PL167797B1

PL167797B1 - Urzadzenie do oddzielania czasteczek PL PL

Info

Publication number: PL167797B1
Application number: PL91288628A
Authority: PL
Inventors: Felix Belin; David E James; David J Walker
Original assignee: Babcock & Wilcox Co
Priority date: 1990-01-08
Filing date: 1991-01-08
Publication date: 1995-11-30
Also published as: CA2030995A1; CN1053486A; EP0437028A1; JP2606757B2; JPH04214104A; DE69000336T3; EP0437028B2; CZ284534B6; ATE80809T1; SK279577B6; PL288628A1; EP0437028B1; HU906450D0; US4992085A; CA2030995C; DE69000336D1; HU209373B; CS9100020A2; CN1020414C; HUT59037A

Abstract

1. Urzadzenie do oddzielania czasteczek zwlasz- cza w komorze spalania o cyrkulacyjnym zlozu fluidal- nym za w ie ra ja c e w ie le w k le s ly c h czlonów uderzeniowych rozmieszczonych równomiernie w co najmniej dwóch przesunietych wzgledem siebie rze- dach, znamienne tym. ze czlony uderzeniowe (12) sa umieszczone w komorze spalania (10) calkowicie po- przecznie do kanalu przelotowego gazów spalinowych (20) i przed otworem wylotowym ( 18) pieca ( 16), przy czym czlony uderzeniowe (12) rozciagaja sie wzdluz otworu wylotowego ( 18), a ich zakonczenia znajduja sie ponizej dolnego poziomu otworu wylotowego pozwalajac na swobodny spadek zebranych czastek pod czlony uderzeniowe (12) wzdluz sciajnki (22) obudowy pieca ( 16) dla ponownego wprowadzenia ich do obiegu, przy czym odleglosc (C) miedzy sasiednimi rzedami czlonów uderzeniowych (12) jest równa co najmniej polowie odleglosci (A) pomiedzy dwoma sasiednimi czlonami uderzeniowymi (12) w jednym rzedzie, a znajdujacy sie najblizej sciany (22) obudowy pieca ( 16) rzad czlonów uderzeniowych ( 12) jest ustawiony w odleglosci (D) od sciany ( 2 2) mniejszej niz glebokosc (E) pojedynczego wkleslego czlonu uderzeniowego (12) oraz urzadzenie zawiera deflektor ( 2 6), przymocowany w obszarze dolne- go zakonczenia czlonów uderzeniowych (12), ponizej dolnego poziomu obwodu wylotowego ( 1 8) pieca ( 1 6) uniemozliwiajac pionowy przeplyw gazów pomiedzy czlonami uderzeniowymi (12). FIG. 5 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do oddzielania cząsteczek, typu udarowego, umieszczonego w obudowie pieca, a dokładniej w komorze spalania z cyrkulującym złożem fluidalnym.

Znane są separatory cząsteczek typu udarowego dla usuwania stałego materiału unoszonego przez gaz. Typowe przykłady takich separatorów cząsteczek są przdstawione w opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr 2 083 764 (Weisgerbera), nr 2 163 600 (How’a), nr 3 759 0l4 - (Von Dyken’a II i innych), nr 4 235 425 (Gamble’a i innych) oraz nr 4 717 404 (Fore’a).

Stosowane w komorach spalania ze złożem fluidalnym separatory cząsteczek można podzielić na umieszczone wewnątrz obudowy pieca i umieszczone na zewnątrz obudowy pieca.

Separatory cząsteczek umieszczone na zewnątrz przedstawiono w opisach patentowych St. Zjedn. Ameryki nr 4 640 201 i 4 679 511 (Holmesa i innych); nr 4 672 918 (Engstroma i innych) oraz nr 4 683 840 (Morina). Natomiast separatory cząstek umieszczone wewnątrz obudowy pieca przedstawiono w opisach patentowych St. Zjedn. Ameryki nr 4 532 871 i 4 589 352 (Van Gasselta i innych), nr 4 699 068 należącego wraz z opisem patentowym nr 4 708 092 i 4 732 113 do Engstroma oraz nr 4 730 563 - do Thernbalda.

