SE431580B - Uppvermningsanordning med fluidiserad bedd - Google Patents

Description

UI 40 7714139-a 2 ke eller en fas genom slingor anordnade i hädden, mfste ran ta vissa problem i betraktande i samband med konstruktionen. ïtt unnenbart prio- ler är de mycket svåra erosionsvillkor i bädden som uppkommer som resultat av den snabba och kontinuerliga rörelsen av de fasta partiklar- na, vilka kan innefatta till exempel sand,kol, aluriniunlexeringar eller andra hårda och eroderande substanser. Returvarven av slingorna i häd- den är speciellt känsliga för erosionskrafterna heroende på den turbu- lens som företrädesvis uppträder omkring dessa. Den höjda temperaturen i reaktionskammaren måste också tagas i betraktande när det gäller att åstadkomma tillräckligt stöd för slinçorna, särskilt eftersom ökad kape- citet ständigt krävs av nya konstruktioner vilket leder till större och större diametrar hos reaktionskamrarna över vilka horisontella slingor måste sträcka sig. Eftersom dessutom horisontella varv måste anordnas som kordor i en cirkulär tvärsektion hos reaktionskammaren, kan längder- na av dessa slingor inte standardiseras och en nödvändir eftersyn erford- rar antingen ett stort förråd av slingor av olika längder eller anord- ningar för att speciellt fabricera sådana. Vertikala slingor används stundom men om det gäller ett kraftigt värmeutbyte mellan ytorna kan här- vid stockning uppträda i blästerlådan och/eller fribordet hos reaktorn på grund av den nödvändiga tyngre konstruktionen.

Föreliggande uppfinning avsez'en nyldmstnfldimiav cnlluídwmfidd med uppvärmingsanordning, där horisontellt orienterade värmeutbytesslinr~ or av likformig storlek kan användas och där värmeutbytesslingorna är Å väl understödda av konstruktíonens väggar. 1 . I 'Ett väsentligt syfte med uppfinningen är åstadkommandet av en upphettningsanordning innefattande en fluidiserad bädd där en hög täthet kan åstadkommas vid den värmeutbytande ytan. I enlighet med 1 1 i a 1 uppfinningen åstadkommas detta genom att innerväggen definierar ett kärnområde öppet gentemot omgivningen, varvid de horisontella delarna av rören i varje värmeväxlarslinga sträcker sig inåt genom området för den fluidíserande bädden i värmekammaren längs en radie för kär- let med slingans plan vertikalt orienterad, organ avlägsningsbart uppbärande slingcrna vid den yttre väggen och organ i den inre väggen i värmekammaren i uppbärande kontakt med returkrökarna för slingorna i närheten av den inre väggen och avskärmande returkrökarna från de aerosiva förhållanden som föreligger i värmekammaren.

Andra drag hos uppfinningen skall framgå av nedanstående be- skrivning, under hänvisning till öifogade ritningar. 40 3 7714139-8 .äfilunda visar fig. 1 en genomskuren vy av en toroidforred f1uflfi¿era¿ häddsvärmare enligt föreliggande uppfinninq. Wig. 2 visar en fenorsï r- nia; av uppvärnmingsanordninpen enligt fig. 1, tagen längs snittet 2-> i fia. l. Pig. 3 visar en perspektivvy av en värmeuthytande rörslinra enligt föreliggande uppfinning och fig. H visar en delvy, delvis genom- skuren, som visar stödanordningarna för värmeutbytesslinporna enlipt fö- relifiïande uppfinning.

Uttrycket "toroidformad" användes nedan för att beskriva en kons- truktion som i stort sett utgör en ihålig cylinder eller liknande med en yttre cirkulär vägg och en därmed koncentrisk innervdgn. Tvärsektio- nen qenom anordningen längs en radie kan vara polygonal eller utgöra en sluten plan kurva.

En fluidmnbäddsanordning, en fluidumbäddsugn, enligt föreliggande upo- finning innefattar sålunda ett toroidformat reaktorkärl, med en yttre vägg och en därmed koncentrisk vattenkyld inre vägg med mindre diameter.

Den ringformade volym som omslutes av de inre och yttre väggarna är an- ordnad i reaktionskammaren, där fluidumbädden är anordnad. verti- kalt anordnade plana rörenheter utformade av horisontella rörslingor är anbringade längs radierna hos reaktorstrukturen och uppbäras av de inre och yttre väggarna.

Närmare bestämt är rörenheterna sammanhållna av en låsning, som kan vara fästad vid den yttre väggen av reaktorkonstruktionen. Den ho- risontella delen av rören passerar genom läsningen och returslingorna hos ledningen är anordnade så att de ligger på utsidan av den yttre re- aktorväggen när anordningen är sammansatt. De inre returslingorna hos ledningen är anordnade i stödande urtagningar i den inre väggen av re- aktorkonstruktionen. I den inre väggen, är vertikalt orienterade kylrör anordnade.

