NO821868L - Forbrenningsenhet med fluidisert skikt - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår forbrenningsenheter hvor oet gjøres bruk av et fluidisert skikt, og angår spesielt slike enheter som innbefatter innretninger for supplerende temperaturregulering, f.eks. under betingelser som gjør seg gjeldende ved hurtig stansning.

En forbrenningsenhet med fluidisert skikt omfatter vanligvis et skikt av partikkelformig materiale, til hvilket det ledes luft ved hjelp av ulike arrangementer (f.eks.

ved hjelp av et sett av sprederrør som strekker seg stort sett horisontalt gjennom skiktet) for å fluidisere materi-alet i skiktet og å underholde forbrenningen av brensel som tilføres skiktet. Skiktmaterialet kan utgjøres av det materiale som skal forbrennes, eller det kan utgjøres av et inert partikkelformig materiale (f.eks. sand) til hvilket luft og brensel tilføres. Luften som ledes til skiktet for å fluidisere skiktet, underholder forbrenningen av brenslet som ledes til skiktet, og den kan også underholde forbrenningen av flyktige gasser som genereres i skiktet, og som kan fortsette å brenne i rommet over skiktet (den annen forbrenningsfase).

Forbrenningsenheter med fluidisert skikt kan an-

vendes som primære varmegeneratorer (f.eks. en varmgassgenerator eller -kjel), som et gassproduserende anlegg

(i hvilket skiktet drives endotermisk for gassproduksjon)

eller som en tørker (hvor det finner sted hvovedsakelig fullstendig forbrenning i skiktet).

Fluidiseringsluften som tilføres skiktet, kan suppleres med en inert gass (f.eks. resirkulert røkgass) for å lette reguleringen av driften av skiktet.

Når en forbrenningsenhet med fluidisert skikt anvendes som en varmgassgenerator, er den vanligvis innebygget i en reaksjonsbeholder som er fullstendig foret med ild-

faste materialer, og som ikke er utstyrt med innretninger for kjøling av forbrenningssonen for sekundærfaseforbrenning over skiktet. Når en slik varmgassgenerator avstenges fra full arbeidsbelastning, spesielt når generatoren er nær ved å stanse momentant, enten midlertidig, eller med havari, oppstår det som en følge derav vanskeligheter på grunn av innestengt varme i beholderen og virkningen av varmestråling-

fra det ildfaste foringsmateriale tilbake til skiktet.

I tillegg til vanskelighetene med innestengt varme

og tilbakestråling oppstår det også problemer som følge av at det fluidiserte skikt normalt inneholder relativt store mengder hydrocarbonbrensel (f.eks. kull), som ved full belastning kan utgjøre så mye som 15 vekt% av skiktets totalvekt. Brenslet i skiktet kan bidra til en økning av' varmemengden som inneholdes i skiktet, spesielt når det finner sted lekkasje av luft inn i skiktet. Slik lekkasje kan befordres f.eks. av en vifte i anlegget som betjenes av varmgassgeneratoren. Når slik innslipping av luft finner sted, vil luften avstedkomme en forbrenning av hydro-carbonbrenslet i skiktet som vil være relativ beskjeden men like fullt betydningsfull og avstedkomme en økning av temperaturen i skiktet.

I løpet av relativt kort tid vil denne økning av temperaturen i skiktet kunne føre til en sammensintring av skiktmaterialet, som derved vil gå over til å bli hovedsakelig stasjonært.

I henhold til et aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringes der nu en forbrenningsenhet med fluidisert skikt, hvilken enhet innbefatter innretninger for å lede fluidiseringsgass til et skikt av partikkelformig materiale for å fluidisere skiktet av dette materiale og underholde forbrenningen av brensel som føres til skiktet,samt innretninger for å blande luft, en inert gass og damp i varierende mengdeforhold for å danne fluidiseringsgassen, idet dampen anvendes som et supplement ved den temperaturregulering av skiktet som oppnåes med inertgassen.