Te ostatnie separatory typu wewnętrznego zawierają deflektory ustawione w poprzek wolnej przestrzeni komory, co jednak utrudnia utrzymanie przelotu oraz uzyskanie podparcia, albo zawierają wewnętrzną przegrodę i układ zsuwni, co bardzo przypomina separator cząsteczek typu zewnętrznego, a więc umieszczonego poza obudową pieca.

Znane jest z opisu patentowego St. Zjedn. Ameryki nr 4 891 052 urządzenie do oddzielania cząsteczek z członami uderzeniowymi, umieszczone w obudowie pieca, ale poza komorą spalania. Człony rozmieszczone są jednakowo w rzędach, przy czym kolektor cząstek jest umieszczony w kanale przelotowym gazów spalinowych, zaś cząstki spadają do zasobnika zbiorczego.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie urządzenia do oddzielania cząsteczek, które jest umieszczone w obudowie pieca, ale które nie stanowi przeszkody w wolnej przestrzeni pieca.

Urządzenie do oddzielania cząsteczek zwłaszcza w komorze spalania o cyrkulacyjnym złożu fluidalnym zawierające wiele wklęsłych członów uderzeniowych rozmieszczonych równomiernie w co najmniej dwóch przesuniętych względem siebie rzędach według wynalazku, charakteryzuje się tym, że człony uderzeniowe są umieszczone w komorze spalania całkowicie poprzecznie do kanału przelotowego gazów spalinowych i przed otworem wylotowym pieca, przy czym człony uderzeniowe rozciągają się wzdłuż otworu wylotowego, a ich zakończenia znajdują się poniżej dolnego poziomu otworu wylotowego pozwalając na swobodny spadek zebranych cząstek pod człony uderzeniowe wzdłuż ścianki obudowy pieca dla ponownego wprowadzenia ich do obiegu, przy czym odległość między sąsiednimi rzędami członów uderzeniowych jest równa co najmniej połowie odległości pomiędzy dwoma sąsiednimi członami uderzeniowymi w jednym rzędzie, a znajdujący się najbliżej ściany obudowy pieca rząd członów uderzeniowych jest ustawiony w odległości od ściany mniejszej niż głębokość pojedynczego wklęsłego członu uderzeniowego oraz urządzenie zawiera deflektor, przymocowany w obszarze dolnego zakończenia członów uderzeniowych, poniżej dolnego poziomu obwodu wylotowego pieca uniemożliwiając pionowy przepływ gazów pomiędzy członami uderzeniowymi.

Korzystnie człony uderzeniowe jednego rzędu zachodzą na człony uderzeniowe sąsiedniego rzędu na odległość wynoszącą od 5% do 15% odległości pomiędzy sąsiednimi członami uderzeniowymi w jednym rzędzie.

Korzystnie odległość pomiędzy przesuniętymi względem siebie rzędami członów uderzeniowych stanowi od 50% do 70% odległości pomiędzy sąsiednimi członami uderzeniowymi w jednym rzędzie.

Korzystnie odległość pomiędzy ścianą obudowy pieca a znajdującym się najbliżej tej ściany rzędem członów uderzeniowych stanowi co najwyżej 15% głębokości wklęsłych członów uderzeniowych.

167 797

Korzystnie na przeciwległych ścianach bocznych obudowy pieca, w pobliżu zakończeń każdego rzędu członów uderzeniowych jest zamocowany wydłużony deflektor typu L, zapobiegający bocznemu opływowi gazów spalinowych wzdłuż ścian obudowy pieca.

Korzystnie człony uderzeniowe sięgają poza dolny poziom otworu wylotowego na odległość w przybliżeniu 305 mm.

Korzystnie deflektor jest umieszczony poziomo.

Korzystnie deflektor jest nachylony pod kątem względem członów uderzeniowych.

Korzystnie deflektor znajduje się w odległości nie większej niż 6,4 mm od obudowy pieca.

Korzystnie deflektor jest umieszczony powyżej dolnego zakończenia członów uderzeniowych w odległości od 102 do 305 mm.

