FI94984B - Leijukerrosreaktorin vesiseinät - Google Patents

Description

94984

LEIJUKERROSREAKTORIN VESISEINÄT

Keksintö kohdistuu pystysuoran leijukerrosreaktorin ulko-vesiseinien uuteen geometriaan, erityisesti vesiseinien 5 päällystämättömän yläosan ja massatun alaosan välisellä alueella.

Leijukerrosreaktoreita käytetään monenlaisiin poltto-, lämmönsiirto-, kemiallisiin tai metallurgisiin prosessei-10 hin. Prosessista riippuen systeemissä leijutetaan tai kierrätetään erilaisia petimateriaaleja. Polttoprosesseissa leijukerros muodostuu hiukkasmaisista polttoaineista, jollaisia ovat esim. hiili, koksi, ligniitti, puu,, puujäte, hiilijäte tai turve, tai muista hiukkasmaisista aineista, 15 jollaisia ovat esim. hiekka, tuhka, rikin absorboimisaine, katalyytit tai metallioksidit.

Lämpöä kehittävä leijukerrosreaktori käsittää pystyreakto- rikammion, jossa on olennaisesti pystysuorat ulkoseinät.

?0 Seinät ovat vesiseiniä tai putkiseiniä, joissa pystysuorat • » • putket on yhdistetty toisiinsa laattaraudoilla eli evillä.

Reaktorin alaosan seinät on tavallisesti massattu, jotta ne kestävät kuumuutta ja eroosiota. Partikkelien aikaansaama voimakas turbulenssi ja hankausvaikutus sekä suhteellisen 25 korkea kiintoainetiheys synnyttävät erittäin syövyttävät . olosuhteet reaktorin pohjaosassa.

Jollakin tietyllä alueella reaktorissa tapahtuu petimateri-aalin sekä ylöspäin suuntautuvaa että alaspäin suuntautuvaa 30 virtausta. Absoluuttinen massavirta vaihtelee sekä säteit-täisesti että aksiaalisesti reaktorikammiossa. Ulkoseinien kohdalla alaspäin suuntautuva massavirta on suurimmillaan.

Kun partikkelitiheys kasvaa reaktorikammion alaosaan päin mentäessä, myös partikkelien muodostama ulkoseiniä pitkin 35 alaspäin laskeva kerrostuma paksunee. Alaspäin laskeva kerrostuma voi olla 10 - 50 mm paksu, jopa paksumpikin. Pienikin muutos alaspäin laskevan kerrostuman virtaussuun-nassa aiheuttaa eroosiota.

2 94984

Vesiseinärakenteen xnassauksen yläreuna muodostaa ulokkeen reaktorikammioon aiheuttaen akanvirran petimateriaalin alaspäin virtaavaan kerrostumaan. Pystysuoraan alaspäin, vierekkäisiä putkia yhdistäviä eviä pitkin laskevan kerros-5 tuman suunta muuttuu osittain, jolloin kerrostuma alkaa virrata massauksen reunaa pitkin. Akanvirta ja hiukkasten virtaus vaakasuoraan massauksen reunaa pitkin aiheuttaa vaikeaa eroosiota vesiseinäputkiin varsinkin massauksen läheisyydessä. Eroosio on erittäin hankalaa kattiloissa, 10 joissa käytetään kiinteää polttoainetta ja joissa olosuhteet ovat erittäin otolliset eroosiolle.

Vesiseinien putket on tarkastettava aika ajoin ja tarvittaessa päällystettävä uudelleen suojamateriaalilla tai vaih-15 dettava uusiin putkiin. Vahingoittuneiden putkien irtileik-kaus ja uusien putkien asennus tai suojaavan pinnan uusiminen vaatii runsaasti seisokkiaikaa. Molemmat vaihtoehdot ovat työläitä ja aikaavieviä.

