitus, aiheuttaa syöpymisongelmia lähellä poisto-osaa. Esillä olevan keksinnön avulla syklonin kestoikää voidaan lisätä, mikä lisää voimalan käytettävyyttä ja pienentää voimalan huolto- ja 10 käyttökustannuksia.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti syklonin pohjassa on poistoaukko erotettua hiukkasmaista ainetta ja tämän hiuk-kasmaisen aineen kuljetuskaasua varten pohjaan liitetyssä 15 kuljetusjohdossa, johon poistoaukkoon kuuluu putkimainen elin, joka ulottuu ylöspäin syklonin sisään ja ympäröivän sykloniseinän kanssa muodostaa ylöspäin avautuvan renkaan-muotoisen tilan. Syklonin pohjan halkaisijan on oltava vähintään kolme kertaa poistoputken ulkohalkaisija. Poisto-20 putken täytyy työntyä sisään matkan, joka on vähintään kaksi kertaa putken ulkohalkaisija. Renkaanmuotöisellä tilalla on mieluiten sellainen syvyys, että hiukkaskerros muodostuu pohjaan. Syklonin alaosa on mieluiten lieriömäinen. Syklonin alaosa voi olla varustettu pyörrettä vaimentavilla 25 laitteilla.

Esillä oleva keksintö kuvataan tarkemmin viittaamalla oheisiin kaaviokuviin. Kuvio 1 kuvaa keksintöä sovellettuna PFBC-voimalaan kerroksesta polttokaasujen mukana kulkeutuko vien, kiinteiden hiukkasten erottamiseksi, kuvio 2 kuvaa syklonin suuremmassa mittakaavassa ja kuviot 3 ja 4 kuvaavat syklonin poisto-osan vaihtoehtoisia sovellusmuotoja.

Kuviossa numero 1 osoittaa paineastian. Siinä sijaitsee 35 polttokammio 2 ja kaasunpuhdistuslaite, jota kuvaa sykloni 3. Polttokammio 2 on varustettu pohjalla 4, jossa on il-masuukappale 5 ja polttoainesuukappale 6. Polttokammiossa 3 90208 on hiukkasmaisen kerrosmateriaalin kerros 7, joka sisältää tai muodostuu kokonaan rikkiabsorboimisaineesta, kuten kalkista tai dolomiitista. Polttokammion 2 alaosassa sijaitsevat putket 8 kerroksen 7 jäähdyttämiseksi ja höyryn tuotta-5 miseksi. Polttoaine johdetaan kerrokseen 7 johdon 10 ja suukappaleen 6 kautta. Ilma tämän polttoaineen polttamiseksi ja kerroksen 7 materiaalin tekemiseksi juoksevaksi johdetaan polttokammioon paineastian 1 ja polttokammion 2 välissä sijaitsevasta kammiosta 12 pohjan 4 suukappaleen 5 10 kautta. Kerrosmateriaali johdetaan kerrokseen 7 johtoa 13 pitkin ja poistetaan johtoa 14 pitkin.

Polttokaasut kerääntyvät kerroksen 7 yläpuolella olevaan vapaaseen tilaan 15 ja ne johdetaan johtoa 16 pitkin syk-15 Ioniin 3, jossa hiukkaset erotetaan ja kuljetetaan pois johtoa 17 pitkin. Johtoa 18 pitkin johdetaan kaasut turbiiniin 20, joka käyttää kompressoria ja komprimoi polt-toilman, joka johdetaan kammioon 12. Turbiini 20 käyttää myös generaattoria 22. Turbiinista poistuvat kaasut johde-20 taan syöttövesilämmittimeen ja siitä savupiippuun.

Putkissa 8 tuotettu höyry johdetaan höyryturbiiniin 27, joka käyttää generaattoria 28. Käytetty höyry johdetaan lauhduttimeen ja siitä syöttövesisäiliöön. Syöttövesipumpun - 25 avulla lauhde johdetaan uudelleen polttokammion putkiin 8.

Tuhkanpoistojohdossa 17 on paineenvähennyslaite 31, joka on mitoitettu siten, että erotetun materiaalin poiskuljetukseen tarvittava kaasuvirtaus saadaan aikaan kaasupuhdisti-'30 men ja vastaanottavan säiliön 32, jossa paine on suunnilleen sama kuin ilmakehän paine, välisellä senhetkisellä paineen erotuksella. Paineenvähennyslaite 31 erotetun materiaalin poistamiseksi syklonista 3 on rakenteeltaan jäähdytin tomua ja sen kuljetuskaasua varten. Se voi olla tyyp-.. 35 piä, joka tarkemmin kuvataan EP-patentissa 0 198 505 tai EP-patenttihakemuksessa 86100806-8.