Korzystnie koniec wylotowy każdego członu uderzeniowego poniżej deflektora ma kształt lejka.

Korzystnie szerokość otworu wylotowego pieca wynosi co najmniej 70% szerokości jednej ściany obudowy pieca.

Urządzenie do oddzielania cząsteczek umieszczone w obudowie pieca, opracowane według wynalazku, nie wymaga przebudowy pieca ani też umieszczenia zsuwni dla zebranych cząsteczek. Dzięki zwiększeniu średniej gęstości w piecu i czasu przebywania w piecu cząstek stałych, podnosi się prędkość przepływu ciepła w piecu i ulepsza wydajność konwersji węgla.

Ponadto następuje lepsze wykorzystanie sorbentu w celu wydajniejszego wychwytywania siarki bez zwiększania prędkości zewnętrznej cyrkulacji cząstek stałych.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. la przedstawia urządzenie do oddzielania cząsteczek umieszczone w komorze spalania z cyrkulującym złożem fluidalnym, pokazane schematycznie w widoku z boku ; fig. 1b - układ z fig. 1a, w widoku z góry, schematycznie, fig. 2a - układ podobny do układu z fig. 1a, fig. 1b, ale z urządzeniem do oddzielania cząsteczek typu zewnetrznego współprądowego; fig. 2b - układ z fig. 2a w widoku z góry pokazany schematycznie; fig. 3 - jest schematycznym widokiem bocznym układu z fig. 1a na 1b, ale bardziej uwypuklającym współprądową powierzchnię ogrzewania konwekcyjnego; fig. 4 - jest schematycznym widokiem z góry przedstawiającym część członów uderzeniowych i ich ustawienie w obudowie pieca; fig. 5 - jest schematycznym widokiem bocznym przedstawiającym urządzenie, według wynalazku, z deflektorem ustawionym poziomo; fig. 6 - jest schematycznym widokiem bocznym przedstawiającym urządzenie, według wynalazku z deflektorem nachylonym pod katem; fig. 7 jest schematycznym widokiem bocznym lejkowych członów uderzeniowych.

Na fig. 1,2 i 3 pokazano część komory spalania 10 z cyrkulującym złożem fluidalnym.

Komora spalania 10 jest wyposażona w co najmniej jeden, ale korzystnie w dwa lub więcej rzędów członów uderzeniowych 12 osadzonych w sklepieniu komory spalania 10. Te człony uderzeniowe 12 mogą być wykorzystane jako separator pierwszego stopnia, za którym znajduje się kanał przelotowy 20 gazów spalinowych łączący je z innymi separatorami lub powierzchniami grzewczymi jak na fig. 1, lub z innymi członami uderzeniowymi 30 ustawionymi współprądowo jak na fig. 2, albo w połączeniu z konwekcyjną powierzchnią grzejną 32 umieszczoną we współprądowym kanale, jak pokazano na fig. 3.

W żadnym wypadku człony uderzeniowe 12 nie mają kształtu płaskiego. Mogą mieć one kształt litery U, E, W,' albo też mogą mieć inne kształty, jeśli tylko zawierają one powierzchnie wklęsłe. Dwa rzędy członów 12 są przesunięte względem siebie tak, że niesione w spalinach 14 cząsteczki stale przechodząc między nimi uderzają w tę wklęsłą powierzchnię. Następnie te zebrane cząsteczki swobodnie spadają w dół pomiędzy krzyżujące się z nimi, strumienie spalin 14.

