CS238986B1

CS238986B1 - A method for controlling heat dissipation from a fluidized bed furnace and apparatus for performing the method

Info

Publication number: CS238986B1
Application number: CS834140A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Beranek; Vaclav Cervinka; Jiri Kichler; Milan Konecny
Original assignee: Jaroslav Beranek; Vaclav Cervinka; Jiri Kichler; Milan Konecny
Priority date: 1983-06-08
Filing date: 1983-06-08
Publication date: 1985-12-16
Also published as: CS414083A1

Abstract

Způsob regulace odvodu tepla z fluidaího ohniště, při němž se objemový průtok spalovacího vzduchu dělí do dvou proudů, které se zavádějí odděleně do dvou skupin dílčích fluidních vrstev, obsažených v ohništi a množství tepla odváděného z ohniště se řídí rychlostí cirkulace částic mezi sousedními dílčími fluidními vrstvami, která je ovládána změnami poměru objemových průtoků dílčích proudů spalovacího vzduchu do obou skupin sekcí. Popsáno je dále zařízení k provádění výšp uvedeného způsobu, který lze využívat i pro jiné chemické nebo fyzikální procesy, například pro odvod reakčního tepla při oxidaci nebo hydrogenací uhlovodíků, pro přívod tepla při štěpení uhlovodíků, při sušení sypkých nebo pastovitých hmot apod.A method of regulating heat removal from a fluidized bed furnace, in which the volume flow of combustion air is divided into two streams, which are introduced separately into two groups of partial fluid layers contained in the furnace, and the amount of heat removed from the furnace is controlled by the speed of particle circulation between adjacent partial fluid layers, which is controlled by changes in the ratio of the volume flow rates of the partial streams of combustion air to both groups of sections. A device for carrying out the above method is further described, which can also be used for other chemical or physical processes, for example for removing reaction heat during oxidation or hydrogenation of hydrocarbons, for supplying heat during the splitting of hydrocarbons, for drying bulk or pasty materials, etc.

Description

(54)(54)

Způsob regulace odvodu tepla z fluidnílio ohniště a zařízeni k provádění tohoto způsobuMethod for controlling heat removal from a fluidized bed and apparatus for carrying out the method

Způsob regulace odvodu tepla z fluidaího ohniště, při němž se objemový průtok spalovacího vzduchu dělí do dvou proudů, které se zavádějí odděleně do dvou skupin dílčích fluidních vrstev, obsažených v ohništi a množství tepla odváděného z ohniště se řídí rychlostí cirkulace částic mezi sousedními dílčími fluidními vrstvami, která je ovládána změnami poměru objemových průtoků dílčích proudů spalovacího vzduchu do obou skupin sekcí.A method for controlling the heat removal from a fluidized bed, wherein the volumetric flow of combustion air is divided into two streams which are introduced separately into two groups of fluidized bed layers contained in the furnace and the amount of heat removed from the furnace is controlled by the particle circulation rate between adjacent fluidized bed layers , which is controlled by varying the ratio of the volumetric flows of the combustion air partial streams to both sections of the sections.

Popsáno je dále zařízení k provádění výšp uvedeného způsobu, který lze využívat i pro jiné chemické nebo fyzikální procesy, například pro odvod reakčního tepla při oxidaci nebo hydrogenací uhlovodíků, pro přívod tepla při štěpení uhlovodíků, při sušení sypkých nebo pastovitých hmot apod.Further described is an apparatus for carrying out the above process, which can also be used for other chemical or physical processes, for example for removing the heat of reaction during oxidation or hydrogenation of hydrocarbons, for supplying heat for hydrocarbon cleavage, for drying bulk or pasty masses and the like.

238 986 (51) Int Cl?238,986 (51) Int Cl?

