SE454724B - Sett att forbettra ett partikulert brensles transportegenskaper i en forbrenningsanleggning samt anleggning for genomforande av settet - Google Patents

Description

454 724 anläggningens verkningsgrad. Användningen av lågvärdig värmeenergi, dvs torkning vid låg temperatur, medför att torkanläggningen kan få stora di- mensioner och därför blir dyrbar. Vid torkning av kol med hög halt av lätt- flyktiga beståndsdelar innebär torkningen att en del av dessa flyktiga, brännbara beståndsdelar avgår tillsammans med fukten när denna förångas.

Kolets värmevârde minskar. Avgången av flyktiga beståndsdelar stiger med stigande torktemperatur, varför låg torktemperatur är önskvärd med hänsyn till den härav uppkommande energíförlusten genom avgående flyktiga bestånds- delar.

Genom den tyska patentskriften 292 541 är det känt att torka ett fuktigt bränsle genom att blanda det med bränd kalk (osläckt kalk), Ca0, som ge- nom exoterm reaktion med vatten i bränslet bildar Ca(0H)2 och genom värme- utvecklingen även förångar vatten.

Den tyska patentskríften OS 2 9UB 893 beskriver ett sätt att förbättra egenskaper hos pellets framställda av pulveriserat kol. Genom tillsats av exempelvis bränd kalk, Ca0, förbättras pressade pellets egenskaper så att fuktupptagning och ogynnsam svällning under lagring och utnyttjning minskar. se UPPFINNINGEN Som svavelabsorbent i fluidíserade bäddar användes ett kalciummaterial, vanligen dolomit eller kalksten. Dolomit är gynnsammare ur absorptions- synpunkt än kalksten och föredrages där tillgång finnes framför kalksten trots att halten kalcium i denna är högre än i dolomit.

Bäddmaterialet är kornformigt. Kornstorleken är hos färskt bäddmaterial i regel under 5 mm. Vid förbränning av svavelhaltigt kol reagerar svavlet med bäddmaterial och på kornens yta bildas ett skikt kalciumsulfat, gips (CaSOu) Allteftersom skiktets tjocklek tilltar minskar absorptionsför- mågan. Av denna anledning uttages bäddmaterial, krossas och återföres till bädden, där åtminstone en del av det för absorption outnyttjade bäddmate- rialet kan komma i nära kontakt med svavel och utnyttjas. I vilken utsträck- ning detta krossade, finkorniga bäddmaterial absorberar svavel beror på vil- ken tid den är i kontakt med förbränningsgaser, dvs uppehâllstiden i bäd- den innan den blåser bort från bädden tillsammans med förbränningsgaserna. 454 724 En anläggning för âterföring av krossat bäddmaterial till brännkammaren separat eller tillsammans med krossat kol, beskrives i svensk patent- ansökan 8101110-8.

Vid Uttagning av bäddmaterial kalcineras den oförbrukade delen i större eller mindre grad, dvs osläckt kalk erhålles CaCO3 ~ CaO + C02 Kalcineringen kan styras så att önskad kalcineringsgrad erhålles genom val av temperatur och atmosfär i en zon i en utmatningsanordning. Om bäddmaterialet vid uttagningen passerar en zon med låg C02-halt vid en temperatur av 700 å B00 OC eller däröver kan man uppnå att större delen kalcineras. Hur ut- matníngsanordningen är utförd och hur kylningen utföres bestämmer kalcine- ringsgraden. Vid denna sönderdelníng åtgår värme, cirka 65 kJ/mol. Sönder- delningen innebär således en värmeförlust. En enkel utmatningsanordning med kylning av bäddmaterialet med förbränningsluft som passerar bäddmaterialet och strömmar till bädden ger hög kalcineringsgrad och således hög värmeförbruk- ning. Bäddmaterialet som måste deponeras måste släckas.Kalcineringen betyder således en värmeförlust vid deponering av bäddmaterial.

