BG60725B1

BG60725B1 - Device and method for combustion using a combustion chamber of pulse fluidized bed at atmospheric pressure

Info

Publication number: BG60725B1
Application number: BG98166A
Authority: BG
Inventors: Momtaz N Mansour
Original assignee: Mansour
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1993-10-20
Publication date: 1996-01-31
Also published as: AU661692B2; ES2079868T3; HU9302974D0; DK0581869T3; HU217336B; PL169798B1; DE69205161T2; CA2108893C; JPH06510113A; JP3149135B2; RU2105241C1; EP0581869B1; GR3017987T3; DE69205161D1; CZ222493A3; KR100234782B1; BG98166A; ATE128539T1; US5133297A; RO115380B1

Description

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

Настоящото изобретение се отнася до метод и реакционно устройство с пулсиращ флуидизиран слой за изгаряне на твърди горива и други процесии по резултатен, незамърсяващ околната среда и икономичен начин.

СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

Известни са технологии, проектирани и/или демонстрирани за изгаряне на горива с високо съдържание на сяра изобщо и по-точно на въглища. На основание икономическите резултати, емисиите и други показатели, като водеща технология за използване на горива с високо съдържание на сяра се очертава технологията за изгаряне във флуидизиран слой. Реализирани и в различни етапи на комерсиализация са и установки за изгаряне на горива с повишено съдържание на сяра във флуидизиран слой. Тези установки могат да бъдат класифицирани в зависимост от работното налягане (атмосферно или свръхналягане) и в зависимост от начина на флуидизиране (кипене или циркулация). Установките с флуидизиран слой показват такива предимства като вътрешно улавяне на сярата, недопускане на шлаковане, на задръстване или образуване на капки по топлопренасящите повърхности, високи степени на топлопренасяне по повърхностите на топлообменника, поддържане на близка до равномерната температура в зоната на изгаряне, както и гъвкавост и приспособимост спрямо горивото. Тези предимства са направили технологията за изгаряне във флуидизиран слой успешно конкурентноспособна на големия индустриален пазар за производство на пара (6.3 - 37.8 kg/s или 50.000 - 300.000 Lb/hr). В действие са демострирани широка скала (от 70 до 150 М We) установки, което улеснява тяхната комерсиализация в потребителския сектор. Възможностите на технологията на изгаряне във флуидизиран слой и по-специално на изгаряне във флуидизиран слой при атмосферно налягане за по-ниските диапазони (<6.3 kg/s или <50.000 Lb/hr паров еквивалент (производителност на пара), каквато е заявена съгласно настоящото изобретение, обаче не са изследвани сериозно до сега.

Технологията за изгаряне във флуидизиран слой при атмосферно налягане е показала големи производствени възможности при използване за изгаряне на нефт и газ в ниските производствени диапазони на инсталациите при по-малка от 6.3 kg/s (50 000 Lb/hr) парова производителност. Тези по-малки инсталации (апаратури) могат да се използват успешно при процеси за нагряване, затопляне на вода и получаване на пара, както и за отопляване на жилищни, търговски и индустриални сектори. Понастоящем нефтените и на природен газ горивни съоръжения се използват изключително за тези приложения. Поради голямата разлика между цената на тези горива и въглищата, технологията за изгаряне на въглища във флуидизиран слой при атмосферно налягане, проектирана за ниските диапазони на приложение, има възможност да стане конкурентноспособна, тъй като показва високи икономически резултати, които преодоляват вложените капитални разходи за базираните на въглища системи. Успешно проектираната въглищно-горивна система може не само да бъде по-икономична, но може също така да позволи по-широко използване на националните ресурси от въглища спрямо вносните нефт и газ и да отвори нови пазари и прилагане на местните въглища чрез използване на въглищно-горивната технология във флуидизиран слой.

Анализите на пазара показват, че базираните на въглища системи осигуряват конкурентно ниво, както на капиталните, така и на производствените (експлоатационните) разходи, а и на разходите за поддържане, изпълнение и дълготрайност (издръжливост, износоустойчивост) в диапазона от 0.126 до 1.26 kg/s (от 1 000 до 10 000 Lb/hr) производителност на пара и могат да изместят при 164 EJ (2.5 quad Btu) системите, базирани на газ и нефт, за прилагане в жилищните, търговските и малко индустриализираните райони. В индустриалния сектор системите в диапазона от 1.26 до 6.3 kg/s (10 000 до 50 000 Lb/hr) производителност на пара могат да бъдат взаимозаменяеми при 1.16 EJ (1.1 quad Btu) енергия за годината.

Както бе отбелязано по-горе, горивните системи с флуидизиран слой при атмосферно налягане могат да бъдат класифицирани в системи с кипящ и с циркулационен слой. При системите с въглищно-флуидизиран кипящ слой недостатък е, че няма контрол на разпределението на фината фракция от въглищата и на захранването със сорбент, за да се лимитира пренасянето и съответно техния ефект върху изгарянето, улавянето на сярата, емисиите и размера на твърдата фракция в съоръжението. Допълнително по-високото отношение Ca/s на подаване, което е типично и препоръчително при изгаряне в кипящ флуидизиран слой води до увеличаване подаването на сорбент и на разходите по отстраняване на отпадъците, което намалява възможността те да бъдат лимитирани.

Горивните системи с циркулационен флуидизиран слой показват по-висока степен на ефективност на изгарянето и на използване на сорбента, по-ниски NO_x емисии, дължащи се на многостепенно разделяне на въздуха, както и по-висока гъвкавост и оперативност при сравнение със системите с кипящ слой.

Обаче системите от типа с циркулационен слой се препоръчват да бъдат проектирани с висока горивна камера, за да се осигури достатъчна топлообменна повърхност. Това прави тези установки както непрактични, така и скъпи, при което също така отделянето на накипи в горивните устройства с циркулационен флуидизиран слой е значително и тяхното прилагане се преценява успешно при производителност на пара от 12.6 kg/s (100 000 Lb/hr).

Най-общо системите с флуидизиран слой показват тенденция да притежават висока топлинна (термична) инерция. Стартирането на система с голям флуиден слой изисква адекватно количество от време, както и допълнителни спомагателни системи за предварително подгряване на слоя по контролиран начин, както и добавяне на експлоатационни системни разходи за комплексното оборудване. Докато за нискодиапазонните приложения е задължително установките да имат проста и компактна система за бързо стартиране с ниски разходи на метал, а също така и облекчени експлоатационни характеристики. Топлинната инерция на системите с флуидизиран слой пре дизвиква и натоварвания, изискващи удължавания, което също би било сериозен недостатък при използване в приложенията в ниския диапазон. Системните установки трябва да осигуряват бързо реагиране на промените в натоварването, особено чрез спомагателните запалителни субсистеми и методи за загряване на флуидния слой. Такива устройства не би трябвало да изискват вграждането на допълнителен метал и на допълнителни системи за контрол, ако се иска да се поддържа доста тъмно нисък капитален системен разход, за да бъдат тези системи конкурентоспособни на съществуващите нефто- и газогоривни съоръжения. Допълнително новите установки трябва да бъдат усъвършенствани (в дадения диапазон), като се достигнат намалени габаритни размери на горивните устройства, което да осигури редуциране на капиталните разходи за KJ/kg (Btu/hr) изгаряно гориво. Това трябва обаче да бъде достигнато без компромиси в контрола на замърсяванията, предизвикани от устройството, като замърсяванията трябва да отговарят на по-строгите изисквания, които се поставят пред съоръженията в някои от тези крайни, в ниския диапазон приложения.

Обикновено сега съществуващите горивни системи с флуидизиран слой при атмосферно налягане, когато бъдат приложени в ниските диапазони, т.е. когато бъдат използвани в ниските диапазони и крайни сектори на приложение и на интерес се оказват тежки и скъпи, което не ги прави конкурентноспособни с познатите и прилагани нефто- и газогоривни съоръжения. Необходим е нов, новаторски подход, за да се редуцират разходите и за да се създаде едно усъвършенствувано изпълнение.

