FI93674C - Menetelmä kiinteän polttoaineen polttamiseksi - Google Patents

Description

93674

MENETELMÄ KIINTEÄN POLTTOAINEEN POLTTAMISEKSI FÖRFARANDE FÖR FÖRBRÄNNING AV FAST BRÄNSLE

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään kiinteän polttoai-5 neen polttamiseksi, joka polttoaine on valittu ligniittiä tai suolapitoista ruskohiiltä käsittävästä ryhmästä, jonka menetelmän tavoitteena on tuottaa ja ottaa talteen lämpöenergiaa .

10 Lukuisat fossiiliset polttoaineet sisältävät aikalisiä seoksia (tavallisesti alkalimetallisuoloja), joiden sulamispiste on alhainen, varsinkin ligniittiä ja suolapitoista ruskohiiltä. Kuitenkin vain pientä osaa tällaisista fossiilisista polttoaineista käytetään kaupallisesti hyödyksi, koska ligniitin tai 15 vastaavan aineen polttamisesta saatavan energian tuottamisessa on hankaluuksia. Tyypillisesti ligniittiä poltetaan arinalla polttokattilassa. Tämä vaatii kuitenkin korkeita, 1200-1500°C:n palamislämpötiloja, mikä puolestaan aiheuttaa polttoaineen sintrautumista. Näissä lämpötiloissa sulfaatit 20 ja kloridit höyrystyvät aiheuttaen kondensoitumista uunin seinille ja muille pinnoille ja lisäten kerrostumien muodostumista kattilan lämmönsiirtoputkiin, mikä aiheuttaa putkien syöpymistä ja heikentää lämmönsiirtoa. Tämän ongelman ratkaisemiseksi uunit pitää seisauttaa usein ja poistaa sitten • 25 kerrostumat lämmönsiirtoputkista, mikä on hankala tehtävä.

Vaikka leijukerrosreaktoreilla on tunnetusti monia etuja tavanomaisiin polttokattiloihin verrattuna, aikaisemmin ei ole pidetty käytännöllisenä polttaa monentyyppisiä ligniittejä tai 30 suolapitoista ruskohiiltä leijukerrosreaktoreissa. Syynä on se, että ligniitin alkaliset aineet aiheuttavat leijukerrosma-teriaalin agglomeroitumista. Mitä korkeampi polttoaineen alkalimetallisuolapitoisuus on, sitä alhaisempi on agglomeroi-tumislämpötila.

Tavanomaiset leijukerroskattilat toimivat tyypillisesti suhteellisen kapealla, n. 750-950°C:n lämpötila-alueella, ja 35 ί 2 93674 reaktorin alaosassa on tiivis leijukerros ja yläosassa ohut vyöhyke. Lämpötila-alueen alapäässä polttoaineen palaminen heikkenee, ja lämpötila-alueen yläpäässä kasvaa sintrautumis-tai agglomeroitumisriski. On erittäin hankalaa pitää yllä 5 tasaista lämpötilaa tavanomaisessa leijukerrosreaktorissa, kun poltetaan korkean lämpöarvon omaavia polttoaineita. Tällöin esiintyy suuria paikallisia lämpötilavaihteluita, joiden tuloksena partikkelit sintrautuvat tai agglomeroituvat.

Varsinkin leijukerroksen yläpuolella vallitseva lämpötila 10 pyrkii nousemaan liian korkeaksi, koska jäähtymistä on vaikea saada toteutetuksi ohuessa yläkerroksessa hitaan lämmönsiirron vuoksi.

