NO149977B - Kjele for forbrenning av fast brensel i et fluidisert sjikt - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en kjele for virvelsjikt-forbrenning i et virvelsjikt av inert materiale, som under drift opprettholdes i kjelens forbrenningskammer ved innblåsing av forbrennings- og fluidiseringsluft gjennom kammerets bunn, og med organer til innføring av fast brensel i forbrenningskammeret over det fluidiserte sjiktets overflate.

Ved kjeler med relativt lite overflateareal på det fluidiserte sjiktet er det i prinsippet mulig å oppnå en relativt jevn fordeling av brenselet over hele arealet ved å innføre det ved hjelp av en spredestoker som kaster brenselet inn gjennom en åpning i kammerets sidevegg. Denne teknikk forutsetter imidlertid bruk av relativt grovt brensel hvis kornstørrelse ligger innenfor et snevert område, idet fine partikler i det innkastede brenselet ville bli grepet av den oppovergående røkgasstrømmen og forbrenne over det fluidiserte sjiktet i stedet for i dette. I kjeler med større tverrsnittsareal vil det også være nødvendig å kaste inn brenslet fra flere sider, hvilket kompliserer arrangementet for tilførsel av brensel og dets fordeling på de enkelte inn-før ingsstedene.

Med henblikk på å avhjelpe de påpekte ulemper

er en kjele ifølge oppfinnelsen karakterisert ved at en eller flere oventil og på siden lukkede og nedover åpne sjakter hvis totale tverrsnittsareal er vesentlig mindre enn forbrenningskammerets tverrsnittsareal, og hvis vegger er oppbygd av væske-kjølte rør, er innbygd i forbrenningskammeret med deres nedre munninger i liten avstand over det fluidiserte sjiktets overflate, og at brenselinnføringsorganene munner ut i sjakten eller sjaktene.

I den eller de nevnte sjakter, mellom hvilke røkgassene fra det fluidiserte sjiktet fritt kan strømme opp-over og ut av forbrenningskammeret, vil det på grunn av de gasstette sjaktveggene ikke være noen oppovergående luft-

strøm som møter det innførte brenselet og derved influerer pådet frie fall ned i det fluidiserte sjiktet. Følgen av dette er at selv brensel som består av stykker med vidt for-skjellig kornstørrelse kan fordeles jevnt over hele arealet

av hver sjakt. Ved innføring med spredestokere kan det opereres med større kastelengde, og man kan derfor med en-sidig brenselinnføring mate vesentlig større kjeler enn tidligere. Kjølingen av sjaktveggene medfører at gassen, som er i sjakten er vesentlig kaldere enn de omkring sjakten opp-overstrømmende røkgassene, hvilket nedsetter fare for en uønsket antennelse av meget fine og dermed langsommere fallende brenselpartikler. Dessuten muliggjør kjølingen innføring av brenselet, ved hjelp av en skrue eller annen mekanisk transportør som strekker seg inn i sjakten og leverer brenselet jevnt for-delt over sin lengde, uten fare for termisk overbelastning av transportørens komponenter.

Selv om brenselet faller ned på det fluidiserte sjiktets overflate i en eller flere atskilte soner, hvis totale areal motsvarer sjaktarealet, oppnås det allikevel en til-strekkelig jevn fordeling av brenselet i hele sjiktets tverrsnitt, idet turbulensen i laget bevirker en spredning av brenselet i sideretningen, analogt med den spredning som opp-står ved den kjente punktvise brenselinnføring i sjiktet nedenfra gjennom forbrenningskammerets bunn.

En foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen er karakterisert ved at i det minste to motstående rørvegger av hver sjakt fortsetter ned i det fluidiserte sjiktet i form av divergerende rørgrupper med spalter mellom de enkelte rørene, og at rørene i nærheten av forbrenningskammerets bunn er tilsluttet samlekasser for kjølevæsken. Derved kan det gjennom sjaktveggenes rør strømmende kjølefluidum ytterligere utnyttes til styring av temperaturen i det fluidiserte sjiktet.

