PL185470B1

PL185470B1 - Sposób i urządzenie, zmniejszające oddziaływanie szkodliwych składników cząstek stałych zawiesin na powierzchnie, odprowadzające ciepło

Info

Publication number: PL185470B1
Application number: PL97330293A
Authority: PL
Inventors: Timo Hyppänen
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1997-06-04
Publication date: 2003-05-30
Also published as: PL330293A1; FI962332A0; EP0901597B1; DE69703885T2; CN1221482A; AU3034597A; FI102316B; US6293781B1; ATE198649T1; CN1134608C; ES2155253T3; EP0901597A1; CA2256893A1; JP3417952B2; JPH11512814A; DE69703885D1; CZ295707B6; CA2256893C; CZ397398A3; DK0901597T3

Abstract

1 . Sposób zmniejszania oddzialywania szkodliwych skladników czastek stalych zawiesin na powierzchnie odprowa- dzajace cieplo, w którym czastki stale odprowadza sie z komory reaktora poprzez otwór wylotowy tej komory, po czym wprowa- dza sie czasteczki stale, odprowadzone z komory reaktora, poprzez otwór wlotowy do pierwszej komory, do zloza czaste- czek stalych w niej usytuowanego, a nastepnie odprowadza sie czasteczki stale z pierwszej komory poprzez otwór wylotowy do komory wymiany ciepla, po czym ponownie zawraca sie je z komory wymiany ciepla poprzez otwór wlotowy, do komory reaktora, a nastepnie wprowadza sie gaz, od dna pierwszej komory, do zloza czasteczek stalych, do co najmniej czesci pierwszej komory i odprowadza sie go z pierwszej komory poprzez otwór wylotowy do komory reaktora, znamienny tym, ze czastki stale wprowadza sie do pierwszej komory (216, 316, 416), poprzez otwór wlotowy (226, 326, 426) usytuowany w górnej czesci pierwszej komory (216, 316, 416), na górna czesc zloza czasteczek stalych, usytuowanego w tej komorze (216, 316, 416), przy czym czasteczki stale kieruje sie do dolu, w kierunku dna pierwszej komory (216, 316, 416) i jednoczesnie wykorzystuje sie gaz przeplukujacy, który wprowadza sie prze- ciwpradowo od dna pierwszej komory (216, 316, 416) i opóznia sie przeplyw czastek z komory reaktora (212, 312, 412) do komory wymiany ciepla (218, 318, 418), przy czym czas opóz- nienia jest w zakresie od 2 do 15 sekund, po czym zobojetnia sie oraz oddziela ze zloza czasteczek stalych zanieczyszczenia szkodliwe na powierzchniach wymiany ciepla FIG. 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie zmniejszające oddziaływanie szkodliwych składników cząstek stałych zawiesin na powierzchnie odprowadzające ciepło. Tego typu sposób i urządzenie jest stosowane zwłaszcza w komorach wymiany ciepła reaktorów fluidyzacyjnych, jak również do odprowadzania ciepła z cząstek stałych w reaktorach fluidyzacyjnych o krążącym paliwie.

Znane są urządzenia posiadające reaktor lub komorę procesową o charakterze komory spalania ze złożem fluidalnym cząstek stałych, oraz komorę wymiany ciepła (HTC) z rozmieszczonymi wewnątrz powierzchniami wymiany ciepła i z możliwością przemieszczania cząstek stałych do komory procesowej. Komora wymiany ciepła jest różnie usytuowana i połączona w różny sposób z komorą procesową tak aby występowała wymiana cząstek stałych pomiędzy komorami. W szczególnym przypadku komora wymiany ciepła może znajdować się wewnątrz komory procesowej.

Znane reaktory fluidyzacyjne, takie jak reaktory fluidyzacyjne o krążącym paliwie znajdują zastosowanie w różnych procesach spalania, wymiany ciepła, chemicznych czy metalurgicznych. W typowych procesach ciepło wytwarzane podczas spalania lub innych procesów egzotermicznych jest odbierane od cząstek stałych zawiesiny poprzez powierzchnie wymiany ciepła. Powierzchniami tymi pobrane ciepło jest przekazywane do ośrodka takiego jak woda lub para odprowadzających ciepło z reaktora.

Powierzchnie wymiany ciepła są usytuowane w komorze procesowej lub w sekcji konwekcyjnej w kanale spalinowym za komorą procesową lub też w reaktorach fluidyzacyjnych o krążącym paliwie wewnątrz separatora cząstek. Ponadto, powierzchnie wymiany ciepła często są umieszczane w oddzielnej komorze wymiany ciepła (HTC), mogącej stanowić część komory procesowej, oddzielną komorę przylegającą do komory procesowej lub, w reaktorach fluidyzacyjnych o krążącym paliwie, część systemu recyklingu cząstek stałych.

HTC jest zwykle pęcherzykowym złożem zawiesinowym, posiadającym układ wlotowy doprowadzenia ciągłego przepływu gorących cząstek stałych z komory procesowej do HTC, powierzchnie wymiany ciepła i układ wylotowy ciągłego recyklingu cząstek stałych z HTC do komory procesowej.

Czynnikiem, który zawsze musi być brany pod uwagę podczas projektowania powierzchni wymiany ciepła jest zjawisko korozji. Jest to szczególnie istotne gdy powierzchnie wymiany ciepła znajdują się w reaktorze fluidyzacyjnym wykorzystywanym w procesach używających lub produkujących materiały korozyjne. Przykładem tego jest spalanie paliw takich jak słoma czy RDF, zawierających bardzo korozyjne zanieczyszczenia tj. chlorki. Zanieczyszczenia korozyjne znajdują się również w materiale zawiesiny i będąc przez to w kontakcie z powierzchniami wymiany ciepła w HTC prowadzą do szybkiej ich korozji. Obecność w materiale na przykład chlorków może spowodować korozję chlorkową powierzchni wymiany ciepła.