US-patentissa 3,907,674 esitetään alhaisen lämpöarvon omaavi-15 en, alkalimetallikloridia sisältävien jätelietteiden polttamista tavanomaisissa leijukerrosreaktoreissa. Varmistamalla, että mukana on riittävästi lisäaineita, kuten reaktiivista piioksidia ja alkalimetallioksideja, estetään tahmeiden yhdisteiden kasautuminen leijukerrokseen. Lisäaineita on 20 käytettävä suhteellisen paljon, koska erittäin hienoja partikkeleita, jotka olisivat reaktiivisuudeltaan parhaita, ei voi käyttää sen vuoksi, että ne virtaavat välittömästi leijukerroksen läpi ja edelleen poistokaasujen mukana ulos reaktorista melkein reagoimattomina. Karkeat partikkelit, 25 jotka ovat tarpeeksi suuria, niin että ne pysyvät leijukerrok-sessa, eivät ole niin tehokkaita ja niitä pitää lisätä ylisuurina annoksina. Tavanomaisessa leijukerroksessa reakto-rikuorma on pidettävä palamisen aikana suhteellisen vakaana, koska alhaisilla lämpötiloilla on negatiivinen vaikutus 30 palamisprosessiin ja korkeat lämpötilat aiheuttavat partikkelien agglomeroitumista. Erityisesti silloin, jos poltetaan korkean lämpöarvon omaavia, aikalisiä aineita sisältäviä polttoaineita tavanomaisissa leijukerrosreaktoreissa, lisäaineita on käytettävä erittäin paljon, niin ettei agglomeroitu-35 mistä tapahdu siellä, missä lämpötila on korkea.

• · 3 93674

Niinpä esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin aikaansaada menetelmä, jolla tunnetun tekniikan ongelmat korjataan.

Keksinnön pääasiallisena tavoitteena on aikaansaada yksin-5 kertainen mutta silti tehokas menetelmä alhaisen sulamispisteen omaavia alkaliseoksia sisältävän polttoaineen polttamiseksi niin, että voidaan tuottaa ja talteenottaa lämpöenergiaa.

10 Tämän ja muiden tarkoitusten aikaansaamiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle olennaisesti tunnusomasta se, että kiintoainetta poltetaan kiertomassareaktorissa siten, että a) kiertomassareaktorin reaktiokammioon syötetään kiinteää, alhaisen sulamispisteen omaavia alkaliseoksia sisältävää 15 polttoainetta sekä happea sisältävää kaasua niin, että palaminen tapahtuu leijukerroksessa, ja kuumia poistokaasuja, jotka sisältävät suuria määriä kiintoainepartikkeleita, poistetaan reaktiokammiosta; b) reaktiokammiosta poistetuista poistokaasuista erotettuja 20 kiintoainepartikkeleita kierrätetään takaisin reaktiokammioon siten, että ne muodostavat osan leijukerroksesta; c) reaktiokammioon syötetään reaktioaineena kaoliinia, joka pystyy reagoimaan palamisen aikana polttoaineen sisältämien, alhaisen sulamispisteen omaavien alkaliseosten kanssa siten, '· 25 että syntyy alkalimetalliyhdisteitä, joiden sulamislämpötila on korkeampi kuin n. 950°C; d) säädellään hapen ja polttoaineen syöttämistä reaktiokammioon ja/tai muita palamislämpötilaan vaikuttavia parametrejä niin, että lämpötila on reaktiokammion kaikissa osissa 750- 30 950°C, jolloin vältytään leijukerrosmateriaalin agglomeroi-tumiselta, polttoaineen sintrautumiselta sekä lisääntyneeltä kerrostumien muodostumiselta leijukerrosreaktorin toiminta-osille; ja e) toimitaan vaiheen d) mukaan poistamalla ja talteenottamalla 35 lämpöenergiaa suoraan reaktiokammiosta käyttämällä hyväksi reaktiokammion seinälle tai reaktiokammioon sijoitettuja lämmöntalteenottopintoja.

4 93674

Esillä olevan keksinnön mukaan on aikaansaatu menetelmä, jonka avulla pystytään täyttämään pitkäaikainen tarve polttaa tehokkaasti aikalisiä seoksia, kuten esimerkiksi ligniittiä, sisältävää polttoainetta ja ottaa talteen energiaa suhteelli-5 sen yksinkertaisella tavalla. Keksinnön mukaan tämä on toteutettu käyttämällä kiertomassareaktoria eli n.k. nopeata leijukerrosreaktoria.

