HU218508B - Fluidágyas berendezés javított fúvókaszerelvénnyel - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya fluidágyas berendezés, amely önmagában ismertégetőből, levegőelosztó aljzatból, amely aljzat több, egymássalpárhuzamos és bordákkal összekapcsolt közbenső szomszédos csövet (32)tartalmaz, és egymással párhuzamos fúvókaszerelvényekből (30) áll,ahol minden fúvókaszerelvénynek (30) van egy rendszerint hengeresteste (36), amelynek szimmetriatengelye lényegében merőleges azaljzatra, és mindegyik hengeres test (36) az aljzattól távolabbi,boltozat (40) felőli végénél sugárirányban lefelé kialakítottfúvókafejekkel (38) van ellátva. A találmány lényege, hogy mindegyiktest (36) az aljzattól távolabbi végénél, a test (36) kerülete menténsugárirányban egyenletesen elosztva négy fúvókafejjel (38) vanellátva, amelyek henger alakúak, és szimmetriatengelyük a vízszintessíkkal hegyesszöget bezáróan van elrendezve. ŕ

Description

A találmány tárgya fluidágyas berendezés, amely önmagában ismert égetőből, levegőelosztó aljzatból, amely aljzat több, egymással párhuzamos és bordákkal összekapcsolt közbenső szomszédos csövet (32) tartalmaz, és egymással párhuzamos fuvókaszerelvényekből (30) áll, ahol minden fűvókaszerelvénynek (30) van egy rendszerint hengeres teste (36), amelynek szimmetriatengelye lényegében merőleges az aljzatra, és mindegyik hengeres test (36) az aljzattól távolabbi, boltozat (40) felőli végénél sugárirányban lefelé kialakított füvókafejekkel (38) van ellátva.

A találmány lényege, hogy mindegyik test (36) az aljzattól távolabbi végénél, a test (36) kerülete mentén sugárirányban egyenletesen elosztva négy fűvókafejjel (38) van ellátva, amelyek henger alakúak, és szimmetriatengelyük a vízszintes síkkal hegyesszöget bezáróan van elrendezve.

4. ábra

HU 218 508 B

A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 3 lap ábra)

HU 218 508 Β

A találmány tárgya fluidágyas berendezés, amely előnyösen gőzfejlesztő rendszerek fluidágyas égetőberendezéseiben történő felhasználásra alkalmazható. Jóllehet a találmány elsősorban a gőzfejlesztő rendszerek égetési folyamatainál alkalmazható, bemutatjuk azt is, hogy a fluidágyas berendezések számos más változatában is felhasználható.

Ismeretes, hogy fluidágyas berendezéseket évtizedek óta alkalmaznak olyan nem égési reakcióknál, ahol a reagensek fluidágyban történő alapos elegyítése és közvetlen kapcsolatba hozatala magas teljesítményt eredményez az idő és energia gazdaságosabb felhasználása mellett.

A fluidágyas égetőberendezés képes a szén alacsony hőmérsékleteken történő hatékony égetésére, és így lehetővé teszi sok más égetési módszer alkalmazásánál fellépő probléma kiküszöbölését. A „fluidágy” mint szakkifejezés arra az állapotra vonatkozik, amelyben szilárd anyagok folyadékszerű viselkedést mutatva szabadon áramlanak. Amikor egy gáz szilárd szemcsékből álló ágyon keresztül felfelé halad, a gáz áramlása olyan erőket hoz létre, melyek a szemcséket egymástól elválasztják. Alacsony gázáramlási sebesség esetén a szilárd részecskék egymással kölcsönhatásban maradnak és az egymástól történő eltávolításnak ellenállnak. Ezt az állapotot fix ágynak hívják. A gáz áramlási sebességének fokozásával elérünk egy olyan pontot, ahol a részecskékre ható erők elegendően nagyok ahhoz, hogy a részecskék szétváljanak. Ekkor az ágy fluidágynak tekinthető. A szilárd részecskék közötti gázpáma lehetővé teszi azok szabad mozgását, folyadékszerű jelleget kölcsönözve ezáltal az ágynak.