20 Lei jukerrosreaktoreiden putkien syöpyminen on tunnettu asia ja erilaisia ratkaisuja on ehdotettu syöpymisen minimoimiseksi, mutta ne eivät ole olleet täysin onnistuneita. Putkia suojaava massaus reaktorin yläosassa vähentäisi eroosiota, mutta se vähentäisi samalla lämmönsiirtoa put-25 kiin.

Suojaavan kerroksen hitsaamista putkien pintaan niiden herkimmille alueille on yritetty. Hitsit eivät kuitenkaan kestäisi kovin pitkää aikaa eroosiolle erittäin alttiissa 30 ympäristössä. Putkien päällystämistä kulutusta kestävällä materiaalilla kuten sintratulla metallilla tai keraamisilla aineilla on myös ehdotettu. Ratkaisu on kallis ja vähentää putkien läpi tapahtuvaa lämmönsiirtoa.

35 On myös ehdotettu virtausnopeuden alentamista putkiseinillä siten, että seinämiin hitsataan nystyröitä tai muita esteitä, jotka alentaisivat hiukkasten virtausnopeutta putkien pinnalla. Reaktorin suuri nopeus on kuitenkin eduksi läm- · ·* l «Itu I · I t a : 3 94984 mönsiirrolle putkien seinämillä ja nopeutta ei siksi pitäisi välttämättä alentaa. Ruotsalaisessa patentissa 454,725 esitetään kaarevien segmenttien hitsaamista erittäin kovasti kuluviin paikkoihin.

5

Ruotsalaisen patentin 452,360 esittämän ratkaisun mukaan koko reaktorin seinät ovat ylöspäin mentäessä sisäänpäin kaltevat eroosion vähentämiseksi seinillä. Tämä rakenne on hyvin erikoinen eikä kovin helposti toteutettavissa.

10

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada leiju-kerrosreaktorin putkiseinäratkaisu, joka minimoi eroosion seinien massattujen osien läheisyydessä.

15 Keksinnön toisena tarkoituksena on vähentää leijukerroskat-tiloille putkien vaihdosta aiheutuvaa seisokkiaikaa.

Yllä mainittujen tarkoitusperien saavuttamiseksi putkiseinä on sen massaamattoman osan ja massatun osan väliseltä 20 vyöhykkeeltä taivutettu alaspäin mentäessä ulospäin kulmaan pystytason kanssa.

Putkiseinä joko taivutetaan takaisin pystysuoraksi välimatkan päässä alaspäin ensimmäisestä taivutuskohdasta tai se 25 voidaan taivuttaa sisäänpäin kulmaan, jotta se muodostaa kaltevan sisäseinän tulipesään. Varsinkin etu- ja takaseinät voidaan muodostaa kalteviksi. Sivuseinät voivat olla pystysuoria.

30 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle laitteelle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksien 1, 3 ja 4 tunnusmerkkiosissa.

Esillä olevan keksinnön suoritusmuotoja kuvataan oheisissa * 35 piirustuksissa, joista kuvio 1 on poikkileikkaus leijukerrosreaktorin ala osasta, 4 94984 kuvio 2 on suurennettu kaaviokuva putkiseinän päällys tämättömän yläosan ja massatun alaosan välisen alueen osasta, 5 kuvio 3 on poikkileikkaus kuviosta 2, kuviot 4-6 esittävät kuvion 3 mukaisia poikkileikkauksia keksinnön toisista suoritusmuodoista.

10 Kuvio 1 esittää leijukerrosreaktorin alaosaa, jossa on tulipesä 1 ja ympärysseininä putkiseinät 2 kuten esim. membraaniseinät. Tulipesän hiukkasmateriaalia leijutetaan tulipesän alta ilmakaapista 3 syötettävällä ilmalla. Ilma jakaantuu tulipesään ilmakaapista arinalevyssä 5 olevien 15 suuttimien 4 kautta. Jos hiukkasmateriaalin leijuttamiseen käytetään muuta kaasua kuin ilmaa, ilmaa tai hapettavaa kaasua on syötettävä muiden sisääntuloaukkojen kautta, joita ei ole esitetty kuvassa. Polttoainetta, lisäaineita ja tarvittaessa muita hiukkasmaisia aineita tai toi-20 siokaasua syötetään sisääntuloaukkojen kautta, joita ei ole esitetty kuvassa.

