NO871667L - Kjele for fluid-bed forbrenning. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en kjele for fluid-bed forbrenning og av den art som har dels et loddrettstående forbrenningskammer, hvori et virvellag av inert materiale under kjelens drift, holdes så kraftig fluidisert at en vesentlig del derav medrives av de bortstrømmende røkgasser og etter utskillelse fra gassene resirkuleres til forbrennlngskammer et , dels en varmeveksler, hvori kjelens arbeidsmedium opptar varme fra resirkulerende virvellagsmateriale .

A

Fra US-patent 4.111.158 kjennes en kjele av denne art, som har to kretsløp for resirkulasjon av virvellagsmateriale, inklusive askepartikler og eventuelt uforbrent brensel. Det ene kretsløp inneholder en syklonseparator, hvori største-delen av de partikler som følger med de fra forbrenningskammeret bortstrømmende røkgasser, utskilles fra gassene, og hvorfra partiklene ledes tilbake til forbrenningskammeret. Den omtalte varmeveksler hvori den ved forbrenningen utvik-lede energi nyttiggjøres, inngår i et annet kretsløp hvori partiklene tas ut fra bunnen av virvellaget i forbrenningskammeret og etter avkjøling i den utenfor dette kammer beliggende varmeveksler, føres tilbake til et høyere beliggende område av forbrenningskammeret.

En kjele ifølge den foreliggende oppfinnelse atskiller seg fra den således kjente, ved at forbrenningskammeret omfatter et øvre fyrrom og et nedre reaktorrom, hvori forbrenningen foregår, at reaktorkammeret er plassert sentralt under fyrrommet og har vesentlig mindre tverrsnittsareal enn dette, og at varmeveksleren er innbygget i en eller flere loddrette sjakter som er plassert utenfor og støter opp til reaktorkammeret, og som oventil er åpne mot fyrrommet.

Med oppfinnelsen oppnås flere betydningsfulle fordeler, som vil fremgår av den etterfølgende generelle beskrivelse av kjelens funksjon.

I det nedenfor forbrenningskammeret beliggende reaktorkammer forbrenner hovedparten av det tilførte brensel ved reaksjon med den i bunnen av kammeret tilførte fluidiserings- og forbrenningsluft, hvis mengdestrøm er så høy at partiklene i virvel laget, inklusive askepartikler og eventuelt uforbrent brensel , i betydelig omfang følger med røkgassene opp i det et ter 1 iggende fyrrom. Den for oppfinnelsen karakteristiske oppdeling av forbrenningskammeret i det nettopp omtalte nedre reaktorkammer og det overliggende fyrrom som har et vesentlig større tverrsnittsareal, medfører en tilsvarende plutselig reduksjon av gassenes strømningshastighet når de passerer fra reaktorkammeret inn i fyrrommet. Som følge herav opphører røkgassenes transportvirkning på partiklene hurtig, og partiklene beveger seg utad mot fyrromsveggene hvor gass-hastigheten er helt eller tilnærmelsesvis null. Til slutt faller partiklene ned i den eller de åpne sjakter fra hvis bunn de etter å ha avgitt varme til arbeidsmediet, føres tilbake til bunnen av reaktorkammeret.

Idet innholdet av varme partikler i røkgassene på denne måte er blitt sterkt redusert, er det uten betenkelighet mulig å bygge inn konveksjonsvarmeflater i røkgasspassasjen umiddelbart etter fyrrommet og derved bringe røkgasstemperaturen ned til en verdi hvor en etterfølgende syklonseparator kan utføres av stål uten overtrekk av høytemperatur- og slitebe-standige materialer, som er nødvendige i syklonseparatoren ifølge det før omtalte USA-patentskrift. Dette medfører dels en høyere utskillingsgrad da separatoren kan utføres med et sentralt gassavløpsrør, hvis lengde kan justeres til en forutbestemt utskillingsgrad, dels lavere vekt og lavere fremstillingspris. Plasseringen av sjakten eller sjaktene opp langs det sentrale reaktorkammer med felles mellomvegger gir en god varmeøkonomi, lave termiske spenninger i mellomveggene og en enkel konstruksjon. Den relativt lave røkgasstempera-tur ved avløpet fra forbrenningskammeret betyr også at man bortsett fra reaktorkammeret, stort sett kan unnvære utmuring med ildfast materiale. Den herav følgende reduksjon av kjelens varmeakkumulerende evne muliggjør hurtigere oppstart-ing og kortere nedkjølingstid ved driftsstopp. Samtidig nedsettes kjelens egenvekt og dermed også vekten av dens bærende konstruksjoner samt kravene til kjelefundamenter.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i det følgende med henvisning til den skjematiske tegning, hvor

fig. 1 er et loddrett bilde, delvis i snitt, etter linjen I-l i fig. 2, av en utførelsesform for en kjele ifølge oppfinnelsen ,

fig. 2 et snitt etter linjen II-II i fig. 1, og

fig. 3 et forenklet diagram av kjelen tilsvarende bildet i fig. 1.

