CZ305044B6 - Zařízení pro fluidní spalování pevných paliv či suspenzí - Google Patents
Zařízení pro fluidní spalování pevných paliv či suspenzí Download PDFInfo
- Publication number
- CZ305044B6 CZ305044B6 CZ2013-638A CZ2013638A CZ305044B6 CZ 305044 B6 CZ305044 B6 CZ 305044B6 CZ 2013638 A CZ2013638 A CZ 2013638A CZ 305044 B6 CZ305044 B6 CZ 305044B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- fluidized bed
- inlet
- combustion
- distributor
- line
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000725 suspension Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 54
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 33
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 19
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 16
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 3
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims 2
- 239000002956 ash Substances 0.000 claims 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 1
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 abstract description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 8
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 8
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 8
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
Zařízení pro fluidní spalování pevných paliv a/nebo suspenzí, které obsahuje mísič plynných fluidačních/spalovacích médií, za nímž je zařazen nebo v němž je integrován předehřívač spalovacích médií, z něhož je směs spalovacích médií vedena vstupem (5) fluidačního/spalovacího média přes alespoň jeden elektrický předehřev (8, 9) k distributoru (6), pod nímž je umístěn měřič tlaku (17) a nad nímž je umístěn měřič tlaku (18) a nad nímž je vstup pevného paliva nebo suspenze a/nebo aditiva a/nebo sekundárního materiálu fluidní vrstvy s pneumotransportem (3), oddělený od oblasti nad distributorem (6) protiproudým chladičem (4), přičemž nad vstupem pevného paliva nebo suspenze je uspořádán reaktor obsahující vroucí, bublinovou, či tryskající fluidní vrstvu (28) a nad ní nadvrstvový prostor (29) a ve víku reaktoru je vstup (14) měřiče teploty procházejícího celou konstrukci až k distributoru a popřípadě vstup (19) měřiče tlaku, i alespoň jeden výstup (16) pro analýzy složení a množství produktů, přičemž za nadvrstvovým prostorem (29) je uspořádán horký cyklón (20) za nímž je uspořádána odběrová trať (30) s místem pro měřiče teploty (23) a s odběrovými místy (22) pro on-line a off-line analýzu plynu, za níž je uspořádán protiproudý vodní chladič (24) a za ním je uspořádán kondenzátor (25) a komín (27), přičemž mezi kondenzátorem (25) a komínem (27) je uspořádáno místo (26) pro on-line analýzu plynu.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká zařízení pro fluidní spalování pevných paliv či suspenzí, vhodné zejména pro studium chemizmů při fluidním spalování vzduchem či vzduchem obohaceným kyslíkem nebo čistým kyslíkem s recirkulací spalin - modelových a/nebo skutečných (oxy-fuel process) směsí různých pevných paliv (antracit, černé uhlí, hnědé uhlí, lignit, dřevní biomasa, celulózová biomasa, alternativní paliva, odpady, čistírenské kaly apod.) a suspenzí na bázi vodní, olejové nebo i směsné s nebo bez částečné recirkulace spalin, které umožňuje sledování vlivu typu paliva i oxidovadla a operačních podmínek na kvalitu procesu, tj. na účinnost procesu spalování a na emise nežádoucích polutantů.
Dosavadní stav techniky
Fluidní vrstva poskytuje výhodný způsob, jak realizovat účinný kontakt mezi plynem a tuhými částicemi nebo chemickou reakci mezi těmito fázemi. V důsledku intenzivního promíchávání částic je teplotní pole v celém objemu vrstvy rovnoměrné a dochází k velmi intenzivnímu sdílení tepla a hmoty mezi oběma fázemi.
Spalování pevných paliv ve stacionární fluidní vrstvě je dnes komerčně dostupnou technologií, která byla původně vyvinuta pro spalování vysoce popelnatých uhlí a pro in-situ odsiřování spalin vápencem. Přídavek sekundárního paliva ve formě suspenze je dnes též technologicky realizovatelný, ale přináší mnohé provozní, technické a environmentální těžkosti.
Zařízení pro studium fluidního spalování pevných paliv či suspenzí se skládá ze vstupu fluidačního/spalovacího média, distributoru vstupních plynů, nejčastěji šnekového podavače paliva do vrstvy či nad vrstvou, reaktorové (kotelní) části a komínu.
