NO148086B

NO148086B - Hvirvelskikt-forbrenningsinnretning.

Info

Publication number: NO148086B
Application number: NO782809A
Authority: NO
Inventors: Arnold Porteous Pearce
Original assignee: Flameless Furnaces Ltd
Priority date: 1977-08-19
Filing date: 1978-08-18
Publication date: 1983-04-25
Also published as: JPS5455826A; LU80130A1; IE47243B1; US4279222A; NZ188188A; GR65343B; AU521732B2; CA1100818A; FI67619B; FI782542A; DK366278A; SE7808761L; CH624464A5; FR2406159B1; IL55392A; PT68438A; NO782809L; FR2406159A1; FI67619C; IE781680L

Description

Oppfinnelsen angår hvirvelskikt-forbrenningsinnret-ninger ifølge kravenes innledning.

Det har vært foreslått å tilveiebrnge en hvirvelskikt-forbrenningsinnretning, i hvilken et hvirvelskift bestående av kornformet materiale blir båret i et hus eller forbrenningskammer på en luftdiffusor-skiftbærer. I en slik innretning blir det brensel eller det avfallsmateriale som skal brennes, enten for å tilveiebringe varme eller i den hensikt å fjerne det, matet til hvirvelskiktet for å brennes i dette. Oxygenet for forbrenningen tilveiebringes i det minste delvis og vanlig-vis fullstendig fra luft som er matet til skiktet fra diffusor-bæreinnretningen for å hvirvle opp skiktet. Skiktet er vanlig-vis dannet av kornformet materiale, som f.eks. sand eller et ildfast materiale, og kan delvis omfatte askerester fra tidligere forbrenning.

Diffusoren er i noen tilfeller anordnet hellende fra

én side av skiktet til den anne, og tilførselen av opphvirv-lingsluft til de forskjellig områder av diffusoren blir styrt selektivt for å bringe skiktmaterialene til å sirkulere om en hovedsakelig horisontal akse som strekker seg på tvers av diffusorens helningsretning.

En hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning for innmating av materiale som skal brennes til et hvirvelskikt, spesielt et hvirvelskikt som er innrettet til å sirkulere på den ovenfor beskrevne måte om en hovedsakelig horisontal akse.

Hensikten oppnås med en hvirvelskikt-forbrenningsinnretning ifølge oppfinnelsen med de i kravenes karakteriserende deler definerte trekk.

Oppfinnelsen beskrives under henvisning til tegningene som viser utførelser av en innretning ifølge oppfinnelsen, og hvor fig. 1 skjematisk viser et tverrsnitt av en hvirvelskikt-forbrenningsinnretning ifølge oppfinnelsen, fig. 2 skjematisk viser et snitt langs II-II på fig. 1, fig. 3 skjematisk viser et tverrsnitt langs III-III på fig. 1, fig. 4 skjematisk viser et snitt langs IV-IV på fig. 1, fig. 5 skjematisk viser et vertikal-snitt i likhet med fig. 1, av en annen utførelse av oppfinnelsen, omfatt-ende et dobbelt hvirvelskikt, fig. 6 er et snitt langs VT-VI på fig. 5,

fig. 7 viser et tverrsnitt langs VTI-VTI på fig. 5, fig. 8 viser et hori-sontalt snitt langs VIII-VIII på fig. 5, fig. 9 viser et vertikalt snitt av en ytterligere

utførelse av en innretning ifølge oppfinnelsen, fig. 10 viser et tverrsnitt lang X-X på fig. 9, fig. 11 viser et snitt langs XI-XI på fig. 9 og fig. 12 skjematisk viser et funksjonsdiagram for vannkappe-systemet for den på fig.

9 viste utførelse.

I de forskjellige utførelser som beskrives neden-for, især i forbindelse med fig. 1, 5 og 9, har like kon-struksjonsdeler eller deler med samme funksjon samme hen-visningstall og beskrives én gang.

