FI93574B - Menetelmä ja laite leijukerroksen esilämmitystä varten - Google Patents

Description

93574

Menetelmä ja laite leijukerroksen esilämmitystä varten - För-farande och anordning för förvärmning av en fluidiserad bädd 5 Keksintö liittyy leijukerrokseen, jossa poltetaan leijuker-rokseen syötettyä pääpolttoainetta. Erityisesti keksintö liittyy leijukerrokseen, jossa palaminen tapahtuu paineistetussa leijukerroksessa, jossa on hiukkasmaista kerrosmateriaalia, niin sanottuun PFBC-laitokseen (Pressurized Fluidized Bed 10 Combustion). Tarkemmin sanoen keksintö liittyy menetelmään leijukerroksen esilämmitystä varten ennen pääpolttoaineen syöttämistä, jolloin leijukerrokseen syötetyn pääpolttoaineen leijuttamista ja polttamista varten mainittuun leijukerrokseen syötetään ilmaa kaasureittien kautta, jotka käsittävät leijut-15 tamiselimiä ilman jakamiseksi ja syöttämiseksi koko leijukerrokseen, jolloin leijukerrosta esilämmitetään polttamalla käynnistyspolttoainetta kaasureiteillä, jolloin leijukerroksen käynnistyspolttoaineella tapahtuvan esilämmityksen aikana ilmaa syötetään leijukerrokseen samojen kaasureittien ja leijut-20 tamiselimien kautta kuin pääpolttoainetta leijukerroksessa poltettaessa, ja jolloin käynnistyspolttoaine syötetään ja poltetaan elimillä käynnistyspolttoaineen polttamista varten, edullisesti polttoaineinjektoreilla, jotka on järjestetty leijut tamisel imi in tai niiden läheisyyteen.

25

Leijukerrokset soveltuvat hyvin kiinteän, nestemäisen sekä kaasumaisen polttoaineen polttamiseen. Palamista varten välttämätöntä ilmaa käytetään myös kerrosmateriaalin leijuttami-seen. Kerrosmateriaalin suuri terminen inertia aiheuttaa pala-30 misen alhaisessa lämpötilassa, joka estää ei-toivottujen typpioksidien muodostumista. Suuri lämpökapasiteetti vähentää polttoaineen vaihtelusta johtuvia häiriöitä. Poltettaessa rikkipitoisia polttoaineita voi rikin absorbaattoreiden, kuten kalkin, kalkkikiven tai dolomiitin, lisääminen kerrosmateriaa-35 liin aikaansaada rikkioksidien päästöjen huomattavan pienenemisen, koska palamisen aikana vapautunut rikki sitoutuu rik-kiabsorbaattoriin.

2 93574

Jotta palaminen voisi tapahtua leijukerroksessa, kerrosmateri-aali on kuitenkin ensin lämmitettävä polttoaineen syttymisläm-pötilaan. Lämmittäminen voidaan tehdä leijukerrokseen järjestetyillä lämmönvaihtoputkilla, joiden kautta syötetään tulis-5 tettua höyryä ulkopuolisesta lähteestä. Erityiset polttimet voidaan asettaa leijukerrokseen. Syttymislämpötilaltaan alhaista käynnistyspolttoainetta voidaan syöttää leijukerrokseen, sytyttää ja käyttää sitä leijukerroksen esilämmittämiseksi sen palamisen aikana. Suurten leijukerrosen tapauksessa käynnis-10 tyspolttoaineen/ilman sekoituksen varastoiminen leijukerrokseen tuo mukanaan räjähdysvaaran.

Kerrosmateriaalia voidaan esilämmittää kerrosastian ulkopuolella ja syöttää siihen kuumana tai kierrättää ulkoisen läm-15 mitysvälineen läpi.

Normaalisti esilämmitys kuitenkin suoritetaan syöttämällä kerroksen läpi kuumia kaasuja, edullisesti savukaasuja. Savukaasuja saadaan polttamalla erityisessä käynnistyspalokammi-20 oissa tai käynnistyspolttimissa, jotka voidaan integroida kaa-sureitteihin (VDI-Berich nro 322, 1978, s. 139 - 145 mukaan), tai jotka voivat olla erillisiä. Savukaasujen kaasureitin kylmille seinille kondensoitumiseen liittyvän korroosion välttämiseksi kaasureitit normaalisti esilämmitetään kuumalla, edul-25 lisesti kuivalla ilmalla, jonka lämpötilan tulisi olla noin • · 250°C, ennen kuin kaasureiteillä sallitaan fossiilisten poltto aineiden polttaminen.