Experimentální zařízení provozovaná jak na univerzitách a výzkumných organizacích pro základní a aplikovaný výzkum, tak ve firmách pro aplikovaný cílený výzkum mají za úkol vyšetřovat buď možnost záměny garančního či používaného paliva za sekundární, a to ze 100 %, či částečně, za palivo dostupné, odpadní či levnější, nebojsou schopné sledovat vliv typu oxidovadla nebo jiné operační podmínky na kvalitu procesu, tj. na účinnost procesu spalování a na emise nežádoucích polutantů. Nejsou využitelné pro oba výše uvedené výzkumné úkoly a obvykle nejsou využitelné pro proměření všech relevantních operačních podmínek.
Další podstatnou podmínkou pro testování nových druhů paliv a především palivových směsí je nutnost přesného dávkování paliva, aditiva a sekundárního materiálu fluidní vrstvy o požadovaném složení. Dosud používaná experimentální zařízení využívají pro dávkování paliva nejčastěji šnekové podavače. V takových případech je v jednom zásobníku paliva předem připravená palivová směs, či směs paliva nebo paliv a aditiva, nebo aditiv a sekundárního (terciálního) materiálu fluidní vrstvy. Toto řešení ovšem nezajišťuje dostatečnou homogenitu dávkované směsi, především v případech, kdy mají použitá paliva, aditiva a materiál fluidní vrstvy rozdílné fyzikální (vč. skupenství) či granulometrické vlastnosti (parametry). Paliva, aditiva i materiály fluidní vrstvy jsou dobře známé odborníkům v oboru.
Dalším konstrukčním nedostatkem bývá nemožnost záměny dávkovacího systému, tj. nemožnost testovat na jednom zařízení pevná paliva a suspenze.
V roce 2012 byly v ČR podány přihláška užitného vzoru PUV 2012-26461 a přihláška vynálezu PV 2012-516, týkající se zařízení pro fluidní zplyňování tuhých paliv. Toto zařízení je v některých konstrukčních ohledech podobné zařízení, které je předmětem této přihlášky, avšak
- 1 CZ 305044 B6 slouží pro zcela jiný účel a plní jiné požadavky. Hlavní rozdíl mezi účely a požadavky je dán samotnými procesy: spalování vs. zplyňování (parciální oxidace). Spalováním vzniká teplo, jehož žádoucí (využitelná) část je obsažená ve spalinách. Spaliny následně předávají teplo teplonosnému médiu (např. voda, olej, pára apod.), které je dále využíváno pro vytápění, či pro výrobu tepla, kombinovanou výrobu elektrické energie a tepla či pro výrobu elektrické energie. Produktem zplyňování je generátorový plyn (energetický plyn, palivový plyn, syntézní plyn apod.), který je nositelem jak tepelné energie (vedlejší produkt), tak i chemické energie (H2, CO, organické látky apod.). Chemickou energii plynu lze využít též pro výrobu tepla, elektrické energie či tepla a elektrické energie nebo i pro syntézu rozličných chemických komodit, např. transportních paliv. Proto se jedná o různá zařízení, postavená za zcela jiným výzkumným účelem, i když obsahují podobné funkční prvky, a odborník v oboru by nebyl veden k využívání konstrukčních znaků zařízení projeden účel v zařízení pro druhý účel.