Den i tegningen anskueliggjorte kjele er tenkt utformet som en beholderkjele med naturlig sirkulasjon, og dens generelt med 1 betegnede forbrenningskammer er avgrenset av loddrette, gasstette rørvegger, hvis stigerør på tradisjonell måte ovenfor via passende samlekasser, munner ut i en øvre beholder 2, mens de nedentil er forbundet med ikke nærmere viste fordelerkasser. Forbrenningskammeret 1 er oppdelt i et øvre avsnitt 3, som i det følgende betegnes som kjelens fyrrom, og et sentralt - eller koaksialt - under fyrrommet plassert nedre avsnitt 4 som utgjør kjelens reaktorkammer, hvori den altoverveiende del av forbrenningen foregår. Reaktorkammeret som oventil er åpent mot fyrrommet, har vesentlig mindre tverrsnittsareal enn dette, i den viste utførelsesform ca. 25% av fyrrommets tverrsnittsareal.

To loddrette sjakter 5, hvis samlede tverrsnittsareal i den viste utførelsesform er stort sett likt med kammerets 4 areal, er plassert langs de to av kammerets 4 motstående sidevegger. På de tre andre sider er hver sjakt 5, som vist i fig. 1 og 2, avgrenset av en isolert yttervegg. Reaktor kammerets 4 yttervegger, hvorav de to altså danner skillevegg til sjaktene 5, er utført som gasstette rørvegger, hvis rør nedentil mates fra ikke nærmere viste fordelerkasser, mens de oventil er ført ut mot og fortsetter i fyrrommets 3 loddrette rørvegger.

Som det er forsøkt vist i fig. 1 og 2, er rørføringen ved overgangen fra reaktorkammeret 4 til fyrrommet 3 slik at hvert annet rør 6 er forskutt loddrett for hvert annet rør 7, og idet samtidig de platedeler som i rørveggene forbinder de suksessive rør, er utelatt her, dannes det mellom reaktorkammer 4 og fyrrommets 3 vegger gjennomstrømningspassasjer for det partikkelmateriale som blåses ut oventil av reaktorkammeret 4 og deretter som følge av den reduserte gasshastig-het i fyrrommet 3, faller ned i sjaktene 5. I bunnen av hver sjakt er det et ikke nærmere vist styrbart skyvespjeld, hvormed tilbakeføringen av partikkelmaterialet fra hver sjakt til reaktorkammerets 4 bunnområde kan styres.

Som det best sees i fig. 3, er det under reaktorkammeret 4 et vindkammer 8 med et tilløp 9 for fluldiserings- og forbrenningsluft. Gjennom kammeret 8 og en I prinsippet tradisjonell rist- eller dysebunn 10, blåses luften inn i reaktorkammeret 4 i en mengdestrøm som er tilstrekkelig til å sikre at det i kammeret forekommende partikkelmaterialet ikke bare virvles kraftig opp med derav følgende effektivisering av forbrenningen, men også for en vesentlig del rives med av de ved forbrenningen dannede røkgasser når disse forlater reaktorkammerets øvre munning (såkalt pneumatisk transport). I fig. 3 er det også rent skjematisk vist tilløpsledninger 11 og 12 for henholdsvis findelt brensel og inert virvelmateri-ale for utligning av materlaltapet under kjelens drift.

