FI85416C - Foerfarande och anordning foer reglering av funktionen hos en virvelbaeddsreaktor med cirkulerande baedd. - Google Patents

Description

1 85416

Menetelmä ja laite kiertopedillä varustetun leijukerros-reaktorin toiminnan säätämiseksi - Förfarande och anordning för regiering av funktionen hos en virvelbäddsreaktor med cirkulerande bädd

Esillä oleva keksintö koskee leijukerrosreaktoria, jonka reaktorikammion yläosa on yhdistetty vaakasuoraan syk-lonierottimeen leijukerrosreaktorista poistuvien kaasujen sisältämän kiintoaineen erottamiseksi ja johon on sovitettu erottimen ja reaktorikammion alaosan väliin paluukanavat, joiden kaksi vastakkaista seinämää on muodostettu polttokam-mion putkiseinästä ja sen kanssa rinnakkain kulkevasta seinästä, erottimessa erotetun kiintoaineen johtamiseksi takaisin reaktorikammion alaosaan.

Polttokammion lämpötilan säätö on optimaalisen polton kannalta tarpeellinen erityisesti silloin, kun samassa polttokammiossa poltetaan monia eri polttoaineita, joilla on eri lämpöarvo. Optimaalisen rikkiabsorption saavuttamiseksi tulisi lämpötilan pysyä alueella 800-950 C. Polttolämpötilan säätäminen on ongelmallista tunnetuissa menetelmissä, jos polttoaineen lämpöarvo tai kattilan kuormitus vaihtelevat suuresti.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on mahdollistaa leijukerrosreaktorin polttolämpötilan säätö siten, että se pysyy halutulla tasolla riippumatta reaktorin kuormituksen tai polttoaineen lämpöarvon muutoksista.

Tunnetuissa menetelmissä lämpötilan säätö tapahtuu: - muuttamalla ilmaylimäärää - kierrättämällä savukaasuja takaisin reaktoriin - muuttamalla suspensiotiheyttä polttokammiossa - jakamalla peti erillisiin toiminnallisiin osiin - jäähdyttämällä osa petimateriaalista erillisellä lämmönvaihtimen a

Polttolämpötilan alentaminen ilmaylimäärää suurentamalla laskee reaktorin hyötysuhdetta, sillä tällöin savukaasu- 2 8 5 4 1 6 häviöt suurenevat ja ilmapuhaltimien tehontarve nousee.

Jos leijukerrosreaktorin polttolämpötilaa säädetään johtamalla savukaasut takaisin reaktoriin, kuten esim. englantilainen patenttihakemus nro 2030689 esittää, kasvaa läpivirtaavan suuremman kaasumäärän vuoksi kattilan koko tehontarve, jolloin myös investointi- ja käyttökustannukset kohoavat.

Suspensiotiheyden muutos vaikuttaa lämmönsiirtymiseen kattilassa oleviin jäähdytyspintoihin ja siten polttokammion lämpötilaan. Suspensiotiheys voidaan, kuten US-patentissa 4,165,717 on esitetty, muuttaa muuttamalla toisio- ja ensiöilman suhdetta ja määriä. Säätöalue on kuitenkin rajoitettu, koska toisio-/ensiöilman suhteen muuttuminen vaikuttaa myös muihin prosessiparametreihin kuin lämpötilaan.

Polttolämpötilan säätäminen jäähdyttämällä petimateriaali ulkopuolisessa lämmönvaihtimessa, kuten US-patentissa 4,111,158 on esitetty, on monimutkainen ja vaikeasti kontrolloitava prosessi. Tämä lämpötilan säätömenetelmä aiheuttaa ylimääräisiä investointi- ja käyttökustannuksia, sillä tällöin tarvitaan erillinen jäähdytyspinnoilla varustettu leijukerrospeti rinnan kiertopetireaktorin kanssa.

US-patentista 4,240,377 on tunnettu leijukerrosreaktorin lämmönsäätömenetelmä, jossa osa arinan päällä olevasta petimateriaalista saatetaan virtaamaan ylöspäin lämmönvaihtimen läpi, josta se palautetaan jäähdytettynä petiin. Myös tämä menetelmä aiheuttaa ylimääräisiä investointi- ja käyttökustannuksia.

Polttolämpötilan säätäminen inaktivoimalla osa pedistä on käytännössä osoittautunut hankalaksi, koska se, kuten US-patentti 3,970,011 esittää, aiheuttaa mm. pedin lämmönsiir-topintojen eroosiota sekä petimateriaalin sintrautumisen.

