Opis patentowy opublikowano: 30.09.1983 117560 Int. Cl.8 C10J 3/54 BOIJ 8/32 Twórca wynalazku Uprawniony z patentu: Battelle Development Corporation, Columbus {Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób uruchamiania ukladu zloza fluidalnego dla aktywowania wysokosprawnej reakcji pomiedzy przynajmniej dwoma reagentami Wynalazek dotyczy sposobu uruchamiania ukla¬ du zloza fluidalnego dla aktywowania wysakospra- wnej reakcji pomiedzy przynajmniej dwoma rea¬ gentami.Z opisów patentowych St. Zjedn. Am. nr 2638684, nr 2665200 i nr 3840553 jest znany sposób urucha¬ miania zloza fluidalnego, zastosowany do otrzymy¬ wania takich produktów energetycznych jak cieplo i paliwo gazowe z wegla.Znane urzadzenie ogólnego typu do gazyfikowania wegla zawiera ruchomy wsad zasadniczo obojet¬ nego materialu, który sluzy do przenoszenia ciepla od zbiornika ogrzewajacego lub zbiornika spalania do zbiornika gazyfikujacego.Zgodnie z opisem patentowym St. Zjedn. Am. nr 2054665 taki material obojetny stanowi popiól, któ¬ ry ogrzewa sie przez spalanie czastek wegla, i któ¬ re miesza sie z popiolem w komorze spalania lub w jej przewodzie wlotowym. Komora spalania za¬ wiera zloze fluidalne, które ogrzewa sie do tem¬ peratury 1065°C. Jest rzecza ogólnie znana, ze a- glomeraty wegla i popiolu w tej temperaturze two¬ rza rozrastajace sie duze czastki. Jest to opisane w opisie patentowym USA nr 3*840553.Duze czastki popiolu pozostaja w zlozu fluidal¬ nym w komorze spalania poprzez przewód odprowadzajacy, podczas gdy dro¬ bniejsze czastki popiolu pozostaja zawieszone w ko¬ morze spalania. Czastki te zostaja oddzielone od gazu fkiidyzujacego, przechodza przez zbiornik ga- 10 15 20 25 30 zyfikujacy dostarczajac cieplo do reakcji endoter- micznych, a nastepnie powracaja do komory spa^ lania w celu ponownego nagrzania.Zgodnie z innym rozwiazaniem, znanym z opisu patentowego St. Zjedn. Am. nr 2741549, stosuje sie geste zloze fluidalne w komorze spalania, zawie¬ rajace grube ziarna piasku. Predkosc gazu jest tak dobrana, ze grube ziarna pozostaja w dennej cze¬ sci komory, podczas gdy drobniejsze tworza zawie¬ sine w dolnej czesci komory i przeplywaja do gó¬ ry, tworzac cienka, gesta, sfluidyzowana warstwe stalych czastek ponad gesta czescia zloza fluidal¬ nego. Tworzenie tej warstwy jest powodowane po¬ szerzeniem zbiornika i/lub zastosowaniem sita, w celu zmniejszenia predkosci gazu.Drobne czastki w tej warstwie sa nastepnie do¬ prowadzane poprzez przewód odprowadzajacy i po¬ dawane do zbiornika gazyfikujacego w celu dostar¬ czenia ciepla.Zgodnie z rozwiazaniem, znanym z opisu paten¬ towego St. Zjedn. Am. nr 2979390, w obu zbiorni¬ kach ogrzewajacym i gazyfikujacym znajduja sie tylko calkowicie sfluidyzowane zloza, a ponadto do¬ starczanie ciepla do zbiornik?* gazyfikujacego jest przeprowadzone przez przeplyw termoforowy. Ter¬ mofor zawiera czastki materialu, latwo oddziela¬ jace sie od wegla i popiolu, majace wysoka tempe¬ rature topnienia, wysokie cieplo wlasciwe i duzy ciezar wlasciwy. Termofor jest ogrzewany w od¬ dzielnym zbiorniku do temperatury wyzsze) rn± 117 5603 117 560 4 temperatura topnienia popiolu, po czym .przepro¬ wadza sie go poprzez zloze fluidalne w zbiorniku gazyfikujacym, oddziela od zawiesiny czastek we¬ gla i wprowadza z powrotem do jego zbiornika na¬ grzewajacego.Rozwiazanie to stanowi przeciwienstwo rozwiaza¬ nia wedlug patentu St. Zjedn. Am. nr 2638684, w którym geste zloze fluidalne materialu "bezwladne¬ go pozostawia sie w reaktorze, podczas gdy czastki wegla tworza zawiesine i cyrkuluja poprzez geste zloze.Znane sa równiez nowsze rozwiazania, sluzace do uruchamiania przemyslowych ukladów zloza flui¬ dalnego w zespolach kotlowych. Zgodnie z tymi rozwiazaniami do zloza czastek kamienia wapienne¬ go doprowadza sie wegiel i prowadzi sie fluidyza- cje za pomoica powietrza, które wspomaga spalanie.Kamien wapienny dziala jako sorbent siarki za¬ wartej w weglu, poniewaz siarka laczy sie z tle¬ nem z powietrza, tworzac dwutlenek siarki, który reaguje z kamieniem wapiennym tworzac siarczan wapniowy. Siarczan wapniowy moze byc usuwany razem z popiolem ze spalonego wegla, lub tez mo¬ zna odzyskiwac siarke i regenerowac wapien.Sposób uruchamiania ukladu zloza fluidalnego dla aktywowania wysokosprawnej reakcji pomiedzy przynajmniej dwoma reagentami wedlug wynalaz¬ ku polega na tym, ze wytwarza sie zawiesine, wzgle¬ dnie uboga faze zloza fluidalnego w pierwszej prze¬ strzeni zawierajacej czastki stale pierwszego sklad¬ nika zloza, a nastepnie w ograniczonym obszarze w obrebie tej pierwszej przestrzeni wytwarza sie gestofazowe zloze fluidalne, o temperaturze okolo 80K) do 950°C, skladajace sie ze stalych czastek dru¬ giego skladnika zloza, który stanowi zasadniczo ma¬ terial o dlugotrwalej stabilnosci fizycznej i chemi¬ cznej w zlozu, wskutek czego obydwa skladniki zloza nie tworza aglomeratów i zasadniczo nie ule¬ gaja scieraniu, a nastepnie powoduje sie recyrku¬ lacje czastek pierwszego skladnika wyplywajacych z pierwszej przestrzeni zloza poprzez ten obszar ograniczony, zawierajacy gestofazowe zloze fluidal¬ ne, przy czym predkosc przeplywu stosuje sie taka aby czastki drugiego skladnika zloza byly zatrzy¬ mywane w gestofazowej czesci zloza, podczas, gdy czastki pierwszego skladnika recyrkuluja i przeni¬ kaja przez obszar czastek drugiego skladnika mie¬ szajac sie z czastkami drugiego skladnika, a nastep¬ nie do ukladu zloza fluidalnego wprowadza sie re¬ agenty, ulegajace przemieszaniu w wyniku ruchu mieszajacych sie ze soba czastek w gestofazowym zlozu fluidalnym.Co najmniej jeden reagent stanowi gaz, który powoduje fluidyzaeje zloza. Drugi reagent stano¬ wi rozdrobniony material staly, który wchodzi w reakcje z gazem, i który doprowadza sie w odpo¬ wiedniej ilosci do zloza.Zloze fluidyzuje sie z predkoscia powierzchnio¬ wa, wynoszaca 6 do 12 m/sek tak, ze reagent ga¬ zowy doprowadzany jest w liosci potrzebnej do przeprowadzenia calkowitej reakcji. Wskutek flu¬ idyzowania zloza nastepuje rozdzielanie czastek zlo¬ za, poniewaz czastki pierwszego skladnika zostaja unoszone podczas gdy czastki drugiego skladnika pozostaja w zwartym zlozu.Reagent staly zawiera czastki, które