Следователно такава нова система би трябвало да притежава множество показатели, такива като висока ефективност на изгаряне, висок капацитет на улавяне на сярата, ниски NO_x емисии, както и да бъде способна за установяване на бързо стартиране и следващо установяване на товароспособност. Също така такава система, както повечето системи, би трябвало да бъде с опростени устройства с нескъп и лесно управляван контрол, да позволява издръжлива и сигурна експлоатация. И накрая, но не на последно място, системата би трябвало да е с ми нимизирано технологично и икономично оборудване спрямо нефто- и газогоривно оборудваните системи.

Устройствата и методите в съответствие с настоящото изобретение решават изложените по-горе проблеми, произтичащи от състоянието на техниката и притежават показателите, изложени по-горе.

СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Задача на настоящото изобретение е да осигури усъвършенствувано горивно устройство. Друга задача на настоящото изобретение е да осигури усъвършенствувано горивно устройство, което да работи с гориво с високо съдържание на сяра, такова като въглища, като се избягват нежеланите емисии.

Задача в съответствие с настоящото изобретение е и да се създаде горивно устройство с усъвършенствуван флуидизиран слой.

Друга задача в съответствие с настоящото изобретение е да се създаде горивно устройство с пулсиращ флуидизиран слой, осигуряващ икономична работа при използване на горива е високо съдържание на сяра.

Задача на настоящото изобретение е и да се създаде реактор с пулсиращ флуидизиран слой при атмосферно налягане.

Още една задача съгласно настоящото изобретение е да се създаде горивно устройство с горивна камера с пулсиращ флуидизиран слой, което да работи икономично в ниските диапазони на приложения - производителност на пара 50 000 pounds/hr или помалко.

Друга задача съгласно настоящото изобретение е да се създаде усъвършенствуван метод за изгаряне на горива с високо съдържание на сяра.

Още една задача съгласно настоящото изобретение е да се създаде усъвършенствуван метод за изгаряне на твърди горива в условията на флуидизиран слой.

Въобще най-общо казано апаратурата съгласно настоящото изобретение включва реактор, средства за захранване с твърд, с възможност за флуидизиране материал в споменатия реактор, в средната част от общата височина на същия; средства за подаване на флуидизираща среда за споменатия твърд материал; импулсно горивно устройство, продължаващо в посочения реактор, като импулсното горивно устройство включва горивна камера, затварящи средства, свързани с горивната камера за пропускане на горивовъздушната смес в нея, резонаторна камера и нейното външно удължаване, изходящ свободен край на споменатата резонаторна камера, разположена така, че да отчита това, че флуидизираният слой да допуска газообразни продукти от резонаторната камера да въздействат върху флуидизирания слой; и средства за изходящите горивни газове, свързани с реакционния съд за извеждане от него на продуктите от горенето.

Най-общо казано методът съгласно настоящото изобретение включва операциите от установяване и поддържане на флуидизиран слой от твърдо гориво в съда като такъв и за топлопренасящите средства; импулсно изгаряне на горивовъздушна смес по начин да се създаде пулсационен поток от продуктите от горенето и акустични вълни от него; насочване на споменатия пулсационен поток от продуктите от горенето да въздейства директно върху флуидизирания слой от твърдо гориво за изгарянето му и извеждане на продуктите от горенето от съда след сепариране на увлечените твърди частици в тях.

КРАТКО ОПИСАНИЕ НА ФИГУРИТЕ

Конструкцията, създадена да реализира изобретението, ще бъде описана тук, заедно с другите й признаци. Изобретението ще бъде по-лесно разбрано от следващото описание и чрез обозначенията в придружаващите го чертежи, представляващи неразделна част от него, където примерните изпълнения на изобретението са показани както следва:

Фигура 1 е схематично изображение на устройство с пулсиращ флуидизиран слой при атмосферно налягане в съответствие със същността на настоящото изобретение;

Фигура_2 е схематично изображение на устройство от фигура 1 с пулсиращ флуидизиран слой при атмосферно налягане в инсталация за изгаряне на въглищно гориво;

Фигура 3 е схематично предста вяне на устройство с пулсиращ флуидизиран слой при атмосферно налягане, проектиран за производство на пара в съответствие със същността на настоящото изобретение;

Фигура 4 е схематично представяне на устройството от фигура 3 в инсталация със система за генериране на пара;

Фигура 5 е схематично изображение на устройство с пулсиращ флуидизиран слой при атмосферно налягане за нагряване на въздух или изсушаване на материали в съответствие със същността на настоящото изобретение;

Фигура 6 е схематично представяне на устройството от фигура 5 в инсталация за изсушаване на материали или нагряване на въздух;

Фигура. 7 е схематично представяне на устройство с пулсиращ флуидизиран слой за изгаряне на отпадъчни материали в съответствие със същността на настоящото изобретение;

Фигура 8 е устройството от фигура 7 в инсталация за изгаряне на отпадъчни материали;

Фигура./) е схематично представяне на устройство с пулсиращ флуидизиран слой при атмосферно налягане за провеждане на ендотермични реакции, по-специално такива като газофикация или окисление.

ПРИМЕРНИ ИЗПЪЛНЕНИЯ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Едно предпочитано изпълнение съгласно настоящото изобретение включва импулсно горивно устройство с горивна камера с флуидизиран слой при атмосферно налягане от типа кипящ слой, така както е показано на фигура 1. В тази модулна конфигурация импулсното горивно устройство изгаря финото прахообразно гориво с частици по-малки от 30 или бООд, а във флуидизиран слой изгарят грубите твърди горивни частици (едрата фракция).

Както е показано на фигура 1 импулсната апаратура с флуидизиран слой при атмосферно налягане съгласно настоящото изобретение включва отражателно насочващ реактор 10, в който се поддържа флуидизиран слой. Импулсното горивно устройство 30 е интегрирано с реактора 10, с което се увеличават предимствата на устройството.

Реакторът 10 включва долна 13, средна 14 и горна 16 секции. В долната 12 секция на реактора 10 е монтирано флуидно разпределително устройство 13, през което флуидизиращият флуид се подава със скорост, подходяща да флуидизира едрата фракция от твърдите горивни частици, утаени в долната секция 12. Например установено е, че скорости на флуида в диапазон от 1.24 до 4.03 метра за секунда са подходящи за флуидизацията. В долната 12 секция, където се оформя гъст флуидизиран слой е монтирано и множество 60 от тръби или серпентини и тръбни снопове, през които преминава топлопренасящ флуид за извеждане на топлината от флуидизирания слой. Обичайно е през множеството топлинноотвеждащи тръби (топлообменник) 60 да циркулира въздух или вода за получаване на загрят въздух, гореща вода или пара, като и други материали могат да бъдат използвани като топлопренасяща среда за получаване на предварително очаквания резултат.

Средната 14 секция е конично оформена (издадена навън и нагоре) и свързва долната 12 секция с горната 16 секция, като съвместно със средната 14 и горната 16 секция се оформя свободна област (пространство) , каквото е необходимо при системите с флуидизиран слой, в която свободна област скоростта на газа намалява, престоят на газа се увеличава и отвеждането (изтичането) намалява. Противоположно гъстотата на флуидизира ния слой в долната 12 секция на реактора 10 функционира в кипящ турбулентен режим.

Импулсното горивно устройство 30 включва затварящи средства 32, които могат да бъдат аеродинамичен затвор или хидрозатвор, механичен затвор или от подобен тип, горивна камера 34 и крайна резонаторна (водеща) тръба 36. Допълнително импулсното горивно устройство 30 включва въздушен щуцер (въздухонагнетателна тръба) 38 и усилвател на аксиалното противоналягане например дифузор 39. Крайната резонаторна тръба 36 може да бъде единична тръба, така както е показана на фиг.1 или множество тръби и в едно предпочитано изпълнение към свободния й край е предвидена дифузорна секция 40. Така също в едно предпочитано изпълнение крайната рсзонаторна тръба 36 има воден кожух 41 най-малко около част от цялата й дължина.

