HU188819B

HU188819B - Device for securing the heat flow and/or material flow between various materials,carrying out chemical and physical processes,first for burning or gasifying solid fuel

Info

Publication number: HU188819B
Application number: HU375782A
Authority: HU
Inventors: Laszlo Boross; Ferenc Horvath
Original assignee: Villamosenergiaipari Kutato Intezet,Hu
Priority date: 1982-11-23
Filing date: 1982-11-23
Publication date: 1986-05-28
Also published as: DE3339260C2; PL244721A1; GB8330061D0; GB2131317B; BG44038A3; CS253584B2; DD217720A5; GB2131317A; DE3339260A1; HUT36247A

Description

(54) BERENDEZÉS KÜLÖNFÉLE ANYAGOK KÖZÖTTI HÖÁRAMLÁS ÉS/VAGY ANYAGÁRAMLÁS BIZTOSÍTÁSÁRA, KÉMIAI ÉS FIZIKAI FOLYAMATOK LEFOLYTATÁSÁRA, ELSŐSORBAN

SZILÁRD TÜZELŐANYAG ELÉGETÉSÉRE VAGY ELGÁZOSÍTÁSÁRA (57) KIVONAT

A találmány tárgya berendezés, amely különféle í anyagok közötti hőáramlás és/vagy anyagáramlás biztosítására, kémiai és fizikai folyamatok lefolytatására, elsősorban szilárd tüzelőanyag elégetésére vagy elgázosítására szolgál, és amelynek szemcsés szilárd anyagot, például tüzelőanyagot tartalmazó fluidizált réteget fenntartó gázelosztója és a fluidizált réteg fölött szabadtere van.

A találmány szerinti berendezés lényege, hogy a berendezés egyik függőleges fala mentén vagy legalább e falnak egy szakasza mentén a szemben lévő fal mellettihez képest nagyobb sebességű felfelé irányuló gázáramot biztosító gázelosztója és/vagy a gázelosztó alatt legalább két gázszekrénye van, továbbá hogy az említett falak között a nagyobb sebességű felfelé irányuló gázzal érintkező faltól távolabb lévő asszimetrikus helyzetű kivezető nyílása, és görbe felületű terelőtetője van.

188 819

A találmány tárgya berendezés, amely különféle anyagok közötti hőáramlás és/vagy anyagáramlás biztosítására, kémiai és fizikai folyamatok lefolytatására, elsősorban szilárd tüzelőanyag elégetésére vagy elgázosítására szolgál, és amelynek szemcsés szilárd anyagot, például tüzelőanyagot tartalmazó fluidizált réteget fenntartó gázelosztója és a fluidizált réteg fölött szabadtere van.

A fluidizációs berendezéseket több évtizede használják az ipar legkülönfélébb területein. így alkal- 1 maznak fluidizációs berendezést por és gáz közötti hőcsere biztosítására, szárítására, kémiai reakciók lefolytatására, és az utóbbi időkben tüzeléstechnikai területen is megjelentek a fluidizációs berendezések. Tüzeléstechnikai területhez tartozónak te- ¹kintjük a közvetlen hőhasznosítási célból való alkalmazást és a tüzelőanyag elgázosítására szolgáló felhasználást.

Minthogy a találmány alkalmazása elsősorban a tüzeléstechnika területén várható, ezért a szilárd ²tüzelőanyagok elégetésével és elgázosításával kapcsolatban ismertetjük a találmányt. Az ismertetésnek ilyen koncentrálása azonban nem jelenti azt, hogy csak a tüzeléstechnikai területen hasznosítha- „ tó találmány szerinti berendezésre korlátozzuk az oltalmat.

Az ismert fluidizációs tüzelőberendezések egyik alaptípusánál a szemcsés tüzelőanyagból a hőfelszabadítás nagy része egy fluidizált rétegben törté- , nik. A hőfelszabadítás nagy része egy fluidizált rétegben történik. A hőfelszabadítás egy hányada azonban az említett réteg feletti térben megy végbe, ugyanis a fluidizált rétegen átáramló gáz magával ragad kisebb szemcséket és ezek égése a réteg feletti ; térben is folytatódik, A rétegből elragadott szemcséknek jórésze nem tud kiégni, ezért a berendezésből távozó pernye éghetötartalma meglehetősen nagy. Az ilyen rendszerű berendezéseknél a hamu túlnyomó része a hőátadó felületek mentén távozik < a berendezésből.

A vázolt rendszerű - réteges fluidizációt alkalmazó — berendezések igen jelentős előnye, hogy az NO_X emisszió alacsony értékű, továbbá, hogy a réteg eredetileg kedvező vagy adalékokkal kedve- zővé tett kémiai összetétele esetén az SO₂ emisszió is alacsony értékre csökkenthető és az említett emissziók viszonylag alacsony füstgázhömérséklethez kapcsolódnak, amely általában 700-900 °C körüli érték. Egyrészt a füstgázhőmérséklet ala- ^!csony értékének köszönhető az a hátrányos körülmény, hogy a fluidizált rétegből elragadott szemcsék nem tudnak kiégni, ezért a berendezésből távozó pernye éghetőtartalma magas.

