SE457013B - Foerbraenningssystem med fluidiserad baedd - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 40 457 015 2 med luftejektor, erfordrar föreliggande reinjektionssystem ungefär två tio-potenser mindre effekt än ejektorerna och de lägre hastigheterna i hela systemet undanröjer praktikst taget helt nötningeproblemet. Dessutom reglerar föreliggande system sig självt under drift.

Utföringsexempel av uppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar, pa vilka fig, 1 är en schematiek snittvy över en utföringsform av föreliggande uppfinning, vilken utnyttjar ventilationsgas för reinjektion i tätt fastillstånd; fig, 2 en schematisk snittvy över en alter- nativ utföringsform av föreliggande uppfinning, vilken utnytt- jar pneumatiskt transporterad luft för reinjektion i förtunnat eller utspätt fastillständ; §¿g*_§ i större skala en snittvy längs linjen 3-3' i fig. 1, visande en utföringsform av recir- kulationsbäddens kammare med luftspridarmunstycken belägna i kammarens undre parti; fig, 4 en graf visande den allmänt användbara recirkulationshastigheten som funktion av en pann- belastning från 501 till 100%; och fíg, 5 är en graf visande variationen i recirkulationsbäddens höjd som funktion av pannbelastningen under användning av den i fig. 2 visade utföringsformen med pneumatisk transport.

Med särskilt hänvisning till fig. 1 och 2 på ritningarna betecknas allmänt med 10 en förbrânningsenhet för en atmosfä- risk fluidiserad bädd vid en pilotanläggning vald för att visa principerna hos uppfinningen. Tillämpningen av principerna hos uppfinningen för kommersiella förbränningssystem (t.ex. en panna eller ànggenerator eller liknande typ av anordning) anses vara en del av uppfinningen och skulle vara rutinmässig för en ordinär fackman som tilldelas denna beskrivning.

Brännaren 10 har en frontvägg 12, en bakvägg 14 och två ej visade sidoväggar. Varje vägg är beklädd med eldfast mate- rial, varvid det underförstàs att ett kommersiellt förbrän- ningssystem införlivat med uppfinningen skulle uppvisa organ för vattenuppvärmning eller àngalstring, såsom en vägg inne- slutande vatten, i stället för det eldfasta materialet. En fluidiserad bädd av partikelmaterial, vilken hålls vid ungefär atmosfärstryck, är allmänt framställd med hänvisningstalet 16.

Bädden 16 är anordnad inuti en förbränningskammare 18 och uppbärs av en perforerad luftfördelningsplatta 20 som sträcker sig horisontellt i enhetens undre parti. Bädden 16 kan bestå 10 15 20 25 30 35- 40 3 457 015 av diskreta partiklar av bränslematerial, en adsorbent (t.ex. partiklar av kalksten eller dolomit) för uppfangande av svaveloxider (S0x) vilka frigöres under bränslematerialets förbränning, och recirkulerade fina partiklar (carryover) vilka till stor del består av fragment av oförbränt bränsle- material och adsoprtionsmaterial.

En luftkammare 22 är anordnad omedelbart under plattan 20 och ett luftinlopp 24 är anordnat genom bakväggen i för- bindelse med kammaren 22. Luft för bränslets förbränning och för fluidisering av bädden 15 tillhandahållas till kammaren 22 från en ej visad fläkt med forcerat drag via luftinloppet 24.

Ett ovanför bädden beläget rör 26 för brânsletillförsel är anordnat i förbindelse med en tillförselöppning 28 i bak- väggen 14. Tillförselröret 26 mottager kol i partikelform från ett yttre förråd och är anordnat att inmata kolpartiklarna genom tillförselöppningen 28 in i bädden 16 på ett konventio- nellt sätt, exempelvis genom pnaumatisk transport. Mängden till bädden 16 tillfört bränsle regleras genom en ej visad flödesventil som lämpligen är monterad i tillförselröret. Det underförstás att ett flertal tillföreelrör kan vara anordnade vid en eller flera av frontväggen 12, bakväggen 14 och sido- väggarna. Valbart kan ett flertaf av i bädden belägna inmat- ningsorgan vara anordnade i närheten av de ovanför bädden anordnade inmatningsorganen. Ett ej visat avtappningsrör är anordnat genom plattan 20 i förbindelse med bädden 16 för bortförsel av förbrukat brânslematerial, primärt i form av fràn bädden.