4 9 Ο 2 O 3

Kuten kuviossa 2 on kuvattu, sykloni 3 voi olla varustettu lieriömäisellä yläosalla 3a, kartiomaisella keskiosalla 3b ja lieriömäisellä alaosalla 3c, jossa on tasainen pohja 3d. Poistoputki 40 on yhdistetty pohjaan 3d, ja se työntyy tie-5 tyn matkan lieriömäiseen osaan 3c. Putki 40, syklonin lie riömäisen alaosan 3c seinä 41 ja pohja 3d muodostavat ren-kaanmuotoisen tilan 42, joka on avoin ylöspäin. Tällä tilalla on mieluiten sellainen syvyys, että käytössä pohjaan 3d muodostuu erotetun materiaalin kerros 43, joka estää 10 pohjalaatan syöpymistä. Putki 40 on liitetty putkeen 17, joka johtaa erotetun, hiukkasmaisen materiaalin paineenvä-hennyslaitteeseen 31. Syklonin osalle 3c annetaan sellainen halkaisija, että kaasun ja hiukkasten pyörteellä on niin pieni nopeus, että osan 3c seinän 41 syöpyminen on merki-15 tyksetöntä. Kaasuvirtauksen uudelleenkierrätys kammiossa 42 kaksi kertaa ennen poistamista putken 40 kautta, kuten nuolilla 44 on osoitettu, saa aikaan myös jarrutusvaikutuksen, joka vähentää pyörrenopeutta. Uudelleenkierrätys ja jarrutus vähentävät pohjan 3d kulumista tai poistavat sen koko-20 naan, koska muodostuu hiukkastyyny 43. Muodostuva materiaa-lityyny 43 tehostaa myös jarrutusta.

Poistoputkessa esiintyy tuskin lainkaan syöpymistä. Kierrättämällä kaasun ja hiukkasten virtaus 180° ennen saapu-25 mistä poistoputkeen saadaan aikaan hiukkasten keskittyminen poistoputken keskiosaan, mikä aiheuttaa sen, että liikeku-luminen poistetaan käytännöllisesti katsoen kokonaan. Tämä vaikutus on sinällään tunnettu eurooppalaisesta patenttihakemuksesta nro 86100806-8.

30

Putki 40 ja virtaus sen kautta ovat mittasuhteiltaan sellaiset, että saadaan aikaan myös hiukkasten riittävä imu syklonin keskiosasta.

35 Kuvion 3 mukaisella sovellusmuodolla saadaan aikaan suuri paineenlasku syklonin 3 varsinaisessa poisto-osassa. Sykloniin 3 liitetyllä putkella 17 on olennaisesti suurempi 5 9 n 2 O 8 halkaisija kuin poistoputkella 40. Putki 40 voi olla alaosastaan yhdistetty pohjaan 3d, tai kuten kuviossa 3 on näytetty, sillä voi olla putkeen 17 alaspäin työntyvä osa 40b.

5

Kuvion 4 mukaisessa sovellusmuodossa syklonin alaosa on . varustettu useilla sarjaan asennetuilla lieriömäisillä tai kartiomaisilla osilla, joilla on järjestyksessä pienenevät halkaisijat ja jotka ovat 3c pohjalla 3d, 3e pohjalla 3f ja 10 3g pohjaosalla 3h. Poistoputki 40 työntyy syklonin osaan 3c, poistoputki 45 työntyy syklonin osaan 3e ja poistoputki 46 työntyy syklonin osaan 3g. Tämä jälkimmäinen poistoputki on liitetty kuljetusjohtoon 17.

15 Sykloni 3 voidaan jäähdyttää polttokammion 2 ja paineastian 1 välisessä kammiossa 12 olevalla, ympäröivällä, kompri-moidulla polttoilmalla tai vedellä. Kuten kuviossa 3 on kuvattu, jäähdytysvaikutuksen parantamiseksi syklonin 3 alaosat 3c, 3e ja 3g voivat olla ympäröidyt jäähdytysloke-20 roilla 50 ilmajäähdytyksessä tai jäähdytyslokeroilla 60 vesij äähdytyksessä.

PFBC-voimalassa, jossa on sykloneita 3 paineastiassa ja komprimoitua polttoilmaa kammiossa 12, ympäröivällä ilmalla 25 on suuri tiheys ja täten myös suuri jäähdytyskyky. Jäähdy-tyslokerolla 50, joka kuviossa 4 ympäröi syklonin 3 osaa 3e, parannetaan jäähdytysvaikutusta siten, että kammiosta 12 tuleva ilma pakotetaan kulkemaan osan 3e jälkeen lokeron 50 muodostamaan väliin 51 matkallaan polttokammiosta 2 poh-30 jasuukappaleeseen 5. Jäähdytysvaikutusta voidaan parantaa varustamalla osa 3e pitkänomaisilla tai kierukanmuotoisilla laipoilla 52.

