NL8005363A - Met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter of verdamper met een laag profiel. - Google Patents

Description

4? *

Met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter of verdamper met een laag profiel.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een nieuwe constructie voor een met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter- of verdampereenheid voor het oliewinningsproces met behulp van stoom, voor het Frasch-proces en voor andere industriële 5 toepassingen.

De vervanging van olie door steenkool als brandstof heeft in de laatste tijd meer en meer de aandacht gekregen.

Veel aandacht is geschonken aan de omzetting van bijvoorbeeld elektriciteitscentrales van het oliestook-type op het kolenstook-type.

10 Deze elektriciteitscentrales zijn zeer groot en de omzetting van dergelijke centrales op het' stoken van steenkool zal in hoge mate bijdragen aan de pogingen, de oliereserves te sparen.

Er zijn echter industriële processen, waarbij verhitters of ketels van slechts middelmatige afmetingen nodig zijn 15 en die op een voordelige wijze steenkool of andere alternatieve brandstoffen zouden kunnen gebruiken in plaats van olie. Een dergelijk geval doet zich voor bij het oliewinningsproces met behulp van stoom, waarbij stoom wordt geïnjecteerd in de oliehoudende rotslaag en het mengsel van olie en water naar boven wordt geperst 20 door een tweede boorput, om het mengsel op te vangen en de olie uit dat mengsel te winnen. Een ander geval doet zich voor bij het Frasch-proces, waarbij heet water wordt geperst in ondergrondse zwavelafzettingen, waarbij de zwavel wordt gesmolten door het hete water en de gesmolten zwavel naar het aardoppervlak wordt opgevoerd 25 en de zwavel wordt gewonnen. Het is duidelijk, dat ook bij andere processen, waarbij warmte nodig is, bijvoorbeeld het drogen of een andere natuurkundige behandeling of chemische reactie, dergelijke verhitters of verdampers met gematigde afmetingen kunnen worden gebruikt.

30 In sommige gevallen is het gewenst, dat de ver- 8005363 2 hitter- of verdampereenheid in de fabriek wordt geassembleerd en per spoor of over de weg kan worden vervoerd, zodat de eenheid kan worden vervoerd van de ene plaats naar de andere plaats, waar de eenheid nodig is. Transporteerbare eenheden moeten noodzakelijker-5 wijze een compacte constructie met een laag profiel hebben als gevolg van de beperkte capaciteit van de voor het transport gebruikte voertuigen en de vereiste speling voor obstructies, zoals tunnels en viaducten in snelwegen en spoorwegen.

Volgens de uitvinding wordt een nieuwe, met een 10 gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter- of verdampereenheid voorgesteld, die een laag profiel bezit en die gemakkelijk transporteer-baar is.

De uitvinding heeft ten doel, een met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter of verdamper te verschaffen, 15 waarin brandstof in een compacte eenheid efficient wordt verbrand.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter of verdamper, waarin vaste brandstofdeeltjes worden verbrand, terwijl de uitstoot van zwavelverbindingen in de atmosfeer 20 tot een minimum is teruggebracht.

Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een verbeterde opstelling van warmte-wisselbuizen in een met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter of verdamper.

25 De uitvinding zal aan de hand van de tekening met een paar uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht.

Figuur 1 is een perspectivisch aanzicht van een met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter- of verdampereenheid volgens de uitvinding en toont in doorsnede het inwendige 30 van de eenheid, figuur 2 is een langsdoorsnede van de met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter- of verdampereenheid volgens de uitvinding, volgens de lijn II - II in figuur 1, figuur 2a is een gedeeltelijke dwarsdoorsnede 35 en toont een deel van de constructie volgens figuur 2 met een al- * *.

3 ternatieve toevoerinrichting voor de brandstof, figuur 2b is een gedeeltelijke dwarsdoorsnede van de eenheid en toont een deel van de constructie volgens figuur 2 met een verdere alternatieve toevoerinrichting voor de 5 brandstof, figuur 3 is een schematische langsdoorsnede van de met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter- of verdamper-eenheid volgens de uitvinding, volgens de lijn III - III in figuur 1, 10 figuur 4 is een stromingsschema van de met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter- of verdampereenheid volgens de uitvinding met de bijbehorende uitrusting, figuur 5 is een langsdoorsnede van een andere uitvoeringsvorm van de met een gefluidiseerd bed uitgeruste ver-15 hitter- of verdampereenheid volgens de uitvinding, voorzien van een gewijzigde inrichting voor de toevoer van fluidiserende lucht en zonder een inwendige voorverwarmer en figuur 6 is een dwarsdoorsnede van de eenheid volgens de uitvinding volgens de lijn VI - VI in figuur 5.

20 De met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter of verdamper volgens de uitvinding bestaat uit een gesloten vat, omvattende middelen voor het toevoeren van een zuurstof bevattend gas in het onderste deel daarvan om een massa vaste deeltjes te fluidiseren, die een gefluidiseerd bed in het vat vormen, warmte-25 wisselbuizen die in het vat zijn aangebracht zowel in de vrije ruimte boven het niveau van het gefluidiseerde bed (convectie-/stra-lingsbuizen) als in het gefluidiseerde bed (in het bed liggende buizen) , middelen voor het regelen van de toevoer van lucht in het vat om in het gefluidiseerde bed een verbrandingszone met een 30 grote turbulentie en een lage dichtheid te vormen, en tenminste één warmteoverdrachtszone met een betrekkelijk lage turbulentie en een grote dichtheid, waarbij de verbrandingszone en de warmteoverdrachtszone vrij met elkaar zijn verbonden en de in het gefluidiseerde bed liggende warmtewisselbuizen zijn gelegen in de warmte-35 overdrachtszone.