Det underförstås att en eller flera konventionella i aska, bädden belägna ej visade kylelingor normalt skulle vara anord- nade i bädden 16 och skulle sträcka sig in i bädden genom en av väggarna. Vatten eller annan fluid genomströmmar slingorna för sänkning av bäddens temperatur och för tillförsel av värme till vattnet.

Efter att ha passerat genom den fluidiserade bädden 16 strömmar den upphettade luften uppat såsom förbränningsgaser 30 in i en kanal 32, där de heta gaserna strömmar förbi och bringas värmeväxla med en gaskylningsslinga 34, vilken även innehåller vatten eller annan fluid. Förbränningsgaserna 30 för med sig fina partiklar (carryover), vilka huvudsakligen består av fragment av oförbränt brånslematerial och adsorp- 10 15 20 25 30 35 40 457 015 4 tionsmaterial.

Efter passage genom kanalen 32 riktas förbränninge- gaserna 30 till en dammsamlare 36 av cyklontyp, vilken delvis avlägsnar de fina partiklarna 31 från gaserna. De från partik- larna sålunda frigjorda gaserna 30 passerar sedan, via kanalen 40, genom en gaskylande slinga 42 och en gaskylande slinga 44 (valfri) under värmeväxling. Gasarna överföres sedan till en ej visad filterkammare, där de ytterligare filtreras och renas. Gaserna dras genom filterkammaren genom en ej visad fläkt med inducerat drag, vilken även tjänstgör till att driva ut de rena gaserna under avgasskorstenen.

De i cyklonen 36 uppsamlade fine partiklarna 38 passerar nedåt genom cyklonbenet 46 in i en reinjektionskammare 48, där de fina partiklarna 38 bildar en fluidiserad bädd 50. Bädden 50 fluidiseras av verkan fran i kammaren 48 uppat insprutad luft genom spridarrör 52, vilka visas i större detalj i fig. 3. I stället för spridarrören kan alternativt användas en perforerad luftfördelningsplatta.

Som visas i fig 3, inträder den fluidiserande luften i ett samlingsrör 54, vilket försörjer de màngfaldiga spridar- rören 52 vilka är placerade horisontellt i reinjektionskam- marens 48 undre parti. Spridarrören S2 har pà avstånd anordnade hal i deras övre sida, vilka riktar den fluidise- rande luften uppåt i kamaren 48, varigenom de fina partiklarna 38 fluidiseras. Konstruktionen av en perforerad platta eller ett spridarrörssystem för fluidisering grundar sig primärt på förutsättningen att tryckfallet över den perforerade plattan eller spridarrören skall vara åtminstone 30% av bäddens mot- tryok. Under antagande av att förbränningsbädden och reinjek- tionsbâddens luftfördelande galler eller platta befinner sig på samma nivå, är reinjektionsbäddens balanshöjd den höjd, vilken, när båda bäddarna är statiska, tillhandahåller samma tryck som förbränningsbädden.

Den fluidiserande luften 56 tillhandahàlles genom ren gas 60 från dragflaktens utlopp och även genom luft från en liten extra fläkt och motor 62. Under startförloppet kan omgivande luft inträda genom ventilen 64 för undvikande av att stora mängder vattenånga tillföres till den kalla bädden 50 genom gasen 60 från dragfläkten. Den fluidiserande luften 58 överförs från fläkten 62 till samlingsröret 64, där luften 10 15 20 25 30 35 40 5 457 013 sedan inträder i spridarrören 52. Ventilationeluftledningen 66 försörjes likaså från samlingsröret 54 och är förenad med dettas botten.

De fina partiklarna 38 överförs nedåt och sedan ut ur kammaren 48 genom det i dennas botten belägna avloppet 58. En eller flera reinjektionsledningar 70 överför de fina partik- larna från avloppet 68 till den fluidiserade förbrânningsbäd- den 16. Varje reinjektionsledning 70 är anordnad med en inställbar öppning 72, vilken kan inställas för balansering av de fina partiklarnas flöde genom varje ledning genom utjämning av mottrycket i ledningen. I detta utförande strömmar de fina partiklarna 38 i en tät fas genom varje reinjektionsledning.