Problemy korozji są szczególnie poważne w przypadku występowania w HTC wysokich temperatur, np. przy dopalaniu, co może łatwo wystąpić gdy HTC jest połączone bezpośrednio z piecem. Dopalanie lub inne procesy chemiczne w HTC mogą doprowadzać do atmosfery redukującej kiedy to zachodzi zjawisko korozji CO. Warunki atmosfery redukującej wraz z osadami chlorków stanowią sytuację zwiększonej korozyjności.

Straty metali wynikłe z korozji i erozji są podstawowym problemem w przypadku wszystkich pęcherzykowych złóż fluidalnych i czynione jest wiele wysiłków w celu minimalizacji tych strat. Normalnym zabiegiem antykorozyjnym są zmiany powierzchni metalu i ich temperatur. W pewnych przypadkach skuteczna jest obróbka powierzchni, taka jak chromowanie, azotowanie lub pokrywanie węglikiem wolframu. Ponieważ wszystkie procesy korozji zależne są od temperatury, możliwe staje się zmniejszenie w pewnym stopniu skutków korozji powierzchni wymiany ciepła poprzez umieszczenie ich w odpowiednim miejscu.

Ponieważ jednak warunki i temperatury mogą zmieniać się w różnych miejscach i różnych etapach procesu obróbka powierzchni nie zawsze jest możliwa. Przy wyborze temperatur procesu należy również brać pod uwagę obecność zanieczyszczeń korozyjnych. Zanieczyszczenia te mogą zmieniać się przy zmianie parametrów procesu, na przykład zmiana paliw.

185 470

Z opisu patentowego USA nr 5 040492 znany jest sposób i urządzenie zmniejszające oddziaływanie szkodliwych cząsteczek stałych zawiesin na powierzchnie odprowadzające ciepło. Cząsteczki stałe są wprowadzane poprzez otwór wlotowy w dolnej części pierwszej komory. Przewód wlotowy jest połączony na poziomie niższym niż wysokość pierwszej komory. Otwory wylotowe są ukształtowane w dolnej części pierwszej komory w przybliżeniu na tym samym poziomie na którym przewód wlotowy jest do niej podłączony. Materiał cząsteczek w pierwszej komorze, płynie poprzez pierwszą komorę z opóźnieniem mniejszym niż jest to konieczne dla zapewnienia bardziej skutecznego przepłukiwania cząsteczek gazem.

Wprowadzony do obiegu wymiennika ciepła zapewnia powierzchnie wymiany ciepła, których zadaniem jest usunięcie ciepła z wydzielonych cząstek i dostarczenie, go jako dodatkowe ciepło, do obwodu cieczy współpracującym z układem spalania. Ponownie wprowadzony do obiegu wymiennik ciepła zawiera komorę obejściową umożliwiającą doprowadzenie cząstek bezpośrednio do pieca.

Dla zrealizowania powyższych celów dostarczony jest nie mechaniczny układ sterujący, za pomocą którego prowadzi się oddzielone cząstki poprzez komorę obejściową lub ponad powierzchnie wymiany ciepła, usytuowane we wprowadzającym ponownie do obiegu wymienniku ciepła.

Sposób zmniejszania oddziaływania szkodliwych składników cząstek stałych zawiesin na powierzchnie odprowadzające ciepło, według wynalazku, w którym cząstki stałe odprowadza się z komory reaktora poprzez otwór wylotowy tej komory, po czym wprowadza się cząsteczki stałe, odprowadzone z komory reaktora, poprzez otwór wlotowy do pierwszej komory, do złoża cząsteczek stałych w niej usytuowanego, a następnie odprowadza się cząsteczki stałe z pierwszej komory poprzez otwór wylotowy do komory wymiany ciepła, po czym ponownie zawraca się je z komory wymiany ciepła poprzez otwór wlotowy, do komory reaktora, a następnie wprowadza się gaz, od dna pierwszej komory, do złoża cząsteczek stałych, do co najmniej części pierwszej komory i odprowadza się go z pierwszej komory poprzez otwór wylotowy do komory reaktora, charakteryzuje się tym, że cząstki stałe wprowadza się do pierwszej komory, poprzez otwór wlotowy usytuowany w górnej części pierwszej komory, na górną część złoża cząsteczek stałych, usytuowanego w tej komorze, przy czym cząsteczki stałe kieruje się do dołu, w kierunku dna pierwszej komory i jednocześnie wykorzystuje się gaz przepłukujący, który wprowadza się przeciwprądowo od dna pierwszej komory i opóźnia się przepływ cząstek z komory reaktora do komory wymiany ciepła, przy czym czas opóźnienia jest w zakresie od 2 do 15 sekund, po czym zobojętnia się oraz oddziela ze złoża cząsteczek stałych zanieczyszczenia szkodliwe na powierzchniach wymiany ciepła.

Wprowadza się gaz przepłukujący zawierający tlen, taki jak powietrze, a w pierwszej komorze rozcieńczania prowadzi się reakcje utleniania, a zwłaszcza wprowadza się gaz przepłukujący i prowadzi się fluidyzację złoża cząstek stałych w pierwszej komorze rozcieńczania.

Korzystnym jest gdy ustala się czas opóźnienia ruchu cząstek stałych, płynących z otworu wylotowego komory reaktora przez pierwszą komorę rozcieńczania do otworu wlotowego komory wymiany ciepła w zależności od czasu opóźnienia cząstek stałych w pierwszej komorze, który jest równy czasowi oddzielania zanieczyszczeń i/lub ich dezaktywacji w cząstkach stałych podczas przepływu cząstek z komory reaktora do komory wymiany ciepła, a w szczególności ustala się czas opóźniania poprzez zmiany gęstości złoża cząstek stałych w pierwszej komorze rozcieńczania.

Ustala się czas opóźniania, korzystnie poprzez zmiany objętości złoża cząstek stałych w pierwszej komorze rozcieńczania.

Korzystnym jest gdy gaz przepłukujący wprowadza się do pierwszej komory rozcieńczania, przy czym dezaktywuje się składniki korozyjne w przepływie cząstek stałych, z otworu wylotowego komory reaktora do otworu wlotowego komory wymiany ciepła.