8005363 ( 4

De middelen voor het'toevoeren van het zuurstof-bevattende gas in het vat omvatten een gastoevoerleiding voor het geleiden van het gas naar een punt nabij het vat, een aantal inspuitorganen in het vat voor het inbrengen van het gas in het ge-5 bied van het gefluidiseerde bed van het vat, bijvoorbeeld blaas- mondstukken, en een gasverdeelorgaan, dat de gastoevoerleiding verbindt met de inspuitorganen. Het gasverdeelorgaan kan bijvoorbeeld een tegenhoudplaat zijn, dié de inwendige ruimte van het vat verdeelt in een bovenliggende reactiekamer en een windkastj^daaronder, 10 of een reeks van gasverdeelbuizen in en/of buiten het vat.

Bij een uitvoeringsvorm van de verhitter volgens de uitvinding is de met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter of verdamper voorzien van een horizontaal opgesteld cilindrisch vat, waarin een tegenhoudplaat evenwijdig aan de langsas 15 van het vat is gemonteerd. De tegenhoudplaat begrenst een windkast onder de plaat en een grotere reactiekamenboven de plaat. Door de tegenhoud- en verdeelplaat is een bed van vaste deeltjes ondersteund, die moeten worden gefluidiseerd. De cilindrische wand van de reactiekamer is gevoerd met warmtewisselbuizen voor convectie/straling 20 en het gefluidiseerde bed bestaat uit een verbrandingszone en tenminste één warmte-overdrachtszone, waarbij in de laatstgenoemde zone of zones zich in het gefluidiseerde bed bevindende warmtewisselbuizen zijn aangebracht. De zich in het bed bevindende warmtewisselbuizen zijn gelegen onder het niveau van het geexpandeerde 25 gefluidiseerde bed, maar boven het niveau van de ingezakte laag van het gefluidiseerde bed. De stroomsnelheid van de fluidiserende gassen in de warmte-overdrachtszone van het bed is lager dan de stroomsnelheid van de fluidiserende gassen in de verbrandingszone van het bed, om de erosie van de warmtewisselbuizen te verminderen. De 30 deeltjes in het gefluidiseerde bed kunnen vrij circuleren tussen de verbrandingszone en de warmte-overdrachtszones van het bed, want er zijn geen belemmerende scheidingswanden tussen deze zones aangebracht. Aan het ene einde van het bed is een scheidingswand of keerplaat aangebracht, die een asafkoelruimte begrenst en in de 35 vrije ruimte boven de asafkoelruimte is een voorverwarmer opgesteld, 8005363 5 die bestaat uit een aantal warmtewisselbuizen in de vrije ruimte, die in aanraking komen met de verbrandingsgassen uit de reactie-kamer.

Lucht wordt toegevoerd in de windkast, bijvoor-5 beeld door één of beide eindwanden van de verhitter- of verdamper-eenheid, terwijl steenkool en kalksteen wordt toegevoerd aan het bed, bij voorkeur door de cilindrische wand van het reactievat.

Een met olie gevoede startbrander kan zijn aangebracht in de eind-wand of de cilindrische wand van het reactievat, om de verbranding 10 in het reactievat op gang te brengen. Een extra voorverwarmer kan zijn toegevoegd aan de buitenzijde van het reactievat, om extra warmte aan de verbrandingsgassen te onttrekken. De keerplaat, die de asafkoelruimte scheidt van de verbrandingsruimten van het ge-fluidiseerde bed, regelt de afvoer van as in de askoeler. Er is 15 een leiding aangebracht voor de afvoer van as uit de askoelruimte van het reactievat, welke as buiten de eenheid wordt weggewerkt.

Zoals hierboven reeds is aangegeven is een belangrijk kenmerk van de uitvinding, dat gemeenschappelijk is voor de verschillende uitvoeringsvormen van de verhitter- of verdamper-20 eenheid, het tot stand brengen van met elkaar verbonden zones met verschillende turbulentie en dichtheid in het gefluidiseerde bed. Deze zones worden tot stand gebracht door regeling van de hoeveelheid fluidiserende lucht, die aan elke zone wordt toegevoerd; een groter luchtvolume per volume-eenheid van het bed aan de zone met 25 een grote turbulentie, en een kleiner luchtvolume per volume-eenheid van het bed aan de zone met een kleine turbulentie. Een methode om dit te bereiken bestaat bij de uitvoeringsvorm met de windkast uit het toevoeren van lucht aan een niet van scheidingswanden voorziene windkast en uit het monteren van een kléiner aan-30 tal blaasmondstukken per oppervlakte-eenheid onder de zone met de kleine turbulentie dan zijn gemonteerd onder de zone met een grote turbulentie. Deze benadering laat de toepassing van blaasmonds tukken van één enkele maat toe. Een andere methode is het toepassen van hetzelfde aantal blaasmondstukken per oppervlakte-35 eenheid onder beide zones, maar daarbij blaasmondstukken met klei- 8005363 f 6 nere doorstroomkanalen te plaatsen onder de zone met een kleine turbulentie.

Nog een andere methode omvat het plaatsen van scheidingswanden in de windkast, zodat de luchtstromen naar de 5 zones onafhankelijk van elkaar zijn. Afzonderlijke compressoren kunnen dan worden toegepast voor het opwekken -van de vereiste turbulentie in elke zone van het gefluidiseerde bed. Natuurlijk kunnen ook combinaties van de bovenbeschreven methoden worden toegepast en zeker kan gebruik worden gemaakt van stroomregelkleppen 10 in combinatie met de bovenbeschreven methoden, om het gewenste resultaat te bereiken.