Podstata vynálezu
Předmětem předkládaného vynálezu je zařízení pro fluidní spalování pevných paliv (např. antracit, černé uhlí, hnědé uhlí, lignit, dřevní biomasa, celulózová biomasa, alternativní paliva, odpady, čistírenské kaly apod.) a/nebo suspenzí na bázi vodní, olejové či směsné, které je vhodné zejména pro zkoumání chemizmu procesu spalování v bublinové, vroucí či tryskající fluidní vrstvě s nebo bez částečné recirkulace spalin, mající vstup fluidačního / spalovacího média, distributor vstupních plynů, podavač paliva, vstup pevného paliva nebo suspenze a/nebo aditiva a/nebo sekundárního materiálu fluidní vrstvy s pneumotransportem, reaktorovou (kotelní) část, horký cyklón, odběrovou trať pro analýzu složení spalin, chladič spalin a komín, které odstraňuje uvedené nevýhody. Jeho podstata spočívá v tom, že obsahuje mísič plynných spalovacích médií a popřípadě i vody s výpamíkem, za nímž je s výhodou zařazen nebo v němž je integrován předehřívač spalovacích médií, z něhož je předehřátá směs spalovacích médií vedena vstupem směsi spalovacích médií přes alespoň jeden elektrický předehřev k distributoru, nad nímž je umístěn vstup spalovacího pevného paliva nebo suspenze a/nebo aditiva a/nebo sekundárního materiálu fluidní vrstvy s pneumotransportem, oddělený od oblasti nad distributorem protiproudým chladičem. Nad vstupem pevného paliva nebo suspenze a/nebo aditiva a/nebo sekundárního materiálu fluidní vrstvy je uspořádán reaktor obsahující vroucí, či bublinovou nebo tryskající fluidní vrstvu a nad ní nadvrstvový prostor, přičemž ve víku reaktoru je vstup měřiče teploty procházejícího vertikálně celou konstrukci až k distributoru a umožňujícího měřit teplotu v různých výškách zařízení a popřípadě i alespoň jeden výstup pro analýzu spalin. Zařízení obsahuje i měřiče tlaku pod distributorem, nad distributorem a v hlavě zařízení (reaktoru, kotle). Ve 2 až 5násobné výšce průměru reaktoru nad distributorem je s výhodou uspořádán uzavíratelný přepad materiálu fluidní vrstvy, který zabraňuje kumulaci materiálu či materiálů fluidní vrstvy, aditiv a popelovin v reaktoru. Za nadvrstvovým prostorem ve směru toku spalin je umístěn horký cyklón (cyklónový odlučovač), kde je alespoň jedno místo měření teploty. Cyklónový odlučovač je uspořádán s odvodem cyklónového popílku do cyklónového popelníku, či se svodkou pro recirkulaci cyklónového popílku a části spalin do fluidní vrstvy nebo se svodkou pro separaci cyklónového popílku a recirkulaci části spalin přes filtr pod distributor. Za cyklónovým odlučovačem je uspořádána odběrová trať s alespoň jedním výstupem pro analýzu složení spalin a alespoň jedním místem pro měření teploty vždy za místem pro odběr vzorku spalin. Za odběrným místem je uspořádán chladič (nejlépe protiproudý vodní) a alespoň jeden kondenzátor. Za kondenzátorem je uspořádáno odběrové místo pro on-line analýzu plynů a za ním je odvod spalin do komína.
Účinné mísíce plynných spalovacích médií jsou komerčně dostupné. Předřazený mísič spalovacích médií zajišťuje přesné a konstantní složení spalovacího média skládajícího se až z deseti různých plynů a dále případně z vody (vodní páry). Je možné spalovat směsí O2 a N2 v objemovém poměru 21/79, tj. suchým vzduchem, či směsí O2, N2, CO2 a H2O (g) v různých objemových poměrech, tj. i vlhkým vzduchem, či čistým kyslíkem a modelovým recyklem spalin (oxy-fuel process) nebo výše uvedenou směsí s přídavkem emisních plynů (např. NO, SO2, CO apod.) v různých koncentracích.
-2CZ 305044 B6
Účinné protiproudé vodní chlazení pneumotransportního potrubí s palivovou směsí až ke stěně reaktoru umožňuje dávkovat i paliva s nízkým bodem tání; tvarová zarážka (deflektor) uspořádaná ve výhodném provedení ve spodní části vstupu chladiče do oblasti fluidní vrstvy zamezuje žhavému materiálu pulzující fluidní vrstvy pronikat do trubice přivádějící palivo. Ve výhodném provedení vynálezu je umožněno bezpečně a spolehlivě kontinuálně či kvazikontinuálně dávkovat pevná paliva či suspenze do reaktoru. Dávkování je zajištěno odlišným způsobem pro oba typy paliv s možností výměny dávkovacího zařízení při odstavení celé technologie.
