NL2020074B1 - Stoomopwekkingsinrichting - Google Patents

Abstract

Een stoomopwekkingsinrichting voor het opwekken van stoom heeft een vat voor gesmolten zout of gesmolten metaal, alsmede een verhittingsinrichting voor het verhitten van het zout of metaal. De stoomopwekkingsinrichting heeft voorts een waterinjector voorzien van een injectieopening die in het vat uitmondt voor het injecteren van water in het vat, waarbij tijdens bedrijf het water in of op het gesmolten zout of gesmolten metaal gespoten wordt en daarbij verdampt. Het gesmolten zout of gesmolten metaal vormt een heel efficiënte en erg goedkope warmtewisselaar doordat deze direct met de erin aanwezige warmte het water verhit tot boven de verdampingstemperatuur.

Description

Stoomopwekkingsinrichting BESCHRIJVING:

Gebied van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een stoomopwekkingsinrichting voor het opwekken van stoom, omvattende een vat voor gesmolten zout of gesmolten metaal, alsmede een verhittingsinrichting voor het verhitten van het zout of metaal.

Stand van de techniek

Een dergelijke stoomopwekkingsinrichting is bekend uit WO2013/182604A1. Bij deze bekende stoomopwekkingsinrichting wordt natte biomassa gedroogd met warmte afkomstig van de verbrandingsketel. Voorts wordt bij deze bekende installatie water verhit dan wel stoom oververhit d.m.v. rookgassen al dan niet door eerst daarmee gesmolten zout te verhitten en vervolgens daarmee de stoom/het water te verhitten. Met de in de oververhitte stoom aanwezige warmte wordt via een warmtewisselaar een medium (lucht) verwarmd dat voor het drogingsproces wordt gebruikt.

Samenvatting van de uitvinding

Een doel van de uitvinding is het verschaffen van een stoomopwekkingsinrichting van de in de aanhef omschreven soort die relatief goedkoop en efficiënt is. Hiertoe is de stoomopwekkingsinrichting volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de stoomopwekkingsinrichting voorts een waterinjector omvat voorzien van een injectieopening die in het vat uitmondt voor het injecteren van water in het vat, waarbij tijdens bedrijf het water in of op het gesmolten zout of gesmolten metaal gespoten wordt en daarbij verdampt. Het gesmolten zout of gesmolten metaal vormt een heel efficiënte en erg goedkope warmtewisselaar' doordat deze direct met de erin aanwezige warmte het water verhit tot boven de verdampingstemperatuur.

Een uitvoeringsvorm van de stoomopwekkingsinrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat de verhittingsinrichting gevormd wordt door een verbrandingsketel voor het verbranden van brandstof, in het bijzonder biomassa, alsmede een warmtewisselaar die in verbinding staat met het vat en een pomp die het gesmolten zout of gesmolten metaal rondpompt tussen het vat en de warmtewisselaar, waarbij het gesmolten zout of gesmolten metaal in de warmtewisselaar verhit wordt door de verbrandingswarmte. Het zout of metaal voor het opwekken van de stoom wordt verhit met warmte die vrijkomt bij het verbrandingsproces. Hierbij wordt de vrijkomende warmte op efficiënte wijze omgezet in stoom die gebruikt kan worden voor bijvoorbeeld het opwekken van stroom.

Een verdere uitvoeringsvorm van de stoomopwekkingsinrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat de warmtewisselaar in de wand van de verbrandingsketel aanwezig is en de wand koelt. De wand van de verbrandingsketel kan efficiënt gekoeld worden met gesmolten zout of gesmolten metaal. Indien dit gesmolten zout of gesmolten metaal rondgepompt wordt dient het afgekoeld te worden. Door water te injecteren wordt op efficiënte wijze warmte onttrokken aan het gesmolten zout of gesmolten metaal en op efficiënte wijze deze onttrokken warmte benut door er stoom mee te produceren.

Nog een verdere uitvoeringsvorm van de stoomopwekkingsinrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat de wand van de verbrandingsketel dubbelwandig is en rond de verbrandingsruimte aanwezig is, waarbij het gesmolten zout of gesmolten metaal door de wand gepompt wordt. Hierdoor vindt er directe warmte-uitwisseling tussen het gesmolten zout of gesmolten metaal en de wand plaats, waardoor een efficiënte koeling van de wand en verhitting van het gesmolten zout of gesmolten metaal optreedt.

Weer een verdere uitvoeringsvorm van de stoomopwekkingsinrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat de stoomopwekkingsinrichting voorts een hoofdvat voor het gesmolten zout of gesmolten metaal omvat, waarvan de inhoud in verbinding staat met het vat. Hierdoor kan het gesmolten zout of gesmolten metaal op een relatief hoge temperatuur gehouden worden zodat het gemakkelijk rond te pompen is en wordt enkel het gesmolten zout of gesmolten metaal dat de ketelwand instroom in temperatuur verlaagd ten behoeve van de koeling.