Tulipesän yläosan 6 vesiseiniä ei ole päällystetty. Tuli-pesän alaosan 7 vesiseinät on päällystetty massakerroksella 25 8. Vesiseinän päällystämättömän yläosan 10 ja massatun . alaosan 11 välisellä vyöhykkeellä 9 vesiseinät on taivutet- tu ulospäin. Massatun seinäosuuden korkeuden suhde koko tulipesän pystyseinän korkeuteen on tavallisesti 1:3 - 1:10.

30 Välivyöhyke on esitetty yksityiskohtaisemmin kuvioissa 2 ja 3. Vesiseinä 10 on kohdasta 12 taivutettu alaspäin ja ulospäin kulmassa a vesiseinän päällystämättömän osan ja massatun osan välivyöhykeellä. Vesiseinän taivutetun osan 35 ja pystytason välinen kulma a voi olla 5 - 30°. Useimmissa tapauksissa n. 10 - 20®:n kulma on riittävä.

5 94984

Vesiseinän massaus 8 alkaa taivutuskohdasta - Massauskerrok-sen sisäpinta 13 muodostaa vierekkäisiä putkia 10 yhdistävien laattarautojen tai evien 15 sisäpinnan 14 suoran alaspäin suuntautuvan jatkeen. Massakerroksen sisäpinta on 5 samassa pystytasossa kuin laattaraudat tai evät. Tämä rakenne ei muodosta uloketta, jonka pystysuoran vesiseinän massakerros tavallisesti muodostaa, joten tämä rakenne mahdollistaa laskevan kerrostuman kulkemisen putkia pitkin ilman partikkelivirran muodostamaa akanvirtaa. Eviä 15 10 pitkin alaspäin suuntautuva partikkelivirta voi siten edetä massausta pitkin, eikä suunnanmuutoksia aiheudu. Myös putkia 10 pitkin alaspäin virtaavat hiukkaset jatkavat virtaustaan häiriöttä. Vesiseinän taivuttaminen suojaa seinäputkia erittäin tehokkaasti.

15

Massauksen ylintä ja suhteellisen ohutta kerrosta voidaan suojata suojalevyllä 17, joka hitsataan levyn 15 pystysuoraksi jatkeeksi, kuten kuviosta 4 ilmenee.

20 Tarvittaessa vesiseinän ulkopinnalle voidaan hitsata tuki-kappale vesiseinän tukemiseksi taivutuskohdasta.

Vesiseinän välivyöhyke 9 taivutetaan takaisin pystysuoraksi alemmasta kohdasta 16. Vesiseinää voidaan jopa taivuttaa 25 lisää sisäänpäin, mikäli tulipesän alaosan poikkileikkaus-alaa on pienennettävä alaspäin mentäessä, kuten kuvioista *- 1 ja 5 ilmenee. Jos vesiseinää taivutetaan lisää sisään päin, massauksen sisäpinta muodostaa alaspäin mentäessä sisäänpäin kaltevan pinnan, joka alkaa evien pystystasolta 30 ulospäin olevalta pystysason kohdalta.

Vesiseinät voidaan taivuttaa uudelleen sisäänpäin noin 5 -30°:n kulmaan pystyasennosta. Ensimmäisen ja toisen taivu-tuskohdan välinen matka voi olla n. 200 - 400 mm.

Vesiseinien välialue 9 voidaan helposti toteuttaa moduuli-rakenteena ja taivuttaa se eri tavoin. Se voidaan myös helposti yhdistää suoriin seinän osiin.