In de figuren 1 en 2 is een met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter of verdamper 10 met een cilindrische vorm getekend, waarbij de hoofdas van de cilinder horizontaal ligt. De 15 eenheid omvat een vat 12, dat kan zijn vervaardigd van koolstof-staal. Het inwendige van het vat is voorzien van een geperforeerde tegenhoud- en verdeelplaat 18, dat het inwendige volume van het reactievat scheidt in twee compartimenten die niet even groot zijn; een windkast 22 onder de verdeelplaat 18 en een reactiekamer 20 20 boven de verdeelplaat. De vaste deeltjes worden toegevoerd door leidingen 42. Een massa vaste deeltjes 24 is ondersteund op de verdeelplaat 18 en een aantal warmtewisselbuizen 30 voor convectie/ straling zijn als een voering aangebracht langs de cilindrische wand van de reactiekamer 20 boven het niveau 23 van het geexpandeer-25 de gefluidiseerde bed en strekken zich in langsrichting van het vat 12 in hoofdzaak evenwijdig aan de hartlijn daarvan uit. Onder het niveau 23 van het geexpandeerde, gefluidiseerde bed 24 zijn een aantal zich in het bed bevindende buizen 32 aangebracht, maar deze buizen zijn gelegen boven het niveau 25 van de ingezakte laag vaste 30 deeltjes. De zich in het bed bevindende buizen 32 lopen in langsrichting van het cilindrische vat 12, worden op afstand van elkaar gehouden door buissteunen of buisplaten 31 en zijn gelegen in een warmte-overdrachtszone of -zones 28 van het gefluidiseerde bed 24, waar een kleinere turbulentie heerst dan in de verbrandingszone 26 35 van het bed, waarin geen warmtewisselbuizen zijn aangebracht. Een 80 05 36 3 7 doel van het op deze wijze opstellen van de zich in het bed bevindende buizen 32 is het verminderen van de erosie van de buizen en deze zone met een lagere turbulentie kan tot stand worden gebracht, zoals hierboven is aangegeven, door het aanbrengen van een kleiner 5 aantal blaasmondstukken 34 onder de zones 28, waarin de zich in het bed bevindende buizen 32 zijn aangebracht. Omdat in de reactie-kamer 20 betrekkelijk hoge temperaturen worden opgewekt, verdient het de voorkeur, het metalen vat 12 en de verdeelplaat 18 te isoleren door deze te voorzien van een laag vuurvast materiaal, zoals 10 gietbaar of vormbaar keramisch materiaal. Volgens figuur 2 is een dergelijke vuurvaste laag 36 aangebracht tussen het vat 12 en de convectie/stralingsbuizen 30, terwijl een soortgelijke laag vuurvast materiaal 38 is aangebracht op de verdeelplaat 18. Een aantal blaasmondstukken 34 steken door de verdeelplaat 18 en de vuurvaste 15 laag 38, om een verbinding tot stand te brengen tussen de windkast 22 en de reactiekamer 20.

In de eindwand 46 van de verhitter- of verdamper-eenheid 10 is een met olie gestookte startbrander 48 gemonteerd, die door de eindwand 46 is gevoerd, zodat de vlam van de brander 20 botst op de gefluidiseerde vaste deeltjes in het bed 24, om de brandstof te ontsteken en de temperatuur van het gefluidiseerde bed te verhogen tot een punt, waarbij de verbranding van de vaste deeltjes in het bed zichzelf in stand houdt. Een luchtleiding 40 is ook aangebracht in een eindwand 46, zoals in figuur 1 is aangegeven, 25 voor het toevoeren van fluidiserende en verbrandingslucht aan de windkast 22. Ook kan echter verbrandingslucht en fluidiserende lucht aan de windkast 22 worden toegevoerd door het vat 12 van de eenheid 10 met behulp van één of meer leidingen 41 (in streepstippel-lijnen getekend) aan of nabij de bodem van de eenheid 10.

30 Aan het tegenovergestelde einde van de verhitter- of verdampereenheid 10 is een voorverwarmer 60 aangebracht. De voor-verwarmer 60 is opgesteld in de vrije ruimte van de reactiekamer 20 en is voorzien van warmtewisselbuizen 56, die zijn gelegen in de stroom verbrandingsgassen van de eenheid 10. Onder de voorverwar-35 mer 60 bevindt zich de askoelruimte 50 van het gefluidiseerde bed 8005363 8 24. De askoelruimte 50 is door een keerplaat 52 van het eigenlijke gefluidiseerde bed 24 gescheiden. De asafvoerleiding 68 is zodanig met de askoelruimte 50 verbonden, dat de as uit de ruimte 50 in de leiding 68 overstroomt. Een betrekkelijk lage stroomsnelheid voor 5 de fluidiserende lucht wordt toegepast in de askoelruimte 50, om de afslibbing van asdeeltjes tot een minimum terug te. brengen. Deze lage stroomsnelheid van de fluidiserende lucht kan ook weer worden verkregen door het aanbrengen van een geschikt aantal blaasmond-stukken.