Дифузорната секция 40 в края на резонаторната тръба 36 оформя една експандираща секция, която редуцира изходящата скорост на газовете от резонаторната тръба 36 и предотвратява образуването на канали във флуидизирания слой. След като горивният газ от импулсното горивно устройство напусне резонаторната тръба 36 той влиза в дифузорната секция 40, която предизвиква фина рециркулация и увеличаване на престоя на частиците в реактора. Дифузорната секция 40 и/ или отвореният край на резонаторната тръба 36 може да бъде разположена в зоната на реагентите или над зоната на реагентите (както е показано на фиг.7 и фиг.8). Реакторът 10 също така включва разположена над реактивната зона захранваща система 70 за грубата, едрата фракция гориво и сорбент, за предпочитане винтов транспортьор, и един сепаратор 71 на горивото за сепариране на подаваното гориво на едра и фина фракция.

Фината горивна фракция се подава от сепаратора 71 през линията 72 към импулсното горивно устройство 30, докато едрата (груба) горивна фракция се подава от сепаратора 71 да захранва импулсното горивно устройство 30. Сорбентът, например такъв като натрошен варовик, се подава от захранващ бункер 76, за да захранва системата 70 за въвеждане в реактора 10. Докато гориво/сорбентната смес може да се променя съдържанието на сорбента е препоръчително да се поддържа до нивото на два до три пъти съдържанието на сярата, съдържаща се в твърдото гориво, т.е. въглищата.

Реакторът 10 по-нататък включва изход за газа 80, снабден със сепаратор за увлечените твърди чстици 82, който е препоръчително един вътрешен сепаратор на входа, за да сепарира, чрез отделяне увлечените частици (фината фракция) от изходящия газов поток и да ги върне в горната секция 16. Отпадъчните парчета, пепел и други такива се отвеждат от реактора 10 през изхода 17, предвиден в долния край на съда. Горелката 19 е също предвидена към реактора 10, осигуряваща предпочитано запалване чрез естествен (природен) газ и е използвана за опериране на системите за безопасност и за стар тиране на системата.

Импулсното горивно устройство 30 обикновено включва хидрозатвор, горивна камера и резонаторна тръба. Горивото и въздухът влизат в горивната камера. Източникът на запалване взривява експлозивната смес в горивната камера при стартирането. Стремително се увеличава обемът като се предизвиква пускането чрез бързо нарастване на температурата и развитието на продуктите от горенето, които налягат в камерата. Тъй като горещите газове експандират затворът, например еднопътният затвор, позволява изтичане на поток от горещи газове по направление на резонаторната тръба. Изходящите газове от го-ривната камера и резонаторната тръба притежават значителна кинетична енргия. В горивната камера се създава вакуум поради инерцията на газовете в резонаторната тръба. Инерцията на газовете в резонаторната тръба позволява само малка част от изгорелите газове да се върне в горивната камера, спрямо баланса на изходящите газове от резонаторната тръба. Тъй като налягането в камерата на реактора е атмосферно налягане, въздухът и горивото се подават в камерата, където се извършва самозапалване. Отново затворът реверсира потока и цикълът започва отново. След като първият цикъл е извършен, следва-щите операции се самовъзпроизвеждат (самостартират).

Еднопътният затвор, използван в много други импулсни пулсационни изгарящи устройства е един механически “шибърен затвор”. Шибърният затвор е всъщност проверяващ затвор, разрешаващ поток от входа към камерата и спиращ обратния поток чрез механична уплътнителна конструкция. Това обслужване е достатъчно добро за търсените цели. Докато такъв механичен затвор може да бъде използван в съчетание със сегашната система, един аеродинамичен затвор без придвижване на частите е за предпочитане. През изпускателния ход с един аеродинамичен вентил, граничният слой, образуван в затвора, и турбулентните вихри заклинват клапата повече от обратния поток. Още повече, че изходящите газове са с далеч по-висока температура, отколкото входящите газове. Още повече и вискозитетът на газа е далеч по-висок, и обратното съпротивление при входящия диаметър, в противоположност, е далеч по-високо откол7 кото това за предния поток през същия отвор. Този феномен, едновременно с високата инерция на изгорелите газове в резонаторната тръба се комбинира да осигури преимуществено протичане на потока от входа към изхода. Така предпочитаното пулсационно горивно устройство е самоаспириращо се устройство, засмукващо гориво и въздух в горивната камера и автоинжектиращо продуктите от горенето.

Бързата осцилация на налягането в горивната камера генерира интензивно осцилиращо флуидно поле. В случай на изгаряне на твърдо гориво (въглища) флуктуацията на флуидното поле предизвиква бързо изчистване на продуктите от горенето от зоната на реагиращото твърдо гориво, което осигурява достъп на кислород с малка или без дифузионна лимитация.

От друга страна, в пулсационното горивно устройство е налице твърде висок пренос на масите и топлинен пренос, които се установяват в горивната зона. Докато при тези горивни устройства се установява тенденция на много високо топлинно освобождаване (обикновено 10 пъти повече от конвенционалните горелки), енергетичният масов пренос и високотемпературният пренос в горивната зона резултира в по-равномерна температура. Така, най-високата температура, която се достига тук е далеч по-ниска отколкото при конвенционалните системи. Това резултира в значителна редукция в образуването на азотни окиси (NO_x). Това високо температурно освобождаване установява същия резултат и в по-малко горивно устройство за определена запалваща степен и редукция в предварително определе-ното време.

Изпълнението на горивно устройство с флуидизиран слой при атмосферно налягане е ефективно при изгарянето на въглища и трябва да се съобразява с качествата 5 на въглищата (утаяване, набъбване, раздробяване и овъгляване), със захранвания състав от частици, със захранващата система, както и с повишеното при изгарянето механично износване, топлинния и масов пренос и с условията на работа.

Още повече, за такива системи въглеродното пренасяне в предварителния сепаратор на частици е обикновено високо дължащо се на определеното време за изгаряне на финото гориво в горивното устройство. За да се достигне висока ефективност на въглеродното оползотворяване често се практикува циклично подаване на финото гориво в слоя. Това циклично подаване добавя към системата конструктивно усложнение и разходи, а понякога води и до запушване. В съответствие с настоящото изобретение може да бъде достигната по-висока горивна ефективност, защото финото гориво се изгаря в импулсното горивно устройство и само грубата, едрата фракция от въглищата, които са класифицирани предварително, се изгарят във флуидизирания слой.

Три “Т” на горенето, които са: 1) температурата, 2) турбулентността и 3) престой на газа в импулсното горивно устройство и кипящият (барботиращият) флуидизиран слой, свободен от ограничения са, както е показано по-долу, твърде различни в импулсното горивно устройство и в зоната на флуидизирания слой при атмосферно налягане.

Импулсно горивно устройство

Флуидизиран слой при атмосферно налягане; свободна от граници зона

Температура >1092°С или

2000°F (високо)

843°С или 1550°F (ниско)

Турбулентност много висока осцилация смесване) умерена (включваща f със задно

Престой на газа до 100ms (милисекунди) до 3s (секунди)

Тъй като настоящото изобретение работи и с импулсно горивно устройство и с атмосферен флуидизиран слой в горивната камера, то може да оперира в пълна степен и с едрата фракция (грубо, необработено) гориво, и с фината фракция на горивото. Осцилиращото флуидно поле в импулсното горивно устройство осигурява високо вътрешнофазово и вътрешно частично пренасяне на масите. Още повече, фината фракция гориво съществено изгаря под кинетичен контрол. Дължащо се по причина на високата температура (>1093 С но по-ниска от температурата за топене на пепелта и предизвикване на шлаковане), изгарянето на финото гориво е по същество комплексно и пълно на изхода от импулсното горивно устройство. Допълнителният престой на газа от 1 до 2 секунди в свободната зона на флуидизирания слой осигурява висока въглеродна конверсия и съответно висока ефективност на изгарянето.

Усвояването и изгарянето на финото гориво в импулсното горивно устройство също дава възможност да се отдели значителна част от сярата за времето, докато финото гориво напусне крайната резонаторна тръба или резонаторната зона. Тази сяра има висока възможност за улавяне в гъстия, плътен флуидизиран слой, дължаща се на изтичането от импулсното горивно устройство във флуидизирания слой. Акустичното поле се разпространява във флуидизирания слой, увеличава масовия пренос и съответно увеличава степента на реакция между сорбента и SO₂. Акустичното увеличаване във флуидизирания слой на процеса на масов пренос и фината рециркулация като последствие от проектирането на формата на тръбата помагат да се достигне висока ефективност на улавянето на сярата при ниска Ca/s моларна захранваща степен, която води до по-нисък разход на варовик и по-ниски предполагаеми отпадъчни разходи.