Tavanomaista rakennetta olevat käynnistyspolttimet ja käynnis-30 tyspolttokammiot johtavat suuriin paineen alennuksiin ja niihin liittyviin häviöihin polttimissa tai polttokammioissa, jos niiden annetaan jäädä kaarureiteille käyttöoloissa. Tämän välttämiseksi käynnistyspolttimet tai käynnistyspolttokammiot voidaan liittää kaasureitille tai leijukerroksen ilmavirtaa 35 poikkeuttamalla kytkeä kaasureiteille vain käynnistyksen ajaksi ja poistaa ja kytkeä irti kaasureiteiltä, kun laitosta säädetään käyttötilaan.

• k . V ».

Il· 3 93574

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja välineillä, jotka on järjestetty kaasureiteille menetelmän toteuttamiseksi käynnistys-polttoaineen polttamista varten, leijukerros voidaan lämmittää ainakin leijukerroksessa käytetyn pääpolttoaineen sytty-5 mislämpötilaan tarvitsematta käynnistysprosessin aikana käyttää tai kytkeä erikoisia esilämmityslaitteitä, kuten tekniikan tasossa. Keksinnön mukainen kerroksen esilämmitin ei myöskään aiheuta häviöitä, jotka johtuisivat paineen alenemisesta tai muista häiriöistä kaasureiteillä käytön aikana. Tämän vuoksi 10 esilämmitin voidaan järjestää pysyvästi kaasureiteille, mikä heijastuu yksinkertaisempana rakenteena ja pienempinä rakenne-kustannuksina.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen pääasiallisimmat 15 tunnusmerkit ilmenevät oheisten patenttivaatimusten 1 ja 6 tunnusmerkkiosista.

Keksinnön mukaisesti lämmitys tapahtuu polttamalla käynnistys-polttoainetta. Elimet käynnistyspolttoaineen polttamista var-20 ten on keksinnön mukaan integroitu kaasureitteihin leijuker-roksen ylävirran puolelle. Kaasureitit on sovitettu syöttämään ilmaa leijukerrokseen hiukkasmaisen kerrosmateriaalin saattamiseksi leijumaan sekä leijukerrokseen syötetyn pääpolttoaineen polttamiseksi, ja ne käsittävät mm. leijuttamiselimiä, 25 jotka on järjestetty lähelle leijukerroksia. Käynnistyspoltto-; ; ainetta johdetaan polttoaineinjektoreihin, jotka on järjestetty leijuttamiselimiin, ja hajotetaan sumuksi polttoaineinjek-toreiden paineella syöttämällä sitä joko paineputken läpi tai syöttämällä samanaikaisesti polttoaineinjektoreihin paineis-30 tettua sumutusainetta, esimerkiksi höyryä tai ilmaa. Sumutettu polttoaine sekoitetaan leijuttamiselimien läpi virtaavaan ilmaan ja sytytetään. Käynnistyspolttoaineen ja ilman sekoituksen sytyttämiseksi polttoaineinjektoreiden lähelle on asennettu sytytyselimet. Lähelle leijuttamiselimiä on myös asennettu 35 säätöelimiä, joilla määritetään, onko syttyminen tapahtunut. Kun esilämmitys on valmis, polttoaineputki vastahuuhdellaan käyttäen leijuttamiselimien ylipainetta. Venttiili avaa ohi- 4 93574 tusputken, niin että polttoainepumppu ja polttoainesuodatin ohitetaan. Polttoainesäiliöön ei saa kohdistaa ylipainetta.

Keksinnön mukaan käytettyjen sytytys- ja säätöelimien avulla 5 vältetään käynnistyspolttoaineen kertyminen kaasureiteille ja tähän liittyvät räjähdysvaarat.

Keksinnön mukaisesti käynnistyspolttoaineen polttami sei imet on järjestetty ja suunniteltu siten, että niiden yli syntyy mini-10 maalinen painehäviö, ja samaan aikaan muodostetaan välttämätön pyörteisyys polttoaineinjektoreiden läheisyydessä. Tämä saavutetaan keksinnön mukaisesti virtauksen suuntaavien elimien järjestelyllä, jotka ovat edullisesti laippoja tai ohjausripo-ja, polttoaineinjektoreiden ympärillä tai niiden ylävirran 15 puolella. Ohjausrivat jakavat polttoaineinjektoreiden ohi kulkevan ilmavirran pyörteeseen alivirtaukseen, joka tuottaa palamista varten tarvittavat paine-erot, ja päävirtaukseen, joka johdetaan polttoaineinjektoreiden ohi mahdollisimman pienellä häiriöllä.