10 Ofschoon in het vat 12 een voorverwarmer 60 is aangebracht, zoals hierboven is beschreven, kan het noodzakelijk wenselijk zijn een tweede voorverwarmer te monteren in de stroomr-verbrandingsgassen en een dergelijke hulp-voorverwarmereenheid 14 is bevestigd op het uiteinde van de verhitter- of verdampereenheid 10. 15 In de hulp-voorverwarmereenheid 14 zijn een aantal warmtewissel-buizen 62 opgesteld in de stroom verbrandingsgassen om daarmee warmteuitwisseling aan te gaan. Een inlaatleiding 64 van een cycloon 64 is aangesloten voor de afvoer van de verbrandingsgassen uit de hulp-voorverwarmer 14.

20 Gemeend wordt, dat de werking van de met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter- of verdampereenheid 10 gemakkelijk kan worden begrepen aan de hand van de bovenstaande beschrijving en de tekening, maar toch zal de werking van de eenheid hierna in het kort worden beschreven. Bij het opstarten wordt een 25 hoeveelheid brandbare vaste deeltjes, zoals steenkool en kalksteen toegevoerd in de reactiekamer 20 via de toevoerleidingen 42. Dan wordt lucht in de windkast toegevoerd door de leiding 40 en deze lucht stroomt door de blaasmondstukken 34 in de verdeelplaat 18 en fluidiseert de vaste deeltjes in het bed 24. De startbrander 48, 30 waaraan zowel olie als lucht wordt toegevoerd, wordt ontstoken en de vlam botst op het gefluidiseerde bed en verhit het bed snel tot de ontstekingstemperatuur. Dankzij de uitstekende circulatie, die een kenmerk is van een dergelijk gefluidiseerd bed, wordt de ontstekingstemperatuur gelijkmatig over het gehele bed bereikt.

35 Wanneer in het gefluidiseerde bed de verbranding tot stand is ge- 8005363 9 bracht, wordt de startbrander 48 gedoofd' en vanaf dat punt onderhoudt de verbranding in het gefluidiseerde bed zichzelf, zolang voldoende vaste brandstof wordt toegevoerd door de toevoerleil dingen 42' en zolang voldoende lucht wordt toegevoerd door de lei-5 ding 40, om het gefluidiseerde bed in zijn gefluidiseerde toestand te houden en de verbranding te ondersteunen.

De verbranding heeft hoofdzakelijk plaats in het bed 24, waaraan een mengsel van steenkool en kalksteen wordt toegevoerd, en de temperatuur in het bed is tamelijk gelijkmatig 10 over het gehele gefluidiseerde bed. De verbranding van gassen heeft echter ook in enige mate plaats in de vrije ruimte boven het bed 24. Opgemerkt wordt, dat het centrale deel van de verdeelplaat 18 bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 2 is voorzien van een betrekkelijk groot aantal blaasmondstukken 34, zodat een groot volume flui-15 diserende lucht wordt toegevoerd in het centrale gebied of de ver-brandingszone 26 van het gefluidiseerde bed 24. In tegenstelling daarmee is een kleiner aantal blaasmondstukken 34 aangebracht in de zijdelingse gebieden of warmte-overdrachtszones 28 van het gefluidiseerde bed 24, zodat een gebied met over het algemeen lagere 20 stroomsnelheden van de gassen en een kleinere turbulentie overheerst in de warmte-overdrachtszones 28. Omdat de verbrandingszone 26 van het gefluidiseerde bed 24 een groter luchtvolume bevat, zal de dichtheid in dit gebied kleiner zijn dan die in de warmte-overdrachtszones 28 en zodoende zal een circulatie optreden als met de 25 pijlen in figuur 2 is aangegeven, waarbij het dichtere materiaal uit de warmte-overdrachtszones 28 langs de verdeelplaat 18 naar binnenstroomt naar het centrale gebied van het gefluidiseerde bed 24, terwijl lichtere stoffen in de verbrandingszone 26 langs of nabij het oppervlak van het gefluidiseerde bed naar boven en naar buiten 30 stromen in de warmte-overdrachtszones 28. Omdat de warmte-overdrachtszones 28 gebieden met een kleinere turbulentie zijn, zal de erosie van de zich in het gefluidiseerde bed bevindende buizen 32 binnen aanvaardbare grenzen liggen en kan een langere standtijd van de warmtewisselbuizen worden verwacht.

35 Op dit punt wordt een ander kenmerk van de zich 8005363 10 in het gefluidiseerde bed bevindende buizen 32 toegelicht. Deze buizen zijn opgesteld op een niveau, dat ligt binnen het gebied van het geexpandeerde gefluidiseerde bed, dat wil zeggen het gebied, ingenomen door het gefluidiseerde bed, wanneer het geheel 5 is gefluidiseerd door de lucht, die in de reactiekamer wordt toegevoerd door de blaasmondstukken 34 in de verdeelplaat, waarbij het bovenoppervlak 23 de bovenste begrenzing van het geheel geexpandeerde net vormt. Deze buizen 32 bevinden zich echter boven het niveau van de ingezakte laag van het bed, dat wil zeggen het 10 niveau dat het bed aanneemt, wanneer de toevoer van fluidiserende lucht wordt gestopt (het bovenste niveau van de ingezakte laag is in figuur 2 met de streepstippellijn 25 aangeduid). Dus wanneer de aanvoer van fluidiserende lucht om de ene of andere reden wordt onderbroken, zullen de zich in het bed bevindende buizen 32 niet 15 blootstaan aan buitengewoon hoge temperaturen, zoals het geval zou kunnen zijn, als deze buizen zich bevonden in een dicht, rustig, ingezakt bed gedurende de stilstand van de eenheid waarbij plaatselijke oververhitting waarschijnlijk is. Op deze wijze wordt corrosie als gevolg van hoge temperaturen tot een minimum teruggebracht. 20 Volgens figuur 2b zijn scheidingswanden 21 in de windkast 22 gemonteerd. Deze scheidingswanden kunnen naar keuze worden gemonteerd om een nauwkeuriger regeling van de fluidise-ringstoestand in het bed 24 mogelijk te maken. Bijvoorbeeld gedurende het opstarten bestaat er geen werkelijke noodzaak het gehele 25 bed 24 te fluidiseren en daarbijkan het centrale deel alleen worden gefluidiseerd, totdat de verbranding in het bed tot stand is gebracht. Verder kunnen deze scheidingswanden 21 in de windkast worden gebruikt voor het aanpassen van de capaciteit van de eenheid onder omstandigheden, wanneer een kleinere dan de volledige capaciteit 30 nodig is. De hoeveelheid fluidiserende lucht, die aan de warmte- overdrachtszones 28 wordt toegevoerd, kan vanaf nul worden opgevoerd, om de eenheid op een gedeelte van zijn volle capaciteit te laten werken.