Импулсните горивни устройства традиционно са устройства с нисък NO_x. Степента на топлинен пренос в пулсационен поток е по-висока от тази в конвенционалните устройства с устойчив поток и това спомага да се създаде като цяло по-ниска температура в горивната камера.

Така също високата степен на смесване между горещите продукти, получени при горенето, и по-студените остатъчни про дукти от предишния цикъл и постъпващите студени реагенти създават кратко установяващо време на висока температура, потушаваща продукцията на NO_x. Този комплексен механизъм създава среда, която се доближава до реактор с идеално смесване по отношение на ниската температура и резултира в ниска продукция на NO_x. Плътността на флуидизирания слой в долната секция 12 на реактора 10, дължаща се на опериране при ниска температура и с едра фракция гориво, установява по-ниска ΝΟ_χпродукция като такава.

Следователно, ΝΟ_χ емисиите от системата съгласно настоящето изобретение се очаква да бъдат по-ниски отколкото тези от устройствата с конвенционален флуидизиран слой.

Коефициентът на работен топлинен пренос във водния кожух на импулсната горивна тръба е от същия порядък както този на тръбите, потопени в плътния флуидизиран слой. Замяната на неефективния топлообменник в свободната зона на горивното устройство с конвенционален псевдокипящ флуидизиран слой с воден кожух на импулсната горивна крайна тръба значително намалява повърхността за пренос и разходите.

За да се установят и докажат техническите достойнства на технологията съгласно настоящото изобретение беше проектирана, построена и тествана лабораторна изпитателна инсталация (1.58 GJ/hr -1.5 MMBtu/ hr - разход на изгаряните въглища). Схематично тази инсталация е показана на фигура 2. Първоначалната цел на тази инсталация бе да се изследва интегрирането на импулсното горивно устройство с частта от пеща с флуидизиран слой. Конвенционалната секция не беше включена, тъй като допълнителните разходи бяха счетени за неоправдани. Още повече, че производството на пара и топлинната ефективност на инсталацията, която се тестваше бяха по-ниски, отколкото тези очаквани при нормалната експлоатация.

На фиг.2 е илюстрирана апаратурата, както е описана съгласно фиг.1 със същитите елементи и означения и с присъединяване на необходимото за процеса оборудване. След класификация на твърдото гориво, т.е. въглищата, на фина и едра фракции (непоказано на фигурата) едрата фракция се складира във въглищния бункер 73, от който едра та фракция чрез конвейер се подава в бункера за сорбент 76, където сорбентът се подава и смесва с въглищната фракция. Въглищно-сорбентната смес се подава в реактор 10 чрез захранващия конвейер 70 и пада в плътния слой, установен в долната секция 12 на реактора 10, който се поддържа в кипящ флуидизиран слой чрез подаването на флуид в тази област през устройствата 13 за разпределяне на флуида. Алтернативно, въглищно-сорбентната смес би могла да се подаде директно във флуидизирания слой вместо да пада от върха на слоя (виж фиг. 7 за същата структура на инсталацията със захранващи устройства 214 и 215, двойно позиционирани съответно над и във флуидизирания слой).

Фината фракция, отделена от въглищата, се събира в бункер 74, след което се подава в ежектора 77, от където се трансформира през линията 72 към импулсното горивно устройство 30. Да приемем, че импулсното горивно устройство е в работен цикъл, аеродинамичният клапан 32 изтегля по искане въздушно захранващата смес. Както е показано на фиг. 2 природният газ също е подаден към клапана на импулсното горивно устройство, като също е подаден като гориво. Продуктите от горенето от импулсното горивно устройство 30 тогава постъпват под налягане на осцилиращи акустични вълни през резонаторната тръба или крайната тръба 36 и през дифузионната секция 40 във флуидизирания слой. Въобще степента на отделената топлина в импулсното горивно устройство 30 е в порядъка от 2 до 6 MMBtu/hr/ft³, а температурата на газообразните продукти е в диапазона 762 до 1904 С. Скоростта на газа в резонатор-ната тръба е в диапазона от 46 до 496 метра за секунда и със скорост на осцилации в диапазона от 20 до 150 Нг.

В реактора, нивото на налягането на акустичните вълни достига диапазона от 100 до 185 dB. Също така, достигнатите температури в реактора 10 са до 2000 F и са основно от количеството отделена топлина от импулсното горивно устройство в диапазон от 100 000 до 200 000 Btu/hr/ft³. Температурите в свободната зона на реактора 10 може тогава да о надхвърлят 1090 С и са възможни разрушавания на органичните материали. Във флуидизирания слой температурата е в интервала от 800 до 925 С, които температури са за предпочитане с оглед минимизиране на азотните окиси.

Акустичната вълна, напускаща дифузорната секция 40 и удряща се във флуидизирания слой, допринася за усилването на смесването и топлинния процес. Твърдото гориво във флуидизирано състояние изгаря, докато температурите в слоя могат да бъдат контролирани чрез средата за топлопренасяне, циркулираща през тръбите 60, потопени във флуидизирания слой. Очевидно топлинният пренос от слоя към топлопренасящата среда може да бъде използван както за контрол на работната температура на флуидизирания слой, така и /или за създаване на желания резултиращ ефект за загряване на топлопренасящата среда, т.е. за затопляне на вода или въздух, за получаване на пара или подобно.

Продуктите от горенето, които са възникнали над флуидизирания слой в свободната зона, където следващият топлинен процес или реакция може да бъде извършена, преминават от свободната зона през входния сепаратор 82 за твърди частици и през изхода 80 за газове преминават в циклона 90. Тъй като горивото е било класифицирано предварително, минимално количество частици от фината фракция са отделени в свободната зона, което отново води до намаляване отделянето на сярата.

Също така в работната схема на инсталацията флуидната среда, например въздухът или парата може да бъде прегрята в прегревател 92. Флуидната среда е доставена в прегревател 92 чрез първичен въздухонагнетател и/или връщане на свръхвъздух (въздух в излишък) от импулсното горивно устройство 30. Също както е илюстрирано парата, получена в тръбите 60, да преми-нава и да се събира в паросъбирателя (котела) 99 и от него да се подава към потребителите.

При изгаряне на въглища с високо съдържание на сяра, варовик и некачествени въглища, класифицираните въглища се подават във флуидизирания слой в реактора 10, докато фината фракция се подава, както бе отбелязано по-горе, в импулсното горивно устройство 30, като горивен източник. Сярата във фината фракция се отстранява основно в импулсното горивно устройство и се свързва с варовика във флуидизирания слой. Също така сярата в едрата, необработена фракция на въглищата се улавя чрез варовика в слоя по по-ефикасен начин отколкото в системите от известното състояние на техниката. За да се осъществи докрай това, температурите във флуидизирания слой предпочитано се поддържат в интервала от 760 до 952 С. Също така, 5 в този температурен интервал се образуват най-малко азотни окиси като странични продукти.

Общо 28 опита бяха проведени с апаратурата, както е показана на фиг. 2, вклю чително вибрационни и режимни тестове. Апаратурата бе тествана със и без импулсно горивно устройство, като тестовите параметри са дадени на таблица 1. Системата бе свързана on-line за повече от 200 часа и бяха изгорени близо 9 тона въглища.

Измерванията на количествата NjO в емисиите са направени в сътрудничество с Drs L.J.Muzio и G.Shiomoto от Fossil Energy Research Corporation, Jaquana Hills California.