Ve výhodné, provedení vynálezu je pevné palivo, či pevná palivová směs dávkována na vstup palivové směsi pomocí jednoho suvného dávkovače, který umožňuje rovnoměrné dávkování paliva či směsného paliva nebo paliva a/nebo aditiva a/nebo sekundárního materiálu fluidní vrstvy v definovaném poměru jednotlivých složek v průběhu celého experimentu s využitím jednoho transportního potrubí. Suvný dávkovač obsahuje zásobníky téhož paliva, nebo dvou různých paliv, jejichž výstupy směřují na vyměnitelnou suvnou desku s komůrkami. Protisměrné posuny suvné desky jsou zajištěny pneumatickou pohonnou jednotkou a dávkované palivo je unášeno do fluidní vrstvy dávkovači tratí (pneumotransportem). Konstrukce výměnných suvných desek se mění dle zrnitosti a sypných vlastností dávkovaného paliva tak, že suvná deska je opatřena dávkovacími cylindrickými nebo konickými otvory s hladkými stěnami, jejichž průměr je alespoň 5x větší než střední sítová velikost částic palivové směsi. S výhodou je suvná deska zhotovena z plastového materiálu s hladkým povrchem, jako je například poly(tetrafluorethylen). Suvný dávkovač má vysokou přesnost dávkování a trvale spolehlivý chod. Jeho konstrukce umožňuje uvádět zrnitá paliva i do fluidních vrstev o velmi vysoké teplotě. S výhodou je dávkovači trať opatřena transparentním prvkem sloužícím k vizuální kontrole chodu dávkování.
Ve výhodném provedení vynálezu je suspenze na bázi vodní, olejové, či směsné vtláčena pomocí vřetenového čerpadla, které umožňuje rovnoměrné dávkování paliva, či směsného paliva v definovaném poměru jednotlivých složek v průběhu celého experimentu jedním transportním potrubím do reaktoru. Ve výhodném provedení vynálezu je před vstupem do reaktoru palivo atomizováno plynem (N2 ěi CO2) tak, aby vstupní rychlost částic nebo kapek suspenze a plynu byla alespoň 1 m/s.
S výhodou je dávkovači trať opatřena transparentním prvkem umožňujícím vizuální kontrolu.
V dalším výhodném provedení vynálezu jsou fluidní vrstva, nadvrstvový prostor a přívod fluidační/spalovací směsi opatřeny alespoň v části své délky polocylindrickými topnými tělesy o regulovatelném tepelném příkonu, která zajišťují ohřev reakční zóny, výhodněji s nezávislou regulací teploty jednotlivých otopných těles, která umožňuje variabilitu reakčních podmínek. Díky tomu je možné nastavit zvlášť teplotu pod distributorem, tj. teplotu fluidačního / spalovacího média, ve fluidní vrstvě a v prostoru nad fluidní vrstvou. Vzhledem ke snadné a přesné regulovatelnosti příkonu a vnější tepelné izolaci topných těles mohou být otopná tělesa s výhodou též využita jako náhrada tepelné izolace reaktoru.
V ještě dalším výhodném provedení vynálezu je přepad zaslepitelný a taktéž je možno pracovat s vyšší fluidní vrstvou než je obvyklé bez omezení kvality fluidace, nebo je možno přimontovat pod přepad zásobník materiálu fluidní vrstvy, který umožňuje během provozu zařízení její odpouštění, čímž je možné spalovat pevná paliva či suspenze za konstantní výšky fluidní vrstvy.
V ještě dalším výhodném provedení vynálezu je možné jako materiál fluidní vrstvy využít jakýkoliv sypký materiál (či směs materiálů), kteiý je inertní, odolává vysokým teplotám, případně také kladně ovlivňuje proces a lze ho klasifikovat jako materiál A či B dle Geldartova rozdělení sypkých materiálů podle fluidačních vlastností.
V ještě dalším výhodném provedení je ve víku reaktoru dále zabudován uzavíratelný manipulační prostor alespoň se dvěma uzávěry pro uvádění nebo doplňování materiálu fluidní vrstvy.
-3CZ 305044 B6
V ještě dalším výhodném provedení vynálezu je svodka mezi horkým cyklónem a popelníkem na cyklónový popílek uzavíratelná na dobu nezbytně nutnou pro vyčištění popelníku, respektive pro odebrání vzorku popeloviny, např. před změnou provozních podmínek.
V ještě dalším výhodném provedení vynálezu je možné odebírat vzorek spalin pro kvantitativní analýzu vybraného polutantu při znalosti teploty odběru.
Zařízení podle předkládaného vynálezu umožňuje ve čtvrtprovozním měřítku separátně vyšetřovat vliv jednotlivých pracovních parametrů procesu, jako teplota, stechiometrický koeficient (přebytek) vzduchu, vliv spalovací směsi, např. O2/N2, O2/N2/H2O, O2CO2, O2/N2/CO2, O2/CO2/H2O, O2/N2CO2/H2O, vliv složení a výšky i režimu vrstvy, na kvalitu procesu, tj. na účinnost procesu spalování a na emise nežádoucích polutantů.