Cząstki stałe przemieszcza się z komory reaktora do górnej części złoża fluidalnego cząstek, w pierwszej strefie obudowy, stanowiącej pierwszą komorę rozcieńczania oraz drugiej strefie, stanowiącej komorę wymiany ciepła, przy czym obie komory oddziela się płytą perforowaną.

185 470

Korzystnym jest gdy cząsteczkom stałym w pierwszej komorze rozcieńczania nadaje się kierunek przepływu od góry komory rozcieńczania do dołu.

Korzystnie cząsteczkom stałym, w komorze wymiany ciepła nadaje się kierunek przepływu od dołu komory do góry.

Cząsteczkom stałym, w komorze wymiany ciepła, korzystnie nadaje się kierunek przepływu od góry komory do dołu.

Urządzenie zmniejszające oddziaływanie szkodliwych składników cząstek stałych zawiesin na powierzchnie odprowadzające ciepło, według wynalazku, posiadające komorę reaktora w postaci komory procesowej lub komory spalania ze złożem cząstek stałych oraz zespół fluidyzacji złoża cząstek stałych, przy czym komory reaktora mają otwory wlotowy i wylotowy, zaś z otworem wylotowym komory reaktora jest połączona pierwsza komora rozcieńczania w której jest usytuowane złoże cząstek stałych oraz zespół doprowadzania i odprowadzania gazu, a ponadto urządzenie ma komorę wymiany ciepła oraz zespół fluidyzacji złoża cząstek stałych i powierzchnie przejmowania ciepła, co najmniej częściowo usytuowane w styku ze złożem cząstek stałych, przy czym z pierwszą komorą jest połączony otwór wlotowy komory wymiany ciepła, zaś otwór wylotowy komory wymiany ciepła jest połączony z otworem wlotowym komory reaktora, charakteryzuje się tym, że otwór wlotowy cząstek stałych w pierwszej komorze jest usytuowany w górnej części pierwszej komory, przy czym w pierwszej komorze jest umieszczony zespół sterowania czasem opóźnienia.

Korzystnym jest gdy zespół sterowania czasem opóźniania ruchu cząstek w pierwszej komorze rozcieńczania zawiera zespół regulacji fluidyzacji złoża cząstek stałych w pierwszej komorze rozcieńczania.

Zespół regulacji czasu opóźniania ruchu cząstek, korzystnie zawiera zespół regulacji objętości złoża cząstek stałych w pierwszej komorze rozcieńczania.

Korzystnym jest gdy pierwsza komora rozcieńczania i komora wymiany ciepła są usytuowane we wspólnej obudowie posiadającej ścianę działową pomiędzy pierwszą komorą i komorą wymiany ciepła.

Pierwsza komora rozcieńczania i komora wymiany ciepła są usytuowane jedna nad drugą, we wspólnej obudowie przedzielonej poziomą płytą perforowaną na dwie komory.

Korzystnym jest gdy pomiędzy pierwszą komorą rozcieńczania i komorą wymiany ciepła jest usytuowana komora transportowa, zaś ściana pomiędzy pierwszą komorą rozcieńczania i komorą transportową stanowi przegrodę przelewową przepływu cząstek stałych, przy czym ściana pomiędzy komorą transportową, a komorą wymiany ciepła, posiada co najmniej jeden otwór ukształtowany w dolnej części, stanowiący otwór wlotowy komory wymiany ciepła.

Do dolnej części komory reaktora przylega komora wymiany ciepła i ma z nią wspólną ścianę, która posiada otwór stanowiący otwór wylotowy komory wymiany ciepła i jednocześnie otwór wlotowy do komory reaktora.

Otwór wspólnej ściany komory wymiany ciepła i komory reaktora 212 jest usytuowany na określonym poziomie.

Pomiędzy otworem wylotowym komory wymiany ciepła i otworem wlotowym komory reaktora jest usytuowany w dolnej części pionowy kanał transportowy.

Korzystnym jest gdy pomiędzy pierwszą komorą i komorą reaktora jest usytuowany zespół wypływ gazu przepłukującego.

Zaletą wynalazku jest zmniejszenie zagrożenia wystąpienia korozji spowodowanej zanieczyszczeniami.

Według sposobu zgodnie z wynalazkiem, szkodliwe składniki, takie jak składniki wywołujące korozję, są oddzielane od zawiesiny cząstek stałych poprzez przepuszczenie przez komorę rozcieńczania i ulegają dezaktywacji podczas przepływu przez nią. Szkodliwe gazy lub oczyszczone składniki są łatwo oddzielone przez wypłukanie gazem płuczącym, który może jednocześnie być użyty do fluidyzacji złoża cząstek stałych w komorze rozcieńczania. Gazem płuczącym jest gaz obojętny lub gaz wywołujący reakcję chemiczną w złożu cząstek stałych. Możliwe jest więc zastosowanie do utleniania, powietrza lub innego gazu zawierającego tlen. Czas trwania procesu płukania lub reakcji chemicznych w komorze rozcieńczania ustalamy tak aby otrzymać optymalne

185 470 wyniki. Regulację czasu można prowadzić w oparciu np. o kontrolę gęstości złoża, prędkość przepływu cząstek lub objętość złoża w komorze rozcieńczania.

W urządzeniu według wynalazku komora rozcieńczania może być umieszczona poziomo, przy komorze wymiany ciepła, a jeśli to konieczne, nawet we wspólnej obudowie. Tak więc możliwy jest przepływ cząstek stałych przelewem z komory rozcieńczania do komory wymiany ciepła lub przez pośrednią komorę przemieszczania. Komora rozcieńczania może być również umieszczona tuż ponad komorą wymiany ciepła. W wyniku tego komora rozcieńczania może posiadać otwory umożliwiające przepływ cząstek stałych tymi otworami do dołu do komory wymiany ciepła. Komora rozcieńczania i komora wymiany ciepła mogą więc mieć takie same przekroje poziome i znajdować się we wspólnej obudowie.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny przekrój reaktora fluidyzacyjnego o krążącym paliwie z komorą rozcieńczania zgodnie z wynalazkiem, fig. 2 - schematyczny przekrój dolnej części reaktora fluidyzacyjnego z komorą rozcieńczania w innym przykładzie wykonania zgodnie z wynalazkiem, fig. 3 i 4 przedstawiają schematyczne przekroje reaktorów fluidyzacyjnych z komorą rozcieńczania w innych przykładach wykonania.

