SE513888C2 - Sätt och anläggning för underlättande av bränslematning till en tryckkammare - Google Patents

Description

l5 513 888 pumpbarhetsgränsen normalt i området 72-73%, medan matning av torv med cirka 65% fukthalt har genomförts med gott resultat.

Dessa siffror anger att pumpbarhetsgränsen i fråga om process~ och bränsleproduktionsfaktorer ligger nära den övre gränsen för bränslefukthaltområdet. Sålunda fuktas bränslet med fördel för enklare matning innan bränslet inmatas till den trycksatta kammaren.

Finska patentansökan 894,588 beskriver en metod, varvid upp- slammat bränsle med hög fukthalt frammatas genom pumpning till en högtryckskammare. I denna kammare avvattnas uppslamningen genom mekanisk bortförsel av en tillräcklig mängd vatten till dess att bränslet kan matas antingen direkt till en kokare, eller, alternativt, via en torkare till en högtrycksförgasare.

Torkning av bränslet sker exempelvis genom bortfiltrering av vattnet från bränslet genom en permeabel vägg från högtrycks- kammaren till omgivande tryck. Bränsle som avvattnats på detta sätt kan förbrännas i en kokare med fluidiserad bädd utan behov av ytterligare torkning. Om bränslet förgasas måste ytterligare torkning utföras med hjälp av en ångtork.

Den ovan beskrivna metoden resulterar i anläggningar med komplicerad utrustning. Den i den trycksatta kammaren belägna utrustningen underställes speciella konstruktionskrav, och anordningarna för bortförsel av filtrat via tryckskillnaden utan tryckförluster utgör en svårighet. Metoden ger ej någon väsentlig förbättring vid förgasning av bränslet, eftersom bränslet ändå måste undergå ytterligare torkning i en tryck- satt torkanordning, varför mekanisk torkning vid förhöjt tryck endast komplicerar utrustningen. Mekanisk torkning vid förhöjt tryck i samband med förgasning kan endast motiveras om fukt- halten hos det använda bränslet är så hög att torkning i en trycksatt torkanordning är oekonomisk.

Vidare beskriver det finska patentet 86,219 en metod, varvid kol, ånga alstrad av restvärmen från askan i en kokare. Efter ökning som användes som bränsle, befuktas med hetvatten eller av fukthalten i bränslet kan detta matas genom pumpning. æy 515 888 _Användningen av ytterligare vatten kan endast användas genom samtidigt ökning av bränsletemperaturen, varvid man undviker alltför stor ökning i energitillförseln vid torkningssteget före förbränningen. Denna metod är huvudsakligen lämpad för eldning med kol som kan pumpas i relativt torr form, varvid den totala mängden vatten, som består av tillsatsvattnet och det i bränslet förekommande vattnet, är relativt liten. I fallet material med hög basfukthalt, är det olämpligt att använda tillsatsvatten utifrån till processen. På motsvarande sätt måste exempelvis torv ha en mycket hög fukthalt för att den skall bli pumpbar. Eftersom torkning av en dylik bränsle- blandning före förbränning kräver användning av en stor mängd energi, kan torkningsenergibehovet, som förorsakas av till- satsvattnet, försämra verkningsgraden i energialstrings- processen trots överskottsvärme som avges av hetvattnet eller ångan i bränsleuppvärmningssteget. Eftersom mängderna av material, som inmatas i energialstringsprocessen, modifieras i den ovan beskrivna metoden, måste även processparametrarna anpassas. Sålunda krävs förutom ny utrustning en anpassning av systemet till processpecifika betingelser. Tillsatsen av extra vatten till bränslet medför en ökning av utrustningens storlek, förluster i verkningsgrad och en minskning i värmevärdet hos den gas som införes i gasturbinens förbränningskammare.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en metod, som möjliggör befuktning och uppvärmning av bränsle till pumpbar form utan tillförsel av vatten eller värme utifrån till processen.

Uppfinningen bygger på användningen av utloppsånga från torka- ren för befuktning och värmning av bränslet, som skall inmatas i energialstringsprocessen.

Närmare bestämt kännetecknas metoden enligt uppfinningen av de särdrag, som anges i patentkravets l kännetecknande del.

Vidare kännetecknas anläggningen enligt uppfinningen av de särdrag, som anges i patentkravets 7 kännetecknande del. lO 513 888 Uppfinningen ger betydande fördelar.