20

Keksinnön periaate on esitetty kuviossa 1. Keksinnön liittäminen leijuttamiselimiin on esitetty kuvioissa 2 ja 3, ja kuvio 4 esittää käynnistyspolttoaineen polttamista varten olevat elimet, jotka käsittävät ohjausripoja ja polttoaineinjektorei-25 ta. Käynnistyspolttoaineen syöttämistä ja kuumennuksen valvon- ; * taa varten tarvittavat piirit on esitetty kuviossa 5.

PFBC-laitokseen sovellettu keksintö on esitetty kuviossa 6.

Polttolaitoksessa, jossa palaminen tapahtuu leijukerroksessa 30 10, leijukerros 10 on kuvion 1 mukaisesti sovitettu astiaan 11 sisältyväksi. Kerrosmateriaali, joka polttoaineen ollessa rikkipitoista ainakin osaksi sisältää rikkiabsorbaattoreita, ku-ten esimerkiksi kalkkia, kalkkikiveä ja dolomiittia, ja polttoaine on järjestetty syötettäväksi elimien 12 kautta. Leijut -35 tamista ja leijukerrokseen 10 syötetyn polttoaineen polttamista varten ilmaa syötetään polttolaitokseen järjestettyjä kaa-sureittejä 40 pitkin. Välittömästi leijukerroksen 10 ylävirran puolelle on kaasureiteille 40 järjestetty leijuttamiselimet 13 II· 5 93574 ilman syöttämiseksi ja jakamiseksi koko leijukerrokseen 10. Kuviossa 1 viitenumero 41 osoittaa tavanomaista pyörre-erotintä ja 12a sekä 12b osoittavat laitteita rikkiabsorbaattorin ja vastaavasti pääpolttoaineen syöttämistä varten.

5 Pääosa palamisen aikana vapautuvasta lämmöstä otetaan ulos ainakin yhden lämmönsiirtopinnan 14 kautta, joka on järjestetty leijukerrokseen 10. Lisää lämpöä voidaan hyödyntää leijuker-roksen 10 vapaassa tilassa 15 käyttämällä ainakin yhtä lämmön-10 siirtopintaa 16, joka on järjestetty vapaaseen tilaan 15. Energiaa voidaan myös ottaa palamisen savukaasuista ainakin yhdessä kaasuturpiinissa (ei esitetty), joka on järjestetty leijukerroksen 10 alavirran puolelle kaasureitteihin 40.

15 Ennen kuin syötetyn pääpolttoaineen polttaminen leijukerrok-sessa 10 voidaan aloittaa, kerroksen materiaali on kuumennettava ainakin pääpolttoaineen syttymislämpötilaan, joka hiiltä poltettaessa tarkoittaa 400 - 700 °C, edullisesti 500 - 600 °C.

20 Keksinnön mukaisesti mainittu esilämmitys toteutetaan polttamalla käynnistyspolttoainetta kaasureiteillä 40 leijukerroksen 10 ylävirran puolella elimien 17 avulla, jotka on sovitettu polttamaan käynnistyspolttoainetta. Käynnistyspolttoaineena voidaan käyttää polttoöljyä, mutta voidaan myös käyttää muita 25 polttoaineita, joilla on alempi syttyrnislämpötila kuin pää-polttoaineella. Tarkemmin sanoen elimet 17 on järjestetty lei-juttamiselimiin 13. Elimet 17 on järjestetty ja suunniteltu esillä olevan keksinnön mukaisesti niin, ettei niitä tarvitse poistaa kaasureiteiltä 40, kun käynnistyksestä vaihdetaan nor-30 maalin käyttöön, ts. pääpolttoaineen polttamiseen leijukerrok-sessa 10. Mitään ilmavirran poikkeutusta kaasureiteillä 40 ei keksinnön mukaan myöskään tapahdu, kun käynnistyksestä vaihdetaan käyttöön, ts. leijukerrosta 10 käynnistyspolttoaineella esilämmitettäessä ilma syötetään leijukerrokseen 10 samojen 35 kaasureittien 40 ja leijuttamiselimien 13 kautta kuin pääpolt-toainetta leijukerroksessa poltettaessa.

