!HU00000637T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E 006 37 (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 06 708911 (22) A bejelentés napja: 2006. 02. 16. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20060708911 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 188622 A1 2006. 08. 24. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 188622 B1 2009. 06. 24. (1) Int. Cl.: B01D 3/00 (2006.01) F23J 1/00 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 06087416 PCT/FI 06/00002 (30) Elsõbbségi adatok: 200070 200. 02. 17. FI (72) Feltaláló: KINNUNEN, Pertti, FI-78200 Varkaus (FI) (73) Jogosult: Foster Wheeler Energia Oy, 02130 Espoo (FI) (74) Képviselõ: Sipos József, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (4) Fluid ágyas kazánberendezés és eljárás kéntartalmú tüzelõanyag elégetésére egy fluid ágyas kazánberendezésben HU 006 37 T2 A leírás terjedelme 6 oldal (ezen belül 1 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 199. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1 HU 006 37 T2 2 A találmány tárgya fõképpen egy nagy hatékonyságú fluid ágyas kazánberendezés, valamint egy eljárás kéntartalmú tüzelõanyag elégetésére egy ilyen nagy hatékonyságú fluid ágyas kazánberendezésben. Egy fluid ágyas kazán tûzterében egy megfelelõ tüzelõanyag kémiai energiáját hõenergiává alakítják annak elégetésével egy, a tûztérben elrendezett és levegõ által fluidizált semleges anyag ágyában. A fluid ágyas kazánokban lehetõség van a tüzelõanyagból felszabaduló kén egy tekintélyes részének megkötésére egy kénmegkötõ adalékkal, általában mészkõvel, amelyet a tûztérbe táplálnak be. A mészkõ kalciumkarbonátja (CaCO 3 ) a tûztérben kalcium-oxiddá, vagyis égetett mésszé (CaO) kalcinálódik, amely a kénnel kalcium-szulfátot (CaSO 4 ) és kalcium-szulfitot (CaSO 3 ) képez. Egy jó kénmegkötési szint eléréséhez a tüzelõanyagban levõ kén mennyiségéhez viszonyítva egy mészkõtöbbletet kell bevezetni, aminek következtében a kalcium-oxid egy része reakcióba nem lépett anyagként marad vissza a kazánból eltávolítandó hamuban, ami viszont akadályozza a hamu végtárolását. Egy fluid ágyas kazánban a hõenergiát egyrészt közvetlenül a tûztér mellett elrendezett hõátadó felületekkel nyerik ki, másrészt különbözõ hõcserélõ eszközökkel, amelyek a füstgázcsatornában vannak elrendezve. A füstgázcsatorna azon részeiben, ahol a füstgázok hõmérséklete és a hõcserélõk felületeinek hõmérséklete kellõen magas marad, ott a hõcserélõk viszonylag olcsó anyagokból is elõállíthatók. A modern, nagy hatékonyságú hõerõmûvekben hatékonyan nyernek vissza hõenergiát a füstgázokból azoknak a lehetõ legalacsonyabb hõmérsékletre való lehûtésével. Ha a füstgázok kellõen le vannak hûtve, például 90 C¹ra, a füstgázokban levõ vízgõz cseppek formájában lekondenzálódhat a hõcserélõ felületeire. Ezáltal a füstgázban levõ vegyületek, fõként a kén-trioxid (SO 3 ) és a kén-dioxid (SO 2 ), beoldódhatnak a hõcserélõ felület vízrétegébe, és fémfelületeket korrodáló savakat képezhetnek, mint például kénsavat (H 2 SO 4 ) és kénessavat (H 2 SO 3 ). Általában megpróbálták a korróziót azáltal minimalizálni, hogy a hõcserélõket a korróziónak minél jobban ellenálló anyagból készítették. Jelenleg azonban, különösen abban az esetben, ha a füstgázok agresszív vegyületeket tartalmaznak, az a tendencia, hogy a hõcserélõket nem korrodálódó anyagokból, például teflonból vagy egyéb alkalmas mûanyagból gyártják. Így például az US 4 7 202 számú irat különbözõ eljárásokat ismertet mûanyagból gyártott korróziómentes hõcserélõknek úgynevezett kondenzáló üzemmódban való alkalmazásáról hõerõmûvi kazánokban. A mûanyag alkatrészeket tartalmazó hõcserélõkben a jelenleg alkalmazott hõvisszanyerõ csövek, amelyek érintkezésben vannak a füstgázokkal, általában függõleges vagy vízszintes mûanyag csövek vagy mûanyaggal bevont csövek, amelyek fémanyagú kazándobokhoz vannak csatlakoztatva. A kazándobok viszont egy recirkulációs csõrendszerrel vannak összekötve a hõcserélõ közeg, fõként víz számára. 