Az említett hátrányos körülmény enyhítése végett a berendezés után kapcsolt leválasztót iktatnak be és a füstgázokból leválasztott szemcséket visszajuttatják a fluidizált rétegbe. Ilyen berendezések esetében a berendezésen átszállított pernye mennyisége illetve a füstgáz porkoncentrációja többszöröse lehet annak, ami a tüzelőanyag hamutartalmából egyébként adódna. A leválasztókkal kombinált berendezések azonban újabb beruházási tételekkel drágítják a tüzelőberendezést, ezenkívül a fütöfelü2 letek kopása, szennyeződése, továbbá maguk a leválasztok valamint a pernye transzportját szolgáló szerkezetek a maguk meghibásodási lehetőségeivel csökkentik az üzembiztonságot és növelik a kar5 bantartási, javítási igényt.

Hátránya még a fluidizációt alkalmazó ismert berendezéseknek, hogy fajlagos keresztmetszetigényük nagy, ennek megfelelően alapterületigényük is kellemetlenül nagy. Másik hátránya még D az ilyen berendezéseknek, hogy a tüzelőanyag adagolásával szemben igényesek, abból a szempontból, hogy a fluidizált rétegben a horizontális szemcseeloszlás egyenletes legyen. Meg kell még említeni azt a hátrányt is, hogy 60 — 70 %-osnál kisebb részter⁵ helés hűtött réteg mellett nem engedhető meg, mert a réteghömérséklet 700 °C alá csökken, ami az égés szempontjából kedvezőtlen. Ennek elkerülésére szokásos a gázszekrényt - és így a fluidizált réteget is - több szekcióra osztani.

⁰ Az ismert fluidizációs berendezések egy másik alaptípusánál cirkulációt biztosítanak a berendezés belső terében, vagyis gyors mozgásra késztetik a tüzelőanyag szemcséit. Az ilyen berendezéseknél ₅ megengedik a szemcsék folyamatos kiszállítását a tüzelőtérből. A jó hőátadáshoz és az intenzív égéshez szükséges magasabb porkoncentrációt a tüzelőtérben úgy biztosítják, hogy e tér után kapcsolt - rendszerint függőleges tengelyű — magas hő,θ mérséletet bíró (például falazott) ciklont alkalmaznak és az ebben leválasztott port megfelelő szerkezettel visszajuttatják a tüzelőtérbe. Ilyen megoldás esetén az említett berendezések a szénportüzelésre jellemző és a fluidizált réteggel üzemelő berendezé15 seknél szokásos porkoncentráció-értékek közötti porterheléssel működnek.

A cirkulációs fluidizálást alkalmazó berendezések felépítése bonyolult, nagy beruházási költséget igényelnek, és az üzembiztonság lecsökkenése melle lett magas a karbantartási és javítási igényük. Ezeknél a berendezéseknél a helyigény még fokozottabb, mint a réteges fluidizációt alkalmazó berendezések esetében.

A tüzelőanyagok elgázosítására szolgáló, fluidi15 zációt alkalmazó ismert berendezések is több alaptípusra oszthatók. Ezek az elgázosító berendezések céljukat illetően vagy ipari fűtögáz termelésére szolgálnak, vagy csővezetéken szállított városi gázt termelnek, vagy kétfokozatú tüzelés első fokozatát θ alkotják.

A fluidizációt alkalmazó elgázosító berendezések legismertebb típusa a Winkler generátor. Ennél a berendezésnél oxigént és vízgőzt, vagy levegőt és vízgőzt alkalmaznak a szén fluidizálására és elgázo⁵ sitására. Az oxigént és vízgőzt alkalmazó berendezések legnagyobb hátránya, hogy az oxigén előállításához nagy beruházási költséget igénylő és drága üzemű külön berendezés szükséges. A levegő és vízgőz alkalmazásával működő berendezésekben ^l(· pedig rendkívül alacsony fűtőértékű a termelt gáz, általában 5 MJ/m³ körüli a fütőértéke. Az ilyen gáz felhasználása csak szűk területen lehetséges, éppen az alacsony fütőértéke miatt. További hátránya ,_t még ezeknek a berendezéseknek, hogy a pernye

188 819 éghetőtartalma - és így az ezzel járó veszteség magas.

A fluidizált réteg szükséges hőmérsékletét a szén főleg CO-vá égetéséből kell nyerni és bár más elgázosító megoldásoknál is tapasztalható a szén illőtartalmának részleges bomlása és oxidációja, fluidizált réteg jó keveredése miatt ez a hatás még nagyobb, mint például a fix rétegű gázgenerátorokban.

A fluidizációt alkalmazó elgázosító berendezések 1 egy másik típusa a Duklafluid tüzelés, amely tulajdonképpen a Winkler generátor és egy gáz/portüzelésű kazán összekapcsolását jelenti.

A termelt gáz fűtőértékének növelése érdekében — oxigén adagolásának mellőzésével - alkalmaz-¹nak még olyan kétáramú megoldásokat (például Cogas), melyeknél két fluidizált réteg közül az egyikben léghiánnyal történő gázosítás, főleg vízgőzzel végrehajtott vizgázreakció, a másik fluidizált rétegben pedig az első rétegből távozó koksz-hamu ²keverék égetése történik és a két réteg között hőmérsékletkülönbséget tartanak. Az égető fokozatból forró port szállítanak a gázositó rétegbe, a gázositó rétegből pedig az előbbinél alacsonyabb ₂hőmérsékletű port az égető fokozatba. Az ily módon cirkuláltatott por a fizikai hőjével fedezi az elgázosítás hőigényét. A két réteget meglehetősen bonyolult transzportáló adagoló és szabályozó szerkezetek fogják össze és ily módon biztosítható ₃₀egy egységes technológiai rendszer. A hőtermelő réteg füstgáza és elgázosító réteg gáza egymástól elválasztott két áramban távozik a berendezésből.