Enligt uppfinningen befuktas bränslet med ångan från den tryck- satta torkanordningen, vilken ånga återcirkuleras kontinuerligt i systemet. På detta sätt kommer något extra vatten ej att tillföras permanent till bränslet, vilket skulle behöva av- lägsnas efter torkningssteget. Då den vattenmängd som användes för befuktning av bränslet och sluttemperaturen i befuktnings- steget är optimalt anpassade kan torkarens energibalans bibe- hållas konstant, dvs flödeshastigheten för den ånga som lämnar torkanordningen och den inmatade energin till torkanordningen kvarstår oförändrade. Följaktligen bibehålles balansekva- tionerna för hela energialstringsprocesserna oförändrade.

Metoden enligt uppfinningen förändrar därför endast torknings- processen, varvid torkningssteget, sådan det förhåller sig till den övriga energialstringsprocessen, kvarstår oförändrat.

Fuktinnehållet och temperaturen hos torv, som skall pumpas, kan anpassas till optimala värden under pumpningsfasen inom de gränser, som bestämmes av processvariablerna och bränslets pumpbarhet. Eftersom den relativa torktiden för stora bränsle- partiklar förkortas genom förvärmning av bränslepartiklarna och tillsats av vatten, kan en homogenare torkning av det bränsle, som utmatas från torkaren, uppnås.

Uppfinningen förklaras närmare nedan med hjälp av bifogade ritningar, på vilka Figur l schematiskt visar en anläggning enligt uppfinningen; och Figur 2 visar, i ett mer detaljerat schema, en del av anlägg- ningen enligt figur 1.

I figur l visas en anläggning för alstring av elektrisk energi med hjälp av en gasturbin i en process som använder torv som bränsle. Den våta bränsletorven inmatas först via ett munstycke l till en trycksatt torkanordning 2. Den torkningsånga, som 513 888 erfordras i torkanordningen 2, alstras medelst en restvärme- återvinningskokare 5, och ångan återcirkuleras med hjälp av en fläkt 4 i mättat tillstånd via torkanordningen 2 och restvärme- återvinningskokaren 5 i en ångcirkulationskrets 3. Den utgående ledningen från ångcurkulationskretsen 3 från torkanordningen 2 är försedd med en separator 6 för avskiljning av ånga från det torkade bränslet. Separatorn 6 kan exempelvis utgöras av en cyklonseparator. Efter separatorn 6 föres bränslet i en matar- ledning 7 till en högtrycksförgasare 9, där bränslet förgasas till bränslegas genom införande av luft i bränslet.

Efter separatorn 6 har torkningsångkretsen 3 en grenledning 8, via vilken ånga, som avgivits av bränslet, avlägsnas från tork- ningsångcirkulationen. Den avgivna ångan ledes utmed grenled- ningen 8 till en bränslegasledning 10 på utgångssidan av förgasaren 9, varvid ångan inblandas i bränslegasen. Bland- ningen av ånga och bränslegas inledes därefter i en gastvättare ll, där blandningen behandlas och tvättas för en gasturbin 14 och därefter ledes till en förbränningskammare 12 i gas- turbinen. Gasturbinens 14 axel driver en kompressor 15 och en generator 13. Den av turbinen 14 drivna kompressorn 15 matar tryckluft till en tryckluftledning 16, gasturbinens förbränningskammare 12, dels till förgasaren 9. som har grenar dels till Grenen till förgasaren 9 är försedd med en tillsatskompressor 17.

Förbränningsgaserna från gasturbinen 14 ledes till en rest- värmeåtervinningskokare 5, där värmeinnehållet i förbrännings- gaserna återvinnes för uppvärmning av återcirkulerad ånga till torkanordningen 2 och insprutningsångan. Insprutningsångan för gasturbinen alstras av en förångare 18 anordnad i restvärme- återvinningskokaren, och den alstrade ångan ledes genom en ledning 19 till gasturbinens förbränningskammare 12. Insprut- ningsångan, som införes i gasturbinen 14, och den från bränslet avgivna ångan kan delvis ersätta den luft, som tillföres av kompressorn 15, varigenom inmatningseffekten till kompressorn kan reduceras och uteffekten från generatorn 13 ökas i mot- svarande mån. Förbränningsgaserna, som kyles i restvärmeåter- 515 888 vinningskokaren 5, utmatas via en tvättare till en rökgasugn .

