DK177045B1 - Kollisionstype-partikelseparator fremstillet af indbyrdes omvendte U-formede elementer - Google Patents

Abstract

Apparat til separation at faste stoffer fra røggas i en cirkulerende fluid-bed(CFB)-kedel, hvilket omfat ter flere vertikale kollisionstype-partikel separatorer fremstillet at en flerhed at ophængte elementer, der er båret at mindst et kølet bærerer. Flerheden at ophængte elementer samarbejder med hin anden ved tilstødende ender deraf for at danne en op samlingskanal, der åbner imod en stremning at reggas langs længden at bærereret. Hvert ophængt element indbefatter to indbyrdes omvendte U- formede dele, hvor den tørste U-tormede del åbner imod den modgåen de strømning at reggas, hvor den anden U-tormede del omslutter bærereret, og hvor den tørste U-tormede del er forskudt med en vis brøkdel at en højde at det op- hængte element i forhold til den anden U-tormede del. De ophængte elementer kan være fremstillet at metal eller keramik.

Description

i DK 177045 B1

OPFINDELSENS OMRÅDE OG BAGGRUND

Den foreliggende opfindelse angår overordnet området af cirkulerende fluid-bed(CFB)-kedler og navnlig forbedrede kollisionstype-partikelseparator-5 konstruktioner omfattende individuelle kollisionstype-part i kel separator elementer.

CFB-kedelsystemer er kendte og anvendt ved fremstillingen af damp til industrielle processer og/eller elektrisk strømproduktion. Se f.eks. US pa-10 tent nr. 5,799,593, 4,992,085 og 4,891,052 til Belin et al.; 5,809, 940 til James et al.; 5, 378,253 og 5, 435, 820 til Daum et al. og 5, 343, 830 til Alexander et al. I CFB-reaktorer er reagerende og ikke-reagerende faste stoffer anbragt inden i reaktorind-15 kapslingen af den opadgående gasstrømning, der bærer faste stoffer til udgangen ved det øvre afsnit af re- -aktoren, hvor de faste stoffer separeres ved hjælp af kollisionstype-partikelseparatorer. Kollisionstype-partikelseparatorerne er zigzag-anbragt i grupper for 20 at danne en vej, der kan navigeres af gasstrømningen, men ikke de indeholdte partikler. De opsamlede faste stoffer tilbageføres til reaktorens bund. Et CFB-kedelarrangement anvender en flerhed af kollisionsty-pe-partikelseparatorer (eller konkave kollisionsele-25 menter eller U-bjælker) ved ovn-udgangen for at separere partiklerne fra røggassen. Mens disse separatorer kan have en række forskellige konfigurationer, betegnes de almindeligvis U-bjælker, fordi de oftest har en U-formet konfiguration i tværsnit.

30 Når de anvendes i en CFB-kedel, er en flerhed af sådanne kollisionstype-partikelseparatorer båret inden i ovn-indkapslingen og strækker sig vertikalt i mindst to rækker over ovn-udgangsåbningen, idet op- i 2 DK 177045 B1 samlede partikler uhindret og ukanaliseret falder ned under opsamlingselementerne langs bagindkapslingsvæggen. Hullet mellem hvert tilstødende par af U-bjælker i en række er niveaustillet med en U-bjælke i en fo-5 regående eller efterfølgende række af U-bjælker for at danne en snoet vej, som røggassen/de faste stoffer kan navigere igennem. U-bjælkerne i hver række opsamler og fjerner partikler fra strømningen af røg-gas/faste stoffer, mens røggasstrømmen fortsætter med 10 at strømme omkring og gennem U-bjælkerækken.

Disse typer af opsamlingselementer er overordnet relativt lange sammenlignet med deres bredde og dybde. Faconen af opsamlingselementerne bestemmes almindeligvis af to overvejelser: nemlig opsamlingsef-15 fektiviteten af U-bjælkerne selv og U-bjælkernes evne til at være selvbærende. Når disse elementer anvendes, placeres de generelt ved ovn-udgangen og køles ikke. Deres placering ved ovn-udgangen er for at beskytte de nedstrøms placerede opvarmningsoverflader 20 mod erosion fra faststofpartiklerne. U-bjælkerne udsættes således for de høje temperaturer af den strømmende strøm af røggas/faste stoffer, og materialerne anvendt til U-bjælkerne skal være tilstrækkeligt temperaturmodstandsdygtige for at tilvejebringe til-25 strækkelig støtte og skadesmodstand.

Lange, selvbærende pladekanaler af rustfrit stål er blevet succesfuldt anvendt i CFB-kedler til den primære faststofopsamler, men "krybe"-styrken af de kommercielt tilgængelige og egnede legeringer be-30 grænser længden af opsamlingselementerne.

Ved at opbryde den lange opsamlingskanal i korte segmenter er den krævede styrke af hvert korte segment meget mindre end for den lange kanal på grund 3 DK 177045 B1 af serien af periodiske understøtninger og den lille vægtmængde af ethvert individuelt segment eller element .

Opsamlingselementer, der køles eller bæres af 5 en kølet struktur er kendte. Se f.eks. US patent nr.

6,322,603 Bl til Walker, 6,500,221 Bl til Walker et al., og 6,454,824 Bl til Maryamchik et al.. Disse opsamlingselementer er velegnede til miljøet og opgaven at separere faststofpartikler fra røggas og er lette-10 re at vedligeholde eller reparere end konventionelle U-bjælker omfattende selvbærende pladekanaler af rustfrit stål.

KORT BESKRIVELSE AF OPFINDELSEN 15 Den foreliggende opfindelse simplificerer sam lings- og afkoblingsprocessen af sådanne kollisions-type-partikelseparatorer og reducerer således tiden og omkostningerne krævet til inspektion og vedligeholdelse af samme. Som det vil blive set i den føl-20 gende beskrivelse, omfatter hver af kollisionstype-partikelseparatorerne en flerhed af individuelle kol-lisionstype-partikelseparatorelementer, der kan monteres på eller fjernes fra dens tilhørende understøtning, fortrinsvis et kølet bærerør, uden at forstyrre 25 andre individuelle kollisionstype-partikelseparator-elementer, der danner den samme kollisionstype-partikelseparator. Endvidere kan ethvert individuelt element let låses i den samlede position for at forebygge uønsket afkobling under drift.

30 Mens kollisionstype-partikelseparatorer typisk er U-bjælker, kan partikelopsamlingsafsnittet vendende mod den modgående strømning af røggaspartikler og i indeholdte faste stoffer også formes til W-, E-, V- 4 DK 177045 B1 eller andre faconer. Sådanne kol 1 is ions type-partikelseparatorer finder navnlig anvendelse i CFB-kedler eller -reaktorer.

Tilsvarende angår et aspekt af den foreliggende 5 opfindelse et apparat til separation af faste stoffer fra en strømning af røggas i en CFB-kedel. Apparatet omfatter en flerhed af vertikale kollisionstype-partikelseparatorer anbragt inden i CFB'en. Kollisi-onstype-partikelseparatorerne er placeret stødende op 10 til hinanden og i indbyrdes horisontal afstand i flerheden af zigzag-rækker. Hver kollisionstype-partikelseparator omfatter mindst et vertikalt kølet bærerør til transport af et kølemedium derigennem og en flerhed af ophængte elementer, der er båret af det 15 mindst ene bærerør. Flerheden af ophængte elementer samarbejder med hinanden ved tilstødende ender deraf ; for at danne en opsamlingskanal, der åbner imod strømningen af røggas langs længden af bærerøret.

Hvert ophængt element omfatter to indbyrdes omvendte 20 U-formede dele; den første U-formede del åbner imod den modgående strømning af røggas, og den anden U-formede del omslutter bærerøret, og den første U-formede del i forhold til den anden U-formede del er forskudt med en brøkdel af en højde af det ophængte 25 element.

Forskellige nye træk, der karakteriserer opfindelsen er særligt udpegede i kravene, der er vedlagt og danner en del af beskrivelsen. For en bedre forståelse af opfindelsen, dens fordele i drift og sær-30 lige fordele opnået ved dens brug, er der henvist til den medfølgende tegning og beskrivelsesmateriale, i hvilket en foretrukket udførelsesform for opfindelsen er illustreret.

5 a DK 177045 B1 KORT BESKRIVELSE AF TEGNINGEN På tegningen er fig. 1 en serie af snitbilleder set fra siden 5 af, hvordan et individuelt kollisions- type-partikelseparatorelement ifølge den foreliggende opfindelse kan installeres på et kølet baererør imellem to andre individuelle kollisionstype-10 partikelseparatorelementer, der alle rede er installeret på røret, fig. 2 et planbillede af et individuelt kollisions type-part i kelsepara torelement illustreret i fig. 1 set i retningen 15 af pilene A-A i fig. 1 og fig. 3 et snitbillede set fra siden af et individuelt kollisionstype-partikel-separatorelement illustrerende den del deraf, som kan gå i indgreb med en tap 20 tilvejebragt på det kølede bærerør for at tillade, at det individuelle element kan ophænges fra røret.

BESKRIVELSE AF DE FORETRUKNE UDFØRELSESFORMER 25 Som anvendt heri vil udtrykket CFB-kedel blive anvendt til at referere til CFB-reaktorer og -forbrændere, i hvilke der sker en forbrændingsproces. Mens den foreliggende opfindelse navnlig er rettet mod kedler eller dampgeneratorer, der anvender 30 CFB-forbrændere som de midler, ved hvilke varmen er fremstillet, er det underforstået, at den foreliggende opfindelse let kan anvendes i en anden slags CFB-reaktor. For eksempel kunne opfindelsen anvendes i en 6 DK 177045 B1 reaktor, der anvendes til kemiske reaktioner anderledes end i en forbrændingsproces, eller hvor en ga$-/faststofblanding fra en forbrændingsproces, der sker andetsteds, er forsynet til reaktoren til yderligere 5 behandling, eller hvor reaktoren kun tilvejebringer en indkapsling, i hvilken partikler eller faste stoffer anbringes i en gas, der ikke nødvendigvis er et biprodukt af en forbrændingsproces. Tilsvarende anvendes udtrykket U-bjælke i den følgende diskussion 10 for letheds skyld og skal referere bredt til enhver type konkave kollisionselementer eller kollisionsty-pe-partikelseparatorer anvendt til at opsamle og fjerne partikler fra en røggas ladet med partikler.

Navnlig kan partikelopsamlingsdelen af kollisionsty-15 pe-partikelseparatorerne vendende mod den modkommende strømning af røggaspartikler og indeholdte faste stoffer være U-formet, V-formet, E-formet, W-formet eller enhver anden facon, så længe de har en konkav eller buet overflade, der præsenteres for den modgå-20 ende strømning af røggas og indeholdte partikler, der vil muliggøre, at elementerne kan opsamle og fjerne partikler fra røggassen. For en generel beskrivelse af CFB-reaktorer, kan læseren se det førnævnte US patent nr. 5,343,830 til Alexander et al.

25 Med henvisning til tegningen, i hvilken ens henvisningstal anvendes til at henvise til samme eller funktionelt ens elementer gennem flere figurer, viser fig. 1 en serie af snitbilleder set fra siden af, hvordan et individuelt kollisionstype-30 partikelseparatorelement 10 ifølge den foreliggende opfindelse kan installeres på et kølet bærerør 20 imellem to andre individuelle kollisionstype-partikelseparatorelementer 10, der allerede er in- 7 DK 177045 B1 stalleret på røret 20. Fig. 2 viser et planbillede af et individuelt kollisionstype-partikelseparator-element illustreret i fig. 1 set i retningen af pilene A-A i fig. 1. Fortrinsvis omfatter hvert individu-5 elt kollisionstype-partikelseparatorelement 10 (herefter element 10) to indbyrdes omvendte U-formede dele (det vil sige bunden af nU'"et af hver er ryg-mod-ryg), hvor en (den første) U-formet del 12 åbner mod den modkommende strømning af røggas og indeholdte 10 partikler 14, og en anden (den anden) U-formet del 16 omslutter røret 20. Som vist er den første U-formede del 12 "forskudt" i forhold til den anden U-formede del 16 med en hvis brøkdel af hele højden af elementet 10.

15 For at danne en uafbrudt kanalopsamlende kolli-

sionstype-partikelseparator (U-bjælke), hvilken forebygger, at faste partikler kan slippe ud mellem ele- I

menterne 10, indsættes en nedre ende 30 af den første U-formede del 12 af et givet element 10 i den samlede 20 position i en øvre ende 40 af den tilsvarende del 12 af et nedre tilstødende element 10. Endvidere indsættes en øvre ende 50 af den anden U-formede del 16 af et givet element 10 i den samlede position i en nedre ende 60 af den tilhørende del 16 af et øvre tilstø-25 dende element 10 for at forebygge, at faste stoffer akkumulerer i den anden del 16 af elementerne 10 og også for at tilvejebringe en let samling. Dette opnås ved at gøre væggene af den øvre ende 40 af den første j U-formede del 12 tyndere fra et inderområde af ele- | 30 mentet 10, mens væggene af den nedre ende 30 af den første U-formede del 12 gøres tyndere fra et yderområde af elementet 10. Tilsvarende gøres væggen af den øvre ende 50 af den anden U-formede 16 tyndere fra 8 DK 177045 B1 yderområdet af elementet 10, og væggene af den nedre ende 60 af den anden U-formede del 16 gøres tyndere fra inderområdet af elementet 10.

Hvert element 10 er fortrinsvis understøttet på 5 det tilhørende rør 20 ved hjælp af bæretappe 70 fastgjort til modstående sider af røret 20, for eksempel ved svejsning. Mens mindst et par af tappe 70 foretrækkes at understøtte hvert element 10, kan to par af bæretappe 70 anbragt vertikalt fra hinanden anven-10 des til for hvert element 10 at tilvejebringe et mere stabilt arrangement. Den anden del 16 af hvert element 10 er fortrinsvis forsynet med et indhak 80 på et indre afsnit af sidevæggene, der danner den anden ( del 16, som samarbejder med tappene 70 tilvejebragt 15 på røret 20, hvilket tillader hvert element 10 at hænge fra det ene eller flere par af tappe 70.

Som illustreret i fig. 1 fortsætter installation af hvert individuelt element 10 sekventielt som vist i serien af illustrationer eller trin nummereret 20 1 til 5. For at fjerne ethvert element 10 fra bærerøret 20, bør elementet 10 først løftes fra sin hvileposition på bæretappen 70, bevægende sig fra trin 5 til trin 4 som vist i fig. 1. Dette efterfølges af rotation af elementet 10, bevægende sig fra trin 4 25 til trin 1, hvilket resulterer i fuldstændig afkobling af elementet 10 fra røret 20. For at lette samlings- og afkoblingsprocessen, mens det førnævnte samarbejde af enderne af tilstødende elementer 10 stadig tilvejebringes, forskydes den første U-formede 30 del 12 af et givet element 10 lavere end den anden U-formede del 16 af det samme element 10.

Da afkobling ikke vil opstå, med mindre et givet element 10 løftes af sine tilhørende bæretappe 9 DK 177045 B1 70, sikrer forebyggelse af sådan vertikal bevægelse eller løftning samlingen af en uafbrudt kanalopsam-lende kollisionstype-partikelseparator (U-bjælke) .

Sådan vertikal bevægelse eller løftning forebygges 5 ved hjælp af en metallåsetap 90, der indsættes i et hul 100 tilvejebragt i kroppen af elementet 10, lige under indhakket 80. Denne struktur er illustreret i fig. 3, hvor det vil ses, at ved ethvert forsøg på at løfte elementet 10 med låsetappen 90 på plads, vil 10 låsetappen 90 blive presset mod bæretappen 70 for derved at forebygge indhakket 80 i at afkobles med bæretappen 70.

Uønsket fald af låsetappen 90 ud af hullet 100 forebygges af både faconen og vægtfordelingen af lå-15 setappen 90. Et hoved 110 af låsetappen 90 i den "låste" position passeres fuldstændig gennem hullet 100.

Hovedet 110 har en diameter, der er større end diameteren af et kropsafsnit 120 af låsetappen 90. Låsetappen 90 har et tyngdepunkt 130, der er anbragt uden 20 for (hinsides) hullet 100 og således sikrer en sådan position af låsetappen 90 inden i hullet 100, at bevægelse af låsetappen 90 ud af hullet 100 vil blive i forebygget af den trinvise forandring i diameter af låsetappen 90 dannet mellem hovedet 110 og kroppen 25 120, der presser imod en kant 140 af hullet 100. Det vil således blive set, at den eneste måde at tage låsetappen 90 ud af hullet 100 er ved manuelt at placere låsetappen 90 koaksialt med hullet 100 og derefter fjerne låsetappen 90.

30 Der kan anvendes forskellige materialer til de individuelle U-bjælkeelementer 10, herunder metal eller keramik.

Mens specifikke udførelsesformer for opfindel- ! DK 177045 B1 ϊ ίο sen er blevet vist og beskrevet i detaljer for at illustrere anvendelsen af opfindelsens principper, vil fagmanden værdsætte, at der kan foretages ændringer i opfindelsens udformning dækket af de følgende krav 5 uden at gå ud over sådanne principper. For eksempel kan den foreliggende opfindelse anvendes til ny konstruktion involverende cirkulerende fluid-bed-I reaktorer eller -forbrændere eller til udskiftning, reparation eller modifikation af eksisterende cirku-10 lerende fluid-bed-reaktorer eller -forbrændere. I vise udførelsesformer for opfindelsen kan visse træk af opfindelsen sommetider anvendes med fordel uden en tilsvarende anvendelse af de øvrige træk.

Claims (6)

11 DK 177045 B1

1. Apparat til separation af faste stoffer fra en strømning af røggas i en cirkulerende fluidbed (CFB) -kedel, omfattende 5 en flerhed af vertikale kollisionstype- partikelseparatorer anbragt inden i CFB'en, hvor kol-! lisionstype-partikelseparatorerne er placeret støden de op til hinanden og med indbyrdes horisontalt mellemrum i en flerhed af zigzag-rækker, hvor hver kol-10 lisionstype-partikelseparator indbefatter mindst et vertikalt kølet baererør (20) til transport af et kølemedium derigennem, og en flerhed af ophængte elementer (10), der er båret af det mindst ene bærerør (20), hvor flerheden af ophængte elementer (10) sam-15 arbejder med hinanden ved tilstødende ender deraf for at danne en opsamlingskanal, der åbner imod strømningen af røggas langs længden af bærerøret (20) , og hvor hvert ophængt element (10) indbefatter to indbyrdes omvendte U-formede dele (12, 16), idet den 20 første U-formede del (12) åbner imod den modgående strømning af røggas, og den anden U-formede del (16) omslutter bærerøret (20), og hvor den første U-formede del (12) er forskudt lavere i forhold til den anden U-formede del (16) med en vis brøkdel af højden 25 af det ophængte element (10) .

2. Apparat ifølge krav 1, hvor vægge af en øvre ende (40) af den første U-formede del (12) er gjort tyndere fra et inderområde af det ophængte element (10), vægge af en nedre ende (30) af den første U- 30 formede del (12) er gjort tyndere fra et yderområde af det ophængte element (10), og vægge af en nedre ende (60) af den anden U-formede del (16) er gjort tyndere fra inderområdet af det ophængte element (10) . DK 177045 B1 12

3. Apparat ifølge krav 1, hvor det mindst ene bærerør (20) har mindst et par bæretappe (70) til hvert ophængt element (10), hvor tappene (70) i hvert 5 par er fastgjort til modstående sider af røret (20), og hvor den anden U-formede del (16) har indhak (80) dannet på et indersideafsnit af sidevæggene til indgreb med det mindst ene par af bæretappe (70) tilvejebragt på røret (20) for at tillade, at det ophængte 10 element (10) kan hænge fra det mindst ene par af bæretappe (70) .

4. Apparat ifølge krav 3, hvor hvert ophængt element (10) er forsynet med et hul (100), der befinder sig lige under indhakkene (80) til det mindst ene 15 par af bæretappe (70), og en låsetap (90) indsat i hullet (100) for at forebygge frigørelse af indhakkene (80) fra det mindst ene par af bæretappe (70).

5. Apparat ifølge krav 4, hvor låsetappen (90) er længere end det hul (100), i hvilket den er opta- 20 get, og er forsynet med et hovedafsnit (110), der i en låst position passerer fuldstændig gennem hullet (100), idet hovedafsnittet (110) har en større diameter end et kropsafsnit (120) af den låsetap (90), der befinder sig inden i hullet (110) i den låste positi- 25 on, og hvor låsetappen (90) har et tyngdepunkt, der befinder sig uden for (hinsides) hullet (110), når låsetappen (90) er i den låste position.

6. Apparat ifølge krav 1, hvor det ophængte element (10) er fremstillet af enten metal eller ke- 30 ramik.