Oznaczenia liczbowe na fig. 2 do 4 odpowiadają takim samym częściom na fig. 1, z tym że numery na fig. 2 zostały poprzedzone cyfrą 2, a na fig. 3 i 4 odpowiednio cyframi 3 i 4.

Sposób i urządzenie zgodnie z wynalazkiem zostaną najpierw opisane w oparciu o reaktor ze złożem fluidalnym z obiegiem paliwa 10, z komorą 12 reaktora, separatorem cząstek 14, komorą rozcieńczania 16 i komorą wymiany ciepła 18. Komora rozcieńczania 16 i komora wymiany ciepła 18 są umieszczone w jednej obudowie 19.

Złoże fluidalne 20 cząstek stałych znajduje się w komorze 12 reaktora. Do wprowadzania gazu fluidyzującego, jest przeznaczona skrzynia wydmuchowa 24 znajdująca się u dołu komory 12 reaktora co umożliwia szybką fluidyzację złoża 20. Nad skrzynią wydmuchową 24 jest usytuowane sito 22. Wylot gazów 26 reaktora jest umieszczony w górnej części komory 12 reaktora i jest przeznaczony do odprowadzenia cząstek stałych, porywanych przez gaz, z komory 12 reaktora. Cząstki stałe oddziela się od gazu w separatorze cząstek 14, a gaz odprowadza się przez wylot 28 i sekcję konwekcyjną 30. Cząstki stałe oddzielone od gazu przemieszcza się do dołu przez kanał powrotny 32 i przez wlot komory rozcieńczania 34 do dolnej części komory rozcieńczania 16. Cząstki stałe gromadzą się, tworząc w dolnej części kanału powrotnego 32 spływające do dołu złoże 32'. Cząstki wprowadzone do złoża 16' cząstek stałych w komorze rozcieńczania 16 następnie przemieszcza się przez złoże do góry gazem fluidyzacyjnym, doprowadzanym od dołu komory rozcieńczania 16 przez sito 36. Gaz fluidyzacyjny jest jednocześnie gazem przepłukującym usuwającym ze złoża 20 cząstek stałych składniki szkodliwe. Gaz przepłukujący może również służyć do regulacji gęstości złoża. Zwiększenie gęstości zwiększa czas opóźnienia cząstek stałych w komorze rozcieńczania 16.

Komora rozcieńczania 16 i komora wymiany ciepła 18 są od siebie oddzielone ścianą działową 38 zapobiegającą swobodnemu przepływowi cząstek stałych z jednej komory do drugiej. Kanał przelotowy 40, tworzący wylot komory rozcieńczania 16, znajduje się ponad ścianą działową 38 i umożliwia przedmuch cząstek stałych z komory rozcieńczania 16. Ponadto gaz płynie z komory rozcieńczania 16 kanałem przelotowym 40.

W ustalonych warunkach pracy, materiał jest przemieszczany z komory rozcieńczania 16 przez kanał przelotowy 40 w takiej samej ilości w jakiej jest dostarczany do komory. W czasie gdy materia! znajduje się w komorze rozcieńczania jest poddany przepłukiwaniu gazem doprowadzanym przez sito 36. Cząstki stałe w komorze rozcieńczania 16 i znajdujące się w dolnej części kanału powrotnego 32 stanowią uszczelnienie gazu pomiędzy dolną częścią separatora cząstek a komorą 12 reaktora.

Górne obrzeże ściany działowej 38 może być usytuowane wyżej lub niżej stanowiąc regulację poziomu kanału 40 i objętości złoża w komorze rozcieńczania 16. Większe objętości złoża wymagają dłuższych czasów opóźnienia niż w przypadku mniejszych objętości.

Cząstki stałe przemieszczane z komory rozcieńczania zostały pozbawione składników szkodliwych poprzez przepłukiwanie oraz możliwą dezaktywacją szkodliwych składników aktywnych. Cząstki oczyszczone płyną do komory pośredniej 42 usytuowanej pomiędzy

185 470 komorą rozcieńczania 16 a komorą wymiany ciepła 18. Cząstki stałe opadają na dół komory transportowej 42 w kierunku otworów 44 w jej dolnej części, prowadzących do komory wymiany ciepła 18. Otwory 44 stanowią wlot do dolnej części komory wymiany ciepła 18.

W komorze wymiany ciepła 18 znajdują się powierzchnie odprowadzenia ciepła 46. Wprowadzone do złoża 18' w komorze 18 cząstki stałe są fluidyzowane gazem wpuszczanym przez sito 43 i przepływającym do wylotu komory wymiany ciepła 50. Wylot ten stanowi jednocześnie wlot do komory 12 reaktora. Gazy wylatujące z komory wymiany ciepła 18 są jednocześnie wprowadzane do komory 12 reaktora. Podobnie gazy z komory rozcieńczania 16 mogą przepływać przez ten sam wylot, o ile nie są podawane oddzielnym doprowadzeniem. W ustalonych warunkach pracy ta sama ilość materiału jaka jest wprowadzana do komory wymiany ciepła wylatuje z niej otworem wylotowym 50.

Na figurze 1 przedstawiono konstrukcję, gdzie objętość cząstek w komorze rozcieńczania jest stała i określona przez górną krawędź ściany działowej 38. Tak więc czas opóźnienia, tj. czas przejścia cząstek przez komorę rozcieńczenia 16 jest ściśle zależny od szybkości cyrkulacji w reaktorze. Proces sterowania, rozumiany jako rozcieńczanie szkodliwych składników, może być prowadzone zgodnie z wynalazkiem przez zmianę ilości przepływającego gazu fluidyzującego i wynikającą stąd zmianę gęstości złoża w komorze rozcieńczania 16, co wpływa na czas opóźnienia cząstek w złożu.

W przypadku przykładu wykonania pokazanego na fig. 1 możliwe jest odcięcie złoża fluidyzacji w części komory wymiany ciepła 18; cząstki mogą płynąć bezpośrednio z komory rozcieńczania 16 na górę złoża 18' do otworu wylotowego 50.