Zoals hierboven reeds is aangegeven, zijn de zich 35 in het gefluidiseerde bed bevindende warmtewisselbuizen 32 gelegen 8 0 0 5 3 6 3 « * 11 in die gebieden van het gefluidiseerde bed 24, waarin omstandigheden met een betrekkelijk lage turbulentie overheersen. In figuur 2, waarin een voordelige uitvoeringsvorm van de eenheid is weergegeven, is de centrale zone 26 met een hoge turbulentie trog-5 vormig (zie de stippellijn in het bed 24) en deze zone 26 wordt geleidelijk wijder naar boven toe, omdat de lucht expandeert bij het opstijgen naar het oppervlak van het bed 24. Met dit opwaarts wijder worden van de verbrandingszone 26 met een hoge turbulentie wordt rekening gehouden bij het plaatsen van de zich in het bed 10 bevindende warmtewisselbuizen 32, om te waarborgen, dat de buizen 32 komen te liggen in gebieden met een lage turbulentie, namelijk de warmteoverdrachtszones 28.

De verbrandingsgassen, die uit het gefluidiseer-de bed opstijgen, stromen dan in hoofdzaak horizontaal door de 15 vrije ruimte in de reactiekamer 20 en verhitten de convectie-stralingshulzen 30 over hun gehele lengte.

Er heeft een geleidelijke stroming van vaste brandstofdeeltjes in het gefluidiseerde bed plaats vanaf de nabijheid van de eindwand 46 in de richting van de keerplaat 52 nabij 20 het tegenoverliggende einde van de eenheid 10. Als de vaste brand-stofdeeltjes de keerplaat 52 naderen zijn zij gedurende een aanzienlijke tijd blootgesteld aan de verbrandingstemperaturen en het asgehalte van de vaste brandstofdeeltjes nabij de keerplaat 52 is hoog. De vaste deeltjes in de askoelkamer 50 hebben een hoge tem-25 peratuur en fluidiserende lucht wordt met een betrekkelijk lage stroomsnelheid toegevoerd aan de askoelkamer, om voor de noodzakelijke afkoeling te zorgen. Deze fluidiserende lucht wordt bij het doorstromen van de askoelkamer 50 verhit tot een betrekkelijk hoge temperatuur en stroomt met de verbrandingsgassen door de voorver-30 warmer 60 van de eenheid 10 en brengt een warmte-uitwisseling tot stand met de daarin opgestelde warmte-overdrachtsbuizen 56. De as in de askoelkamer 50 stroomt in de asafvoerleiding 68, die met de astrechter 72 is verbonden. Zoals hierboven reeds is aangegeven, kan een hulp-voorverwarmer 14 zijn toegepast voor het opvangen van de 35 8005363 12 verbrandingsgassen nit de primaire voorverwarmer via het kanaal 58. De verbrandingsgassen uit het kanaal 58 stromen langs de warmte-wisselbuizen 48 van de hulp-voorverwarmer, voordat zij de hulp-voorverwarmer 14 verlaten door de inlaat 64 van een cycloon.

5 De stroming van het warmtewisselfluidum in de verschillende warmtewisselbuizen verloopt als volgt: het fluidum wordt eerst toegevoerd in de warmtewisselbuizen 62 van de hulp-voorverwarmer 14. Uit de voorverwarmer 14 stroomt het fluidum door de warmtewisselbuizen 56 van de voorver-10 warmer 60 en uit de warmtewisselbuizen 56 wordt het fluidum gestuurd door de convectie/stralingsbuizen 30 en dan door de zich in het gefluidiseerde bed bevindende buizen 32 van de eenheid 10.

Op deze wijze wordt het fluidum in de warmtewisselbuizen in verschillende stappen verhoogd tot de maximale temperatuur.