przy odpo¬ wiedniej predkosci moga tworzyc zawiesine, przy czym zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku, cza¬ stki reagenta stalego doprowadza sie w takiej ilosci, aby ograniczyc przemieszczanie sie czastek reagu¬ jacych w celu przedluzenia czasu ich przebywania w zwartym zlozu, gdzie wieksza czesc co najmniej jednego reagentu wchodzi calkowicie w reakcje. Je¬ dnym z reagentów jest paliwo weglowe, które spa¬ la sie w zlozu w celu wytworzenia energii ciepl¬ nej.Wyprodukowana energie cieplna odprowadza sie za posrednictwem medium przenoszacego cieplo po¬ przez rury kotlowe w pierwszej przestrzeni zloza.Medium przenoszace cieplo przechodzi przynajmniej przez czesc obiegu recyrkulacyjnego, aby cieplo za¬ warte w czastkach pierwszego skladnika zostalo przekazane do tego medium.Gdy staly reagent zawiera zasadniczo czastki we¬ gla a reagent gazowy stanowi powietrze, wtedy zgo¬ dnie ze sposobem wedlug wynalazku wegiel spala sie w zlozu fluidalnym, wybiera sie pewna ilosc czastek drugiego skladnika zloza, tak ze wieksza czesc wegla zostaje spalona w zwartym zlozu flu¬ idalnym, i odprowadza sie energie cieplna.Korzystnie przeprowadza sie to przez przepro¬ wadzanie czynnika przenoszacego cieplo przez co najmniej czesc pierwszej przestrzeni zloza na ze¬ wnatrz drugiej przestrzeni i wybiera sie pewna ilosc czastek pierwszego skladnika, tak ze stopien przekazywania ciepla do czynnika przenoszacego jest znacznie zwiekszony. Czynnik przenoszacy cie¬ plo przeplywa równiez przez wieksza czesc zwar¬ tego zloza.Energie cieplna odprowadza sie z predkoscia od¬ powiednia dla utrzymania temperatury zloza zasad¬ niczo ponizej punktu topnienia popiolu, tak aby wszystek popiól tworzyl zawiesine z czastkami pier¬ wszego skladnika, przy czym popiól oddziela sie od tych czastek w przewodzie recyrkulacyjnym.Paliwo weglowe moze zawierac siarke i w zwiaz¬ ku z tym do zloza fluidalnego doprowadza sie sor¬ bent siarki. Taki sorbent zawiera korzystnie weglan wapnia i/lub magnezu, zawarty w kamieniu wapien¬ nym lub dolomicie, który dodaje sie w czastkach o rozmiarach odpowiadajacych situ majacemu — 39,5'—(128 oczek/om. Stosunek ilosci wapnia dodawa¬ nego w postaci weglanu do zloza do ilosci siarki zawartej w paliwie weglowym wynosi 1 do 3 moli wapnia na jeden mol siarki.Korzystnie czastki pierwszego i drugiego skladni¬ ka zloza sa to czastki tego samego materialu, przy czym pierwszy skladnik jest zlozony z czastek dro¬ bniejszych a drugi z grubszych.Korzystnie, co najmniej drugi skladnik ma duza stabilnosc temperatury i jest zasadniczo obojetny w warunkach pracy zloza, przy czym zapewnia on prawidlowy przebieg fluidyzacj i, dokladne miesza¬ nie i przenoszenie ciepla w zlozu. Podczas utlenia¬ nia w zlozu, czastki obu skladników korzystnie za¬ wieraja imetale lub tlenki metali takie jak tlenek zelaza, zawarty w hematycie.Skladniki zloza moga alternatywnie zawierac tlenek glinu, nikiel lub tlenek niklu. Drobniejsze czastki tlenku zelaza maja rozmiar odpowiadajacy 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60117 560 5 6 situ majacemu —6,3+56 oczek/cm, a grubsze czast¬ ki — 4,75+6,3 oczek/cm.Korzystnie zwarte zloze fluidalne jest umieszczo¬ ne w pojemniku majacym czesc o ksztalcie cylin¬ drycznym lufo pryzmatycznym, przy czym ilosc grubszych czastek powinna wypelniac te czesc na glebokosci co najmniej 24,5 cm przy zlozu niesflu- idyzowaiiym.W innym korzystnym rozwiazaniu czastki stale pierwszego skladnika stanowia weglan wapnia, magnezu lub obydwa te pierwiastki zawarte w wa¬ pieniu lub dolomicie. W tym przypadku czastki dru¬ giego slkladnika zawieraja zasadniczo metal lub tlenek metalu, taki jak tlenek zelaza zawarty w hematycie.Alternatywnie, czastki drugiego skladnika zawie¬ raja tlenek glinu, nikiel lub tlenek niklu.Czastki hematytu stanowiacego drugi skladnik zloza maja rozmiar odpowiadajacy situ majacemu —4,75+6,30 oczek/om, a czastki wapienia stanowia¬ cego pierwszy skladnik maja rozmiar odpowiadaja¬ cy situ majacemu —7,9+15,8 oczek/cm. Predkosc powierzchniowa zloza wynosi 6 do 12 m/sek. Czyn¬ nik przenoszacy cieplo przeprowadza sie przez ru¬ ry kotlowe w pierwszej przestrzeni zloza, w któ¬ rej zawarta jest druga przestrzen tego zloza.Korzystnie przeplyw czastek pierwszego skladnika zloza w obwodzie recyrkulacyjnym ogranicza sie do tworzenia zapasu tych czastek przez gromadze¬ nie w zbiorniku takiej ilosci tych czastek, ze jest odpowiednia do zabezpieczenia przed cofaniem sie plynacego strumienia, co moze byc powodowane przez cisnienie fluidyzowania, stosowane w zwar¬ tej czesci zloza.Tworzacy sie popiól jest gromadzony razem z drobnymi czastkami w zbiorniku, w którym czastki te fluidyzuje sie, wskutek czego nastepuje oddzie¬ lenie popiolu, który zostaje usuniety.Ograniczony przeplyw pewnej ilosci czastek i predkosc powierzchniowa sa tak dobierane, aby za¬ pewnic zadana predkosc recyrkulacji dla czastek pierwszego skladnika, która wyraza sie w kilogra¬ mach na sekunde na metr kwadratowy powierzch¬ ni przekroju poprzecznego zwartego zloza fluidalne¬ go, która to powierzchnia jest prostopadla do glów¬ nego kierunku ruchu czastek pierwszego skladnika.Gdy powietrze reaguje z paliwem weglowym, korzystnie doprowadza sie czesc powietrza do zwar¬ tej czesci zloza z predkoscia odpowiednia do flui¬ dyzowania czastek drugiego skladnika i do powo¬ dowania cyrkulacji czastek pierwszego skladnika w tym zlozu, przy czym w co najmniej wiekszej cze¬ sci zwartego zloza powoduje sie niedobór tlenu, a druga czesc powietrza doprowadza sie do zawiesi¬ nowej czesci zloza, tak ze co najmniej wieksza czesc zloza zawiesinowego ma nadmiar tlenu.Czynnik przenoszacy cieplo przeprowadzil sie przez co najmniej czesc pierwszej przestrzeni zlo¬ za na zewnatrz drugiej przestrzeni tego zloza w ce¬ lu odprowadzenia z tego zloza energii cieplnej.Korzysc plynaca z tego sposobu polega na tym, ze czasteczki w zlozu fluidalnym i w zawiesinie sta¬ nowia dodatek do dowolnych czasteczek reagentów, zas ich wzajemne oddzialywanie (zderzenia itd.) zwieksza czas pobytu tych reagentów w ukladzie i powoduje lepsze przekazywanie ciepla oraz bar¬ dziej skuteczne dzialanie niz w znanych ukladach, posiadajacych tylko jedno zjoze fluidalne czastek, oddzialywujacych wzajemnie z reagentami. 