Keksinnön mukaan lei jukerrosreaktorissa on mahdollista polttaa 10 kiinteää, alhaisen sulamispisteen omaavia alkaliseoksia sisältävää polttoainetta käyttämällä kiertomassareaktoria, jossa on suhteellisen tasainen lämpötila koko reaktiokammion ja partikkelien kiertojärjestelmän alueella, ja lisäämällä reaktiokammioon ainetta, joka pystyy reagoimaan polttoaineen 15 sisältämien, alhaisen sulamispisteen omaavien alkaliseosten kanssa, ja tuottaa palamisen aikana korkean sulamispisteen omaavia alkalimetalliyhdisteitä. Palamisen aikana syntyneiden alkalimetalliyhdisteiden sulamispiste on riittävän korkea niin, että reaktoria voidaan käyttää halutussa lämpötilassa 20 (750-950°C:n alueella) ilman, että sulamista tapahtuu. Tällä tavoin estetään leijukerrosmateriaalin agglomeroituminen, polttoaineen sintrautuminen sekä lisääntynyt kerrostumien muodostuminen reaktorin käyttökomponentteihin.

• • 25 Polttoprosesseissa käytettävissä kiertomassareaktoreissa on pystysuora polttokammio, jonka ulkoseinät ovat olennaisesti pystysuorat. Polttokammion alaosan seinät voivat olla sisäänpäin kaltevia, ja ne on usein tehty tulenkestävästä materiaalista. Reaktorin yläseinät ovat putkiseiniä. Polttokammiossa 30 on yksi tai useampia poltettavan hiukkasmaisen, fossiilisen polttoaineen sisääntuloaukkoja. Reagoivan aineen sisääntu-loaukot ovat edullisesti reaktorin alaosassa. Toisioilraan sisääntuloaukot voivat sijaita eri tasoilla ulkoseinissä. Ensiöilmaa syötetään tavallisesti polttokammioon tämän 35 alapuolella sijaitsevan tuulikaapin tai ilmakammion kautta.

Ilmaa syötetään arinalevyssä olevien suuttimien tai reikien kautta, joka arinalevy on sovitettu polttokammion ja tuulikaa- 5 93674 pin väliin. Kiertomassareaktorissa ilmaa syötetään suuttimien läpi niin suurella nopeudella, että hiukkaset fluidisoituvat polttokammiossa siinä määrin, että olennainen osa hiukkasista kulkeutuu poistokaasujen mukana ulos polttokammiosta. Leiju-5 kerros voidaan ylläpitää polttokammiossa ainoastaan siten, että kaasujen mukana kulkeutuneet ja poistokaasusta suurte-hoerottimella, esimerkiksi syklonilla, erotetut hiukkaset kierrätetään uudelleen. Hiukkaset palautetaan polttokammioon laskuputkea pitkin. Kiintoainepitoisuus polttokammiossa 10 pienenee jatkuvasti ylöspäin mentäessä, eikä tiiviin leiju-kerroksen ja vapaana leijuvien hiukkasten välillä ole havaittavissa tarkkaa rajaa.

Suuresta kaasunkiertonopeudesta huolimatta kiintoaineiden 15 virtausnopeus on suhteellisen alhainen polttokammiossa. Kiertomassareaktorin tunnusmerkki on suhteellisen suuri kiintoainepitoisuus sekä kaasujen ja kiintoaineiden hyvä sekoittuminen sekä niiden välinen hyvä lämmönsiirto. Järjestelmässä kiertävien suurten hiukkasmäärien sekä koko kierto-20 reitillä, polttokammiossa, erottimessa sekä laskuputkessa tapahtuvan hyvän sekoittumisen ansiosta saadaan aikaan tasainen lämpötila koko järjestelmän alueella. Lämpötila voidaan säätää helposti ja pitää optimirajoissa koko järjestelmän alueella muuttamalla hiukkastiheyttä tai virtausnopeuk-25 siä. Ylikuumenemisvaara ja ylikuumenemisesta seurauksena oleva hiukkasten agglomeroitumis- tai sintrautumisvaara on minimaalinen. Polttoaine palaa täydellisesti optimaalisten lämpötila-olosuhteiden ansiosta. Hiukkasten ja kaasujen välisen tehokkaamman ja pitkän kontaktin ansiosta järjestelmässä tapahtuvi-30 en reaktioiden nopeus kasvaa. Polttoaineen sisältämillä aikalisillä aineilla on aikaa reagoida täydellisesti lisäaineiden kanssa. Lisäaineiden tarve vähenee, koska hyvin hienoja, jopa 10-300 pm:n lisäainehiukkasia voidaan käyttää tässä järjestelmässä sen vuoksi, että poistokaasujen mukana 35 kulkeutuvat hiukkaset kierrätetään uudelleen polttokammioon.

