SE441622B - Anordning vid forbrenning av kolhaltigt material i en reaktionskammare med virvelskiktsbedd - Google Patents

Description

dsso3992-5 Genom att välja ejektorluftens impuls rätt stor kan man suga ut viss mängd gas ur cyklonen, vilket medför att man bättre kan återföra små partiklar direkt till bädden, än vid konventionella cykloner.

Den reaktorkammare i vilken virvelskiktsbädd och cyklon är anordnade kan vara helt eller delvs okyld, och då leverera gas till något processändamâl, men den kan även ingå som eldstad i en äng- eller hetvattenpanna.

Cyklonen kan vara kyld eller okyld, ooh det hela kan vara inneslutet i ett hölje, som gör det möjligt att låta processen försiggâ vid övertryck, varvid avloppsgasernas energiinnehåll utnyttjas i en turbin.

För uppnående av god stoftavskiljning, vilket är önskvärt om gasen skall ledas genom en turbin, kan man lämpligen anordna tvâ cykloner i serie efter varandra, inom enheten.

En viss mängd stoftmaterial hålls i ständig cirkula- tion under drift, och det kan vara angeläget att ändra mängden material i bädden beroende på variationer i be- lastningen och/eller kvalitén på det använda bränslet.

Det bör därför finnas ett mellanlager för cirkula- tionsmaterial, och eldstaden skall även ha möjlighet att tappas på aska och förbrukat bäddmaterial, i motsvarig- het till det bränsle och annat material, t.ex. kalksten, som tillförs.

Vid sådana eldstäder som drivs vid övertryck, t.ex. 7 - 8 bar och där de avgående förbränningsgaserna leds till en turbin som driver en kompressor, vilken levererar luft för förbränning och fluidisering är det praktiskt taget omöjligt att ordna visuell övervakning av tillståndet i eldstaden.

Mellanlagring av material och avtappning av aska och dylikt kan styras av en processor, som via mätvärden får säker information om tendenser till avvikelser från bör- värden för lagermängd av cirkulationsmaterial, så att den 8503992-5 kan initiera korrigering.

Uppfinningen hänför sig till en anordning för förbränning av kolhaltigt material i en vertikal- reaktionskammare med virvelskiktsbädd, och omfattande minst en cyklonseparator placerad ovanför bädden och försedd med ett långsträckt stoftàterledningsrör, som när ned mot bädden för uppsamling och återledning av med förbränningsgaserna transporterad luft samt avledande av renad gas. Uppfinningen kännetecknas därav att stoft- áterledningsröret är omslutet av en mantel, vilken sträcker sig ned till omrâdet vid stoftäterlednings- rörets mynning, och med sitt övre parti är anslutet till en ledning som tillför viss del av förbränningsluften.

För uppnående av god stoftavskiljning kan man anordna tvâ cykloner i serie efter varandra inom ett kapslande hölje och vardera försedd med flera tangentiella gasinlopp. Den i strömningsriktningen andra cyklonen är då placerad koaxialt över den första cyklonen, vars längdaxel sammanfaller med längdaxeln hos det kapslande höljet, øch den andra cyklonen är försedd med ett förlängt stoftåterledningsrör som när ned till omrâdet för mynningen av den första cyklonens stoftàterledningsrör.

Höljet rymmer lämpligen inom sig, ovan den första cyklonen en fördelningskammare för inkommande luft till den första cyklonens mantel, vilken kammare geanmlöpes av den första cyklonens uppàtriktade gasutlopp och, centralt i gasutloppet, av den andra cyklonens nedåt förlängda stoftàterledningsrör.

Den första cyklonens yttre mantel är lämpligen upp- hängd vid sin övre ände i det kapslande höljet. Den första cyklonen hänger lämpligen i den yttre mantelplâten via insvetsade gasgenomföringar bildande de tangentiella gasinloppen, varvid cyklonens uppâtriktade gasutløppsrör bärs av cyklonen.

Den första cyklonens uppåtriktade gasutlopp ansluter 8303992-5 sig, efter passage av fördelningskammaren för luft, till en väggdel som när ut till det kapslande höljet, vari- genom den andra cyklonen blir inrymd i en övre gaskammare.

Den andra cyklonen hänger lämpligen i höljet via en uppätriktad förlängnig av dess gasuttag.