6 93574

Kuviot 2, 3 ja 4 esittävät keksinnön sovellutuksen leijuker-roksessa, jossa leijuttamiselimet 13 käsittävät ainakin yhden sisäänmenorummun 18, ainakin yhden kuumakaasuputken 19, ainakin yhden vetolaatikon ja ainakin yhden hajotusputken 21. Kek-5 sinnön mukaan elimet 17 käynnistyspolttoaineen polttamiseksi on järjestetty kuumakaasuputkiin 19 tai niiden viereen. Elimet 17 on järjestetty niin, että ne aiheuttavat mahdollisimman pienen painehäviön kaasureiteillä 40, kun samalla elimien 17 ympärille muodostuu riittävä pyörteisyys stabiilien olosuhtei-10 den luomiseksi palamista varten. Elimet 17 käynnistyspolttoaineen polttamiseksi käsittävät ainakin yhden polttoaineinjekto-rin 22, ainakin yhden polttoaineputken 23, joka voi olla paineistettu, ainakin yhden sytytyselimen 24 käynnistyspolttoaineen sytyttämiseksi, ja ainakin yhden säätöelimen 25, jolla 15 ilmaistaan onko käynnistyspolttoaine syttynyt. Käynnistyspolttoaineen sumuttamiseksi polttoaineinjektoreissa 22, ellei polttoaineputkea ole paineistettu, elimiin 17 lisätään paineputki 26 paineistettua sumutusainetta, esimerkiksi höyryä tai ilmaa varten.

20

Esimerkkejä sytytyselimistä ja säätöelimistä annetaan kuvion 5 selitykseen viitaten.

Edellytyksenä sille, että elimet 17 keksinnön mukaisesti jäte-25 tään kaasureiteille 40 myös laitoksen normaalin käyttötilan ; ' ajaksi, ts. kun leijukerroksessa 10 poltetaan pääpolttoainet-ta, on että elimet 17 keksinnön mukaisesti on sovitettu tuottamaan mahdollisimman pienet häviöt kaasureiteillä 40, muodostaen samalla polttoaineinjektoreiden 22 ympärille riittävästi 30 pyörteisyyttä stabiilia palamista varten. Edellä mainittu virtaustilanne saavutetaan keksinnön mukaisesti järjestämällä virtausta suuntaavat elimet 27a, 27b, edullisesti laippojen tai ohjausripojen muodossa, polttoaineinjektoreiden 22 ympärille ja/tai niiden ylävirran puolelle, niin että muodostetaan 35 pyörteinen alivirtaus polttoaineinjektoreiden 22 ympärille, kun samanaikaisesti päävirtaus johdetaan elimien 17 ohi mahdollisimman pienellä häiriöllä, mahdollisimman pienellä paine-.. häviöllä.

tl i 7 93574

Jotta esilämmityksen aikana vältettäisiin korrodoivat konden-saatit kaasureittien 40 seinillä tai kaasureiteillä 40 olevilla muilla komponenteilla, fossiilisten polttoaineiden polttamista kaasureiteissä 40 ei normaalisti tapahdu ennen kuin lai-5 toksen kaasureitit on esilämmitetty kuivalla kuumalla ilmalla. Näin tapahtuu myös esillä olevan keksinnön mukaisesti lämmitettäessä.

Keksinnön mukaista esilämmitystä varten vaadittavat poltto-10 ainepiirit ja sytyttämistä sekä esilämmityksen valvomista varten välttämättömät välineet on esitetty kaaviollisesti kuviossa 5. Polttoainesäiliöstä 28 polttoaine siirretään polttoainein jektoreihin 22 polttoaineputken 23 kautta. Ei-toivottujen komponenttien poistamiseksi polttoaine kulkee polttoainesuo-15 dattimen 29 läpi. Siirtämistä varten käytetään esimerkiksi polttoainepumppua 30. Käynnistyspolttoaineen sytyttämiseksi polttoaineinjektoreiden 22 lähelle on järjestetty sytytyseli-met 24, kuten sytytystulpat, hehkulanka tai pilottiliekki. Lähelle polttoaineinjektoreita 22 on järjestetty säätöelimet 20 25, esimerkiksi termoelementit tai muut lämpöanturit, tai mah dollisesti valokennotyyppinen optinen liekin ilmaisin, joilla valvotaan että käynnistyspolttoaine syttyy. Esilämmityksen loputtua polttoaineputki 23 vastahuuhdellaan polttoainesäiliöön 28 päin käyttäen kuumakaasuputkien 18 ylipainetta. Venttiili 25 31 avaa ohitusputken, niin ettei polttoainepumppua 30 ja polt- • · toainesuodatinta 29 vastahuuhdella. Venttiili 32 varmistaa, ettei polttoainesäiliöön 28 kohdistu ylipainetta.

Laitoksessa, jossa palaminen tapahtuu paineistetussa leiju-30 kerroksessa, PFBC-laitoksessa, leijukerroksen 10 sisältävä kerrosastia 11 on suljettu paineastiaan 33. Paineastiaan 33 * syötetään kompressorilla (ei esitetty) paineistettua ilmaa. Paineilma johdetaan paineastiasta 33 leijukerrokseen leijutta-miselien 13 kautta. Samoin kuin yleisessä tapauksessa, elimet 35 17 käynnistyspolttoaineen polttamiseksi on järjestetty leijut- tamiselimiin 13.

