SE451092B - Pannanleggning med fluidiserbara beddar och sett att reglera en sadan pannanleggning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 451 092 En förutsättning för en god funktion vid förbränning i en fluidiserad bädd är att temperaturen hålles inom ganska snäva gränser även vid varierande bäddhöjd och energiuttag från pannanläggningen. I brännkammaren med för- bränningsbädden finnes en tubsats genom vilken mer än hälften av pannanlägg- ningens energi uttages. Tubsatsen kyler även bädden så att överhettning av denna förhindras. För att förhindra att tubsatsen vid dellast kyler ner bädden till en temperatur under den som är nödvändig för att upprätthålla förbränning sänkes bäddnivån så att ett antal lager i tubsatsen kommer att befinna sig ovan bäddytan. Tubsatsens kyleffekt minskar då.

Vid kända flerbädds brännkammare avtappas bäddmaterial från den undre bädden, där den största delen av förbränningen äger rum. Avtappad bäddmassa för- varas under deleffektsdrift i ett förvaringsutrymme utanför själva bränn- kammaren. I den angivna patentskriften förvaras från en bädd avtappat material i ett rum under brännkammarrummet med förbränningsbädden. Bädd- materialet i detta rum hålles fluidiserat av förbränningsluften och kommer då att kylas. Vid återmatning till förbränningsbädden vid effektökning kommer således nerkyld bäddmassa att återmatas. Erforderlig uppvärmning av denna när den tillförts förbränningsbädden medför långsammare effekt- ökning än vid tillförsel av bäddmassa med i huvudsak samma temperatur som i bädden. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en flerbädds brännkammare med förbättrade effektregleringsegenskaper och ett sätt att reglera effekten och temperaturen i en sådan brännkammare.

Enligt uppfinningen åstadkommes detta genom att i brännkammaren ha i huvud- sak konstant mängd bäddmassa och förse brännkammaren med en eller flera transportanordningar för överföring av bäddmassa mellan bäddarna, dvs från den undre bädden till den övre bädden och omvänt. Vidare finnes givare som känner bäddhöjden samt givare som känner temperaturen i brännkammarens första bädd, den egentliga förbränningsbädden. Givarna är anslutna till 'sígnalbehandlings- och reglerutrustning för reglering av mängden bäddmassa i den första bädden med hänsyn till aktuellt effektbehov och för konstant- hållning av den totala mängden bäddmassa. Detta åstadkommas av transport av bäddmassa i endera riktningen mellan den första och andra bädden och genom avtappning av bäddmassa från någon av bäddarna. Uppfinningen avser även sättet att reglera effekten med hjälp av de nämnda givarna och den till dessa anslutna signalbehandlings- och reglerutrustningen. m: .U 20 25 30 35 4510092 Vad som särskilt kännetecknar uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

Uppfinningen beskrives närmare under hänvisning till bifogade figurer.

Fig I visar schematiskt en pannanläggning för en tvåbädds brännkammare och för brännkammarens drift och reglering väsentlig hjälputrustning, fig 2 och 3 brännkammaren vid drift med full effekt respektive vid drift med be- gränsad effekt, fig Ä samband mellan luftflöde genom respektive bädd och tryckfallet och fig 5 sambandet mellan luftflöde och effekt.

I fig 1 betecknar 10 en brännkammare med två kylda bottnar 12 och ïü, som uppdelar brännkammaren i en luftfördelningskammare 16, ett första bränn- kammarrum 18 för en första fluídiserad bädd 20 och ett andra brännkammar- rum 22 för en andra fluidiserad bädd 2ü. Kammaren 16 tillföres förbrän- ningsluft från en fläkt eller kompressor 26. Denna drives av en motor 27, vars hastighet kan regleras. Förbränningsluft tillföres brännkammarrummet 18 via ett antal munstycken 28 och fluidiserar bäddmaterialet i bädden 20 och förbränner till bädden tillfört bränsle. Munstyckena är så utformade att de hindrar bäddmassa att rinna ner i rummet 16. över bäddens 20 yta 30 finnes ett fribord 32 där förbränningsgaser uppsamlas. I bädden 20 finnes en tubsats 34 för kylning av den första bädden och uppvärmning av vatten eller alstring av ånga. Den andra bäddens 24 botten 14 är för- sedd med munstycken 36 genom vilka förbränningsgaser tillföres det andra brännkammarrummet 22 och fluidiserar materialet i bädden 2U. I bädden ZH finnes blindtuber 150, vilka sönderdelar gasbubblor i bädden och minskar uppkast av bäddmaterial från ytan 38. Över bäddens 2H yta 38 finnes ett fribord HO. I dettas övre del kan finnas ett eller flera skikt stänger, okylda eller kylda tuber 42, avsedda att bromsa ask- och bäddmaterial och hindra detta material att följa med förbränningsgaserna när dessa lämnar kammaren 22 och strömmar in i en efterföljande rökgaskylare UU. Från rök- gaskylaren H3 ledes gaserna vidare till en icke visad ekonomiser och där- ifrån till en reningsanläggning för avskiljning av stoft innan de ledes till en skorsten.