Таблица 1: Тестовите параметри

Въглища - тип:

Разпределение фракциите на въглищата:

Варовик:

Разпределение фракциите на варовика:

Повърхностна газова скорост

Температура на слоя

Ca/s отношение:

Повърхност на слоя:

Височина на пещта

Гориво за импулсното горивно устройство

Pittsburgh No.8

W.Kentucky Nos.9 and 11

9.5mm (3/8) към 0 c 15-40% фина фракция за wt

Shasta

3.2mm (1/8”) към 0

1.52-2.13 m/s (5-7 ft/s)

815-871°C (1500-1600°F)

2.5-2.7

0.61m x0.61m (2' x2')

3.05m (10') въглища, газ

Общото сравнение на данните на изпълнението и емисионните данни от оборудване с размери 0.6lm х0.61т (2’х2') съответно съгласно настоящото изобретение и това съгласно горивни устройства с конвенционален псевдокипящ слой (по-висока свободна зона и циклично опериране) и горивна камера с циркулационен флуидизиран слой са дадени на таблица 2. Сравнението е за типични високо летливи битуминозни въглища и сорбент с широка неактивност. Стойностите, индикирани за известните от състоянието на техниката горивни устройства с флуидизиран слой са базирани базирани на публикувана информация. Видно е, че системата съгласно настоящото изобретение показва по-добро изпълнение по отношение на известното ниво на техниката. Повисоката ефективност на изгаряне се транслира в намалена консумация на въглища и пониски системни, режимни разходи, в подобря20 ване на сярното улавяне, обосноваващо помалка необходимост от сорбент и по-малко отпа-дъчни продукти и съответно по-ниски работни разходи; по-ниски N0* и CO емисии и 5 по-висока производителност на пара, предвиждаща се в по-ниска топлообменна повърхност и намалени капитални разходи. Също така, изглежда че N₂O емисиите от технологията с пулсиращ флуидизиран слой не са нищожни, 10 но са сравними с публикуваните данни за N₂O емисиите, индикиращи това, че начинът на опериране няма твърде голямо влияние върху N₂O емисиите. В резюме, настоящото изпълнение на системата генерално (i) превъзхож15 да изпълнението по конвенционалната система (И) и е сравнимо с горивните устройства с циркулиращ флуидизиран слой в горивните и N₂O емисии и (iii) е по-добро от тези с циркулиращ флуидизиран слой в улавянето на сяра и CO и ΝΟ_κ емисиите.

Таблица 2: Характеристики на изпълнението на горивни устройства с флуидизиран слой

	Атмосферно кипящ слой	Пулсиращ атмосферен кипящ слой	Кипящ слой *	Циркулиращ слой *
Ефективност на горене %	89-93	92-97	90-97	93-99
SO₂улавяне %	70-85	90-98	70-85	75-95
NO_x емисии (ppmv)’	155-620	110-265	400-500	100-300
N₂O емисии (ppmv)*	70-100	70-100	10-220	10-220
CO емисии (ppmv)*	400-1600	180-800	400-1200	500-1500
Пара	227-317	363-372
kg/s(lb/hr)	(500-700)	(800-820)

Тестови параметри

Температура на слоя

815-871°С (1500-1600°F)

Ca/s съотношение

2.5-2.7

Въглища

Битумни (високо летливи) * базирани на литературни данни • At 3% О₂

Тези фактори индикират, че настоящото изобретение би било оптимално привлекателно по всяка скала. Непрактично и скъпо е по скалата надолу горивното устройство с циркулиращ флуидизиран слой с 0.126 до 6.3kg/s (1.000 до 50.000 Lb/hr) производителност на пара както бе показано по-горе.

Инсталациите така както са описани, бяха директно приложени като системи за изгаряне на въглища с високо съдържание на сяра. Такива инсталации, частично описани както на фигура 1, могат също така да бъдат използвани за подобряване изгарянето на други продукти, като например, биомаса, отпадъчни продукти, примерни медицински отпадъци, индустриални отпадъци, органични и други подобни и за ендотермични реакции, изсушаване, изпичане (калциране) окисляване и др.

Една подобна инсталация съгласно настоящото изобретение е използвана за производство на пара и е показана на фигура 3. Парогенериращите апаратури работят със средства, подобни на изпълнението, описано погоре. Импулсното горивно устройство означено генерално като 130, е интегрирано с огнеупорно облицован реактор 110. Реакторът 110 включва долна секция 112, средна секция 114 и горна секция 116, като средната секция 114 и горната секция 116 оформят описаното преди свободното пространство.

Флуидизиращите средства 113, през които флуидът може да се подава с адекватна на необходимата скорост за флуидизиране на твърдите частици гориво в слоя и за да се контролира температурата на слоя са разположени в долната секция 112. Съгласно едно изпълнение на инсталацията за генериране на пара, флуидизиращите средства 113 изпол15 зват водноохладителна разпределителна плоча. Множеството от тръби и серпантини 160, през които преминава водата или другата топлопренасяща среда е разположено също в долната секция 112, където се оформя плътен флуидизиран слой от горивните материали. Тези серпантини оформят средствата за предаване или извеждане на топлината от флуидизирания слой. Както ще бъде обяснено по-нататък, тръбите 60 могат да оформят “D” тип воднопарна циркулационна конфигурация.

Така както бе преди това описано, средната секция 114 на реактора 110 се издава навън, разширявайки се, и свързва долната секция 112 с горната секция 116. Плътният флуидизи-ран слой в долната секция 112 на реактора оперира в кипящ слой, в турбулентен режим.

Импулсните горивни средства 130 могат да включват предишно описаните затворни средства, включващи един или повече отвори, през които газогоривната смес може да бъде подадена в горивната камера 133, въздухонагнетател 138 и усилвател на аксиалното противоналягане (дифузор) 139. Крайната тръба или резонаторната тръба 136 може да бъде единична тръба, така както е показано или множество от тръби и предпочитано да е снабдена с дифузорна секция 140 в нейния край. Дифузорната секция 140 предизвиква рециклиране на частиците от фината горивна фракция и увеличава частичното резонансно време във флуидизирания слой за усилване на горенето и увеличава изгарянето на сярата.

Тъй като във всяко от изпълненията, описани тук част от горивната камера може да бъде интегрирана с реактора 110 и част от импулсните горивни средства 130 (също като дифузорната секция 140 на фигура 3) може да бъде продължена във флуидизирания слой. В други изпълнения цялостното импулсно горивно устройство, включващо горивната камера, резонаторната тръба и дифузорната секция може да бъде разположена извън частта от реактора 110, където се извършва реагирането. В такава система, импулсното горивно устройство остава способно да доставя ендотермична топлина за реагиране на реагентите в реактора.

Резонаторната тръба 136 за предпочитане е снабдена с воден кожух около наймалко част от нейната дължина, така че парата генерирана в кожуха да пренася топлината и нуждата от топлообменни тръби 160 във слой да се минимизира или в действителност въобще да се елиминира.

Реакторът 110 включва и захранваща система за едро, необработено гориво и сорбент, разположена над слоя, общо означена като 170, включваща класификатор на горивото 171 за отделяне на фината фракция гориво и подаването й към импулсните горивни средства 130 чрез линията за гориво 190, от едрата фракция гориво захранваща подаващото устройство 191 за едро гориво, което по-късно се смесва със сорбент и подаването им във флуидизирания слой в реактора 110. Сорбентът е материал, например такъв като необработен варовик, че да абсорбира съдържащата се сяра в продуктите от горенето.

Реакторът 110 може да включва и изход 180 за продуктите от горенето или горивния газ, имащ газов сепаратор за увлечените твърди частици / въздушен прегревател / 182, Едно или повече преградни устройства за намаляване скоростта на газа в газовия изход 180 могат да бъдат разположени по неговата дължина. Циклон 183 може да бъде включен в работа като част от тези сепараторни средства за едно следващо улавяне на твърдите частици и регулиране на температурите на газа и на твърдата фракция.

Многосистемното подаване на въздуха може да бъде осъществено както е показано чрез линиите 195 и 196 от сепаратора на твърди частици / въздушния прегревател / 182 обратно към реактора 110, за да може да се оползотворят тези емисии за следващо редуциране.

Отпадъчните парчета материали, пепел и други подобни се извеждат от реакто ра 110 през отвора 117, разположен в ниския край на секцията 112. Още повече, една запалваща система (непоказана на фигурата) също може да бъде предвидена към реактора 110 за първоначално запалване на системата и за сигурност на работата.

Двойносъбирателната парогенерираща система 101 включва паросъбирател и събирател на утайки, за да се избегне сложното водно пречистване. Тръбите 160, както е показано на фигура 4 и е разкрито по-надолу са свързани към двойносъбирателната система 101 за генериране на пара в съответствие с това изпълнение. Флуидизираната система за генериране на пара, както е описана тук по-нагоре оперира най-общо по същия начин, както инсталациите, описани преди.