Na figurze 2 przedstawiono komorę rozcieńczania 216 i komorę wymiany ciepła 218 umieszczone we wspólnej obudowie 219, połączonej z przestrzenią wewnętrznego obiegu cząstek stałych w dolnej części komory 12 reaktora ze złożem fluidalnym 212. Cząstki stałe są wprowadzane wprost przez otwór wylotowy 226 komory reaktora do komory rozcieńczania 216. W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 2 ilość cząstek wpadających do komory rozcieńczania zależna jest od dynamiki przepływu materiału złoża cząstek w komorze reaktora.

Cząstki stałe płyną do dołu komory rozcieńczania 216 skąd wylatują przez otwór 234 w dolnej części ściany działowej 238. Cząstki te są bezpośrednio przemieszczane na górę złoża cząstek stałych w sąsiedniej komorze wymiany ciepła 218. Otwór wylotowy 250 umożliwia wypływ cząstek stałych z komory wymiany ciepła 218 do dolnej części komory reaktora 212.

Na figurze 3 pokazano uproszczony widok innego przykładu wykonania zgodnie z wynalazkiem, gdzie komora rozcieńczania 316 znajduje się we wspólnej obudowie 319 z komorą wymiany ciepła 318. Obudowa 319 została podzielona na część górną i dolną, zespołem wyrównania przepływu tj. umieszczoną poziomo płytą perforowaną 352. Powierzchnie przekazywania ciepła 346 znajdują się w dolnej części 318 obudowy w złożu 318' cząstek stałych. Górna część tworzy strefę rozcieńczania. Zespół wyrównania przepływu 352 zapobiega mieszaniu się cząstek z górnej i dolnej strefy tj. cząstek ze strefy rozcieńczania z cząstkami ze strefy rozcieńczania ciepła. Układ wyrównania przepływu 352 tworzy również stabilny przepływ cząstek ze strefy rozcieńczania 316 do strefy przekazywania ciepła w komorze wymiany ciepła 318 i zapobiega tworzeniu się martwych stref w złożu w komorze wymiany ciepła 318. Cząstki stałe są przemieszczane z komory wymiany ciepła 318 przez otwór 354 w najniższej części ściany działowej 356 do sąsiedniego pionowego kanału 358 połączonego z wlotem 350 dolnej części komory reaktora. Poprzez część 360' następuje fluidyzacja złoża w kanale wymiany ciepła 358 powodująca unoszenie ku górze cząstek stałych, zapewniając przemieszczenie materiału stałego z komory wymiany ciepła do komory reaktora. Wprowadzany do komory wymiany ciepła 318 gaz fluidyzujący przepływa otworami w perforowanej płycie 352 do komory rozcieńczania 316, umieszczonej powyżej, działając tam jako gaz przepłukujący.

W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 3 materiał stały wprowadza się przez otwór wylotowy komory reaktora 326, znajdujący się w ścianie tej komory, do komory rozcieńczania 316 i przepływa przez otwory w płycie perforowanej 352 do komory wymiany ciepła 318. Zadaniem płyty perforowanej 352 jest wytłumienie najwyższych amplitud ruchów

185 470 turbulentnych cząstek i doprowadzenie do wyrównania przepływu cząstek do komory wymiany ciepła 318.

Działanie komory rozcieńczania 316 określone jest ilością przepływających cząstek przez otwór 326 oraz prędkościami przepływu gazu fluidyzującego przez część 360 i 360'. Poziom cząstek w kanale wymiany ciepła 358 dosięga zawsze krawędzi otworu 350, lecz poprzez zmniejszenie fluidyzacji w kanale wymiany ciepła 358 zwiększamy tam gęstość cząstek. W wyniku tego następuje zwiększenie objętości cząstek w komorze rozcieńczania 316 i czasu opóźnienia. Przyczyną tego jest zachowywana zawsze równowaga ciśnienia hydrostatycznego cząstek w komorach 318 i 316 z ciśnieniem w kanale 358. Wzrost prędkości fluidyzacji w komorze rozcieńczania 316 powoduje tam odpowiedni wzrost poziomu cząstek jednak bez wzrostu czasu opóźnienia co wynika stąd, że następuje jednoczesny spadek gęstości cząstek w komorze rozcieńczania 316. Jednakże wspomniany wzrost stopnia fluidyzacji posiada pozytywny wpływ na działanie komory rozcieńczania 316 poprzez zwiększenie przepłukiwania z nieszkodliwych zanieczyszczeń.

Wzrost przepływu cząstek przez otwór 326 powoduje zmniejszenie czasu opóźnienia T. Jednakże z powodu efektów związanych z tarciem, poziom cząstek w komorze rozcieńczania 316 zaczyna podnosić się, równoważąc w pewnym stopniu spadek czasu T. Ostatecznie istnieje maksymalna wielkość przepływu przez kanał 358 powodująca przy maksymalnej ilości wpływającej napełnienie komory rozcieńczania. Tak więc konstrukcja pokazana na fig. 3 zapewnia samoczynne równoważenie czasu opóźnienia z niższym limitem.

Przykład wykonania pokazany na fig. 3 może być alternatywnie wykonany z obudową poziomą podzieloną pionową płytą perforowaną na dwie sąsiadujące w poziomie komory komorę rozcieńczania 316 i komorę wymiany ciepła 318.

Na figurze 4 pokazano inny uproszczony widok dolnej części komory 412 reaktora obiegowego ze złożem fluidalnym i obudową 419, w której znajdują się połączone ze sobą komora rozcieńczania 416 i komora wymiany ciepła 418. Komora rozcieńczania 416 jest umieszczona ponad komorą wymiany ciepła 418, we wspólnej obudowie 419. Materiał stały jest dostarczany do komory rozcieńczania 416 kanałem powrotnym 432, posiadającym w dolnej części uszczelnienie gazowe 462.