93674 6

Keksinnön mukaan reagoivana aineena käytetään oksidia tai hydroksidia, joka muuttuu palamisen aikana oksidiksi. Tavallisesti metallioksidia lisätään riittävästi niin, että metal-lioksidin metallin ja alkalimetallisuolojen metallin moolisuh-5 de on polttoaineessa vähintään n. 1,0. Reagoiva aine on edullisesti kaoliinia, joka sisältää sekä piin, alumiinin, raudan, titaanin, kalsiumin että magnesiumin oksideja ja joka reagoi polttoaineen sekä kiertopetimateriaalin kanssa siten, että muodostuu korkean sulamislämpötilan omaavia natriumyhdis-10 teitä. Kaoliinin sisältämän alumiinin moolisuhde polttoaineen natriumiin plus kaliumiin on tyypillisesti vähintään 1,0.

On edullista lisätä myös kalkkikiveä reagoivan aineen mukana rikin absorboimiseksi. Lisäksi, koska polttoainetta poltetaan 15 hyödyllisen lämpöenergian tuottamiseksi (joka lämpöenergia voidaan muuttaa höyryenergiaksi, sähköksi tai vastaavaksi), on edullista ottaa talteen lämpöenergiaa suoraan reaktiokam-miosta käyttäen hyväksi joko reaktiokammion sisään tai sen seinälle sovitettua lämmöntalteenottolaitetta. Aikaisemmin, 20 kun ligniittiä käytettiin polttoaineena, tällaisella sinänsä tunnetulla lämmöntalteenottolaitteella oli vain vähän käyttöä, koska lämmöntalteenottopinnoille kasaantui kerrostumia. Ottaen huomioon, että kerrostumien muodostuminen lämmöntalteenotto-. . putkiin on keksinnön mukaan vähentynyt minimiin, tällaista 25 laitetta voidaan käyttää tehokkaasti hyväksi itse reaktiokam-miossa.

Keksinnön mukaan käytetyssä kiertomassareaktorissa sen leijukerroksessa on käyntiinajon jälkeen vain vähän hiekkaa 30 tai muita leijukerrosta muodostavia osasia. Jonkin verran hiekkaa tai muuta lisäainetta lisätään leijukerrokseen käyntiinajon aikana, mutta kun päästään vakaaseen käynti-tilanteeseen, niin kiertopetimateriaali käsittää pääasiassa ligniittipolttoainetta, kaoliinia ja tuhkaa; silti petimate-35 riaali ei agglomeroidu. Reaktoria käytetään sekä poistamalla lämpöä että ottamalla talteen lämpöä suoraan reaktiokammiosta siten, että lämpötila reaktiokammion kaikissa osissa on noin 7 93674 750-950°C, ja erityisesti alempi kuin niiden alkalimetalliyh-disteiden sulamislämpötila, jotka muodostuvat kaoliinin (tai vastaavan) reagoidessa polttoaineen alkalimetallisuolojen kanssa palamisen aikana.

5

Keksinnön pääasiallisena tavoitteena on aikaansaada yksinkertainen mutta silti tehokas menetelmä alhaisen sulamispisteen omaavia alkaliseoksia sisältävän polttoaineen polttamiseksi niin, että voidaan tuottaa ja talteenottaa lämpöener-10 giaa. Tämä ja muut keksinnön tavoitteet käyvät ilmi keksinnön yksityiskohtaisemmasta kuvauksesta sekä liitteenä olevista patenttivaatimuksista.

Piirustus esittää kaaviomaisesti ja esimerkinomaisesti 15 kiertomassareaktorin, jonka avulla keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa.