5 Zloze fluidalne wytwarzane sposobem wedlug wy¬ nalazku moze byc stosowane w wielu procesach od prostych reakcji wymiany ciepla poprzez reakcje katalityczne az do zlozonych reakcji chemicznych.Sposób wedlug wynalazku bardzo korzystnie na¬ daje sie do wykorzystania przy eksploatacji komo¬ ry spalania ze zlozem fluidalnym do spalania we¬ gla o wysokiej zawartosci siarki, w celu doprowa¬ dzenia ciepla do opalania kotlów.Zastosowanie zloza fluidalnego do opalania ko¬ tlów wykazuje zalety w porównaniu z konwencjo¬ nalnymi sposobami opalania kotlów pylem weglo¬ wym, polegajace na zmniejszeniu rozmiarów kotla, zwiekszeniu efektywnosci dzialania i zdolnosci spa¬ lania wegla koksujacego.Ponadto przez stosowanie niskiej temperatury, to znaczy okolo 900°C optymalizuje sie sprawnosc re¬ akcji tworzenia CaS04, redukuje sie emisje NOx i S02 oraz zmniejsza sie zuzycie i korozje przewo¬ dów pary.Sposób wedlug wynalazku zapewnia wszystkie za¬ lety konwencjonalnych sposobów opalania kotlów, a ponadto umozliwia dalsze zmniejszenie rozmia¬ rów kotla i powierzchni przenoszenia ciepla.Zalety sposobu wedlug wynalazku powoduja zna¬ czne zmniejszenie feosztów przemsylowych ukladów kotlowych, wskutek oszczednosci materialowych, pracy, kosztów transportu oraz przez eliminowanie koniecznosci budowy wielu kotlów, które wskutek zastosowania sposobu wedlug wynalazku moga miec bardziej zwarta budowe i nadaja sie do transpor¬ tu kolejowego lub samochodowego.Duzy wsad na jednostke objetosci i duza ilosc produkowanego ciepla, zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku sa uzyskiwane czesciowo przez wysoki wspólczynnik przenoszenia ciepla w calej objetosci komory spalania, zawierajacej powierzchnie prze¬ noszenia ciepla, znajdujace sie powyzej zwartej czesci zloza. Komora spalarnia moze zawierac w swym wnetrzu rury kotlowe, które odbieraja cieplo przekazywane przez drobne czastki zloza, obiega¬ jace caly obszar rur kotlowych w wyniku porywa¬ nia tych czastek przez strumien gazu.Sposób wedlug wynalazku zapewnia wysoka spra¬ wnosc reakcji i regulowanie w szerokim zakresie parametrów procesu. Przez zmniejszenie ilosci wpro¬ wadzanego wegla i w zwiazku z tym takze ilosci powietrza kociol pracuje przy niskiej temperaturze ciepla odlotowego, w warunkach konwencjonalne¬ go zloza fluidalnego bez porywania drobnych cza¬ stek zloza przez strumien gazu.Wytwarzanie ciepla w urzadzeniu o zwartej bu¬ dowie wymaga wysokiego przerobu wegla, co z ko¬ lei wymaga duzej ilosci powietrza w jednostce cza¬ su do spalania wegla, to znaczy powietrze musi przeplywac przez zloze fluidalne z duza predkoscia.Powietrze to, jak równiez gazy powstajace w wy¬ niku spalania, sluza do fluidyzowania zloza, przy czym jego predkosc jest w dalszej czesci opisu na¬ zywana predkoscia powierzchniowa.Predkosc powierzchniowa jest obliczana przez po- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60117560 7 8 dzielenie objetosci gazu na jednostke czasu, prze¬ plywajacego przez komore spalania przez pole prze¬ kroju poprzecznego tej komory prostopadle do gló¬ wnego kierunku przeplywu powietrza.Pierwotnie komory spalania ze zlozem fluidal¬ nym pracowaly przy predkosciach powierzchnio¬ wych nie wiekszych niz okolo 3 do 4,2 m/sek i mniejszych, poniewaz przy wiekszych predkosciach duze ilosci czastek weglistych i czastek wapienia zostaja wydimuchiwarie na zewnatrz komory, na dlu¬ go przed ich calkowitym spaleniem.W sposobie wedlug wynalazku, komora spalania pracuje przy predkosci powierzchniowej wiekszej niz 9 m/sek i nie ma zadnych istotnych powodów, aby tej predkosci nie zwiekszyc do 30 m/sek, przy odpowiednim ustaleniu innych parametrów procesu.Zgodnie z jednym z korzystnych rozwiazan sposo¬ bu wedlug wynalazku, zamiast konwencjonalnego zloza kamienia wapiennego mozna zastosowac cza¬ stki dwóch skladników, z których co najmniej je¬ den bedzie glównie zawieral material o dlugotrwa¬ lej stabilnosci fizycznej i chemicznej.Jeden material korzystnie zastosowany jako je¬ den lub dwa skladniki zloza stanowi ruda hema- tytowa zawierajaca okolo 93% tlenku zelaza Fe303.Pierwszy skladnik zloza zawiera drobne czastki tej rudy o rozmiarze odpowiadajacym situ majacemu — 6,3+55 oczek/cm, to znaczy, ze czastki te przecho¬ dza przez otwory w sicie, majacym 55 oczek/cm.Odpowiednio, alternatywne czastki pierwszego skladnika moga stanowiac czastki wapienia o wiel¬ kosci odpowiadajacej situ majacemu —7,9 + 15,8 oczek/cm.W obu przypadkach drugi skladnik stanowia gru¬ be czastki o wielkosci odpowiadajacej situ majace¬ mu — 4,75+6,3 oczek/cm. Zloze zawierajace te dro¬ bne i grube czastki fluidyzuje sie gazem, stosujac predkosc powierzchniowa okolo 9 m/sek.Przy tej predkosci drobne czastki hematytu lub wapienia sa unoszone w pradzie powietrza tworzac sfluidyzowame zloze; zawiesinowe, które znacznie ekspanduje i wypelnia przestrzen calej komory spa¬ lania oraz jej przewody wylotowe. Grube czastki hematytu sa zbyt ciezkie, aby mogly byc unoszo¬ ne, tworza wiec one zwarte zloze fluidalne, które znajduje sie w bardziej zageszczonym obszarze przy dnie komory spalania.Drobne czastki sa unoszone na zewnatrz komory spalania, do separatora, takiego jak separator cy¬ klonowy, gdzie te drobne czastki sa oddzielane od strumienia niosacego je gazu i wprowadzane sa do przewodu recyrkulacyjnego.Z przewodu recyrkulacyjnego drobne czastki prze¬ prowadza sie ponownie poprzez zwarte zloze flui¬ dalne. Jak z tego wynika drobne czastki cyrkuluja w sposób ciagly poprzez fluidyzowane zloze czastek grubych.Do zloza fluidalnego zawierajacego zmieszane grube i drobne czastki, doprowadza sie wegiel i prowadzi sie proces spalania w celu wytworzenia ciepla. Cieplo odprowadza sie za posrednictwem czynnika przenoszacego cieplo, takiego jak woda zawarta w rurach kotlowych, przeplywajaca w ob¬ szarze zloza zawiesinowego jak równiez zwartego zloza fluidalnego.Sproszkowany wapien o rozmiarach czastek ko¬ rzystnie odpowiadajacych situ majacemu — 128 oczek/cm doprowadza sie razem z weglem. W ko¬ morze spalania utrzymuje sie temperature okolo 900°C w celu wzmozenia dzialania wapienia jako sorbenta siarki.Korzysci