NO772937L - Fluidisert sjikt. - Google Patents

Description

Fluidiserte sjikt.

Foreliggende oppfinnelse angår fluidiserte sjikt,

mer spesielt fluidiserte sjiktovner.

En fluidisert sjiktovn drives ved å blåse en brennbar blanding av luft og brennstoff gjennom et sjikt av et inert partikkelformet materiale for derved å holde sjiktet i en fluidisert tilstand'. Brennstoffet som kan være fast, flytende eller gassformet, eller en blanding av slike brennstoffer, brenner inne i sjiktet som derved holdes på en forhøyet temperatur, vanligvis i området fra 700 til 1000°G. Med begrepet "fluidisert

sjiktova" forstås også bruken av et fluidisert sjikt som en for-gasser hvor det skjer en delvis reaksjon mellom et brennstoff og en oksygenholdig gass, slik at det fremstilles en brennbar gass

som kan lagres eller brennes på et sted fjernt fra det fluidiserte sjikt.

Fluidiserte sjiktovner gir meget høy varmeproduksjon og erkarakterisert vedgod varmeoverføring.

Enkelte ganger vil det imidlertid oppstå vanskelig-heter ved forbrenning av flytende brennstoffer, såsom fyringsolje i fluidiserte sjiktovner, ettersom det er en tendens feil at det skjer sjiktakkumuleringer under visse betingelser som derved kan forstyrre ovnens forbrenningsegenskaper.

UK-patent søkaad nr. 1149/74 beskriver en fordelingsplate som kan brukes i en fluidisert sjiktovn, og hvor nevnte plate består av et kammer som har et inntak for brennstoff, samt et luftrør som går gjennom kammeret, og hvor det indre av nevnte luftrør står i forbindelse med kammeret, og hvor den ene ende av luftrøret ender i et hode som har utløp som er tilpasset tilfør-sel av en brennbar blanding innbefattende brennstoff og luft, til en fluidisert sjiktovn, og hvor det er tilveiebragt et rør omkring luftrøret, og hvor dette har et luftinntak og luftuttak, og hvor sistnevnte er tilpasset til å føre luft til et område i det fluidiserte sjikt, like under nevnte hode som tilfører den brennbare blanding til det fluidiserte sjikt.

Under visse driftsbetingelser, da spesielt med rela-tivt lave fluidiseringshastigheter, har man imidlertid funnet at når man bruker fyringsolje i det fluidiserte sjikt, skjer det en koksakkumulering i sjiktet, Dette skyldes at det antagelig dannes en for dårlig dispersjon mellom brennstoffet og sjiktmaterialet, og dette nedsetter forbrenningseffekten. Dette er spesielt tilfelle når man bruker fluidiserte sjikt under forhøyede trykk. Foreliggende oppfinnelse angår en reduksjon av dette problem og muliggjør en reduksjon av antallet av oljedyser pr. overflate-areal.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således en fluidisert sjiktovn som består av et kammer, en eller flere injeksjonsdyser for tilførsel av en flytende blanding av brennstoff og luft, samt ett eller flere inntak for tilførsel av luft for fluidisering av sjiktmaterialet, og hvor kammetret har en sone med økende tverrsnittsareal nær brennstoffinjeksjonsdysene. Brennstoff-og luftinjeksjonsdysene står fortrinnsvis inn i kammeret i en viss avstand fra kammerets side, og sonen med økende tverrsnittsareal er fortrinnsvis fordelt symetrisk omkring dyse-hodet.

I en første utførelse av oppfinnelsen vil det fluidiserte sjikt innbefatte en eller flere injeksjonsdyser for brennstoff, og hvor det er en enkelt sone med økende tverrsnittsareal nær disse dyser.

I denne første utførelse av oppfinnelsen vil den nevnte sone med økende tverrsnittsareal nær brennstoffinjeksjons-dysen fortrinnsvis være formet av kammerets indre vegger som er rettet utover enten umiddelbart eller etter et kort stykke hvor veggene er parallelle.