15 In figuur 4 is de met een gefluidiseerd bed uitgeruste verhitter- of verdampereenheid 10 volgens de uitvinding getekend met een hulpinstallatie in een stromingsschema voor het winningsproces van olie of steenkool of andere delfstoffen met behulp van stoom. De aan de stoomketel 10’ toegevoerde materialen 20 zijn stookolie, lucht, steenkool, kalksteen en water. De olie wordt uit de olietank 80 gepompt door middel van de pomp 82, die de olie via de leiding 84 naar de oliebrander 48 transporteert, die, zoals hierboven is aangegeven, een vlam op het gefluidiseerde bed in de ketel 10 richt, om de verbranding in het gefluidiseerde bed te 25 starten. De luchtcompressor 100 voert lucht toe aan de eenheid 10' via de leiding 40. De lucht fluidiseert het bed in de eenheid 10' en ondersteunt de verbranding. De verbrandingsgassen worden afgevoerd door de voorverwarmer 14, de cyclooninlaat 64 en de cycloon 66, die een groot deel van de door de verbrandingsgassen meegenomen vaste 30 stoffen uit de verbrandingsgassen afscheidt. Uit de cycloon 66 worden de gassen via de leiding 70 toegevoerd aan het filterhuis 104, waar de fijnere vaste deeltjes worden afgescheiden en afgevoerd door de leiding 108, terwijl de gassen worden afgevoerd naar de schoorsteen 106. Een steenkooltrechter 86 en een kalksteentrechter 35 90 zijn toegepast om steenkool toe tevoeren aan de steenkooltrog 80 05 3 6 3 13 88 respectievelijk kalksteen toe te voeren aan de trog 92. De troggen 88 en 92 voeden het gefluidiseerde bed in de eenheid 10' via de toevoerleidingen 42. De verbranding in de eenheid 10' produceert as in het gefluidiseerde bed, die wordt afgevoerd door de 5 leiding 68 naar de astrog 72, waaruit de as verder wordt wegge-gewerkt. Een pomp 94 voert water toe aan de waterleiding 96, die de verschillende warmtewisselbuizen in het stelsel voedt. Bij het getekende uitvoeringsvoorbeeld voedt de leiding 96 de warmtewisselbuizen in de voorverwarmer 14 en, zoals hierboven nader is 10 toegelicht, wordt het water uit de voorverwarmer 14 gestuurd in de warmtewisselbuizen in de eigenlijke eenheid 10', waar het water wordt verdampt en dan als stoom wordt afgevoerd door de leiding 98, om de stoom bij het bovengenoemde winningsproces te gebruiken.

Bij de uitvoeringsvorm volgens de figuren 5 en 6 15 wordt een enigszins andere toevoer van fluidiserende lucht toegepast. Daarbij voert de leiding 40 lucht toe aan de hoofdverdeler 71, vanwaaruit lucht via de van een demper voorziene leidingen 73 wordt toegevoerd aan de toevoerverdeler 75 voor de fluidiserende lucht. De luchtstroom door de leidingen 73 wordt geregeld door een 20 luchtdemper 74, die in elke leiding 73 is geplaatst. De toevoerverdeler 75 voor de fluidiserende lucht is door wanden 76 en 77 verdeeld in compartimenten 75a, 75b en 75c, die elk worden gevoed door één van de leidingen 73. Het compartiment 75a bedient een aantal luchtpijpen 78, terwijl het compartiment 75b de luchtpijpen 111 25 bedient en het compartiment 75c is verbonden met de luchtpijpen 79. De luchtverdeler 112, 113 en 114, die zich in langsrichting van het reactievat uitstrekken, zijn ingebed in een laag isolerend, giet-baar vuurvast materiaal 36 met een lage dichtheid tussen de binnenwand van de wand 12 van het vat en de dichte laag gietbaar vuurvast 30 materiaal 37, welke laatste de binnenlaag van de wand vormt. Een aantal blaasmondstukken 34 is opgesteld over de lengte van de luchtverdelers 112, 113 en 114, die uitsteken door de vuurvaste lagen 36 en 37 en zijn verbonden met de luchtverdelers, teneinde het zuurstof bevattende gas toe te voeren in de reactiekamer voor het flui-35 diseren van de vaste deeltjes in de kamer 20, waardoor het geflui- 8005363 14 diseerde bed 24 wordt gevormd. Bij deze opstelling van de luchtverdelers zijn drie groepen blaadmondstukken gevormd, waarbij de luchttoevoer aan elke groep wordt geregeld door de luchtdempers 74.

Bij deze uitvoeringsvorm is het betrekkelijk gemakkelijk een gebied 5 met hoge turbulentie tot stand te brengen in het gefluidiseerde bed door betrekkelijk grote hoeveelheden fluidiserend gas te doen stromen door het compartiment 75b en tegelijkertijd gebieden met een betrekkelijk lage turbulentie te vormen door slechts kleinere hoeveelheden lucht te laten stromen door de compartimenten 75a en 10 75c. De luchtverdelers 114 steken door de eindwanden 46 van de een heid 10 uit in de laag gietbaar vuurvast materiaal 36. De uitvoeringsvorm volgens figuur 5 toont een aanpassing van de eenheid die geschikt kan worden gebruikt wanneer de eenheid betrekkelijk lang is, bijvoorbeeld 12 meter of meer, en als gevolg daarvan zou de luchttoe-15 voer aan de blaasmondstukken 34 over de lengte van de luchtverdelers ongelijkmatig kunnen zijn. In een dergelijk geval, zoals in figuur 5 is aangegeven, kunnen onafhankelijke luchtverdelers 114 zijn aangebracht, die aan de tegenover elkaar liggende einden van de eenheid 10 binnenkomen en zijn voorzien van hun eigen luchttoevoer-20 leiding 40 en tussenverdeler voor de luchttoevoer.

Opgemerkt wordt, dat de eenheid volgens de figuren 5 en 6 niet is voorzien van een inwendige voorverwarmer, maar in de plaats daarvan kan de schoorsteen 63 voor de verbrandingsgassen zijn verbonden met een uitwendige voorverwarmer.