iz zastosowania sposobu wedlug wyna¬ lazku do ogrzewania kotla sa przedstawione przez badanie jego charakterystyki. ReCyrkulujace drob¬ ne czastki zloza, które wnikaja do wnetrza zwartej czesci tego zloza, powoduja bardzo równomierna fluidyzacje i dokladne mieszanie czastek, na co ma równiez wplyw bezposredni kontakt skladników stalych i gazowych, wprowadzanych do zwartego zloza fluidalnego.Jezeli predkosc powierzchniowa jest zbyt wy¬ soka, wtedy zmieszane czastki zloza opózniaja ruch czastek wegla i sproszkowanego wapienia w kierunku przeplywu powietrza. Wskutek te¬ go czastki wegla sa przytrzymywane w zwartyrit zlozu przez odpowiednio dluzszy czas, az wiek¬ sza czesc czastek wegla zostanie calkowicie spa¬ lona, przed ich odprowadzeniem z obszaru zwar¬ tego zloza.Podobnie czas przebywania czastek sproszkowa¬ nego wapienia musi byc wystarczajacy dla uzyska¬ nia zadanej efektywnosci tych czastek, jako sorben¬ ta siarki.Wielkosc powierzchni wapienia, reagujacej z dwu¬ tlenkiem siarki moze byc zwiekszona przez drob¬ niejsze jego zmielenie. Jednakze wczesniej nie mo¬ glo to byc stosowane, poniewaz przy duzej pred¬ kosci male czastki byly wydmuchiwane z komory spalania zanim mogly zaabsorbowac istotne ilosci siarki. Dlatego tez w wielu rozwiazaniach stoso¬ wano grubsze czastki wapienia, uzyskujac ich nowe czynne powierzchnie w wyniku scierania sie cza¬ stek. Jednakze wapien o dobrych wlasciwosciach scierania sie nie jest materialem latwo dostepnym w róznych czesciach swiata.W sposobie wedlug wynalazku okazalo sie mozli¬ we stosowanie kazdego rodzaju wapienia, poniewaz jego wlasnosci scierania sie nie maja zasadniczego wplywu na przebieg procesu.Przedluzenie czasu przebywania drobnych czastek wegla lub sproszkowanego wapienia w zwartej cze¬ sci zloza fluidalnego i zastosowanie zgodnie ze spo¬ sobem wedlug wynalazku duzej predkosci powierz¬ chniowej jest mozliwe, poniewaz grubsze czastki zawarte w zlozu ograniczaja droge przeplywu drob¬ nych czastek, a oba rodzaje czastek ograniczaja droge przeplywu czastek wegla i wapienia w prze¬ strzeni zwartego zloza.Sproszkowany wapien stosuje sie jako sorbent siarki, przy czym zmniejsza sie nieco zuzycie wa¬ pienia w celu zmniejszenia ilosci powstajacego wa¬ pienia zasiarczonego. Ponadto stosuje sie rozdrab¬ nianie hematytu, wskutek czego otrzymuje sie sta¬ le swieze powierzchnie wapienia zdolne do absorpcji dwutlenku siarki.Przedmiot wynalazku jest wyjasniony przyklado¬ wo na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia schematycznie instalacje kotlowa ze zlozem fluidalnym, fig. 2 — glówna komore sipalania, sepa¬ rator i system recyrkulacyjny z fig, 1, fig. 3 — od- 10 15 20 25 80 35 40 45 50 55 609 117 560 10 miane urzadzenia z fig. 2, w którym wymiennik cie¬ pla jest wlaczony w uklad recyrkulacyjny, a fig. 4 — urzadzenie z fig. 2 przystosowane do dwusto¬ pniowego spalania.Przyklad I. W przykladzie tym jest pokaza¬ ne zastosowanie sposobu wedlug wynalazku w przy¬ padku reakcji spalania paliwa dla uzyskania ciepla potrzebnego do rozmaitego rodzaju zastosowan, na przyklad wytwarzania pary wodnej, ciepla, reakcji itd.Zgodnie z przykladem zastosowania sposobu we¬ dlug wynalazku, przedstawionym na rysunku, we¬ giel o duzej zawartosci siarki, doprowadzony z urza¬ dzenia magazynowego 10 spala sie w celu dostar¬ czenia energii cieplnej w postaci pary pod cisnie¬ niem przenoszonej przewodem 12.Drugim stosowanym surowcem jest sproszkowa¬ ny kamien wapienny, zwlaszcza CaCOs lub dolo¬ mit, zwlaszcza CaMjg(C08)g, doprowadzany z urza¬ dzenia magazynowego 14. Material ten jest zasto¬ sowany jako sorbent dla zatrzymywania siarki w weglu i ograniczenia emisji dwutlenku siarki po¬ przez warstwe gazów, do zadanej wartosci.Wegiel spala sie w glównej komorze spalania 16 do której wegiel wtryskuje sie poprzez przewód 18 wzdluz którego jest on przenoszony w strumieniu sprezonego powietrza. Sproszkowany kamien wa¬ pienny doprowadza sie równiez (przewodem 18. We¬ giel i kamien doprowadza sie w odpowiednio krót¬ kim czasie, okolo czterech godzin z zasobników sa¬ mowyladowczych 20 i 22 i dozuje sie je do prze¬ wodu 18 za pomoca konwencjonalnych podajników gwiazdowych lub podobnych, nie pokazanych na rysunku.Wegiel i kamien wapienny sa uzpelniane za po¬ moca przenosników 24 i 26. Kamien wapienny znaj¬ dujacy sie w urzadzeniu magazynowym 14 stanowi dostepne w handlu sproszkowane wapno nawozowe, natomiast wegiel doprowadza sie z urzadzenia ma¬ gazynowego 10 do mlyna 28 za pomoca przenosnika 30 w celu rozdrobnienia.Powietrze do spalania wegla jak równiez powie¬ trze do fluidyzacji dostarcza sie ;za pomoca dmu¬ chawy 32 poprzez przewód 34 pod cisnieniem oko¬ lo 294 kPa lub wiekszym. Czastki stale unoszone w strumieniu gazu poprzez glówna komore spala¬ nia 16 sa usuwane za pomoca glównego separato¬ ra 36 i wtórnego separatora 38 oraz elektrofiltru 40.Czastki stale usuwane za pomoca wtórnego se¬ paratora 39 typu cyklonowego oraz czastki usuwa¬ ne przez elektrofiltr 40 stanowia zasadniczo .popiól, który odprowadza sie poprzez przewody opadowe 42 i 44 do zbiornika popiolu 46, Dzialanie glówne¬ go separatora 36 jest opisane ponizej.Przed odprowadzeniem gazów do komina kanalem dymowym 48 przechodza one przez wymiennik cie¬ pla 50, z którego duza czesc ciepla pozostajaca w gazach, zostaje przekazana do ogrzania wody zasi¬ lajacej kotla, doprowadzanej przewodem 52. Ogrza¬ na woda zasilajaca przechodzi nastepnie przewo¬ dem 54 do walczaka 56 w celu uzupelnienia strat wody. Kondensat zawracany "z przewodu 12 i doda¬ wana woda zasilajaca sa doprowadzane do rur ko¬ tlowych 58.Dla jasnosci rysunku pokazano tylko jedna rure kotlowa 58. Kazda rura ma ksztalt litery U i wode doprowadza sie do jednego jej konca 58a. Woda przeplywa do wnetrza glównej komory spalania i 5 powraca niosac pare do drugiego konca 58b i do przewodu rozgaleznego pary, walczaka polaczone¬ go z przewodem 12 ukladu zasilania para.Jak pokazano na rysunku zwlaszcza na fig. 2, w glównej komorze spalania 16 wytwarza sie zloze fluidalne w pierwszej przestrzeni I zawierajacej pierwsze stale czastki skladnika 60 zloza; W pierw¬ szej przestrzeni I zloza jest utworzona druga prze¬ strzen II