Det kapslande höljet är lämpligen dimensionerat att medge att förbränningsprocessen drivs vid övertryck, varvid gasutloppet från den andra cyklonen är anslutet till minst en gasturbin, som driver en kompressor, vilken levererar luft till bädd och till det stoftåter- ledningsröret omslutande manteln.

Uppfinningen kommer här nedan att beskrivas med hän- visning till bifogade ritningar, på vilka Fig. 1 visar ett vertikalsnitt genom en okyld reaktor- kammare försedd med en cyklonseparator, Fig. 2 visar i större skala ett horisontalsnitt längs linje II - II i Fig. l, visar en schematísk sidovy av en kyld reaktor- O) Fig. kammare med två cyklonseparatorer, och inrättad för övertryckseldning, Fig. 4 i större skala visar ett vertikalsnitt genom reaktorkammaren och det kylda äöljet vid utföran- det enligt Fig. 3, och Fig. 5 visar nedre delen av en eldstad utrustad för för- bränning av bränsle i virvelskiktsbädd, och lämpad att drivas vid ett övertryck av 7 á 8 bar.

Den i Fig. l visade förbränningsanordnlngen omfattar en lângsträckt okyld reaktorkammare 10, med väggar ll av eldfast material, utvändigt omgivet av ett stâlhölje, och avsedd att via ett avlopp 12 leverera hetgas till en icke visad förbrukare.

Reaktorn hänger i stöd 13 í den övre halvan av reak- torkammaren, vilket ger möjligheter till värmerörelser såväl uppåt som nedåt.

I kammarens 10 nedre parti finns en genombruten platta 14, eller rost. Flnfördelat fast bränsle, inertmaterial 3503992-5 och exempelvis krossad kalksten till bädden införs genom en ledning 15, och primär förbränningsluft, vilken även verkar för fluidisering av bädden, tillförs genom en ledning 16 till en kammare under plattan 14. Aska och förbrukat bäddmaterial uttas genom en ledning 17.

Avsikten är att förbränningen skall ske i så kallad virvelskiktsbädd, d.v.s. lufttillförseln till bottenplat- tan 14 är så intensiv att en stor mängd stoftpartiklar rycks med av de uppâtstigande gaserna, fångas upp och âterleds till bädden.

Uppfångning och avskiljande av stoftpartiklarna sker i en cyklonseparator 18 av känt slag, som i detta fall av utrymmesskäl är placerad inne i reaktorkammaren.

Cyklonseparatorn, i fortsättningen för enkelhets skull kallad cyklon, omfattar ett övre cylindriskt parti 19, med tangiellt riktade gasinloppsportar 20 samt ett konande parti 21, vilket övergår i ett lângsträckt stoftåter- ledningsrör 22, vilket när ett påtagligt stycke ned mot bädden på bottenplattan 14.

För att förhindra, att gas från bädden stiger upp genom stoftâterledningsröret 22 och stör funktionen av cyklonen är denna omsluten av en mantel 23, som när ned till och strax förbi mynningen på återledningsröret 22, samt är formad med en förträngning så att ejektorverkan uppnås vid avloppet.

Sekundär förbränningluft tillförs genom en ledning 24 till en kammare 25, som omsluter det rör 26 genom vilket de renade gaserna avgår från cyklonen. Det kvarstår en smal passage, mellan mantelns 23 övre parti, och det cylindriska partiet 20 vid cyklonen.

Sekundärluft strömmar sålunda mellan manteln 23 och cyklonen och kyler manteln 23 och cyklonen samtidigt som den förvärms, samt strömmar ut i eldstaden runt mynningen på stoftâterledningsröret 22. Härigenom hindras gaser att tränga upp genom röret 22, samtidigt som cyklonens egenskaper speciellt vad det gället avskiljande av fina stoftpartiklar förbättras.

Manteln 23 hänger i reaktorväggens ll överkant och 8303992-5 cyklonen 18 bärs av manteln 23 via insvetsade gasgenom- föringar, bildande portar 27, vilka förbinder manteln 23 och cyklonen_18 med varandra på det sätt som visas i Fig. 2. ' Den större skalan i Fig. 2 medger införande av beteck- ningen 28 för det ringformiga gasrummet mellan reaktor- väggen ll och manteln 23, samt beteckningen 29 för den av portarna 27 uppdelade sekundärluftpassagen mellan manteln 23 och det cylindriska cyklonpartiet l9. Detta är invän- digt klätt med en skyddande beläggning 30.