Skiktmaterialet kan være et inert, partikkelformig materiale, såsom sand, og fluidiseringsgassen kan ledes til dette gjennom et sett av sprederrør anordnet slik at de strekker seg horisontalt gjennom skiktet.

Fortrinnsvis genereres dampen i en innretning som trekker ut varme fra avgasser som strømmer ut fra forbrenningsenheten.

Det kan med fordel anvendes en innretning som mulig-gjør anvendelse av røkgass fra forbrenningsenheten som inert-

gass.

I henhold til et andre aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringes der en fremgangsmåte ved drift av en forbrenningsenhet med fluidisert skikt, ved hvilken fremgangsmåte fluidiseringsgass ledes til et skikt av partikkelformig materiale for å fluidisere skiktet og underholde forbrenning av brensel ledet til skiktet, idet fluidiseringsgassen dannes ved å blande luft, en inert gass og damp i varierende mengdeforhold og dampen tilføres med henblikk på å oppnå en regulering av temperaturen i skiktet som supplerer den temperaturregulering som oppnåes med den inerte.gass.

En utførelse av oppfinnelse skal nu beskrives under henvisning til den vedføyede tegning, hvor fig. 1 skjematisk viser en utførelsesform av oppfinnelsen hvor en forbrenningsenhet med fluidisert skikt som utgjøres av en varmgassgenerator, anvendes for å tilføre varme til et prosessanlegg.

Figuren viser en forbrenningsenhet 10 med et fluidisert skikt, hvilken forbrenningsenhet virker som en varmgassgenerator og tilfører varm gass via en rørledning 11 til et prosessanlegg 12 i hvilket varmemengden i gassen utnyttes. Prosessanlegget 12 kan f.eks. være en roterende trommel-tørker.

Fluidiseringsgass ledes til et skikt 13 av inert partikkelformig materiale i forbrenningsenheten 10 via et sett av sprederrør 14 plassert, som vist, således at de strekker seg stort sett horisontalt gjennom skiktmaterialet. Det vil forståes at det kan benyttes mer enn ett'sett spreder-rør for å fluidisere skiktet 13.

Enheten 10 er utstyrt med egnede innretninger 15 for tilførsel av brensel (kull, olje, torv eller annet brennbart materiale) til skiktet 13.. Fludiseringsgassen som ledes til sprederrørene 14, tas fra et fordelingskammer 16 og omfatter en blanding av.luft tilført fra en trekkvifte 17

og resirkulert røkgass fra anleggets skorsten 18, til hvilken gassen trekkes ved hjelp av en vifte 19 etter passasjen gjennom prosessanlegget 12. Resirkulerte røkgasser passerer fra skorstenen 18. via en kanal 20, i hvilken det er anordnet en vifte 21 og en reguleringsventil 22, som vist. Ved hjelp av resirkulerte røkgasser oppnåes temperaturregulering eller

regulering av driften av det fluidiserte skikt 13, slik som beskrevet i den publiserte britiske patentsøknad nr. 20 30 689 A.

Luft som tilføres fra trekkviften 17 til fordelings-•kammeret 16,kan ved oppstarting av arrangementet forvarmes

i en forvarmningsbrenner 23. Oppvarmningen av luft som til-føres sprederrørene 14 og via disse til skiktet 13, fort-settes etter oppstartningen, inntil temperaturen i skiktet er slik at stabil autotermisk drift er opprettet, på hvilket tidspunkt brensel som tilføres skiktet, forbrenner og opp-rettholder temperaturen i skiktet på et tilstrekkelig høyt nivå til å underholde forbrenningen av ytterligere brensel som tilføres skiktet.

En vannkappe 24 er anordnet mellom fordelingskammeret 16 og veggen 25 av enheten 10. Til denne vannkappe ledes bløtgjort vann ved hjelp av en pumpe 26 i en rørledning 27 fra en hovedvanntilførselsbeholder 28. Dette bløtgjorte vann anvendes for å kjøle sprederrørenes 14 plater (dvs. feste-retningene~;- hvor sprederrørene som befordrer varme gasser er festet til veggen 25 av enhet 10) og returneres til vanntilførselsbeholderen 2 8 via en returrørledning 2 9 som vist. Dette arrangement for kjøling av endene av spreder-rørene på det punkt hvor disse er forbundet med veggen av enheten 10, er hovedsakelig som beskrevet i den publiserte britiske patentsøknad nr. 20 39 350 A.