En anläggning enligt uppfinningen anpassas till den ovan beskrivna processen genom att man till en utgående ångledningen från separatorn 6 ansluter en befuktningsàngledning 21, som förgrenas ytterligare till en blandningsångledning 23 och en uppvärmningsångledning 22. Detta arrangemang visas närmare i figur 2. Blandningsångledningen 23 drages direkt till ett bränslematningsmunstycke 27, framför trycksättnings-/matnings- pumpen l. På motsvarande sätt anslutes uppvärmningsångledningen efter pumpen l till en värmeväxlare 25, genom vilken bränsle- matarledningen passerar. Från värmeväxlaren 25 går en vatten- ledning 26 till bränslematarledningen 27, framför pumpen 1.

Blandnings- och uppvärmningsångledningarna 22, 23 har ventiler 24 insatta i respektive ledning. Alternativt kan anläggningen vara försedd med ett munstycke 28 och en ventil 29, varvid dessa komponenter tillåter partiell avtappning av vatten, som kondenseras i värmeväxlaren 25, från systemet.

I detta system kan tillsatsen av ånga till bränsleflödet varieras på många sätt. Exempelvis kan ångan inblandas i bränslet före trycksättningen, varvid bränslets fukthalt och temperatur bestämmes av mängden och temperaturen hos bland- ningsångan. I detta fall kondenserar ångan till fuktinnehållet i bränslet och avger sitt värme till bränsle-vattenblandningen, som därvid erhåller förhöjd temperatur. Alternativt kan ångan cirkuleras via en värmeväxlare 25, där den värmer det tryck- satta bränslet och kondenserar till vatten. Det kondenserade hetvattnet inblandas därefter i bränsleflödet.

I det följande beskrivs några utföringsformer för att exempli- fiera uppfinningens tillämpningsområde.

Genom kondensering av mättad ånga med temperaturen 220°C och trycket 23 bar från torkanordningen till torvbränslet, kan fukthalten hos 70% vatten innehållande torv (2,33 kg vatten per l kg fast material) ökas till 72,6% (2,65 kg vatten per l kg 513 888 fast material) om bränsletemperaturen tillåtes öka från lO° C till 80°C. Denna typ av blandningskonfiguration kräver ej användning av värmeväxlaren 25 efter trycksättning, utan i stället kan all ånga matas såsom blandningsånga.

På motsvarande sätt kan torvens fukthalt ökas med två eller till och med fyra procentenheter upp till pumpbarhetsgränsen i ett godtyckligt fukthaltsområde utan att man behöver åter- anpassa processen eller förlora energiverkningsgrad.

Genom uttag av en del av ångan via en kondenserande värme- växlare 25, så att denna del av ångan avger sitt värme indirekt till den trycksatta torven, varvid torven således uppvärmes till en temperatur på exempelvis l50°C, kan torvens fukthalt ökas från 70% till 75,49. Detta kan genomföras på så sätt, att processparametrarna i övrigt bibehålles oförändrade jämfört med torv med 70% fukthalt, varigenom bränsle med högre fukthalt kan användas utan ändringar i energialstringsprocessen_ En sådan anläggning kräver en värmeväxlare, ehuru hälften av värmetill- förseln till bränslet äger rum genom ånginblandning. Även andra typer av bränsle kan utnyttja en likartad befukt- ningsanläggning, eftersom befuktningen förbättrar matar- anordningens täthet och tillåter användning av en kolvmatare.

Exempelvis vid användning av brunkol med 62% fukthalt, möjlig- gör återcirkulationen av torkningsångan uppvärmning av brun- kolet till 200°C och ökar samtidigt fukthalten till 70,3% utan att förorsaka någon ändring i torkningsbalansekvationerna (torkningsångans utmatningsflöde oförändrat, tillförd effekt till torkningsanordningen oförändrad). På motsvarande sätt tillåter uppvärmning av brunkol till 220°C en ökning av fukt- halten till 73.l%. Brunkol med 62% fukthalt innehåller 1,62 kg vatten per 1 kg fast material, medan 70,3% fukthalt motsvarar 2,37 kg vatten per l kg fast material och 7l,3% fukthalt motsvarar 2,48 kg vatten per 1 kg fast material.

Befuktning medelst föreliggande metod med högre energi- alstringsekonomi möjliggöres för vilket som helst fukthalts- 515 888 område och med vilket som helst bränsle, varvid bränslefukt- halten bringas till ett värde som tillåter överföring genom pumpning.