Rørene i hver av de nevnte sjaktveggene kan fortsette i to innbyrdes divergerende rørgrupper som hver inneholder hvert annet rør fra sjaktveggen, og som nedentil er tilsluttet samme samlekasse. Derved oppnås på en konstruktivt enkel måte passende store gjennomstrømnings-passasjer for røkgassene mellom rørene i de to rørgrupper,

og samtidig en jevn fordeling av rørene i det fluidiserte sj iktet.

Når forbrenningskammeret har rektangulært tverrsnitt, kan hver sjakt strekke seg tvers over hele forbrennings-

kammeret, mellom dets ene par motstående vegger.

I en utførelsesform for oppfinnelsen hvor forbrenningskammerets sidevegger utgjøres av vannkjølte rør-paneler, kan sjaktveggenes rør være tilsluttet rørene i forbrenningskammerets vegger. Enten kjelen er konstruert til produksjon av damp eller hetvann, inngår sjaktveggene derved som en integrerende del av kjelens heteflate med direkte ut-nyttelse av det i veggenes rør oppvarmede kjølevann.

Ifølge oppfinnelsen kan det ovenfor i hver sjakt finnes organer til innblåsing av luft i sjakten. Derved skapes det i hver sjakt en nedovergående luftstrøm som medvirker til å transportere brenselet ned i det fluidiserte sjiktet, og som samtidig sikrer mot uønsket utstrømning av varme røkgasser og eventuelle fine brenselpartikler gjennom innføringsåpningene for brenselet, selv om kjelen drives med innvendig overtrykk.

Luftinnblåsingsorganene er fortrinnsvis plassert i umiddelbar nærhet av brenselinnføringsorganene. Spesielt ved anvendelse av spredestokere muliggjøres herved forbrenning av meget grovt sortert brensel med stor andel av fine partikler, som stokerens kasteorgan ikke kan slynge særlig langt, men som til gjengjeld medrives av luftstrømmen.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares under henvisning til de sterkt skjematiske tegninger, der

fig. 1 viser et vertikalt tverrsnitt gjennom en utførelsesform for en kjele ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 er et vertikalt snitt etter linjen li-

ll i fig. 1,

fig. 3 er et utsnitt i betydelig større måle-stokk etter linjen III-III i fig. 1,

fig. 4 er et tilsvarende utsnitt etter linjen IV-IV i fig. 1,

fig. 5 viser et til fig. 1 svarende bilde av

en endret utførelsesform for kjelen, og

fig. 6 er et planriss av den i fig. 5 viste kjelen, sett rett ovenfra.

Den i fig. 1-4 sterkt forenklet illustrerte kjele har et forbrenningskammer 1, som avgrenses av fire loddrette sidevegger 2 og 2', en perforert bunnvegg og en toppvegg 4. En utløpskanal 5 for røkgasser munner ut i en åpning i en av sideveggene 2 i nærheten av toppveggen 4. Under den perforerte bunnveggen 3 har kjelen et luftkammer 6, hvori det munner ut en tilførselsledning 7 for forbrennings- og fluidiseringsluft.

Forbrenningen i kjelen foregår på kjent måte i et fluidisert sjikt av et egnet partikkelformet materiale, som holdes fluidisert ved gjennomblåsing nedenfra med luft som tilføres gjennom ledningen 7 og via kammeret 6 strømmer opp gjennom den perforerte bunnveggen 3. Den uregelmessige og under kjelens drift stadig skiftende overflate av det fluidiserte sjiktet er i fig. 1 vist ved 8, mens det fluidiserte sjiktet for tydelighetens skyld er utelatt i fig. 2.

I forbrenningskammeret 1 er det innebygd en generelt med 9 betegnet, i tverrsnitt rektangulær sjakt med to loddrette sidevegger 10, som strekker seg stort sett fra en av kjelens sidevegger 2 til den motstående sidevegg, og to smalere sidevegger 11. Hver av sjaktens sidevegger 10 og 11 er oppbygd som en såkalt membranvegg, som i fig. 3 er vist i utsnitt. Hver vegg består således av væskegjennomstrømmende kjølerør, avvekslende betegnet med 12 og 13, som er forbundet innbyrdes ved hjelp av finner 14 som hver er innsveisede mellom to naborør, slik at hver sjaktvegg er gasstett. Ved den øverste ende av sjakten er rørene i dens vegger tilsluttet et samlerør 15, til hvilket også finnene 14 er fastsveiset, slik at sjakten er helt lukket oventil.

