SE508405C2

SE508405C2 - Transport system for particulate matter and use of such a transport system for transporting ash in a power plant

Info

Publication number: SE508405C2
Application number: SE9603650A
Authority: SE
Inventors: Roine Braennstroem; Ingvar Hultmark
Original assignee: Abb Carbon Ab
Priority date: 1996-10-07
Filing date: 1996-10-07
Publication date: 1998-10-05
Also published as: SE9603650L; SE9603650D0; WO1998015483A1

Abstract

A pipe element (20) in a transport system for transport of particles in a gas flow (23), wherein the pipe element (20) attends to a change of direction of the gas flow and wherein the pipe element (20) is in the form of a bend with a decreasing radius of curvature in the direction of the flow for the purpose of reducing the erosion of the particles on the material at the bend.

Description

508 405 2 vid t ex PFBC-anläggningar eller andra kolkraftanlägg- ningar. PFBC stàr för begynnelsebokstäverna i det engelska uttrycket gressurized ﬁluidized ged Qombustion. 508 405 2 at, for example, PFBC plants or other coal-fired power plants nings. PFBC stands for the initials in English the expression gressurized ﬁ luidized ged Qombustion.

Risken för erosion är alltid stor dä man länkar om bulk- flöden, men erosionshastigheten kan minskas genom att rör- böjens krökningsradie ökas. I T-böjar utgör vändkammarändar till en viss del ett erosionsskydd genom att det bildas en skyddande askkudde. Om sä erfordras görs böjarna i nàgon härd metall, t ex Ni-hard, alternativt fodras böjarna med nägon keram. T-böjar av ovan nämnt slag visas i t ex den europeiska patentskriften EP 0108505. T-böjar i gjutet vitjärn är standard i PFBC-kraftanläggningar.The risk of erosion is always high when linking to bulk flows, but the erosion rate can be reduced by the radius of curvature of the bend is increased. In T-bends, turn chamber ends form to some extent an erosion protection by the formation of a protective ash pillow. If required, the bends are made in some hard metal, eg Ni-hard, or the bends are lined with some ceramic. T-bends of the kind mentioned above are shown in, for example, the European patent specification EP 0108505. T-bends in the cast white iron is standard in PFBC power plants.

I de ovan nämnda cyklonaskutmatningsystemen är transport- hastigheterna mycket höga, upp till 30 m/s. Det har visat sig genom erfarenhet fràn utförda prov att krökningsradien för en böj som är invändigt fodrad med hárt metallskikt mäste vara ca 3-5 m för att klara en driftid pä minst 20000 h. Av uttrymesskäl är det inte praktiskt möjligt att utföra alla böjar i en rördragning med sä stor radie som 3- 5 m. Därför använder man oftast T-böjar.In the above-mentioned cyclone discharge systems, the transport speeds very high, up to 30 m / s. It has shown through experience from tests performed to the radius of curvature for a bend that is internally lined with a hard metal layer must be about 3-5 m to withstand an operating time of at least 20,000 h. For reasons of expression, it is not practically possible to perform all bends in a piping with a radius as large as 3- 5 m. Therefore, T-bends are most often used.

Ett problem med T-böjar är att det i vissa fall bildas hårda tjocka beläggningar i utloppsdelen. Dä tvärsnitts- arean minskar ökar hastigheten och därmed erosionen i T- böjen nedströms den bildade förtràngningen. Detta är ett akut problem i cyklonaskutmatningsystem som ibland även leder till driftstopp av PFBC-anläggningen.A problem with T-bends is that in some cases it forms hard thick coatings in the outlet part. Since the cross-sectional area decreases increases the velocity and thus the erosion of the T- bend downstream of the formed constriction. This is a acute problem in cyclone discharge system as sometimes also leads to downtime of the PFBC facility.

Det är värt att tillägga att gjutna T-böjar är relativt kostsamma.It is worth adding that cast T-bends are relative costly.