Partiell återcirkulation av förångningsvärmet, som innehålles i ångan som alstrats i torkanordningen, till nyttigt värme hos bränslet utan inblandning av det från ångan kondenserade vattnet i bränslet ger en ytterligare möjlighet, utöver den ovan beskrivna, att öka den maximala fukthalten hos bränslet som medges av energialstringsprocessen. Exempelvis kan indirekt uppvärmning av torven vid 75% fukthalt (3,0 kg vatten per l kg (åtminstone delvis trycksatt) till l50°C medelst den av torkanordningen alstrade ångan tillåta körning av pro- fast material) cessen med övriga processparametrar svarande mot torv vid 70% fukthalt (2,33 kg vatten per l kg fast material). ning av maximalt värmeinnehåll kan metoden sannolikt tillåta en ökning av den maximala fukthalten hos bränslet, som tillåtes i Vid använd- energialstringsprocessen, upp till ett värde på ungefärligen 77% (3,3 kg vatten per l kg fast material). Denna egenskap kan vara särskilt värdefull vid förbränning av olika typer av slam från reningsanläggningar. I denna utföringsform kan det i värmeväxlaren 8 kondenserade vattnet avtappas från systemet via ett munstycke 28.

Uppfinningen kan modifieras i olika utföringsformer jämfört med de ovan beskrivna.

I stället för en anläggning, där ånga användes alternativt eller samtidigt som blandningsånga och/eller uppvärmningsånga, kan exempelvis endast den ena av anläggningens båda kretsar an- vändas. Uppenbarligen har det senare systemet färre varia- tionsmöjligheter. Den ånga, som användes för befuktning och uppvärmning, kan även uttagas från torkanordningens ångkrets, före torkanordningen, men detta arrangemang kan ändra mass- flödet, som inträder i torkanordningen direkt, vilket eventu- ellt nödvändiggör âteranpassning av processbetingelserna.

Dessutom är temperaturen och fuktinnehållet i den från tork- anordningen utmatade ångan är bättre lämpade för befuktning av 513 888 bränslet. Befuktningsångan kan även uttagas från grenledningen 8 i återcirkulationsångkretsen, i vilken den från bränslet avgivna ångan avledes från torkningsångan.

Uppfinningens tillämpningar är ej begränsade till den såsom exempel beskrivna energialstringprocessen, utan den kan likaväl tillämpas i alla processer där ett vattenhaltigt bränsle torkas före användning. Även om bränslebefuktningen och uppvärmnings- ansläggningen enligt uppfinningen som sådan ej skulle användas direkt, kan metoden användas för anpassning av energialstrings- processen till optimalt driftsområde.

Om processen använder en torkanordning utan egentlig yttre uppvärmningsångåtercirkulation, till vilken torkningsångan kan införas indirekt via värmeöverföringsytor, avledes befuktnings- ångan från den ånga, som alstras av det från bränslet sepa- rerade vattnet. Denna lösning användes exempelvis i fallet ångtork med fluidiserad bädd. Uppfinningens grundprincip kvar- står oförändrad då erforderligt befuktningsvatten och värme återcirkuleras via bränslematnings- och trycksättningsstegen utan att förorsaka någon ändring i torkningsbalansekvationerna_

Claims (11)

lO 15 20 25 30 515 888 1 PATENTKRAV

1. l. Sätt att underlätta pumpning av en vattenhaltig bränsle- blandning till en trycksatt kammare, varvid - det vattenhaltiga bränslets tryck ökas och bränslet pumpas till en trycksatt kammare (2), - bränslets temperatur förhöjes i den trycksatta kammaren för att avlägsna vatten från bränslet, och - bränslet och den alstrade ångan bortföres från den trycksatta kammaren och separeras från varandra, k ä n n e t e c k n a t a v - åtminstone en del av àngflödet, som separerats från bränsleflödet och utmatats från den trycksatta kammaren, användes för uppvärmning och befuktning av bränslet, vilket inmatas i den trycksatta kammaren, varvid denna uppvärmning och befuktning äger rum före pumpningen av bränslet till den trycksatta kammaren genom blandning av ett àngflöde, som avletts från àngflödet som alstrats i den trycksatta kammaren, exempelvis en torkningsanordning (2), med bränsleflödet innan detta flöde bringas till förhöjt tryck, varigenom ångan kondenserar i bränsleflödet, så att detta bränsleflöde uppvärmes och befuktas.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att det àngflöde, som avletts från det i torkningsanordningen (2) alstrade àngflödet, överföres till en värmeväxlare (25), genom vilken det trycksatta bränsleflödet bringas att passera, och 2252Bb .docz 2000-06-26 10 l5 20 25 30 513 888 2 det i värmeväxlaren kondenserade vattnet inblandas i det icke trycksatta bränsleflödet.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone en del av det vatten, som kondenserat i värme- växlaren (25), avlägsnas från processen via ett munstycke (28) anslutet till värmeväxlaren.

