Vynález se týká způsobu cirkulačního spalování a odsiřováni nízkovýhřevného sirnéhó uhlí.

Spalování a odsiřování nízkovýhřevných uhlí, tj. 8 výhřevností pod 10 MJ.kg”¹ se v poslední době jeví, vzhledem k ubývajícím zásobám uhlí a snižování jeho kvality, jako praxe. Bylo zjištěno, že spalování nekvalitních hnědých uhlí je možno s výhodou provádět ve fluidní vrstvě, obsahující písek či jiný inertní materiál. Takto lze například ve fluidní vrstvě písku o velikosti částic do 3 mm spalovat netříděné hnědé uhlí o velikosti částic do 40 mm, přičemž veškerý popel z uhlí a přidávaný oxid vápenatý nebo uhličitan vápenatý odcházejí se spalinami ve formě úletové frakce. Zásadní nevýhodou tohoto systému je minimální spálení úletových podílů uhlí, tj. uhelného prachu a minimální využití úletových frakcí vápence pro zachycování oxidu siřičitého.

Při styku spalin a vápenatého aditiva dochází k částečnému odsiřování spalin, přičemž bylo zjištěno, že při spalování ve fluidní vrstvě pisku dochází nejen k oddrcování částic uhlí, ale i k oddrcování vápenatého aditiva a tím k obnově jeho povrchu na straně jedné, ale i ke zrychlenému únosu jemných podílů i nezreagovaného vápenatého aditiva z fluidní vrstvy ve formě úletové frakce na straně druhé. Tento jev pochopitelně snižuje procento využití vápenatého aditiva, přičemž vzhledem k panujícím a nezbytným hydrodynamickým podmínkám fluidní vrstvy tomuto nelze zabránit.

Dalším pokusem o řešení této problematiky je použití cirkulační fluidní vrstvy popela a aditiva s tím, že uhlí a vápenec jsou předem nadrceny na optimální velikost k hoření a zachycování oxidu siřičitého, tj. uhlí obvykle na zrnění do 6 mm a vápenec 0,2 až 0,3 mm. Uhlí vyhořelé ve fluidní vrstvě je odpouštěno z reaktoru, úletové podíly fluidní popelové vrstvy jsou zachyceny Žárovým cyklonem a vraceny zpět do spalovacího reaktoru. Zásadní nevýhodou těchto dosavadních cirkulačních systémů s oxidační atmosférou ve fluidní vrstvě je nezbytnost provádět úpravy uhlí a vápence na velikost vhodnou pro fluidaci. Další nevýhodou je, že intenzívní styk oxidu siřičitého a oxidu vápenatého je ve fluidní vrstvě krátký, obvykle pod 1 s. Vzhledem k málo intenzivnímu styku úletových částic oxidu vápenatého s oxidem siřičitým v prostoru nad fluidní vrstvou, jeví se tento prostor z hlediska zachycováni oxidu siřičitého jako málo využitý a stupeň využití vápenatého aditiva je nízký.

Výhodnějším se jeví způsob cirkulačního spalování a odsiřování nízkovýhřevného sirného uhlí v oxidační pískové fluidní vrstvě v přítomnosti vápenatého odsiřovacího aditiva podle předkládaného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že uhlí a aditivum se dávkuji nad nebo do prostoru fluidní pískové spalovací vrstvy o zrnění písku 0,3 až 5 mm, reakční teplotě 780 až 950 ^UC a rychlosti fluidace 1 až 7 m.s ¹, pevná fáze odloučená ze vzniklých spalin se zavede na další fluidní pískovou vrstvu s reakční teplotou 500 až 750 °C, zrněním písku 0,1 až 0,6 mm a rychlosti fluidace 0,3 až 5 m.s”¹, načež se pevná fáze ze spalin vrací zpět na nebo do fluidní pískové spalovací vrstvy o zrnění pisku 0,3 až 5 mm. Rychlost spalin mezi fluidní pískovou spalovací vrstvou o zrnění 0,3 až 5 mm a fluidní pískovou vrstvou o zrnění 0,1 až 0,6 mm se po dobu 0,5 až 5 s s výhodou udržuje v rozmezí 6 až 15 m.s¹. Do fluidní pískové spalovací vrstvy o zrnění pisku 0,3 až 5 mm lze jako sekundární vzduch zavádět spaliny fluidní pískové spalovací vrstvy.

Řešeni podle vynálezu zajištuje intenzívní spalování uhlí o zrněni do 40 mm při použití vápenatého aditiva o zrnění do 4 mm s totálním oddrcováním popílku a aditiva na úletové frakce. Při aplikaci další fluidní pískové vrst.y, uspořádané obvykle pod odlučovačem a opatřené jemným pískem 0,1 až 0,6 mm, lze pevný podíl odloučený ze spalin, tj. popílek a vápenné aditivum dodrtit na velikost, kterou odlučovač propustí. Tyto podmínky zajištují potřebnou dobu zdržení úletových frakcí uhlí v reakčním prostoru s teplotou nad 600 °C a tedy i k vysokému stupni vyhoření tohoto uhlí. Potřebné doba ke shoření uhelné částice o velikosti 0,02 mm je cca 3 s, k vyhořeni uhelné částice o velikost 0,2 mm je zapotřebí cca 20 s.

Protože veškerý popel a vápenné aditivum předávají své zjevní teplo se spalinami tepelnému spotřebiči, dochází k maximálnímu využití entalpie paliva.