När ett rör böjs av kommer partiklarna som är spridda över rörtvärsnittet i inloppsdelen av böjen att färdas rakt fram tills de träffar den yttre rörväggens insida. En viss avböjning av partiklarnas rörelse sker naturligtvis pga gasflödets riktningsändring under strömningen, men ett 3 508 405 stort antal partiklar träffar rörväggen med en viss vinkel.When a pipe is bent off, the particles that are scattered come over the pipe cross section in the inlet part of the bend to travel straight ahead until they hit the inside of the outer tube wall. Certain deflection of the motion of the particles occurs naturally due to the change in direction of the gas flow during the flow, but one 3 508 405 large number of particles hit the pipe wall at a certain angle.

I träffzonen är erosionen som störst, dvs utslitningshas- tigheten är avsevärt mycket större i inloppsdelen av en böj än i övriga böjdelar. Nedströms träffzonen glider partik- larna längs rörböjens periferi. Här är erosionshastigheten väsentligt lägre.In the impact zone, erosion is greatest, ie wear resistance the density is considerably greater in the inlet part of a bend than in other bend parts. Downstream of the impact zone, particles along the periphery of the pipe bend. Here is the erosion rate significantly lower.

Figur 3 beskriver hur partikeldensiteten i ett tvärsnitt vinkelrätt mot strömningsriktningen ändras med rörens krökningsradie hos rörböjar med konstanta krökningsradier.Figure 3 describes how the particle density in a cross section perpendicular to the direction of flow changes with that of the pipes radius of curvature of pipe bends with constant radii of curvature.

I figuren betecknar d rörens inre diameter, r rörböjens krökningsradie, 34 flödet av partikel-gas blandningen och 35 träffzonen där partikeldensiteten är störst. Det framgär tydligt hur bandet av partikel-gas blandningen vars partikeldensitet är störst minskar i tjocklek med ökande krökningsradie över rören 31, 32, 33. I rör 33, vars krökningsradie är störst, är bandet tunt och likformigt fördelat över den yttre rörväggens insida.In the figure, d denotes the inner diameter of the pipes, r denotes the pipe bend radius of curvature, 34 the flow of the particle-gas mixture and The impact zone where the particle density is greatest. It's clear clearly how the band of particle-gas mixture vars Particle density is greatest decreases in thickness with increasing radius of curvature over tubes 31, 32, 33. In tubes 33, whose radius of curvature is largest, the band is thin and uniform distributed over the inside of the outer pipe wall.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ãndamálet med uppfinningen är att ástadkoma en transport- anordning innefattande rördelar som karakteriseras av en lág erosionsrisk och ökad drifttid. Enligt uppfinningen används en rörböj med stor radie i sin inloppsdel och därefter med snävare radie fram till utloppet, dvs att böjen utförs med avtagande krökningsradie i flödesrikt- ningen. I en mer avancerad variant kan radien minska kontinuerligt frán inlopp till utlopp.DESCRIPTION OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a transport device comprising pipe parts characterized by a low erosion risk and increased operating time. According to the invention a pipe bend with a large radius is used in its inlet part and then with a narrower radius up to the outlet, ie that the bending is performed with decreasing radius of curvature in the flow direction ningen. In a more advanced variant, the radius can be reduced continuously from inlet to outlet.

En aspekt av uppfinningen är att krökningsradien skall vara stor i inloppsdelen av böjen sä att partiklarna i gasflödet träffar böjen med en flack vinkel, varvid erosionshastig- heten blir läg. Efter träffzonen dä partiklarna väl centri- fugerats ut till periferin och endast glider längs rörvägg- en kan krökningsradien vara relativt liten. Genom att välja in- och utloppsradier lämpligt kan böjen dimensioneras sä 508 405 4 att erosionshastigheten blir i huvudsakligen konstant genom hela böjen.One aspect of the invention is that the radius of curvature should be large in the inlet part of the bend so that the particles in the gas flow hits the bend at a flat angle, whereby the erosion rate the heat becomes low. After the hit zone when the particles are well centered fused out to the periphery and slides only along the pipe wall one, the radius of curvature may be relatively small. By choosing inlet and outlet radii suitably, the bend can be dimensioned as follows 508 405 4 that the erosion rate becomes substantially constant throughout the whole bend.