Een verdere uitvoeringsvorm van de stoomopwekkingsinrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat deze voorts een drooginrichting omvat voor het drogen van de biomassa voordat deze verbrand wordt, in welke drooginrichting de in het gesmolten zout of gesmolten metaal aanwezige warmte gebruikt wordt voor het drogen van de biomassa. Met deze drooginrichting kan ook warmte onttrokken worden aan het gesmolten zont of gesmolten metaal voor het efficiënt koelen van de ketelwand, welke warmte nuttig gebruikt kan worden voor het drogen van de biomassa.

Nog een verdere uitvoeringsvorm van de stoomopwekkingsinrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat de drooginrichting een oververhitte-stoom-droger omvat, waarbij de door de waterinjeetie geproduceerde stoom in aanraking komt met de te drogen biomassa. Hierbij wordt de warmte uit het gesmolten zout of gesmolten metaal op efficiënte wijze gebruikt voor het drogen van de biomassa.

Beknopte omschrijving van de tekeningen

Hieronder zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een in de tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van de stoomopwekkingsinrichting volgens de uitvinding. Hierbij toont:

Figuur 1 schematisch weergave van een uitvoeringsvorm van de stoomopwekkingsinrichting volgens de uitvinding.

Gedetailleerde omschrijving van de tekeningen

In figuur 1 is een uitvoeringsvorm van de stoomopwekkingsinrichting volgens de uitvinding schematisch weergegeven. Deze stoomopwekkingsinrichting 1 heeft een drooginrichting 3 voor het drogen van natte biomassa 4, alsmede een thermische conversie-inrichting 5 voor het opwekken van energie uit gedroogde biomassa 6, en een warmte-uitwisselinrichting 7 die met de bij thermische conversie geproduceerde warmte een warmteoverdrachtsmedium 9 verhit tot een temperatuur van boven de 350 °C en dit warmteoverdrachtsmedium overbrengt naar de drooginrichting 3 waar de warmte in het warmteoverdrachtsmedium wordt gebruikt voor het droogproces. Het warmteoverdrachtsmedium 9 is gesmolten zout of gesmolten metaal.

De drooginrichting 3 is uitgevoerd als een oververhitte-stoom-droger waarbij in een warmtewisselaar 23 de voor het drogen van de natte biomassa 4 benodigde stoom 32 wordt verhit tot een temperatuur van 200 °C door het warmteoverdrachtsmedium 9 dat met een temperatuur van boven de 350 °C in de warmtewisselaar 23 binnenkomt. Een ventilator 31 zorgt voor circulatie van de stoom 32 in de drooginriehting 3. Verder zorgt een cycloonscheider 33 voor het van elkaar scheiden van de gedroogde biomassa 6 en de stoom 32. De stoomopwekkingsinrichting 1 heeft voorts een energie terugwininrichting 21 voor het terugwinnen van energie uit het teveel aan waterdamp 32 dat ontstaan is bij het droogproces. Op deze plaats in het proces heeft het oververhitte stoom nog een temperatuur van ongeveer 115 °C, maar dit kan ook hoger zijn.

Tussen het voorraadvat 27 en de thermische conversie-inrichting 5 is een vat 41 aanwezig. In dit vat is een injector 43 aanwezig die water in of op het in het vat aanwezige warmte-overdraehtsmedium spuit. Op het vat 41 is een afvoerleiding 45 voor stoom aangesloten. In deze afvoerleiding is een klep aanwezig waarmee de stoomdruk in het vat geregeld kan worden. Deze stoom kan gebruikt worden voor het opwekken van elektriciteit in een turbine en vervolgens in de oververhitte-stoom-droger 3 voor het drogen van de biomassa. De warmtewisselaar 23 kan dan weggelaten worden, waarbij de van en naar deze warmtewisselaar gaande leidingen voor het warmteoverdrachtsmedium 9 dan direct op elkaar aangesloten kunnen worden. De in temperatuur gereduceerde stoom na het drogen van de biomassa, kan gecondenseerd worden en het gecondenseerde water kan aan de injector 43 aangeboden worden. De bij de condensatie vrijkomende warmte kan bijvoorbeeld gebruikt worden voor verwarmi ngsdoelei nden.

Het warmteoverdrachtsmedium 9 verlaat de oververhitte-stoom-droger 3 met een temperatuur van ongeveer 250 °C en kan zo naar de thermische conversie-inrichting 5 worden teruggevoerd waar het weer verhit wordt tot boven de 350 °C. In deze uitvoeringsvorm echter wordt uit het warmteoverdrachtsmedium 9 in een energieterugwininrichting 11 eerst nog meer nuttige energie gehaald waarbij de temperatuur verder afneemt tot ongeveer 150 °C. Daarna gaat het warmteoverdrachtsmedium 9 terug naar het voorraadvat 27 en wordt vervolgens door een pomp 32 naar een voorverwarmingsinrichting 25 gepompt waarin het wordt voorverwarmd tot ongeveer 250 °C met energie uit het van het verbrandingsproces afkomstige verbrandingsgas 28 van ongeveer 750 °C dat daarbij in temperatuur daalt tot ongeveer 180 °C. Een tweetal cycloonscheiders 35 en 36 verwijderen eventuele vaste deeltjes uit het rookgas. Waarbij een eerste cycloonscheider het van het wervelbed afkomstig zand uit het rookgas scheidt en terugvoert naar het wervelbed en de tweede cycloonscheider asdeeltjes uit het rookgas verwijderd.

De thermische conversie-inrichting is gevormd door een verbrandingsketel 13 voorzien van een riser en een ketelwand 15 en een daarbinnen aanwezige verbrandingsruimte 17. De bodem van de verbrandingsketel 13 is ook hier gevormd door een circulerende wervelbedverbrander 19. Een luchtblazer 37 blaast de benodigde hoeveelheid lucht via een luchtkamer 38 in het wervelbed 19. Voor het op gang brengen van het verbrandingsproces kan nog een startbrander 39 toegepast worden. De riser bezit verschillende niveaus die elk tot een optimale temperatuur worden gekoeld door het warmteoverdrachtsmedium. De ketelwand 15 is dubbelwandig en wordt gekoeld door het warmteoverdrachtsmedium 9. De ketelwand 15 vormt zo dus tevens de warmte-uitwisselinrichting 7.

Voor het starten van het thermisch omzetten van de gedroogde biomassa 6 wordt eerst het warmteoverdrachtsmedium 9 verwarmd door verwarmingsmiddelen 30 die uitgevoerd kunnen zijn als een elektrische verwarming of een gas/oliebrander. Nadat het wai inteoverdrachtsmedium 9 voldoende is verhit wordt deze niet naar de voorverwarmingsinrichting 25 gepompt maar via de bypassklep 34 naar de warmtewisselaar 23 geleid waarin oververhitte stoom 32 wordt geproduceerd. Deze oververhitte stoom 32 wordt in de drogerinrichting 3 in een tunnel 24 met daarin een lange transportband (of in een roterende droogtrommel) in contact gebracht met de natte biomassa 4 waarbij deze laatste gedroogd wordt. Met de gedroogde biomassa 6 wordt vervolgens het thermisch omzettingsproces gestart. Daarna wordt het warmteoverdrachtsmedium 9 alleen nog verhit met de bij het thermisch omzettingsproces vrijkomende warmte in de warmte-uitwisselinrichting 7 en in de voorverwarmingsinrichting 25 door de bypassklep 34 om te schakelen.

Hoewel in het voorgaande de uitvinding is toegelicht aan de hand van de tekeningen, dient te worden vastgesteld dat de uitvinding geenszins tot de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvorm is beperkt. De uitvinding strekt zich mede uit tot alle van de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvorm afwijkende uitvoeringsvormen binnen het door de conclusies gedefinieerde kader.

Claims (7)

1. Stoomopwekkingsinrichting voor het opwekken van stoom, omvattende een vat voor gesmolten zout of gesmolten metaal, alsmede een verhittingsinrichting voor het verhitten van het zout of metaal, met het kenmerk, dat de stoomopwekkingsinrichting voorts een waterinjector omvat voorzien van een injectieopening die in het vat uitmondt voor het injecteren van water in het vat, waarbij tijdens bedrijf het water in of op het gesmolten zout of gesmolten metaal gespoten wordt en daarbij verdampt.

2. Stoomopwekkingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verhittingsinrichting gevormd wordt door een verbrandingsketel voor het verbranden van brandstof, in het bijzonder biomassa, alsmede een warmtewisselaar die in verbinding staat met het vat en een pomp die het gesmolten zout of gesmolten metaal rondpompt tussen het vat en de warmtewisselaar, waarbij het gesmolten zout of gesmolten metaal in de warmtewisselaar verhit wordt door de verbrandingswarmte.

3. Stoomopwekkingsinrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de warmtewisselaar in de wand van de verbrandingsketel aanwezig is en de wand koelt.

4. Stoomopwekkingsinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de wand van de verbrandingsketel dubbelwandig is en rond de verbrandingsruimte aanwezig is, waarbij het gesmolten zout of gesmolten metaal door de wand gepompt wordt.

5. Stoomopwekkingsinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de stoomopwekkingsinrichting voorts een hoofdvat voor bet gesmolten zout of gesmolten metaal omvat, waarvan de inhoud in verbinding staat met het vat.

6. Stoomopwekkingsinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze voorts een drooginriehting omvat voor het drogen van de biomassa voordat deze verbrand wordt, in welke drooginriehting de in het gesmolten zout of gesmolten metaal aanwezige warmte gebruikt wordt voor het drogen van de biomassa.

7. Stoomopwekkingsinrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de drooginriehting een oververhitte-stoom-droger omvat, waarbij de door de waterinjeetie geproduceerde stoom in aanraking komt met de te drogen biomassa.