Bädden 20 är en förbränningsbädd där huvuddelen av tillfört bränsle för- brännes. Materialet kan vara inert och exempelvis bestå av sand och vid förbränningen bildad aska men kan även innehålla svavelabsorbent i större eller mindre utsträckning. Ur driftssynpunkt, särskilt med hänsyn till igensättning av munstyckena i bottnen 1U, kan det vara lämpligt att bädden 20 beátår av i huvudsak inert material med inblandning av bildad aska och endast i mindre omfattning svavelabsorbent. 10 15 20 25 30 35 “__ __ _ __ _” _.. _ Bä6åšë12U Eåšašš svavelabsorptions- och efterförbränníngsbädd, där oför- bränt bränsle som medföljer gaserna från kammaren 32 förbrännes. Den be- står av kolaska och eventuellt kvartssand och vid avsvavling även korn- formigt Ca-haltigt material som exempelvis kalksten eller dolomit. Absor- bent tillföres denna bädd genom inmatningsledníngen 48-i beroende av mängden svavel i det till bädden 20 tillförda bränslet. Förbrukat bädd- material och aska, som ej medföljer gaser som lämnar kammaren H0 avlägsnas genom avtappning av material från bädden 2N. Materialet avtappas via en grov sil 50 och röret 52 till en askkylare SN. Från kylaren 54 slussas mate- railet via en cellmatare 56 till en transportledning 58 och i denna pneu- matiskt till en avskiljare 60 och en üppsamlingsbehållare 63. Ledningen 58 försörjes med transportluft från en fläkt eller kompressor 62 och en ledning 6U med en reglerventil 66.

Brännkammaren är försedd med en första transportanordning 68 för överföring av varm bäddmassa från den övre bädden 2H till den undre bädden 20 och en andra tpanspofitanopdning 70 för överföring av varm bäddmassa från den undre bädden 20 till den övre bädden 2H. Transportanordningen 68 innehåller en grov sil 72 för avskiljning av för stora slaggklumpar och dylikt, ett stört- rör 74, ett horisontellt rör 76, som tillsammans med störtröret 7U bildar en L-ventil, ett vertikalt transportrör 78 och ett horisontellt inmatnings- rör 80. Mittför utloppet från röret 80 finnes en fördelningsanordning 82 som sprider inmatad bäddmassa på sådant sätt, att erosion undvikes och störningar av fluidiseringen begränsas vid inmatníngen. Transportanord- ningen 70 innehåller en grov sil 84, ett vertikalt störtrör 86, ett hori- sontellt rör 88, som tillsammans med störtröret 86 bildar en L-ventil, och ett vertikalt transportrör 90 som är anslutet till inmatningsröret 91.

Framför öppningen hos inmatningsröret 91 finnes en fördelningsanordning 92 för delning av överfört bäddmaterial över en större yta så att störning av fluidiseringen begränsas. Transportanordningarna 68 och 70 är via led- ningarna QN resp 96 och ventilerna 98 resp 100 och ledningen 102 anslutna till en kompressor 10U som försörjer transportanordníngarna med transport- luft. I större anläggningar kan finnas ett flertal parallellt arbetande transportanordningar.

Figurerna 2 och 3 visar en brännkammare som något avviker från utförandet enligt fig 1 och dessutom är skalan större och visar ytterligare detaljer.