Látható a vázlatos ismertetésből is, hogy az ilyen berendezések bonyolultak, beruházási költségigé-35 nyük magas, helyszükségletük nagy, üzemük nehézkes, nehezen kézbentartható, karbantartási és javítási igényük is tetemes.

A fluidizációt alkalmazó elgázosító berendezések egy másik ismert csoportjánál fluidizált réteg he-40 lyett cirkulációs fluidizálást alkalmaznak. Az ilyen berendezéseknél a cirkulációban 2-4-szeres sebesség érhető el a fluidizált rétegben biztosítható sebességhez képest. Körülbelül ilyen mértékben növelhető a teljesítmény is a réteges korongokberendezésekhez viszonyítva. Ezeknél a berendezéseknél olyan ciklont szükséges alkalmazni, amely magas hőmérsékleten is megbízhatóan üzemel, és az ebben leválasztott port egy visszatápláló szerkezet juttatja újból az elgázosító térbe. Az ilyen megoldásoknál meglehetősen nagymennyiségű por lép ki az elgázosító térből éppen az ott kialakuló nagy áramlási sebességek miatt. Ez a körülmény mindjárt rámutat az ilyen berendezések hátrányaira is. Mind gazdaságilag, mind műszaki szempontból kedvezőtlen ugyanis az, hogy nagymennyiségű port kell a berendezésben és tartozékaiban mozgatni. Ez külön költségtöbbletet jelent a beruházás, karbantartás és javítás tekintetében, ami nem jelentéktelen, ha figyelembe vesszük, hogy a ciklonnak magas hőmérsékleten is üzembiztosán kell működnie.

A találmány tárgyát képező berendezés révén az ismert hasonló célú berendezések hiányosságai, hátrányai nagyrészt kiküszöbölhetők illetve elkerülhetők.

A találmány elé kitűzött cél az volt, hogy lehetőleg mellőzhetővé tegye a fluidizációt alkalmazó berendezés segédszerkezeteit, mint pl. leválasztót, transzport szerkezetet és hasonlót, továbbá, hogy az ily módon egyszerűbbé váló berendezésben is biztosítsa a veszteségek csökkentését, vagyis a pernye és salak éghetőtartalmának minimális szintjét, a részterhelés melletti kielégítő üzemet a fluidizált rétegben lévő hűtőfelületek esetén is.

A találmány szerinti berendezés a kitűzött célt azáltal éri el, hogy a fluidizált réteg feletti térben biztosít egy lényegében vízszintes tengelyű ciklont, amely a durvább szemcséket visszajuttatja a fluidizált rétegbe. A vízszintes tengelyű ciklon kialakításához a berendezésen belüli áramlási viszonyokat úgy biztosítja a berendezés, hogy az említett ciklon kivezető nyílása a ciklon tengelyével párhuzamos falak között excentrikus helyzetű és a kivezető nyílástól távolabbi fal mellett nagyobb sebességű felfelé áramló gázt szolgáltat a gázelosztója, mint a másik fal mellett. Ezenkívül a berendezés terét felülről határoló fal is a ciklon áramlási viszonyainak megfelelő, görbe felületű terelőtetőnek van kiképezve.

A gázelosztó maga eredményezheti a rajta átáramló, a fluidizálást szolgáló gáz egyenlőtlen sebességét, nevezetesen, hogy a kivezető nyílástól távolabbi fal melletti zónában nagyobb legyen a kiáramló, felfelé irányuló gáz sebessége, mint az említett fallal szemközti fal mentén. E cél érdekében a gázelosztó átömlő keresztmetszeteinek nagyságai illetve azok sűrűsége változhat az említett, egymással szemközti falak között.

Á fluidizációt szolgáló gáznak a gázelosztó mentén eltérő kiáramlási sebességét az előbbiekben említett kialakítás helyett - vagy az mellett - úgy is lehet biztosítani, hogy a gázelosztó alatt elkülönített gázszekrényeket tartalmaz a berendezés, és az ezekben biztosított eltérő nyomások eredményekén! alakulnak ki — vagy legalább részben ennek eredményeként — az eltérő sebességű felfelé áramló gázt jelentő gázsugarak. Látható a vázolt megoldás alapján, hogy a berendezés találmány szerinti kial ikítása lehetővé teszi, hogy egyetlen aknaszerü épít nényben történjen a tüzelőanyag elégetése, elgázositása. A javasolt kialakítás révén elérhető, hogy a berendezésen belül egy nagyobb sebességű szekció és egy kisebb sebességű szekció alakuljon ki. Λ nagyobb sebességű szekció a cirkulációs fluidizációt közelíti meg, vagy éppen azt biztosítja, míg a kisebb sebességű szekcióban a réteges fluidizáció alakul ki.

