NL8000128A - Inrichting voor het toevoeren van een fluidiserend gas aan het bed van een verbrandingsinrichting. - Google Patents

Description

p & c - : w 5597-3 Ned. , , . ....

-:/ * ft'*' «f

Inrichting voor het toevoeren van een fluidiserend gas aan het bed van een verbrandingsinrichting

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het toevoeren van een fluidiserend gas aan het fluidiseringsbed van een verbrandingsinrichting.

Een fluidiseringsbed bevat normaal inerte deeltjes (bijvoorbeeld 5 zand) die bij het bedrijf van de inrichting worden gefluidiseerd door lucht of een inert gas, dat door het bedmateriaal beweegt. Het fluidiseringsgas kan met voordeel worden toegevoerd aan het bedmateriaal via een reeks toevoerbuizen welke vertikaal door het bedmateriaal steken van een bodem van de verbrandingsrichting af, of horizontaal in het bedmateriaal steken, 10 uitgaande van een zijwand van de verbrandingsinrichting.

Inrichtingen met gefluidiseerd bed (bijvoorbeeld verbrandingsovens, heetgas-generators, generatoren voor verbruiksgas, warmtebehandelingsovens, reactors, drooginrichtingen, calcineerovens enz) moeten een geschikt vat hebben voor het inerte deeltjesmateriaal, dat het fluidiseringsbed vormt.

15 In de meeste gevallen is dit vat gevormd van vuurvast materiaal, bijvoorbeeld vuurvaste stenen, welke zijn opgesloten binnen een stalen constructie.

Het materiaal van het fluidiseringsbed, dat wordt gebruikt voor de verbranding van brandstoffen, wordt normaal op een hoge temperatuur gebracht en biedt (door de dichte aard van het inerte deeltjesmateriaal, 20 dat wordt gebruikt voor het vormen van het· fluidiseringsbed) een grote weerstand aan de doorstroming van het gas. Als gevolg hiervan is de gasdruk aan de basis van het fluidiseringsbed van een verbrandingsinrichting gewoonlijk hoog, namelijk ongeveer 4,9 kPa. Deze combinatie van hoge temperaturen en hoge drukken veroorzaakt afdichtingsproblemen op het punt 25 waar het gas het vat met het fluidiseringsbed binnengaat, welke problemen lastig zijn wanneer gebruikelijke afdichttechnieken worden toegepast, bijvoorbeeld met pakkingen, pakkingkoord en/of pakkingbussen. Deze problemen worden verergerd wanneer het fluidiseringsgas binnen het fluidiseringsbed wordt verdeeld door middel van toevoerbuizen welke door het bedmateriaal 30 steken. In het bijzonder wanneer het fluidiseringsgas, dat het bedmateriaal' passeert, zich op een hoge temperatuur bevindt (van de grootteorde van bijvoorbeeld 600° tot 1000°C), hetgeen het geval is wanneer het bed bijvoorbeeld wordt opgestart tot een bedrijfstemperatuur waarbij een stabiele, autothermische werking van de inrichting kan plaatsvinden.

35 Wanneer horizontale toevoerbuizen worden toegepast veroorzaken de effekten van de hoge temperatuur en de hoge druk van de gassen grote problemen op de punten waar de of elke toevoerbuis is verbonden met de wand 800 0 1 2$ -2- <?' of wanden van het vat en is het vaak moeilijk het lekken van gas te beletten (in plaats van het stromen van het gas door de toevoerbuizen). Tegelijk kan de verhitting van de vatwand vervormingen van deze wand veroorzaken, met als gevolg dat warmteverliezen een ernstig probleem worden.

5 De uitvinding verschaft nu een inrichting voor de toevoer van fluidiseringsgas aan een fluïdiseringsbed in een verbrandingsinrichting via toevoerbuizen, waarbij het buiteneinde van de of elke toevoerbuis is bevestigd aan een wand van het vat, waarin zich het fluïdiseringsbed bevindt, en waarbij het gedeelte van de wand grenzend aan het einde van de of elke 10 toevoerbuis wordt gekoeld door een vloeibaar koelmiddel. Bij voorkeur is het koelmiddel water.

Bij de hieronder de beschrijven uitvoeringsvormen van de uitvinding steekt het einde van de of elke toevoerbuis door een pijpenplaat en is daaraan vastgelast, welke pijpenplaat op zijn beurt is gelast aan de 15 wand van het vat, terwijl de pijpenplaat wordt gekoeld door een daarlangs verlopende stroom vloeibaar koelmiddel.

