SE462933B - Virvelbaeddsreaktor, foersedd med anordningar foer reglering av maengden aatermatat baeddmaterial fraan en partikelavskiljare - Google Patents

Description

462 933 10 15 20 25 30 35 Reaktorns effektivitet sjunker, om man sänker förbränninge- temperaturen genom att öka luftöverskottet, emedan rökgasför- lusterna och luftfläktarnas kraftbehov då blir större.

Om temperaturen i en virvelbäddsreaktor regleras genom att rökgaserna ledes tillbaka till reaktorn, sá som t.ex. den brittiska patentansökan nr 2030689 visar, ökar pannans totala kraftbehov till följd av en större gasström, och dà stiger också investerings- och driftskostnaderna.

Förändringar i suspensionstätheten påverkar värmeöverföringen till pannans kylytor och därmed temperaturen i förbränninge- kammaren. Suspensionstätheten kan förändras, så som US-paten- tet 4,165,717 visar, genom att man förändrar förhållandet mellan sekundär- och primärluften och deras mängder. Regle- ringsomràdet är dock begränsat, eftersom en förändring av förhållandet mellan sekundär- och primärluften också påverkar andra processparametrar än temperaturen.

Reglering av förbränningstemperaturen genom kylning av bädd- materialet i en extern värmeväxlare, så som US-patentet 4,111,158 visar, är en komplicerad och svàrkontrollerbar pro- cess. Detta sätt att reglera temperaturen medför extra inves- terings- och driftkostnader, då det behövs en skild, med kyl- ytor utrustad virvelbädd utöver reaktorns cirkulerande bädd.

Genom US-patentet 4,240,377 är ett temperaturregleringsförfa- rande känt, där en del av bäddmaterialet ovanpå rosten bring- as att strömma uppåt genom värmeväxlaren, varifrån det retur- neras kylt till bädden, Även detta förfarande orsakar extra investerings- och driftkostnader.

Reglering av förbränningstemperaturen genom inaktivering av en del av bädden, sä som US-patentet 3,970,011 visar, har i praktiken visat sig besvärlig, eftersom den orsakar bland annat erosion av värmeöverföringsytorna och sintring av bädd- materialet. 10 15 20 25 30 35 '462 933 Virvelbäddsreaktorn enligt föreliggande uppfinning möjliggör användning av ett förfarande där det fasta materialet kyls genom att man leder det fasta material, som skall återföras till reaktorn, via återföringskanaler, av vilka åtminstone en del är kylda, och där den önskade kyleffekten åstadkommas genom att man reglerar mängderna av det fasta material som passerar återföringskanalerna.

När en del av de kylda återföringskanalerna stängs, återförs det fasta materialet till reaktorns hetare del, och tempera- turen i förbränningskammaren stiger såvitt andra processpara- metrar förblir oförändrade.

När ytterligare kylda àterföringskanaler öppnas, återförs det fasta materialet till reaktorns kallare del och temperaturen i förbränningskammaren sjunker.

Virvelbäddsreaktorn enligt uppfinningen utmärkas närmare be- stämt av att anordningarna för ledandet av fast material tillbaka till reaktorn innefattar ett flertal parallella och parallellt funktionerande återföringskanaler, vilkas väggar åtminstone delvis utgöres av värmeöverförande ytor, och att åtminstone en del av de parallella återföringskanalerna är försedda med anordningar för reglerande av mängden av det fasta materialet som passerar åteföringskanalen.

Enligt en utföringsform av virvelbäddsreaktorn enligt uppfin- ningen är anordningarna för reglerandet av fastmaterialmäng- den anordnade i övre änden av återföringskanalerna.

Enligt en annan utföringsform innefattar anordningarna för reglerande av fastmaterialmängden en klaffventil.

Utmärkande för ännu en annan utföringsform är anordningarna för reglerandet av fastmaterialmängden anordnade i nedre än- den av återföringskanalerna. 462 935 10 15 20 25 30 35 Ytterligare en utföringsform av uppfinningen utmärkes av att anordningarna för reglerandet av fastmaterialmängden består av en fludiseringskammare med luftinmatningsanordningar an- ordnade i nedre delen av àterföringskanalen.

Till uppfinningens fördelar hör t.ex. att: - användningen av uppfinningen orsakar varken behov av extra utrymme eller extra investerings- och driftskostnader, - konstruktionen är enkel och pålitlig, - regleringen av funktionen är enkel och - regleringsomradet blir större.