A-nagyobb sebességű szekció és a kisebb sebességű szekció clkülönüllebb, hatásosabb kialakulást elősegítő, ha a fluidizált réteg fölött, és még részben a fluidizált rétegben is, osztófal van. Ez az osztófal a vízszintes tengelyű ciklon kialakulását nem zavarhatja, vagyis általában nem érhet a ciklon kivezető nyílása magasságáig. Előnyös, ha az osztófal a gázszekrényt megosztó válaszfal folytatását képezi -31

188 819 de csak irány tekintetében - a fluidizált rétegben és afölött. Egyébként ajánlatos az osztófal és a gázelosztó között rést hagyni, hogy ezen keresztül anyagáramlás történhessen a kisebb sebességű szekció felől a nagyobb sebességű szekcióba.

A javasolt berendezésnél üzem közben a nagyobb sebességű szekcióban felfelé áramló gáz és az általa elragadott szilárd szemcsék a vízszintes ciklon meghatározó áramlási képhez képest tangenciálisan érkeznek, majd a ciklon kivezető nyílása körül keringésre kényszerülnek és ennek során a durvább szemcsék a kivezető nyíláshoz közelebbi fal mentén visszahullanak a fluidizált rétegbe. A visszahullt szemcsehalmaz, valamint a beadagolt anyag a gázelosztó fölött a másik fal felé áramlik vagyis a nagyobb sebességű szekcióba. A visszahalló szemcsék ezt az áramlást elősegítik, s ily módon az éghető-anyag koncentrációjának a fluidizált rétegben való homogenizálódását, a fluidizált rétegen belüli keveredést szolgálja. Ennek köszönhető, hogy a találmány szerinti berendezés alkalmazása révén nagymnéretű berendezések is megvalósíthatók anélkül, hogy bonyolult transzportszerkezetekre lenne szükség.

A találmány révén az elgázosítás is előnyösen biztosítható, anélkül, hogy az ismert berendezéseknél elkerülhetetlenül alkalmazott bonyolult szerkezeteket és kiegészítő berendezési részleteket kellene alkalmazni. Az elgázositásnak a kétáramú változatát valósítja meg a találmány szerinti berendezés egyetlen, kompakt egységben. Az elgázosításhoz a berendezésében az osztófal felső részéhez csatlakoztatott terelőfalat célszerű alkalmazni és az említett két fal között kialakult gázgyűjíő térbe kell csatlakoztatni a gázt elvezető szervet. A javasolt berendezésnél a nagyobb sebességű szekcióban nyilvánvalóan magasabb hőmérséklet alakul ki, mint a másik szekcióban. A korábbiakban már vázolt módon visszahulló durva szemcsés por révén a fluidizált rétegbe vitt hőmennyiség csökkenti, esetleg feleslegessé is teszi, hogy levegőt juttassanak a gázositó rétegbe. Ennek eredményeként elmarad a felszabadított illő komponensek bomlása, utóégése, valamint a képződött CO továbbégése CO₂-vé. Végeredményben javul a termelt gáz fütőértéke, az ismert berendezésekben - pl. a Winkler generátorban - termelt gázokéhoz képest.

Ismeretes az a körülmény, hogy az elgázosítás felületi reakciósebessége kisebb, mint az égetésé. Ennek tudható be, hogy fluidizációs elgázosítás mellett a kialakult szilárd maradék éghetőtartalma magas. A találmány szerinti berendezés esetében a gázosítást jelentő szekcióban keletkezett hamukoksz keverék átvándorol a magasabb hőmérsékletű, nagyobb sebességű szekcióba, ott ki tud égni a karbon, ennek megfelelően az ebből a szekcióból távozó hamu éghetőtartalma lényegesen csökken.

A találmány szerinti berendezés alkalmazása szempontjából nem jelent hátrányt a tüzelőanyag magas hamutartalma, hiszen minél magasabb a hamutartalom, annál nagyobb a hőszállítás az égető szekciónak nevezhető nagyobb sebességű szekcióból a gázositó szekció felé, azonos ciklon leválasztási fok mellett.

Fokozható a hőtranszport a találmány szerinti berendezés esetében is — egyébként ismert módon — akként, hogy olyan inért anyagot adagolnak a berendezésbe, amelynek szemcsemérete úgy van megválasztva, hogy a nagysebességű szekcióban a gázáram magával tudja ragadni, de a berendezésben kialakult vízszintes tengelyű ciklon kiválasztja azt. Ennek megfelelően ez az inért anyag a berendezésen belül cirkulál és mint hőszállító közeg szerepel.

A találmány szerinti berendezésnél a szilárd, szemcsés tüzelőanyag bevezetése a fluidizált réteg magasságában, vagy annak felső szintje fölött történik.

A fluidizált réteg vastagsága bizonyos mértékig szabályozható a szekunder levegő bevezetésének magasságával. Ennek érdekében előnyös, ha több, egymástól eltérő magasságban lévő beömlőnyílású szekunderlevegő bevezető csatorna van.

Szóbajöhet olyan kiviteli alak is, amelynél a tüzelőanyagot bevezető csatornát egyik oldalon maga az osztófal alkotja. Az ilyen kialakítás tovább egyszerűsíti a berendezést és egyben a tüzelőanyag legmegfelelőbb helyre juttatását is szolgálja.

A találmány szerinti berendezés lényege tehát, hogy a berendezés egyik függőleges fala mentén, vagy legalább e falnak egy szakasza mentén a szemben lévő fal mellettihez képest nagyobb sebességű felfelé irányuló gázáramot biztosító gázelosztója és/vagy a gázelosztó alatt legalább két gázszekrénye van, továbbá hogy az említett falak között a nagyobb sebességű felfelé irányuló gázzal érintkező faltól távolabb lévő, aszimmetrikus helyzetű kivezető nyílása, és görbe felületű terelötetője van.