На фигура 4 парогенериращата апаратура, както е описана в съответствие с фигура 3 е илюстрирана във връзка с изложеното работно оборудване като са използвани същите позиции, обозначаващи подобните елементи.

След класификация на горивния материал с възможност за флуидизиране в едра и фина фракция чрез класификатора 171, едрата фракция се транспортира по линията за горивото към захранващото устройство 191, а фината фракция се транспортира по линията за гориво 195 към импулсното горивно устройство 130. Сорбент се добавя към едрата фракция гориво чрез захранващата система за сорбент 192 и тогава получената горивна смес се подава в реактора 110 чрез захранващите средства 170, такива като винтов конвейер, показан на фигура 4. Горивно-сорбентната смес попада в плътния слой, разположен в реактора 110, който се поддържа в кипящофлуидизирано състояние чрез подаване тук на флуид през устройствата 113 за разпределяне на флуида. Разпределящите флуида устройства 113 са разположени под наклон, както е показано на фигура 4, което подпомага предотвратяването на мъртви зони за твърдите продукти. Наклоненото положение в комбинация с дренажна система 117 на флуидния слой също улеснява извличането на парчетата и агломератите.

Когато импулсното горивно устройство 130 е в работен режим аеродинамичният затвор 132 засмуква въздушно-горивна смес. Продуктите от горенето, получени в им14 пулсното горивно устройство 130, постъпват на осцилиращи, акустични вълни през резонаторната или крайната тръба 136, през дифузорната секция 140 във флуидизирания слой. Акустичните вълни напускат дифузорната секция 140 и се удрят във флуидизирания слой, което улеснява и повишава смесването и топлинния пренос. Твърдото гориво във флуидизирано състояние се изгаря докато температурите в слоя се контролират чрез топлинния пренос, осъществен от топлопренасящата среда през тръбите 160, потопени във флуидизирания слой.

Топлопренасящата среда циркулира в серпантините 160, потопени във флуидизирания слой и свързани към двойно-събирателната парогенерираща система 101 чрез повече тръби, разположени в “D” контур. Двойно-събирателната система 101 включва парен котел (паросъбирател) 111, събирател на утайка 112 и един или повече снопа изпарителни тръби 113. Топлопренасящата среда, след като е нагрята достатъчно в реактора 110 се подава към двойно-събирателната паронагряваща система 101, при което топлопренасящата среда се събира в парния котел 111, котела за утайка 112 и изпарителните тръби 113. Водата тогава се нагнетява в парния котел 111 и преминава в пара и може да бъде използвана по подходящо предназначение.

Продуктите от горенето възникват и се събират над флуидизирания слой и в свободната зона, където се извършва по-нататъшен топлинен пренос или реакция. От свободната зона над долната секция на реактора 110, нагретите газове преминават към и през сепаратор за улавяне на твърдите частици /въздушен прегревател/ 182 и напускат реактора през изхода за газ (димоход) 180 и могат да бъдат насочени към двойно-събирателната парогенерираща система 101. Топлината на излизащите газове през изхода за газ 180 доставя допълнителна топлина на водата, съдържаща се в парния котел 111 и спомага за нейното превръщане в пара.

Както в едно предишно описано изпълнение флуидизираната среда може да бъде прегрята в сепаратора на твърди частици /въздушния прегревател/ 182. Още повече, че спомагателното гориво като природния газ, може да бъде използвано и за системата за стартиране, (непоказано на фигурите), така както е описано с отчитане на предишните изпълнения. При това, в описаната парогенерираща система, могат да се елиминират разположените във флуидизирания слой тръби 160 и топлообменникът може комплексно да използва топлината, реализирана в димохода (изход на газове) 180, водния кожух на резонаторната тръба 136 и/или дифузорната секция 140.

Устройството съгласно настоящото изобретение може също така да се използва и за изсушаване на материали или за загряване на въздух. Например системата може да бъде използвана като топлинен източник в мястото на средството за подаване на въглищно гориво в пещта с оглед периодично изсушаване на въглищата. Когато се използва по такъв начин, възможни са различни варианти на системата, например като такива - флуидизиран слой с воден кожух, въздушно-охлаждащи тръби, потопени във флуидизирания слой и адиабатичен флуидизиран слой. Тези три варианта се различават главно по отношение на метода на охлаждане на флуидизирания слой.

Едно изпълнение на изсушаваща материал или въздухонагряваща инсталация в съответствие с настоящото изобретение е показано на фигура 5, където позициите на еднаквите елементи са същите с тези, представени на фигура 3. Това изпълнение показва устройството съгласно изобретението, използващо високо ниво на излишък на въздух, за да се оперира във флуидизирания слой близо до адиабатичен режим. Това изпълнение работи с елементите на парогенериращата апаратура, описана по-горе и показана на фигура 3 с изключение на двойно-събирателната парогенерираща система, обозначена на фигури 3 и 4 като позиция 101. Още повече, че изсушаващо/газонагряващата система може да бъде ефективна също без тръбите 160, разположени в слоя, показано на фигура 3.

Огнеопорно облицования реактор 110 минимизира загубите на топлина и разширява свободната зона, като намалява газовата скорост, увеличава газорезонансното време и намалява отделянето на фината горивна фракция. Резонаторната или крайната тръба 136 е обвита с воден кожух 141, елиминиращ необходимостта от скъпи допълнителни съоръжения в това изпълнение. Още повече това изпълнение предпочитано работи с водно-ох лаждаем разпределител 113, за да се минимизира термичното напрежение и да се облекчи извеждането на агломерати от дренажната система 117, както и за да се поддържа височината на слоя.

Работната инсталация на описаното по-горе устройство за въздушно нагряване и изсушаване на материал е показан на фигура 6. Инсталацията е по същество идентична с работната инсталация, описана за парогенериращата апаратура на фигура 4 с изключение, че двойно-събирателната парогенерираща сис-тема 101, както е показано на фигура 4 е изключена. Още по-вече и разположените в слоя тръби 16, показани на фигура 4 също са елиминирани.

Настоящото изобретение също може да се използва като устройство за изгаряне на отпадъци, както е показано на фигура 7. Това изпълнение включва средствата 220 за захранване на отпадъците, като може да включва средствата 214 за подаване на отпадъчните материали към нивото на флуидизирания слой и/или средствата 215 за подаване на отпадъчните материали директно във флуидизирания слой, в зависимост от характеристиките на отпадъците, които се изгарят.

Предпочитано е комплексното интегриране с реакционния съд 210, като резонаторната тръба 236 на импулсното горивно устройство 230 може да бъде разположена над съда 210. Дифузорната секция 240 може да бъде разположена над зоната на “изпръскване” от флуидния слой, както е показано на фигура 7. Тръбите 260 могат да комплектоват един циркулационен кръг между усилвателя на осево противоналягане (дифузора) 239 и частта от резонаторната тръба, разположена над реактора 210, за да се поддържа усилването на налягането в усилвателя 329. Това позволява усилване на смесването в свободната зона на реакционното пространство на реактора 210.

Тъй както и преди описаните изпълнения устройството от това изпълнение включва разпределителни средства 213 за поддържане на флуидизирания слой в турбулентен режим, дренажна система 217 за извеждане на пепелта и агломерата, сепаратор на твърдите частици /въздушен прегревател/ 282, средства за сепариране на твърдите увлечени частици от продуктите от горенето и връщащи тези продукти в реактора 210, включително и изход на газовете (димоход) 280 и водно-охлаждаем циклон 283 за улавяне твърдите частици и регулиране температурата на газовете и на твърдите частици, такива като метални изпари-тели.

Схема на инсталацията за изгаряне на отпадъци, включваща устройството, показано на фигура 7, е дадена на фигура 8. Поради възможни ерозийни и корозийни проблеми, предизвикани от отпадъчните материали, резонаторната тръба и дифузорната секция на резонаторната тръба са разположени над флуидизирания слой. Още повече, че по причина на същите ерозийни и корозийни проблеми, потопените в слоя тръбни снопове не са използвани в тази апаратура. Както при устройствата и инсталациите, показани на фигури 4 и 6, разпределящите средства 113 са предвидени и разположени с наклонена конфигурация, за да се предотврати образуването на мъртви зони за твърдия материал и да се улесни извеждането на агломерати и парчета през дренажния отвор.