Fig 2 visar brännkammaren vid fullast och fig 3 vid låg last. 10 20 25 30 35 s 451 092 Brännkammaren 10 har väggar som är isolerade. Den består av ett hölje 106 exempelvis en vattenkyld panelvägg, som invändigt är försedd med en isole- ring 108. Bottnarna 12 och 1ü kan vara utformade med ett kylvattenrum 110 resp 112. Bottnen 1U är dessutom lämpligen utformad med ett luftplenum (ej visat) för tillförsel av sekundärluft till bädden 24 och för luft för rens- ning av munstyckena 36 för att förhindra igensättning. Genom ledningarna 114,- 116 och 118, 120 tillföres respektive bortföres kylvatten. Som visas i fig 2 och 3 inmatas bäddmassa i övre fribordet H0 från en bäddmassebehållare 45 via en doseringsanordning i form av en skruvmatare H7 och genom pneumatisk transport i ledningen 48. Bäddmassan består av eller innehåller svavel- absorbent. Skruvmataren Ä7 drives av en motor H9 med reglerbar hastighet.

Vid ledningens H8 mynning finnes en fördelare 51 för bäddmassa. Bränsle från en bränslebehållare 121 matas via en doseringsanordning i form av en skruvmatare 122 via ledningen 124 och munstycken 125, lämpligen ett per m2 bottenyta, in i bädden 20. Skruvmataren drives av en motor 123 med regler- bar hastighet. Bäddmassa och aska uttages i det i fig 2 och 3 visade ut- förandet från den undre bädden. Uttagsröret 52 är i utförandet enligt fig 2 och 3 anslutet till en reglerbar utmatningsanordning i form av en skruv- matare 53, som drives av en motor 55 med reglerbar hastighet. För mätning av tryckfallet över bäddarna 20 och Zfl finnes differenstryckmätare 126 resp 128. Manometern 126 är ansluten till brännkammaren 18 vid bäddens 20 nedre del via ledningen 130 och till fribordet 32 via ledningen 132. Mano- metern 128 är ansluten till brännkammaren 22 vid bäddens 2U nedre del via ledningen 13U och till fribordet Ä0 via ledningen 136. Vidare finnes tempe- raturmätorgan 138 i den undre bädden 20 och temperaturmätorgan 139 i den övre bädden Zü.

I en brännkammare av detta slag sker förbränningen huvudsakligen i den undre bädden 20. Oförbränt bränsle, som lämnar den undre bädden 20 till- sammans med förbränningsgaserna och med dessa transporteras till den övre bädden 24 förbrännes i denna. Består bäddmaterialet i den undre bädden 20 av inert material m h t svavel blir denna en ren förbränningsbädd och sva- vel absorberas i den övre bädden EH.

Innehåller den undre bädden 20 Ca-haltigt material som kalk eller dolomit, absorberas svavel i båda bäddarna. Med hänsyn till bland annat igensätt- ningsrisken i munstyckena 36 kan det i vissa fall, exempelvis beroende på bränslet, vara lämpligt att endast tillföra den övre bädden svavelabsor- bent. 10 15 20 25 . 30 35 451 092 Effektregleringen är som nämnts mera komplicerad i en pannanläggning med för- bränning i en brännkammare med en fluidiserad bädd än i pannanläggningar av ordinärt slag. I vanliga pannor minskar effekten snabbt när tillförseln av bränsle och förbränningsluft ändras. Inom hela effektområdet kan lämpliga betingelser för förbränningen upprätthållas utan svårigheter. I en pannanlägg- ning med en brännkammare med en eller flera fluidiserade bäddar måste vid be- lastningsändring regleråtgärder vidtagas för att hålla temperaturen i för- bränningsbädden vid lämplig nivå, i regel vid omkring 900 OC. Variationer inom ca +50 OC och -100 °C kan i regel tillåtas. Lämpligaste temperaturnivå är i någon mån beroende av bränslet. Tuberna 3U i bädden 20 har två upp- gifter, dels att värma vatten eller alstra ånga, dels att kyla bädden så att dess temperatur hålles vid en för förbränningen lämplig nivå. Sjunker temperaturen under en viss nivå kan förbränningen inte upprätthållas, stiger temperaturen över en viss nivå smälter aska och eventuellt även bäddmaterial så att slaggklumpar bildas som kan omöjliggöra fortsatt drift.

Vid effektminskníng måste bäddens 20 höjd minskas så att bäddytan 30 sänkes och ett antal lager i tubsatsen 34 frilägges. Samtidigt minskas tillförseln av bränsle och förbränningsluft. Vid effektökning ökas bäddhöjden så att en större del av tubsatsen kommer att omges av bäddmaterial. öamtidigt ökas tillförseln av bränsle och förbränningsluft. Eftersom värmeövergången mellan bäddmassa och tuber är flera gånger högre än värmeövergången mellan förbränningsgaserna, kan balans mellan värmetillförsel och kylning genom tubsatsen 3U uppnås så att önskad temperatur i bädden 20 upprätthålles.