Człony uderzeniowe 12 są osadzone w obudowie, pieca 16 i ustawione są całkowicie poprzecznie oraz dokładnie przeciwprądowo względem otworu wylotowego 18 pieca 16. Otwór wylotowy 18 pieca 16 zajmuje nie mniej niż 70% szerokości ściany komory spalania 10. W idealnym przypadku otwór wylotowy 18 rozciąga się na całą szerokość tejże, przy czym człony uderzeniowe 12 również. Poza przykryciem otworu wylotowego 18 każdy człon uderzeniowy 12 sięga także poza dolny poziom otworu wylotowego 18 w przybliżeniu na odległość . Tym sposobem, gdy spaliny 14 uchodzą z obudowy pieca 16, to muszą najpierw przejść poprzez

167 797 człony uderzeniowe 12, jak to pokazano, dokładnie w kierunku przeciwprądowym względem otworu wylotowego 18. Korzystnie, kanał spalinowy 20 ustawiony współprądowo względem otworu wylotowego 18 jest wykonany tak, że nie występuje żadna istota zmiana kierunku przepływu spalin 14, ani redukcja wielkości kanału spalinowego 20 bezpośrednio współprądowo względem otworu wylotowego 18. W korzystnym przykładowym rozwiązaniu nie ma takiej zmiany wielkości przewodu 20 lub zmiany kierunku w odległości od otworu wylotowego 18 wynoszącej: 25% długości członów uderzeniowych 12, jeśli mierzona w pionie albo 25% szerokości otworu wylotowego 18, jeśli mierzona poziomo.

Na fig. 4 pokazane jest ustawienie każdego członu uderzeniowego 12 w obudowie pieca 16. Pokazano odstęp A między znajdującymi się obok siebie członami 12; odstęp B, który oznacza zachodzenie jednego członu 12 w jednym rzędzie na człon 12 A w sąsiednim rzędzie, przy czym odstęp B wynosi od 5% do 15% odstępu A, oraz odstęp C, który oznacza odległość pomiędzy przyległymi rzędami, przy czym ta wielkość stanowi zasadniczo od 50% do 75% odstępu A. Odstęp D jest luką pomiędzy tylnym rzędem a tylną ścianą 22 pieca 16. Odstęp D stanowi zwykle co najwyżej 15% wklęsłości E członu uderzeniowego 12, tak że redukuje to boczny odpływ.

Mając kształt L deflektory 24 są przymocowane do obudowy pieca 16 i przylegają do końca każdego szeregu członów uderzeniowych 12. Każdy deflektor 24 sięga poza odpowiedni człon 12, co także zapobiega bocznemu opływaniu członów uderzeniowych 12 przez spaliny 14 wzdłuż obudowy pieca 16.

W alternatywnym przykładowym rozwiązaniu, a także jak przedstawiono na fig. 5, 6 i 7 dodano deflektor 26 blisko spodu członu uderzeniowego 12. Deflektor 26 jest osadzony poniżej dolnego poziomu otworu wylotowego 18 i może być ustawiony poziomo (fig. 5) lub może być nachylony pod katem ku dołowi od otworu 18 (fig. 6). W obu przypadkach deflektor 26 powoduje, że spaliny 14 przepływają przez człony uderzeniowe 12 jak pokazano zapobiegając w ten sposób ich przepływowi prosto ku górze wzdłuż członu uderzeniowego 12 i wpływają potem do kanału spalinowego 20.

Oczywiście zebrane cząsteczki mają możliwość płynięcia ku dołowi wzdłuż członów uderzeniowych 12 i poprzez małe otworki w deflektorze 26. W ten sposób biorąc pod uwagę nową drogę przepływu strumienia spalin 14 zawrócone do obiegu cząsteczki, które płyną ku dołowi wzdłuż ściany 22 pieca 16, będą napotykać mniejsze cząstki ponownie porywane przez skierowany ku górze strumień spalin 14.

Aby nie pozwolić na ucieczkę gazu deflektor 26 jest ukształtowany tak, że pokrywa obszar przepływu pomiędzy poszczególnymi członami uderzeniowymi 12, ale nie obszar wklęsły w każdym poszczególnym członie uderzeniowym 12. Wygięty pod katem lub nachylony deflektor 26 zapobiega gromadzeniu się na nim cząsteczek stałych.

Korzystnie zakończenie członu uderzeniowego 12 znajduje się poniżej deflektora 26, przy czym deflektor 26 często posiada kołnierz na swym obrzeżu dla uzyskania większej sztywności. Zakończenie członu uderzeniowego 12 znajduje się poniżej deflektora 26 korzystnie w odległości wynoszącej od 10,16 · 10’m do 30,48 · 10*. Również przy deflektorze 26 odstęp pomiędzy deflektorem 26 a przyległymi ścianami jest korzystnie nie większy od 0,6 · ΙΟ-Λώ.