Som framgår av fig. 1 och 2 är en fluídmnbäddsugn 10 av fi0P0íÖf0PH1 anordnad i huvudsak vertikalt med rörenheter 30 anordnade i värmekamma- ren 17. Fluíduxnbäddsumen 10 har en yttervägg ll av metall med relativt stor diameter, som är försedd med eldfast fodring 15, och en metallisk innervägg 12 med betydligt mindre diameter, försedd med en egen eldfast infodring 13. Ett ringformat eldfast beklätt tak 15 täcker de övre än- darna av väggarna ll och 12. Bottenändarna av väggarna ll och 12 täckas av en ringformad metallbotten l8a, som avgränsar blästerlådan 18. Denna skiljes från uppvärmningskammaren 17 ev en ringformad förtrdngningsnlat- ta 16, som är försedd med ett flertal inblåsníngsmunstycken (formor)21.

En bädd av fasta partiklar 28 uppbäres av förträngníngsplattan 16. En LD 40 7714139-8 lopp 23 står i förbindelse med värmekammaren 17. En inloppsledninr ïr _de fasta partiklarna H7 står i förbindelse med upphettningskammaren 17, liksom utloppsledningen H8 för de fasta partiklarnas återföring. än rensningsport 19 är anordnad i förbindelse med blästerlådan 18. Lednings- enneter 30 överbryggar den ringformadc förbrïnningskammaren 17 längs ra- av uppvïrmningsanordningens konstruktion inom utrymmet för fhndwn- ädden 28. Bränslemunstycken H6 (fig. 2) passerar genom den yttre reak- en och är anordnade att spruta in bränsle mellan slíngorna 30. om bäst framgår av fig. 3, innefattar slingenheten 30 ett lêsorgen 32 rial i vilken den yttre änden av den serpentínformade slingan 31 är an- ordnad. I sammansatt läge är det fasthållande organet 32 fästad vid den yttre väggen 11 av ugnen med hjälp av bultar eller andra lämpliga organ (icke visade) och erbjuder det erforderliga stödet för ytteränden av slingorna 31. De yttre returböjerna 3lb av slingan ligger sålunda utan- för den yttre väggen 11 av uppvärmhingsanordningen. De inre returböjer- na 3la hos slingan 31 understöds av metalliska slingstödande ringar H3 i urtagningar UU anordnade i det värmebeständiga materialet i innerväg- gen 13 i ugnen. Stödringarna H3 omger den inre väggen 12 av ugnen i en lämplig elevation så att de kan åstadkomma sin stödande funktion. Ett skyddande värmebeständigt element H5 är anordnat i kontakt med den läg- re ytan av den slingstödande ringen Ä3.

Huvudledningar 33 och 3ü för inlopp respektive utlopp går på utsi- dan runt den yttre väggen 11 av ugnen 10 i området av fluidumbädden.Var och en av serpentinslíngorna 31 är förbundna med huvudledningarna 33 och 3U.

De ovan beskrivna slingenhetern 30 går genom fluidumbädden 28. Det kan också vara önskvärt att anordna s1ingenheter_50 i fribordsregionen hos_ uppvärmningskarnmaren 17 för att dra ut extra värme från reaktorn.

Sådana slingenheter 50 överensstämmer helt och hållet med enheterna 30, varvid enheterna 51 är förenade med slinghållande organ 52 och enheter- na är fastbultade eller på annat sätt fästa vid yttre väggen ll hos ug- nen 10. _ Ledningar 37 för kylånga är anordnade i kontakt med innerväggen 12 i ugnen 10. Dessa slingor 37 är anordnade i det ríngformade området 38 (framgår bäst av fig. 2) mellan väggen 12 och en omslutande isolerinr 36 och är förbundna med inloppet 39 och utloppet 39b.

HO 7714139-8 Anordningen enligt föreliggande uppfinning är anordnade att erkete antingen under atmosfärstryck eller under tryck. där den är i rruk, matas bränsle genom bränslemunstyckena. Bränslen av typen kol, petrcle- umprodukter eller lågvärdigt kol är samtliga lämpliga för denna process, men andra bränslen, till exempel "Bunker C" olja kan användas. Bläster- luft kan införas tillsammans med bränsle genom munstyckena H6, antingen som blästerluft för fasta bränslen, till exempel kol, eller för att för- bättra bränsledispersionen när flytande bränsle användes. Fluidicerande gaser, som kan ha förhöjd temperatur, införas genom inloppsledninpen 22. rät vinkel över 3:1..