Den resirkulerte røkgass er hovedsakelig inert og bidrar ikke til å underholde forbrenningen av brensel som tilføres enheten 10. Det kan derfor foretas regulering av driften av skiktet 13 ved å variere mengden av resirkulert røkgass som tilføres fordelingskammeret 16 (og dermed andelen av røkgass i fludiseringsgassen som tilføres skiktet13) i overensstemmelse med den termiske ydelse som kreves av enheten 10. Den termiske ydelse kan måles på en hvilken som helst hensiktsmessig måte, f.eks. ved hjelp av en føler (ikke vist) som måler temperaturen i skiktet eller i rommet over skiktet. En slik føler kan også anvendes for å regulere driften av brenseltilførselsinnretningen 15.

Det foreslåes nu at man i tillegg til regulering av temperaturen i skiktet 13 gjennom anvendelsen av resirkulert røkgass ytterligere regulerer skikttemperaturen ved til-setning av damp til fluidiseringsgassen som føres til skiktet.

I henhold til dette forslag føres damp til plenums-kammeret 16 fra en spillvarmekjei 33 via en rørledning 30 hvor det er montert reguleringsventiler 31 og 32. Vanninn-taket til spillvarmekjelen 33 skjer via. rørledning 34 som fører fra tilførselsbeholderen 28 for bløtgjort vann, i hvilken rørledning det er montert en pumpe 35. Kjelen 33 tilføres varme via en gassrørledning 36 som grener seg ut fra rørledning 11, som forbinder enheten 10 med anlegget 12. Uttaket for kald gass fra kjelen 33 er via en rørledning 37 forbundet med utløpet 38 for kald gass fra anlegg 12, som vist. Rørledningen 37 er forsynt med en gassregulerings-ventil 39, og rørledningen 38 er .forsynt med en gassregu-leringsventil 40 i de viste posisjoner. Rørledningen 38

er forbundet med viften 19 som sørger for trekken.

En ytterligere resirkulasjonsrørledning til prosessanlegget 12, som er uavhengig av resirkulasjonsrørledningen 20, og som innbefatter en reguleringsventil 42 og fører direkte fra skorstenen 18 over trekkviften 19, er anordnet for å muliggjøre ytterligere temperaturregulering av gassene som tilføres anlegget 12.

Under normal drift innstilles ventil 32 slik at den muliggjør strømning av et maksimalt volum av damp fra kjelen 33 til fordelingskammeret 16. Ventil 31 drives i overenstem-melse med signalene som tilføres ventilen 22 i respons til behovet for reguleringtemperaturen, for å tilføre damp til fordelingskammeret og dermed, avkjøle skiktet, og ventilen"fører damp til skiktet 13 når skikttemperaturen ligger uten-for det normale område som er regulerbart gjennom variasjon av volumet av resirkulert røkgass tilført til skiktet. Volumet av avgasser som strømmer ut fra enheten 10 gjennom rørledning 11 som leder til anlegget 12, kjelen 33 og der-etter til skorsten..18,reguleres, gjennom styring av ventilene 39 og 40. Når anlegget 12 f.eks. drives ved normal belastning, kan begge ventiler 39 og 4 0 være halvt åpne (50%) . Dersom belastningen på anlegget 12 skulle øke, kan.ventil 40 åpnes mer. Dersom belastningen på anlegget 12 skulle avta, vil

ventil 4 0 kunne stenge mer.

Leveringen fra spillvarmekjelen 33 reguleres ved styring av forbipasseringsventilen. 39, som er anordnet ved kjelens utløp, dvs. på nedstrømssiden av kjelen, slik at koordinert styring av ventilene 39 og 4 0 fordeler strømningen av varm gass på prosessanlegget 12 og kjelen 33, idet en mindre strøm tilføres kjelen 33.