Настоящото изобретение също може да бъде използвано за ендотермични реакции, в такива процеси като газификация, окисляване, пиролиза, частично окисляване (оксидиране). Устройството, проектирано за тези процеси, е показано на фигура 9. Устройството, използвано при това изпълнение по същество е идентично с устройството, използвано за нагряване на газ или изсушаване на материал, показана на фигура 5, като са използвани идентични означения на идентичните елементи. Тук обаче усилвателят на осевото противоналягане, показано като 139 на фигура 5 или водният кожух 141, обвиващ резонаторната тръба 136 от фигура 5, могат да се елиминират. В допълнение, както устройството на фигура 7 за изгаряне на отпадъци, устройството за провеждане на ендотермични процеси може да включва средствата за захранване 314 на флуидизирания слой с материали или над повърхността на слоя или средства 315 за захранване на материали директно в слоя.

При такива процеси слоят е съставен от твърдо гориво и импулсното горивно устройство провежда директно ендотермична топлина в процеса, за да се получат такива продукти, като синтетични горивни газове, калцирани/окисни продукти и др. Както при всяко от изпълненията, описани тук, граничният край на импулсното горивно устройство или свободният край на резонаторната тръба или дифузорната секция могат да бъдат продължени в слоя от материал или могат да бъдат позиционирани настрани от слоя.

Въпреки, че предпочитаните изпълнения на изобретението са описани, използвайки специфични понятия, устройства, концепции, методи, това описание е само, за да се илюстрират целите на изобретението. Още повече специалистите с познания в областта ще разберат, че компонентите на всяко отделно изпълнение са описани тук вътрешно взаимнозаменяемо в зависимост от специфичността на описваните частни приложения и функции. Думите, използвани са думи на описание повече отколкото на лимитиране (определяне) . Разбираемо е, че вариантите на промените и на изпълненията могат да бъдат различни, без да се отклоняват извън духа и обхвата на претендираното изобретение.

Claims

Патентни претенции

1. Устройство с пулсиращ флуидизиран слой включващ:

а) реактор /10/;

б) средства /70/ за захранване с твърди материали с възможност за флуидизиране в реактора /10/, по-точно в средата по неговата височина;

в) средства /13/ за подаване на флуидизираща среда за посочения твърд материал в посочения реактор /10/ под входа за твърдия материал в реактора за установяване/поддържане на флуидизиран слой от твърдия материал;

г) импулсно горивно устройство /30/ продължено в посочения реактор /10/, като импулсното горивно устройство /30/ включва горивна камера /34/, затварящи средства /32/, свързани с посочената горивна камера /34/ за пропускане на газовъздушна смес, резонаторна камера /36/ във връзка с посочената горивна камера /34/ и продължаваща външно от нея, отворен свободен край на посочената резонаторна камера /36/, разположена с отчитане на споменатия флуидизиран слой, за да позволи на газообразните продукти от посочената резонаторна камера /36/ да си взаимодействат;

д) топлопренасящи (топлообменни) средства /60/, разположени в посочения реактор /10/ с отчитане на споменатия флуидизиран слой, за да извеждат топлината от него; и

е) средства /80/ за извеждане на димните газове във връзка с посочения реактор /10/ за извеждане на продуктите от горенето извън него.
2. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че включва средства /40/, разположени към свободния край на резонаторната камера /36/ за разширяване на газообразния изход от нея.
3. Устройство съгласно претенция 2, характеризиращо се с това, че разширяващите (дифузорни) средства /40/ са предвидени в посочения реактор /10/, където ще се поддържа посочения флуидизиран слой.
4. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че включва класификатор на твърд материал /71/, като по-сочения класификатор /71 / е сепариращ споменатият твърд материал в едра фракция и фина фракция, при което посочената едра фракция се подава в посочения реактор /10/ чрез захран-ващи средства /70/, а посочената фина фракция се подава чрез средства /72/ за подаване в споменатото импулсно горив-но устройство /30/.
5. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че посочената резонаторна камера /36/ от споменатото импулсно горивно устройство /30/ е най-малко една удължена тръба /36/.
6. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че споменатата наймалко една удължена тръба /36/ има воден кожух /41/ върху най-малко част от дължината на същата тръба /36/.
7. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че посоченият реактор /10/ включва долна секция /12/, където споменатият флуидизиран слой ще бъде поддържан и една горна разширена секция /16/.
8. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че споменатите средства /80/ за извеждане на димните газове (димоходи) включват вътрешен сепаратор /82/ за увлечените твърди частици.
9. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че топлопренасящи те (топлообменните) средства са тръбни снопове или серпантини /60/, разположен в посочения реактор /10/, където се създава споменатият флуидизиран слой, като тръбните снопове или серпантините /60/ са предназначени да транспортират топлопренасягца среда през тях.
10. Метод за изгаряне на твърдо гориво, включващ операциите:

а) установяване и поддържане на флуидизиран слой от твърди частици гориво в реактора /10/ и в областта /12/ на разполагане на топлопренасящите средства /60/;

б) импулсно изгаряне на газогоривна смес по начин да се създаде пулсиращ поток от продуктите от горенето и акустични вълни;

в) насочване на споменатия пулсиращ поток от продуктите от горенето за директно действие върху посочения флуидизиран слой твърдо гориво за изгаряне на споменатото твърдо гориво;

г) циркулиране на топлопренасяща среда (топлообменна среда) през споменатите средства за топлопренасяне /60/ (топлообмен) за получаване на топлина за определено третиране на споменатата среда;

д) извеждане на продуктите от горенето от посочения реактор /10/ след сепариране от увлечени твърди частици в него.
11. Метод съгласно претенция 10, характеризиращ се с това, че споменатото флуидизирано гориво е въглища и това гориво за посоченото импулсно горивно устройство /30/ е най-малко във вид на фина въглищна фракция.
12. Метод съгласно претенция 11, характеризиращ се с това, че споменатите въглища имат високо сярно съдържание и използваният сорбент за сярата е добавен и смесен със споменатото твърдо гориво - въглища.
13. Метод съгласно претенция 12, характеризиращ се с това, че споменатият сорбент е варовик и е използван в съотношение от около два до три пъти спрямо количеството сяра във въглищата.
14. Метод съгласно претенция 10, характеризиращ се с това, че споменатата акустична вълна е в границите от 100 до 180dB.
15. Метод съгласно претенция 10, характеризиращ се с това, че пулсиращият поток горивни продукти освобождава топлина в границите от около 1х10⁶ до около 10x10^s Btu/hr/ft³, а температурата на газообразните продукти е 0 0 в диапазона от около 762 С до 1904 С и скоростта на газа е в диапазона от около 46.5 до около 496 m/sek.
16. Метод съгласно претенция 10, характеризиращ се с това, че газът^ флуидизиращ посочения слой от твърдо гориво има скорост в диапазона от около 1.24 до около 4.03 m/sek.
17. Устройство с пулсиращ флуидизиран слой съдържащо:

а) реактор /110/;

б) средства /170/ за захранване на материал за флуидизиране в споменатия реактор /10/;

в) средства /113/ за флуидизиране на споменатия флуидизиран материал за създаване на флуидизиран слой от материал в споменатия реактор /110/;

г) импулсно горивно устройство /130/ във връзка с посочения реактор /110/, като споменатото импулсно горивно устройство е съвместяващо горивна камера /133/ и най-малко един отвор /132/, присъединен към нея, за пропускане най-малко една въздушно-горивна смес в споменатата горивна камера /133/, като споменатото импулсно горивно устройство /130/ последващо включва резонаторна камера /136/, която е разположена така, че газообразните продукти от споменатата резонаторна камера /136/ да въздействат върху споменатия флуидизиран слой;

д) средства /160/ за топлопренасяне от споменатия реактор /110/;