Hittills har material från bädden 20 förflyttats mellan denna och en behål- lare utanför brännkammaren. Denna behållare kan som i US-PS 4 279 207 vara placerad under den undre brännkammaren. I andra konstruktioner är behållaren placerad helt utanför själva brännkamrarna.

Vid lastökning måste som nämnts bäddmassa tillföras den undre bädden så att ett ökat antal skikt i tubsatsen 3H kommer att omges av bäddmassa.

Vid inmatning av kall bäddmassa åtgår stora värmekvantiteter för uppvärm- ningen av denna, något som försvårar snabb lastökning. Förvaringsbehållare har därför i vissa fall försetts med uppvärmningsanordningar.

Enligt uppfinningen utföres anläggningen så att såväl det undre brännkam- marrummet 18 som det övre brännkammarrummet 22 var för sig kan rymma hela den mängd bäddmassa som fordras vid full effekt. Övre brännkammarrummet 22 bör rymma minst en minimibädd 2ü och den mängd bäddmassa som måste över- föras från den undre bädden 20 för fríläggning av tubsatsen 34. :z o 20 25: 30 35 451 092 Vid drift av pannanläggningen är den sammanlagda mängden bäddmassa 1 bäd- darna 20 och 2N i allt väsentligt konstant och följaktligen också den sam- manlagda höjden av de båda bäddarna 20 och ZÄ och det sammanlagda tryck- fallet över dem. Vid laständring ändras luft- ooh bränsletillförseln samt bäddhöjden i den undre bädden. Värmeupptagníngen hos tubsatsen_ändras i beroende av hur stor del av tubsatsen som kommer att befinna sig i respek- tive över bädden 20. Genom anpassning av bäddhöjden till värmeupptagningen i tubsatsen hålles bäddtemperaturen inom tillåtna gränser och så konstant som möjligt. I beroende av laständringens riktning ger reglerorganet 1N2 en reglerimpuls för överföring av bäddmaterial från den ena brännkammaren till den andra genom att öppna endera luftventilen 98 eller 100 så att en materialtransport erhålles. I en viss mindre anläggning kan vid maxlast den övre bäddens ZH höjd vara ~ 300 mm och den nedre bäddens 20 höjd vara ca 700 mm. Vid minimilast kan motsvarande värden vara 650 mm resp 350 mm.

Den undre bäddens temperatur hålles som nämnts ungefär konstant. Den övre bäddens temperatur kommer emellertid att variera något vid ändring av last och sjunka med minskande last på grund av att förbränningsgaserna som läm- nar bädden 20 kyler de frilagda tubskikten. I bäddmassan i den övre bädden finnes ej någon kylande tubsats. Den kommer därför att ständigt hålla en temperatur som är nästan lika hög som i den undre bädden. Vid lastökning kan man då snabbt överföra bäddmassa från den övre till den undre bädden utan att förbränningen störes genom temperatursänkning i den undre bädden.

Snabb effektökning kan därför uppnås.

En stor mängd material lämnar bäddarna 20, ZH med rökgaserna. Nytt mate- rial tillföres i form av bränsle och svavelabsorbent. Tillförseln kan över- stiga borttransporten med rökgaserna så att bäddarnas höjder ökar. Tryck- fallet över bäddarna är i allt väsentligt proportionellt mot bäddmassan i fluidiserat tillstånd. De av differentialtryckgivarna uppmätta tryckfallen är således ett mått på bäddhöjderna. Avtappning av överflödig bäddmassa regleras så att den sammanlagda mängden bäddmassa, dvs den sammanlagda bäddhöjden, hålles i huvudsak konstant.

För fluidisering av bäddarna 20 och ZÄ fordras ett visst minsta luftflöde.

Detta innebär speciella problem vid låglastdrift. Dessa problem kommer att förklaras med hänvisning till figurerna U och 5. Som framgår av kurvan i fig H ökar tryckfallet Ap med ökande luftflöde och når ett konstant värde vid punkten A. Punkten B representerar luftflödet vid full effekt. Fig 5

Claims (10)

