NL8300617A

NL8300617A - Verbrandingsinrichting met een gefluidiseerd bed.

Info

Publication number: NL8300617A
Application number: NL8300617A
Authority: NL
Original assignee: Tno
Priority date: 1983-02-18
Filing date: 1983-02-18
Publication date: 1984-09-17
Also published as: EP0117003A3; EP0117003A2; US4532871A

Description

« Ν,Ο. 31^6 "1_

Verbrandingsinrichting met een gefluidiseerd bed.

De uitvinding betreft een verbrandingsinrichting met een gefluidiseerd bed, waarbij in de boven dit bed gelegen vrije naver-brandingszone of het zogenaamde free-board zodanig tenminste één stelsel van ten opzichte van de verticaal schuin lopende platen of schotten is 5 aangebracht, dat tenminste één naar boven gericht kanaal wordt gevormd dat inwendig schuin lopende vlakken heeft, waarbij gezien in een verticale doorsnede in tenminste één richting zo'n kanaal tenminste één groep van twee tegenover elkaar gelegen stellen boven elkaar liggende schuin lopende platen omvat. Een dergelijke inrichting is bekend uit het artikel , 10 "Suppression of Partiele Elutriation from a Fluidised Bed" in "Trans.

Instn Chem. Engrs" deel 52, 1974.

De toepassing van een gefluidiseerd bed bij een verbrandingsinrichting is reeds lang onderkend als een aantrekkelijk middel Yoor het opwekken van energie.Hierbij wordt lucht geleid door een bed 15 korrelvormig materiaal, bestaande uit een mengsel van inert materiaal, een brandstofmateriaal zoals bitumineuze kool met een hoog zwavelgehalte, en gewoonlijk een absorberend materiaal, meestal kalksteen, voor de zwavel die vrijkomt als gevolg van de verbranding van steenkool. Als gevolg van het door het bed leiden van lucht, wordt het bed gefluidiseerd waardoor 20 de verbranding van de brandstof wordt bevorderd.

De voordelen van zo'n gefluidiseerd bed zijn, een betrekkelijk grote mate van warmteoverdracht, een in hoofdzaak gelijkblijvende bedtemperatuur, een verbranding bij een betrekkelijk lage temperatuur, gemakkelijke hantering van de brandstofmaterialen, een ver-25 minderde aantasting van en afzetting in de ketel, en een vermindering van de afmetingen daarvan en een goede beheersing var^ emissie van schadelijke stoffen.

De hoeveelheid en de snelheid van de aan het bed toegevoerde lucht moet voldoende zijn voor het in een gefluidiseerde 30 toestand houden daarvan, met als gevolg dat een gedeelte van het korrelvormige bedmateriaal wordt meegesleurd door de lucht die door het bed stroomt, welk materiaal onder andere deeltjes van niet gereageerd hebbende brandstof en van het zwavelbindende materiaal omvat. De lucht, die door het bed stroomt, komt, samen met de gasvormige verbrandingsprodukten en 35 het korrelvormige materiaal dat wordt meegesleurd, terecht in het zogenaamde free-board boven het bed, dat een tweede reactiezone vormt waarin 8300617 -2- <4 . ί de meegesleurde vaste deeltjes en de gasvormige verbrandingsprodukten gedeeltelijk verder worden verbrand en waarin een gedeeltelijke reductie plaats vindt van de in het bed gevormde NO en bovendien een voortgezette zwavelbinding plaats vindt.

5 Na het freeboard worden de reactiegassen en het meegesleurde korrelvormige materiaal naar een stofopvanginrichting geleid voor het van de gassen scheiden van de vaste deeltjes, die vervolgens worden afgevoerd of naar een niet met het gefluidiseerde bed samenhangende inrichting worden geleid. Omdat het zodoende afgevoerde, korrelvormige materiaal niet 10 gereageerd hebbende vaste stoffen bevat, is het rendement van zulke inrichtingen met een gefluidiseerd bed niet optimaal.