Urządzenie pokazane na fig. 4 może działać przy pełnej komorze rozcieńczania 416, tj. napełnionej do krawędzi otworu 464 w jej górnej części. Otwór ten pozwala na przepływ cząstek stałych do komory reaktora 412. Na dole komory rozcieńczania 416 znajduje się zespół 436 doprowadzenia gazu przepłukującego, płynącego przez złoże cząstek stałych w komorze rozcieńczania 416, a następnie przez otwór 464 do komory 412 reaktora. W komorze rozcieńczania 416 znajduje się również zespół 466 doprowadzający gaz fluidyzujący do kanału wylotowego 468, w celu przemieszczenia cząstek stałych, z prędkością kontrolowaną, z komory rozcieńczania 416 do otworu wlotowego 444 komory wymiany ciepła 418.

Gaz fluidyzacyjny doprowadzany przez zespół 466 powoduje przemieszczenie cząstek stałych przez kanał wylotowy 468 poprzez przelew 470 do drugiego kanału 472 prowadzącego cząstki stałe do komory wymiany ciepła 418. Wysokość przelewu 470 powinna być zgodnie z zaleceniem taka, aby bez gazu fluidyzacyjnego nie następowało przemieszczanie cząstek stałych z pierwszego kanału 468 do drugiego kanału 472. Komora wymiany ciepła 418 posiada powierzchnie przejmowania ciepła 446 i zespół doprowadzenia gazu 448 przemieszczającego cząstki stałe z komory wymiany ciepła 418 przez otwór 450 do komory 412 reaktora.

Jak opisano powyżej ilość cząstek stałych przemieszczanych z komory rozcieńczania 416 zależna jest w tym systemie od wielkości przepływu Q_m. Ponieważ możliwe jest sterowanie wielkością Qm, a objętość cząstek stałych w strefie rozcieńczania jest stała, przedstawiony na fig.4 układ ma kontrolowany czas opóźnienia.

W podanym opisie wynalazku przedstawiono zalecane przykłady wykonania, jest jednak oczywiste że istnieje możliwość dokonania różnych modyfikacji mieszczących się w zakresie obejmującym istotę niniejszego wynalazku. Możliwe jest więc stworzenie kombinacji pokazanych wyżej przykładów wykonania i wprowadzanie cząstek stałych z obiegu zewnętrznego, poprzez kanał powrotny, i/lub wprost z komory reaktora z wewnętrznego obiegu cząstek stałych do komory rozcieńczania. W przypadku wysokiego obciążenia możliwe jest

185 470 wprowadzanie cząstek stałych wyłącznie lub głównie przez kanał powrotny, a otwory wylotowe w dolnych poziomach komory reaktora mogą służyć jako otwory recyklingu przeciwbieżnego, w którym materiał stały jest przepłukiwany do komory reaktora. Przy niskich obciążeniach cząstki stałe mogą być wprowadzane wyłącznie lub głównie z wewnętrznego obiegu otworami wylotowymi w dolnych poziomach ścian komory reaktora.

Zgodnie z wynalazkiem, komora wymiany ciepła (HTC) ma odpowiednią budowę HTC, zwalniającą i prowadzącą do ujednorodnienia przepływu cząstek do obszaru powierzchni odprowadzania ciepła. Komora wymiany ciepła może być podzielona na dwie części, pionową lub poziomą perforowaną płytą, tak umieszczoną aby powierzchnie odprowadzania ciepła znalazły się w drugiej części. Pierwsza część stanowiłaby przestrzeń pośrednią zwaną w tym przypadku komorą rozcieńczania lub strefą rozcieńczania 16, 316, 416, w której cząstki przebywałyby przez pewien czas przed przemieszczeniem do strefy przekazywania ciepła w komorze wymiany ciepła 18, 318, 418. Komory rozcieńczania 16, 316, 416 i strefy rozcieńczania można potocznie nazywać przestrzeniami rozcieńczania.

Głównym zadaniem wspomnianych przestrzeni rozcieńczania jest zintensyfikowanie procesu usuwania szkodliwych zanieczyszczeń, np. cząstek wywołujących korozję, cząstek stałych. Dlatego też przestrzeń rozcieńczania powinna być płukana gazem fluidyzującym wzmagającym reakcje chemiczne zanieczyszczeń i/lub wypłukującym je tj. usuwającym zanieczyszczenia i produkty ich reakcji. W większości przypadków rozcieńczanie może prowadzić do obniżenia temperatury, lecz w sytuacji występowania w komorze rozcieńczanie reakcji egzotermicznych, takich jak dopalanie, temperatura może wzrastać.

Gazem przepłukującym, który może być jednocześnie gazem fluidyzującym, może być powietrze lub inny gaz zawierający tlen, ponieważ powodują one np. utlenienie jednotlenku węgla i cząstek siarki na dwutlenek węgla i dwutlenek siarki, które mogą być wypłukane z materiału fluidalnego złoża jako substancje gazowe. O ile to konieczne gazem płuczącym może być gaz obojętny.

Lotne związki chlorków, takie jak NaCl, HC1, KC1 lub ZnCl₂ i alkalie można usuwać z materiału złoża gazem wypłukującym. Przy zastosowaniu odpowiedniego czasu opóźnienia wszystkie wymagane reakcje chemiczne oraz przepłukanie zostaną przeprowadzone.

Konieczny czas opóźnienia zależny jest od zachodzących procesów w komorze procesowej. Przestrzeń rozcieńczania powinna posiadać takie wymiary aby zapewniały odpowiedni czas zwłoki tj. od 2 do 15 sekund. Jeśli, w warunkach ustalonych, objętość cząstek stałych w przestrzeni rozcieńczania wynosi V, gęstość cząstek stałych wynosi r a przepływająca masa Q_m to czas (średni) T opóźnienia cząstek stałych w przestrzeni rozcieńczania wynosi

T = V * r/Qm

Gęstość cząstek stałych w przestrzeni rozcieńczania zależy, w pewnym zakresie, od prędkości przepływu gazu fluidyzującego. Zmniejszenie tej prędkości powoduje zwiększenie gęstości i, zgodnie z powyższym wzorem, zwiększenie czasu opóźnienia. Jednakże, w przypadku tym następuje jednoczesne zmniejszenie efektu intensyfikującego reakcje chemiczne i wypłukiwania produktów tych reakcji przez gaz fluidyzujący. Tak więc zmniejszenie prędkości przepływu gazu fluidyzującego może nie być aż tak efektywnym sposobem sterowania procesem w przestrzeni rozcieńczania.