Claims (8)

8 93574

1. Menetelmä leijukerroksen (10) esilämmitystä varten ennen pääpolttoaineen syöttämistä, jolloin leijukerrokseen syötetyn pääpolttoaineen leijuttamista ja polttamista varten mainittuun 5 leijukerrokseen syötetään ilmaa kaasureittien (40) kautta, jotka käsittävät leijuttamiselimiä (13) ilman jakamiseksi ja syöttämiseksi koko leijukerrokseen, jolloin leijukerrosta esi-lämmitetään polttamalla käynnistyspolttoainetta kaasureiteil-lä, jolloin leijukerroksen käynnistyspolttoaineella tapahtuvan 10 esilämmityksen aikana ilmaa syötetään leijukerrokseen samojen kaasureittien ja leijuttamiselimien kautta kuin pääpoltto-ainetta leijukerroksessa poltettaessa, ja jolloin käynnistys-polttoaine syötetään ja poltetaan elimillä (17) käynnistys-polttoaineen polttamista varten, edullisesti polttoaineinjek-15 toreilla (22), jotka on järjestetty leijuttamiselimiin tai niiden läheisyyteen, tunnettu siitä, että leijukerrokseen syötetyn ilman virtaus jaetaan virtausta suuntaavilla elimillä (27a, 27b), edullisesti laipoilla tai ohjausrivoilla pyörtei-seen alivirtaukseen lähellä polttoaineinjektoreita ja päävir-20 taukseen, joka johdetaan polttoaineinjektoreiden ohi mahdollisimman pienellä häiriöllä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käynnistyspolttoaine hajotetaan sumuksi paineistetulla 25 sumutusaineella, esimerkiksi höyryllä tai ilmalla, jota syöte-; · tään polttoaineinjektoreihin (22).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käynnistyspolttoaine syötetään polttoaineinjektoreihin 30 (22) paineistetun polttoaineputken (23) kautta ja sumutetaan polttoaineinjektoreissa paineen avulla.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että leijukerros (10) esilämmitetään ainakin 35 pääpolttoaineen syttymislämpötilaan, edullisesti lämpötilaan 500 - 600 °C. tl 9 93574

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pääpolttoaineena käytetään hiiltä ja että hiili poltetaan hiukkaskerroksessa (10), joka käsittää ei-pa-lavaa materiaalia ja rikkiä absorboivaa materiaalia. 5

6. Kerroksen esilämmitin leijukerroksen (10) esilämmitystä varten ennen pääpolttoaineen syöttämistä, jossa kaasureitit (40) leijuttamiselimineen (13) on sovitettu syöttämään ilmaa leijukerrokseen siihen syötetyn pääpolttoaineen leijuttamisek- 10 si ja polttamiseksi, jolloin leijuttamiselimien läheisyyteen on järjestetty ainakin polttoaineinjektoreita (22) käsittävät elimet (17) käynnistyspolttoaineen polttamiseksi, tunnettu siitä, että polttoaineinjektoreiden (22) ympärille tai ylävirran puolelle on järjestetty virtausta suuntaavat elimet (27a, 15 27b), edullisesti laipat tai ohjausrivat, leijukerrokseen syö tetyn ilman virtauksen jakamiseksi pyörteeseen alivirtaukseen lähellä polttoaineinjektoreita ja päävirtaukseen, joka mahdollisimman pienellä häiriöllä, mahdollisimman pienellä painehä-viöllä johdetaan polttoaineinjektoreiden ohi pääpolttoaineen 20 polttamiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kerroksen esilämmitin, tunnettu siitä, että polttoaineputki (23) on järjestetty syöttämään polttoaineinjektoreihin (22) käynnistyspolttoainetta, 25 että polttoaineinjektorit on sovitettu hajottamaan käynnistys-. ; polttoaine sumuksi, että sytytyselimet on järjestetty sytyttämään käynnistyspolttoaine, että säätöelimet (25) on järjestetty ilmaisemaan, milloin polttoaine on syttynyt ja että polttoaineinjektorit, sytytyselimet ja säätöelimet on järjestetty 30 leijuttamiselimiin (13).

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen kerroksen esilämmitin, tunnettu siitä, että leijukerros (10) kuuluu voimalaitokseen, jossa polttaminen tapahtuu paineistetussa leijukerrok- 35 sessa, PFBC-laitokseen. • · 10 93574