zawierajaca drugie stale czastki 62 dru¬ giego skladnika zloza.Czastki 62 drugiego skladnika zloza zawieraja za¬ sadniczo material o dlugotrwalej stabilnosci fizycz¬ nej i chemicznej wskutek czego nie ulegaja aglo¬ meracji ani scieraniu.Pierwsze czastki skladnika 60 sa zawieszone w gazie plynacym przez komore spalania 16. Strumien gazu plynacego w komorze 16 wytwarza sie przez wtryskiwanie 'powietrza otworem 64 w rozdziela¬ czu 66 znajdujacym sie ponad komora sprezonego powietrza 68, do której doprowadza sie, powietrze przewodem 34 od dmuchawy 32.Czastki skladnika 60 sa odprowadzane z komory 60 przewodem 70 do glównego separatora 36. Se¬ parator 36 jest przedstawiony na rysunku jako cy¬ klon, który sluzy do oddzielania w zasadzie wszy¬ stkich czastek pierwszego skladnika ze strumieniem gazu przed jego wyjsciem do przewodu 72. iSeparator 36 wraz z komora zasobnikowa 74 i przewodem 76 stanowia uklad recyrkulacyjny dla czastek pierwszego skladnika 60 uchodzacych z pierwszej przestrzeni I poprzez zwarte zloze flu¬ idalne w przestrzeni II. Predkosc powierzchniowa w zlozu jest taka, ze czastki 62 drugiego skladnika sa utrzymywane w zwartym zlozu, natomiast czast¬ ki pierwszego skladnika 60 recyrkuluja i wzajem¬ nie przenikaja poprzez zwarte zloze, mieszajac sie z czastkami drugiego skladnika.W procesie spalania biora udzial dwa glówne reagenty, a mianowicie rozdrobniony wegiel dopro¬ wadzany przewodem 18 i powietrze doprowadzane przewodem 34. Te reagenty, jak równiez sproszko¬ wany kamien wapienny doprowadzany takze (prze¬ wodem 18, zostaja dokladnie zmieszane w wyniku ruchu wzajemnego zmieszanych ze soba czastek w zwartym zlozu fluidalnym.Wegiel i kamien wapienny sa wprowadzane w miejscu, znajdujacym sie ponad rozdzielaczem 66 ale ponizej rur koltowych 58, wskutek czego zasad¬ niczy proces mieszania przebiega bez zaklócen spo¬ wodowanych obecnoscia rur kotlowych, przed wpro¬ wadzeniem reagentów do obszaru tych rur.Glówna komora spalania 16 ma wysokosc wyno¬ szaca okolo 6 m, a rozmiar przekroju poprzecznego taki, aby pomiescic ilosc rur kotlowych konieczna dla uzyskania maksymalnej zdolnosci wytwarzania ciepla przy optymalnej temperaturze zwartego zlo¬ za wynoszacej od okolo 800°C do 950°C.Zastosowane rury kotlowe 58 moga miec sredni¬ ce wynoszaca 5 om i sa rozmieszczone w odleglo¬ sciach wynoszacych równiez 5 cm. Mozliwe jest ta¬ kie usytuowanie rur, ze wieksza liczba rur znaj- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 €011 117560 12 duje sie przy wierzcholkach komory spalania w przestrzeni I lecz na zewnatrz przestrzeni II, niz przy dnie w obszarze zwartego zloza, wskutek cze¬ go czastki zloza fluidalnego beda latwiej przeply¬ wac poprzez mniejsze przestrzenie pomiedzy rura¬ mi. ' , - Poniewaz zloze fluidalne ma wysoki wspólczyn¬ nik chlodzenia, komora 16 jest wyposazona w sta¬ lowy plaszcz, izolowany na zewnatrz ogniotrwalym filcem lub cegla ogniotrwala.Wegiel/wprowadza sie w ilosci koniecznej do wy¬ produkowania maksymalnej, zadanej ilosci ciepla.Ilosc powietrza doprowadzanego przewodem 34 i poprzez rozdzielacz 66 musi byc odpowiednia dla przeprowadzenia reakcji calkowitego spalania we¬ gla.Okazalo sie, ze nadmiar tlenu w ilosci 20% powy¬ zej ilosci koniecznej do utlenienia wegla na C02, jest potrzebny dla uzyskania dobrego wyniku spa¬ lania i ten fakt bierze sie pod uwage przy oblicza¬ niu ilosci dostarczanego powietrza. Ilosc wprowa¬ dzanego powietrza ma wplyw na predkosc powierz¬ chniowa zloza.Opierajac sie na maksymalnej predkosci powierz¬ chniowej, czastki skladników zloza dobiera sie tak, ze czastki pierwszego skladnika 60 tworza zawie¬ sine, natomiast czastki drugiego skladnika sa usta¬ lone w zwartym zlozu w bardziej ograniczonej drugiej przestrzeni II.Zakladajac, ze dobrano odpowiedni material, ta¬ ki jak opisana powyzej ruda hematytcwa, to roz¬ miary czastek moga byc wyznaczone z duzym przy¬ blizeniem na podstawie obliczen graficznych i ana¬ litycznych opisanych w artykule L. Ren pt. „Ob¬ róbka zloza fluidalnego" w Chemical Engineering Progress, Vol. 67, Nr 2, February 1971, str. 58, 63.Dane te równiez sa zawarte w opisie patentowym USA nr 3665408.Dla ^aparatury zloza fluidalnego, wielkosci otrzy¬ mane z obliczenia moga byc w przypadku koniecz¬ nosci, sprawdzone eksperymentalnie.. Czastki 62 drugiego skladnika maja korzystnie nieco wiekszy rozmiar niz najwieksze czastki, któ¬ re zostaja wdmuchiwane do separatora 36 i maja maLe zróznicowanie rozmiarów.Czastki pierwszego skladnika korzystnie maja zróznicowane znacznie rozmiary i ich rozdzielanie przebiega od najwiekszych czastek, które sa regu¬ larnie wdmuchiwane do separatora 36, poprzez sto^ pniowo, czastki o mniejszych rozmiarach, az do czastek o rozimiarach nieco wiekszych od najwiek¬ szych czastek, które moga byc wdmuchiwane do wtórnego separatora .38, W przykladzie przedstawionym na fig. 4, komore spalania 16 stanowi rura stalowa o srednicy co naj¬ mniej 15 cmi wysokosci 3 m, podobna do komory z fig* 2. Przy predkosci powierzchniowej okolo 9 m/ /sek Oba skladniki zloza zawieraja mineral hemaiy- towy. Czastki 62 drugiego skladnika mialy wymia¬ ry czastek przedstawione w tabeli 1 za pomoca ana¬ lizy sitowej.Analiza sitowa dla czastek pierwszego skladnika 60 jestpodana w tabeli 2.Ilosc czastek 62 drugiego skladnika zloza jest ko¬ rzystnie taka, aby ograniczyc ruch czastek wegla Tabela 1 Ilosc oczek/em -3,15+ 3,95 -3,95+ 4,75 -4,75+ 6,3 I -6,3 + 7,9 -7,9' +11,8 -11,8 Ciezar % 0,0 " ; 4,99 ¦ | 92,40 | 2,25 6,15 0,21 Tabela % 1 Ciezar % -4,75+ 6,3 1 -6,3 + 7,9 -7,9 + 11,8 -11,8+ 15,8 -15,8+ 27,5 -27,5+ 39,5 -39,5+ 56 -55 + 79 -79 +128 -128 Ilosc oczek/cm 2,5 10,1 14,2 17,8 35,4 ' 9,7 7,4 0,66 0,S2 0r71 1 30 w kierunku glównego przeplywu powietrza w ce¬ lu przetrzymywania czastek wegla w zwartym zlo¬ zu tak, aby najwieksza czesc wegla zostala calkowi¬ cie spalona w przestrzeni II.Pomiary cisnienia w miejscach wzdluz wysokosci 35 komory 16 wykazuja, ze prawie calkowity spadek cisnienia gazu fluidyzacyjnego ponad rozdzielaczem 66 nastepuje w gestym zlozu w przestrzeni II. W zwiazku z tym stwierdzono, ze czas przebywania czastki w zlozu zawiesinowym ma raczej male zna- 40 czenie. Ponadto