W celu osiągnięcia odpowiednich reakcji chemicznych i warunków przepłukania w płynącym ku górze złożu cząstek, przy jednoczesnym wzroście gęstości złoża, może nastąpić zmniejszenie fluidyzacji tylko w dolnych częściach złoża i osiągnięcia wymaganej w normalnej prędkości w partiach częściach złoża. Fluidyzację w górnych partiach możemy osiągnąć poprzez zastosowanie dysz umieszczonych w ścianach na wyższych poziomach w kierunku pionowym lub poprzez dysze umieszczone powyżej sita.

Gęstość cząstek stałych w przestrzeni rozcieńczania jest stała, a czas opóźnienia zależy jedynie od wielkości przepływu masy Qm przy stałej objętości cząstek stałych V. W warunkach ustalonych masa wpływająca do przestrzeni rozcieńczania równa jest masie wypływającej z tej przestrzeni. W przypadku takiej konstrukcji przestrzeni rozcieńczania gdzie wartość objętości V jest stała, prędkość przepływu Qm do przestrzeni rozcieńczania określa czas opóźnienia T.

185 470

Przestrzeń rozcieńczania, z której materiał złoża fluidalnego jest przemieszczany przepływem przez przelew jest przykładem konstrukcji o stałej objętości V. Jeśli, na przykład, w takiej przestrzeni rozcieńczania HTC jest częścią układu recyklingu obiegowego złoża fluidalnego to wielkość obiegu w układzie określona jest przez wielkość przepływu masy Q_m i czas opóźnienia T. KonstKkcja ta może mpełniać vn/^magimia jeśli wielkość jej przy najwyższej prędkości przepływu Qm zapewnia odpowiedni czas opóźnienia. W warunkach mniejszego przepływu masy Qm czas opóźnienia T będzie dłuższy, dając lepsze rozcieńczenie szkodliwych zanieczyszczeń.

Czas opóźnienia T w przestrzeni rozcieńczania jest stały jeśli stała jest prędkość wypływu, stała objętość cząstek stałych i ich gęstość. Sposobem utrzymania stałej objętości cząstek stałych w przestrzeni rozcieńczania, w wielkości maksymalnej, jest utrzymanie wielkości masy wypływającej poniżej wielkości masy wpływającej i kierowanie nadmiaru cząstek stałych bezpośrednio do komory reaktora.

Utrzymanie stałego czasu opóźnienia możemy osiągnąć przez zachowanie stałej gęstości złoża i stałego wypływu np. fluidyzującymi gazami. Jeśli, odpowiednio, możliwe jest sterowanie wielkością wypływu osiągamy odpowiedni czas opóźnienia w przestrzeni rozcieńczania.

Sterowanie czasem opóźnienia może by przydatne w sytuacji gdy parametry procesu, takie jak paliwo w komorze spalania, zmieniają się. Wadą tego systemu jest związek czasu opóźnienia z odprowadzaniem ciepła w HTC.

W odniesieniu do komory rozcieńczania należy jeszcze wspomnieć jej’ funkcję komory sortującej, przepuszczającej do strefy przekazywania ciepła jedynie materiał o wielkości ziarna poniżej określonej wielkości. Sortowanie może być realizowane separatorem mechanicznym lub gazem fluidalnym. Komora służąca jako separator musi posiadać osobny kanał odprowadzenia grubego ziarna.

FIG. 2

185 470

FIG. 3

185 470

FIG.4

185 470

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz Cena 4.00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zmniejszania oddziaływania szkodliwych składników cząstek stałych zawiesin na powierzchnie odprowadzające ciepło, w którym cząstki stałe odprowadza się z komory reaktora poprzez otwór wylotowy tej komory, po czym wprowadza się cząsteczki stałe, odprowadzone z komory reaktora, poprzez otwór wlotowy do pierwszej komory, do złoża cząsteczek stałych w niej usytuowanego, a następnie odprowadza się cząsteczki stałe z pierwszej komory poprzez otwór wylotowy do komory wymiany ciepła, po czym ponownie zawraca się je z komory wymiany ciepła poprzez otwór wlotowy, do komory reaktora, a następnie wprowadza się gaz, od dna pierwszej komory, do złoża cząsteczek stałych, do co najmniej części pierwszej komory i odprowadza się go z pierwszej komory poprzez otwór wylotowy do komory reaktora, znamienny tym, że cząstki stałe wprowadza się do pierwszej komory (216, 316, 416), poprzez otwór wlotowy (226, 326, 426) usytuowany w górnej części pierwszej komory (216, 316, 416), na górną część złoża cząsteczek stałych, usytuowanego w tej komorze (216, 316, 416), przy czym cząsteczki stałe kieruje się do dołu, w kierunku dna pierwszej komory (216, 316, 416) i jednocześnie wykorzystuje się gaz przepłukujący, który wprowadza się przeciwprądowo od dna pierwszej komory (216, 316, 416) i opóźnia się przepływ cząstek z komory reaktora (212, 312, 412) do komory wymiany ciepła (218, 318, 418), przy czym czas opóźnienia jest w zakresie od 2 do 15 sekund, po czym zobojętnia się oraz oddziela ze złoża cząsteczek stałych zanieczyszczenia szkodliwe na powierzchniach wymiany ciepła.
2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadza się gaz przepłukujący zawierający tlen, taki jak powietrze, a w pierwszej komorze (216, 316, 416) rozcieńczania prowadzi się reakcje utleniania.
3. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadza się gaz przepłukujący i prowadzi się fluidyzację złoża cząstek stałych w pierwszej komorze (216,316,416) rozcieńczania.
4. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że ustala się czas opóźnienia ruchu cząstek stałych, płynących z otworu wylotowego (226, 326) komory reaktora (212, 312, 412) przez pierwszą komorę (216, 316, 416) rozcieńczania do otworu wlotowego (250, 350, 450) komory wymiany ciepła (218, 318, 418) w zależności od czasu opóźnienia cząstek stałych w pierwszej komorze (216, 316, 416), który jest równy czasowi oddzielania zanieczyszczeń i/lub ich dezaktywacji w cząstkach stałych podczas przepływu cząstek z komory reaktora (212,312, 412) do komory wymiany ciepła (218,318,418).
5. Sposób, według zastrz. 4, znamienny tym, że ustala się czas opóźniania poprzez zmiany gęstości złoża cząstek stałych w pierwszej komorze (216, 316, 416) rozcieńczania.
6. Sposób, według zastrz. 4, znamienny tym, że ustala się czas opóźniania poprzez zmiany objętości złoża cząstek stałych w pierwszej komorze (216, 316, 416) rozcieńczania.
7. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz przepłukujący wprowadza się do pierwszej komory (216, 316, 416) rozcieńczania, przy czym dezaktywuje się składniki korozyjne w przepływie cząstek stałych, z otworu wylotowego (226, 326) komory reaktora (212, 512, 412) do otworu wlotowego (250, 350, 450) komory wymiany ciepła (218, 318, 418).
8. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że cząstki stałe przemieszcza się z komory reaktora (212, 312, 412) do górnej części złoża fluidalnego cząstek, w pierwszej strefie (316) obudowy (319), stanowiącej pierwszą komorę (216, 316, 416) rozcieńczania oraz drugiej strefie (318) stanowiącej komorę wymiany ciepła (218, 318, 418), przy czym obie komory oddziela się płytą perforowaną (352).
9. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że cząsteczkom stałym w pierwszej komorze (216, 316, 416) rozcieńczania nadaje się kierunek przepływu od góry komory (216, 316, 416) rozcieńczania do dołu.