451 092 visar i kurva 1, den heldragna kurvan, erforderligt luftflöde för förbrän- ningen. Detta stiger lineärt med effekten. Samma figur visar i kurva 2, den streckade linjen, erforderligt minimumluftflöde för fluidisering. Detta är konstant. Detta betyder att luftflödet i det övre effektområdet kan väljas med hänsyn till luftbehovet för förbränningen under det att i det nedre effektområdet luftflödet måste väljas m h t fluidiseringen. I det nedre lastomrâdet innebär erforderligt luftflöde att man måste arbeta med ett med fallande effekt ökat luftöverskott eller att man måste driva brännkammaren intermittent. Punkterna A i diagrammen kan ligga vid ca 50 % effekt. Punkterna B representerar full effekt. PATENTKRAV

1. Pannanläggning med en flerbädds brännkammare (10) med ett första undre brännkammarrum (18) med en första undre fluidiserbar bädd (26) och med en tubsats (3U), ett andra övre brännkammarrum (22) med en andra övre fluidiser- bar bädd (2H), en luftfördelningskammare (16) under den första bädden (20), munstycken (28) i den första bäddens (20) botten (12) för överföring av förbränningsluft från luftfördelningskammaren (16) till det första bränn- kammarrummet (18) och munstycken i det andra brännkammarrummets (22) botten (1Ä) för överföring av förbränningsgaser från det första brännkammarrummet (18) till det andra brännkammarrummet (22), k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller en eller flera transportanordningar (68, 70) för över- föring av en kontrollerbar mängd bäddmassa från det övre brännkammarrummet (22) till det undre brännkammarrummet (18) och omvänt, mätorgan (33) för mätning av från anläggningen uttagen effekt och reglerorgan (156) för reg- lering av bäddhöjden i det undre brännkammarrummet i beroende av aktuellt effektuttag genom överföring av bäddmaterial från den ena brännkammaren till den andra.

2. Pannanläggning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att en och samma typ av transportanordning (68, 70) ombesörjer transport i båda riktningarna.

3. Pannanläggning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller flera parallellt arbetande transportanordningar (68, 70). 451 092

4. H. Pannanläggning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller mätorgan (126, 128) för bestämning av den undre och den övre bäddens (20, Zü) höjd, en signalbehandlingsanordning, i vilken bädd-V höjdernas ärvärden jämföras med börvärden för aktuell från anläggningen uttagen effekt, och reglerdon (156) för reglering av transporten av bädd- material i transportanordningarna för överföring av bäddmaterial från den ena bädden till den andra.

5. Pannanläggning enligt patentkrav H, k ä n n e t e c k n a d därav, att mätorgan (126, 128) för bäddhöjderna utgöres av differentialtryckgivare som är anslutna till brännkammarrummens (18, 22) nedre del respektive till fribordet (32, NO) ovanför bäddarna.

6. Pannanläggning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller i den undre bädden (20) placerade temperaturgivare, som är anslutna till signalbehandlingsanläggningen där temperaturens ärvärde jämföres med ett börvärde.

7. Sätt att reglera en pannanläggning med en flerbäddsbrännkammare (10) med ett första undre brännkammarrum (18) med en första fluidiserbar bädd (20) och med en tubsats (3H), ett andra övre brännkammarrum (22) med en andra övre fluidiserbar bädd (ZN), en luftfördelningskammare (16) under den första bädden (20), munstycken (28) i den första bäddens (20) botten (12) för överföring av förbränningsluft från luftfördelningskammaren (16) till det första brännkammarrummet (18) och munstycken i det andra bränn- kammarrummets (22) botten (14) för överföring av förbränningsgaser från det första brännkammarrummet (18) till det andra brännkammarrummet (22), k ä nyn e t e c k n a t därav, att temperaturen vid varje driftförhåll- ande hålles mellan en övre och en undre för förbränningen lämplig tempe- ratur genom att anpassa bäddhöjden i det undre brännkammarrummet (18) till uttagen panneffekt genom att överföra bäddmaterial från den ena bädden till den andra, så att kyleffekten hos den i undre bädden (20) befintliga delen av tubsatsen (34) anpassas till effekttillförseln till bädden.

8. Sätt enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att summa bäddmassa i bäddarna (20, 23) hålles i huvudsakkkonstant oberoende av effektuttag från anläggningen. r 451 092 10

9. Sätt enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n-a t därav, att bädd- höjderna mätes genom mätning av tryckfallet över bäddarna.

10. Sätt enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a ty därav, att mät- sígnaler från mätorgan (33, 138, 126, 128) för mätning av uttagen pann- effekt, temperatur i den första bädden och bäddhöjder tillföres en signal- behandlingsutrustning som jämför ärvärden för temperatur och bäddhöjder med börvärden för aktuellt effektuttag och överföring av bäddmateríal från den ena bädden till den andra.