Uppfinningen beskrivs i det följande närmare under hänvisning till bifogade ritningar, där fig. 1 visar ett schematiskt vertikalsnitt av en utförings- form av uppfinningen, fig. 2 visar ett snitt längs linjen A-A i fig. 1, fig. visar en annan utföringsform, visar en tredje utföringsform och 3 fig. 4 visar ett snitt längs linjen B-B i fig. 3, fig. 5 6 fig. visar ett snitt längs linjen C-C i fig. 5.

Den i fig. 1 och 2 visade àngpannan innefattar en förbrän- ningskammare 5 begränsad av fyra väggar 1-4, som bildas av pà i och för sig känt sätt med varandra hopsvetsade rör. Rören utgör pannans värmeöverföringsytor och är kopplade till pan- nans cirkuleringssystem pa ett ej närmare visat sätt.

I förbränningskammarens nedre del är en inloppsledning 6 an- ordnad. Där finns ocksa en inloppsledning 7 för primärgas och * en inloppsledning 8 för sekundärgas. 10 15 20 25 30 35 462 953 En horisontal cyklonavskiljare 9 är anordnad pà förbrännings- kammaren. Cyklonavskiljaren bildas av förbränningskammarens fram- och bakvägg 1 och 3 samt av en med förbränningskamma- rens bakvägg 3 parallell rörvägg 10. Förbränningskammarens framvägg 1 och rörväggen 10 är böjda mot och förenade med varandra sà att de bildar avskiljarens cylindriska övre del 11. Förbränningskammarens bakre vägg 3 är först böjd mot framväggen så att den bildar förbränningskammarens tak 12 och fortsätter sedan parallellt med framväggens cylindriska del så att den bildar gasinloppsledningens 13 inre och yttre vägg 14 och 15 i avskiljaren.

Förbränningskammarens bakvägg 3 och den med denna parallella väggen 10 utgör två värmeöverförande väggar i àterföringska- nalerna 16, som förenar avskiljaren med förbränningskammarens nedre del. Återföringskanalerna är åtskilda fràn vaandra av en mellan- vägg 17 till parallellt funktionerande enheter. I avskilja- rens gavelvägg 18 är anordnad en gasutloppsledning 19.

Rökgaser innehållande fast material, som avgår fràn förbrän- ningskammaren, leds till avskiljarens turbulenskammare 20 via en gasinloppsledning 13, som är tangentiellt förenad med den- Sämma .

Fast material, som anrikas pá turbulenskammarens yttre vägg, lämnar turbulenskammaren tillsammans med gasströmmen genom en passage 21, som bildas mellan väggarna 3 och 10, och:àterförs till förbränningskammaren via àterföringskanalerna 16. De renade gaserna avlägsnas via öppningar 19 i turbulenskamma- rens gavelväggar. Återföringskanalen bildar i sin nedre ände en U-formad flui- diseringskammare 22, in i vilken luft kan matas via röret 23.

Om luft inte matas in i fluidiseringskammaren, fungerar den 462 933 10 15 20 25 30 35 som ett lås, dà ifrågavarande àterföringskanal fylls och det fasta materialet som skall returneras till reaktorn passerar via andra àterföringskanaler. Fastmaterialströmmen som passe- rar àterföringskanalen kan också regleras med hjälp av en ventil 24 genom att man förändrar mängden av den luft som inmatas i kammaren 22. Pa detta sätt kan man åstadkomma att olika stora fastmaterialmängder passerar genom àterföringska- nalerna. När en del av àterföringskanalerna hålls stängda, lagras en del av det i reaktorn cirkulerande fasta materialet i dessa. Det i àterföringskanalen lagrade fasta materialet kan áterföras kontrollerat genom reglering av luftströmmen till fluidiseringskammaren. Pa detta sätt kan det fasta mate- rialets suspensionstäthet i förbränningskammaren och därige- nom värmeöverföringen pa förbränningskammarens värmeöverfö- ringsytor påverkas.

Eftersom det fasta materialet rör sig nedåt i àterföringska- nalen på grund av sin egen vikt och med hjälp av gasströmmen, behövs det endast obetydliga mängder luft i fluidiseringskam- maren för att halla àterföringskanalen öppen.