Teneinde het rendement van een verbrandingsinrichting met een gefluidiseerd bed te verhogen, wordt in het genoemde artikel voorgesteld in het freeboard een stelsel van schuin lopende platen of schotten aan te 15 brengen, dat de met de lucht en de verbrandingsgassen meegesleurde deeltjes grotendeels afscheidt en terugvoert in het gefluidiseerde bed. Daartoe hellen alle platen of schotten van buiten naar binnen naar boven, terwijl alle platen zijn voorzien van een opening bij het, bij de begrenzingswand gelegen laagste punt, opdat de op zo'n plaat vallende afgescheiden vaste 20 deeltjes langs de plaat en verder door zo'n opening naar beneden kunnen glijden en vallen.

Deze bekende opstelling is echter niet doelmatig aangezien het gevaar bestaat dat de op de platen of schotten neergeslagen vaste brandstof deeltjes verder verbranden en aangroeiingen ontstaan door vastbakken.

25 Bovendien zullen de vaste deeltjes moeilijk door de genoemde openingen kunnen vallen, aangezien de opwaartse stroomsnelheid van de lucht en de verbrandingsgassen juist door deze openingen het hoogst is, immers deze stromingen vormen kortsluitstromingen tussen de over- en onderdrukgebieden aan respectievelijk de boven- en onderkant van een plaat. Verder zullen 30 de verbrandingsgassen die uit het bed stromen nauwelijks meer verder worden verbrand en een verdere reductie van NO en een meer voortgezette

X

zwavelbinding plaats vinden dan bij een freeboard zonder zulke schotten, omdat de deeltjes uit de gasstroming zijn gevallen.

Het doel van de uitvinding is een naverbrandingsinrichting van 35 het genoemde type te verschaffen met een sterk verbeterd rendement.

Dit doel wordt bereikt doordat volgens de uitvinding van elk stel boven elkaar liggende platen of schotten van een kanaal, deze platen tenminste afwisselend van buiten naar binnen schuin naar beneden lopen en alle platen tenminste bij de buitenkant in dichte aansluiting zijn met 4-0 de buitenste begrenzing van het kanaal.

8300617 -3-

''<·***· «II

* * 1

Bij voorkeur lopen alle platen van elk stel boven elkaar liggende platen vanaf een het kanaal begrenzende verticale wand van buiten naar binnen schuin naar beneden, onder een hoek met de verticaal die binnen het gebied 20°-50° ligt en zijn de platen van het ene stel ten opzichte 5 van die van het andere stel in verticale richting versprongen.

Bij de op deze wijze, volgens de uitvinding uitgevoerde schotten of platen, worden de in de gasstroom meegesleurde vaste deeltjes door centrifugaalkrachten uit de hoofdstroom afgescheiden en daar al recircu-lerend enige tijd opgehouden in de ruimten onder de schotten, waarbij een 10 intensief vaste stof-gascontact optreedt. Slechts bij de onderste schotten zullen meegesleurde deeltjes die tegen deze schotten botsen, in het bed terugvallen.

Door de op deze wijze verkregen langere verblijftijd van de vaste deeltjes in het freeboard en het daarbij optredende intensieve contact 15 tussen vaste deeltjes en gassen, worden de brandbare deeltjes tennaastebij volledig verbrand, terwijl de zwavelbinding met behulp van meegesleurde kalkdeeltjes vollediger zal plaats vinden. Door attritie en botsingen tegen de schotten van reeds met SO2 gereageerd hebbende kalkdeeltjes, zal hun daarbij gevormde buitenste laag van CaSO^ worden afgestoten, waardoor 20 deze deeltjes weer aktief worden voor het binden van SO2. De aan het geflui-diseerde bed toegevoegde hoeveelheid kalksteen kan dan ook minder zijn dan bij de bekende inrichting. Eveneens zal de reductie van stikstofoxyden al of niet onder katalyse van actieve kool en calciumsulfaat, en de verbranding van aliphatische en aromatische koolwaterstoffen vollediger plaats vinden.

25 De ruimten onder de schotten kunnen worden vergroot door de schotten te voorzien van verticaal naar beneden gerichte of gebogen eind-randen. Hierdoor kunnen de verblijftijden van de deeltjes in deze ruimten beïnvloed worden.