Upphängningen av cyklonen medger värmerörelser såväl uppåt som nedåt frân upphängningsnivàn.

I Fig. 3 visas ytterligare en utföringsform enligt uppfinningen, tillämpad vid en vattenkyld reaktorkammare 40 innehållande två i serie efter varandra anordnade cykloner 41 och 42, samt avsedd att drivas vid övertryck.

Utformningen av reaktorkammaren kommer att framgå av beskrivning i anslutning till Fig. 4. _ Bränsle samt inert och aktivt bäddmaterial matas från "behållare 43, 44 med hjälp av en skruvtransportör 45 till eldstaden, och aska och förbrukat bäddmaterial uttas via en ledning 46.

Förbränningen sker vid övertryuk i eldstaden, och de avgående förbränningsgaserna leds genom en turbin 47, K 'vilken driver en kompressor 48. Denna levererar luft såväl till primär/fluidiseringsluftinloppet 49 som till ett sekundärluftinlopp 50.

Reaktorkammaren hänger i en balkställníng 51 med hjälp av stöd 52, liksom i det föregående utförandet.

Utrustningen kring reaktorkammaren är endast schema- tiskt visad för att illustrera principen. Det kylda höljet ingår i en icke närmare detaljerad äng- eller hetvatten- panna, och det finns värmeupptagande ytor nedströms tur- binen 47. Turbin och kompressor kan på känt sätt dubbleras med seriekopplade enheter om högt arbetstryck önskas.

Utformningen av reaktorkammaren 40 framgår av Fig. 4.

Reaktorn är utformad som ett tryckkärl, och omsluts av ett kapslande hölje 60, vilket mellan sig och reaktorkammare 8303992-5 innesluter ett rum 61, genom vilket vatten bringas att církulera från ett tillopp 62 till ett avlopp 63, och som ingår i den tidigare nämnda, icke närmare visade ång- eller hetvattenpannan.

Inom reaktorkammaren finns, som nämnts i samband med ”Fig. 3, två cykloner 41 och 42, vilka arbetar i serie. En god stoftavskiljning är nödvändig eftersom gaserna skall ledas genom en eller flera turbiner.

Den första, undre cyklonen 41 har ett nedåt förlängt stoftåterledningsrör 64, som sträcker sig ett stycke ned mot kammarens botten. Denna cyklon är omsluten av en mantel 65, vilken sträcker sig förbi mynningen på åter- ledningsröret 64. Cyklonens övre parti är invändigt försedd med en skyddsbeklädnad 66.

Manteln 65 hänger i en avsats 67 i reaktorväggen, vilken avgränsat ett rum 68, till vilket sekundärluft tillförs via ledningen 50. Sekundärluften kan strömma nedåt i det ringformade utrymme som kvarstår mellan manteln 65 och cyklonens vägg. I denna finns ett antal gasinloppsportar 69, och cyklonen uppbärs på samma sätt som beskrivits i anslutning till Fig. 1, från manteln 65 med hjälp av insvetsade gasgenomföringar bildande dessa portar.

En inspektions- och rensöppning i anslutning till rummet 68 är betecknad med 70.

Gasavledningsröret 71 från den första cyklonen passe- rar centralt genom rummet 68, och är via bälgelement 72 och koniska kopplingsringar 73 förenat med den del 74, som bildar övre begränsningsvägg i rummet 68, och skiljer detta från kammaren 75, som omsluter den andra cyklonen 42.

Den andra cyklonen 42 omfattar ett övre cylindriskt parti 76, i vilket gasinloppsportar 77 är anordnade, samt ett anslutande konande parti 78. Detta övergår i ett lång- sträckt stoftâterledningsrör 79, som sträcker sig ned till, och förbi mynningen på stoftàterledningsröret 64 från den första cyklonen 41, men ej förbi mynningen på manteln 65. 8303992-5 På detta sätt uppnår man ejektorverkan även i âterled- ningsröret 79.

Gasavledningsröret 80 från den andra cyklonen 42 är förlängt uppåt och passerar gastätt genom en öppning i det kapslande höljet 60, och bär cyklonen 42, som sålunda har full frihet för värmerörelser i vertikalled nedåt. Den avgående gasledningen 81 är som tidigare nämnts, ansluten till en turbin.