.. Den gas som passerar genom inloppsledninpen 22 går i förträngningsplattan 16 genom munstyckena 21 för att fluidicera de fasta partiklarna i värmekammaren 17. Dessa särskilda fasta partiklar, som bil- dar fluidumbädden, kan vara sammansatta av partiklar av sand, aluminium, kalksten eller dolomit. Förbränningsgaserna som alstras i bädden 28 rör sig genom bädden, kommer i kontakt med slingorna 30 och rör sig sedan till fribordsregionen i uppvärmningskammaren 17, där de kommer i kontakt med ledningarna 50, om sådana har anordnats. Från fribordsområdet ledas gaserna bort genom utloppsledníngen 23 till en cyklonanordning 2H, som skiljer medförda solida partiklar från gaserna, varvid de solida partik- larna ledas genom ledningen 26 och gasen utsläppes genom ledningen 27 för ytterligare behandling och/eller avskiljning. Det behandlade flui- det, som kan vara ånga, olja eller luft eller liknande införes i upp- värmningskammaren 17 medelst huvudledningen BH, som är förbunden med slingorna 30. När fluidet passerar genom ledningsenheten 30 sker värmeut- byte med f1uídumbädden2&; Det upphettade fluidet passerar till huvud- ledningen utåt 33 och från denna styres det till icke visade anordningar för tillvaratagande av värme eller för att alstra elektrisk kraft eller fribordsområdet av uppvärm- för något annat ändamål. Slingenheterna 50 1 ningskammaren 17 arbetar på liknande sätt. Bäddens sammansättning kan underhållas genom att införa särskilda fasta partiklar genom inlopp M7 för sådana och för att draga bort bäddmaterial inklusive aska genom ut- loppet H8 för solida partiklar.

Infästningsanordningen 32, som uppbär slingorna 31, erbjuder ett förträffligt stöd för slingorna vid yttre väggen ll av ugnen 10. Anord- ningen är dessutom utförd så att de yttre returböjerna Blb i enheten 30 ligger på utsidan av värmekammaren 17. Dessa yttre returböjar, som är särskilt ömtåliga för en erosion, är på detta sätt utanför den erosi- va delen. Vid innerväggen 12 av uppvärmningskammaren 17 uppbärs de inre returböjerna Bla i slíngenheten 50 av ringformade anordningar UB och skyddas i urtagningar HH i den vñrmeisolerande fodringen 13 på inner- H0 7714139-s väggen från aktiv rörelse i bädden. Detta innebär att de inre returböjer na Bla är i hög grad skyddade från de erosiva krafter, som uppträder i värmekammaren 17, och samtidigt har de ett erforderligt understöd.

Vattenväggskonstruktionen i fråga om den inre väggen 12 är viktig för att bibehålla den strukturella integriteten hos denna innervägg. Det är i allmänhet svårt att åstadkomma en god värmeisolerad värmevägg längs en utåt krökt vägg, där den konvexa ytan av värmen skall underkastas en förhöjd temperatur, även om man använder ett flertal beslag och gjut- konstruktioner. Om slingorna 37 kommer att skydda den inre väggen mot allt för hög hetta om den värmeisolerade väggen skulle brista och den kommer också att hålla den inre väggen 12 ovanför kondensationstempera- turen för syra och skyddar härigenom mot korrosion.

Slingenheterna är borttagbara för att tillåta erforderlig service.

Ett lager av gjutbart eller murbart isoleringsmedel kan anbringas vid fästanordningen så att den skyddas från allt för stor värme. Returböjer- na är visade som passerande genom låsanordningen, men ett motsvarande stöd kan åstadkommas av låsanordningen utan att slingorna passerar helt och hållet därigenom, till exempel genom att åstadkomma beslag eller andra mekaniska monteringsanordningar vid låsanordningen. Ovan är visat ett set av serpentinslingor för varje låsanordning, men det är givetvis möjligt att anordna två sådana set på något avstånd från varandra, till exempel H tum. En sådan konstruktion får i detta sammanhang anses vara en enda slinga. Avståndet mellan slingorna vid den inre väggen 12 be- a stämmer antalet slingenheter som kan installeras 1 en värmeanordning av detta slag.

Fribordsslingorna 51 har visats som borttagbara, men om slingorna installeras på lämpligt avstånd ovanför bädden, så att de är ovanför "skvalpzonen), blir slitaget minimalt, och för dessa fribordsslingor är borttagbarheten icke något nödvändigt villkor.

Som ett exempel på en vârmeugn enligt föreliggande uppfinning kan nämnas, att innerväggen vid detta utförande har en diameter av 12 fot.