35 6 94984

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan massaukseen voidaan tehdä särmä tai uloke, kuten kuviosta 5 ilmenee, missä vesiseinän massakerros alkaa ensimmäisen taivutus-kohdan alapuolelta. Uloke voi muodostaa pystytason kanssa 5 terävän kulman β. Kulma β valitaan edullisesti siten, että hiukkaset eivät kasaannu ulokkeen päälle; esim. noin 45°:n kulma on sopiva. Tässä suoritusmuodossa massakerroksen yläpinta voidaan suojata vaurioitumisilta teräslevyllä tai vastaavalla.

10

Keksinnön kolmannen suoritusmuodon mukaan massakerros voidaan tehdä siten, että siinä on kalteva ulokeosa, kuten kuviosta 6 ilmenee, missä massakerros myös alkaa vesiseinän ensimmäisen taivutuskohdan alapuolelta. Vesiseinää pitkin 15 alaspäin laskeva hiukkaskerrostuma liukuu alaspäin törmät-tyään massaukseen.

Kuvioiden 5 ja 6 mukaisissa suoritusmuodoissa alaspäin virtaavat hiukkaset jatkavat edelleen virtaustaan ilman 20 voimakasta turbulenssia, joka aiheuttaisi eroosiota mas-sauksen raja-alueella. Näissä suoritusmuodoissa massauksen paksuus voidaan valita riippumatta seinien taivutuskohdis-ta. Massakerros alkaa edullisesti sen tason alapuolelta, jossa putkien sisäpinta taivutuskohdan jälkeen on samassa 25 pystytasossa levyjen 15 kanssa. Tällä tasolla levyiltä 15 . alaspäin virtaavat hiukkaset eivät aiheuta syövyttävää turbulenssia putkien ja massauksen välisellä raja-alueella.

Putken pinta voidaan suojata taivutuskohdassa lisäksi 30 suojaavalla materiaalilla, joka ei tässä tapauksessa kulu kovin helposti, koska pyörteinen hiukkasvirtaus putken • pinnan läheisyydessä on pienentynyt.

Kuvion 6 mukaiset haaravesiputket 18 voidaan asentaa väli-35 alueelle reaktorikammion nurkkiin vesiseinän tiivistämi seksi nurkissa olevissa taivutuskohdassa. Nurkissa putkien väliset etäisyydet kasvavat, kun putket taivutetaan. Lisä- 7 94984 putkia, esim. haaraputkia, voidaan käyttää putkien välysten tiivistämiseen.

Claims (12)