4. Sätt enligt krav l, varvid den trycksatta kammaren utgörs av en trycksatt återcirkulerande ångtorkanordning (2), och varvid - via torkanordningen (2) avledes ett flöde av uppvärmd återcirkulerad ånga som efter passage genom torkanordningen separeras från det bränsleflöde, som utmatas från torkanordningen, och återcirkuleras för återuppvärmning, och - åtminstone en del av den ånga, som avgivits från bränslet i torkanordningen (2), avledes från den återcirkulerande ångan, k ä n n e t e c k n a t a v att - från det återcirkulerade àngflödet i torkanordningen (2) avledes ett andra àngflöde, som användes åtminstone för uppvärmning av bränsleflödet som inmatas i torkanordningen.

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t a v att àngflödet, som skall avledas från torkanordningens (2) åter- cirkulationsångkrets, avledes från den sektion av àtercirkula- tionsomkretsen som förbinder torkanordningens (2) utmatnings- ände med ett återuppvärmningsställe (5). 22528b.dor:; 2000-06-26 10 15 20 25 30 513 888 3

6. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t a v att det ångflöde, som skall avledas från torkanordningens (2) åter- cirkulationsångkrets, avledes från den sektion (8) av åter- cirkulationsångkretsen genom vilken det ångflöde, som avgivits från bränslet och avletts från återcirkulationsångflödet, paSSeraI' .

7. Anläggning för förbättring av matningen av en vatten- haltig bränsleblandning till en trycksatt kammare, vilken anläggning omfattar - en trycksatt kammare (2), - organ (1, 27) för ökning av trycket hos ett vattenhaltigt bränsle och för matning av detta till nämnda trycksatta kammare (2), - organ (5) för uppvärmning av det i nämnda trycksatta kammare (2) innehàllna bränslet i syfte att minska bränslets fukthalt, - organ för utmatning av nämnda bränsle och alstrad ånga från nämnda trycksatta kammare (2) och organ (6) för separering av bränslet och nämnda ånga från varandra. k ä n n e t e c k n a d a v - organ (21), via vilka åtminstone en del av den ånga, som utmatats från nämnda trycksatta kammare (2), kan avledas för uppvärmning och befuktning av bränslet, vilket inmatas genom pumpning till den trycksatta kammaren, och vilka omfattar en rörledning (21), som är ansluten till en åter- cirkulationsångrörledning (23) och till bränsleinmatnings- lfiålâbxioc; 2000-06-26 10 15 20 25 515 888 4 organ (27) före en trycksättningspump (1) i syfte att inblanda ångan i bränsleflödet före detta tryckförhöjningssteg.

8. Anläggning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda rörledning (21), som är ansluten till nämnda återcirkulationsångrörledning (23), är ansluten till nämnda bränslematningsorgan (27) via en värmeväxlare (25), som är placerad efter trycksättningspumpen (1) i syfte att uppvärma bränsleflödet efter tryckförhöjningssteget hos bränsleflödet.

9. Anläggning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att rörledningen (21), som är ansluten till nämnda återcirkulationsàngrörledning (23), är ansluten till nämnda bränslematningsorgan (27) såväl direkt som via värmeväxlaren.

10. Anläggning enligt något av kraven 7-9, k ä n n e - t e c k n a d a v att rörledningen (21), som är ansluten till àtercirkulationsàngrörledningen (23), är ansluten till den sektion hos rörledningen som förbinder separationsorganen (6) med uppvärmningsorganen (5).

11. ll. Anläggning enligt något av kraven 7-9, k ä n n e - t e c k n a d a v ett munstycke (28) anordnat vid värme- växlaren (25), vilket munstycke tjänar till bortförsel av åtminstone en del av den ånga, som kondenserar i värmeväxlaren, från processen. _”_“528b. dOC; 2000-06-26