Enligt uppfinningen utnyttjas kalcinerat eller delvis kalcinerat bäddmaterial, dvs bäddmaterial som innehåller oslâckt kalk, CaO, som torkmedel för fuktigt bränsle. Bränsle och bäddmaterial blandas t ex i en roterande torktrumma, som även kan tillföras torkgas. Antingen kan bäddmaterialet krossas eller malas och blandas med krossat eller malet bränsle eller kan okrossat bäddmaterial blandas med styckeformat bränsle och bäddmaterial och bränsle krossas eller malas tillsammans. Blandningen av bäddmaterial och bränsle inmatas till- sammans i brännkammarens fluidiserade bädd med en pneumatisk transportanord- ning. Lämpligen är bäddmaterialet finkrossat så att 90 % har en kornstor- lek mindre än 0,1 mm. CaO, som är mycket reaktivt relativt vatten, kommer att vid kontakt med kolkorn binda den lättåtkomliga ytfukten under bild~ ning av Ca(OH)2. För god kontakt mellan kolkorn och CaO är det av vikt- att bäddmassan är finkrossad eller mald och att blandningen sker omsorgs- fullt. Oförbrukad absorbent absorberar svavel tillsammans med aska och avskiljes tillsammans med denna i gasrenare, vanligen av cyklontyp. 454 724 Vid blandningen binds en del av fukten kemiskt, varvid värme frigöres och den vid kalcineringen förbrukade värmeenergin återvinnes. Genom värme- utvecklingen förångas även en del fukt. Genom att låta rökgaser strömma genom torkcylindern kan avgående fukt avlägsnas och ytterligare torknings- energi tillföras.

Torkningen kan utföras vid relativt låg temperatur. Detta medför ringa avgång av lättflyktiga beståndsdelar. Fullständig genomtorkning är ej nödvändig. Det är i första hand ytfukten man bör avlägsna för att bräns- let skall få lämpliga transportegenskaper. Man får intim kontakt mellan kolkorn och absorbent. När bränslet inmatats i bädden sönderdelas åter Ca(0H)2 vid cirka 600 OC, varvid CaO i kontakt med kolkorn är redo att absorbera svavel. Den intima bindningen till kolkornen fördröjer bort- blâsning av den finkorniga absorbenten och medför mycket god utnyttjning av denna.

Sättet är särskilt fördelaktigt då man i brist på dolomit eller med hän- syn till kostnad mâste använda kalksten som bäddmâtefíal- Föfufiflm Enklare anordningar för utmatning av bäddmaterial vinnes enklare och mindre tork- anläggning.

En förbränningsanläggning enligt uppfinningen innefattar en brännkammare, vanligen innesluten i ett tryckkärl, med anordningar för uttagning av bädd- material. Vidare en blandare där bränsle och det uttagna bäddmaterialet blan- das. I anläggningen kan antingen finnas en kross eller kvarn för bränsle och en annan kross eller kvarn för bäddmateríal och en blandnings- och torkanlägg- ning för det krossade materialet.

FIGURER Uppfinningen beskrives närmare under hänvisning till bifogade figurer.

Fig 1 och 2_visar schematiskt två alternativa utföranden av en PFBC-kraft- anläggning där uppfinningen tillämpas. __ FIGURBESKRIVNING I figurerna betecknar 1 ett tryokkärl med en brännkammare 2 och en renings- .anläggning för förbränningsgaser bestående av ett antal grupper seriekopp- lade cykloner 3, H, 5. Cyklonerna 3, H, 5 är vid sin botten anslutna till 454 724 en askutmatare 6 och icke visad uppsamlingsbehållare för avskilt stoft.

Rummet 7 står under tryck och matas med förbränningsluft från en anlägg- -ning 8 med ett antal gasturbindrivna kompressorer samt en gasturbindriven generator. Drivgas tillföras anläggningens 8 turbiner från reningsanlägg- ningens cykloner 5 via ledningen 9. Förbränningsluft tillföres rummet 7 i tryckkärlet 1 via ledningarna 10 och 11.

I brännkammarens 2 nedre del finnes en fluidiserad bädd 12 och över denna ett fribord 13 för förbränningsgaserna. I brännkammaren 2 finnes ett antal parallella luftfördelningskammare 1U med munstycken 15, genom vilka luft för fluidiseríng av bädden 12 och förbränning av till bädden 12 tíllfört bränsle tillföras. Mellan kamrarna IU finnes spalter 16, genom vilka bädd- material kan passera ner till rummet 17 i brännkammarens nedersta del. I denna del finnes öppningar 18, genom vilka kylluft från rummet 7 kan till- föras rummet 17 för kylning av bäddmaterial som efter kylningen uttages via ledningen 20 och slussventilen 21.