stwierdzono, ze gdy ilosc czastek drugiego skladnika zostanie znacznie zredukowana, spalanie moze przebiegac w glównym separatorze 36.W przedstawionym przykladzie zastosowania spo- 45 sobu wedlug wynalazku, jest to niekorzystne, na¬ tomiast przy innych zastosowaniach moze to byc dopuszczalne lulb nawet korzystne dla prowadzenia wielokrotnej cyrkulacji podczas której przebiega calkowita reakcja.W Przy predkosci powierzchniowej 6 do 12 m/sek i przy zastosowaniu czastek gruboziarnistych mi¬ neralu hematytowego, jak wynika z przedstawionej powyzej analizy sitowej, ilosc gruiboziarni«tych cza¬ stek 62, powinna byc wystarczajaca do napelnienia 55 cylindrycznej lub pryzmatycznej czesci komory 16 na glebokosc co najmniej 25 cm, w celu zabezpie¬ czenia przed spalaniem wiekszej czesci wegla w glównym separatorze 36.Gdy wieksza ilosc czastek 62 znajduje sie w zwar- 80 tym zlozu fluidalnym w przestrzeni II musi wyste¬ powac wieksze cisnienie opadowe w celu trzyma¬ nia dobrej fluidyzacji i konsekwentnie powietrze dmuchawy 32 musi byc dostarczane pod wyzszym cisnieniem, co powoduje wieksze zapotrzebowanie 85 mocy i zuzycie dmuchawy.117 560 13 14 Glównymi funkcjami czastek pierwszego skladni¬ ka 60, w przedstawionym przykladzie, jest przeno¬ szenie ciepla do rur kotlowych w obszarze prze¬ strzeni I pomad przestrzenia n w celu polepszenia fluidyzacji w zwartym zlozu w przestrzeni II i mie¬ szanie wegla, powietrza i sproszkowanego kamie¬ nia wapiennego, co zapewnia utrzymanie reagen¬ tów w komorze 16 az do calkowitego spalenia we¬ gla i zaabsorbowania najwiekszej ilosci dwutlenku siarki przez kamien wapienny.W przedstawionym przykladzie dalsza wazna funkcje czastek pierwszego skladnika 60 jest usz¬ czelnianie odgalezienia recyrkulacyjnego, aby uinik- nac koniecznosci stosowania podajnika obrotowego lub podobnego pomiedzy komora zasobnikowa 74 i przewodem 76.Cisnienie powietrza stosowane przy dnie gestego zloza fluidalnego w przestrzeni II jest równiez sto¬ sowane jako cisnienie wsteczne do przewodu 76.W celu utrzymania drobnych czastek zloza prze¬ plywajacych z komory zasobnikowej 74 poprzez przewód 76 i do glównej komory spalania 16, prze¬ ciw dzialaniu cisnienia wstecznego, czastki fluidy- zuje sie powietrzem wtryskiwanym do przewodu 76 poprzez zawór pokazany strzalka 80.W celu doprowadzenia powietrza do przewodu 76 o cisnieniu wystarczajacym do utrzymania czastek wplywajacych do komory 16, gromadzi sie czastki 77 w komorze zasobnikowej 74 na takiej glebokos¬ ci, aby mozna bylo zapewnic odpowiednie cisnie¬ nie w przewodzie 76 zabezpieczajace przed prze¬ chodzeniem do separatora 36. Zgromadzone czastki sa utrzymywane przez ograniczenie przeplywu cza¬ stek z komory 74 do przewodu 76, za pomoca za¬ woru kulowego 78. Polozenie zaworu jest regulowa¬ ne wielkoscia recyrkulacji czastek pierwszego sklad¬ nika 60 ukladu spalania.Przy uruchamianiu komory spalania tylko gru¬ be czastki 62 drugiego skladnika laduje sie wstep¬ nie do komory 16 razem ze wzglednie grubym we¬ glem, to znaczy o wielkosci odpowiadajacej situ majacemu —3,15+7,9 oczek/om, które sa spalane wstepnie, przy podwyzszeniu temperatury w ko¬ morze 16 powyzej 800°C.•Nastepnie drobny wegiel lub mieszanine pospól- ki weglowej sprowadza sie przewodem 18. Podczas gdy w eksperymentalnej komorze spalania moga byc spalone tylko drobniejsze z grubych czastek, to w wiekszych komorach spalania moga byc sto¬ sowane czastki o rozmiarach srednicy nawet wiek¬ szych od 3 do 6 mm.Uruchomienie komory spalania odbywa sie przy zamknietym zaworze kulowym i bez czastek pierw¬ szego skladnika 60 w komorze 16, chociaz zasila¬ nie moze sie odbywac w komorze zasobnikowej 74, tak, ze komora 74 i przewód 76 beda zamkniete, pomimo otwarcia zaworu 78.Wstepnie albo nieco pózniej doprowadza sie do¬ datkowe drobne i grubsze czastki do komory 16 poprzez kosz samowyladowczy 84. Powietrze do¬ prowadza sie zaworem pokazanym na rysunku strzalka 86, które wplywa razem ze strumieniem czastek z kosza 84 do komory 16.Uo uruchomieniu komory 16 otwiera sie stopnio¬ wo zaw£r 78 az do otrzymania zadanego stopnia recyrkulacji. Nalezy przy tym. koniecznie pamietac o minimalnej wysokosci drobnych czastek w ko¬ morze 74, koniecznej do zamkniecia odgalezionego przewodu opadowego, oraz o tym, ze w ustalonych 5 warunkach pracy drobne czastki sa zawracane do komery 74 w tej samej ilosci w jakiej przeplywa¬ ja przez zawór 78. W zwiazku z tym dla utrzyma¬ nia stalego poziomu czastek w komorze 74, pred¬ kosc recyrkulacji jest wprost proporcjonalna do ilo¬ sci drobnych czastek skladnika 60 w zlozu.Stwierdzono, ze przy predkosci powierzchniowej 9 m/sek i przy zastosowaniu drobnych czastek he- matytu do pierwszego skladnika 60, minimalna gle¬ bokosc czastek w komorze 74 potrzebna dla zam¬ kniecia odgalezionego przewodu opadowego, wyno¬ sila okolo 45 cm.Ponadto do tej ilosci drobnych czastek, potrzeb¬ nej do zamkniecia przewodu opadowego dodaje sie minimalna ilosc recyrkulacyjna równowazna do osadzonej niesfluidyzowanej warstwy w komorze spalania 16, której wysokosc wynosi okolo 3,5 cm.Stwierdzono, ze jest to bardzo korzystne dla uzy¬ skania bardzo dobrej charakterystyki przekazywa¬ nia ciepla. Przy dodawaniu wiekszej ilosci drob¬ nych czastek, wspólczynnik przenoszenia ciepla, wy¬ razony w jednostkach ilosci ciepla na jednostke powierzchni rur kotlowych, na sekunde i na sto¬ pien Celsjusza (t2 — s — °C) moze byc wykorzy¬ stany do zwiekszenia poziomu.Odpowiednia iloscia drobnych czastek, korzystnie dodawanych do zwiekszania przekazywania ciepla do rur kotlowych, jest taka ilosc, która nie powo¬ duje niekorzystnej niestabilnosci spalania, spala¬ nia niewydajnego, gromadzenia mieszaniny gazu lub niezdolnosci do uzyskania zadanej wielkosci obie¬ gu roboczego.Bardzo korzystne wyniki uzyskuje sie przy ilosci drobnych czastek dostatecznej do napelnienia ko¬ mory 16 do glebokosci osadzenia wynoszacej od oko¬ lo 6 do 7,5 cm w warunkach niesfluidyzowanych.Do wprowadzania zmniejszania sie zasobu drobnych czastek oraz recyrkulacji, komora 74 jest zaopa¬ trzona w szklany wziernik 88.Separator 36 jest przeznaczony do wylapywania zasadniczo wszystkich czastek pierwszego skladni¬ ka 60 i zawracania