Piirustuksessa kuvattu kiertomassareaktori on tyypillinen kiertomassareaktori, jota on aikaisemmin käytetty menestyksek-20 käästi erilaisten polttoaineiden polttamiseen lämmön tal-teenottamiseksi polttoaineista, kuten hiilestä, öljystä, jätteistä jne. Tällaisia reaktoreita on käytetty ligniitin ja suolapitoisten ruskohiilten tai vastaavien, alhaisen sulamispisteen omaavia alkaliseoksia, kuten alkalimetallisuoloja . 25 sisältävien polttoaineiden polttamiseen ja tällaisten poltto aineiden palamistulokset ovat olleet huomattavasti heikompia kuin muiden polttoaineiden. Ongelmia on ilmennyt varsinkin leijukerrosmateriaalin agglomeroitumisena, polttoaineen sintrautumisena sekä lisääntyneenä kerrostumien muodostumisena 30 lämmönsiirtoputkiin, ja tällaiset polttoaineet on siten todettu epäkäytännöllisiksi.

Piirustuksen mukaisessa reaktorissa on suppilo 1, jossa on kiinteää, alkaliaineita sisältävää polttoainetta kuten 35 ligniittiä tai suolapitoista ruskohiiltä, jonka natrium-pitoisuus on korkea. Polttoaine syötetään suppilosta 1 säädetyllä nopeudella syöttöruuvin 2 avulla sekoituskammioon 93674 8 i 3. Keksinnön mukaisesti suppilosta 4 syötetään säädetyllä nopeudella syöttöruuvin 5 avulla sekoituskammioon 3 ainetta, joka reagoi polttoaineen sisältämien, alhaisen sulamispisteen omaavien alkaliyhdisteiden kanssa siten, että syntyy korkean 5 sulamispisteen omaavia alkalimetalliyhdisteitä. Kalkkikiveä voidaan myös lisätä sekoituskammioon 3, kuten piirustuksessa on kaavioraaisesti esitetty viitenumerolla 5', rikin absorboi-miseksi reaktiokammiossa.

10 Reagoivaa ainetta lisätään edullisesti hiukkasmaisten kiintoaineiden muodossa, ja se on edullisesti ainakin yhtä metal-lioksidia (tai hydroksidia, joka muuttuu oksidiksi palamisen aikana) sisältävää alumiinia. Reagoiva aine on edullisesti useiden metallioksidien sekoitus, joista erityisen edullinen 15 on kaoliini, joka sisältää huomattavia määriä piioksidia ja alumiinioksidia sekä jonkin verran kalsiumoksidia, mag-nesiumoksidia, rautaoksidia ja titaanioksidia.

Sekoituskammioon 3 lisätään myös kiintoainepartikkeleita, 20 jotka on erotettu tavanomaisen kiertomassareaktorin 7 syk-lonierottimessa 6. Polttoaineen palaminen tapahtuu reaktorin 7 reaktiokammiossa 7', ja tällöin syntyy poistokaasuja, jotka poistuvat reaktiokammiosta 7' poistoputken 8 kautta.

25 Kiinteän hiukkasmaisen polttoaineen, reagoivan aineen, kalkkikiven ja partikkelien seos virtaa uudelleen kierrätettävien partikkelien laskuputken 9 kautta reaktiokammion 7' alaosaan. Puhallin 10 tai vastaava laite synnyttää ilmavirran, niin että ensiö- ja toisioilmaa lisätään yhteiden 11 ja 12 30 kautta tässä järjestyksessä reaktiokammioon 7'. Ainakin ’ toisessa kaasuyhteessä, joko ll:ssä tai 12:ssa, on happea sisältävää kaasua, joka reagoi polttoaineen kanssa. Kaasu fluidisoi kiintoaineesta muodostuneen leijukerroksen, ja tilavuudeltaan suuri materiaalimäärä virtaa jatkuvasti 35 reaktiokammiosta 7' syklonierottimen 6 kautta takaisin putkeen 9. Reagoimatonta reaktioainetta (esim. kaoliinia) otetaan 9 93674 tällä tavoin talteen niin, että tarvittavan reagoivan aineen määrä on minimaalinen.

Reaktorin 7 käyntiinajon aikana hiekkaa tai vastaavaa inerttiä 5 leijukerrosainetta syötetään reaktiokammioon 7. Kun vakaa käyntitilanne on saavutettu (käyntiinajon jälkeen), leijuker-rosmateriaalia ei enää lainkaan syötetä, vaan kiertopeti sisältää vakaassa käyntitilanteessa pääasiallisesti kiinteitä polttoainepartikkeleita, kaoliinia ja tuhkaa.

10

Virrattuaan syklonierottimen 6 läpi poistokaasut virtaavat savukaasusuodattimeen 13, jossa tuhka erotetaan kaasusta. Tuhka voidaan poistaa ja/tai ainakin osa tuhkasta voidaan kierrättää uudelleen yhteen 14 läpi sekoituskammioon 3. 15 Puhallin 10 syöttää ilmaa tuhkan kuljettamiseksi sekoitus-kammioon 3.

Koska ligniitin tai ruskohiilen polttamisen tarkoituksena on ottaa talteen lämpöenergiaa (joka voidaan lopuksi muuttaa 20 höyryksi tai sähköksi), on edullista järjestää lämmönsiirto-pinnat 15, jotka on sovitettu reaktiokammion 7' seinään 16 tai reaktiokammion 7' sisään. Lämpöä otetaan talteen edullisesti myös savukaasuista tavanomaisella lämpövirtakattilalla 17, joka on sovitettu syklonierottimen 6 ja suodattimen 13 väliin. 25

Kiertomassareaktorissa 7 pidetään yllä huomattava kierto-ainevirtaus, minkä seurauksena lämpötila on oleellisen tasainen koko reaktiokammion 7' alueella, mikä on hyödyllistä, kun varmistetaan että reaktori 7 toimii sillä tavoin, että sen 30 enimmäislämpötila on palamisen aikana alhaisempi kuin rea-·* goivan aineen ja polttoaineen alkaliseosten välisen reaktion synnyttämien alkalimetalliyhdisteiden sulamispiste. Tyypillisesti reaktoria käytetään noin 750- 950°C:n lämpötilassa. Optimilämpötila on noin 865°C. Savukaasujen sisältämää 35 palamatonta polttoainetta sekä reagoimatonta reaktioainetta kuten kaoliinia otetaan tehokkaasti talteen syklonierottimella 10 93674 6 ja kierrätetään uudelleen sekoituskammion 3 ja laskuputken 9 kautta.

Syöttöruuveja 2 ja 3 säädetään uudelleen kierrätettävän 5 polttoaineen ja reagoivan aineen määrästä riippuen sekä myös reaktiokammion 7' lämpötilan säätämiseksi. Lisäksi polttoaineen sisältämän reaktioaineen suhdetta säädellään siten, että metallioksidin metallin suhde alkalimetallisuolojen metalliin (esim. Na ja K) on vähintään noin 1,0. Myös reaktiokammioon 10 7' lisätyn happea sisältävän kaasun sekä lämmöntalteenotto-laitteen 15 läpi kulkevan lämmöntalteenottonesteen määrää ja muita parametreja voidaan säädellä halutun lämpötilan ylläpitämiseksi reaktiokammiossa 7'.

15 Esimerkki

Suolapitoisen ruskohiilen palamista kaoliinin kanssa on testattu koelaitoksen kiertomassareaktorissa piirustuksessa esitetyn kuvion mukaan. Edustavia polttoaine- ja reaktio-20 ainenäytteitä analysoitiin. Tulokseksi saatiin seuraavat analyysit: . Hiilianalvvsi 25

Kuiva- Tuhka C S Na K Cl Ca Mg aine ka ka ka ka ka ka ka ka ka, % % % %% % % % % 3,2 15,8 61,9 3,7 2,60 0,07 2,71 1,62 0,20 30

Kaoliinianalvvsi

Si02 48,7 % A1203 36,0 % 35 Fe203 0,8 %

Ti02 0,05 %

CaO 0,06 % 11 93674

MgO 0,25 % K20 2,12 %

Na20 0,10 % 5 Hiekkaa syötettiin reaktoriin lähtöaineena, mutta käytön aikana kiertopeti koostui pääasiassa ruskohiilestä, kaoliinista ja tuhkasta. Polttoaineen massavirtausnopeuksia, lisäainetta ja Al/(Na ja K)-suhdetta muuteltiin. Reaktorin 7 lämpötila pidettiin noin 865°C:ssa, ja se oli olennaisesti 10 tasainen koko kammion 7' alueella. Reaktiokammiota jäähdytettiin reaktiokammioon sovitetuilla lämmönsiirtoputkilla 15.