Från en behållare 22 inmatas en blandning av torkat bränsle och det för torkningen använda bäddmaterialet ínmatas pneumatiskt i den fluidiserade bädden 12 via slussventilen 23 och ledningen 2U. Transportgas av erfor- derligt tryck erhålles från en kompressor 25. Från en bäddmaterialbehållare 30 inmatas färskt bäddmaterial pneumatiskt via slussventilen 31 och ledningen 32. Transportgas av erforderligt tryck erhålles från en kompressor 33.

Bäddmaterial uttages från brännkammaren 2 via ledningen 20 och sluss- ventilen 21. En del av detta bäddmaterial kan via ledningen UO transpor- teras till en icke visad deponeringsbehållare.

I utförandet enligt fig 1 transporteras bäddmaterial genom ledningen H1 till behållaren 42, males i kvarnen ÄB och transporteras genom ledningen UU till blandnings- och torktrumman H5. Bränsle från behållaren 50 males i kvarnen 51 och transporteras i ledningen 52 till blandnings- och tork- trumman H5. Från trumman H5 överföras materialet till behållaren 22.

Bränslet bör krossas eller malas till en kornstorlek understigande 5 mm? För bästa torkningsresultat finmales lämpligen bäddmaterialet så att 90 % har en kornstorlek mindre än 0,1 mm.

Torkningen åstadkommas delvis genom att kalciumoxid absorberar vatten en- ligt CaO + H O ~ Ca(OH) + 65 kJ/mol och delvis genom att den vid denna 2 2 454 724 reaktion utvecklade värmen förângar fukt 1 kolet. Man kan tillföra trumman H5 ytterligare torkvärme genom att utnyttja avgaser från turbinen i anlägg- ningen 8. Dessa avgaser från anläggningen föres genom ledningen 53 till en luftförvärmare 5U och därifrån genom ledningen 55 till trumman H5, där av- gaserna avlägsnar dels genom den kemiska exoterma reaktionen förângad fukt och dels genom den ytterligare värmetillförseln förångad fukt. Från tork- trumman ledes gaserna via ledningen 56 till skorstenen 57.

I utförandet enligt fig 2 uttages bäddmaterial från rummet 17 via en utmat- ningsdysa 105 och en kyld trycksänkande utmatningsanordning 106 av samma typ som askutmataren 6. Bäddmaterialutmataren 106 och askutmataren 6 är anord- nade i en gemensam luftkanal 120, genom vilken förbränningsluften ledes och härifrån vidare genom ledningar 121 till luftfördelningskamrarna IU med luftmunstyckena 15. Från utmatningsanordningen 106 ledes bäddmaterial genom ledningen 122 med ventilen 102 till behållaren H2 alternativt vidare genom ledningen 123 med ventilen 12Ä till en icke vidad uppsamlingsbehål- lare. Genom ledningen 125 med ventilen 101 kan dysan 105 tillföras tryck- luft från rummet 7 i och för reglering av bäddmaterialflödet. Bäddmaterial- flödet minskar genom lufttillförsel till dysan 105 och kan avbrytas helt.

Ventilerna 101 och 102 stänges när uttag av bäddmaterial skall avbrytas.

Rummet 17 övergår i en utmatningsdel 112 med inloppsöppningar 111, genom vilka kylluft från rummet 7 tillföres. Denna utmatningsdel är ansluten till en lock-hopperbehållare 109 för slaggklumpar via en ventil 108. Denna be- hållare 109 kan trycksättas med luft från rummet 7 i behållaren 1 via led- ningen 127 med ventilen 103, och avlastas via ventilen 10H. Behållaren 109 kan tömmas via ventilen 107.

Kylluften som tillföras rummet 17 i den kylda bottendelen i brännkammaren, markerad med pilar 110, ger i en zon med en temperatur av 700-800 OC en atmosfär med låg CO -halt så att gynnsamma förutsättningar för kalcinering erhålles. Fullständig eller nära fullständig kalcinering kan uppnås. Kyl- luften som tillföras utmatningsdelen 112 har till uppgift att kyla slagg- klumpar ochseparera dessa från bäddmaterial. Luft tillföres lämpliger1¶T sådan mängd att en fluidiserad bädd med en fluidiseríngshastighet på 5-10 m/s erhålles i utmatningsdelen 112. Erforderlig luftmängd utgör endast någon procent av hela det totala till brännkammaren tillförda luftflödet.