Voimalassa, joka käyttää juoksevaksi tehtyä kerrosta 7, ..'.35 joka toimii merkityksettömän vähän ilmankehän painetta suu remmassa paineessa ja jossa syklonia ei ympäröi komprimoitu ilma, jolla on suuri tiheys ja hyvä jäähdytyskyky, vesi- 6 9 Π 2 0 3 jäähdytys voi olla sopiva. Jäähdytyslokeroila 60, joka kuviossa 4 ympäröi osaa 3g, voidaan jäähdyttää syklonin alaosa. Jäähdytysvesi johdetaan jäähdytyslokeron 60 ja osan 3g väliseen kammioon 61 johtoa 62 pitkin ja kuljetetaan pois 5 johtoa 63 pitkin. Luonnollisesti myös PFBC-voimaloiden syk lonit voivat olla vesijäähdytteisiä.

Esillä oleva keksintö on kuvattu sovellettuna PFBC-voimalaan. Syklonia voidaan kuitenkin käyttää kaikentyyppisissä 10 voimaloissa, joissa puhdistetaan tomunsekaista kaasua. Voi maloissa, joissa on alhainen tai olematon paine-ero syklonin ja erotetun tomun vastaanottavan säiliön välillä, voi olla tarpeellista sijoittaa imutuuletin syklonin poistojoh-toon.

15

Luonnollisesti syklonin kulumiskestävyydestä ja kestoiästä tulee erittäin korkea, jos kulumista kestäviä materiaaleja sovelletaan esillä olevaan keksintöön.

Claims (9)

1. Sykloni (3) hiukkasmaisen materiaalin, esimerkiksi eri tuhkalajien ja/tai käytetyn kerrosmateriaalin, erottamisek- 5 si kaasusta, joka materiaali voimalassa, jossa poltto tapahtuu paineenalaisessa leijukerroksessa, poistuu poltto-kammiosta (2) yhdessä polttokaasujen kanssa, jossa syklonissa (3) on olennaisesti pystysuuntainen akseli ja ylempi sylinterimäinen osa (3a), alempi kartiomainen osa (3b), 10 tangentiaalinen sisääntulo (16) hiukkasmaista ainetta sisältävää kaasua varten ja keskeinen poistoaukko kaasua varten syklonin yläpäässä ja pohja (3d) sen alapäässä, tunnettu siitä, että pohjassa (3d) on poistoaukko erotettua hiukkasmaista ainetta ja tämän hiukkasmaisen aineen kuljetus-15 kaasua varten pohjaan (3d) liitetyssä kuljetusjohdossa, ja että poistoaukkoon kuuluu putkimainen elin (40), joka ulottuu ylöspäin syklonin sisään ja ympäröivän sykloniseinän kanssa muodostaa ylöspäin avautuvan renkaanmuotoisen tilan (42) 20

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sykloni, tunnettu siitä, että renkaanmuotoisessa tilassa (42) on olennaisesti vaakasuuntainen pohja (43).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sykloni, tunnettu sii tä, että syklonin (3) pohjan (3d) halkaisija on vähintään kolme kertaa poistoputken (40) ulkohalkaisija.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sykloni, tunnettu 30 siitä, että renkaanmuotoisen tilan (42) syvyys on vähintään kaksi kertaa poistoputken (40) ulkohalkaisija.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sykloni, tunnettu siitä, että poistoputki (40) laskee tilaan, jolla on suurempi 35 halkaisija kuin poistoputkella (40). 8 90203

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sykloni, tunnettu siitä, että syklonin kartiomaisessa alaosassa (3b) on sylinte-rimäinen jatko-osa (3c), jossa on olennaisesti vaakasuuntainen pohja (3d), ja jossa poistoaukko käsittää putkimai- 5 sen elimen (40), joka ulottuu ylöspäin jatko-osan (3c) si sään muodostaen ylhäältä avonaisen renkaanmuotoisen tilan (42) jatko-osan ympäröivien seinien kanssa.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen sykloni, tunnettu siilo tä, että sykloni on varustettu kahdella tai useammalla jat ko-osalla (3c, 3e, 3g), joiden poikkileikkaus pienenee asteittain .

7. G 2 G 3

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen sykloni, 15 tunnettu siitä, että syklonin (3) alaosaa ympäröi jäähdy- tyslokero (50), joka ohjaa kaasuvirtausta alaosaa pitkin.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen sykloni, tunnettu siitä, että syklonin (3) alaosaa ympäröi jäähdy- 20 tyslokero (60) vesijäähdytystä varten.