Ytterväggen har en invändig diameter av 45 fot, vilket ger en ringfor- mad fot som är i stort sett 15 fot 6 tum bred. Strömslingor är utförda av sex fyratums 0.D. rör, och åstadkommer en värmeöverföringsyta som är ungefär 100 kvadratfot per enhet. Femtiosex sådana enheter är anordnad» i ugnen. Med en genomsnittlig värmeöverföringskoefficient av 60 btulkva- dratfot, 0 OF och en temperaturskillnad av 1000 OF mellan fluidumbädden och den genomsnittliga vätsketemperaturen blir vširmeöverföringen från fluídumbädden till det fluidum som skall behandlas i bäddslingor- na omkring 32U x 10” btu per timma. 7714139-8 Värmeöverföringen fràifluímmmäddmxkan ökas renom att man ökar an- talet rör per slingenhet (vilket kan kräva en djupare bfidd) och/eller genom att slingenheterna anordnas närmare varandra.Värmeöverföringen kan ökas till H20 x 10 btu per timma genom att använda en ugn som har en diameter på omkring 52 fot vilket ger en ringformad bredd av omkring 20fot.

Om kol användes som bränsle, kan de solida partiklar som avskiljas i cyklonen 2H, särskilt kolpartiklar, återföras till fluidumbäddcn för förbränning genom ledningen 26 som mynnar i fluídumbädden 28 mellan närbelägna slíngenheter 30.

En upphettningsanordning enligt föreliggande uppfinning har förde- len, att den inre väggkonstruktionen kan standardiseras och sättas incà på fabrik varvid enheter för olika kapaciteter åstadkommas helt enkelt genom att byta bredden på de ringformade området och längden hos bädd- slingorna. Vid varje sådan ugn är slingorna i bädden borttagbara, utför- da identiskt lika och följaktligen utbytbara. Vattenväggskonstruktionen skyddar den inre väggen mot värmetoppar som uppkommer till följd av iso- leringsfel samt mot ovannämnda syrakorrosion.

Ovannämnda uppfinning har beskrivits under hänvisning till en viss utföringsform. Det är uppenbart för fackmän inom området att variationer och modifikationer av uppfinningen kan ske utan att uppfinningstanken frångås.

Claims (7)

,771u1z9-a 8 P a t e n t k r a v

1. Uppvärmningsanordning med fluidiserad bädd innefattande ett toroidformat kärl med en yttre vägg (11) och en i stort sett koncentrisk inre vägg (12), en horisontell cirkulär perforerad begränsningsplåt eller platta (16) sträckande sig mellan de yttre och inre väggarna och uppdelande en värmekammare (17) i den övre delen i kärlet från en Iuftfördelningskammare, som upp- tar den nedre delen av kärlet, varvid plattan kan uppbära en fluidiserad bädd av fasta partiklar därpå, en mångfald av värme- växlarslingor (30) inuti värmekammaren (17), vilka slingor vardera har ett plant serpentinformat rörelement (31) sammansatt av hori- sontella rördelar i serie förbundna medelst returböjar (31a, 31b), k ä n n e t e c k n a d a v att innerväggen (12) definierar ett kärnområde öppet gentemot omgivningen, varvid de horisontella delarna av rören i varje värmeväxlarslinga (30) sträcker sig inåt genom området (28) för den fluidiserade bädden i värmekammaren längs en radie för kärlet med slingans (30) plan vertikalt orien- terad, organ avlägsningsbart uppbärande slingorna (30) vid den yttre väggen (11) och organ (44) vid den inre väggen (12) i värmekammaren (17) i uppbärande kontakt med returkrökarna (31a) för slingorna (30) i närheten av den inre väggen (12) och avskär- mande returkrökarna (31a) från de erosiva förhållanden som före- ligger i värmekammaren (17).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att slingorna (30) innefattar gavlar (32), vid vilka de serpentín- artade rörelementen (31) är fästa och i vilken gavlarna är avlägs- ningsbart fästa vid den yttre väggen (11).

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att de horisontella delarna av rören passerar genom gaveln (32), så att returkrökarna (31b) i närheten av gaveln är placerade på utsidan av värmckammaren (17).

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att organen vid den inre väggen innefattar en mångfald cirkulära horisontella stödringar (43,44) omgivande den inre väggen (12) inuti värmekammaren (17) vid höjder motsvarande höjderna för returkrökarna (31a) för serpentinrörselementet, varvid de nämnda 7714139~8 returkrökarna i närheten av innerväggen vardera är uppburna av en av de církulära stödringarna.

5. Anordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k- n a d a v att innerväggen (12) är i kylande kontakt med ånga eller kylslíngor (37).

6. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d anordnad í fribordsområdet i värmekammaren (17), d v s området bädden.

7. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d anordnade att inspruta bränsle i det fluídíserade bäddområdet a v att en serpentínslíngsvärmeväxlarenhet är över den nivå som normalt upptages av den fluidiserade a v att en mångfald bränslemunstycken (46) är mellan valda närbelägna slingor. ~ _ - _ _ . _... ._......_....._............_.._.. -e ,