A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakjánál a gázelosztó fölött lévő, a fluidizált réteget és/vagy az afölötti szabadteret legalább részben megosztó egy vagy több osztófal van.

Egy további előnyös kiviteli alak képezhető, ha két gázszekrény esetében az ezek közti válaszfalnak lényegében folytatását képezi az osztófal.

Egy újabb célszerű kiviteli alakja a találmány szerinti berendezésnek, amelynél a gázelosztó fölött lévő, a fluidizált réteget és/vagy az afölötti szabadteret legalább részben megosztó osztófal és ehhez a felső részénél kapcsolt terelőfal van, továbbá, hogy az oszlófal és terelőfal közötti gázgyűjtő térbe torkolló, a termelt gázt elvezető nyílás van.

Osztófallal rendelkező találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakját jelenti az olyan megoldás, amelynél az osztófal és a gázelosztó között rés van.

A javasolt berendezés további célszerű kiviteli alakjánál a berendezésbe a fluidizált réteg tervezett felső szintjénél magasabban torkolló, szekunder levegőt bevezető csőcsonk van.

Előnyös, ha a szemcsés tüzelőanyagot a fluidizált réteg fölé juttató csatornával van ellátva a berendezés.

Az utóbb említett megoldásnak egy lehetséges

188 819 kiviteli alakjánál legalább részben az osztófallal határolt, tüzelőanyagot bevezető csatorna van.

A találmány szerinti berendezést a csatolt rajzokon szemléltetett néhány példakénti kiviteli alak kapcsán ismertetjük részletesebben. A rajzok vonalas ábrákkal érzékeltetik a találmány szerinti berendezés egyes kiviteli alakjait. Az

1. ábra a találmány szerinti berendezés egy egyszerű kiviteli alakját mutatja függőleges metszetben, a

2. ábra egy újabb kiviteli alak függőleges metszete, a

3. ábra a 2. ábra szerinti berendezés kisebb módosításokkal ellátott változata, a

4. ábra egy olyan kiviteli alakot szemléltet, amely elsősorban elgázosításra alkalmazható, az

5. ábra egy további kiviteli alakját mutatja a találmány szerinti berendezésnek, és a

6. ábra olyan kiviteli alak függőleges metszete, amelynél két osztófal van.

Az 1. ábrán szemléltetett berendezésnél az egymással lényegében párhuzamos 12 fal és 13 fal között foglal helyet a berendezés alsó részében a 11 gázelosztó. A 11 gázelosztó alatti tér két részre van osztva az 5 válaszfallal. így alakul ki a 3 gázszekrény és a 4 gázszekrény. A berendezésbe az ezen az ábrán nem szereplő csatornán keresztül bejuttatott szemcsés tüzelőanyagot tartalmazó 6 fluidizált réteg a 11 gázelosztó fölött alakul ki. A fluidizációt az 1 csőcsonkon keresztül a 3 gázszekrénybe juttatott levegő vagy más gáz biztosítja, amikor a 11 gázelosztó nyílásain keresztül felfelé áramlik, illetve a 2 csőcsonkon keresztül a 4 gázszekrénybe vezetett gáz, amikor innen ugyancsak a 11 gázelosztó nyílásain keresztül felfelé áramlik. Ha pl. a fluidizációt biztosító gáz nyomása a 3 gázszekrényben nagyobb, mint a 4 gázszekrényben, akkor ennek megfelelően a 3 gázszekrény feletti térben nagyobb sebességű felfelé irányuló áramlás alakul ki, mint a 4 gázszekrény feletti térrészben.

Ezt az eltérő sebességű felfelé.irányuló áramlást úgy is el lehet érni, ha a 11 gázelosztó nyílásait eltérő nagyságúakra illetve eltérő sűrűségben készítik. Ilyen esetben a 11 gázelosztó alatti tér teljes egészében biztosított azonos nyomás mellett is különféle sebességű felfelé áramlás alakul ki a 11 gázelosztó mentén. Természetesen a 3 és 4 gázszekrények eltérő nyomású töltése mellett még a 11 gázelosztó előbb említett kialakítása is lehetséges a sebességeltérés biztosítása végett.

Minthogy a 12 fal mentén nagyobb sebességű felfelé áramlás alakul ki, minta 13 fal mellett, ezért a 6 fluidizált réteg feletti szabadtérben a görbült 8 terelőtető által is előmozdított ciklon alakul ki. Ennek a ciklonnak a tengelye közel párhuzamos a 12 fallal illetve a 13 fallal. Ha a ciklon kivezető nyílását a berendezés középsíkjától a 13 fal felé eltolt helyzetben alakítják ki, és a 8 terelőtetőt is ennek a helyzetnek megfelelően képezik ki, akkor a 20 ciklontérben a berendezés határoló falaihoz képest excentrikus helyzetű lesz a ciklon.