ich do komory 74, podczas prze¬ noszenia popiolu w takiej ilosci jak to jest mozli¬ we poprzez przewód 72 do separatora 38. Duza ilosc popiolu, która wpada do komory 74 i miesza sie z drobnymi czastkami skladnika 60 w warst¬ wie 77, jest oddzielana od czastek zloza za pomo¬ ca przewodu opadowego 90 polaczonego z górna czescia komory 74, w której warstwe 77 fluidyzu- je sie sprezonym powietrzem, wtryskiwanym po¬ przez jeden lub wiecej zaworów pokazanych strzal¬ ka 82.Czastki pierwszego skladnika 60 i czastki 62 dru¬ giego skladnika, korzystnie zawieraja tlenek zela¬ za wystepujacy w minerale (hematycie). Czastki tego materialu maja wiele ostrych brzegów, przy czym podczas wstepnego scierania traca one oko¬ lo 8,2% w czasie pierwszych pieciu godzin. Naste¬ pnie wielkosc ta sie wyrównuje i wynosi okolo 0,26% dziennie. Jednorazowa utrata 8% jest dopu¬ szczalna ze wzgledu na stosunkowo niski koszt te- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60117 560 15 16 go materialu a 0,25% dziennie powoduje minimal¬ ne zwiekszenie kosztów, które wyrównuje sie przez bardzo ekonomiczne rozwiazania pozostalych ele¬ mentów wynalazku.Korzystne wyniki uzyskuje sie przez zastosowa¬ nie wapienia w czastkach o rozmiarach odpowia¬ dajacych situ majacemu —7,9+ 15,8 oczek/cm, jako czastek pierwszego skladnika 60 zloza. Gruby mi¬ neral hematytowy o rozmiarze czastek odpowiada¬ jacym situ majacemu —4,75+6,3 oczek/cm zastoso¬ wano jako czastki 62 drugiego skladnika zloza.Prowadzono obróbke zloza fluidalnego przy pred¬ kosci powierzchniowej okolo 9 m/sek. Okazalo si^, ze sproszkowany wapien o rozmiarze czastek od¬ powiadajacym situ majacemu —128 oczek/cm, dzia¬ lal jako wstepny sorbent siarki, poniewaz dostep¬ na powierzchnia i stopien scierania dla czastek wa¬ pienia o rozmiarze odpowiadajacym situ majacemu — 7,9 + 15,8 oczek/cm, uniemozliwia absorbowanie wiecej niz pewnej czesci dwutlenku siarki wytwa¬ rzanego w procesie spalania wegla.Stwierdzono, ze rodzaj wapienia lub dolomitu moze zalezec od geograficznego miejsca jego pocho¬ dzenia i w zwiazku z tym moze miec rózna po¬ datnosc na scieranie.Jezeli wapien o wysokiej scieralnosci zastosuje sie jako pierwszy skladnik 60, musi byc zastosowane odpowiednie urzadzenie do okresowego lub ciagle¬ go uzupelnienia strat wapienia w skladniku 60. Je¬ dnoczesnie ilosc dodawanego z zasobnika 22 spro¬ szkowanego wapienia musi byc mozliwie ograni¬ czona; W innym przypadku, wapien uzyty jako sklad¬ nik 60 imoze nie ulegac istotnemu scieraniu i be¬ dzie uzupelniony tylko przypadkowo, podczas gdy zasadniczo cala ilosc wapienia potrzebna do absor¬ bowania siarki w weglu musi byc dostarczona z zasobnika 22.Eksperymenty z zastosowaniem czastek wapienia tak drobnych jak oczka sita majacego —128 oczek/ /cm wykazaly, ze w systemie przeplywowym, podo¬ bnym jak pokazano na fig. 2, drobniejsze czastki wapienia bardziej skutecznie usuwaja siarke i kon¬ sekwentnie mniejsza ilosc wapienia musi byc uzy¬ ta do odsiarczania gazów z komory 16.Czastki wapienia o rozmiarach odpowiadajacych situ majacemu —39,5 — 128 oczek/cm okazaly sie bardzo korzystne w systemie przeplywowym, podo¬ bnym do pokazanego na fig. 2.Rozmiar czastek sproszkowanego wapienia lub dolomitu, przeznaczonego do czesciowego zastoso¬ wania, moze byc wyznaczony zgodnie z najbardziej idonomicznym kompromisem, zaleznie od rodzaju wapienia, ilosci siarki w weglu, kosztu wapienia, kosztów rozdrabniania i sortowania oraz poziomu siarki w warstwie gazów.Czastka 62 drugiego skladnika zloza fluidalnego, zasadniczo sklada sie z materialu majacego dlugo¬ trwala stabilnosc fizyczna i chemiczna w ukladzie zloza fluidalnego, tak, ze nie tworzy aglomeratów i nie ulega scieraniu. Material ten moze katalizo¬ wac lub wchodzic chwilowo w reakcje chemiczne wystepujace w zlozu, lecz biorac pod uwage dluz¬ sze okresy czasu mierzone w tygodniach lub mie¬ siacach, mozna stwierdzic, ze nie wystepuje zadne dzialanie chemiczne, ani tez zadne zmiany cech fi¬ zycznych wywolywane przez aglomeracje lub scie¬ ranie. Mozna wiec stwierdzic, ze czastki 62 dru¬ giego skladnika pozostaja w zlozu bez zadnych 5 zmian.Okazalo sie, ze obok tlenku zelaza, do zloza w komorze spalania mozna dodawac takze inne od¬ powiednie materialy, takie jak tlenek glinu, ni¬ kiel i tlenek niklu. Materialy te charakteryzuja sie io dlugotrwala stabilnoscia fizyczna i chemiczna w warunkach pracy komory spalania, a ponadto kazdy z tych materialów charakteryzuje sie wysokim wspólczynnikiem przenoszenia ciepla HTP, przed¬ stawionym we wzorze 15 HTP = Cps°s ps1'43 gdzie Cps jest cieplem wlasciwym danego materia¬ lu, a qs — gestoscia.Wartosc wspólczynnika przenoszenia ciepla w zlo¬ zu fluidalnym okazala sie najbardziej korzystna w 20 przypadku czterech materialów, a mianowicie: Fe203 3,81; A1203 2,77; Ni 4,65 oraz NiO 4,09.Fe203 jest bardzo korzystny pod wzgledem eko¬ nomicznym, poniewaz wystepuje on w bardzo du¬ zych skupieniach w naturalnej rudzie hematytowej, 25 która jest latwo dostepna po niskich cenach. Po¬ za tym moga byc stosowane inne materialy, me¬ tale, ich stopy i tlenki.W komorze spalania przedstawionej na fig. 3, czynnik przenoszacy cieplo przeprowadza sie przez 30 co najmniej czesc 100 drogi eyrkulacyjnej, tak, ze cieplo zawarte w czastkach pierwszego skladnika, zostaje przekazane do tego czynnika.Na figurze 3 rysunku zastosowano takie same oznaczenia liczbowe jak na fig. 2. W komorze spa- 35 lania 16 przestrzen I sklada sie z przestrzeni II oraz znajdujacej sie ponad nia przestrzeni III.Jak pokazano na fig. 3, czastki zawieszone w obszarze III przechodza przez przewód 70 do glów¬ nego separatora 36. Czastki pierwszego skladnika 40 60, na przyklad mineralu hematytowego sa odpro¬ wadzane dolnym przewodem separatora 36 do ru¬ chomego zloza w wymienniku ciepla 100. Wymien¬ nik ciepla 100 stanowi czesc drogi cyrkulacyjnej czastek pierwszego skladnika 60 poprzez przewód 45 76a i przestrzen II. W wymienniku ciepla 100, czyn¬ nik przenoszacy cieplo, taki jak woda, jest dopro¬ wadzany przez rury zasilajace 102 a stamtad po¬ przez rury 104 wymiennika ciepla i na zewnatrz poprzez przewód pary 106. Cyrkulujace w zlozu 50 czastki plyna w dól dookola