Figura 7 przedstawia człon uderzeniowy 12 posiadający lejkowe zakończenie 28, który zapewnia, że spaliny 14 mogą przepływać ku górze nawet przez mniejszy otwór. Inną funkcją takiego lejkowego kształtu zakończenia 28 jest odrzucanie oddzielonych cząstek stałych od ściany 22 (pieca 16 dla uniknięcia erozji ściany miejscowej blisko wylotu 18). Otwór F lejkowego zakończenia 28 stanowi korzystnie połowę wklęsłości E, ale w żadnym wypadku nie mniej niż 6,35 · 10'²m.

W korzystnym przykładowym rozwiązaniu długość, szerokość, liczba, ukształtowanie i odstęp członów 12 są tak dobrane, że prędkość przepływu spalin 14 poprzez człony uderzeniowe 12 korzystnie wynosi 6 do 8 metrów na sekundę, ale nie jest większa niż 10 metrów na sekundę (dla rozwiązania bez deflektora 26) i nie większa niż 13 metrów na sekundę (dla rozwiązania z deflektorem 26). Te wielkości zostały ustalone w wyniku badania różnych separatorów z wewnętrznym uderzeniem z członami uderzeniowymi typu V stosując szeroki zakres prędkości gazu. Zasadniczo niższa prędkość spalin 14 w separatorze odpowiada wyższej skuteczności

167 797 zbierania, ale wymaga dłuższych członów uderzeniowych 12. Stwierdzono, że prędkość 6 do 8 metrów na sekundę minimalizuje unoszenie cząsteczek przez spaliny 14 co pozwala na stosowanie możliwych do zaakceptowania długości członów uderzeniowych 12 dla komór spalania o rozmiarach komercyjnych.

W czasie pracy człony 12 wysypują swe zebrane cząsteczki stałe wzdłuż spodu każdego członu 12. Następne odprowadzone cząsteczki stałe swobodnie spadają wzdłuż przyległej ściany 22 pieca 16 bezpośrednio z powrotem do dolnej części złoża fluidalnego zwiększając przez to średni ciężar właściwy złoża i czas przebywania w nim cząsteczek. Nie ma potrzeby stosowania dodatkowych kanałów, deflektorów lub innych przeszkód w wolnej przestrzeni pieca dla zawrócenia tych cząstek z powrotem do złoża.

W czasie badania rozwiązania bez deflektorów zostało stwierdzone, że jeden szereg członów uderzeniowych 12 podwaja średni ciężar właściwy złoża, podczas gdy dwa rzędy prawie czterokrotnie powiększają ten ciężar właściwy. Z tego względu zaleca się, aby były co najmniej dwa rzędy członów uderzeniowych 12. Badania również pokazały, że wprowadzenie deflektora 26 zwiększa ciężar właściwy złoża około trzykrotnie w stosunku do rozwiązania takiego samego bez deflektora 26. Taki zwiększony ciężar właściwy powoduje zwiększenie średniej prędkości przenoszenia ciepła, co odpowiada redukcji wymagań odnośnie powierzchni przenoszenia ciepła i związanego z tym kosztu. Dodatkowo wyższe ciężary właściwe złoża zwiększają czas przebywania cząsteczek z złożu, oraz wykorzystanie sorbentu dla wychwytywania siarki. To także pozwala na wyższą jednorodność temperatury w komorze spalania 10, co umożliwia zachowanie w całej komorze spalania 10 optymalnych temperatur dla reakcji wychwytywania siarki.

Inną zaletą tych rzędów członów uderzeniowych 12 zainstalowanych wewnątrz komory spalania 10 przeciwprądowo względem wtórnego separatora jest to, że przy danym średnim ciężarze właściwym pieca zmniejszają one unoszenie grubszych cząsteczek złoża do kanału spalinowego 20. Zmniejsza to możliwość erozji rury w kanale 20 i pozwala na zwiększenie koncentracji cząsteczek drobnych węgla i sorbentu celem zbierania ich przez zewnętrzne lub wtórne kolektory cząsteczek i zawracanie następnie z powrotem do komory spalania.