Op voordelige wijze kunnen sommige van de bovengenoemde 30 reacties nog versneld worden door de schotten of platen te bekleden of te vormen uit een materiaal dat als katalysator werkt voor sommige van deze reacties.

Door meerdere naast elkaar gelegen kanalen te vormen wordt bovendien de stroomsnelheidsverdeling over de doorsnede van het freeboard 35 gelijkmatiger, waardoor de stroming uit het bed in het freeboard wordt verbeterd.

Opgemerkt wordt nog dat uit het Amerikaanse octrooischrift 4161917 een heet gas generator met een gefluidiseerd bed bekend is, waarbij in het freeboard een aantal radiaal lopende, schuin staande schoepen zijn 40 * ___ 8300617 -4- aangebracht, waardoor aan de verbrandingsgassen een ronddraaiende beweging wordt gegeven, zodat de verblijftijd van de in het freeboard meegesleurde deeltjes wordt verlengd, aangezien deze naar buiten worden geslingerd, waardoor deze deeltjes volledig kunnen verbranden. Hierbij worden echter de 5 deeltjes tegen de wand van het freeboard aangeslingerd waarna geen intensief gasvaste stof kontakt meer optreedt. Bovendien is boven de schoepen een vernauwing aangebracht die verstopt kan raken.

De uitvinding zal nader worden beschreven onder verwijzing naar de tekening, waarin: 10 Figuur 1 schematisch in verticale doorsnede een verbrandingsinrichting met een gefluidiseerd bed volgens de uitvinding toont, figuur 2 op grotere schaal één van de, in het freeboard van de inrichting volgens figuur 1 gevormde kanalen toont, figuur 3 een andere uitvoeringsvorm van de schotten in een kanaal 15 weergeeft, figuur 4 een andere uitvoeringsvorm van een kanaal is, en figuur 5 een inrichting zoals getoond in fig. 1 weergeeft, waarin schematisch meerdere stelsels van schuin lopende platen of schotten zijn aangegeven.

20 Zoals getoond in fig. 1 omvat de verbrandingsinrichting met een ge fluidiseerd bed een huis 1, met een toevoer 2 voor de fluidiserende verbrandingslucht, een afvoer 3 voor de verbrandingsgassen en een toevoer 18 voor het brandstof en toeslagmateriaal. In het huis is een roostervormige verdeelplaat 4 aangebracht waarop het te fluidiseren bed 5 van korrelvormig 25 materiaal rust.

In het boven het bed 5 aanwezige freeboard 6 is een stelsel van schuin lopende platen of schotten 7 aangebracht.

Dit stelsel van schuin lopende platen of schotten 7 omvat een aantal, in fig. 1 zes, naar boven lopende kanalen met verticale begrenzingswanden 8, 30 en bij elk kanaal twee tegenover elkaar gelegen stellen, respectievelijk 9 en 10, boven elkaar liggende, zich van de wanden 8 uitstrekkende, van buiten naar binnen schuin naar beneden lopende platen.

Zoals getoond in figuur 2, is het ene stel platen 9 ten opzichte van het andere stel platen 10 over een afstand s versprongen. De hoek α onder 35 welke de platen 9 en 10 schuin met de verticaal staan ligt binnen het gebied 20°-50°, terwijl de horizontale afstand a tussen het vrije eind van een plaat 9, 10 en de kanaalwand 8, 20-70¾ van de horizontale afstand A tussen de kanaalwanden 8 kan bedragen. Bij de uitvoeringsvorm getoond in figuur 2 bedraagt a 50¾ van A, waarbij tevens geldt dat een èb<s<2b.

40 8300617

, ..«ft*·'·*; V

> -5-

Bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 3 worden de vrije einden van de platen of schotten 9', 10' gevormd door een verticaal naar beneden gericht randdeel 11 respectievelijk 12.

In figuur 4· is een andere uitvoeringsvorm van het stelsel van schuin 5 lopende platen of schotten getoond, dat in de plaats kan komen van het in figuur 1 getoonde stelsel 7. Bij het stelsel van figuur 4- wordt elk kanaal begrensd door twee stellen tegenover elkaar gelegen, met elkaar verbonden, schuin lopende platen 13 en 14· respectievelijk 14- en 15, waarbij voor elk kanaal de door elk stel platen gevormde vlakken afwisselend van buiten naar 10 binnen schuin naar beneden lopen, zoals getoond voor de vlakken 13’, 14-' en 15', zodat de andere vlakken 13'1, 14·’1 en 15*1 afwisselend van buiten naar binnen schuin omhoog lopen.