De inrichting kan voorverwarmingsorganen omvatten, welke het fluidiseringsgas voorverwarmen, dat naar de toevoerbuizen wordt gevoerd, evenals op de stroming reagerende schakelorganen voor het bewaken van de 20 hoeveelheid naar de inrichting stromend koelmiddel, welke schakelorganen kunnen beletten dat de voorverwarmingsorganen werken wanneer de stroom koelmiddel beneden een bepaalde hoeveelheid daalt.

Bij voorkeur is' een thermostatisch bestuurde klep aangebracht, welke de koelmiddelstroom zodanig kan regelen dat de temperatuur van het 25 koelmiddel, die de inrichting verlaat, beneden een bepaalde temperatuur blijft.

Een omloopafsluiter kan zijn aangesloten tussen een inlaat voor het koelmiddel en een uitlaat voor het koelmiddel aan de inrichting, welke afsluiter zodanig bedienbaar is dat een minimale koelmiddelstroom 30 door de inrichting wordt gehandhaafd.

Het koelmiddel kan stromen door buizen, welke tegen het oppervlak van de pijpenplaat zijn gelast. Deze pijpen zijn dan bij voorkeur halfcirkelvormig in doorsnede en gelast aan de pijpenplaat nabij het einde van de of elke toevoerbuis.

35 Een andere mogelijkheid is het aanbrengen van een tweede pijpen plaat, die is gelast aan de toevoerbuizen, op een afstand van de eerste pijpenplaat, waarbij het koelmiddel wordt gedwongen te passeren tussen de beide pijpenplaten rondom het einde van de of elke toevoerbuis. Bij voorkeur is het eindgedeelte van de of elke toevoerbuis omgeven door metalen ringen, 800.0 1 28' m .-3- Η die zijn gelast aan de eerste en de tweede pijpenplaat en dienen om deze pijpenplaten onderling op afstand te houden.

Daar de periode waarin het fluidiserende gas, dat aan het bed wordt toegevoerd, wordt verhit, beperkt kan zijn (tot de tijd die nodig 5 is voor het verhogen van de temperatuur van het bedmateriaal tot de temperatuur waarbij de verbranding van de brandstof, die aan het bed wordt toegevoerd, wordt ondersteund) kan ook de koeling van de einden van de toevoerbuizen niet gedurende lange tijd behoeven te worden uitgevoerd.

De pijpenplaat, waaraan de toevoerbuizen bij voorkeur zijn gelast, 10 heeft het beste een vrije grote dikte (1 cm of meer) en is vervaardigd van een materiaal met soortgelijke warmteeigenschappen als dat van de toevoerbuizen. Bij voorkeur is de toegepaste lastechniek soortgelijk aan die welke wordt aanbevolen door The British Standards Authority voor het lassen van vlambuizen in British Standard pijpenplaten. De lassen tussen 15 de toevoerbuizen en de pijpenplaat zijn bij voorkeur verzonken hoeklassen.

De lassen kunnen het beste toegankelijk zijn tijdens en na de montage van het vat met het fluidiserende bed en van de toevoerbuizen, waardoor zij kunnen worden gecontroleerd en vervangen.

De waterinlaten zijn aangebracht nabij de bodem en de wateruit-20 laten nabij de bovenzijde van de inrichting. Het water, dat wordt gebruikt voor het koelen van de einden van de toevoerbuizen, kan behandeld voedings-water zijn, dat wordt teruggevoerd naar een verzamelpunt voor heet water, of ook onbehandeld water dat wordt afgevoerd naar de riolering. Gemeend wordt dat de hoeveelheid water, die nodig is, matig zal zijn wanneer de 25 koeling slechts voor een beperkte periode wordt toegepast, bijvoorbeeld wanneer verhitte gassen, afkomstig van de brander van een voorverwarmer, worden gevoerd naar de toevoerbuizen voor het opwarmen van het bed vöór zijn autothermische werking. De toepassing van gerecirculeerd behandeld voedingswater vermijdt echter zowel verlies aan warmte als aan water.