Sammanfattningsvis kan man räkna upp en rad fördelar med en böj som enligt uppfinningen har avtagande krökningsradie: Il- dess totala dimensioner blir väsentligt mindre än motsvarande böj med konstant radie (förutsatt att livslàngdskravet är detsamma) * antalet tjocka belàggningar minskar * tryckfallet i bójen blir lägre * konstruktionskostnaderna sjunker.In summary, one can enumerate a number of benefits of one bend which according to the invention has a decreasing radius of curvature: Il- its total dimensions become significantly smaller than corresponding bend with constant radius (provided that the service life requirement is the same) * the number of thick coatings decreases * the pressure drop in the buoy becomes lower * construction costs fall.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen beskrivs närmare under hänvisning till bifogade figurer. Figur 1 visar schematiskt en PFBC- kraftanläggning, figur 2 visar ett utförande av uppfinningen, medan figur 3 är en skiss som visar partikeldensiteten i tvärsnittsarean vid ett flöde av partikulärt material i rör med olika krökningsradier.DESCRIPTION OF FIGURES The invention is described in more detail with reference to attached figures. Figure 1 schematically shows a PFBC power plant, figure 2 shows an embodiment of the invention, while Figure 3 is a sketch showing the particle density in the cross-sectional area at a flow of particulate matter in tubes with different radii of curvature.

UTFÖRINGSEXEMPEL Ett exempel pà en utföringsform av uppfinningen redovisas med stöd av figurerna.EMBODIMENT EXAMPLES An example of an embodiment of the invention is presented with the support of the figures.

I figur 1 betecknar 1 ett tryckkärl som omsluter en bränn- kammare 2 och en gasreningsanläggning 3 som symboliseras av en cyklon. I gasreningsanlàggningen 3 avskiljs stoft fràn förbrànningsgaser som lämnar bránnkammaren 2 innan de till- förs en icke visad gasturbin via ledningen 4. Den nämnda gasturbinen driver en kompressor som via ledningen 5 matar utrymmet 6 mellan brännkammaren 2, reningsanläggningen 3 och tryckkärlet 1 med komprimerad förbränningsluft. För- bränningen sker i en bädd 7 av partikulárt material i bránnkammaren 2. Bränsle tillförs bránnkammaren 2 i bäddens 5 508 405 7 nedre del via ledningen 8 och munstycken ll. Bränn- kamaren 2 tillförs komprimerad luft frán rummet 6 för fluidisering av bádden 7 och för förbränning av tillfört bränsle via ett schakt 9 och en bäddbotten 10 med dess munstycken 11. I brännkammaren 2 finns tuber 12 för kylning av bádden 7 och alstring av ánga för en ángturbin. I gasrenaren 3 avskiljs stoft bestáende av aska och rester av bàddmaterial, som utmatas via ledningen 13 och en i schaktet 9 placerad trycknedsättande utmatningsanordning 14 utformad som en kylare. Denna är sammansatt av ett antal rör 15 och vändkamrar 16, som förbinder ett uppströmsrör 15 med ett efterföljande nedströmsrör 15. Stoftet leds vidare i ledningen 17 till en uppsamlingsbehällare 18 med ett filter 19 för rening av transportgasen innan denna förs ut till omgivningen. Ett exempel där en rörböj enligt uppfinningen förekommer utgörs av ledning 13 i figur 1.In Figure 1, 1 denotes a pressure vessel enclosing a burner chamber 2 and a gas purification plant 3 symbolized by a cyclone. Dust is separated from the gas treatment plant 3 combustion gases leaving the combustion chamber 2 before they are a gas turbine (not shown) is passed via line 4. The said the gas turbine drives a compressor which feeds via line 5 the space 6 between the combustion chamber 2, the treatment plant 3 and the pressure vessel 1 with compressed combustion air. For- the firing takes place in a bed 7 of particulate matter in the combustion chamber 2. Fuel is supplied to the combustion chamber 2 in the bed 5,508,405 7 lower part via the line 8 and nozzles ll. Burning chamber 2 is supplied with compressed air from the room 6 for fluidization of the bath 7 and for combustion of feed fuel via a shaft 9 and a bed bottom 10 with its nozzles 11. In the combustion chamber 2 there are tubes 12 for cooling of the boat 7 and generation of steam for a steam turbine. IN the gas purifier 3 separates dust consisting of ash and residues of bed material, which is discharged via line 13 and a in shaft depressurizing discharge device 14 located in the shaft 9 designed as a cooler. This is composed of a number pipes 15 and reversing chambers 16, which connect an upstream pipe 15 with a subsequent downstream pipe 15. The dust is passed on in the line 17 to a collection container 18 with a filter 19 for purifying the transport gas before it is discharged to the surroundings. An example where a pipe bend according to the invention is constituted by line 13 in figure 1.