A berendezés működése során a füstgázok a 3 gázszekrény felett, vagyis a 12 fal mellett felfelé áramolnak és magukkal ragadják a 6 fluidizált rétegből az egyes szemcséket. A 20 ciklontérben kialakult ciklonáramlás hatására a 9 kivezető nyílás körül halad a füstgáz és a benne lévő szilárd szemcsékből álló halmaz. A vízszintes tengelyű ciklonáramlásból a nagyobb szemcsék kisebb valószínűséggel jutnak a 9 kivezető nyílásba és az ennek folytatását képező - a rajz síkjára merőleges csatornába, mint a finomabb szemcsék. Ezért a durva szemcsék vagy lehullanak a 13 fal mellett a 6 fluidizált rétegbe, vagy többször is megkerülik a 9 kivezető nyílást. A többszöri megkerülés alatt, a megnövelt tartózkodási időben lehetőség van kiégni a szemcsékben lévő szilárd éghetőnek.

A 6 fluidizált rétegbe visszahulló durva szemcsék tömege azt eredményezi, hogy a 6 fluidizált rétegben lévő szilárd szemcsék halmaza vándorol a 12 fal irányába.

A 2. ábrán szereplő berendezésnél az a szembetűnő eltérés az 1. ábra kapcsán ismertetett berendezéshez képest, hogy a 11 gázelosztó ívelt alakú és hogy az 5 válaszfal folytatását képező 14 osztófal van beépítve. A 14 osztófal és a 11 gázelosztó között 18 rés van, hogy a 6 fluidizált rétegben lévő anyag áramlása biztosított legyen a 13 fal felől a 12 fal felé. Itt a 3 gázszekrénybe az 1 csőcsonkon keresztül vezetik a fluidizáláshoz szükséges gázt, míg a 4 gázszekrénybe a 2 csőcsonkon át. Ezen az ábrán feltüntettük a 19 csatornát, amelyen keresztül a szilárd tüzelőanyagot lehet a berendezésbe juttatni. A szekunder levegőt a 15 csöcsonkon, vagy a 16 csöcsonkon, vagy a 17 csőcsonkon, keresztül lehet a berendezésbe vezetni. Az éppen használt csőcsonk a fluidizált réteg vastagságát is megszabja,

Ennél a berendezésnél a 14 osztófalnak köszönhetően határozottabb elkülönítés érhető el a nagyobb sebességgel felfelé áramló közeg és a kisebb sebességű közeg között. Itt a 7 térészben nagyobb a felfelé áramlás sebessége, mint a 10 térrészben. Ennél a berendezésnél is létrejön a 9 kivezető nyílás körül a ciklonáramlás és a durvább szemcséjű anyag a 13 fal mellett hullik lefelé a 6 fluidizált rétegbe.

/\ 3. ábra szerinti berendezésnél a szerkezeti elrendezés hasonló, mint amilyen a 2. ábrán szerepelt. Itt két csatorna szolgál a szekunder levegő bevezetésére, mégpedig egymással merőleges beömlési síkkal. Ennél a berendezésnél a 19 csatornán juttatható a tüzelőanyag a berendezésbe, míg a szekunder levegő a 16 csőcsonkon vagy a 17 csőcsonkon át vezethető be.

A 3. ábra szerinti berendezés üzeme során elérhető, hogy a 3 gázszekrény feletti térrészben egyáltalán ne alakuljon ki fluidizált réteg, hanem a nagysebességű gázáram hatására folyamatos felfele irányuló anyagáram legyen, ami természetesen erősen turbulens áramlási képet jelent. A 3 gázszekrényböl felfelé kilépő gáz sebességének megfelelő megválasztásával persze különféle vastagságú réteg állítható be, a kívánságnak megfelelően. A 3 gázszekrény feletti 6 fluidizált réteg felső felszínének helyzete, magassága, aszerint változtatható, hogy a sze5

188 819 kunder levegőt a 16 csöcsonkon vagy a 17 csőcsonkon át vezetjük-e be a berendezésbe. Ily módon automatikusan szabályozható a 6 fluidizált rétegben a szemcseréteg magassága. Ha pl. a 17 csőcsonkon át vezetjük be a szekunder levegőt - a 16 csőcsonk helyett — akkor a 6 fluidizált rétegben lecsökken a szemcseréteg vastagsága. Ez a körülmény részterhelésnél előnyös, mert módosítani lehet ily módon a 6 fluidizált rétegben a hütőcsövek hőfelvétclét. Ennél a berendezésnél is a 13 fal mellett visszahulló durva szemcsék hatására a 18 résen keresztül anyagáramlás van a 12 fal felé. Ezt az anyageláramlást a visszahulló szemcsék pótolják. A tüzelőanyag gyulladásának stabillá tétele szempontjából igen nagy jelentősége van a 13 fal mentén visszahulló pernyének - és általában a visszahulló szemcséknek — valamint a 6 fluidizált réteg nagy hőkapacitásának.

A 4. ábra a találmány szerinti berendezés olyan példakénti kiviteli alakját szemlélteti, amely elsősorban elgázosítási feladatra használható előnyösen. Ennél a berendezésnél is szerepel a 14 osztófal, de itt ehhez a 21 terelőfal csatlakozik, mégpedig a 14 osztófal felső részénél. Ily módon kialakul a 22 gázgyüjtő tér, amelyből a 23 elvezető nyíláson át lehet kijuttatni az összegyűlt gázt. A vázolt berendezésnél a 3 gázszekrény feletti 7 térrészben nagyobb felfelé irányuló sebességű áramlás van biztosítva, mint a 4 gázszekrény felett. A 21 terelőfal és a 13 fal közötti 10 térrészben tud visszahullani a ciklonáramlásból kiváló durva szemcsék halmaza a 6 fluidizált rétegbe. Egyébkén! ennél a berendezésnél a 3 gázszekrény feletti térben égetés folyik, ezért ezt a térrészt égető szekciónak is lehet nevezni. A 4 gázszekreny feletti térrészben az elgázosítás történik.