3 85416

Esillä olevan keksinnön mukaiselle leijukerrosreaktorille on tunnusomaista se, että se käsittää yhden olennaisesti reaktorikammion levyisen syklonierottimen, joka on yhteydessä useaan paluukanavaan, jotka on väliseinällä erotettu toisistaan rinnakkain toimiviksi yksiköiksi sekä että ainakin osaan paluukanavaista on sovitettu laitteet eri paluukanavien läpi kulkevan kiintoaineen määrän säätämiseksi .

Kun osa paluukanavista suljetaan, pienenee kiintoaineen koskettama lämmönsiirtopinta, jonka johdosta kiintoaine palautetaan polttokammioon kuumempana, jolloin polttokammion lämpötila nousee, mikäli muut prosessiparametrit pysyvät muuttumattomina.

Kun avataan lisää paluukanavia, lämmönsiirtopinta suurenee, jolloin kiintoaine palautetaan kylmempänä ja polttokammion lämpötila laskee.

Keksinnön edut ovat mm. seuraavat: - keksinnön hyväksikäyttö ei aiheuta ylimääräistä tilantarvetta, eikä ylimääräisiä investointi- ja käyttökustannuksia - rakenne on yksinkertainen ja käyttövarma - toiminnan säätö on yksinkertainen - säätöalue suurenee.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviollisesti erästä keksinnön sovel-lutusmuotoa pystyieikkauksena, kuvio 2 esittää kuvion 1 leikkausta viivaa A-A pitkin, kuvio 3 esittää erästä toista sovellutusmuotoa, ja kuvio 4 esittää kuvion 3 leikkausta viivaa B-B pitkin.

Kuviossa 1 ja 2 esitetty höyrykattila käsittää neljän sinänsä tunnetulla tavalla toisiinsa hitsatuista putkista muodostetun seinän 1-4 rajoittaman polttokammion 5.

4 d 541 6

Putket muodostavat kattilan lämmönsiirtopintoja ja ovat kytketyt kattilan kiertojärjestelmään tavalla, jota ei ole lähemmin esitetty.

Polttokammion alaosassa on polttoaineen tulokanava 6. Siinä on myös primäärikaasun tulokanava 7 ja sekundääri-kaasun tulokanava 8.

Vaakasuora syklonierotin 9 on muodostettu polttokammion päälle. Syklonierottimen muodostavat polttokammion etu- ja takaseinä 1 ja 3 sekä polttokammion takaseinän 3 kanssa rinnakkain kulkeva putkiseinä 10. Polttokammion etuseinä 1 ja seinä 10 on taivutettu toisiaan vastaan ja yhdistetty toisiinsa niin, että ne muodostavat erottimen lieriömäisen yläosan 11. Polttokammion takaseinä 3 on ensin taivutettu etuseinää kohti niin, että se muodostaa polttokammion katon 12 ja kulkee sen jälkeen rinnakkain etuseinän lieriömäisen osan kanssa niin, että ne muodostavat erottimen kaasuntulokanavan 13 sisä- ja ulkoseinän 14 ja 15.

Polttokammion takaseinä 3 ja sen kanssa rinnakkain kulkeva seinä 10 muodostavat erotinta polttokammion alaosaan yhdistävien paluukanavien 16 kaksi vastakkaista lämmönsiir-topintoina toimivaa seinää.

Paluukanavat on väliseinällä 17 erotettu toisistaan rinnakkain toimiviin yksiköihin. Erottimen päätyseinissä 18 on kaasunpoistoaukko 19.

Polttokammiosta poistuvat kiintoainetta sisältävät savukaasut ohjautuvat erottimen pyörrekammioon 20 tangentiaa-lisesti liittyvän kaasuntulokanavan 13 kautta.

Pyörrekammioiden ulkokehille rikastuva kiintoaine poistuu kaasuvirran kuljettamana pyörrekammiosta seinien 3 ja 10 väliin muodostuvan solan 21 kautta ja palautetaan polttokam-mioon paluukanavien 16 kautta. Puhdistetut kaasut poistuvat pyörrekammioiden päätyseinissä olevien aukkojen 19 kautta.

5 85416

Paluukanava muodostaa alapäässään U-muotoisen leijutuskam-mion 22, johon voidaan syöttää ilmaa putken 23 läpi. Jos leijutuskammioon ei syötetä ilmaa, se toimii lukkona, jolloin kyseessä oleva paluukanava täyttyy ja reaktoriin palautettava kiintoaine kulkee muiden paluukanavien läpi. Paluukanavan läpi kulkeva kiintoainevirta voidaan myös säätää muuttamalla kammioon 22 syötetyn ilman määrää venttiilin 24 avulla. Näin voidaan saada aikaan se, että paluukanavien läpi virtaavat erisuuret kiintoaineen määrät. Kun osa paluukanavista pidetään suljettuna, varastoituu niihin osa reaktorissa kiertävästä kiintoaineesta. Paluukanavaan varastoitu kiintoaine voidaan palauttaa hallitusti säätämällä ilmavirtausta siihen. Tällä tavalla voidaan vaikuttaa kiintoaineen suspensiotiheyteen polttokammiossa ja siten lämmönsiirtymiseen polttokammion lämmönsiirtopin-toihin.