30 Dezelfde wijze van koeling kan worden toegepast wanneer de toevoerbuizen vertikaal staan en zijn voorzien van borrelkappen, voor het koelen van de bodemplaat van de inrichting met het fluidiserende verbran-dingsbed, als bij horizontale toevoerbuizen die een zijwand van het vat binnengaan, waarbij het mogelijk is voorverwarmers toe te passen.

35 Er kunnen op de stroming reagerende schakelorganen zijn aange bracht, welke de stroom koelwater bewaken. Deze schakelorganen moeten worden gehandhaafd op een instelling boven het gespecificeerde minimum van de schakelorganen en zijn verbonden met het circuit van de voorverwarmers voor het fluidiserende gas zodanig dat deze voorverwarmers niet 800 0 1 28 Λ -4- kunnen worden gestart bij afwezigheid van een koelwaterstroom. Hierdoor heeft men een veilige werking verzekerd van de gelaste verbindingen tussen de toevoerbuizen en de pijpenplaat. De thermostatisch bestuurde afsluiters dienen voor het wijzigen van de waterstroom aan de inlaat zodanig dat een 5 constante uitlaattemperatuur van ongeveer 60°C wordt gehandhaafd, hetgeen geeist wordt door de voorschriften van de meeste plaatselijke overheden.

De omloopafsluiter is bij voorkeur aangebracht voor het handhaven van een minimale koelmiddelstroom zodanig dat de op de stroming reagerende schakel-organen gesloten blijven.

10 De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin twee uitvoeringsvoorbeelden van de inrichting volgens de uitvinding zijn weergegeven.

Pig. 1 toont een schematische doorsnede door een deel van een inrichting met fluidiseringsbed.

15 Fig. 2 toont een ten opzichte van fig. 1 gewijzigde uitvoerings vorm.

Fig. 3 is een schematisch eindaanzicht, gezien in de richting van pijl A van fig. 1 en 2, van de inrichtingen van fig. 1 en 2 waaruit schematisch de regelorganen voor de koelmiddelstroom blijken.

20 Fig. 1 toont een vat 10 van staal met een wand 11, waardoor een aantal horizontale verdeelbuizen 12 steken, welke ook steken door een bekleding van vuurvaste stenen 13 binnen de wand van het vat 10. Elke verdeel-buis 12 heeft een aantal openingen 14. De openingen verlopen in het algemeen horizontaal of naar buiten en naar omlaag ten opzichte van de buizen 12.

25 Het buiteneinde van elke verdeelbuis 12, d.w.z. het einde van deze buis dat steekt door de wand 11 van het vat 10, verloopt door en is gelast aan een pijpenplaat 15, die halfronde waterbuizen 16 draagt, welke over de lengte van het vat 10 verlopen.

Eén einde van de onderste buis 16 vormt een koelmiddelinlaat 30 17 en het overeenkomstige einde van de bovenste buis 16 vormt een koel-middeluitlaat 18 (zie fig. 3) waardoor koelmiddel aan de buizen 16 wordt toegevoerd. De andere einden van de buizen 16 zijn bij 19 met elkaar verbonden.

De buiteneinden van de verdeelbuizen 12 zijn gelast aan de pijpen- 35 plaat 15 door middel van verzonken lassen, zoals wordt aanbevolen door de British Standards Authority' voor vlambuizen in pijpenplaten (British Standard). De pijpenplaat 15 is door lassen of met flenzen bij 20 verbonden met de zijkant van het vat 10.

Een kamer 21 is gevormd door een buitenste stalen huis 22, bekleed 80 0 0 1 28 -5- ·** met vuurvast materiaal 23 en voert gassen, verbrandingslucht en opnieuw circulerend rookgas toe aan de verdeelbuizen 12. Zoals is weergegeven eindigt de kamer 21 in kanalen 24 welke verlopen door vuurvaste blokken 25 en voeren naar de einden van de verdeelbuizen 12. De kamer 21 heeft een 5 deksel 26 dat wegneembaar is teneinde toegang te kunnen verkrijgen tot de blokken 25, welke blokken zelf ook kunnen worden verwijderd waardoor toegang wordt verkregen tot de lassen tussen de pijpenplaat 15 en de verdeelbuizen 12, zodat controle en/of vervanging van de lasverbinding of van de buizen mogelijk is.

10 Gassen worden aan de kamer 21 toegevoerd door een gastoevoerorgaan 27, bijvoorbeeld een Rootsblower, welke gassen kunnen worden voorverwarmd in een brander 28 voor het verhogen van de temperatuur van het bed 29 tot zijn werktemperatuur.