Partiklarna halla i ett fluidiserat tillstånd genom venti- leringsgas som inmatae till varje reinjektionsledning 70 vid flera punkter via ventilationsuttag 74. Flödet av ventila- tionsgasen i ledningen 66 regleras medelst en manuell nav- ventil 75.

Partikelflödet genom reinjektionsledningarna 70 till- handahalles med hjälp av differenestrycket mellan reinjek- tionsbädden 50 och förbränningsbädden 16. Gashastigheten kommer att vara ungefär dubbelt så stor som partikelhastighe~ ten. Vid ett partikelflöde om 4535 kg/h vid 455 kg/m3 genom tre 2" (innerdiam.) reinjektionsledningar (0,0060 mzï. är partikelhastigheten 0,46 m/s. Behovet av ventilationsgas är sålunda 0,34 m3/min.

För att bidra till inmatningen av de fina partiklarna i den fluidiserande förbränningabädden 16 genom reinjektionsmun- styckena 78, är varje reinjektionsledning 70 även försedd med ett utspädningsinlopp 76 för luft, vilket injekterar extra transportluft i det parti av ledningarna där de fasta partik- larna strömmar uppåt mot förbränningsbädden. Luften tages direkt från kammaren 22. Fran denna injektionspunkt och framåt kommer en pneumatisk transport att äga rum. De fina partik- larna passerar ut genom det T-formade reinjektionsmunstycket 78 in i den fluidiserade bädden 16, där de utsätts för ytter- ligare reaktioner.

'Det i fig 1 visade utförandet är lämpligt för installa- tioner hos vilka avstàndet mellan dammsamlaren och brännaren medger transport under ett tätt fastillstånd. Överföring av partiklar i tätt tillstànd ar praktiskt om avståndet mellan 10 15 20 25 30 35 40 457 013 6 recirkulationskammaren 48 och förbränningsbädden 16 är till- räckligt litet för att medge att reinjektionsledningarna 70 kan utbildas i en jämn krök i form av ett "U".

I det fall avståndet mellan recirkulationskammaren 48 och förbränningsbädden 16 år alltför stort för partikeltran- sport vid tätt fastillstand, utnyttjas det i fig 2 visade utförandet för pncumatisk överföring av fasta partiklar. För pneumatisk transport i horisontella banor, måste gaehastigheten genom reinjektionsledningarna vara större än saltationshastigheten när alla fasta partiklar stabilt medbringas i gasen. Denna gas kommer normalt att vara luft.

Till följd av de fasta partiklarnas korta uppehàllstid och temperatursänkningen, föreligger ej nagra problem till följd av förbränning.

Utföringsformen enligt fig 2 liknar den i fig 1 och lika delar har därför tilldelats lika hänvisningstal. I utförings- formen enligt fig 23 inträder den fluidiserande luften 58 i samlingsröret 54, vilket är förbundet med spridarrören 52 och med gasledningen 80 för den pneumatiska transporten. En re- injektonsledning 82 är insatt inuti den pneumatiska transport- ledningen 80 för bildande av en pneumatisk upptagningspunkt 84. De fina partiklarna 38 förflyttas horisontellt inuti transportledningen 80 i utspädd fas och injekteras direkt i den fluidiserade bädden 16, såsom visas i fig 2. Alternativt kan i denna utföríngsform användas reinjektionsmunstycken liknande de som visas i fig 1. I detta fall kommer den pneuma- tiska transportledningen 80 att inträda vertikalt in i den fluidiserade bädden 15.

I fig 4 visas den allmänt användbara recirkulations- hastigheten för de fasta partiklarna, som funktion av en pannbelastning från 50% till 100%. Denna kurva bestämdes under antagande att nedställningen uppnàddes utan segmentering eller sättning hos bädden, så att det föreligger en ökning hos andelen partiklar av den storlek som påverkar cyklonens verk- ningsgrad under recirkulationen när fluidiseringshastigheten minskas. En minskning av cyklonens verkningsgrad med en minsk- ning i fluidiseringshastigheten konstaterades även för att ta i betraktande den minskning i dragförlust över cyklonen som medföljer en minskning i fluidiseringshastighet. I det exem- plifieraaa fallet, eldades ett bränsle med stol-s asxinnehall i 10 15 20 25 30 7 457 013 en utgangeenhet om 50 MM BTU/h, varvid 100% recirkulation motsvaras av 4611 kg/h, vilket är ungefär dubbel normal hastighet.