A fluidágyas égetés olyan magas hamu-, kén- és nitrogéntartalmú tüzelőanyagok elégését is lehetővé teszi, melyeket erre általában alkalmatlannak tartanak. Ezt az eljárást alkalmazva lehetséges, legalábbis bizonyos esetekben elkerülhető a füstgáztisztító berendezések használata, eleget téve egyidejűleg az emissziós követelményeknek is. A fluidágyas égetés során a tüzelőanyagot felforrósított, nem éghető részecskékből álló ágyban égetik el, melyet a fluidizáló gáz felfelé áramlása szuszpendál. A tüzelőanyag jellemzően szilárd anyag, mint például szén, bár folyékony és gáznemű tüzelőanyagok is akadálytalanul felhasználhatók.

A fluidizáló gáz általában az égési levegő és az égési folyamat gáznemű termékei. Ahol a kén megkötése nem követelmény, az ágy fenntartása céljából a tüzelőhamu kiegészíthető inért anyagokkal, mint például homok vagy timföld. Olyan esetekben, amikor a kén megkötése követelmény, szorbensként az ágy részeként mészkövet használnak.

A fluidágyas égetőberendezések két fő típusa ismeretes, a buborékos fluidággyal és a cirkulációs fluidágygyal működő berendezések. A buborékos fluidágy (BFB) esetében a fluidizálásához szükséges levegőmennyiség feleslegben lévő része buborékok formájában halad át a fluidágyon. A buborékos fluidágyat a fluidágyban az alacsonyabb szilárdrészecske-keverési arány, a füstgázokban pedig a szilárd részecskék viszonylag alacsony mértékű sodródása jellemzi. A cirkulációs fluidágyra (CFB) magasabb sebességek és a fluidágyrészecskék finomabb méretei jellemzők. Az utóbbi rendszerekben a fluidágy felülete a szilárd részek fluidizáló gázzal való sodródásának fokozódásával oly mértékben diffúzzá válik, hogy az ágy felületét a továbbiakban nem lehet meghatározni. A cirkulációs fluidágyas rendszerekben nagy intenzitású anyagáramlás jön létre az égetőből a részecske-visszakeringtető rendszerbe, majd vissza az égetőbe.

Találmányunk előnyösen a cirkulációs fluidágyas rendszerek gázfejlesztőiben alkalmazható, bár a területen jártas szakemberek más alkalmazási lehetőségeket is találhatnak. Ezen általános típusú berendezés jellemzőinek további leírása a Combustion Fossd Power publikációjában található, melyet Joseph G. Singer szerkesztett, és a Combustion Engineering Inc. tett közzé.

A hagyományos cirkulációs fluidágyas gőzfejlesztőben az aprított tüzelőanyagot és a szorbenst mechanikusan vagy pneumatikusan adagolják az égető alsó részébe. A primer levegőt az égető fenékrészébe adagolják egy levegőelosztón keresztül, a szekunder levegőt pedig az égető alsó részén egymás fölött elhelyezett egy vagy több beömlőnyíláson keresztül juttatják be. Az égés az ágyat alkotó anyaggal feltöltött égető teljes térfogatában folyik. A füstgázok és a velük sodródó szilárd anyagok elhagyják az égetőt, és egy vagy több ciklonba lépnek, ahol a szilárd részek leválasztásra kerülnek, és egy leválasztóedénybe hullnak. A leválasztóedényből a szilárd részecskéket visszakeringtetik az égetőbe. Egyes szilárd anyagok választás szerint zárószelepen keresztül egy külső fluidágyas hőcserélőbe (FBHE) juttathatók, majd onnan vissza az égetőbe. A külső fluidágyas hőcserélőben csőnyalábok nyelik el a fluidizált szilárd részecskékből a hőt.

A fluidágyban való levegőelosztást a technika jelen állásából ismert berendezésben több, egymással párhuzamos rozsdamentes acélcsővel valósítják meg, melyek egy alaplemezről függőlegesen emelkednek a fluidágyhoz. Minden ilyen cső felső végén fedél van, és a fluidizáció elérése érdekében minden csövön több, sugárirányban kialakított, közvetlenül levegővel érintkező lyuk van az ágy minden részén. Ezekben a csövekben a lyukak átmérője előnyösen 1,8 és 2,3 mm közötti tartományban van. Az ilyen csöveket általában öntéssel készítik, és ezt követően fúrják a lyukakat a csőfalakba. Az alkalmazott rozsdamentes acélanyag miatt sikertelennek bizonyultak azok a kísérletek, melyek során a lyukak fúrás nélkül történő kialakítása érdekében eltávolítható csapszerű elemekkel öntötték ki a csöveket. Ezen eljárás alkalmazásával a csövek előállítása jelentős költségekkel jár.

Ezek, a technika jelenlegi állásából ismert megoldások ezenfelül érzékenyek a szennyeződésekre, így a fluidágyba juttatott levegőben levő szennyeződésektől a lyukak eltömődhetnek. A lyukak tisztítása pedig karbantartást igényel. Egyes esetekben ez a gőzfejlesztő készüléknél állásidőt eredményez. Ha a gőzfejlesztő berendezés más jellegű karbantartás miatt áll is, a tüzelőberendezés különféle karbantartási műveleteinek összehangolása minden esetben komoly szervezést igényel,

HU 218 508 Β ezért felettébb kívánatos, hogy a légelosztó rendszer és a fluidágyas berendezés tisztítási igénye minimális legyen.

A fenti hátrányokkal rendelkezik a CH-A-659 876 szabadalmi leírásban ismertetett berendezés is, amely olyan fluidágyas berendezés, amely égetőből és levegőelosztó aljzatból áll, amely több, általában párhuzamos csövet tartalmaz, ahol a közbülső szomszédos csövek egymáshoz bordákkal vannak csatlakoztatva, és a berendezés több, általában függőleges irányú és egymással párhuzamos íűvókaszerelvényt is tartalmaz. Minden fúvókaszerelvény tartalmaz egy hengeres testet, melynek szimmetriatengelye az aljzatra merőleges, és mindegyik hengeres test több fúvókafejet tartalmaz, melyek a hengeres testnek az aljzattól távolabb eső tengelyirányú végénél általában sugárirányban elrendezve vannak kialakítva. Nem biztosítja azonban a reagensek megfelelő keveredését, és a lyukak mérete miatt az eltömődés veszélye is nagy.

Ugyanezzel a hátránnyal rendelkezik az US 4 292023 számú szabadalmi leírásban ismertetett megoldás is, ahol ugyan a füvókák lefelé irányulnak, de a berendezés előállítása bonyolult, és a lyukak itt is eltömődhetnek.

A találmány célja olyan fluidágyas berendezés kidolgozása, ahol az eddigieknél kedvezőbb a reagensek alapos összekeveredése és azok közvetlen kölcsönhatásba kerülése a fluidágyas berendezésben.

A találmány célja továbbá a fluidágyas berendezés részére olyan levegőelosztó aljzat biztosítása, amelynek karbantartási igénye csekélyebb, mint az ismert megoldásoké, és nem tömődik el.

A találmány egy további célja olyan berendezés biztosítása, amely az ismert berendezésnél könnyebben és alacsonyabb költséggel állítható elő.

A találmány még egy további célja, hogy a fluidágyas berendezésben hatékonyabb legyen a levegő elosztása úgy, hogy kevesebb egyedi szerkezeti elem alkalmazására van szükség, eltérően a technika állásától.

A találmány tehát olyan fluidágyas berendezés, amely önmagában ismert égetőből és levegőelosztó aljzatból, amely aljzat több, egymással párhuzamos és bordákkal összekapcsolt közbenső szomszédos csövet tartalmaz, és egymással párhuzamos fuvókaszerelvényekből áll, ahol minden fuvókaszerelvénynek van egy rendszerint hengeres teste, amelynek szimmetriatengelye lényegében merőleges az aljzatra, és mindegyik hengeres test az aljzattól távolabbi, boltozat felőli végénél sugárirányban lefelé kialakított füvókafejekkel van ellátva.

A találmány lényege, hogy mindegyik test az aljzattól távolabbi végénél, a test kerülete mentén sugárirányban egyenletesen elosztva négy füvókafejjel van ellátva, amelyek henger alakúak, és szimmetriatengelyük a vízszintes síkkal hegyesszöget, előnyösen 20°-os szöget bezáróan van elrendezve.

A találmányt a továbbiakban példakénti kiviteli alakja segítségével a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben.

Az 1. ábra egy jellegzetes, olyan cirkulációs fluidágyas gőzfejlesztő részben vázlatos oldalnézeti rajza, amely gőzfejlesztőben a találmány hasznosítható, a 2. ábra az 1. ábrán látható berendezés 2-2 vonal menti nézete, amely az aljzat egy részletét ábrázolja, a 3. ábra a találmány szerinti fluidágyban alkalmazott fuvókaszerelvény egyik kiviteli alakjának alaprajzi nézete, a 4. ábra a 3. ábrán látható fuvókaszerelvény keresztmetszeti rajza a 2. ábra 4-4 vonalával jelzett függőleges sík mentén, az 5. ábra egy két fúvófejes íűvókaszerelvényt mutat, a 6. ábra az 5. ábrán látható berendezés félnézetfélmetszeti rajza.

Az 1. ábra egy hagyományos cirkulációs gőzfejlesztő 10 fluidágyas berendezést ábrázol, amely 16 beömlónyílásokkal ellátott 12 égetőt, levegőelosztó 14 aljzatot, a 12 égetőhöz csatlakoztatott 20 leválasztóedénnyel és külső 22 fluidágyas hőcserélővel ellátott 18 ciklont tartalmaz. Az aprított tüzelőanyagot és a szorbenst mechanikusan vagy pneumatikusan adagolják a 12 égető alsó részébe. A primer levegőt a 12 égető fenékrészébe a levegőelosztó 14 aljzaton, míg a szekunder levegőt a 12 égető alsó részén egy vagy több, egymás fölött kialakított 16 beömlőnyíláson keresztül juttatják be. Az égés az ágyat alkotó anyaggal feltöltött 12 égető teljes térfogatában folyik. A füstgázok és a velük sodródó szilárd részecskék egy vagy több 18 ciklonba kerülnek, ahol a szilárd részecskék leválasztásra kerülnek, és a 20 leválasztóedénybe hullanak. A 20 leválasztóedényből a szilárd részecskéket visszajuttatják a 12 égetőbe. Választás szerint egyes szilárd részecskék egy (az ábrán nem jelölt) zárószelepen keresztül egy külső 22 fluidágyas hőcserélőbe (FBHE) juttathatók, majd onnan vissza a 12 égetőbe. A 22 fluidágyas hőcserélőben csőnyalábok nyelik el a fluidizált szilárd részecskékből a hőt. A füstgázokat a 18 ciklonból a 24 konvekciós járaton vezetik el.

A 2., 3. és 4. ábrán egy, a találmány előnyös jellemzőinek megfelelő 30 fúvókaszerelvény első kiviteli alakja látható. A fluidágy 14 aljzata több 32 csőből áll, amelyek öntéssel létrehozott 34 bordákkal vannak összekapcsolva. E 32 csövek szállítják az 1. ábrán bemutatott gőzfejlesztő készülékben felforrósított vizet. Mint a 2. ábrán látható, a nagyszámú 30 füvókaszerelvény a fluidágy 14 aljzatáról függőlegesen emelkedik ki. Minden 30 fúvókaszerelvény tartalmaz egy hosszúkás, általában hengeres 36 testet, amely fölfelé függőleges irányban, a közepétől egy nagyobb átmérőjű részben folytatódik. Az alsó, elkeskenyített rész alkalmazása elsősorban azért szükséges, mert a közbülső szomszédos 32 csövek rendelkezésére álló hely korlátozott, így a 32 csövek elhelyezése a 36 test legnagyobb átmérőjének a méretét korlátozza annak alsó részénél. A 36 test felső végénél valamivel nagyobb átmérő kívánatos annak érdekében, hogy jobb áramlást biztosítsunk a négy 38 fúvókafejhez. A négy 38 fúvókafej mindegyike általában henger alakú, és megfelelő középvonalaik ennél az előnyös kiviteli alaknál olyan első és második síkban vannak elhelyezve, amelyek egymásra

HU 218 508 Β merőlegesek. A találmány egy előnyös kiviteli alakjánál az egyes 38 füvókafejek belső átmérője körülbelül 27,9 mm. A 36 test belső átmérője az alsó részénél 63,5 mm, a felső végződésénél pedig 76,2 mm.

A 30 füvókaszerelvények úgy vannak elrendezve, hogy a 36 test szimmetriatengelye körül nem tudnak elfordulni. A 38 füvókafejek előnyösen úgy vannak elhelyezve, hogy szimmetriatengelyeik a vízszintes síkkal 20°-os szöget zárjanak be. Egy jellemző elrendezésnél a 30 fuvókaszerelvény teljes magassága 457,2 mm és a 32 csövek középvonalai közötti távolság 177,8 mm. A területen jártas szakemberek számára látható, hogy másfajta fluidágyas konstrukciók esetében más specifikus alkalmazásokra lényegesen eltérő méretek alkalmazása szükséges. A 30 fuvókaszerelvény olyan módon van megtervezve, mely lehetővé teszi a teljes 30 füvókaszerelvény egyetlen homokformában való öntését. A homoköntés során a 36 testet, a négy 38 fúvókafejet és a 36 testet záró 40 boltozatot egyidejűleg lehet kialakítani.