Zařízení podle předkládaného vynálezu umožňuje spalovat pevná paliva či suspenze čistým kyslíkem s recirkulací suchých či vlhkých spalin, tj. v režimu oxy-fuel.
Zařízení podle předkládaného vynálezu umožňuje spalovat pevná paliva či suspenze čistým kyslíkem a směsí plynů modelující recirkulaci suchých či vlhkých spalin, tj. v modelovém režimu oxy-fuel.
Zařízení podle předkládaného vynálezu umožňuje sledovat kvalitu procesu, tj. účinnost procesu spalování a emise nežádoucích polutantů ze spalování pevných paliv či suspenzí vzduchem s nebo bez částečné recirkulace spalin, čistým kyslíkem nebo čistým kyslíkem a směsí plynů modelující recirkulaci suchých, či vlhkých spalin, tj. v modelovém režimu oxy-fuel a nebo čistým kyslíkem s částečnou recirkulací spalin, tj. v režimu oxy-fuel.
Zařízení podle předkládaného vynálezu umožňuje porovnávat kvalitu procesu, tj. účinnost procesu spalování a emise nežádoucích polutantů spalování pevných paliv či suspenzí čistým kyslíkem nebo čistým kyslíkem a směsí plynů modelující recirkulaci suchých či vlhkých spalin, tj. v modelovém režimu oxy-fuel a nebo čistým kyslíkem s částečnou recirkulací spalin, tj. v režimu oxy-fuel se vzduchem s či bez částečné recirkulace spalin.
Zařízení podle předkládaného vynálezu umožňuje sledovat vliv volitelného operačního parametru či typu a množství paliva, aditiva a matriálu fluidní vrstvy na kvalitu procesu, tj. na účinnost procesu spalování a emise nežádoucích polutantů, aniž by bylo nutné měnit kteroukoliv jinou operační podmínku.
Předkládaný vynález je dále osvětlen s pomocí obrázku a příkladu provedení, aniž by jimi byl rozsah ochrany omezen.
Objasnění výkresu
Obr. 1 schematicky znázorňuje zařízení pro fluidní spalování pevných paliv (např. antracit, černé uhlí, hnědé uhlí, lignit, dřevní biomasa, celulózová biomasa, alternativní paliva, odpady, čistírenské kaly apod.) bez recirkulace spalin se zaslepeným přepadem podle předkládaného vynálezu.
Příklad uskutečnění vynálezu
Obr. 1 znázorňuje zařízení pro fluidní spalování pevných paliv. Zařízení obsahuje účinný mísič a případně i předehřívač plynných spalovacích médií (nezobrazen, např. komerčně dostupný od firmy Bronkhorst High-Tech B. V., The Netherlands), od něhož je směs fluidačního / spalovacího média vedena vstupem 5 přes první elektrický předehřev 8 a druhý elektrický předehřev 9 k distributoru 6, nad nímž je umístěn vstup pevného paliva a aditiva s pneumatickým transportem
-4CZ 305044 B6
3, oddělený od oblasti nad distributorem 6 protiproudým chladičem 4. Pod distributorem 6 je výstup a popelník pro ložový popel (detailně nezobrazen). Nad distributorem 6 je uspořádán reaktor obsahující vroucí, bublinovou nebo tryskající fluidní vrstvu 28 a nad ní zaslepitelný přepad 7 pro odvod nadbytečného materiálu fluidní vrstvy (primární i druhotný) a nadvrstvový prostor 29, přičemž ve víku reaktoru je uspořádán vstup Γ4 měřiče pro měření teplot a odběrová místa 16 pro on-line a off-line analýzu spalin. Ve víku reaktoru je dále zabudován uzavíratelný manipulační prostor s uzávěry J_5 pro uvádění nebo doplňování materiálu fluidní vrstvy. Zařízení obsahuje i měřič tlaku 17 pod distributorem, měřič tlaku 18 nad distributorem a měřit tlaku 19 na hlavě zařízení.
Za nadvrstvovým prostorem 29 je ve směru postupu spalin umístěn horký cyklón 20, v jehož dolní části je svodka s vysokoteplotním oddělovacím (uzavíracím) prvkem 31 pro odvod cyklonového popílku do cyklónového popelníku 21.
Za horkým cyklónem 20 je uspořádána odběrová trať 30 s místem pro měřič 23 na měření teploty a s odběrovými místy 22 pro on-line a off-line analýzu plynu.