167 797

FIG.5 FIG.6

FIG.7

167 797

FIG.2A

FIG.2B

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do oddzielania cząsteczek zwłaszcza w komorze spalania o cyrkulacyjnym złożu fluidalnym zawierające wiele wklęsłych członów uderzeniowych rozmieszczonych równomiernie w co najmniej dwóch przesuniętych względem siebie rzędach, znamienne tym, że człony uderzeniowe (12) są umieszczone w komorze spalania (10) całkowicie poprzecznie do kanału przelotowego gazów spalinowych (20) i przed otworem wylotowym (18) pieca (16), przy czym człony uderzeniowe (12) rozciągają się wzdłuż otworu wylotowego (18), a ich zakończenia znajdują się poniżej dolnego poziomu otworu wylotowego pozwalając na swobodny spadek zebranych cząstek pod człony uderzeniowe (12) wzdłuż ścianki (22) obudowy pieca (16) dla ponownego wprowadzenia ich do obiegu, przy czym odległość (C) miedzy sąsiednimi rzędami członów uderzeniowych (12) jest równa co najmniej połowie odległości (A) pomiędzy dwoma sąsiednimi członami uderzeniowymi (12) w jednym rzędzie, a znajdujący się najbliżej ściany (22) obudowy pieca (16) rząd członów uderzeniowych (12) jest ustawiony w odległości (D) od ściany (22) mniejszej niż głębokość (E) pojedynczego wklęsłego członu uderzeniowego (12) oraz urządzenie zawiera deflektor (26), przymocowany w obszarze dolnego zakończenia członów uderzeniowych (12), poniżej dolnego poziomu obwodu wylotowego (18) pieca (16) uniemożliwiając pionowy przepływ gazów pomiędzy członami uderzeniowymi (12).
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że człony uderzeniowe (12) jednego rzędu zachodzą na człony uderzeniowe (12) sąsiedniego rzędu na odległość (B) wynoszącą od 5% do 15% odległości (A) pomiędzy sąsiednimi członami uderzeniowymi (12) w jednym rzędzie.
3. Urządzenie według zastrz. 1 lub 2, znamienne tym, że odległość (C) pomiędzy przesuniętymi względem siebie rzędami członów uderzeniowych (12) stanowi od 50% do 70% odległości (A) pomiędzy sąsiednimi członami uderzeniowymi (12) w jednym rzędzie.
4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że odległość (D) pomiędzy ścianą (22) obudowy pieca (16) a znajdującym się najbliżej tej ściany rzędem członów uderzeniowych (12) stanowi co najwyżej 15% głębokości (E) wklęsłych członów uderzeniowych (12).
5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że na przeciwległych ścianach bocznych obudowy pieca (16), w pobliżu zakłóceń każdego rzędu członów uderzeniowych (12) jest zamocowany wydłużony deflektor (24) typu L, zapobiegający bocznemu opływowi gazów spalinowych wzdłuż ścian obudowy pieca (16).
6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że człony uderzeniowe (12) sięgają poza dolny poziom otworu wylotowego (18) na odległość w przybliżeniu 305 mm.
7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że deflektor (26) jest umieszczony poziomo.
8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że deflektor (26) jest nachylony pod kątem względem członów uderzeniowych (12).
9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że deflektor (26) znajduje się w odległości nie większej niż 6,4 mm od obudowy pieca (16).
10 Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że deflektor (26) jest umieszczony powyżej dolnego zakończenia członów uderzeniowych (12) w odległości od 102 do 305 mm.
11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że koniec wylotowy (28) każdego członu uderzeniowego (12) poniżej deflektora (26) ma kształt lejka.
12. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że szerokość otworu wylotowego (18) pieca (16) wynosi co najmniej 70% szerokości jednej ściany (22) obudowy pieca (16).

167 797