185 470
10. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że cząsteczkom stałym, w komorze wymiany ciepła (218, 418) nadaje się kierunek przepływu od dołu komory (218, 418) do góry.
11. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że cząsteczkom stałym w komorze wymiany ciepła (318), nadaje się kierunek przepływu od góry komory (318) do dołu.
12. Urządzenie zmniejszające oddziaływanie szkodliwych składników cząstek stałych zawiesin na powierzchnie odprowadzające ciepło, posiadające komorę reaktora, w postaci komory procesowej lub komory spalania ze złożem cząstek stałych oraz zespół fluidyzacji złoża cząstek stałych, przy czym komory reaktora mają otwory wlotowy i wylotowy, zaś z otworem wylotowym komory reaktora jest połączona pierwsza komora rozcieńczania w której jest usytuowane złoże cząstek stałych oraz zespół doprowadzania i odprowadzania gazu, a ponadto urządzenie ma komorę wymiany ciepła oraz zespół fluidyzacji złoża cząstek stałych i powierzchnie przejmowania ciepła, co najmniej częściowo usytuowane w styku ze złożem cząstek stałych, przy czym z pierwszą komorą jest połączony otwór wlotowy komory wymiany ciepła, zaś otwór wylotowy komory wymiany ciepła jest połączony z otworem wlotowym komory reaktora, znamienne tym, że otwór wlotowy (226, 326, 426) cząstek stałych w pierwszej komorze (216, 316, 416) jest usytuowany w górnej części pierwszej komory (216, 316, 416), przy czym w pierwszej komorze (216, 316, 416) jest umieszczony zespół sterowania czasem opóźnienia.
13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że zespół sterowania czasem opóźniania ruchu cząstek w pierwszej komorze (216, 316, 416) rozcieńczania zawiera zespół regulacji fluidyzacji złoża cząstek stałych w pierwszej komorze (216, 316, 416) rozcieńczania.
14. Urządzenie, według zastrz. 12, znamienne tym, że zespół sterowania czasu opóźniania ruchu cząstek zawiera zespół regulacji objętości złoża cząstek stałych w pierwszej komorze (216, 316, 416) rozcieńczania.
15. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że pierwsza komora (216, 316, 416) rozcieńczania i komora wymiany ciepła (218, 318, 418) są usytuowane we wspólnej obudowie (219, 319, 419) posiadającej ścianę działową (238, 358) pomiędzy pierwszą komorą (216, 316, 416) i komorą wymiany ciepła (218, 318,418).
16. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że pierwsza komora (316) rozcieńczania i komora wymiany ciepła (318) są usytuowane jedna nad drugą, we wspólnej obudowie (319) przedzielonej poziomą płytą perforowaną (352) na dwie komory.
17. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że pomiędzy pierwszą komorą (416) rozcieńczania i komorą wymiany ciepła (418) jest usytuowana komora transportowa (472), zaś ściana (470) pomiędzy pierwszą komorą (416) rozcieńczania i komorą transportową (472) stanowi przegrodę przelewową przepływu cząstek stałych, przy czym ściana (470) pomiędzy komorą transportową (472) a komorą wymiany ciepła (418), posiądą co najmniej jeden otwór (444) ukształtowany w dolnej części, stanowiący otwór wlotowy komory wymiany ciepła (418).
18. Urządzenie, według zastrz. 12, znamienne tym, że do dolnej części komory reaktora (212) przylega komora wymiany ciepła (218) i ma z nią wspólną ścianę, która posiada otwór (250) stanowiący otwór wylotowy komory wymiany ciepła (218) i jednocześnie otwór wlotowy do komory reaktora (212).
19. Urządzenie, według zastrz. 18, znamienne tym, że otwór (250) wspólnej ściany komory wymiany ciepła (218) i komory reaktora (212) jest usytuowany na określonym poziomie.
20. Urządzenie, według zastrz. 13, znamienne tym, że pomiędzy otworem wylotowym (354) komory wymiany ciepła (318) i otworem wlotowym (350) komory reaktora (312) jest usytuowany w dolnej części pionowy kanał transportowy (358).
21. Urządzenie, według zastrz. 12, znamienne tym, że pomiędzy pierwszą komorą (216, 316, 416) i komorą reaktora (212, 312, 412) jest usytuowany zespół (226, 326, 464) wypływ gazu przepłukującego.

185 470