Za odběrovou tratí 30 je uspořádán protiproudý vodní chladič 24 a za ním kondenzátor 25 a komín 27, přičemž mezi kondenzátorem 25 a komínem 27 je uspořádáno alespoň jedno odběrové místo 26 pro on-line analýzu plynu.
Reaktor (kotel) obsahující vstup 5 fluidačního/spalovacího média, fluidní vrstvu 28 a nadvrstvový prostor 29 je opatřen otopnými tělesy - první elektrický předehřev 8, druhý elektrický předehřev 9, elektrickým ohřevem 10 fluidní vrstvy a elektrickým ohřevem 11 nadvrstvového prostoru, které zajišťují ohřev reakční zóny, s výhodou za nezávislé regulace teploty jednotlivých otopných těles 8, 9, 10 a 11, která umožňuje variabilitu reakčních podmínek. Díky tomu je možné nastavit zvlášť teplotu pod distributorem 6, ve fluidní vrstvě 28 a v prostoru 29 nad fluidní vrstvou (nadvrstvový prostor).
Pevné palivo a aditivum je dávkováno ze dvou zásobníků I pomocí suvného dávkovače 2. Chod suvného dávkovače, tedy střídavý posun suvné desky, je zajišťován pneumatickou pohonnou jednotkou. Pevné palivo a aditivum následně padá do vstupního transportního potrubí, což je vstup pevného paliva s pneumotransportem 3 do fluidní vrstvy. V jednom ze zásobníků 1 je např. kompaktovaná kukuřičná sláma, v druhém zásobníku i je např. aditivum. V popsaném zařízení byla provedena série měření, během níž bylo postupně měněno složení spalovacího média, hmotnostní podíl pevného paliva a aditiva a materiálu fluidní vrstvy. Měření byla také prováděna za různých teplot fluidní vrstvy a prostoru nad fluidní vrstvou a různé hydrodynamiky vrstvy. Z vyhodnocených výsledků měření byly identifikovány optimální podmínky spalování daného pevného paliva.
Průmyslová využitelnost
Zařízení podle předkládaného vynálezu je vhodné zejména pro zkoumání chemizmu procesu spalování směsí různých pevných paliv (antracit, černé uhlí, hnědé uhlí, lignit, dřevní biomasa, celulózová biomasa, alternativní paliva, odpady, čistírenský kaly apod.) a/nebo suspenzí na bázi vodní, olejové nebo i směsné, tj. vlivu typu paliva i oxidovadla a operačních podmínek na kvalitu procesu, respektive na účinnost procesu spalování a na emise nežádoucích polutantů, ve čtvrtprovozním měřítku.
Zařízení podle předkládaného vynálezu lze využít zejména v případech, kdy je plánována stavba fluidní spalovací jednotky v průmyslovém měřítku, či její rekonstrukce (retrofít) a je potřeba předem otestovat různé operační podmínky, paliva, aditiva a materiály fluidní vrstvy, na jejichž základě je možno navrhnout konstrukci, či přestavbu daného zařízení.
-5CZ 305044 B6
Dále je možné zařízení využít při uvažované změně paliva či aditiva nebo primárního nebo sekundárního (terciálního) materiálu fluidní vrstvy a to jak částečné, tak i stoprocentní.
Dále je možné zařízení využít pro studium procesu oxy-fuel (spalování paliva čistým kyslíkem či vzduchem obohaceným kyslíkem s částečnou recirkulací suchých nebo vlhkých spalin), tj. pro studium procesu spalování pevných paliv či suspenzí čistým kyslíkem s recirkulací suchých či vlhkých spalin (skutečných, či modelových).
Dále je možné zařízení využít pro porovnání procesu spalování pevných paliv nebo suspenzí vzduchem a obohaceným vzduchem nebo čistým kyslíkem, viz výše uvedené možnosti.