Under normal drift virker som ovenfor nevnt ventilen 32 til å regulere det maksimale volum av damp som kan passere fra spillvarmekjelen 33 til fordelingskammeret 16. Denne ventil vil normalt forbli i denne stilling og sikre tilførselen av damp til fordelingskammeret 16 når skiktet avstenges. Når skiktet avstenges under normal drift, stanses viftene 17 og 21, og ventilen 22 lukkes. Ventil 31 åpnes helt, slik at damp passerer fra kjelen 33 og inn i skiktet 13 (dampen trekkes inn i skiktet som følge av virkningen av viften 19). Dampen som føres til skiktet på denne måte, virker til å kjøle skiktet og muliggjør hurtig avstengning av dette.

Dersom det blir nø.dvendig å stenge av anlegget så

å si momentant, f.eks. ved havari, kan ventiler 31 og 32 begge åpnes helt, slik at damp tilføres til fordelingskammeret 16 ved fullt leveringstrykk i kjelen 33.

Denne innstrømning av damp i skiktet medfører en høy grad av endotermisk reaksjon i skiktet, hvilket hurtig under-trykker forbrenningen av brensel i skiktet og muliggjør sikker og hurtig avstengning av anlegget.

Det vil forståes at det her beskrevne arrangement gjør det mulig å regulere hastigheten med hvilken damp føres inn i fordelingskammeret eller hvert av fordelingskamrene som tilfører gass til sett av sprederrør i skiktet, idet reguleringen skjer i respons til skikttemperaturen og trer i kraft ved et temperaturnivå som er høyere enn det øvre reguleringsnivå for resirkulert gass som føres til skiktmaterialet. Spillvarmekjelen har kapasitet for lagring av damp, slik at strømmen av damp fra kjelen.til fordelingskammeret 16 kan skje i respons til behovet for regulering av skikttemperaturen. Kapasiteten av kjelen 33 kan til- passes ved innstilling av forbiledningsventil 39, slik at kjelens arbeidstrykk holdes på et optimalt nivå.

I et alternativt arrangement, som ikke er vist på tegningen, er det anordnet en inndamper i den sekundære forbrenningssone i varmgassgeneratoren 10, til hvilken det tilføres vann fra vanntilførselsbeholderen 28. Hastigheten med hvilken vann tilføres inndamperen, er relatert til den beregnede strømningshastighet i et kjølesystem for forbrenningsenheten med fluidisert skikt.og innebærer ikke noe ytterligere vannforbruk. Dampen som produseres av inndamperen, føres via en flash-beholder til fordelingskammeret eller -kamrene 16 som tilfører fluidiseringsgass til forbrennings-systemet med fluidisert skikt. Skjønt dette spesiellejarrange-ment oppviser visse fordeler hva spillvarmekjelen angår, er det beheftet med den ulempe at det er vanskelig å regulere, idet det mangler den mulighet for regulering som ventilen 39 gir.

Det er å merke at damp fra den ovenfor beskrevne spill-varmekjel 33 (eller inndamper) ikke virker som en normal temperaturreguleringsinnretning til erstatning av resirkulert gass og dermed reduserer den forbedrede varmevirkningsgrad som oppnåes ved resirkulering av røkgass for temperaturregulering i skiktet, slik som beskrevet.i den publiserte britiske patentsøknad nr. 20 30 689A. Tvertimot står spill-varmek jei systemet til rådighet for temperaturregulering når dette ønskes, og det kan supplere tilførselen av resirkulert gass når det er behov for dette under drift.ved ekstreme betingelser.

Med hensyn til tilførselen av bløtgjort vann som anvendes for å kjøle kammeret eller vannkappen 24 og likeledes for tilførsel til spillvarmekjelen 33 (eller inndamperen)

er det å merke at denne medfører en fordel derved at vannet ved å føres gjennom kappen 24 får øket temperatur, hvorved temperaturen av: vannet som mates til kjelen 33 eller inndamperen økes..