Použití recyklu spalin jako zdroje sekundárního vzduchu do fluidní pískové spalovací vrstvy umožňuje bez energetických ztrát udržovat teplotu v této vrstvě v oblasti 850 °C při minimálním přebytku vzduchu a tedy i minimální komínové ztrátě. Tímto způsobem lze navíc dosáhnout vysoký rozsah regulace tepelného výkonu spalovací jednotky mezi 40 až 100 % jmenovitého výkonu.

Způsob podle vynálezu r.evyiš ‘íujc instalaci trasy popela o teplotě fluidní spalovací vrstvy, která je technicky velice náro&ii .i aí-atgaticky ztrátová.

Realizaci fluidní vrstvy s jemným pískem lze s výhodou provést jako fluidní uzávěr, fluidovaný studeným vzduchem, který tlakově odděluje prostor před a za žárovým cyklonem.

Zvýšení doby intenzivního styku oxidu vápenatého a oxidu siřičitého lze realizovat zvýšením rychlosti spalin na 6 až 15 m.s prostým zúžením nadroštového prostoru do tvaru vertikální trubky potřebné délky a má za následek, že dojde k vysokému využití odsiřovacího aditiva, které je potom limitováno pouze jeho texturou, tj. zejména objemem a povrchem pórů při minimalizaci velikosti částic aditiva vzniklých oddrcením ve fluidní pískové vrstvě s jemnou pískovou frakcí. ZmenSení částic vápenného aditiva vlivem fluidní vrstvy s jemným pískem 0,1 až 0,6 mm a zvýšení doby intenzivního kontaktu oxidu vápenatého a oxidu siřičitého nad 1 s vede k 80 až 90 % zachycení oxidu siřičitého ze spalin při molárním poměru Ca:S = 2.

Všechny údaje o rychlostech se pro*účely tohoto vynálezu rozumí při dané teplotě prostředí.

Na přiloženém obr. je schematicky znázorněno zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, které je v dalším popsáno spolu s objasněním jeho funkce.

Fluidní písková spalovací vrstva 2 je vymezena pláštěm 1 a propadovým trubkovým roštem 3. Recyklující spaliny se přivádí rozvodem £ jako sekundární vzduch. V celé fluidní pískové vrstvě 2. je oxidační atmosféra. Uhlí z trasy 12.« vápenec z trasy 13, a periodicky dávkovaný písek z trasy 11 a 16 jsou podavačem 2 podávány, resp. pohazovány na fluidní pískovou spalovací vrstvu 2. Spaliny procházejí vertikálně umístěným potrubím 2 éo žárového cyklonu 7_ s fluidním uzávěrem 2·

Spalovací vzduch dodává ventilátor 9, odtah spalin zajištuje kouřový ventilátor 10. Materiál fluidní pískové spalovací vrstvy 2 P^r° odloučení kamenů je periodicky odtahován přes třídič 14, kde nadsítný podíl se odvádí trasou JL5.. Ve výměníku 17 se ohřívá vzduch nebo voda spalinami z žárového cyklonu 7_. Ventilátor 18 zajištuje funkci fluidního uzávěru 2 ^a transport tuhé fáze spalin z žárového cyklonu 7. zpět do fluidní pískové spalovací vrstvy 2. Fluidní pískovou spalovací vrstvu 2 tvoří písek o zrnění 0,3 až 2 mm. Teplota v této fluidní pískové spalovací vrstvě 2, vertikálně umístěném potrubí 2 ^a žárovém cyklonu 7_ je 800 až 850 °C. Teplota ve fluidní pískové spalovací vrstvě 2 je 2 m.s \ ve vertikálně umístěném potrubí 2 3^e 9 m.s^-l o ve fluidním uzávěru 2 je 1 ffl.s

Přiváděný vápenec má zrnění 0,1 až 3 mm, uhlí má zrnění do 40 mm, výhřevnost 6 MJ.kg ¹ při obsahu síry 4 % hmot., písek ve fluidním uzávěru 2 má zrnění 0,1 až 0,3 mm. Popílek a vápenec, resp. oxid vápenatý jsou ve fluidní pískové spalovací vrstvě 2 oddrcovány tak, že úletová frakce má zrnění zhruba 0,2 až 0,4 mm. Ve fluidním uzávěru 2 dodrtí přítomná písková vrstva tyto částice na velikost uvedenou v tabulce, což je velikost částic, které procházejí žárovým cyklonem 7_.

Spaliny odtahované ventilátorem 10 obsahují veškerý popel, oxid vápenatý a síran vápenatý o zrnění uvedeném v tabulce. Při molárním poměru Ca:S = 2 se zachytí 80 % SO₂ ze spalin při teplotě fluidní pískové spalovací vrstvy 2 820 °C. Celková doba styku oxidu vápenatého a oxidu siřičitého činí cca 2 s. Stupeň vyhoření uhlí je 96 %. Výška expandované fluidní pískové spalovací vrstvy 2 je 1 > ^a obsahuje po ustálení pracovního režimu cca 60 % popela. Spalovací proces ve fluidní pískové spalovací vrstvě 2 probíhá z 20% přebytkem vzduchu.

Tabulka

Granulometrie úletové frakce ze spalovacího zařízení

Průměr částic Podíl (mm) (%) nad 0,315 3

0,200-0,315 3

0,125-0,200 4

0,071-0,125 27

0,050-0,071 31 pod 0,050 32