Dâ eldstaden drivs vid övertryck är det svårt att visuellt övervaka bädden, och det enkla avtappningsröret med ventil 46 ersätts lämpligen med en magasinsbehàllare med tillhörande utrustning enligt Fig. 5.

Figur 5 visar nedre delen av en reaktorkammare 110 in- rättad för förbränning i virvelskiktsbädd, samt en anslu- ten magasinsbehàllare lll för bäddmaterial. Anslutningar för inmatning av bränsle och bäddmaterial, tvex. kalksten, -visas ej i figuren.

Fluidiseringsgas, som kan utgöras av, eller till väsentlig del innehåller primär förbränningsluft tillförs från en icke visad källa genom en ledning 112 med till- räckligt tryck för att i reaktorkammaren åstadkomma de önskade förbränningsförhâllandena, vilket innebär att en stor mängd stoftpartiklar rycks med av förbränninge- gaserna, avskiljs från dessa, och åtminstone till väsentlig del âterförs till bädden.

Organ för avskiljande av stoft kan vara belägna inom eller utanför själva reaktorkammaren, och visas ej i figuren, men ett stoftäterledningsrör 113 från nämnda organ mynnar centralt i reaktorkammaren.

Fluidiseringsgasledningen 112 är ansluten till en för- delningskammare 114, som uppåt begränsas av en perforerad platta 115. Denna saknar luftgenomgângshâl inom ett centralt parti 116, och pâ densamma kommer viss mängd bäddmaterial att hållas samlat i "fluidiserat" tillstànd.

Magasinsbehâllaren lll skall innehålla viss mängd bäddmaterial 117, och den hänger i hängslen ll8. Till dessa är viktavkännande lastceller 119 kopplade.

Ett avtappningsrör 120 är monterat i det operforerade, 8303992-5 centrala partiet 116 av bottenplattan 115, och sträcker sig ett stycke upp över denna, samt avslutas upptill av ett trattformigt utvidgat parti 121. Avtappníngsröret 120 når ned i magasinsbehällaren lll, och är mellan denna och luftfördelningskammaren 114 försedd med expansionsbälg 122.

En ledning 123 sträcker sig från magasinsbehållaren 111 till fluidiseringsgasledningen 112 och mynnar där i en förträngd dysa 124. Ledningen 123 utgår från magasins- behällaren vid en punkt ovan väntad materíalnivå i denna, och är försedd med stoftavskiljare 125. En automatiskt styrd ventil 126 är anordnad i ledningen 123.

En ytterligare ledning 127 för tryckluft eller annan gas till materialtransportsystemet, och är med en gren- ledning 128 ansluten till behållaren 111, ovanför mate- rialnivån i densamma, och med en andra grenledning 129 ansluten under materialnivân därstädes.

En transportledning 130 är ansluten till behållaren lll under materialnivån i densamma, och är ansluten till reaktorkammaren 110 ett stycke ovanför bottenplattan 115.

En tredje grenledning 131 från lufttillförselledningen 127 är ansluten till ledningen 130 mellan behållaren lll och reaktorkammaren på sådant sätt att den underlättar materialtransport genom ledningen 130.

En ledning 132 är ansluten till behållarens 111 botten för avtappning av material från densamma.

Automatiskt styrda ventiler är anordnade i de olika ledningarna nämligen 133 i ledning 128, 134 i ledning 129, 135 i ledning 130, 136 i ledning 131, och 137 i ledning 132.

En processor 138 tar emot signaler från lastcellerna 119 angående ändringar i materialvikt i behållaren, och styr de olika ventilerna så att önskade driftsförhållanden vidmakthålls. Processorn kan omjusteras för anpassning till varierande effektbehov och/eller bränslekvalítet.

På grund av det operforerade partiet 116 i botten- plattan 115 får gränszonerna för det material som hålls svävande närmast över bädden l10a en tendens att kollapsa 8303992-5 10 mot centrum, vilket leder till en nedåtgående gas- och partikelrörelse i bäddens centrum.

Lastcellerna ll9 justeras från början vid tom maga- sinsbehâllare och varm reaktorkammare och ger sedan under drift tillräckligt noggrann information om inneliggande lager och ändringen i detta.

Om alla ventilerna 126, 133 - 137 under normal drift hålls stängda sker en tryckutjämning mellan reaktor- kammaren ll0 och magasinsbehällaren lll, och partiklar kan endast föras över till den senare av sin egen tyngd genom avtappningsröret 120.