F 28 D 15/00F 28 D 15/00

.10.10

- 1 238 986- 1 238 986

Vynález se týká způsobu regulace odvodu tepla z fluidního ohniště a zařízení k provádění tohoto způsobu v případech, kdy je požadován široký regulační rozsah nebo v případech, kdy je nutné teplotu fluidní vrstvy udržovat na konstantní hodnotě nezávisle na množství tepla, které se odvádí z fluidního ohniště.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for controlling the removal of heat from a fluidized bed and to an apparatus for carrying out the process in cases where a wide control range is required or when the fluid bed temperature needs to be kept constant. .

Odvod tepla z fluidního ohniště při spalování paliv a průmyslových odpadů se zpravidla provádí vodou, proudící v trubkách nebo hadech. Protože výměník tepla, ponořený do fluidní vrstvy má konstantní povrch, určuje množství tepla odváděného z fluidního ohniš tě především rozdíl teplot mezi fluidní vrstvou a vodou, protékající hady. Uskutečnitelný rozsah teplot fluidní vrstvy od nejnižší teploty, při níž lze ještě danou látku spalovat^ do nejvyšší teploty fluidní vrstvy, která je zpravidla omezena hodnotou, při níž dochází ke slepování částiq však je menší než požadovaný rozsah výkonu parního generátoru nebo teplovodního kotle. Proto se fluidní ohniště dělí na větší počet sekcí a provozuje se počet sekcí úměrný výkonu.Heat removal from the fluidized bed during combustion of fuels and industrial wastes is usually done by water flowing in pipes or snakes. Since the heat exchanger immersed in the fluidized bed has a constant surface, the amount of heat dissipated from the fluidized bed is primarily determined by the temperature difference between the fluidized bed and the water flowing through the snakes. The feasible temperature range of the fluidized bed from the lowest temperature at which the substance can still be burned to the highest fluidized bed temperature, which is generally limited by the value at which part q is bonded, is less than the desired power range of the steam generator or hot water boiler. Therefore, the fluidized bed is divided into a plurality of sections and a number of sections proportional to the power are operated.

Nevýhodou tohoto způsobu regulace množství tepla odváděného z fluidního ohniště je komplikované řízení, protože je třeba měřit a ovládat přívody paliva a fluidační tekutiny i ohřívané nebo odpařované vody do každé sekce zcela samostatně a měnit počet provozovaných sekci v závislosti na požadovaném výkonu parního generátoru nebo teplovodního kotle. Kromě toho dochází ke značným změnám teploty fluidní vrstvy v každé sekci, což je nevýhodné tehdy, je-li v ohništi záměrem odsiřování spalin aditivy, protože ekonomické odsiřování spalin lze uskutečnit pouze při optimální teplotě odsiřovacího procesu.The disadvantage of this method of controlling the amount of heat dissipated from the fluidized bed is complicated control because it is necessary to measure and control the fuel and fluid fluids as well as heated or evaporated water to each section separately and change the number of sections operated depending on the required output of the steam generator or hot water boiler. . In addition, there is a considerable variation in the temperature of the fluidized bed in each section, which is disadvantageous if the combustion of the flue gas with additives is an intention, since the economical flue gas desulphurisation can only take place at the optimum temperature of the desulfurization process.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny způsobem regulace odvodu tepla z fluidního ohniště podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že rozdělením proudu spalovacího vzduchu na dva nebo více dílčích proudů, které se zavádí odděleně do díl238 988The aforementioned drawbacks are overcome by the method of controlling the heat dissipation of the fluidized bed according to the invention, which consists in dividing the combustion air stream into two or more partial streams, which are introduced separately into the parts238988

- 2 čích fluidních vrstev, přičemž rychlost cirkulace částic mezi dílčími vrstvami se ovládá změnou poměru objemových průtoků dílčích proudů spalovacího vzduchu.The fluid circulation rate of the particles is controlled by varying the volume flow rate of the combustion air partial streams.

Pokud mají dílčí fluidní vrstvy různé teploty, pak intenzita cirkulace částic mezi dílčími vrstvami určuje intenzitu výměny tepla mezi nimi.If the fluidized bed sub-layers have different temperatures, then the intensity of circulation of the particles between the sub-layers determines the intensity of heat exchange between them.