10 1 20 2 30 3 40 4 0 60 Az EP 0 661498 számú irat egy fluid ágyas égetõrendszert ismertet egy hõcserélõ elrendezéssel, amely úgy van méretezve, hogy a füstgázhõmérsékletet olyan szintre csökkentse, amely alatta lehet a kén-oxidok harmatpontjának. Ha egy olyan folyamatos füstgázáram éri a hõcserélõ hõcserélõ felületeit, amely füstgázáram hõmérséklete alacsonyabb, mint a sav- és a vízharmatpont, akkor lehetséges, hogy egy nagyobb mennyiségû korrodáló folyadék, mint például kénsav (H 2 SO 4 ) és kénessav (H 2 SO 3 ) vizes oldata kondenzálódik ezeken a felületeken. Ennek következtében korrodáló folyadék, úgynevezett kondenzfolyadék folyhat lefelé a füstgázcsatornában, amíg az eltávolításra nem kerül egy, a csatornában levõ folyadék számára kiképzett ürítõcsatornán keresztül. A füstgázcsatornából összegyûjtött kondenzfolyadékot semlegesíteni kell, mielõtt az elhelyezhetõ lenne a végsõ gyûjtõhelyén. A semlegesítést általában egy speciális vízkezelõ rendszerben hajtják végre, ami mûködtetési és berendezési többletköltséget jelent. A jelen találmány a hõcserélõkben kondenzálódó savas folyadék semlegesítését a folyadéknak CaO-tartalmú szállóhamuval való összekeverése révén oldja meg. Ezáltal szükségtelenné válik a hõcserélõk kondenzvize számára felszerelt vízkezelõ rendszer, így a vízkezelési költségek megtakaríthatók. A jelen találmány értelmében egyidejûleg a kazánban keletkezõ szállóhamu egy részét semleges állapotba hozzuk, amely így azonnal végsõ tárolásra kerülhet. A találmány szerinti fluid ágyas kazánberendezést, valamint a kéntartalmú tüzelõanyag elégetésére szolgáló találmány szerinti eljárást egy ilyen fluid ágyas kazánberendezésben részletesebben az alábbiakban ismertetjük a csatolt rajzra hivatkozva, amelyen az 1. ábra a találmány egy elõnyös kiviteli alakjának megfelelõ fluid ágyas kazánberendezést tüntet fel vázlatosan. Az 1. ábra vázlatosan szemlélteti egy találmány szerinti cirkulációs fluid ágyas 10 kazánberendezés elõnyös kiviteli alakjának azon részeit, amelyek lényegesek a jelen találmány szempontjából. Kéntartalmú 18 tüzelõanyagot és kén-oxidok megkötésére alkalmas 20 adalékot vezetünk be a 10 kazánberendezés 12 tûzterébe, amely 12 tûztérnek egy fluidizálandó részecskékbõl álló ágya van, amely részecskéket egy 14 rácson keresztül bevezetendõ 16 fluidizálólevegõvel fluidizáljuk. Általában a 16 fluidizálólevegõ mellett 22 szekunder levegõt is betáplálunk a tûztérbe egy vagy több szinten. A cirkulációs fluid ágyas 10 kazánberendezésben a tüzelõanyag a 12 tûztérben jellemzõen 800 90 C¹os hõmérsékleten ég el, ahol a felfelé áramló füstgázok részecskéket ragadnak magukkal, például hamut és éghetetlen tüzelõanyag-részecskéket. A füstgázok és az általuk elragadott részecskék egy 24 részecskeleválasztóba kerülnek, amelyben a részecskék nagyobb ré- 2