I den annen utførelse av oppfinnelsen, vil det fluidiserte sjikt ha to eller flere brennstoffinjeksjonsenheter, hvor hver av enhetene består av en eller flere brennstoffinjeksjons-dyser, og hvor hver injeksjonsenhet har en sone med økende tverrsnittsareal nær nevnte enhet.

I denne andre utførelse av oppfinnelsen vil sonen med økende tverrsnittsareal nær hver brennstoffinjeksjonsenhete for trinnsvis ha formen av en omvendt regulær avskåret rund eller fir-kantet pyramide. Alternativt kan brennstoffdysene ligge i kanaler som har en V-f orm eller avskåret V-f orm. i tverrsnitt.- Kanalene kan være parallelle eller konsentriske eller i enhver annen egnet form. ■;

Man antar at reduksjonen av selve agglomeringen i den fluidiserte sjiktovn er forårsaket av den økende fluidiserings^lufthastighet i området som er nær brennstoffinjeksjonen (sammenlignet med selve hovedsjiktet) noe som igjen skyldes det reduserte tverrsnittsareal i selve fluidiseringssonen nær brennstoffinjek-sjonsdysen. Denne økede fluidiseringshastighet gir en mer kraf-tig omrøring i sjiktet, noe som igjen gir bedre blanding av brennstoff og luft blant salve sjiktmaterialet. Den kraftigere rørin-gen gjør det mulig å bruke færre oljedyser pr. enhet av tverr-snittsarealet, samtidig som man opprettholder høy forbrennings-ef f ekt . For å opprettholde ;den samme totale brennstofftilførsel, trenger man bare l/lO til l/l5 av det antall dyser som er nødven-dig i en fluidisert sjiktovn med jevnt tverrsnittsareal. Denne senkning av antallet injeksjonsdyser pr. enhet av sjiktets tverrsnittsareal, gjør det lettere å bruke utskiftbare dyser i det fluidiserte sjikt. Bruken av utskiftbare dyser i sjiktet gjør det mulig å bruke individuelle dyser som kan fjernes for service, rensing, reparering etc, uten at man derved trenger å stenge sjiktet. Reduksjonen av antallet av dyser pr. enhetsareal av sjiktet gjør det også mulig å bruke større og mer kompliserte utskiftbare dyser. Britisk patentsøknad nr. 37182/76 beskriver en egnet utskiftbar dyse.

Med begrepet luft slik det brukes her, forstås også en fluidiserende gass inneholdende oksygen.

Den før nevnte fordelingsplaten har fortrinnsvis en brennstoffdysetetthet på fra 2 til 5Pr* m av projisert sjiktareal, dvs. maksimalt sjiktareal.

Skjønt oppfinnelsen primært er tenkt brukt for flytende brennstoff, f.eks. vanlige fyringsoljer, kan også faste brennstoffer eller, ga ss formede brennstoffer brukes. Videre kan sjiktet drives under atmosfærisk trykk, eller ved høyere trykk.

Fyringsolje kan føres inn i det fluidiserte sjikt ved den såkalte klyvende filmteknikk som er beskrevet i den verserende britiske patentsøknad nr. 1149/74°g britisk patent nr. 1368532. Alternativt kan oljen føres inn i kammeret ved hjelp av vanlige forstøvningsdyser.

Sjiktet i seg selv kan bestå av mineralpartikler hvis størrelse og tetthet kan variere alt etter hastigheten på den fluidiserende gass. Egnede materialer innbefatter knust ildfast sten, sand, dolomit eller kalksten.

Ovnen kan også brukes for forgassningsformål. Således kan forholdet mellom brennstoff og luft som føres til sjiktet varieres fra under-støkiometrisk til et overskudd av luft. Således kan platen brukes for å fremstille gasser med lavt brennstoffinn-hold, som så kan brukes på et punkt som ligger langt vekk fra den fluidiserte sjiktovn.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet ved hjelp av eksempel

med henvisning til figurene 1 til 4 på de vedlagte tegninger.