I den i fig. 3 och 4 visade alternativa utföringsformen är i övre änden av varje aterföringskanal 116 i avskiljaren 109 en klaffventil 122 anordnad, med vilken mängden av det genom àterföringskanalen strömmande fasta materialet kan regleras och med vilken den kan helt stängas. Fran àterföringskanalens nedre ände strömmar det fasta materialet fritt till reaktorn.

Annars motsvarar reaktorns konstruktion fig. 1 och 2. 1 Den i fig. 5 och 6 visade virvelbäddsreaktorn omfattar en förbränningskammare 201, vars övre del 202 är kopplad till cyklonavskiljare 203, där en gasutloppsledning 204 är anord- nad. Mellan avskiljaren och reaktorn är anordnade två paral- lellt kopplade àterföringskanaler 205 och 206, som i sin övre ände är anslutna till avskiljarens trattformiga nedre del 207 och i sin nedre ände till en kanal 209, som är förenad med 10 15 20 25 30 35 462 935 förbränningskammarens nedre del 208. En klaffventil 210 är anordnad mellan avskiljarens nedre del och àterföringskana- lernas övre ändar. Återföringskanalen 205 är murad och àterföringskanalen 206 är utrustad med inre värmeöverföringsytor 215, som pà i och för sig känt sätt är kopplade till reaktornkammarens värmeöverfö- ringsytor 216. Det fasta material, som avskiljs ur de från reaktorn avgående rökgaserna, leds fràn avskiljaren till àterföringskanalen 205 eller 206 eller till bada beroende pà klaffventilens 210 läge. Förhållandet mellan de mängder som passerar genom kanalerna 205 och 206 kan regleras genom att man förändrar klaffventilens läge. Den del av det fasta mate- rialet som passerar genom àterföringskanalen 206 kyls när den kommer i indirekt värmeväxlingskontakt med ett kylmedium (vatten), som passerar genom förbränningskammarens värmeöver~ föringsorgan. Det kylda, till reaktorn returnerade fasta ma- terialet sänker förbränningsprocessens temperatur.

Exempel 1 I en ángpanna enligt figurerna 1 och 2 förbrändes kol, vars effektiva värmevärde var 28 MJ/kg vid pannans 65 MW nominella effekt och vid 880°C temperatur. Medelst förbränningskamma- rens 185 m2 värmeytor och de sex parallella àterföringskana- lernas 120 m2 värmeytor àtervanns 40 MW värme.

Vid 20 MW ángeffekt, m.a.o. vid ca 30% belastning, àstadkoms samma förbränningstemperatur som vid den nominella effekten genom att tre àterföringskanaler stängdes.

Exempel 2 I samma panna förbrändes torv, vars effektiva värmevärde var 8 MJ/kg vid nominella effekten 65 MW. För att inställa för- bränningstemperaturen till ca 8?0°C minskades àterföringska- 462 955 10 15 20 25 30 35 nalernas kyleffekt genom att fyra kanaler stängdes, varvid det fasta materialet leddes till reaktorn via den andra och den femte áterföringskanalen. På detta sätt àtervanns 30 MW värme i reaktorn och àterföringskanalerna.

Exemgel 3 Som huvudbränsle i en virvslbäddsreaktor enligt figurerna 5 och 6 användes träavfall och kol, vars fuktighetshalt och värmevärde var följande: Bränsle Träavfall Kol - fuktighetshalt X 50 10 - värmevärde kJ/kg 10230 27150 Förbränningen genomfördes vid 880°C temperatur med ca 23% luftöverskott. Som reaktorns värmeöverföringsytor (ca 100 m2) fungerade membranväggar.

Vid förbränning av träavfall var den värmemängd som överför- des av reaktorns överföringsytor 12 MW. Det cirkulerande fas- ta materialet avskildes i en murad cyklon och det avskilda materialet áterfördes till förbränningskammaren vid 880°C temperatur via àterföringskanalen 205. Reaktorns totala nettoeffekt var 20 Mwt inklusive konvektionsdelen efter reak- torn, som inte är visad i figurerna.