Fig. 1 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom en utførelse av en hvirvelskikt-forbrenningsinnretning ifølge oppfinnelsen. Forbrenningsinnretningen omfatter et hus 20 som danner et forbrenningskammer 21 på hvis bunn der er anordnet en luftdiffusor-skiktbærer 22. Diffusoren 22 omfatter en porøs eller perforert flate 23 som får tilført luft fra et viftesystem 25 via en rekke samlekamre 24. Styreinnretninger (ikke vist) er anbragt for å styre den luftmengde som tilføres hvert samlekammer 24, således at luftstrømmen over overflaten av skiktbæreren 22 kan styres. Et skikt av materiale bæres i kammeret 21 på bæreinnretningen 22 og har et øvre overflatenivå 26. Ved det øvre parti av kammeret 21 er der i huset 20 anordnet et røk-

rør 27 for utslipp av forbrenningsgassene.

Under drift blir materialskiktet opphvirvlet ved hjelp av luft som strømmer inn gjennom bæreinnretningen 22, og materiale som skal brennes blir matet inn i det opphvirvlede skikt og brent i dette, idet forbrenningsproduktene strømmer ut gjennom røkrøret 27. Fordelingen av den fra flaten 23 tilførte luft er styrt, således at skiktmaterialet sirkulerer om en hovedsakelig horisontal akse som strekker seg gjennom tegningsplanet på fig. 1. Sirkulasjonen finner fortrinnsvis sted mot urviseren, som vist på fig.

1., således at det oppstår en strøm hovedsakelig nedad langs flaten 23, som heller nedad mot høyre, som vist på fig. 1

En askerenne 28 er anordnet langs den nedre kant av skikbæreinnretningen 22 for å samle opp aske og annet ikke brennbart restmateriale etter forbrenningen i skiktet. Den ovenfor beskrevne sirkulasjon av skiktet bidrar til oppsam-lingen av sådant materiale i askerennen 28.

En ledeplatekonstruksjon 29 anordnet over det høyre parti av skiktet, som vist på fig. 1, heller oppad og bort fra askerennen 28 og bidrar til sirkulasjonen av skiktet. Ledeplate-konstruks jonen 29 er fortrinnsvis oppbygget av en rekke vann-førende varmevekslerrør i et vannkjølesystem mellom en øvre samletank 30 og en nedre samletank 31. Resten av kammeret 21, spesielt over nivået 26, er også foret ved hjelp av varme-veksler-vannrør som danner en del av systemet, idet det i til-legg er anordnet en annen, nedre oppsamlingstank 32. Således er de vannrør som både direkte berører skiktmaterialet og røkgassene over skiktet anordnet for å trekke ut nyttig varme fra forbrenningsprosessen for frembringelse av varmt, vann eller damp, eller for andre formål.

Askerennen har en sentral utløpsåpning 34 med en klaffventil 35, som, når den åpnes, gir

forbindelse mellom askerennen og en askekanal 36. Aske og eventuelt medført skiktmateriale i askerennen 28 føres pneumatisk gjennom askekanalen 36 under innblåsning av luft gjennom en dyse 37, slik som nærmere beskrevet i den samtidig løpende britiske patentsøknad nr. 18354/77.

Som best vist på fig. 2, 3 og 4 er der på hver side

av skiktbæreinnretningen 22 anbragt en ledeplate 40 som strekker seg i et hovedsakelig vertikalt plan. Under ledeplaten og over flaten 23 er der tilveiebragt en åpning 41, og ledeplaten strekker seg oppad til umiddelbart under nivået 26 av skiktet når dette er opphvirvlet under drift. Huset 20 omfatter kamre eller soner 42 anordnet på utsiden av ledeplatene 40. Kamrenes 4 2 bunnvegger skråner fortrinnsvis nedad og innad fra sidene av huset 20 for å støte mot flaten 23 av skiktbæreinnretningen 22, som vist ved 43.

Når det under drift er tilveiebragt et skikt, avgrenser ledeplatene 4 0 rolige soner på hver side av det opphvirvlede skikt, hvilke soner ikke er opphvirvlet under drift. Skikt-niyået 26, som uunngåelig blir hevet litt når skiktet er opp-

opphvirvlet, befinner seg over ledeplatenes 40 øvre kanter,

og materialer sirkulerer følgelig over ledeplatene 40, på tvers av den ovennevnte hovedsirkulasjon av skiktet, som antydet ved pilene 44. Skiktmateriale, som befinner seg i de rolige soner 42, sirkulerer således også tilbake inn i bunnen av den opphvirvlede del av skiktet via åpningene 41. De hellende sider 43 letter denne prosess.