Előnyös, hogy a fluidágyba vezetett levegő a 30 fúvókaszerelvény 36 testét nem tömi el, mivel a megfelelő 38 füvókafejek nyílásai sokkal nagyobbak, mint az ismert megoldásoknál alkalmazott lyukak. Ezenkívül sokkal kevesebb 30 füvókaszerelvényre van szükség, mint a technika állásából ismert megoldások esetében. Ez az ismert megoldásokénál kisebb 30 füvókaszerelvényszükséglet egyrészt a 38 füvókafejek nyílásainak méretére, másrészt a vízszintes síkkal bezárt szögére vezethető vissza.

Mivel a 30 füvókaszerelvények egyszerű öntési eljárással előállíthatók, egy 30 fuvókaszerelvény előállítási költsége mintegy 50%-a az eddig használt csövekének. További megtakarítás érhető el azáltal, hogy minden 30 fuvókaszerelvény áramlási kapacitása nagyobb a technika jelenlegi állása szerint ismert csövekéhez képest. Pontosabban, a találmány szerinti berendezés esetében 50%-kal kevesebb 30 füvókaszerelvényre van szükség, mint amennyi 32 cső az ismert berendezésekben szükséges volt. Ezen hatások kombinációja mintegy 75%-os költségmegtakarítást eredményez az ismert megoldásokhoz képest.

Az 5. és 6. ábrán egy 50 fuvókaszerelvény kiviteli alakja látható. Az 50 fuvókaszerelvény hasonló a 30 fuvókaszerelvényhez azzal az eltéréssel, hogy csak két füvókafeje van. Általában minden 38 füvókafej hengeres, és a vízszintes síkkal bezárt szöge ugyanaz, mint a 30 fuvókaszerelvényben. Akárcsak a 30 fúvókaszerelvényben, a 38 füvókafejek középvonalai itt is egy közös síkban vannak elhelyezve. Az 50 fuvókaszerelvény 36 teste lényegében megegyezik a 30 fuvókaszerelvény 36 testével. Az 52 boltozat alakjában némileg különbözhet a 30 fuvókaszerelvény 40 boltozatától, de a különbségek nem lényegesek.

Az 50 fuvókaszerelvény elsődlegesen a 12 égető falaival szomszédosán alkalmazható. Az 50 fuvókaszerelvény alkalmas különféle, egymáshoz illesztett megoldásoknál, bár belátható, hogy a 30 füvókaszerelvénynek is számos meglévő rendszerekhez történő alkalmazása lehetséges. Az olyan esetekben, amikor az 50 füvókaszerelvény alkalmazása kívánatos, több füvókaszerelvényre van szükség, mintha a 30 fuvókaszerelvény kerülne beépítésre. Ez utóbbi esetben is kevesebb 30 fuvókaszerelvényre lesz szükség, mint a technika állásából ismert megoldásoknál.

Claims (2)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Fluidágyas berendezés (10), amely önmagában ismert égetőből (12), levegőelosztó aljzatból (14), amely aljzat (14) több, egymással párhuzamos és bordákkal összekapcsolt közbenső szomszédos csövet (32) tartalmaz, és egymással párhuzamos fúvókaszerelvényekből (30) áll, ahol minden füvókaszerelvénynek (30) van egy rendszerint hengeres teste (36), amelynek szimmetriatengelye lényegében merőleges az aljzatra (14), és mindegyik hengeres test (36) az aljzattól (14) távolabbi, boltozat (40) felőli végénél sugárirányban lefelé kialakított füvókafej ekkel (38) van ellátva, azzal jellemezve, hogy mindegyik test (36) az aljzattól (14) távolabbi boltozatos (40) végénél, a test (36) kerülete mentén sugárirányban egyenletesen elosztva négy fúvókafejjel (38) van ellátva, amelyek henger alakúak, és szimmetriatengelyük a vízszintes síkkal hegyesszöget bezáróan van elrendezve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a füvókafejek (38) szimmetriatengelye a vízszintes síkkal 20°-os szöget bezáróan van elrendezve.