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (16)
1. Zařízení pro fluidní spalování pevných paliv a/nebo suspenzí, mající vstup (5) fluidačního/spalovacího média, dávkovači zařízení pro palivo, vstup pevného paliva, reaktorovou část a komín (27), vyznačující se tím, že obsahuje mísič plynných spalovacích médií, z něhož je směs spalovacích médií vedena vstupem (5) fluidizačního/spalovacího média přes alespoň jeden elektrický předehřev (8, 9) k distributoru (6) plynu, pod nímž je umístěn měřit tlaku (17) a nad nímž je umístěn měřič tlaku (18) a nad nímž je vstup pevného paliva nebo suspenze a/nebo aditiva nebo a/nebo sekundárního materiálu fluidní vrstvy s pneumotransportem (3), oddělený od oblasti nad distributorem (6) plynu protiproudým chladičem (4), přičemž nad vstupem pevného paliva nebo suspenze je uspořádán reaktor obsahující fluidní vrstvu (28) a nad ní nadvrstvový prostor (29) a ve víku reaktoru je vstup (14) měřiče teploty procházejícího vertikálně celou konstrukcí až k distributoru, i alespoň jeden výstup (16) pro analýzy složení a množství produktů spalování, přičemž za nadvrstvovým prostorem (29) je ve směru toku spalin uspořádán horký cyklón (20) za nímž je uspořádána odběrová trať (30) s místem pro měřiče teploty (23) a s odběrovými místy (22) pro on-line a off-line analýzu plynu, za níž je uspořádán chladič (24) a za ním je uspořádán alespoň jeden kondenzátor (25) a komín (27), přičemž mezi kondenzátorem (25) a komínem (27) je uspořádáno místo (26) pro on-line analýzu plynu.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že ve víku reaktoru je dále vstup (19) měřiče tlaku.
3. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že ve spodní části vstupu chladiče (4) do oblasti fluidní vrstvy (28) je uspořádána tvarová zarážka.
4. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že před vstupem pevného paliva s pneumotransportem (3) je předřazen suvný dávkovač obsahující dva zásobníky (1) paliva a/nebo aditiva a/nebo sekundárního materiálu fluidní vrstvy, jejichž výstupy směřují na suvnou desku, a že dále obsahuje pneumatickou pohonnou jednotku zajišťující protisměrné posuny suvné desky.
5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že suvná deska je opatřena dávkovacími cylindrickými nebo konickými otvory s hladkými stěnami, jejichž průměr je alespoň 5x větší než střední sítová velikost částic palivové směsi.
6. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že suvná deska je z plastového materiálu s hladkým povrchem, s výhodou z poly(tetrafluorethylenu).
-6CZ 305044 B6
7. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že dále obsahuje zařízení pro atomizaci suspenze na bázi vodní, olejové, či směsné uspořádané před vstupem suspenze do reaktoru.
8. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že dávkovači trať je opatřena transparentním prvkem.
9. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že reaktor je opatřen několika samostatnými polocylindrickými topnými tělesy (8, 9, 10, 11).
10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že polocylindrická topná tělesa (8, 9, 10, 11) jsou opatřena nezávislou regulací teploty jednotlivých topných těles (8, 9, 10, 11).
11. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že ve víku reaktoru je dále zabudován uzavíratelný manipulační prostor alespoň se dvěma uzávěry (15) pro uvádění nebo doplňování materiálu fluidní vrstvy.
12. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že ve 2 až 5 násobné výšce průměru reaktoru nad distributorem je uspořádán uzavíratelný přepad (7) materiálu fluidní vrstvy.
13. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že mezi horkým cyklónem (20) a protiproudým chladičem (24) je uspořádána odběrová trať (30) pro odběr vzorku plynu v odběrovém místě (22) pro on-line a off-line analýzu.
14. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že horký cyklón (20) je opatřen cyklónovým popelníkem (21), a mezi nimi je vysokoteplotní oddělovací prvek (31) umožňující odběr cyklónového popílku během experimentu.
15. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že z horkého cyklónu (20) je vedena uzavíratelná svodka propojená zpět do vrstvy (28) pro recirkulaci části spalin a popelovin.
16. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků lažl2, vyznačující se tím, že dále obsahuje filtr pro zbavení spalin nebo části spalin vystupující z horkého cyklónu (20) jemných částic a vedení do tohoto filtru pod distributor (6) pro recirkulaci spalin nebo části spalin po případném ochlazení.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-638A CZ305044B6 (cs) | 2013-08-20 | 2013-08-20 | Zařízení pro fluidní spalování pevných paliv či suspenzí |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-638A CZ305044B6 (cs) | 2013-08-20 | 2013-08-20 | Zařízení pro fluidní spalování pevných paliv či suspenzí |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2013638A3 CZ2013638A3 (cs) | 2015-04-08 |
| CZ305044B6 true CZ305044B6 (cs) | 2015-04-08 |
Family
ID=52775679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-638A CZ305044B6 (cs) | 2013-08-20 | 2013-08-20 | Zařízení pro fluidní spalování pevných paliv či suspenzí |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ305044B6 (cs) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5133297A (en) * | 1991-04-22 | 1992-07-28 | Manufacturing And Technology Conversion International, Inc. | Pulsed atmospheric fluidized bed combustor apparatus and process |
| EP1772670A1 (fr) * | 2005-10-07 | 2007-04-11 | Alstom Technology Ltd | Réacteur à lit fluidise circulant à procédé de combustion convertible |
| CZ24582U1 (cs) * | 2012-07-27 | 2012-11-19 | Ústav chemických procesu AV CR, v. v. i. | Zařízení pro fluidní zplyňování tuhých paliv |
-
2013
- 2013-08-20 CZ CZ2013-638A patent/CZ305044B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5133297A (en) * | 1991-04-22 | 1992-07-28 | Manufacturing And Technology Conversion International, Inc. | Pulsed atmospheric fluidized bed combustor apparatus and process |
| EP1772670A1 (fr) * | 2005-10-07 | 2007-04-11 | Alstom Technology Ltd | Réacteur à lit fluidise circulant à procédé de combustion convertible |
| CZ24582U1 (cs) * | 2012-07-27 | 2012-11-19 | Ústav chemických procesu AV CR, v. v. i. | Zařízení pro fluidní zplyňování tuhých paliv |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2013638A3 (cs) | 2015-04-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gayan et al. | Circulating fluidised bed co-combustion of coal and biomass | |
| Romeo et al. | Design and operation assessment of an oxyfuel fluidized bed combustor | |
| Pohořelý et al. | CO2 as moderator for biomass gasification | |
| Daood et al. | Fuel additive technology–NOx reduction, combustion efficiency and fly ash improvement for coal fired power stations | |
| Mastellone et al. | The O2-enriched air gasification of coal, plastics and wood in a fluidized bed reactor | |
| Piotrowska et al. | Fate of alkali metals and phosphorus of rapeseed cake in circulating fluidized bed boiler part 1: cocombustion with wood | |
| Krzywanski et al. | Gas emissions from a large scale circulating fluidized bed boilers burning lignite and biomass | |
| KR20090019891A (ko) | 수직으로 연속적인 공정 영역을 포함하는 가스화기 | |
| BRPI0713120A2 (pt) | gaseificador para conversão de carga de alimentação carbonácea em gás e resìduo e método para converter uma carga de alimentação carbonácea em gás e resìduo | |
| Zhou et al. | A simulation study of coal combustion under O2/CO2 and O2/RFG atmospheres in circulating fluidized bed | |
| Li et al. | Effect of co-combustion of chicken litter and coal on emissions in a laboratory-scale fluidized bed combustor | |
| Schmid et al. | Sorption enhanced reforming with the novel dual fluidized bed test plant at tu wien | |
| Timerbaev et al. | The development of experimental setups and experimental studies of the process of energy-technological processing of wood | |
| Chou et al. | Inhibition of agglomeration/defluidization by different calcium species during fluidized bed incineration under different operating conditions | |
| Amovic et al. | Fuel testing procedure for pyrolysis and gasification of biomass using TGA and WoodRoll test plant | |
| Chen et al. | Influence of operational parameters on the performance of gas clean-up technology with a moving granular bed filter | |
| CZ305044B6 (cs) | Zařízení pro fluidní spalování pevných paliv či suspenzí | |
| CZ26697U1 (cs) | Zařízení pro fluidní spalování pevných paliv či suspenzí | |
| RU2342421C2 (ru) | Реактор для термического разложения твердых горючих ископаемых | |
| Kuo et al. | The effect of aluminum inhibition on the defluidization behavior and generation of pollutants in fluidized bed incineration | |
| Blumberga et al. | Small scale pellet boiler gas treatment in fog unit | |
| Chmielniak et al. | Biomass-Based Low-Capacity Gas Generator as a Fuel Source | |
| Lin et al. | The effects of agglomeration/defluidization on emission of heavy metals for various fluidized parameters in fluidized-bed incineration | |
| Chmielniak et al. | 12 Biomass-Based Low-Capacity Gas Generator | |
| Nowak | Combustion of biomass and solid recovered fuels on the grate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20210820 |