Fig. 1 er et vertikalt snitt gjennom en fluidisert sjiktovn for oljeinjeksjon og utstyr for tilførsel av kull, og hvor det er skråttstilte vegger for å skape en enkelt fluidiseringssone med Økende tverrsnittsareal. Fig. 2 er et horisontalt snitt som viser fordelingsplaten på fig. 1. Fig. 3 er et vertikalt snitt gjennom en fluidisert sjiktovn med flere oljeinjeksjonsenheter, og hvor hver enhet har en fluidiseringssone med økende tverrsnittsareal nær injeksjons-dysen. Fig. 4 viser et horisontalt snitt gjennom den fluidiserte sjiktovn på fig. 3 som viser fluidiseringssonene i snitt med økende tverrsnittsareal og med en 5 x 5 modul sjiktarrangement.

Den fluidiserte sjiktovn består av et luftkammer 1,.

en fordelingsplate 2, og ét fluidisert sjikt 3 av kalksten og sand. Sjiktet består av mineralpartikler med en størrelse og med en tetthet som er passende for hastigheten på den fluidiserende gass.

Den fluidiserte sjiktovn som sådan har et sylindrisk tverrsnittsareal som skråner ned til en avskåret pyramidal form ned mot fordelingsplaten 2.

Fordelingsplaten 2 består av en rekke fyringsoljer/ lufttilførselsdyser 4 som ber er omgitt av et større antall til-førselsdyser 5 for luften alene. (Driften av disse dyser er mer detaljert beskrevet i den verserende UK-patent søknad nr. II49/74).

Veggene i det fluidiserte sjikt 3»skråner ned mot fordelingsplaten 2 slik at det dannes en fluidiseringssone 6 som har et økende tverrsnittsareal nær fordelingsplaten 2. Veggene kan skråne direkte ned mot fordelingsplaten 2 eller kan skråne ned til en annen vertikal sylindrisk seksjon 7 (som på fig* 1°63) nær fordelingsplaten 2. Dette arrangement muliggjør en høyere fluidiseringshastighet nær det punkt hvor fyringsoljen føres inn i fluidiseringssonen 6. Typisk vil fluidiseringshastigheten ved det punkt hvor fyringsoljen tilføres tfære fra 2 til 3 ganger større enn hastigheten ved toppen av den skrånende delen av ovnen. En eventuell kullinjeksjonsdyse 8 er også angitt på fig. 1 og 2.

For å tenne ovnen føres luft inn i luftkammer 1 ved hjelp av en vifte (ikke vist) og deretter gjennom dysene 4°g 5

med en hastighet som er bestemt av driftsbetingelsene forøvrig. Brennstoffgass, f.eks. propan tilføres brennstoffgasskammeret 9

i fordelingsplaten 2 og blir der blandet med luft som føres inn gjennom dysene 4°g 5» E"forblanding av propan og luft tilføres så selve sjiktet 3*Tenning av blandingen kan enten utføres elektrisk eller ved hjelp av en enkel flamme.

Vanligvis vil det ta noe mindre enn 30 minutter etter tenning for å nå normale driftsbetingelser ved en temperatur på

ca. 800°C. Når man har oppnådd disse betingelser, vil selve gass-tilførselen gradvis reduseres og oljetilførselen startes. Oljen tilføres dysene $ med en hastighet som er forenelig med luft-tilføreelshastigheten. Oljen når sjiktet 3 under påvirkning av luft fra en separat tilførsel som føres inn gjennom den indre del av dysene 4»hvorved oljencanner en klatrende film på innerveggene. Oljen vil deretter nå utløpshullene på dysene 4 og vil bli forbrent i det fluidiserte sjikt.

Viskositeten på den filførte olje kan eventuelt regule-res ved hjelp av et varmeelement (ikke vist).

En fluidisert sjiktovn ifølge foreliggende oppfinnelse ble drevet på reéidualt brennstoff kontinuerlig iløpet av 100 timer. Ovnen hadde et tverrsnitt som vist på fig. 1 som skrånet ned fra en diameter på 108 cm til 57 cm nær dysenes åpninger 4* Dybden på sjiktet var 7° cm og driften ble utført ved atmosfærisk trykk. Betingelser og resultater for en fordelingsplate med fire oljeinjeksjonsdyser hvor man brukte den såkalte klatrende filmmetoden for injeksjon i sjiktet, er vist i den følgende tabell.