Koska kiintoaine omalla painollaan ja kaasuvirran kuljettamana virtaa alaspäin paluukanavassa, tarvitaan leijutus-kammiossa ainoastaan vähäisiä määriä ilmaa paluukanavan pitämiseksi auki.

Kuvioissa 3 ja 4 esitetyssä vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa on jokaisen paluukanavan 116 yläpäähän sovitettu säätö-läppä 122, jolla paluukanavan läpi kulkevan kiintoaineen määrää voidaan säätää ja jolla se voidaan kokonaan sulkea. Paluukanavan alapäästä kiintoaine virtaa vapaasti reaktoriin. Muissa suhteissa reaktorin rakenne on kuvioiden 1 ja 2 mukainen.

Esimerkki 1

Kuvioiden 1-3 mukaisessa höyrykattilassa poltettiin hiiltä, jonka tehollinen lämpöarvo oli 28 MJ/kg kattilan nimellishöyryteholla 65 MW ja polttolämpötilan ollessa 880°C. Polttokammion 185 m2 lämpöpinnoilla ja kuuden rinnakkaisen palautuskanavan 120 m2 lämpöpinnoilla otettiin talteen 40 MW lämpö.

6 85416 20 MW höyryteholla, ts. n. 30%:n kuormituksella aikaansaatiin sama polttolämpötila kuin nimellisteholla sulkemalla kolme paluukanavaa.

Esimerkki 2

Samassa kattilassa poltettiin turvetta, jonka tehollinen lämpöarvo on 8 MJ/kg nimellishöyryteholla 65 MW. Polttolämpötilan säätämiseksi noin 870° C:seen vähennettiin paluukanavien jäähdytysvaikutus sulkemalla neljä kanavaa, jolloin kiintoaine ohjattiin reaktoriin toisen ja viidennen paluukanavan läpi. Tällöin otettiin reaktorissa ja paluukanavissa lämpöä talteen 30 MW.

Keksintö ei ole rajoitettu esimerkkeinä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella ja soveltaa patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. On selvää, että paluukanavat voivat esim. olla erikokoiset tai että kiintoaineen määrää säätävät laitteet on sovitettu vain osaan paluukanavista.

Claims (5)

7 85416

1. Lei jukerrosreaktori, jonka reaktorikanuriion (1) yläosa (2) on yhdistetty vaakasuoraan syklonierottimeen (9) lei jukerrosreaktorista poistuvien kaasujen sisältämän kiintoaineen erottamiseksi ja johon on sovitettu erottimen ja reaktorikammion alaosan väliin paluukanavat (16, 116), joiden kaksi vastakkaista seinämää on muodostettu poltto-kammion (5) putkiseinästä (3) ja sen kanssa rinnakkain kulkevasta seinästä (10), erottimessa erotetun kiintoaineen johtamiseksi takaisin reaktorikammion alaosaan, tunnettu siitä, että se käsittää yhden olennaisesti reaktorikammion levyisen syklonierottimen (9), joka on yhteydessä useaan paluukanavaan (16, 116), jotka on väliseinällä (17) erotettu toisistaan rinnakkain toimiviksi yksiköiksi sekä että ainakin osaan paluukanavista on sovitettu laitteet (22, 122) eri paluukanavien läpi kulkevan kiintoianeon määrän säätämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen leijukerrosreaktori, tunnettu siitä, että mainitut laitteet kiintoaineen määrän säätämiseksi käsittävät paluuputken alaosaan sovitetun leijutuskammion (22) ilmansyöttölaitteineen (23,24).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen leijukerrosreaktori, * : tunnettu siitä, että mainitut laitteet kiintoaineen määrän säätämiseksi käsittävät säätöläpän (122).

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen leijukerrosreaktori, tunnettu siitä, että laitteet (22,122) kiintoaineen määrän säätämiseksi on sovitettu paluukanavien (16,116) yläpäähän.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen leijukerrosreaktori, tunnettu siitä, että laitteet (22, 122) kiintoaineen määrän säätämiseksi on sovitettu paluukanavien (16, 116) alapäähän. β 35416