Uit fig. 1 blijkt dat de wand 11 van het vat 10 een membraan 15 vormt tussen het fluidiseringsbed 29 en de kamer 21, zodat een stroming alleen kan ontstaan door de verdeelbuizen 12. Verder is duidelijk dat de convectieverwarming van de verdeelbuizen 12, veroorzaakt door de doorgang van de hete gassen door deze buizen, waarbij de warmte afkomstig is van de brander 28, wordt gecompenseerd door de geleiding van warmte van de 20 verdeelbuizen 12 weg via de pijpenplaat 15 en de watergekoelde oppervlakken van de pijpenplaat nabij halfronde buizen 16.

De hoeveelheid door het gas aan de verdeelbuizen toegevoerde convectiewarmte is een functie van het temperatuurverschil tussen het gas en de buizen, de warmteoverdrachtscoëfficiënt en het wandoppervlak van de 25 verdeelbuizen. De hoeveelheid van de buizen 12 aan de plaat 15 en aan het koelwater toegevoerde geleidingswarmte wordt bepaald door het temperatuurverschil tussen de verschillende elementen van het systeem, het dwarsdoor-snedeoppervlak van de wanden van de verdeelbuizen, de geleidingscoëfficiënt voor warmte van het pijpenmateriaal en de afstand tussen de verhitte delen 30 van de pijpen en de pijpenplaat 15. Met deze gegevens is het mogelijk de gekoelde lengte van de verdeelbuizen 12 te berekenen, evenals het warmteverlies aan het water, waarbij de gekoelde lengte van de buizen van de grootteorde van enkele centimeters is, terwijl het warmteverlies aan het koelwater ongeveer 50 liter per uur moet zijn voor elke verdeelbuis 12 35 wanneer de diameter van de buis ongeveer 90 mm bedraagt en de wanddikte ongeveer 3 mm, terwijl de gastemperatuur ongeveer 850°C bedraagt en de watertemperatuur wordt opgevoerd van ongeveer 50 tot 60°C.

Fig. 2 toont een andere uitvoeringsvorm dan fig. 1, waarbij een watermantel 30 wordt gebruikt in plaats van de halfronde koelpijpen 16. De

Rnnn 1 ?r -6-

Jfc jr' watermantel 31 is gevormd tussen de wand 1 van het vat 10 en de pijpenplaat 15. De pijpenplaat 15 strekt zich uit over de gehele hoogte van het vuurvaste blok 25 en bevindt zich op een afstand van de wand 11. De mantel is gesloten door flensvormige uitsteeksels 31 naar het huis 22 van de kamer 5 21. Gassen gaan de kanalen 24 binnen uit de kamer 21 en evenals bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 is een deksel 25 van de kamer aanwezig, dat kan worden verwijderd teneinde toegang te verkrijgen tot de lassen.

Rondom het buiteneinde van elke verdeelbuis 11, tussen de wand 10 en de pijpenplaat 15, is een ring 32 aangebracht voor het vormen van de toegang 10 tot de pijpenplaat 15 voor elk van de verdeelbuizen 12. De ringen 32 zijn vastgelast zowel aan de wand 11 als aan de pijpenplaat 15 en dienen als afstandshouders daartussen. De ringen zijn geïsoleerd van het bed 29 door de vuurvaste wand of een plug 10 in het geval van een vlambuis of vuurgang-ketel. De uitvoeringsvorm volgens fig. 2 werkt in hoofdzaak op dezelfde 15 wijze als die van fig. 1. Koelwater stroomt van de inlaat 17 naar de uitlaat 18 via de watermantel 30 voor het koelen van de pijpenplaat 15 en de wand 11 (fig. 3).