rur 104, tak ze cieplo zawarte w czastkach zloza jest przekazywane po¬ przez rury 104 do chlodziwa.Urzadzenie do wymiany ciepla, przedstawione na fig. 3 moze byc zastosowane do zmniejszania po- 55 wierzchni przenoszenia ciepla w komorze 16 lub do eliminowania rur kotlowych w tej komorze.Na figurze 4 przedstawiono uklad do dwustopnio¬ wego spalania. Po stadium poczatkowym, przebie¬ gajacym z niedoborem tlenu nastepuje drugie arta- 60 dium z nadmiarem tlenu. To umozliwia redukcje emisji NOx.Podczas dwustopniowego spalania, jak uwazano w przeszlosci, powstaje problem tworzenia sie CaS w strefie niedoboru tlenu. Druga trudnoscia, wy- 65 stepujaca przy tradycyjnej metodzie dwustopnio-17 117 560 18 wego spalania, jest krótki czas procesu i niedo¬ kladne mieszanieiw drugim stadium.W rozwiazaniu przedstawionym na fig. 4 proces rozpoczyna sie w obszarze zwartego zloza w wa¬ runkach niedoboru tlenu, a dodatkowe powietrze wtryskuje sie ponad powierzchnia zwartego zloza, które to powietrze sluzy do utleniania gazów reduk¬ cyjnych, wystepujacych razem z CaS zawieszonym w materiale zloza.Wysoki stopien turbulencji w obszarze zloza po¬ woduje wzrost reakcji fizycznych i chemicznych pro¬ cesu. Mozna zastosowac powierzchnie przenoszace cieplo, sluzace do usuwania ciepla wytwarzanego w wyniku spalania w strefie zawiesinowej, wskutek czego wystapi efektywne usuwanie S02.Reakcja redukcji NOx 2NO+ 2C —N2+2CO moze byc optymalizowana bez koniecznosci stosowa¬ nia powierzchni przekazujacej cieplo. Zastosowanie drobnych czastek wapienia wzmaga reakcje gaz — czastki stale, majace duzy wplyw na sprawny prze¬ bieg procesu.Róznica pomiedzy rozwiazaniem pokazanym na fig. 2 i rozwiazaniem pokazanym na fig. 4, polega na tym, ze wedlug fig. 4, przewód 34 doprowadza¬ jacy powietrze fluidyzacyjne jest rozdzielony na dwa przewody 34a i 34b.Czesc powietrza doprowadzana przewodem 34a jest dostarczana do zwartego zloza w przestrzeni II z predkoscia potrzebna do fluidyzowania czastek 62 drugiego skladnika w zlozu, oraz do utrzymywania cyrkulacji czastek pierwszego skladnika 60 zloza, przy czym proces odbywa sie przy niedoborze tle¬ nu w co najmniej wiekszej czesci zloza. Druga czesc powietrza fluidyzacyjnego doprowadzana przewo¬ dem 34b jest dostarczana do zloza w przestrzeni III, tak, ze co najmniej wieksza czesc zloza jest poddawana obróbce w nadmiarze tlenu.Czynnik przenoszacy cieplo, taki jak woda za¬ silajaca kotlowa, przeplywa poprzez rury wodne 58a i parowe 58b oraz rury kotlowe 58 w co naj- 4 mniej czesci przestrzeni III, zawartej w przestrze¬ ni I.Poniewaz paliwo, wegliste sklada sie z wegla o duzej zawartosci siarki, sorbent siarki tzn. wapien, wprowadza sie razem z weglem przewodem 18 do zloza fluidalnego, zwlaszcza do jego zwartej czesci ponad rozdzielaczem 66.Zastosowanie sproszkowanego wapienia o roz¬ miarze czastek odpowiadajacym situ, majacemu —128 oczek/cm przy niskiej temperaturze, powo¬ duje, ze CaS powstaly w gestym zlozu ma postac drobnych czastek unoszonych do góry i tworzacych zawiesine w przestrzeni III zloza. W tej przestrze¬ ni, czastki te zostaja utlenione do CaS04 w wyni¬ ku nadmiaru tlenu w przestrzeni III i czasu ich przebywania w tej przestrzeni w zawiesinie czastek pierwszego skladnika 60.Jednoczesnie przeplyw czynnika przenoszacego cieplo przez te przestrzen, utrzymuje zawieszony material w dostatecznie niskiej temperaturze, co za¬ bezpiecza przed rozkladem siarczanu, który móglby nastapic w wyniku regeneracji S02.Komora spalania o wysokosci 3 m i srednicy 1,5 m, podobna do przedstawionej na fig. 2, zostala za¬ stosowana do spalania 6 wegla zawierajacego okolo 3,9% siarki. Jako czastki 62 drugiego skladnika za¬ stosowano grube czastki mineralu hematytbwegó o rozmiarze odpowiadajacym situ majacemu —4*75 5 +6,3 oczek/cm. Czastki pierwszego skladnika" 60 za¬ stosowane w jednej grupie eksperymentów stano¬ wily drobny mineral hematytowy, ó rozmiarze od^ powiadajacym situ majacemu — 6,3+55 6czek/cm: Otrzymano nastepujace wyniki 10 Wysokosc warstwy gruboziarnis¬ tych czastek niesfluidyzowanych mineralu hematytowego 36,75 cm Predkosc doprowadzania wegla 7 g/s Rozmiar czastek wegla sito o 3,15 15 oczek/cm Predkosc doprowadzania sprosz¬ kowanego wapienia 1,5 g/s Rozmiar czastek sproszkowanego sito o —128 wapienia oczek/cm 20 Temperatura zwartego zloza 895°C Temperatura zloza zawiesinowego 735°C Stosunek molowy wapn/siarka 1,5 Ilosc zatrzymanej siarki 83% Wspólczynnik przenoszenia ciepla 25 w zwartym zlozu (3600 s — 930 cm2 —0,54°C) 64 Wspólczynnik przenoszenia ciepla w zlozu zawiesinowym (3600 s — 930 cm2 —0,54°C) 33 30 Wydajnosc spalania 90% Wydajnosc prowadzonej w ten sposób reakcji spa¬ lania okazala sie bardzo zadowalajaca, poniewaz wynosila 901%.Przyklad II. W przykladzie tym jest pokaza- 35 ne zastosowanie sposobu wedlug wynalazku w przy¬ padku reakcji zgazowywania wegla. Geste zloze grubych czastek o rozmiarze odpowiadajacym situ majacemu —1,6 + 7,9 oczek/cm i stanowiacych cza¬ steczki hematytu, oraz zawiesina zloza stosunkowo 40 drobnych czastek o rozmiarze odpowiadajacym situ majacemu —7,9+27,5 oczek/cm i stanowiacych cza¬ stki wapienia, zostaly sfluidyzowane w reaktorze pokazanym na fig. 2 za pomoca gazu fluidyzujacego o natezeniu wystarczajacym do fluidyzacji grubych 45 czastek w gestym zlozu i do utworzenia zawiesiny drobnych czastek.Jako gaz fluidyzujacy zastosowano powietrze o predkosci powierzchniowej 10 m/s. Czastki wegla o wielkosci odpowiadajacej situ majacemu 3,15 50 oczek/cm oraz czasteczki sproszkowanego wapienia o rozmiarze odpowiadajacym situ majacemu —128 oczek/cm zostaly dodane do gestej pary wraz z pa¬ ra wodna i tlenkiem. Utrzymywano temperature zloza 830°C przy cisnieniu 687 kPa. 55 Reaktor pracowal w warunkach niedoboru tlenu, a otrzymane produkty gazowe stanowily: CO, C02, N02 oraz niewielkie ilosci CH4, C2H4, C^, H2 i H2S.Wydajnosc prowadzonej w ten sposób reakcji zga- 60 zowywania okazala sie bardzo zadowalajaca.Podane przyklady zastosowania sposobu wedlug wynalazku, dotyczace aktywowania wysokospraw- nyeh reakcji spalania i zgazowywania, sluza jedy¬ nie dla ilustracji i nie ograniczaja mozliwosci za- 65 stosowania sposobu.117560 19 20 PL PL