Om detta icke ger tillräcklig uttransport av stoft öppnas ventilen 126 varigenom ett relativt undertryck skapas i behållaren lll, vilket befrämjar materialöver- förandet.

Om i stället materialöverförandet behöver bromsas öppnas ventilen 133 så att visst övertryck kommer att råda i behållaren.

Om mängden bäddmaterial i reaktorkammaren behöver ökas -öppnas ventilerna 134, 135 och även 136 varvid material transporteras upp i reaktorkammaren genom ledningen l30.

Under normal drift öppnas ventilen 134 periodiskt för att chocklyfta materialet i behållaren lll och förhindra att detta packar sig.

Avtappning av stoft från behållaren sker periodiskt eller kontinuerligt genom ledningen 132.

De ovan beskrivna och pâ ritningarna visade utförings- formerna är endast exempel på uppfinningen, vars detaljer kan varieras på många sätt inom ramen för efterföljande patentkrav beroende på det använda bränslets art och öns- kad effekt. Reaktorkammaren kan vara endast delvis kyld, och det kapslande höljet kan på känt sätt vara uppbyggt av vattenkylda membranväggar.

Claims (8)

8303992-5 ll Bêïëflïšåêy

1. Anordning vid förbränning av kolhaltigt material i en vertikal reaktionskammare (10, 40) med virvelskikts- bädd och omfattande minst en cyklonseparator (18: 41, 42) placerad ovanför bädden och försedd med ett långsträckt stoftåterledningsrör (22, 64) som när ned mot bädden för uppsamling och äterledande till bädden av med förbrän- ningsgaserna transporterat stoft samt avledande av renad gas, k ä n n e t e c k n a d därav, att stoftàterled- ningsröret (22, 64) är omslutet av en mantel (23, 65), vilken sträcker sig ned till omrâdet vid stoftàterled- ningsrörets (22, 64) mynning, och med sitt övre parti är anslutet till en ledning (24, 50) som tillför viss del av förbränningsluften.

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a d därav, att separering av stoft och gas sker i tvâ cykloner (41, 42) anordnade i serie efter varandra inom ett kapslande hölje (60) och vardera försedd med flera tangentiella gasínløpp (69, 77), varvid den i ström- ningsriktningen andra cyklonen (42) är placerad koaxialt över den första cyklonen (41), vars längdaxel sammanfaller med längdaxeln hos det kapslande höljet, och den andra cyklonen är försedd med ett förlängt stoftàterledningsrör (79) som när ned till omrâdet för mynningen av den första cyklonens (41) stoftåterledningsrör (64).

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att höljet (60) inom sig, ovan den första cyklonen (41), rymmer en fördelningskammare (68) för inkommande luft till den första cyklonens mantel (65), vilken kammare genomlöpes av den första cyklonens uppåt- riktade gasutlopp (71) och, centralt i gasutloppet, av den andra cyklonens nedåt förlängda stoftàterledningsrör (79). 8305992-5 12

4. Anordning enligt något av patentkraven 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att den första cyklonens (41) yttre mantel (65) är upphängd vid sin övre ände i det kapslande höljet (60).

5. Anordning enligt något av patentkraven 2 - 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att den första cyklonen hänger i den yttre mantelplàten (65) via insvetsade gas- genomföringar bildande de tangentiella gasinloppen (27), och att cyklonens uppätriktade gasutloppsrör (71) bärs av cyklonen.

6. Anordning enligt något av patentkraven 2 - 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att den första cyklonens (41) uppåtriktade gasutlopp (71) efter passage av för- delningskammaren (68) för luft, ansluter sig till en vägg- del (74) som när ut till det kapslande höljet (60), ' varigenom den andra cyklonen (42) blir inrymd i en övre gaskammare (75).

7. Anordning enligt något av patentkraven 2 - 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att den andra cyklonen (42) hänger i höljet (60) via en uppåt riktad förlängning av dess gasuttag (80).

8. Anordning enligt något av patentkraven 2 - 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att det kapslande höljet (60) är dimensionerat att medge att förbränningsprocessen drivs vid övertryck, varvid gasutloppet (81) frän den andra cyklonen (42) är anslutet till minst en gasturbin (47), som driver en kompressor (48), vilken levererar luft till bädd och till det stoftàterledningsröret omslutande manteln (23, 65).