En fylltrakt 50 (fig. 1) for materiale som skal

brennes er anordnet på huskonstruksjonen 20. En egnet måle-mate-innretning, generelt betegnet med 51, er anordnet for å transportere materiale som skal brennes til en innløpskanal 52 som er anordnet hovedsakelig sentralt ved siden av forbrenningskammeret 21. Kanalen 52 er avgrenet til hver side og grenkanalene strekker seg til én på hver side. av hvirvelskiktet anordnet innløpssjakt 53 som munner ut i kamrene 42

som omfatter de rolige soner med skiktmateriale. Materiale som skal brennes føres nedad gjennom disse rolige soner og inn i bunnen av den opphvirvlede sone av skiktet ved hjelp av den ovennevnte tverrgående sirkulasjon. Det vil således innses at materiale som skal brennes blir ført til bunnen av skiktet og at meget små mengder ubrent materiale noensinne når overflaten av skiktet under drift, og at lett, ubrent materiale således praktisk talt ikke unnslipper inn i kammeret 21 over skiktet. For dette formål er innløpssjaktene 53 fortrinnsvis rettet nedad, som vist på tegningene.

Som vist, omfatter huset 20 fortrinnsvis en luft-

kappe 60 som danner en del av ledningssystemet mellom viften 25 og diffusor-samlekamrene 24. Anordningen er slik at luften strømmer fra viften 25 inn i kappen 60 på et med 61 betegnet sted, opp på venstre side, som vist på fig. 3, over det øvre parti av kammeret 21 og ned på høyre side, inn i et rem 62 under samlekamrene 24, og derfra via egnede styreventiler inn i diffusorens samlekamre. Luftsirkulasjonen bidrar således til kjøling av forbrenningskammerkonstruksjonen, og gjenvinner varme fra denne og overfører denne varme tilbake til skiktet.

Som vist på fig. 1 og 3 strekker et parti 70 av ledeplatekonstruksjonen 29 seg over skiktoverflaten. Røkgasser som forlater skiktoverflaten 26 under drift passerer rundt hver side av ledeplatepartiet 70 , gjennom åpninger 71,

under ledeplater 72, inn i det øvre parti av kammeret 21 og forlater dette gjennom røkrøret 27. Denne buktede bane for røkgassene bidrar ytterligere til å forhindre at lette og flyktige materialer forlater forbrenningsinnretningen før de er fullstendig forbrent.

Ledeplatepartiet 70 er fortrinnsvis en del av varme-veksler-vannsystemet og bidrar til å trekke ut nyttig varme fra forbrenningsprosessen. Videre kan ledeplatene 40 også være konstruert som luftkjølte eller vannkjølte ledeplater som bidrar til å trekke ut nyttig varme fra forbrenningsprosessen.

Ytterligere varmevekslerrør kan være nedsenket i den opphvirvlede del av skiktet, som vist ved 73 på fig. 1, idet slike rør er forbundet med varmevekslersystemet.

Luftdyser 74 kan være anordnet i kammeret 21 over ledeplatepartiet 70 for å fjerne eventuell flyveaske eller andre forbrenningsprodukter som kan avsette seg. der.

Fig. 5-8 viser en utførelse som er lik den ovenfor beskrevne, bortsett fra at der finnes et ytterligere opphvirvlet skikt mellom matekanalen 52 for den tidligere utførelsesform og innløpssjaktens 53 utløp til de rolige soner i kamrene 42.

Dette ytterligere, opphvirvlede skikt, som i denne forbindelse heretter vil bli kalt det primære opphvirvlede skikt, i motsetning til det nedre, som vil bli kalt det sekundære opphvirvlede skikt, omfatter en luftdiffusor-skikt-bæreinnretning 22a, som ellers er lik den som er vist ved 22. Skiktbæreinnretningen 22a heller i motsatt retning av skikt-bæreinnretningen 22, ned mot en askerenne 28a. Luft blir til-ført fra viften 25 til skiktbæreinnretningen 22a for å hvirvle opp kornformet materiale som på denne danner et skikt opp til et nivå 26a.