A 3 gázszekrényből kiáramló levegő egyrészt fluidizálja a felette lévő réteget, másrészt oxigént biztosit az említett rétegben lévő tüzelőanyag elégetéséhez. A 3 gázszekrény feletti térbe torkollik a 16 csőcsonk, amelyen szekunder levegőt lehet bevezetni az égés tökéletesítésére. Itt - tehát a 7 térrészben - a 6 fluidizált rétegből a Í8 résen átkerült, és még éghetőt tartalmazó szemcsék kiégetése történik. Az eme égés folytán felszabaduló hő nemcsak az égéstermékeket hevíti fel — általában mintegy 1.100 °C-ra — hanem azt a port is, ami a 18 résen ál ide jutott és ami majd a ciklonhatás folytán kiválasztva a 10 térrészen át ismét a 6 fluidizált rétegbe jut vissza.

A 7 térrészből távozó füstgáz - a vízszintes tengelyű ciklonáramlás révén portalanitva, és a 9 kivezető nyíláson át a berendezést elhagyva - jelentős hőtartalommal rendelkezik. A füstgáz fizikai hőtartalmának nagyrészét hasznosítani lehet például úgy, hogy a rajzon nem ábrázolt hőcserélőben a gázosításhoz szükséges levegő előmelegítésére használják, önmagában ismert módon. A füstgáz végül utolsó portalanítást követően kéménybe ereszthető.

A 4. ábra szerinti berendezésben fejlődött gáz ami közepes fütőértékü fűtő-gáz, és amely a tüzelőanyag illótartalmából, a vízgőz révén képződött vízgázból és esetleg léggázból áll — a 23 elvezető nyíláson és az ehhez csatlakoztatott csővezetéken keresztül elszállítható. Önmagában ismert módon lehet ebből a gázból hőhasznosítást végezni, kátrányt, valamint kéntartalmú komponenseket leválasztani illetve kivonni.

A 4. ábra szerinti berendezés felhasználható olyan üzemmód mellett is, ami tulajdonképpen egy kétfokozatú tüzelőanyag gázosító részének felel meg. Ilyen esetben a 4 ábrán bemutatott berendezésben részbeni eltüzelés mellett gázt lehet termelni, ezt a termelt gázt — amit tehát a 23 elvezető nyíláson keresztül elszállítunk - levegővel elégetjük és ily módon gőz termelésére, kemencefűtésre vagy bármi más célra felhasználjuk. A berendezésből kivezetett gáz csak jelentéktelen mennyiségben tartalmazza a tüzelőanyag hamutartalmát, ezért olyan tüzelőberendezésekben is eltüzelhető, amely berendezésekhez nem építettek porleválasztót. így tehát alkalmazható az említett fütőgáz földgáz- vagy olajtüzelésű kazánokban, továbbá kemencékben is. Az elmondottak értelmében a találmány szerinti berendezés alkalmas arra, hogy meglévő szénhidrogéntüzelésre épített kazánokat, kemencéket átállítsanak szénbázisra anélkül, hogy a tüzelőberendezés lényeges átalakításra kerülne. A 4. ábra szerinti berendezés ilyen esetben egy a meglévő berendezés elé kapcsolt technológiai egységet alkot.

Az 5. ábrán szemléltetett berendezésnél maga a 11 gázelosztó biztosítja azt, hogy a 12 fal közelében nagyobb sebességű felfelé irányuló áramlás alakul ki, mint a 13 fal mellett. Itt egyetlen 3 gázszekrényre van éppen ezért szükség. A 14 osztófal erősen döntött helyzetű és egyik oldali határoló falát képezi a 19 csatornának, amely 19 csatorna a tüzelőanyag bevezetésére szolgál. Ennél a berendezésnél is a 7 térrész fölött alakul ki a 20 ciklontér, és a 9 kivezető nyíláson át nem jutott nagyobb méretű illetve nehezebb szemcsék a 13 fal mellett a 10 térrészben hullanak vissza a 6 fluidizált rétegbe.

Az 5. ábrán szereplő berendezés üzeme az eddig ismertetett berendezések üzeméhez hasonlóan megy végbe.

A 6. ábra a találmány szerinti berendezés olyan kiviteli alakját szemlélteti, amelynél a 14 osztófal mellett még egy 14' osztófal van alkalmazva. Ennek megfelelően három térrész különböztethető meg a berendezésben. A legnagyobb felfelé irányuló sebesség a 7 térrészben alakul ki, és ennél kisebb sebesség lehet a 7' térrészben. Az osztófalak megfelelő térbeli helyzetével biztosítható, hogy a 20 ciklonlérben megközelítően vízszintes tengelyvonalú ciklon alakul ki, és az ebben leválasztott nagyobb szemcsék a 10 térrészben hullanak le a 6 fluidizált rétegbe.