Zo'n stelsel zoals getoond in figuur 4- werkt minder optimaal dan het stelsel 7 volgens figuur 1, aangezien in de kanalen van het stelsel 15 volgens figuur 4· een stroom van zwaardere deeltjes naar beneden en een stroom van lichtere deeltjes naar boven ontstaat.

In figuur 5 is een inrichting getoond die overeenkomt met de inrichting volgens figuur 1, zodat gelijke onderdelen zijn aangegeven met dezelfde verwijzingscijfers voorzien van een accentteken. Hierbij is echter 20 door de verwijzingscijfers 16 en 17 schematisch aangegeven dat in het freeboard 6' meerdere stelsel van schuin lopende platen of schotten boven elkaar kunnen zijn aangebracht. De stelsels 16 en 17 kunnen wat betreft één of meerdere van de parameters a, a, b, s en A van elkaar afwijken, zodat rekening kan worden gehouden met het feit dat hogerop in het stelsel met 25 grotendeels gelijkblijvende parameters, de vaste deeltjes steeds kleiner en lichter worden, zodat de kans dat zij vanuit de hoofdstroom afgescheiden worden kleiner wordt naar mate zij hoger in het stelsel komen.

8300617

Claims

1. Verbrandingsinrichting met een gefluidiseerd bed, waarbij in de boven dit bed gelegen vrije verbrandingszone of het zogenaamde freeboard zodanig tenminste één stelsel van ten opzichte van de verticaal schuin lopende platen of schotten is aangebracht, dat tenminste één naar boven 5 gericht kanaal wordt gevormd dat inwendig schuin lopende vlakken heeft, waarbij gezien in een verticale doorsnede in tenminste één richting zo'n kanaal tenminste één groep van twee tegenover elkaar gelegen stellen boven elkaar liggende schuin lopende schotten omvat, met het kenmerk, dat van elk stel boven elkaar liggende platen of schotten bij een kanaal, 10 deze platen tenminste afwisselend van buiten naar binnen schuin naar beneden lopen en alle platen tenminste bij de buitenkant in dichte aansluiting zijn met de buitenste begrenzing van het kanaal.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat alle platen van elk stel boven elkaar liggende platen, vanaf een het 15 kanaal begrenzende verticale wand, van buiten naar binnen schuin naar beneden lopen onder een hoek met de verticaal die binnen het gebied 20°-50° ligt en de platen van het ene stel ten opzichte van die van het andere stel in verticale richting zijn versprongen.

3. Inrichting volgens conclusie 2,met het kenmerk, 20 dat de horizontale afstand (a) tussen het vrije eind van een plaat of schot en de kanaalwand waarvan dit schot zich uitstrekt 20-70% van de horizontale afstand tussen deze kanaalwand en de daar tegenover gelegen wand bedraagt.

4·. Inrichting volgens conclusies 2 of 3,met het ken-25 merk, dat de afstand (s) waarover de platen van het ene stel ten opzichte van die van het andere stel zijn versprongen, over de lengte van het kanaal verandert.

5. Inrichting volgens conclusies 2-4·, met het kenmerk, dat de platen van elk stel tot het midden van het kanaal reiken en verder 30 geldt dat ib s 2b, waarbij b de lengte van de verticale projectie van een plaat is.

6. Inrichting volgens conclusies 2-5, met het kenmerk, dat het vrije eind van een schot wordt gevormd door een verticaal naar beneden gericht randdeel.

7. Inrichting volgens conclusies 1-6, met het 8300617 . ,,.. .. -7- kenmerk, dat de platen of schotten zijn bekleed of zijn gevormd uit een katalysatormateriaal.

8. Inrichting volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, dat meerdere stelsels van schuin lopende platen of schotten 5 boven elkaar in het free-board zijn aangebracht. % 8300617