Finnene 14 i sjaktens sidevegger slutter ved et punkt 16 i liten avstand over det fluidiserte sjiktets overflate 8, mens rørene fortsetter nedover omtrent til forbrenningskammerets bunnvegg 3, hvor de er tilsluttet to fordelingsrør 17. Som det fremgår av fig. 1 og 4 er gruppen av rør 12 fra et punkt 16 bøyd utover stort sett i vannrett retning og tilslutt loddrett ned gjennom det fluidiserte sjiktet til fordelingsrøret 17 mens rørene 13 i den andre rørgruppen forløper etter en rett linje skrått fra punktet 16 ned til det aktuelle fordelingsrøret. Som det best fremgår av fig. 4 dannes det herved mellom de enkelte rørene i hver gruppe gjennomstrømningspassasjer for de i det fluidiserte sjiktet dannende røkgassene, som således fritt kan strømme opp gjennom forbrenningskammeret omkring sjakten 9, som vist med piler i fig. 1.

I nærheten av sjaktens 9 øvre, lukkede ende,

er det i den ene sideveggen 11 en åpning 18, som ligger ut for en åpning 19 i den tilgrensende sideveggen 2 av forbrenningskammeret. I åpningen 19 munner det ut en tilførselskanal 2.0 for brensel, og i kanalen 20 er det montert en spredestokér med et kastehjul 21, som slynger det kornformede brenselet inn i sjakten som vist med de prikkede linjene 22 i fig. 2.

Da sjakten 9 er gasstett lukket både på sidene og oventil,

er det ingen oppovergående luftstrøm som kan innvirke ugunstig på det innkastede brenselets fordeling over sjakttverrsnittet eller på brenselets frie fall ned i det fluidiserte sjiktet, som vist med de loddrette pilene 23.

Forbrenningskammerets 1 sidevegger og toppvegg kan, analogt med sjaktveggene, være oppbygd som membranvegger med rør som er tilsluttet et eller flere felles fordelings-

og samlerør, som vist med henholdsvis 24 og 25 i fig. 1 og 2. Rørene 12 og 13 i sjaktveggene kan på ikke nærmere vist måte være tilsluttet rørsystemet i forbrenningskammerets vegger.

I stedet for de viste, spesielle sideveggene 11 kan sjaktens

9 avgrensning på dens to motstående smalsider utgjøres av deler av de to rørveggene 2.

Fig. 5 og 6 viser hvorledes oppfinnelsen kan realiseres i kjeler der det fluidiserte sjiktets overflate har en slik størrelse at en tilfredsstillende fordeling av brenselet ikke kan oppnås ved innføring gjennom en enkelt sjakt. De komponenter av kjelen som svarer til utførelses-formen i fig. 1-4 er betegnet med samme henvisningstall.

Som følge av det store tverrsnittsarealet på forbrenningskammeret 1 og dermed av den <p>erforerte bunnveggen, er denne oppdelt i tre avsnitt, og under hvert avsnitt er det plassert et luftkammer 6 med en luftinnløpsledning 7.

Over hvert avsnitt av bunnveggen 3 er det innbygd en sjakt 31, hvis sidevegger kan være utformet nøyaktig som de i fig. 1-4 viste, inklusiv to grupper av rør 12 og 13, som fra underkanten av de ikke viste finnene i sjaktens gasstette sidevegger fortsetter ned i det fluidiserte sjiktet og er tilsluttet nedre fordelingskasser 17 for kjølevæske.