Výhodou způsobu regulace výměny tepla mezi dílčími fluidními vrstvami podle vynálezu je to, že jediným regulačním obvodem, ovládajícím poměr dílčích proudů lze plynule měnit množství tepla, které se vyměňuje mezi dílčími vrstvami cirkulací částic·An advantage of the method for controlling the heat exchange between the fluidized bed layers according to the invention is that the only control circuit controlling the partial flow ratio can continuously vary the amount of heat that is exchanged between the partial layers by circulating the particles.

Podstata zařízení pro odvod tepla z fluidního ohniště podle vynálezu spočívá v tom, že fluidní ohniště se svislými přepážkami rozdělí na dvě skupiny sekcí, obsahující dílčí fluidní vrstvy, přičemž v jedné skupině sekcí jsou zabudovány výměníky tepla. Sekce jsou uspořádány tak, že každá sekce neobsahující výměník tepla sousedí alespoň s jednou sekcí, ve které je zabudován výměník tepla. Výměny tepla mezi oběma skupinami sekcí se dosáhne cirkulací částic mezi dílčími fluidními vrstvami sousední cn sekcí, přičemž intenzita cirkulace částic se řídí poměrem dílcích proudů spalovacího vzduchu, který se přivádí odděleně do rozdělovacícn komor fluidních roštů pod oběma skupinami sekcí, z nich se přivádí do fluidní vrstvy tak, že výstupní otvory spalovacího vzduchu v různých sekcích jsou v různých výškách.The principle of the fluidized bed heat removal device according to the invention consists in dividing the fluidized bed with vertical baffles into two groups of sections containing partial fluidized layers, with heat exchangers incorporated in one group of sections. The sections are arranged such that each section not containing the heat exchanger adjoins at least one section in which the heat exchanger is incorporated. Heat exchange between the two groups of sections is achieved by circulating the particles between the partial fluidized layers of the adjacent cn section, the particle circulation intensity being controlled by the proportion of the combustion air component streams fed separately to the fluid bed distribution chambers below the two groups of sections layer so that combustion air outlet openings in different sections are at different heights.

Výhodou zařízení pro regulaci odvodu tepla z fluidního ohniště je jeho jednoduchost, vyplývající z jednoduchosti způsobu výměny tepla mezi dílčími fluidními vrstvami.An advantage of the fluid heat control device is its simplicity resulting from the simplicity of the heat exchange process between the fluidized bed layers.

Zařízení pro regulaci odvodu tepla z fluidního ohniště podle vynálezu jsou znázorněna na obr. 1 a 2. Obr. tnav.Drríuje zařízení s malým tepelným výkonem, kdy prostor fluidního ohniště postačí rozdělit na jednu chlazenou a jednu nechlazenou sekci. Na obr. 2 je znázorněno zařízení s větším počtem sekcí.The devices for controlling the heat dissipation of the fluidized bed according to the invention are shown in Figures 1 and 2. It controls a device with low heat output, where it is sufficient to divide the fluidized bed space into one cooled and one uncooled section. FIG. 2 shows a device with a plurality of sections.

Fluidní ohniště teplovodního kotle, znázorněné na obr. 1 má kruhový průřez a je svislou přepážkou rozděleno na nechlazenou sekci uvnitř přepážky a na chlazenou sekci, která má tvar mezikruží a je chlazena jednak membránovou stěnou 2 a spirálovým hadem 4, které jsou protékány vodou. Objemový průtok spalovacího vzduchu se před vstupem do fluidního ohniště, které se zavádí do komor % a 10 pod dno 1 fluidního ohniště. Z komoryThe fluidized bed of the hot-water boiler shown in FIG. 1 has a circular cross-section and is divided by a vertical partition into an uncooled section within the partition and a cooled section having an annular shape and cooled by a membrane wall 2 and a spiral coil 4. The volumetric flow of combustion air is introduced before entering the fluidized bed, which is introduced into the chambers 1 and 10 below the bottom 1 of the fluidized bed. From the chamber