Leijukerrosmateriaalin agglomeroitumista tai sintrautumista lämmöntalteenottopinnoille ei esiintynyt lainkaan, kun Al/(Na 15 ja K)-moolisuhde oli 1,0 tai suurempi.

Näin ollen havaitaan, että keksinnön mukaan on mahdollista polttaa tehokkaasti alhaisen sulamispisteen omaavia alka-liseoksia sisältävää polttoainetta lämpöenergian tuottamiseksi 20 ja talteenottamiseksi leijukerrosreaktorissa niin, ettei leijukerrosmateriaali agglomeroidu, polttoaine sintraudu eikä lisää kerrostumia muodostu reaktorin toimintapinnoille (lämmönsiirtopinnoille).

25 Vaikka keksintöä on tässä esitetty ja kuvattu sen mukaan, mitä nykyään pidetään sen kaikkein käytännöllisimpänä ja edullisimpana suoritusmuotona, on ammattimiehelle selvää, että monet muunnelmat ovat mahdollisia sen keksinnöllisen ajatuksen puitteissa, joka on liitteenä olevien patenttivaatimusten 30 laajimman tulkinnan mukainen ja käsittää kaikki vastaavat menetelmät.

Claims (4)

12 93674

1. Menetelmä kiinteän polttoaineen polttamiseksi, joka polttoaine on valittu ligniittiä tai suolapitoista ruskohiiltä 5 käsittävästä ryhmästä, tavoitteena tuottaa ja ottaa talteen lämpöenergiaa, tunnettu siitä, että kiintoainetta poltetaan kiertomassareaktorissa siten, että 10 a) kiertomassareaktorin reaktiokammioon syötetään kiinteää, alhaisen sulamispisteen omaavia alkaliseoksia sisältävää polttoainetta sekä happea sisältävää kaasua niin, että palaminen tapahtuu leijukerroksessa, ja kuumia poistokaasuja, jotka sisältävät suuria määriä kiintoainepartikkeleita, 15 poistetaan reaktiokammiosta; b) reaktiokammiosta poistetuista poistokaasuista erotettuja kiintoainepartikkeleita kierrätetään takaisin reaktiokammioon siten, että ne muodostavat osan leijukerroksesta; 20 c) reaktiokammioon syötetään reaktioaineena kaoliinia, joka pystyy reagoimaan palamisen aikana polttoaineen sisältämien, alhaisen sulamispisteen omaavien alkaliseosten kanssa siten, että syntyy alkalimetalliyhdisteitä, joiden sulamislämpötila 25 on korkeampi kuin n. 950°C; d) säädellään hapen ja polttoaineen syöttämistä reaktiokammioon ja/tai muita palamislämpötilaan vaikuttavia parametrejä niin, että lämpötila on reaktiokaramion kaikissa osissa 750- 30 950°C, jolloin vältytään leijukerrosmateriaalin agglomeroi-tumiselta, polttoaineen sintrautumiselta sekä lisääntyneeltä kerrostumien muodostumiselta leijukerrosreaktorin toiminta-osille; ja 35 e) toimitaan vaiheen d) mukaan poistamalla ja talteenottamalla lämpöenergiaa suoraan reaktiokammiosta käyttämällä hyväksi 13 93674 reaktiokammion seinälle tai reaktiokanmiioon sijoitettuja lämmöntalteenottopintoja.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että reaktioaine syötetään kiinteässä, hiukkasmaisessa muodossa reaktiokammioon.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaine ja reaktioaine sekoitetaan keskenään ennen 10 niiden lisäämistä reaktiokammioon.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaineen alkaliseokset sisältävät natrium- ja kaliumsuoloja ja että riittävästi kaoliinia lisätään järjes- 15 telmään, niin että Al/(Na ja K)-moolisuhde on vähintään 1,0, ja reagoimattomat kaoliinihiukkaset erotetaan ja kierrätetään uudelleen b)-vaiheen mukaisesti. 14 93674