Fig. 3 toont schematisch de wijze van het besturen van de toevoer van koelwater-aan de inrichting. In de koelwatertoevoerleiding 34 naar de 20 inlaat 17 is een afsluiter 35 aangebracht, gevolgd door een op de stroming reagerend schakelorgaan 36 dat de werking beëindigd van de voorverwarmings-brander 28 (via een elektrische geleider 37) wanneer de hoeveelheid stromend water beneden een bepaald minimum niveau daalt. Voor het in stand houden van deze minimum hoeveelheid onder alle bedrijfsomstandigheden is 25 een omloopleiding 38 aanwezig, waarin een afsluiter 39 is opgenomen, welke omloopleiding om een bestuurde klep 40 heen loopt welke dient voor het handhaven van een constante temperatuur in de uitlaat 18 onder besturing van elektrische signalen, die aan deze klep worden toegevoerd via een verbinding 41 van een thermostaat 42 in de uitlaat 18. De klep 40 dient 30 voor het vergroten van de waterstroming wanneer de uitlaattemperatuur van het koelwater stijgt en voor het verkleinen van de koelwaterstroom wanneer de uitlaattemperatuur daalt. Plaatselijke overheden stellen vaak voorschriften waardoor het nodig is dat het uit een koelsysteem stromende water geen hogere temperatuur heeft dan een bepaalde waarde, gewoonlijk ongeveer 35 60°C, terwijl energieoverwegingen het gewenst maken de temperatuur van het uitlaatwater. niet belangrijk kleiner te laten zijn dan deze temperatuur.

Het is duidelijk dat wijzigingen binnen het kader van de uitvinding in de weergegeven uitvoeringsvormen kunnen worden aangebracht. Zo kan bijvoorbeeld het water voor het koelen van de vatwand worden teruggevoerd, 80 0 0 1 28 _ -7- * % waarmee enige voorverwarming kan worden verkregen van de gassen die aan de kamer worden toegevoerd.

80 0 0 1 28

Claims (11)

1. Inrichting voor de toevoer van een fluidiserend gas aan een fluïdiseringsbed van een verbrandingsinrichting via toevoerbuizen, met het kenmerk dat het buiteneinde van de of elke toevoerbuis is bevestigd aan een wand van het vat met het fluïdiseringsbed, terwijl het gedeelte van de wand 5 grenzend aan dit einde van de of elke toevoerbuis is ingericht voor koeling door een vloeibaar koelmiddel.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het vloeibare koelmiddel water is.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het 10 einde van de of elke toevoerbuis steekt door en is vastgelast aan een pijpenplaat die warmtegeleidend is verbonden met de vatwand, terwijl de pijpenplaat en/of de pijpenplaat en de vatwand zijn ingericht door koeling van een daarlangs lopende stroom vloeibaar koelmiddel.

4. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het 15 kenmerk dat voorverwarmingsorganen zijn aangebracht voor het voorverwarmen van het fluïdiseringsgas dat in de toevoerbuizen wordt gevoerd, evenals op de stroming reagerende schakelorganen voor het bewaken van de hoeveelheid naar de inrichting stromend vloeibaar koelmiddel, welke schakelorganen zijn ingericht om de werking te beletten van de voorverwarmingsorganen wanneer 20 de stroom koelmiddel daalt beneden een bepaalde hoeveelheid per tijdseenheid.

5. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat thermostatisch bestuurde kleppen of afsluiters zijn aangebracht voor het besturen van de hoeveelheid naar de inrichting stromend koelmiddel, zodanig 25 dat de temperatuur van het koelmiddel, dat de inrichting verlaat, beneden een bepaalde waarde wordt gehouden.

6. Inrichting volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk dat een omloopklep is aangebracht als omloopleiding tussen een inlaat en een uitlaat voor het vloeibare koelmiddel in of uit de inrichting, welke klep zodanig 30 bedienbaar is dat een minimale hoeveelheid koelmiddel per tijdseenheid uit de inrichting blijft stromen.

7. Inrichting volgens één der conclusies 3-6, met het kenmerk dat het koelmiddel stroomt door buizen welke zijn gelast aan het oppervlak van de pijpenplaat.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de buizen hun halfcirkelvormige doorsnede hebben en zijn gelast aan de pijpenplaat nabij het buiteneinde van de of elke. toevoerbuis.

9. Inrichting volgens één der conclusies 3-6, met het kenmerk dat de pijpenplaat op een afstand van de vatwand is aangebracht en het 80 0 0 1 28 _ -9- τ vloeibare koelmiddel is gedwongen te stromen tussen de pijpenplaat en de vatwand rond het einde van de of elke toevoerbuis.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk dat het einddeel van de of elke toevoerbuis is omgeven door een metalen ring, welke 5 is gelast zowel aan de vatwand als aan de pijpenplaat en dient als afstands-houder tussen de pijpenplaat en de wand.

80. O 1 28