I motsetning til utførelsesformen i fig. 1-4 strekker sjaktenes 31 gasstette vegger seg helt opp til kjelens toppvegg 4, og rørene i sjaktveggene er tilsluttet samlerør 32, som strekker seg tvers over kjelen på oversiden av veggen 4. Hvert rør 32 er overdekket av et trauformet plateelement 33, hvis ene sideflate, som er synlig i fig. 5, avgrenser en tvers over toppveggen 4 forløpende innføringskanal 34 for brensel, som tilføres gjennom en rent skjematisk vist snekke-mater 35, anbragt over sjakten 31 med sitt hus gasstett fastsveiset til de to tilhørende dekkelementene 33. For tydelighetens skyld er dekkelementene 33 utelatt i fig. 6.

I hver innføringskanal 34 kan det, som vist til venstre i fig. 5, munne ut et passende antall over kanalens lengde fordelte dyser 36, gjennom hvilke det kan innblåses luft i kanalene med en nedovergående strømningsretning.

Ved hjelp av de tre snekkematerne 35 kan brenselet fordeles stort sett ensartet over hele lengden av hver kanal 34 og derfra falle fritt ned mot det fluidiserte sjikt, understøttet av luftstrømmene fra dysene 36, slik at det innenfor konturen av hver sjakt oppnås en tilsvarende jevn fordeling av det tilførte brenselet som ovenfor beskrevet i forbindelse med den første utførelsesformen.

Analogt med utførelsesformen i fig. 1-4 avgår røkgassene fra forbrenningskammeret 1 gjennom hensiktsmessig utformede åpninger oppe i kammerets ene sidevegg 2. Disse åpningene er for tydelighetens skyld ikke vist, men det er i fig. 6 antydet med piler at det kan finnes seks slike åpninger i sideveggen.

Ved innføring av brenselet i sjakten eller sjaktene ved hjelp av spredestokere kan brenselets frie fall ned gjennom hver sjakt også understøttes ved hjelp av innblåst luft. I så fall anbringes den eller de aktuelle dyser hen-

siktsmessio i k,

OJ-y i bunnen tuasas-.-

Claims (7)

1. Kjele til forbrenning i fluidiserte sjikt av inert materiale som under drift opprettholdes i kjelens forbrenningskammer (1) ved innblåsing av forbrennings- og fluidiseringsluft gjennom kammerets bunn (3), og med organer (21,35) til innføring av fast brensel i forbrenningskammeret over det fluidiserte sjiktets overflate (8), karakterisert ved at en eller flere, oventil og på sidene lukkede og nedentil åpne sjakter (9,31), hvis totale tverrsnittsareal er vesentlig mindre enn forbrenningskammerets tverrsnittsareal og hvis vegger er oppbygd av f luidurnk jølte rør (12,13), er innbygd i forbrenningskammeret med deres nedre munninger i liten avstand over det fluidiserte sjiktets overflate, og at brenselinnføringsorganene munner ut i sjakten eller sjaktene.

2. Kjele ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste to motstående rørvegger av hver sjakt fortsetter ned i det fluidiserte sjiktet i form av divergerende rørgrupper (12,13) med spalter mellom de enkelte rør, og at rørene i nærheten av forbrenningskammerets bunn er tilsluttet samlekasser (17) for kjølefluidet.

3. Kjele ifølge krav 2, karakterisert ved at rørene i hver sjaktvegg (10) fortsetter i to innbyrdes divergerende rørgrupper (12,13), som hver inneholder hvert annet rør fra sjaktveggen, og som nedentil er tilsluttet samme samlekasse.

4. Kjele ifølge et eller flere av kravene fra 1-3, der forbrenningskammerets tverrsnitt er rektangulært, karakterisert ved at hver enkelt sjakt strekker seg tvers over hele forbrenningskammeret mellom dets ene par motstående vegger.

5. Kjele ifølge et eller flere av kravene fra 1-4, der forbrenningskammerets sidevegger (2,2') utgjøres av vann- ' kjølte rørpaneler, karakterisert ved at sjaktveggenes rør (12,13) er tilsluttet rørene i forbrenningskammerets vegger.

6. Kjele ifølge et eller flere av kravene fra 1-5, karakterisert ved organer (36) oventil i hver sjakt for innblåsing av luft i sjakten.

7. Kjele ifølge krav 6, karakterisert ved at luftinnblåsningsorganene er plassert i umiddelbar nærhet av brenselinnføringsorganene.