1. 94984 Patentt ivaat imukset
2. 1. Reaktorikammio leijukerrosreaktorissa, jonka reaktori-kammion pohjassa on arina ja ympärillä seinät (2), joihin 5 reaktorikammio vaakatasossa rajoittuu, jotka seinät käsittävät - oleellisesti pystysuoran, vesiseinästä muodostetun yläosan (6) reaktorikammion yläosassa, jossa vesiseinäputket (10) on yhdistetty toisiinsa evillä (15) tai levyillä niin, 10 että ne muodostavat vesiseinän, - massakerroksella (8) päällystetyn alaosan (7) reaktori-kammion alaosassa, ja - vesiseinän yläosan ja massatun alaosan välialueen (9), tunnettu siitä, että 15. ainakin yksi vesiseinä välialueella on taivutettu ulos päin ja muodostaa kulman pystytason kanssa ja että - massauksen sisäpinta (13) vesiseinän välialueella on samassa tasossa kuin evien tai laattarautojen pystytaso (14) massauksen yläpuolella olevassa vesiseinän yläosassa. 20
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reaktorikammio, tunnettu siitä, että - pystysuorien evien tai levyjen pystysuoraksi jatkeeksi on sovitettu suojalevy (17) massauksen ylimmän osan suojaami- 25 seksi.
4. 3. Reaktorikammio leijukerrosreaktorissa, jonka reaktori- kammion pohjassa on arina ja ympärillä seinät (2), joihin reaktorikammio vaakatasossa rajoittuu, jotka seinät käsit- 30 tävät - oleellisesti pystysuoran, vesiseinästä muodostetun yläosan (6) reaktorikammion yläosassa, jossa vesiseinäputket * (10) on yhdistetty toisiinsa evillä (15) tai levyillä niin, että ne muodostavat vesiseinän, 35. massakerroksella (8) päällystetyn alaosan (7) reaktori- kammion alaosassa, ja - vesiseinän yläosan ja massatun alaosan välialueen (9), tunnettu siitä, että 94984 - ainakin yksi vesiseinä välialueella on taivutettu ulospäin ja muodostaa kulman pystytason kanssa ja että - massauksen sisäpinta (13) vesiseinän välialueella muodostaa alaspäin mentäessä sisäänpäin kaltevan pinnan, joka 5 alkaa evien tai levyjen pystytasosta ulospäin olevalta pystytason kohdalta.
5. 4. Reaktorikammio leijukerrosreaktorissa, jonka reaktori-kammion pohjassa on arina ja ympärillä seinät (2), joihin 10 reaktorikammio vaakatasossa rajoittuu, jotka seinät käsit tävät - oleellisesti pystysuoran vesiseinästä muodostetun yläosan (6) reaktorikammion yläosassa, jossa vesiseinäputket (10) on yhdistetty toisiinsa evillä (15) tai levyillä niin, että 15 ne muodostavat vesiseinän, - massakerroksella (8) päällystetyn alaosan (7) reaktori-kammion alaosassa, ja - vesiseinän yläosan ja massatun alaosan välialueen (9), tunnettu siitä, että 20. ainakin yksi vesiseinä välialueella on taivutettu ulos päin ja muodostaa kulman pystytason kanssa ja että - vesiseinän välialueen massaus alkaa vesiseinän ulospäin olevan taivutuskohdan alapuolelta välimatkan päässä siitä ja muodostaa vesiseinän kanssa särmän. 25 • 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1, 3 tai 4 mukainen reakto- > · · rikammio, tunnettu siitä, että vesiseinä on taivutettu pystytasosta ulospäin 5 - 30°:n kulmassa.
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1, 3 tai 4 mukainen reakto rikammio, tunnettu siitä, että ainakin yksi väliosan vesiseinä on ensin taivutettu ulospäin ja sen jälkeen taas takaisin pystysuoraan.
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksista 1, 3 tai 4 mukainen reakto rikammio, tunnettu siitä, että ainakin yksi väliosan vesiseinä on ensin taivutettu ulospäin ja sen jälkeen sisäänpäin niin, että se muodostaa pystytason kanssa kulman. 94984
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen reaktorikammio, tunnettu siitä, että reaktorin etu- ja/tai takavesiseinä on vä-liosassa ensin taivutettu ulospäin ja sen jälkeen sisäänpäin niin, että se muodostaa pystytason kanssa kulman. 5
9. 9. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen reaktorikammio, tunnettu siitä, että vesiseinä on uudelleen taivutettu sisäänpäin niin, että se muodostaa pystytason kanssa 5 -30°:n kulman.
10. 10. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen reaktorikammio, tunnettu siitä, että ensimmäisen ja toisen taivutuskohdan välinen etäisyys on 200 - 400 mm.
11. 11. Jonkin patenttivaatimuksista 1, 3 tai 4 mukainen reak torikammio, tunnettu siitä, että vesiseinän massatun alaosan korkeuden suhde vesiseinän yläosan korkeuteen on 1:3 -1:10.
12. 12. Jonkin patenttivaatimuksista 1, 3 tai 4 mukainen reak torikammio, tunnettu siitä, että vesiseinän väliosaan, reaktorikammion nurkkiin on asennettu haaravesiputkia (18) vesiseinän tiivistämiseksi sen taivutuskohdassa. > · · 1X 94984