Skjønt temperaturreguleringen eller reguleringen av driften av et fluidisert skikt, hvor ..det gjøres bruk av damp generert fra spillvarme produsert i forbrenningsenheten, er beskrevet ovenfor under henvisning til et varmgassgene-reringssystem, vil det forståes at den kan anvendes også for andre forbrenningsenhetarrangementer med fluidisert skikt og i slike arrangementer ikke bare gjør det mulig å supplere den temperaturregulering som oppnåes ved hjelp av resirkulert røkgass eller annen 'inert gass, men også gjør det mulig å foreta hurtig og sikker, så å si momentan avstengning av arrangementene.

Claims (12)

1. Forbrenningsenhet hvor det gjøres bruk av et fluidisert skikt, karakterisert ved at den omfatter innretninger for å lede fluidiseringsgass til et skikt av partikkelformig materiale for å fluidisere skiktet og underholde forbrenning av brensel som føres til dette, samt innretninger for å blande luft, en inert gass <p> g damp i varierende mengdeforhold for dannelse av den fluidiserende gass, idet dampen benyttes for å supplere den regulering av temperaturen i skiktet som foretas med den inerte gass.

2. Forbrenningsenhet ifølge krav 1, karakterisert ved at skiktet utgjøres av et inert partikkelformig materiale, og at fluidiseringsgassen tilføres via ett eller flere sett av sprederrør som strekker seg hovedsakelig horisontalt gjennom skiktet.

3. Forbrenningsenhet ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at dampen genereres i en innretning som trekker varme fra avgasser som strømmer ut fra forbrenningsenheten.

4.. Forbrenningsenhet ifølge krav 1-3, karakterisert ved at at den omfatter innretninger for å mulig-gjøre anvendelse av røkgass fra enheten som den inerte gass.

5. Forbrenningsenhet ifølge krav 1-4, karakterisert ved at dampen som ledes til skiktet, genereres i en spillvarmekjei.

6. Forbrenningsenhet ifølge krav 1-4, karakterisert ved at dampen som ledes til skiktet, genereres ved hjelp av et arrangement som omfatter, en inndamper an-bragt i en sekundær forbrenningssone i enheten over skiktet samt en flash-beholder.

7. Forbrenningsenhet ifølge krav 2 og ett av kravene 5 og 6, karakterisert ved at spillvarmekjelen eller inndamperen til-føres vann fra en kilde som anvendes for å kjøle feste-platene for sprederrørene som tilfører fluidiseringsgass til skiktet.

8. Fremgangsmåte ved drift av en forbrenningsenhet hvor det gjøres bruk av et fluidisert skikt, ved hvilken en fluidiseringsgass tilføres et skikt av partikkelformig materiale for å fluidisere skiktet og underholde forbrenningen av brensel som ledes til skiktet, karakterisert ved at fluidiseringsgassen dannes ved å blande luft, en inert gass og damp i varierende mengdeforhold, idet dampen tilveiebringes for å avstedkomme en regulering av temperaturen i skiktet som supplerer den temperaturregulering som oppnåes med den inerte gass.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at dampen genereres ved hjelp av spillvarme fra avgassene som strømmer fra forbrenningsenheten.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at reguleringen av volumet av damp som ledes til skiktet,. foretas slik at ved hurtig stansning av driften av enheten føres et stort volum damp til skiktet, slik at skiktet hurtig avkjøles.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at der anvendes en spillvarmekjei for å generere dampen, til hvilken kjel en andel av røkgassene som tas ut fra enheten, ledes, idet andelen av røkgassene som ledes til spillvarmekjelen,reguleres i henhold til den mengde damp som skal genereres og ledes til det fluidiserte skikt i forbrenningsenheten.

12. Fremgangsmåte i henhold til krav 7,8 eller 9, karakterisert ved at der som inert gass anvendes røkgass sirkulert fra forbrenningsenhetens utløp, idet volumet av avgass som føres til forbrenningsenheten,reguleres i a. v- r hengighet av den ønskede temperatur i skiktet og den termiske ydelse som kreves av enheten.