- 3 238 986 se spalovací vzduch zavádí přívody 8 do chlazené sekce fluidního ohniště výstupními otvory £, které jsou pod dolní hranou svislé přepážky 3. Z komory 10 se spalovací vzduch zavádí přívody 6, jejichž výstupní otvory 3 jsou nad dolní hranou svislé přepážky 33 238 986, the combustion air is fed through inlets 8 into the cooled section of the fluidized bed through the outlet openings 6 which are below the lower edge of the vertical partition 3. From the chamber 10 the combustion air is fed inlets 6 whose outlet openings 3 are above the lower edge of the vertical partition 3.

Funkci zařízení, z.níž vyplývá poloha přepážky vzhledem k výstupním otvorům 3 a 2, lze názorně popsat v mezním případě, kterým je ohřev fluidního ohniště ze studeného stavu na pracovní teplotu, kdy přívod spalovacího vzduchu do komory 3 όθ uzavřen. Fluidní vrstva vznikne pouze uvnitř nechlazené přepážky a pomocným hořákem se snadno vyhřeje na zápalnou teplotu spalovaného paliva nebo odpadu s malými tepelnými ztrátami, protože fluidní vrstva uvnitř přepážky 3 je od chladicího hadu 4 izolována nehybnou vrstvou částic chlazené sekce. Poloha výstupních otvorů 3 vzhledem k dolnímu okraji přepážky 3 je taková, že nedochází k cirkulaci cástic mezi oběma sekcemi. Protože pro odvod tepla cirkulací částic je nutné částice v chlazené sekci fluidovat, zavede se spalovací vzduch do komory 2 ^a částice začnou fluidovat. Aby však mohlo dojít k cirkulaci částic, je nezbytně nutné, aby dolní hrana přepážky byla nad nehybnou vrstvou částic, která se vytvoří v prostoru mezi přívody 6 a 8.The function of the device, which implies the position of the partition relative to the outlet openings 3 and 2, can be illustrated in the limiting case, which is the heating of the fluidized bed from the cold state to the working temperature when the combustion air supply to the chamber 3 is closed. The fluidized bed is formed only within the uncooled partition and is easily heated by the auxiliary burner to the ignition temperature of the combusted fuel or waste with little heat loss, since the fluidized bed inside the bulkhead 3 is insulated from the cooling coil 4 by an inert layer of cooled section particles. The position of the outlet openings 3 relative to the lower edge of the partition 3 is such that there is no circulation of particles between the two sections. Since it is necessary to fluidize the particles in the cooled section to remove heat by circulating the particles, combustion air is introduced into the chamber 2 ^{and the} particles begin to fluidize. However, in order for the particles to circulate, it is essential that the lower edge of the baffle be above the stationary layer of particles formed in the space between the inlets 6 and 8.

Rychlost cirkulace částic mezi chlazenou a nechlazenou sekcí fluidního ohniště se řídí poměrem objemových průtoků spalovacího vzduchu do komor 3 a 10. kterými se mění expanze fluidní vrstvy v obou sekcích nezávisle na sobě, a tím i měrné hmotnosti fluidní vrstvy v obou sekcích. Rychlost cirkulace částic mezi oběma sekcemi je závislá na rozdílu měrných hmotností fluidních vrstev v sousedních sekcích a lze ji plynule měnit.The rate of circulation of the particles between the cooled and uncooled fluidized bed sections is controlled by the ratio of the volumetric flow rates of combustion air into the chambers 3 and 10. by which the expansion of the fluidized bed in both sections varies independently of each other. The rate of circulation of the particles between the two sections is dependent on the difference in density of the fluidized layers in the adjacent sections and can be varied continuously.

V popsaném fluidním ohništi teplovodního kotle bylo možné měnit výkon v rozmezí 0,3 až 1 MW při spalování kapalných odpadů z výroby etylbenzenu.In the described fluidized bed of a hot-water boiler it was possible to vary the output in the range of 0.3 to 1 MW during the combustion of liquid wastes from the production of ethylbenzene.