Eftersom i en gasreningsanlággning i en kraftanlággning ett stort antal stoftrenare i form av cykloner förekommer är antalet rörböjar som krävs för utmatningen frän respektive sädan stoftrenare stort och utrymmet för dragning av ledningar med stor krökning är begränsat blir behovet av rörböjar med liten erosion pátagligt.Because in a gas purification plant in a power plant one large number of dust cleaners in the form of cyclones occur are the number of pipe bends required for the discharge from each such a dust cleaner large and the space for pulling off wires with large curvature are limited becomes the need for pipe bends with slight erosion noticeable.

I figur 2 betecknar 20 en rörböj visad i genomskärning, 21 rörets yttervägg, medan 22 representerar rörets innervägg.In Figure 2, 20 denotes a pipe bend shown in section, 21 the outer wall of the tube, while 22 represents the inner wall of the tube.

Pilen med beteckning 23 visar gas-partikelflödets riktning när den strömmar genom röret. Rörböjen 20 är i figuren indelad i tvâ områden, A och B, med olika radier. Omrádet Azs yttervägg har radien R1 som är större än B-omrádets radie R2.The arrow marked 23 indicates the direction of the gas particle flow as it flows through the pipe. The pipe bend 20 is in the figure divided into two areas, A and B, with different radii. The area Az's outer wall has a radius R1 that is larger than that of the B-area radius R2.

Claims

508 405 10 15 20 25 30

1. Transport systemx as. is arranged to transport a particulate material by means of a gas flow (23), wherein (13) which provides a change of direction of the transport system comprises a line with at least one pipe element (20), the gas flow, characterized in that the pipe element consists of a pipe bend (20) with a decreasing radius of curvature (R1, R2) in the direction of the gas flow (23).

Transport system according to claim 1, characterized in that the radius of curvature (R1, R2) decreases continuously from an inlet of the pipe element (20) to an outlet of the pipe element (20).

Transport system according to one of Claims 1 and 2, characterized in that the radius of curvature (R1, R2) of the pipe element (20) is changed at least twice along the pipe element (20).

Transport system according to any one of the preceding claims, characterized in that the conduit (13) comprises a first pipe section extending in a first direction and a second pipe section extending in (20) is arranged to connect the first one. second direction, the tube element the pipe section with the second pipe section.

Transport system according to one of the preceding claims, feel ﬁ L ﬁ QknaL_ay that it is arranged to transport ash in a power plant.

Use of a transport system according to one of the preceding claims for the transport of ash in a power plant.