Fyrrommet 3 som i den viste utførelsesform har stort sett samme høyde som reaktorkammeret 4, avsluttes oventil med en skrå rørvegg 13 som tilveiebringer et i forhold til resten av fyrrommets tverrsnitt, vesentlig innsnevret areal av kjelens avløpsåpning 14 for røkgasser. Etter avløpsåpningen 14 følger en kort, oppadgående konveksjonsstrekning 15 og en vesentlig lengre nedadgående konveksjonsstrekning 16 plassert i umiddelbart anlegg mot en av fyrrommets 3 sidevegger. I de to gasstrekninger 15 og 16 er det vist konveksjonsvarmeflater som generelt er betegnet med 17, og som på i og for seg kjent måte kan utgjøre f.eks. forovervarmere, luftforvarmere eller økonomiserere.Fra den nedre ende av gasstrekningen 16 fører en kanal 18 oppad inn i en syklonseparator 19, hvori en vesentlig del av de ennå tilbakeværende partikler utskilles fra røkgassen og gjennom en avløpsledning 20 i bunnen av separatoren oppsamles i en beholder 21, hvorfra de helt eller delvis kan føres tilbake til en av sjaktene 5 gjennom en returledning 22 og/eller fjernes fra systemet. De rensede røkgasser løper ut fra separatoren gjennom en ledning 23 som som vist i fig. 1, kan lede røkgassene til ytterligere konveksjonsvarmeflater 24 og derfra til en strømutskiller 25, f.eks. et pose- eller elektrofilter. Fra støvutskilleren 25 fører en ikke vist sugetrekkventilator røkgassene til en skorstein.

Foruten de allerede nevnte konveksjonsvarmeflater og de vanngj ennomstrømmede rørvegger i reaktorkammeret 4 og fyrrommet 3, inneholder kjelen varmeflater 26 innebygget i de to sjakter 5. Disse varmef later, som i det minste for en dels vedkommende kan være utformet som rørspiraler og som best vist i fig. 2, er utsatt for de høyeste temperaturer i kjelen, og det er derfor naturlig at disse varmeflater eller i hvert fall en del av dem utgjør kjelens slutt-overheter, for så vidt kjelen er innrettet til å levere overhetet damp til f.eks. en turbogenerator.

Ovenfor ble det kort nevnt at tilbakeføringen av partikkelmateriale fra sjaktene 5 til reaktorkammeret 4 kan styres ved hjelp av regulerbare spjeld. Disse spjeld kan benyttes til å styre arbeidsmediets varmeopptagelse i varmeplatene 26 samt til å regulere temperaturen av virvellaget i reaktorkammeret 4 i avhengighet av den tilførte brenselmengde. Forøvrig kan man på mer eller mindre kjent måte regulere damptemperaturen til en tilsluttet turbin ved vanninnsprøyting, og damptrykket kan benyttes til styrende størrelse for belastningsregulering av brensels- og luftmengdene. Ved lav belastning kan den til forbrenningen nødvendige luftmengde i seg selv være for liten til tilstrekkelig fluidisering av materialet i reaktorkammeret 4, og under slike forhold resikuleres en del av røkgassen til reaktorkammeret gjennom dette kammers bunn 10.

Claims (7)

1. Kjele for fluid-bed forbrenning og av den art som har dels et loddrettstående forbrenningskammer (1), hvori et virvellag av inert materiale under kjelens drift holdes så kraftig fluidisert, at en vesentlig del derav medrives av de bort-strømmende røkgasser og etter utskillelse fra gassene resirkuleres til forbrenningskammeret, dels en varmeveksler (26), hvori kjelens arbeidsmedium opptar varme fra resikuler-ende virvellagsmateriale, karakterisert ved at forbrenningskammeret (1) omfatter et øvre fyrrom (3) og et nedre reaktorkammer (4), hvori forbrenningen foregår, at reaktorkammeret (4) er plassert sentralt under fyrrommet (3) og har vesentlig mindre tverrsnittsareal enn dette, og at varmeveksleren (26) er innbygget i en eller flere loddrette sjakter (5) som er plassert utenfor og støter opp til reaktorkammeret (4), og som oventil er åpne mot fyrrommet (3).

2. Kjele ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom fyrrommets (3) og reaktorkammerets (4) tverrsnittsarealer er minst 3:1.

3. Kjele ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at fyrrommet (3) har i det vesentlige konstant tverrsnittsareal opp til en oventil i kammeret plassert avløpsåpning (14) for røkgasser.

4. Kjele ifølge krav 3 og med en etter fyrrommet følgende, nedadgående konveksjonsstrekning (16), hvori det er montert varmeflater (17), karakterisert ved at konveksjonsstrekningen (16)nedentil slutter ca. i høyde med munningene av reaksjonskammeret (4) og sjaktene (5).

5. Kjede ifølge hvilke som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at høyden av reaktorkammeret (4) og sjaktene (5) er ca. halvdelen av forbrenningskammerets (1) totale høyde.

6. Kjede ifølge hvilke som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at den i sjakten eller sjaktene (5) innbyggede varmeveksler omfatter en slutt-overheter (26).

7. Kjede ifølge hvilke som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at reaktorkammeret (4) er fri for innbyggede varmevekslerflater.