25 De eenheid die in de figuren 5 en 6 is getekend, is ook voorzien van een aantal boven het gefluidiseerde bed opgestelde luchtstraalmondstukken 119, die een dubbele functie vervullen. Bij het opstarten, of wanneer de eenheid moet werken onder zijn volle capaciteit, behoeven bepaalde blaasmondstukken 34 geen 30 lucht in de reactiekamer toe te voeren. Boven deze niet in gebruik zijnde mondstukken worden de vaste deeltjes niet gefluidiseerd en het materiaal uit de wel gefluidiseerde gebieden vloei over, verzamelt zich en hoopt zich op. Als een dergelijke opeenhoping niet wordt gecontroleerd, kan het fluidiseren van dergelijke grote op-35 eenhopingen van vaste deeltjes moeilijk zijn. De luchtstraalmond- 8005363 15 stukken 119 kunnen worden gebruikt om de ongewenste opeenhoping van niet gefluidiseerde vaste deeltjes te verhinderen; zij blazen eenvoudig de niet gefluidiseerde vaste deeltjes terug in het gefluidiseerde deel van het bed. Deze luchtstralen kunnen ook worden 5 gebruikt als boven het bed opgestelde luchttoevoermondstukken voor het inbrengen van lucht voor een verbeterde verbranding en ook om een getrapte verbranding mogelijk te maken, die gepaard gaat met een lage uitstoot van oxyden en stikstof.

De uitvoeringsvorm volgens de figuren 5 en 6 is 10 niet voorzien van een inwendige askoelruimte en deze functie wordt uitgevoerd door uitwendige middelen (niet getekend) bij de eenheid 10. De inrichting voor het verwijderen van de as uit de uitvoeringsvorm volgens de figuren 5 en 6 is voorzien van een schuinstaande asafvoerbuis 123, die uitsteekt door de wand van de eenheid 10 en 15 aan zijn boveneinde aan het bovenoppervlak van het gefluidiseerde bed 24 open is. De asafvoerpijp 123 is aan zijn ondereinde verbonden met een vertikale pijp 125. Een tweede schuinstaande pijp 129 is in een punt op afstand boven de verbinding van de pijpen 123 en 125 met de vertikale pijp 125 verbonden. Het asafvoerstelsel werkt 20 op het principe van de gefluidiseerde vaste deeltjes en de asdeeltjes, die uit het gefluidiseerde bed 24 in de schuin naar beneden gerichte asafvoerpijp 123 vloeien worden gefluidiseerd bij het bereiken van de pijp 125 door middel van lucht, die door het inspuit -mondstuk 127 wordt toegevoerd. De asdeeltjes worden opgetild door 25 de fluidiserende lucht tot het niveau, waar de pijp 129 met de pijp 125 is verbonden. De gefluidiseerde asdeeltjes stromen in de pijp 129 en onder invloed van de zwaartekracht door de pijp 129 in een geschikte trog of een andere houder om te worden afgevoerd. De schuinstaande pijp 131 wordt bij het openen van de afsluiter 135 30 gebruikt voor het afvoeren van overmaat materiaal uit het gefluidiseerde bed 24, waardoor het niveau van het bed kan worden geregeld.

Bij de uitvoeringsvorm volgens de figuren 5 en 6 zijn voorzieningen getroffen voor het snel afvoeren van het gefluidiseerde bed, wanneer dat noodzakelijk wordt. Daarvoor zijn af-35 voerleidingen 132 en 133 aangebracht.

80 05 36 3 16

De eenheid volgens de uitvinding is primair beschreven in verband met het gebruik van steenkool als brandstof. Het is duidelijk, dat een met een gefluidiseerd bed werkende verbrandingseenheid tamelijk flexibel is wat betreft de soort 5 brandstof die kan worden gebruikt. Zo kunnen cokes, oliecokes, houtsnippers en ander brandbaar afval alleen of in elke willekeurige combinatie als brandstof worden gebruikt. Ook wordt beoogd, dat een verbrandingseenheid, die met vaste brandstof werkt, olie kan gebruiken als extra brandstof, of wanneer de toevoer van de 10 vaste brandstof om de ene of andere reden uitvalt, zou de eenheid gedurende een bepaalde tijd alleen op de toevoer van olie kunnen werken. Wanneer olie moet worden toegepast als brandstof, moeten natuurlijk de juiste toevoerorganen daarvoor worden aangebracht.

Bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 1 wordt 15 de vaste brandstof toegevoerd door de toevoerleidingen 42, die zijn aangébracht door de bovenzijde van de eenheid 10, maar de vaste brandstof kan ook worden toegevoerd door een toevoerleiding 43 (zie figuur 2a), die juist boven de verdeelplaat 18 door de cilindrische wand 12 en dan in het gefluidiseerde bed 24 steekt, of door 20 toevoerleidingen 44 (zie de figuren 2b en 5), die uitsteekt door de bodem van de cilindrische wand 12 en dan vertikaal (door de verdeelplaat 18 bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 2b) in het gefluidiseerde bed 24.

Ofschoon hierboven voorkeursuitvoeringsvormen 25 van de verhitter- of verdampereenheid volgens de uitvinding zijn beschreven en in de tekening zijn weergegeven, is het duidelijk, dat daarin talrijke veranderingen kunnen worden aangebracht, zonder buiten de omvang van de onderhavige uitvinding te gaan. Dergelijke veranderingen liggen binnen de omvang van bijgaande conclusies.