Pig 5 visar den med det pneumatiska transportarrange- manget enligt fig 2 uppträdande variationen i recirkulations- bäddens höjd som funktion av pannbelastningen. I fig 5 antogs att recirkulationsbäddens höjd ej är större än ca 3 m (10 ft) vid de fasta partiklarnas maximala recirkulationshastighet.

Det antogs vidare att den fluidiserade reoirkulationsbäddene densitet är 455 kg/m3 och att bäddens mottryck är 13,6 kPa.

Som antyds ovan innebär föreliggande recirkulations- system för fluidiserade fasta partiklar en förbättring gente- mot det luftseparerande system som överför fasta partiklar genom att dessa drages från en uppsamlingsbehallare i en cyklon, men erfordrar en relativt stor luftvolym vid ett högt tryck. Exempelvis kommer en enda luftseparetor att erfordra 9,29 m3/min luft vid 124 kPa för transport av fasta partikalr vid 0,046 ma/min. För ett flöde av fasta partiklar om 4536 kg/h med en densitet om 641 kg/m3 kommer att erfordras nio separatorer. En luftkompressor som tillhandahåller 83,6 m3/min vid 124 kPa kommer att erfordra omkring 56 kW vid 68% kompres- sorverkningegrad. Följande tabell baserad på ett recirkula- tionsflöde om 4536 kg/h, kommer att vara till hjälp vid jäm- förelse av det fluidiserade reinjektionssystmet enligt före- liggande uppfinning med separatorsystemet.

Fluidiserande Antal Gasfläde Tryck (kFa) Erforderlig recirkulation ledningar (m3/min) effekt (kw) 16,4 15,2 1,51 Separator 9 83,6 124 56

Claims (2)

10 15 20 25 30 35- 40 457 013 8 PATENTKRAV

1. Förbränningssystem med fluidieerad bädd, innefattande en förbränningskammare (10); organ (20) i föarbränningskammaren uppbärande en första bädd (16) av partikelformigt material inklusive bränslemate- rial; organ (24) för att tillhandahålla och tillföra luft till bädden, för fluidieering av det partikelformiga materialet och för att befrämja bränelematerialets förbränning; organ (26, 28) föar att tillföra bränsle till bädden av partikelformigt material; separationsorgan (36, 40) kommunicerande med förbrän- ningskammaren för att avskilja förbränningsfaserna fran de fina partiklarna; organ (46, 48, 68) kommunicerande med separationsorganen för upptagning av de fina partiklarna fran eeparationsorganen och för uppbärande av en andra bädd (50) för de fina partik- larna; och organ (52, 54, 62) för att tillhandahålla och tillföra luft till den andra bädden, för fluidisering av de fina partiklarna; k ä n n e t e c k n a t av en företa ledning (70) för att med hjälp av tyngdkraften transportera de fina partiklarna i fluidiserat tillstànd fràn den andra bädden (50) för de fina partiklarna, varvid den företa ledningen (70) sträcker eig fran den andra bädden (50) till den första bädden (16) samt uppvisar ett flertal ventila- tionsöppningar (74) utefter dess längd, varvid den andra bâdden (50) har ett differenetryok relativt den företa bädden, som är tillräckligt för kompensation av förlusterna i den första ledningen (70); en andra ledning (66) för att transportera gas under tryck in i ventilationaöppningarna (74), varigenom de fina partiklarna transporteras genom den första ledningen (70) i ett tätt, fluidiserat faatillstand; och organ (76, 78) för injektering av de fina partiklarna från den företa ledningen (70) och in i den företa bädden (16).

2. Förbränningeaystem enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t av en ovanför förbränningekammaren (i0) belägen n 9 457 013 kanal (32), vilken kommunicerar med förbränningakammaren för upptagning av förbränningsgaser som medbringar de finn partik- larna och vilken transporterar dessa till separationsorganen (36, 40).