1 HU 006 37 T2 2 szét különválasztjuk a füstgáztól, és ezeket egy 26 visszatérõ járaton keresztül visszavezetjük a 12 tûztérbe. A forró füstgázokat a 24 részecskeleválasztóból egy 28 füstgázcsatornában egy 30 hõvisszanyerõ szakaszhoz vezetjük, amelyben hõenergiát nyerünk ki a füstgázokból hõcserélõk segítségével vízgõz elõállítására, miközben a füstgázok hõmérséklete lecsökken, például körülbelül 20 40 C¹ra. A füstgázokat ezután a 30 hõvisszanyerõ szakaszból egy, az égési levegõ számára elõirányzott 32 regeneratív elõmelegítõbe vezetjük, amelyben tovább esik a füstgázok hõmérséklete, jellemzõen körülbelül 10 C¹ra. Az égési levegõ 32 regeneratív elõmelegítõjébõl a füstgázokat egy 34 porleválasztóba vezetjük, amely lehet például egy zsákszûrõ, amint az az 1. ábrán látható, vagy egy elektromos porleválasztó. A szállóhamu, amelyet a 34 porleválasztóban választunk le a füstgázból, általában tartalmaz olyan kalcium-oxidot (CaO), amely még nem lépett reakcióba a kénnel. Mivel a kalcium-oxid radikálisan reagál a vízzel, szükséges lehet, hogy azt szabályozott módon hidratáljuk, mielõtt a hamut végtárolásra visszük. Ha az a célunk, hogy a füstgázok hõenergiájának a lehetõ legnagyobb részét felhasználjuk, a füstgázokat tovább hûthetjük az égési levegõ 32 elõmelegítõjét követõen egy, a füstgázok számára elõirányzott kondenzáltató hûtõben, vagyis egy 36 hõcserélõben. A füstgázokból származó hõenergia a 36 hûtõ 38 hõcserélõ csöveiben átadódik egy közegnek, általában víznek, amelyet egy 40 szivattyú keringtet 42a, 42b áramlási csöveken keresztül egy, az égési levegõ számára elõirányzott 44 elõmelegítõbe. Ily módon a 46 légfúvó által betáplált égési levegõt két lépcsõben melegítjük fel, elõször egy 44 elõmelegítõben, majd egy 32 regeneratív elõmelegítõben, és az égési levegõt ezt követõen tápláljuk be a 12 tûztérbe. A füstgázokat a 36 kondenzáltatóhûtõbõl egy 48 kéménybe vezetjük. A fluid ágyas 10 kazánberendezés tartalmaz ezenkívül egyéb részeket is, mint például egységeket a gõzfejlesztéshez, valamint tisztítóberendezéseket a füstgázokhoz. Mivel azonban ezeknek a részeknek nincs befolyásuk a jelen találmányra, így ezeket nem tüntettük fel az 1. ábrán. A cél az, hogy a füstgázokat a lehetõ legalacsonyabb hõmérsékletre hûtsük le a 36 kondenzáltatóhûtõ segítségével. Ha hagyományos fémanyagú hõcserélõ csöveket alkalmazunk, akkor a füstgázok véghõmérsékletének a füstgáz víz- és savharmatpontja felett kell lennie, általában 100 C felett, hogy elkerüljük a korróziót. Ha a 38 hõcserélõ csövek, amelyek érintkezésbe kerülnek a füstgázzal a 36 hûtõben, mûanyagból vagy valamely más saválló anyagból, például saválló fémbõl vannak készítve, akkor a füstgázok lehûthetõk egy 100 C alatti hõmérsékletre, jóval a füstgáz savharmatpontja alá, miáltal a füstgázban levõ víz és a füstgáz szennyezõdéseibõl létrejövõ savak kezdenek lekondenzálódni a hõcserélõ felületein. A kondenzáltató hõcserélõ hõmérséklete elõnyösen körülbelül 80 8 C, 10 1 20 2 30 3 40 4 0 60 ha a tüzelõanyag kõszén, és körülbelül 90 100 C, ha a tüzelõanyag különösen nedves, például barnaszén. A jelen találmány egy elõnyös kiviteli alakja értelmében a 36 hõcserélõ felületein kondenzálódó savas folyadékokat, például kénsav vizes oldatát, összegyûjtjük egy 2 keverõtartályban egy 0 folyadékgyûjtõ csatornán keresztül, amely a 36 hõcserélõ alsó részéhez van csatlakoztatva. Ennek alternatívájaként az 0 folyadékgyûjtõ csatorna csatlakoztatható közvetlenül a 28 füstgázcsatornához is, elõnyösen a 28 füstgázcsatorna egy helyi minimumpontjához a 36 kondenzáltatóhûtõ közvetlen közelségében. A találmány egy elõnyös kiviteli alakja értelmében a 34 porleválasztó által leválasztott, kalcium-oxidot (CaO) tartalmazó hamu egy részét begyûjtjük az 2 keverõtartályba az 4 csatornán keresztül. A folyadékgyûjtõ csatornán keresztül begyûjtött folyadék víztartalma kalcium-hidroxiddá [Ca(OH) 2 ] hidratálja az 2 keverõtartályban a hamu által tartalmazott kalcium-oxidot (CaO). A kalcium-hidroxid, vagyis az oltott mész, másrészrõl hatékonyan semlegesíti az összegyûjtött folyadékban levõ savat, miáltal egy száraz szilárd anyagot kapunk, amely kedvezõ módon továbbítható egy 6 ürítõcsatornán keresztül egy