Som best vist på fig. 6, omfatter askerennen 28a en ved hver ende anordnet ventil 80 i form av en kikventil, som ved åpning tillater materiale fra primærskiktet å falle ned fra rennen 28a inn i respektive områder 81 og derfra til ut-

løpene inn i kamrene 42 som inneholder de rolige soner på

hver side av det sekundære opphvirvlede skikt. Kammeret som inneholder det primære opphvirvlede skikt er avgrenset av sidevegger 82, som avsluttes ved en øvre kant 83, således at der tilveiebringes passasjer over hvilke forbrennings-

gassene fra det primære opphvirvlede skikt kan strømme ned og inn i kammeret 21 under ledeplatene 72 for å blandes med forbrenningsgassene som forlater det sekundære skikt.

Luft for tilførsel til primærskikt-støtteinnret-ningenes 22a samlekamre blir tatt ut fra luftkappen 60 ved hjelp av en styreventil 85 (fig. 8) og ført inn i en vind-

kasse 86 anordnet for forsyning av samlekamrene ved hjelp av styreinnretninger. Under drift kan primærskiktet sirkulere om en horisontal akse som strekker seg gjennom tegnings-

planet av fig. 5, som forklart ovenfor, eller det kan være bare opphvirvlet.

Hensikten er at det primære opphvirvlede skikt skal delvis forbrenne materiale som er matet inn i dette via matekanalen 18, idet forbrenningen blir fullført i det sekundære skikt. Tilleggsbrensel eller avfallsmateriale som skal brennes kan mates direkte inn i det sekundære skikt via de rolige soner eller kamre 42 ved hjelp av ytterligere innløps-kanaler 84.

Ved tilveiebringelse av det ovennevnte primære skikt

er det mulig ytterligere å sikre at ubrent materiale ikke forlater overflaten av det sekundære skikt, fordi materiale som trer inn i det sekundære skikt allerede er delvis forbrent, idet det har gjennomgått et pyrolysetrinn i det primære skikt og det meste av flyktig materiale er oppbrent i gassform. En sådan anordning er spesielt egnet for brenning av avfallsmateriale som omfatter organisk materiale, spesielt med høyt fettinnhold, eller alternativt materiale med et høyt innhold av flyktige stoffer.

Fig. 9, 10 og 11 viser'en alternativ anordning av

en hvirvelskikt-innretning som i det vesentlige er lik den som er vist på fig. 1, bortsett fra at den er anordnet i et vertikalt, sylindrisk hus. I denne anordning er huset 90 utformet

som en vannkappe med dobbelt hud og omslutter kammeret 21. Røkrøret 91 som danner utløp for forbrenningsgassene er

anbragt på siden av kammeret og adskilt fra overflaten av hvirvelskiktet ved hjelp av en vertikal ledeplate 92. Inn-løpet 93 for brennstoff eller materiale som skal brennes kan, som vist, munne ut i et sentralt parti av det opphvirvlede skikt mellom ledeplatene 40, eller det kan være togrenet for matning til de rolige soner eller kamre 42 på hver side av det opphvirvlede skikt, som beskrevet i forbindelse med de foregående utførelsesformer.

Ledeplatene 40 i denne utførelse omfatter vannrør

som strekker seg mellom motsatte sider av vannkappen av huset 90, i likhet med ledeplatekonstruksjonen 29, 70. Til-leggsvarme kan trekkes fra forbrenningsgassene ved hjelp av fingerbøllignende fremspring anordnet på den indre vegg av husvannkappen, som vist ved 94, og ytterligere vannrør som strekker seg i gitterformasjon på tvers av det øvre parti av forbrenningskammeret, som vist ved 95. Ytterligere vannrør kan strekke seg fra motstående sider av vannkappehuset 9 0 gjennom det opphvirvlede parti av skiktet, som vist ved 96.

I øvrige henseender og hva driftsmåten angår, er

den på fig. 9, 10 og 11 viste utførelse nøyaktig lik den som er vist på fig. 1-4.

Fig. 12 er en skjematisk skisse av en anordning for sirkulasjon av vann gjennom vannkappen av huset 90 ved den på fig. 9-11 viste utførelse.

Det øvre parti av vannkappen av huset 90 er ved hjelp av et rør 10 0 forbundet med det øvre parti av en vertikal vannlagringssylinder 101. Varmt vann og damp kan tappes fra lagringssylinderen 101 ved hjelp av en rørforbindelse 102

ved dens øvre ende. På samme måte kan kondensert vann returneres til sylinderens 101 bunn ved hjelp av et returrør 103, idet nødvendig erstatningsvann tilføres via en tilkobling 104.

På grunn av forskjellig tetthet av vann med forskjellige temperaturer, vil der finnes lagvise skikt av vann med forskjellig temperatur i sylinderen 101, og en rekke for-bindelser 105 - 108 med respektive ventiler er anordnet langs den vertikale høyde av lagringssylinderen. Forbindelsene 105 - 108 er via en velgerventil 109 forbundet med en pumpe 110 for vanntilførsel til bunnen av husets 90 vannkappe. En omføringsinnretning med en egnet styreventil er anordnet mellom bunninnløps-forbindelsen til vannkappen og et øvre parti for å tillate væske å sirkulere i vannkappen under oppstartings-prosessen eller uten sirkulasjon gjennom sylinderen 101.

Under drift kan temperaturen av det vann som til-føres fra sylinderen 101 til bunnen av vannkappen velges ved hjelp av ventilen 109, og temperaturen av det vann som strømmer inn i vannkappen og således den varmemengde som trekkes fra hvirvelskiktet under forbrenningen, kan således styres nøyaktig. Skikttemperaturen kan således styres nøyaktig.

For den på fig. 9, 10, 11 og 12 viste utførelse,

hvor det opphvirvlede skikt er innelukket i en kraftig metall-trykkbeholder, er innretninger tilgjengelige for å drive de nevnte hvirvelskikt-innretninger under trykk som ligger godt over det atmosfæriske trykk. Gassene som forlater enheten ved 91, eller på et annet egnet sted, kan benyttes til å overvinne mottrykk fra utstyr som er forbundet med enheten, eller alternativt å drive en gassturbin eller en enhet av lignende type som utgjør en del av anlegget.

Claims

1. Hvirvelskikt-forbrenningsinnretning med luftdiffusor-skikt-bæreinnretning (22) i et hus (20; 90), innrettet til å understøtte og opphvirvle et skikt av kornformet materiale, karakterisert ved minst én ledeplate (40) anordnet i et vertikalt plan og adskilt fra skiktbæreinnretningen (22) for på én side av skiktet å avgrense en rolig sone (42) hvor skiktmaterialet ikke opphvirvles under drift, og som under ledeplaten (40) står i forbindelse med den res-terende del av skiktet som opphvirvles under drift, idet det øvre parti av ledeplaten (40) under drift befinner seg under den øvre overflate (26) av skiktet, slik at materiale fra hvirvelskiktet kan strømme over ledeplaten (40) og inn i den rolige sone(42), og mateinnretninger for innmatning til den rolige sone (42) av materiale som skal brennes idet materi-alet fra den rolige sone føres under ledeplaten (40) inn i den opphvirvlede sone.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at to ledeplater (40) er slik anordnet på motstående sider av skiktbæreinnretningen at de avgrenser to rolige soner (42), som hver har innretninger for innmatning av materiale som er forbrent i forbrenningsinnretningen.

3. Innretning ifølge krav 1-2, karakterisert ved en innretning for velgbar styring av luft-tilførselen til diffusor-skikt-bæreinnretningen (22), hvor-ved et skjkt som bæres av denne kan opphvirvles i forskjellig grad i ulike partier slik at det bringes til å sirkulere om en horisontal akse.

4. Innretning ifølge krav 1-3, karakterisert ved at diffusor-skikt-bæreinnretningen (22) er plan, i grunnriss hovedsakelig rektangulær og anordnet hellende nedad fra én kant til den motsatte kant, og at én askerenne (28) er anordnet langs den nedre motsatte kant.

5- Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at mateinnretningen omfatter en fylltrakt (50) og en transportinnretning (51) for å bringe materiale fra fylltrak-ten (50) til en togrenet ledning (52) innrettet til å mate materiale som skal brennes til de rolige soner.