Fluidní ohniště parního kotle o výkonu 20 MW, znázorněné na obr. 2, má obdélníkový průřez, který je podélnými přepážkami rozdělen na chlazené a nechlazené sekce tak, že vodorovný průřez chlazených sekcí je roven jedné třetině průřezu nechlazených sekcí. Poloha přepážek vzhledem k výstupním otvorům £ a £ je stejná jako v předchozím případě.The fluidized furnace of the 20 MW steam boiler shown in FIG. 2 has a rectangular cross-section divided by longitudinal baffles into cooled and non-cooled sections such that the horizontal section of the cooled sections equals one third of the section of the uncooled sections. The position of the baffles with respect to the outlet openings 8 and 8 is the same as in the previous case.

V ohništi bylo spalováno urnaté hnědé uhlí a do ohniště byl dávkován drcený vápenec. Teplota fluidní vrstvy v nechlazenýchUrn brown coal was burnt in the fireplace and crushed limestone was dosed into the fireplace. Temperature of the fluidized bed in uncooled

238 986 sekcích byla udržována v rozmezí ^tí40 + 1C°C změnami poměru objemového průtoku spalovacího vzduchu do komor a 10 v rozsahu výkonů 7 až 22 MW. Bylo dosaženo účinnosti odsíření spalin při dvojnásobku stechiometrického množství vápence, pro který byla nalezena optimální teplota odsiřovacího procesu 840°C.238,986 sections was kept within ^three 40 + 1C ° C by varying the ratio of volume flow of combustion air into the chambers 10 and the output range 7-22 MW. The flue gas desulphurisation efficiency was achieved at twice the stoichiometric amount of limestone for which the optimum desulphurisation process temperature of 840 ° C was found.

Vynalezený způsob regulace odvodu tepla z fluídního ohniště lze využít i pro jiné chemické nebo fyzikální procesy, např. pro odvod reakčního tepla při oxidaci nebo hydrogenací uhlovodíků, pro přívod tepla při štěpení uhlovodíků, při sušení sypkých nebo pastovitých hmot apod.The invented method of controlling heat dissipation from a fluidized bed can also be used for other chemical or physical processes, for example, for the removal of reaction heat during oxidation or hydrogenation of hydrocarbons, for heat transfer during hydrocarbon cleavage, drying of loose or pasty materials etc.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

1. A method for controlling the removal of heat from a fluidized bed, characterized in that the volumetric flow of combustion air is divided into two partial streams which are introduced separately into two groups of fluidized bed layers contained in the furnace, the heat exchange rate between adjacent partial layers being controlled. particle circulation rate, which is controlled by varying the ratio of the volumetric flow rate of the partial combustion air streams to both groups of partial fluidized beds.

An apparatus for controlling the removal of heat from a fluidized bed consisting of a bottom, combustion air distribution chambers, walls and heat exchangers, characterized in that the fluidized bed space defined by the bottom (1) and the walls (2) is divided into two types of sections, in which one heat exchanger (4) is installed in one section of the sections and the sections with heat exchanger (4) are connected by inlets (8) to the chamber (9) for distribution of the first partial combustion air flow and chamber (10) of the partial flow is connected by the inlets (5) with the space of the fluidized bed between the sections with heat exchangers (4).

Device according to claim 2, characterized in that the vertical distance between the openings (7,5) of the inlets (6,8) of adjacent sections is greater than the smallest horizontal distance of the inlet (6,8) from the partition (

3) multiplied by the tangent tangent of the particles from which the fluidized bed is formed.

Device according to Claims 2 and 5, characterized in that the lower edges of the partitions (3) are located above the connecting line of the apertures (5, 7), but not more than at a vertical distance equal to at least horizontal distance from the aperture (5). multiplied by the tangent tangent of the particles constituting the fluidized bed.