30 Samenvatting.

Een met een gefluidiseerd bed werkende verhitter- of verdampereenheid heeft een in hoofdzaak cilindrische vorm, waarvan de hoofd- of langsas horizontaal ligt. Een mengsel van steenkool en kalksteen wordt toegevoerd in het langwerpige 35 gefluidiseerde bed in de eenheid om te worden verbrand; daarbij 80 05 3 6 3

Claims (14)

1. Met een gefluidiseerd bed werkende verhitter of verdamper, gekenmerkt door een gesloten vat met middelen voor het toevoeren van een zuurstofbevattend gas in het onderste deel 5 van het vat voor het fluidiseren van een massa vaste deeltjes, die een gefluidiseerd bed in het vat vormen, door warmtewisselbuizen in het vat die bestaan uit warmtewisselbuizen voor convectie/straling in de vrije ruimte boven het gefluidiseerde bed en uit zich in het gefluidiseerde bed bevindende warmtewisselbuizen, door 10 middelen voor het regelen van de toevoer van lucht in het vat om in het gefluidiseerde bed een verbrandingszone met een sterke turbulentie en een lage dichtheid en tenminste één warmte-overdrachts-zone met een betrekkelijk geringe turbulentie en een hoge dichtheid te vormen, welke verbrandingszone en warmte-overdrachtszone vrij 15 met elkaar zijn verbonden en de zich in het gefluidiseerde bed bevindende warmtewisselbuizen zijn gelegen in de warmte-overdrachtszone.

2. Verhitter of verdamper volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen voor het toevoeren van een zuurstof- 20 bevattend gas in het onderste deel van het vat zijn voorzien van een verdeel- en smoorplaat, die het inwendige volume van het vat verdeelt in een reactiekamer boven de plaat en een windkast onder de plaat, waarbij de plaat een gefluidiseerd bed van vaste deeltjes ondersteunt.

3. Verhitter of verdamper volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen voor het toevoeren van een zuurstofbevattend gas in het onderste deel van het vat zijn voorzien van een aantal gasinspuitorganen in het vat voor het toevoeren van gas in het gefluidiseerde bed van het vat en van een reeks gasverdeel- 30 buizen, die de inspuitorganen verbinden met een gastoevoerleiding.

4. Verhitter of verdamper volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat tenminste een deel van de reeks gasverdeelbui-zen is ingebed in een vuurvaste laag, die een onderdeel vormt van de wand van het vat.

5. Verhitter of verdamper volgens conclusie 4, 80 05 3 6 3 met het kenmerk, dat de luchtinspuitorganen bestaan uit blaasmond-stukken en dat een aantal luchtdempers zijn aangebracht in die reeks voor het regelen van de luchtstroom naar de blaasmondstuk-ken.

6. Verhitter of verdamper volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de zich in het bed bevindende warmte-wisselbuizen zijn opgesteld onder het niveau van de geëxpandeerde, gefluidiseerde massa vaste deeltjes, maar boven het niveau van de ingezakte laag daarvan.

7. Verhitter of verdamper volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het vat is uitgevoerd in de vorm van een horizontaal liggende cilinder en dat de warmtewisselbuizen voor convectie/straling in het vat zijn opgesteld in de vorm van een boog, die in hoofdzaak overeenkomt met die van de wand van het cilindri-15 sche vat en daaraan raken.

8. Verhitter of verdamper volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de warmtewisselbuizen voor convectie/straling in hoofdzaak evenwijdig aan de horizontale as van het cilindrische vat zijn opgesteld.

9. Verhitter of verdamper volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de zich in het gefluidiseerde bed bevindende warmtewisselbuizen in hoofdzaak evenwijdig aan de horizontale as van het cilindrische vat zijn opgesteld.

10. Verhitter of verdamper volgens conclusie 2, 25 gekenmerkt door ontstekingsmiddelen voor het starten van de verbranding van de vaste deeltjes, door leidingen voor het toevoeren van een fluidumstroom in de warmtewisselbuizen, welke warmtewisselbuizen voor convectie/straling zijn verbonden met de zich in het gefluidiseerde bed bevindende buizen, door behandelings- en transport-30 middelen voor het afscheiden, afkoelen en afvoeren van de vaste deeltjes, die na de verbranding in de reactiekamer overblijven, uit de verhitter of verdamper, door een leiding voor het afvoeren van verbrandingsgassen uit de verhitter of verdamper en door een leiding voor het toevoeren van het verhitte of verdampte fluïdum uit 35 de warmtewisselbuizen van de met een gefluidiseerd bed werkende 80 05 36 3 verhitter of verdamper naar het print van toepassing.

11. Verhitter of verdamper volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het vat is uitgevoerd in de vorm van een horizontaal liggende cilinder en dat de daarin aangebrachte verdeel-en smoorplaat in hoofdzaak evenwijdig aan de horizontale as van het vat is opgesteld.

12. Verhitter of verdamper volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de behandelings- en transportorganen zijn voorzien van een keerplaat in de reactiekamer, die van de verdeel- ^ en smoorplaat naar boven uitsteekt en daardoor de hoogte van het gefluidiseerde bed bepaalt, welke keerplaat het gefluidiseerde bed scheidt in een relatief groot aktief bed en een relatief klein asafkoelbed, waarbij de fluidiserende lucht door het askoelbed stroomt om warmte van de as af te voeren en waarbij een leiding is ^ aangebracht voor het afvoeren van as uit het askoelbed naar een punt aan de buitenzijde van de verhitter of verdamper.

13. Verhitter of verdamper volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat warmtewisselbuizen voor de voorverwarming zijn aangebracht in de afvoerleiding voor de verbrandingsgassen voor 2q het onttrekken van warmte aan de af te voeren verbrandingsgassen.

14. Met een gefluidiseerd bed werkende verhitter of verdamper, in hoofdzaak zoals beschreven in de beschrijving en/of weergegeven in de tekening. 8005363