Man kunne observere betydelig reduserte akkumule-ringer eller avsetninger omkring fordeleren sammenlignet med sjikt, hvor man ikke hadde den skråstilte veggkonfigurasjon. Videre kunne man bemerke at antallet av oljeinjeksjonsjtyser som var nødvendig for å få en gitt varmeproduksjon.ble redusert (i det foreliggende tilfelle var fire oljeinjeksjonsdyser ekvivalent til 60 oljedyser i et sjikt hvor man ikke hadde en skråttstilt vegg-konf iguras jon og hvor driften' ellers ble utførte under de samme betingelser og med den samme tilførsel av fyringsolje1).. Det er således mulig å bruke langt større oljestrøm pr. dyse uten at det opptrer, agglomerering eller avsetning på grunn av ufullstendig oljeforbrenning.

Fig. 4 viser en fluidisert sjiktovn hvor den nedre del av fluidiseringssonen 3 er delt inn i 25 enheter som hver har et tverrsnittsareal av en avskåret pyramide. Hver enhet har et mak simalt tverrsnittsareal på &,27 m 2! og et rainimumsareal på 0,18 o m 2. Høyden på hver enhet" er ca. 3° Dette gir en fluidiseringssone 9 med økende tverrsnittsareal nær brennstoffinjeksjonsdysene.

Hver enhet har fire o^ja/lufttilførselsdyser 4 (fordelingsplaten er som vist på fig. 2) som er omgitt av lufttilfør-selsdyser 5*

Claims (12)

1. Fluidisert sjiktovn, karakterisert ved et kammer, en eller flere injeksjonsdyser for tilførsel av en flytende brennstoff/luftblanding, og en eller flere til-førselsanordninger for tilførsel av luft alene for fluidisering av sjiktmaterialet, og hvor nevnte kammer har en sone med økende tverrsnittsareal nær injeksjonsdysene for det flytende brennstoff.

2. Fluidisert sjiktovn ifølge krav ^ karakterisert ved å bestå av en eller flere brennstoffinjek-sjonedyser og en enkelt sone med økende tverrsnittsareal nær brennstoffinjeksjonsdysene.

3. Fluidisert sjiktovn ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de indre veggene i det fluidiserte sjikt er skråttstilt utover fra åpningene på brennstoff in jeks jonsdysene .

4. Fluidisert sjiktovn ifølge Krav 3«karakterisert ved at de indre veggene i det fluidiserte sjikt er skråttstilt utover over brennstoffindeksjonsdysene etter et kort stykke hvor veggene er ialt vesentlig vertikale.

5« Fluidisert sjiktovn ifølge krav 1, karakterisert ved å ha en eller flere brennstoffinjeksjonsenheter, og hvor hver enhet består av en eller flere brennstoffinjeksjons-dyser, og hvor hrer enhet har en sone med økende tverrsnittsareal nær enheten.

6. Fluidisert sjiktovn ifølge krav 1, eller 5»karakterisert ved at sonene med økende tverrsnittsareal nær injeksjonsanordningene for flytende brennstoff, er en omvendt regulær pyramide eller kantet pyramide eller rund pyramide, eller en omvendt regulær avskåret rund eller kantet pyramide.

7- Fluidisert sjiktovn ifølg krav 1, karakterisert ved at brennstoffinjeksjonsdysene ligger i kanaler med V-form eller avskåret V-form.

8. Fluidisert sjiktovn ifølge krav 7»karakterisert ved at kanalene er parallelle eller konsen-x triske.

9. Fluidisert sjiktovn ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at man har en fordelingsplate under kammeret som innbefatter injeksjonsdysene for det flytende brennstoff, samt lufttilførselsanordningene.

10. Fluidisert sjiktovn ifølge ethvert av kravene 2 til 9, karakterisert ved at tettheten av injeksjonsdyser for flytende brennstoff er fra 2 til 5P r« m p•

11. Fluidisert sjiktovn ifølge ethvert av firavene 2 til 10, karakterisert ved at injeksjonsdysene for det flytende brennstoff lar seg fjerne under drift av det fluidiserte sjikt.

12. Fluidiserte sjiktovner som beskrevet her med henvisning til fig. 1 til 4 på de vedlagte tegninger.