När kol förbrändes i reaktorn vid samma totala nettoeffekt 29 Mwt, med samma ca 23% luftöverskott och vid samma gastempera- tur 880°C efter cyklonen, utgjorde den av reaktorns värme- överföringsytor överförda värmemängden 13,5 MW beroende på kolförbränningens bättre värmeöverföring. Det avskilda mate- rialet àterfördes till reaktorn via kanalen 206, som var ut- rustad med ca 30 m2 överföringsytor, då ca 4 MWt, d.v.s. ca 14% av reaktorns totala nettoeffekt 29 Mwt, överfördes pà 10 15 20 25 30 35 462 955 àterföringskanalernas kylytor. Trots ett bättre värmevärde hos kol kunde reaktorn med ifrågavarande metod vid 29 MWt total nettoeffekt inställas till samma förbränningstemperatur och luftöverskott som vid förbränning av träavfall.

Genom användning av ett tidigare känt förfarande kan reak- torns förbränningstemperatur inställas till ca 880°C med ca 80% luftöverskott, varvid verkningsgraden sjunker med ca 3,3%. Till detta kommer den extra effektförbrukning, som för- orsakas av inblàsning av högtrycksluft i reaktorn. Detta àstadkommer en ytterligare minskning, ca 0,7%, av reaktorns verkningsgrad; m.a.o. reaktorns verkningsgrad sjunker samman- lagt med 4%.

Ett annat sätt att inställa förbränningstemperaturen till 880°C är att àtercirkulera rökgaser till reaktorkammaren. Återcirkulationen av rökgaser sänker reaktorns verkningsgrad med ca 0,6%, för fläktarna för rökgasàtercirkulationen ökar effektbehovet. Utöver detta behövs det extra anordningar, sàsom t.ex. rökgasfläkt, rökgaskanaler, instrumentation etc.

Detta förorsakar ökade kapitalkostnader.

Exempel 4 En virvelbäddsreaktor enligt det föregående exemplet användes modifierad sä, att àterföringskanalerna var utrustade med ca 70 m2 värmeöverföringsytor. Vid förbränning av kol var värme- mängden som överfördes av dessa kylytor 9,4 MW. När värme- mängden som överfördes av reaktorns värmeöverföringsytor var 15 MW och effekten fràn konvektionsdelen efter reaktorn var 16,6 MW, steg reaktorns totala nettoeffekt från 29 MWt till 41 MWt, d.v.s. med ca 40%. Den största fördelen med uppfin- ningen är just en ökad effekt vid kolförbränning.

Claims (5)

10 462 955" 10 15 20 25 30 35 Uppfinningen är ej begränsad till de visade utföringsformerna utan den kan modifieras och tillämpas inom ramen-för den av patentkraven definierade uppfinningstanken. Det är klart, att àterföringskanalerna t.ex. kan vara av olika storlekar eller att anordningarna som reglerar fastmaterialmängden kan vara anordnade endast i en del av återföringskanalerna. PATENTKRAV

1. En virvelbäddsreaktor, vars reaktorkammares övre del är ansluten till en partikelavskiljare för avskiljande av fast material ur de från reaktorn avgående gaserna och som innefattar anordningar för ledandet av det fasta materialet tillbaka till reaktorn, kännetecknad därav, att anordning- arna för ledandet av fast material tillbaka till reaktorn innefattar ett flertal parallella och parallellt funktione- rande áterföringskanaler (16, 116, 205, 206), vilkas väggar åtminstone delvis utgöres av värmeöverförande ytor (3, 10, 215), och att åtminstone en del av de parallella aterförings- kanalerna är försedda med anordningar (22, 23, 24, 122, 210) för reglerande av mängden av det fasta materialet som passe- rar àterföringskanalen.

2. En virvelbäddsreaktor enligt patentkrav 1, känneteck- nad därav, att anordningarna (122, 210) för reglerandet av fastmaterialmängden är anordnade i övre änden av àterförings- kanalerna (116, 205, 206). 1.

3. En virvelbäddsreaktor enligt patentkrav 2, känneteck- nad därav, att anordningarna för reglerande av fastmaterial- mängden innefattar en klaffventil (122, 210).

4. En virvelbäddsreaktor enligt patentkrav 1, känneteck- nad därav, att anordningarna (22, 23, 24) för reglerandet av fastmaterialmängden är anordnade i nedre änden av återfö- ringskanalerna (18). 11 $\ Ux ßâ vä UI UI

5. En virvelbäddsreaktor enligt patentkrav 4, känneteck- nad därav, att anordningarna för reglerandet av fastmate- rialmängden består av en fludiseringskammare (22) med luftin- matningsanordningar (23, 24) anordnade i nedre delen av àter- föringskanalen.