188819. lajstromszámú szabadalom • Berendezés különféle anyagok közötti hőáramlás és/vagy anyagáramlás biztosítására, kémiai és fizikai folyamatok lefolytatására, elsősorban tüzelőanyag elégétésére vagy elgázosítására
1 188 819 2 A találmány tárgya berendezés, amely különféle anyagok közötti hőáramlás és/vagy anyagáramlás biztosítására, kémiai és fizikai folyamatok lefolytatására, elsősorban szilárd tüzelőanyag elégetésére vagy elgázosítására szolgál, és amelynek szemcsés szilárd anyagot, például tüzelőanyagot tartalmazó fluidizált réteget fenntartó gázelosztója és a fluidizált réteg fölött szabadtere van. A fluidizációs berendezéseket több évtizede használják az ipar legkülönfélébb területein. így alkalmaznak fluidizációs berendezést por és gáz közötti hőcsere biztosítására, szárítására, kémiai reakciók lefolytatására, és az utóbbi időkben tüzeléstechnikai területen is megjelentek a fluidizációs berendezések. Tüzeléstechnikai területhez tartozónak tekintjük a közvetlen hőhasznosítási célból való alkalmazást és a tüzelőanyag elgázosítására szolgáló felhasználást. Minthogy a találmány alkalmazása elsősorban a tüzeléstechnika területén várható, ezért a szilárd tüzelőanyagok elégetésével és elgázosításával kapcsolatban ismertetjük a találmányt. Az ismertetésnek ilyen koncentrálása azonban nem jelenti azt, hogy csak a tüzeléstechnikai területen hasznosítható találmány szerinti berendezésre korlátozzuk az oltalmat. Az ismert fluidizációs tüzelőberendezések egyik alaptípusánál a szemcsés tüzelőanyagból a höfelszabadítás nagy része egy fluidizált rétegben történik. A hőfelszabadítás nagy része egy fluidizált rétegben történik. A hőfelszabadítás egy hányada azonban az említett réteg feletti térben megy végbe, ugyanis a fluidizált rétegen átáramló gáz magával ragad kisebb szemcséket és ezek égése a réteg feletti térben is folytatódik. A rétegből elragadott szemcséknek jórésze nem tud kiégni, ezért a berendezésből távozó pernye éghetőtartalma meglehetősen nagy. Az ilyen rendszerű berendezéseknél a hamu túlnyomó része a höátadó felületek mentén távozik a berendezésből. A vázolt rendszerű - réteges üuidizációt alkalmazó - berendezések igen jelentős előnye, hogy az NOx emisszió alacsony értékű, továbbá, hogy a réteg eredetileg kedvező vagy adalékokkal kedvezővé tett kémiai összetétele esetén az S02 emisszió is alacsony értékre csökkenthető és az említett emissziók viszonylag alacsony füstgázhőmérséklethez kapcsolódnak, amely általában 700-900 °C körüli érték. Egyrészt a füstgázhőmérséklet alacsony értékének köszönhető az a hátrányos körülmény, hogy a fluidizált rétegből elragadott szemcsék nem tudnak kiégni, ezért a berendezésből távozó pernye éghetőtartalma magas. Az említett hátrányos körülmény enyhítése végett a berendezés után kapcsolt leválasztót iktatnak be és a füstgázokból leválasztott szemcséket visszajuttatják a fluidizált rétegbe. Ilyen berendezések esetében a berendezésen átszállított pernye mennyisége illetve a füstgáz porkoncentrációja többszöröse lehet annak, ami a tüzelőanyag hamutartalmából egyébként adódna. A leválasztókkal kombinált berendezések azonban újabb beruházási tételekkel drágítják a tüzelőberendezést, ezenkívül a fütöfelületek kopása, szennyeződése, továbbá maguk a leválasztok valamint a pernye transzportját szolgáló szerkezetek a maguk meghibásodási lehetőségeivel csökkentik az üzembiztonságot és növelik a kar- 5 bantartási, javítási igényt. Hátránya még a fluidizációt alkalmazó ismert berendezéseknek, hogy fajlagos keresztmetszetigényük nagy, ennek megfelelően alapterületigényük is kellemetlenül nagy. Másik hátránya még 10 az ilyen berendezéseknek, hogy a tüzelőanyag adagolásával szemben igényesek, abból a szempontból, hogy a fluidizált rétegben a horizontális szemcseeloszlás egyenletes legyen. Meg kell még említeni azt a hátrányt is, hogy 60 — 70 %-osnál kisebb részter- 15 helés hűtött réteg mellett nem engedhető meg, mert a réteghőmérséklet 700 °C alá csökken, ami az égés szempontjából kedvezőtlen. Ennek elkerülésére szokásos a gázszekrényt - és így a fluidizált réteget is - több szekcióra osztani. 0 Az ismert fluidizációs berendezések egy másik alaptípusánál cirkulációt biztosítanak a berendezés belső terében, vagyis gyors mozgásra késztetik a tüzelőanyag szemcséit. Az ilyen berendezéseknél 2C megengedik a szemcsék folyamatos kiszállítását a tüzelőtérből. A jó hőátadáshoz és az intenzív égéshez szükséges magasabb porkoncentrációt a tüzelőtérben úgy biztosítják, hogy e tér után kapcsolt - rendszerint függőleges tengelyű - magas hö- 3Q mérséletet bíró (például falazott) ciklont alkalmaznak és az ebben leválasztott port megfelelő szerkezettel visszajuttatják a tüzelőtérbe. Ilyen megoldás esetén az említett berendezések a szénportüzelésre jellemző és a fluidizált réteggel üzemelő berendezé- 35 seknél szokásos porkoncentráció-értékek közötti porlerheléssel működnek. A cirkulációs fluidizálást alkalmazó berendezések felépítése bonyolult, nagy beruházási költséget igényelnek, és az üzembiztonság lecsökkenése mel- 40 lett magas a karbantartási és javítási igényük. Ezeknél a berendezéseknél a helyigény még fokozottabb, mint a réteges fluidizációt alkalmazó berendezések esetében. A tüzelőanyagok elgázosítására szolgáló, fiuidi- 45 zációt alkalmazó ismert berendezések is több alaptípusra oszthatók. Ezek az elgázosító berendezések céljukat illetően vagy ipari fütőgáz termelésére szolgálnak, vagy csővezetéken szállított városi gázt termelnek, vagy kétfokozatú tüzelés első fokozatát 5C alkotják. A fluidizációt alkalmazó elgázositó berendezések legismertebb típusa a Winkler generátor. Ennél a berendezésnél oxigént és vízgőzt, vagy levegőt és vízgőzt alkalmaznak a szén fluidizálására és elgázo- 55 sítására. Az oxigént és vízgőzt alkalmazó berendezések legnagyobb hátránya, hogy az oxigén előállításához nagy beruházási költséget igénylő és drága üzemű külön berendezés szükséges. A levegő és vízgőz alkalmazásával működő berendezésekben pedig rendkívül alacsony fütőértékű a termelt gáz, általában 5 MJ/m3 körüli a fütőértéke. Az ilyen gáz felhasználása csak szűk területen lehetséges, éppen az alacsony fütőértéke miatt. További hátránya még ezeknek a berendezéseknek, hogy a pernye 2