Slaggklumpar med sådan storlek att de icke lämpligen kan matas ut genom utmatningsanordningen 106 koncentreras i utmatningsdelen 112 och uttages via lock-hoppern 109. n.

Claims (12)

454 724 Dysan 105 kan placeras på olika ställen inom brännkammaren, även ovanför den fluidiserande bottnen med munstyckena 15. Genom lufttillförseln till dysan 105 kan C02-koncentrationen regleras så att kalcineringsbetingelserna blir gynnsamma och önskad kalcineringsgrad uppnås 1 samband med utmatningen. I utmatningsanordningen 106 erhålles genom friktion och uppbromsningen vid omlänkningen mellan de olika ingående rördelarna en viss nedmalningseffekt. Denna kan förstärkas genom olika konstruktiva utformningar. T ex kan i ut- matningsanordningen 106 anordnas hårda material mot vilka bäddmaterial slås sönder. Avgaserna från gasturbinerna i anläggningen B kan alternativt utnyttjas -för uppvärmning av matarvatten i en i en PFBC-anläggning ingående ångdel. PATENTKRAV

1. Sätt att förbättra ett partikulärt bränsles transportegenskaper i en förbränningsanläggning med förbränning i en brännkammare (2) med en fluidi- serad bädd (12), främst en PFBC-anläggning, med ett kalciumhaltigt, parti- kulärt bäddmaterial, k ä n n e t e c k n a t därav, att bäddmaterial kaloineras helt eller delvis i en anordning (17) *ör uttag- ning av bäddmaterial från brännkammaren'(12), att det kalcinerade bäddmaterialet (Ca0-haltigt bäddmaterial) blandas med partikulärt bränsle så att kalciumoxid (CaO) i bäddmaterialet bringas i kontakt med bränslet och reagerar med fuktighet på bränslepartiklarnas yta så att ytan torkas och att blandningen av torkat bränsle och bäddmaterial via ett pneumatiskt transportsystem (ZH) tillföras brännkammaren (12). , __

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att bäddmate- rialet vid uttagningen passerar en zon med låg C02-halt.

3. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att temoe- raturen i zonen med låg C02-halt ligger mellan 700 OC och 800 °C. 454 724

4. H. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att uttag- ningsanordningen (17) för bäddmaterial innefattar anordningar (18) för in- föring av luft i uttagningsanordningen (17) för kylning av bäddmaterialet.

5. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att krossat kol blandas med bäddmaterial i en roterande blandare (H5) som genomströmmas av en torkgas.

6. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att bädd- materialet krossas eller males så att det till minst 90 % har en kornstor- lek mindre än 100 lum.

7. Sätt enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att av- gaser från förbränningsanläggningen utnyttjas som torkgas.

8. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att bädd- , material och kol blandas och krossas eller males tillsammans 1 en gemensam kvarn (51).

9. Förbränningsanläggning med förbränning av ett partikulärt bränsle i 5 en brännkammare (2) med en fluidiserad bädd (12), främst en PFBC-anlägg- ning, med en bädd innehållande ett partikulärt kalciumhaltigt bäddmate- rial, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en uttagnings- anordning (17) för uttag av bäddmaterial, en anordning (18) för att till- föra uttagningsanordningen (17) luft för kylning av bäddmaterialet och för skapande av gynnsamma betingelser för kalcinering (bildning av Ca0), en kvarn (H3) för krossning av uttaget, helt eller delvis kalcinerat bäddmate- rial, en blandningsanordning (US) för blandning av bränsle och bäddmaterial och en pneumatisk transportanordning (EU, 25) för ínmatníng av blandningen av bränsle och krossat bäddmaterial i den fluidiserade bädden.

10. Förbränningsanläggning enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller anordningar_(53, 55) för att tillföra blandnings- anordningen (H5) torkgas.

11. Förbränningsanläggning enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en anordning (ÅS) för blandning av krossat bränsle och krossat bäddmaterial.

12. Förbränningsanläggning enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a d därav, att torkanordningen innefattar en lutande, roterande trumma (45) som tillföres kol, bäddmaterial och torkgas.