Ennél a megoldásnál is a gázelosztó biztosítja a felfelé áramló gáz eltérő sebességét a gázelosztó mentén, ennek megfelelően egyetlen 3 gázszekrény van. A szilárd, szemcsés tüzelőanyagot a 19 csatornán keresztül lehet a berendezésbe juttatni, a szekunder levegőt pedig a 17 csőcsonkon át vezethetjük a berendezésbe.

A találmány szerinti berendezés a fluidizációt

188 819 alkalmazó berendezések minden előnyét biztosítja. Az ismert fluidizációs berendezésekhez képest azonban további új hatásai, eredményei vannak. Ilyen eredménye és egyben előnye a találmány szerinti berendezésnek, hogy egyetlen berendezési egységben, magában a tüztérben biztosítja a porleválasztást. Minthogy a porleválasztást a találmány révén aerodinamikai módon lehet elérni, lényegesen egyszerűbb és olcsóbb szerkezeti felépítésű lehet a berendezés. A hatásos porleválasztás eredménye, 1 hogy az utófűtöfelületek porterhelése minimálisra csökken, továbbá az utánkapcsolt porleválasztók porterhelése is nagymértékben csökken.

Igen nagy előnye a találmány szerinti berendezésnek, hogy bármelyik szekcióba adagolható da-¹raszén is — pl. 0 — 30 mm szemnagyságú szén is — mert az a berendezésben aprózódik, ennek megfelelően a nagyobb sebességű — gyors — szekcióból már szűkebb szemcsefrakcíó távozik, amely alkalmas a cirkulációs üzemre. ²

További előnye a találmány szerinti berendezésnek, hogy széles teljesítménytartományban üzemeltethető hűtött falak és hűtött réteg esetén is.

A szekciók bármelyike leállítható. A gyors szekció ₂— vagyis a nagy felfelé áramló gázsebességű szekció — részterhelésnél a szekunder levegő mennyiségének csökkentése után 1/4—1/5 teljesítményt jelentő fluidizált réteggel is üzemelhet. Ilyen esetben ugyanis a falhűtés hatékonysága nagymértékben lecsökken és a minimális terhelés alacsony értékét biztosítja, ezenkívül kedvező indítási feltételeket is jelent.

Látható, az ismertetett példakénti berendezések kapcsán, hogy a találmány szerinti kialakítás ered- r menyeként a nagyobb szemcsék visszahullanak a fluidizált rétegbe, vagy a ciklontérben többszöri keringésre kényszerülnek. Mindkét esetben biztosított, hogy a tüzelőanyag szinte maradéktalanul kiég, ezáltal a minimálisra csökken a salakéghető í vagyis az e téren korábban fennálló veszteség szinte eltűnik.

Szabadalmi igénypontok

Claims

1. Berendezés különféle anyagok közötti hőáramlás és/vagy anyagáramlás biztosítására, kémiai és fizikai folyamatok lefolytatására, elsősorban szilárd tüzelőanyag elégetésére vagy elgázosítására, amelynek szemcsés szilárd anyagot, például tüzelőanyagot tartalmazó fluidizált réteget fenntartó gázelosztója és a fluidizált réteg fölött szabadtere van, azzal jellemezve, hogy a berendezés egyik függőleges fala (12) mentén vagy legalább e falnak egy szakasza mentén a szemben lévő fal (13) mellettihez képest nagyobb sebességű felfelé irányuló gázáramot biztosító gázelosztója (11) és/vagy a gázelosztó (11) alatt legalább két gázszekrénye (3, 4) van, továbbá hogy az említett falak (12, 13) között a nagyobb sebességű felfelé irányuló gázzal érintkező faltól (12) távolabb lévő szimmetrikus helyzetű kivezető nyílása (9), és görbe felületű terelőtetöje (8) van.

2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alak ja, azzal jellemezve, hogy a gázelosztó (11) fölött lévő, a fluidizált réteget () és/vagy az afölött szabadteret legalább részben megosztó egy vagy több osztófala (14, 14') van.

3. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alak ja, azzal jellemezve, hogy két gázszekrénye (3, 4) és az ezek közti válaszfalnak (5) lényegében folytatását képező osztófala (14) van.

4. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a gázelosztó (11) fölött lévő, a fluidizált réteget (6) és/vagy az afölött szabadteret legalább részben megosztó osztófala (14) és ehhez a felső részénél kapcsolt terelőfala (21) van, továbbá hogy az osztófal (14) és terelőfal (21) közötti gázgyűjtő térbe (22) torkolló, a termelt gázt elvezető nyílása (23) van.

5. A 2-4. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az osztófal (14) és a gázelosztó (II) között rés (18) van.

6. Az 1 - 5. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a berendezésbe a fluidizált réteg (6) tervezett felső szintjénél magasabban torkolló, szekunder levegőt bevezető csőcsonkja (16, 17) van.

7. Az 1 — 6. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a szemcsés tüzelőanyagot a fluidizált réteg (6) fölé juttató csatornája (19) van.

8 A 7. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy legalább részben az osztófallal (14) határolt, tüzelőanyagot bevezető csatornája (19) van.

6 db ábra

Kiadja az Országo¹; Találmányi Hivatal A kiadásért felel; Himer Zoltán osztályvezető Megjelent: a Műszaki Könyvkiadó gondozásában

COPYLUX Nyomdaipari és Sokszorosító Kisszövetkezet

-7188 819

NSZ0₄: F 23 C 11/02; C 10 J 3/54

-8188 819