е) средства /180/ за извеждане на продуктите от горенето далеч от споменатия реактор /110/.
18. Устройство съгласно претенция 17, характеризиращо се с това, че топлопренасящите средства /160/ включват тръби, монтирани в споменатия флуидизиран слой за извеждане на топлината от него.
19. Устройство съгласно претенция 17, характеризиращо се с това, че включва средства /140/ за разширение на газообраз-ните продукти на изхода от споменатата резонаторна камера /136/.
20. Устройство съгласно претенция 19, характеризиращо се с това, че средствата за разширение (дифузорните средства) /140/ са разположени в споменатия реактор /110/ и над посочения флуидизиран слой.
21. Устройство съгласно претенция 17, характеризиращо се с това, че споменатата резонаторна камера /136/ е продължена в посочения реактор /110/, така че резонаторната камера /136/ е в директен контакт със споменатия флуидизиран слой от материал.
22. Устройство съгласно претенция 17, характеризиращо се с това, че средствата за разширение (дифузорните средства) /140/ са продължени в посочения реактор /110/, така че да са в директен контакт с материала от флуидизирания слой.
23. Устройство съгласно претенция 17, характеризиращо се с това, че най-малко част от споменатата резонаторна камера /136/ е обвита с воден кожух /141/.
24. Устройство съгласно претенция 17, характеризиращо се с това, че споменатото импулсно горивно устройство /130/ включва и средства, например дифузор /139/ за усилване осовото противоналягане на газообразните продукти, получени в споменатото импулсно горивно устройство /130/.
25. Устройство съгласно претенция 17, характеризиращо се с това, че включва и средства /171/ за сепариране на твърдото гориво на фина фракция и едра, необработена фракция, средства /190/ за подаване на фината фракция в споменатото импулсно горивно устройство /130/ и средства /170/ за подаване на едрата, необработена фракция в споменатия флуидизиран слой.
26. Устройство с пулсиращ флуидизиран слой включващо:

а) реактор /110/, който реактор /110/ има горна /116/ и долна /112/ секции;

б) средства /170/ за захранване на материал с възможност за горене и флуидизиране в споменатия реактор /110/;

в) средства /113/ за флуидизиране на споменатия с възможност за горене и флуидизиране материал, като споменатите флуидизиращи средства /113/ включват разпределително устройство, разположено в споменатия реактор така, че материалът с възможност за горене и флуидизиране да може да бъде установен във флуидизирано състояние чрез споменатите флуидизиращи средства /113/;

г) импулсни горивни средства /130/, продължени в споменатия реактор /110/, като споменатите импулсни горивни средства /130/ включват горивна камера /133/ и наймалко един отвор /132/, свързан със споменатата горивна камера за пропускане на една или повече въздушно-горивни смеси, при което импулсните горивни средства /130/ понататък включват резонаторна камера /136/ във връзка с горивната камера /133/, като резонаторната камера /136/ включва дифузорни средства /140/ за редуциране скоростта на газообразните продукти, излизащи от споменатата резонаторна камера /136/, като споменатите дифузорни средства /140/ са разположени в края на резонаторната камера /136/, продължаваща към края на долната секция /112/ на реактора /110/ и са така монтирани, че газо-образните продукти, излизащи от дифузорните средства /140/ да могат да въздействат върху материалите с възможност за горене и флуидизиране; и

д) изпускателни (топлоотвеждащи) средства /180/ във връзка с посочения реактор /110/ за създаване възможност на продуктите от горене да напуснат реактора /110/, като споменатите изпускателни средства /180/ включват средства /182/ за сепарация на твърдите частици от газообразния поток и средства /195/ и /196/ за връщане на споменатите твърди частици за следващо реагиране в реактора /110/ и следващи включени средства /117/ за извеждане на пепелта и утайката от споменатия реактор /110/.
27. Устройство съгласно претенция 26, характеризиращо се с това, че изпускателните (топлоотвеждащи) средства /180/ са в следваща връзка със средствата /101/ за генериране на пара.
28. Устройство съгласно претенция 26, характеризиращо се с това, че включва и:

средства /171/ за сепариране на твърдото гориво във фина фракция и едра фракция като устройството /171/ включва и средства /195/ за транспортиране на фината фракция в импулсното горивно устройство /130/ и средства /170/ за транспортиране на едрата, необработена фракция към флуидизирания слой в реактора /110/.
29. Устройство съгласно претенция 27, характеризиращо се с това, че средствата /101/ за генериране на пара включват средства /113/ за подаване на вода в паросъбирател /111/, при което посоченият паросъбирател /111/ е свързан със събирател /112/ на утайка.
30. Устройство съгласно претенция 26, характеризиращо се с това, че включва и средства /160/ за топлопренасяне от реактора/110/, при което топлопренасящите средства /160/ включват тръбни снопове или серпантини, разположени в споменатия флуидизиран слой в реактора /110/.
31. Устройство съгласно претенция 26, характеризиращо се с това, че средствата /180/ за топлоотвеждане подават топлина към система за нагряване на въздух.
32. Устройство съгласно претенция 26, характеризиращо се с това, че средствата /180/ за топлоотвеждане подават топлина към система за изсушаване на материали.
33. Устройство съгласно претенция 30, характеризиращо се с това, че споменатите средства /160/ за топлопренасяне са във връзка със средства /101/ за генериране на пара.
34. Устройство съгласно претенция 26, характеризиращо се с това, че включва и воден кожух /141/, монтиран около най-малко част от споменатите средства за импулсно горене /130/.
35. Устройство с пулсиращ флуидизиран слой, включващо:

а) реактор /210/;

б) средства /220/ за захранване на отпадъчни материали в реактора /210/;

в) средства /213/ за флуидизиране на споменатите отпадъчни материали, които средства /213/ за флуидизиране включват разпределителни устройства, разположени в реактора /210/, така че споменатите отпадъчни материали да могат да са поддържани във флуидизирано състояние чрез споменатите флуидизиращи средства /213/;

г) импулсни горивни средства /230/, продължени в реактора /210/, като импулсните горивни средства /230/ включват горивна камера /233/ и най-малко един отвор, свързан със споменатата горивна камера /233/ за подаване една или повече въздушно-горивни смеси чрез него, при което импулсните горивни средства /230/ включват и резонаторна камера /236/ във връзка с горивната камера /233/, продължаваща до разположението на споменатите отпадъчни материали в реактора /210/, като посочената резонаторна камера /236/ включва дифузорни средства /240/, разположени в края на резонаторната камера /236/, продължаващи до средствата /220/ за захранва не на отпадъчните материали в реактора /210/, така че скоростта на газообразните продукти, излизащи от резонаторната камера /236/ да се редуцира, а резонаторната камера /236/ е разположена така, че газообразните продукти могат да въздействат върху споменатите отпадъчни материали; и

д) средства /280/ за извеждане на димни газове във връзка с реактора /210/ така, че продуктите от горенето да могат да се изведат от реактора /210/, като средствата /280/ за извеждане на димните газове включват и средства /282/ и /283/ за сепариране на твърди частици в реактора /210/ за следваща реакция.
36. Метод за изгаряне на твърдо гориво, включващ операции:

а) установяване и поддържане на флуидизиран слой от твърдо гориво;

б) импулсно изгаряне на горивовъздушна смес така, че да се създаде пулсиращ поток от продуктите от изгарянето;

в) насочване на споменатия пулсиращ поток от продуктите от изгарянето за директно въздействие върху флуидизирания слой от твърдо гориво за изгаряне; и

г) извеждане продуктите от горенето от реактора.
37. Метод съгласно претенция 36, характеризиращ се с това, че продуктите от изгарянето се извеждат от реактора /110/ и се подават към парогенерираща система /101/ за получаване на пара.
38. Метод съгласно претенция 36, характеризиращ се с това, че включва и циркулация на топлопренасяща среда през топлопренасящи (топлообменни) средства /160/, монтирани във флуидизирания слой така, че топлината се извежда от флуидизирания слой.
39. Метод съгласно претенция 36, характеризиращ се с това, че топлоотвеждащите средства /180/и /160/ са във връзка с парогенерираща система /101/ и се генерира пара чрез тях.
40. Метод съгласно претенция 36, характеризиращ се с това, че топлината, получена при споменатото изгаряне се подава към система за изсушаване на материали.
41. Метод съгласно претенция 36, характеризиращ се с това, че топлината, получена при изгарянето се подава към система за нагряване на въздух.
42. Метод съгласно претенция 36, характеризиращ се с това, че споменатото твърдо гориво са отпадъчни материали и посоче ният метод е за изгаряне на отпадъчни мате риали.