megfelelõ végtárolási helyre. Elõnyösen egy 8 keverõ van hozzárendelve az 2 keverõ tárolóedényhez, amely összekeveri az 0 csatornán keresztül az 2 keverõtartályba vezetett savas folyadékot, például kénsavat és az 4 csatornán keresztül bevezetett CaO-tartalmú szállóhamut egy homogén keverékké. Az 2 keverõtartályba bejuttatandó szállóhamu mennyisége elõnyösen akkora, hogy az 6 ürítõcsatornába vezetendõ végtermék elég semleges és száraz ahhoz, hogy könnyen lehessen továbbítani. Ahhoz, hogy beállíthassuk a keverõtartályba bejuttatandó szállóhamu mennyiségét, elõnyös lehet elrendezni egy 60 áramlásszabályozóegységet az 4 hamucsatornában, amely 60 egység lehet egy szabályozószelep, miként az 1. ábrán, vagy például egy adagolócsiga. Ha a 34 porleválasztó által összegyûjtött hamunak csak egy részét tápláljuk be az 2 keverõtartályba, a maradék hamut egy külön 62 ürítõcsatornán keresztül távolíthatjuk el egy külön gyûjtõhelyre. A jelen találmányt a fentiekben néhány elõnyös kiviteli alakra hivatkozva ismertettük. A találmány azonban más kiviteli alakokra is kiterjed. A találmány szerinti eljárás egyik meghatározó jellemzõje, hogy a kondenzáltató hõcserélõ savas kondenzfolyadékát annak CaOtartalmú hamuval történõ összekeverése révén semlegesítjük. Különösen elõnyös, ha a hamu a porleválasztó által összegyûjtött szállóhamu, de néhány kiviteli alaknál a kondenzfolyadékkal összekeverendõ hamu vagy annak egy része lehet a 12 fluid ágyas reaktor (tûztér) aljából a 64 csatornán keresztül eltávolított fenékhamu is. Mielõtt a fenékhamut és a kondenzfolyadékot összekeverjük egymással, egy részt, amely túl durva, elõnyösen eltávolíthatunk a fenékhamuból, vagy a hamut szétporlaszthatjuk valamilyen ismert módon. 3
1 HU 006 37 T2 2 A fent említett kiviteli alakoknál a 12 fluid ágyas reaktor egy cirkulációs fluid ágyas reaktor volt, azonban néhány kiviteli alaknál a fluid ágyas reaktor lehet buborékos fluid ágyas reaktor is. Az 1. ábrán bemutatott 10 kazánberendezésnél három hõcserélõ lépcsõ, nevezetesen egy 30 hõvisszanyerõ szakasz, egy, az égési levegõ számára elõirányzott 32 regeneratív elõmelegítõ és egy kondenzáló 36 hõcserélõ, valamint egy 34 porleválasztó van beépítve a 28 füstgázcsatornába. Más elõnyös kiviteli alakoknál a hõcserélõ lépcsõk és a porleválasztók száma, valamint ezek kölcsönös helyzete is változhat. A 34 kondenzáltató hõcserélõ segítségével lehetõség van a hõenergia átvitelére az égési levegõre, miként az 1. ábrán, vagy néhány más alkalmazásra, például a kazán tápvizének elõmelegítésére, a kondenzátum felmelegítésére, vagy távhõ elõállítására. A fluid ágyas kazánberendezés jellemzõ tulajdonsága, hogy a találmány szerinti fluid ágyas kazánberendezés el van látva egy kondenzáltató hõcserélõvel, továbbá egy hamugyûjtõ rendszerrel, amely CaO-tartalmú hamut bocsát rendelkezésre, valamint egy tartállyal, amelyben a kondenzáltató hõcserélõbõl származó savas kondenzfolyadékot és CaO-tartalmú hamut keverünk össze. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 10 1 20 2 30 3 40 4 0 60 1. Eljárás kéntartalmú tüzelõanyag elégetésére egy fluid ágyas kazánberendezésben (10), amely eljárás az alábbi lépéseket tartalmazza: a) részecskékbõl fluid ágyat képezünk egy fluid ágyas kazánberendezés (10) tûzterében (12), amely fluid ágyba kéntartalmú tüzelõanyagot, CaCO 3 -tartalmú kénmegkötõ adalékot és égési levegõt vezetünk be, miáltal a tüzelõanyag elég és füstgázokat hoz létre, míg a CaCO 3 -tartalmú kénmegkötõ adalék kalcium-oxiddá (CaO) kalcinálódik, és megköti az égetéskor képzõdõ kén-dioxidot (SO 2 ), b) hõenergiát nyerünk vissza a füstgázokból egy hõcserélõ (36) hõcserélõ csöveiben (38) keringtetett hõcserélõ közegbe, amely hõcserélõ egy füstgázcsatornában (28) van elrendezve, és c) CaO-tartalmú hamut gyûjtünk össze a fluid ágyas kazánberendezésbõl (10), azzal jellemezve, hogy a hõcserélõ (36) a füstgázcsatornában olyan hõmérsékletre van beállítva, amelyen sav vizes oldata kondenzálódik a hõcserélõ csövek (38) külsõ felületén, amely vizes oldatot összegyûjtjük, és azt egy keverõtartályban (2) a c) lépésben összegyûjtött hamuval összekeverve semlegesítjük. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hõcserélõ csövek (38) mûanyag szerkezetûek vagy saválló acélból vannak. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a b) lépésben a hõcserélõ csövek (38) külsõ felületének a hõmérséklete alacsonyabb, mint a füstgáz vízharmatpontja. 4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a c) lépésben összegyûjtendõ hamu egy, a füstgázcsatornában (28) elrendezett porleválasztó (34) által összegyûjtött szállóhamu.. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a porleválasztó (34) által összegyûjtött szállóhamu egy szabályozott részét a porleválasztóból (34) a keverõtartályba (2) gyûjtjük be. 6. Az. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a porleválasztóból (34) a keverõtartályba (2) begyûjtendõ hamu mennyiségét egy, a hamuáram számára elõirányzott szabályozóeszközzel (60) szabályozzuk. 7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hõcserélõ (36) által visszanyert hõenergiát égési levegõ elõmelegítésére, kondenzátum felmelegítésére, tápvíz elõmelegítésére vagy távhõ elõállítására használjuk. 8. Fluid ágyas kazánberendezés (10), amely tartalmaz egy tûzteret (12), benne egy részecskékbõl képzett fluid ággyal, valamint eszközöket kéntartalmú tüzelõanyag (18), CaCO 3 -tartalmú kénmegkötõ adalék (20) és égési levegõ (16, 22) bevezetésére, valamint egy hõcserélõt (36) hõcserélõ csövekkel (38), amely egy füstgázcsatornában (28) van elrendezve, azzal jellemezve, hogy a hõcserélõ csövek (38) egy, a tüzelõanyag elégetésekor keletkezõ füstgáz vízharmatpontja alatti hõmérséklethez vannak elrendezve, és amely fluid ágyas kazánberendezés egy keverõtartályt (2) és eszközöket (0) foglal magában a hõcserélõ csövek (38) külsõ felületén kondenzálódó sav vizes oldatának felfogására, valamint eszközöket (34, 4) foglal magában a tüzelõanyag elégetésekor keletkezõ CaO-tartalmú hamunak egy keverõtartályban (2) való felfogására. 9. A 8. igénypont szerinti fluid ágyas kazánberendezés, azzal jellemezve, hogy a hõcserélõ csövek (38) egy mûanyag szerkezetbõl vagy saválló fémbõl vannak. 10. A 8. igénypont szerinti fluid ágyas kazánberendezés, azzal jellemezve, hogy a keverõtartály (2) eszközöket (8) tartalmaz a keverõtartályba összegyûjtendõ hamu és a folyadék összekeverésére. 11. A 8. igénypont szerinti fluid ágyas kazánberendezés, azzal jellemezve, hogy a fluid ágyas kazánberendezés (10) eszközöket (34, 4) tartalmaz a tüzelõanyag elégetése során keletkezõ CaO-tartalmú szállóhamu begyûjtésére a keverõtartályba (2). 12. A 8. igénypont szerinti fluid ágyas kazánberendezés, azzal jellemezve, hogy a szállóhamu keverõtartályba (2) való begyûjtésére szolgáló eszközök szabályozóeszközöket (60) tartalmaznak a begyûjtendõ hamu mennyiségének szabályozására. 13. A 8. igénypont szerinti fluid ágyas kazánberendezés, azzal jellemezve, hogy égési levegõ elõmelegítésére szolgáló eszközök (44) vannak a hõcserélõvel (36) összekötve. 14. A 8. igénypont szerinti fluid ágyas kazánberendezés, azzal jellemezve, hogy tápvíz elõmelegítésére, kondenzátum melegítésére vagy távhõ elõállítására szolgáló eszközök vannak a hõcserélõvel (36) összekötve. 4
HU 006 37 T2 Int. Cl.: B01D 3/00
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest