PL190653B1

PL190653B1 - Sposób i urządzenie do kontrolowania wymiany ciepła w reaktorze fluidyzacyjnym

Info

Publication number: PL190653B1
Application number: PL97340660A
Authority: PL
Inventors: Timo Hyppänen
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2005-12-30
Also published as: CA2308500C; WO1999032217A1; AU4118299A; PL340660A1; JP2001526379A; DE69725188D1; JP3485891B2; EP1062030A1; ATE250454T1; CZ20002086A3; DE69725188T2; CZ299974B6; CA2308500A1; EP1062030B1

Abstract

1. Sposób kontrolowania wymiany ciepla w reaktorze fluidyzacyjnym, w którym wprowadza sie ciagle gaz flui dyzujacy do komory wymiany ciepla zawierajacej zloze czastek ciala stalego i powierzchnie wymiany ciepla, stykajace sie ze zlozem czastek ciala stalego w komorze wymiany ciepla i wywoluje sie przeplyw ciepla ze zloza fluidalnego czastek ciala stalego do stykajacych sie z nim powierzchniami wymiany ciepla, znam ienny tym , ze cia- gle zmienia sie szybkosc przeplywu gazu fluidyzujacego wprowadzanego do kom ory. . . 16. Urzadzenie do kontrolowania wymiany ciepla w reaktorze fluidyzacyjnym, zawierajace komore wymiany ciepla ze zlozem czastek ciala stalego, usytuowana na dole komory wymiany ciepla skrzynie dmuchowa, z która jest polaczony przewód gazowy z elementem regulujacym do ciaglego wprowadzenia gazu fluidyzujacego do komo- ry wymiany ciepla dla fluidyzacji w nim zloza czastek ciala stalego, a w komorze wymiany ciepla w styku ze zlozem czastek ciala stalego sa usytuowane powierzchnie wymiany ciepla, znam ienne tym , ze z elementem regulu- jacym (26, 326) przewodu gazowego (24, 324) jest pola- czony blok sterowania (34, 334, 434, 534) zawierajacy generator funkcji (36, 336) dostosowany do ciaglej zmia- ny szybkosci przeplywu gazu fluidyzujacego.......................... Fig. 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposobu i urządzenia do kontrolowania wymiany ciepła w reaktorze fluidyzacyjnym. Wynalazek dotyczy zwłaszcza sposobu i urządzenia stosowanych w atmosferycznych oraz ciśnieniowych systemach reaktora fluidyzacyjnego.

Znany jest sposób regeneracji ciepła z cząstek ciała stałego w reaktorze fluidyzacyjnym posiadającym komorę przetwarzania, zawierającą złoke fluidalne cząstek ciała stałego, i komorę wymiany ciepła, połączoną przepływem cząstek ciała stałego z komorą przetwarzania i posiadającą umieszczone w niej powierzchnie wymiany ciepła. Komorę wymiany ciepła mokna łączyć w rókny sposób z komorą przetwarzania, przez co występuje między nimi wymiana cząstek ciała stałego. W pewnym szczególnym przypadku komorę wymiany ciepła mokna utworzyć wewnątrz samej komory przetwarzania.

Reaktory fluidyzacyjne, jak na przykład cyrkulacyjny reaktor fluidyzacyjny, stosuje się w wielu róknych procesach spalania, procesach wymiany ciepła, procesach chemicznych lub w procesach metalurgicznych. Typowo, ciepło pochodzące ze spalania lub innych procesów egzotermicznych regeneruje się z cząstek ciała stałego w złoku fluidalnym, wykorzystując powierzchnie wymiany ciepła. Powierzchnie wymiany ciepła przekazują, regenerowane ciepło do medium, jak na przykład woda lub para, które odprowadza ciepło z reaktora.

Powierzchnie wymiany ciepła zwykle umieszcza się w komorze przetwarzania lub wewnątrz sekcji konwekcyjnej umieszczonej w przepływie gazu za komorą przetwarzania, a w przypadku cyrkulacyjnych reaktorów fluidyzacyjnych wewnątrz separatora cząstek. Dodatkowe powierzchnie wymiany ciepła mokna umieścić w oddzielnych komorach wymiany ciepła, które mogą być częścią komory przetwarzania, oddzielnej komory przyległej do komory przetwarzania, lub w cyrkulacyjnych reaktorach fluidyzacyjnych częścią systemu zawracania do obiegu cząstek ciała stałego. W komorze wymiany ciepła, ciepło jest regenerowane typowo poprzez ciągłe wprowadzanie gorących cząstek ciała stałego na przykład z komory przetwarzania do komory wymiany ciepła, regenerację ciepła z cząstek w komorze wymiany ciepła i ciągłe odprowadzanie cząstek z komory wymiany ciepła do komory przetwarzania. Regeneracja ciepła następuje na powierzchniach wymiany ciepła umieszczonych w komorze wymiany ciepła.

W komorze wymiany ciepła występuje element wlotowy do wprowadzania ciągłego przepływu gorących cząstek ciała stałego z komory przetwarzania do komory wymiany ciepła, powierzchnie wymiany ciepła, element do przenoszenia ciepła regenerowanego z gorących cząstek poza komorę wymiany ciepła, i element wylotowy dla ciągłego zawracania do obiegu cząstek odprowadzanych z komory wymiany ciepła do komory przetwarzania. Dokładna i szybka kontrola wymiany ciepła jest istotnym czynnikiem w wielu zastosowaniach reaktorów fluidyzacyjnych, na przykład kotłów parowych, gdzie utrzymywanie stałej temperatury pary moke wymagać szybkiej i dokładnej regulacji wymiany ciepła. Potrzeba kontroli moke wynikać ze zmiennego zapotrzebowania na wytwarzaną parę, wahania jakości paliwa albo podawania paliwa, lub innego rodzaju nieprawidłowości w systemie. Moke takke zachodzić potrzeba dostosowania systemu do odpowiedniego stanu operacyjnego. W kotłach parowych dodatkowe wymagania dotyczące dostosowania wymiany ciepła wynikają z tego, ke ciepło regeneruje się tu w wielu stopniach, tj. w parownikach, przegrzewaczach, ekonomizerach i przegrzewaczach wtórnych, które mogą wymagać niezależnego sterowania. Z punktu widzenia procesów w reaktorze fluidyzacyjnym, celem kontrolowania wymiany ciepła jest utrzymanie optymalnych osiągów, uwzględniwszy zwłaszcza szkodliwe emisje lub sprawność spalania. Zwykle oznacza to, ke temperatura reaktora powinna pozostawać stała, nawet w warunkach zmiennego odzysku ciepła i podawania paliwa.

190 653

W cyrkulacyjnych reaktorach fluidyzacyjnych szybkość regeneracji ciepła w górnych partiach pieca można zmieniać poprzez zmianę gęstości złoża. Wykonuje się to poprzez zebranie części materiału złoża do przechowania, jak przedstawiono w patencie US 4,823,739, lub prościej i szybciej, poprzez zmianę szybkości gazu fluidyzującego. Jednakże gaz fluidyzujący jest istotnym czynnikiem w reakcjach występujących w komorze przetwarzania cyrkulacyjnego reaktora fluidyzacyjnego. Dla utrzymania ekonomicznie i ekologicznie pozytywnego działania, zmiany w zakresie gazu fluidyzującego wymagają innych równoczesnych zmian, jak na przykład szybkości podawania paliwa. Zatem, ten sposób kontrolowania wymiany ciepła dotyczy wszystkich powierzchni wymiany ciepła w systemie i może być pozytywnie wdrożony jedynie w skali czasowej stałej czasu termicznego całego systemu.

Z powodu występowania dużych pojemności cieplnych stała czasowa termicznego reaktora fluidyzacyjnego, to jest czas, gdy po stopniowo wzrastającym bodźcu następuje około dwie trzecie zmiany temperatury, może być bardzo długa, na przykład może trwać 25 minut. Tak wiec wymiana ciepła ze złoża fluidalnego w oparciu o powierzchnie wymiany ciepła mające niezmienny kontakt termiczny ze złożem nie jest wystarczająco szybka dla wielu zastosowań reaktorów fluidyzacyjnych.

Aby umożliwić szybką kontrolę wymiany ciepła od reaktorów fluidyzacyjnych, ze stałą czasową na przykład około 10 sekund, można wprowadzić różne konstrukcje z wykorzystaniem oddzielnych komór wymiany ciepła. Ponieważ także w komorach wymiany ciepła temperatura cząstek ciała stałego może zmieniać się tylko powoli, dla kontrolowania wymiany ciepła opracowano inne metody, niezależne od zmieniającej się temperatury cząstek ciała stałego.

Najprostszym sposobem takiego kontrolowania jest zmiana ilości gorącego materiału stykającego się z powierzchniami wymiany ciepła w komorze wymiany ciepła, przez co tylko niestałe części powierzchni wymiany ciepła pokrywane są cząstkami ciała stałego. Konstrukcję tego rodzaju opisano w patencie US 4,813,479. Lecz dla kontrolowania poziomu cząstek ciała stałego potrzebny jest przynajmniej jeden dodatkowy kanał przepływu i zawór sterujący, co zwiększa złożoność i koszty systemu.

Innym sposobem, stosowanym w cyrkulacyjnych reaktorach fluidyzacyjnych, jest podzielenie przepływu gorących cząstek ciała stałego za separatorem cząstek na dwa kanały, z których tylko jeden posiada powierzchnie wymiany ciepła. Przy zmianie proporcji podziału cząstek przepływających poprzez oba kanały zmienia się szybkości wymiany ciepła. Dla poprawnego działania w sposobie tym potrzebna jest dość złożona konstrukcja, na przykład opisana w patencie US 5,140,950, w której występuje wiele komór i kanałów.

Komory wymiany ciepła są zwykle barbotującymi złożami fluidalnymi o małych szybkościach przepływu gazu, na przykład od 0,1 do 0,5 m/s. Transport cząstek ciała stałego przez komorę wymiany ciepła lub jej kanały można kontrolować za pomocą mechanicznych zaworów, lub poprzez zmianę szybkości gazu fluidyzującego, a tym samym wysokości złoża w różnych częściach komory wymiany ciepła.

Współczynnik przejmowania ciepła odnosi się do ilości energii cieplnej przenoszonej poprzez jeden metr kwadratowy powierzchni wymiany ciepła przypadającej na jeden stopień różnicy temperatur pomiędzy złożem i medium odbierającym ciepło. Jak wiadomo, współczynnik przejmowania ciepła w złożu fluidalnym można zmieniać w pewnym zakresie poprzez zmianę szybkości przepływu gazu fluidyzującego. Wynika to z faktu, że przy większych szybkościach przepływu gazu fluidyzującego ruchy cząstek ciała stałego są bardziej intensywne i dają bardziej równomierny rozkład temperatury w złożu, a zatem wzrasta wymiana ciepła na powierzchniach wymiany.

Ponieważ, w typowych konstrukcjach komór wymiany ciepła szybkości przepływu gazu są odniesione do przepływu cząsteczkowego, nie mogą być zmieniane niezależnie. W patencie US 5,425,412 opisano układ w kanale powrotnym cyrkulacyjnego reaktora fluidyzacyjnego, gdzie komora wymiany ciepła zawiera oddzielną sekcję wymiany ciepła, przez co można zmieniać szybkość przepływu gazu niezależnie od przepływu cząsteczkowego. Ponadto, w patencie US 5,406,914 opisano inny układ z oddzielną sekcją wymiany ciepła, który także posiada dodatkowy kanał dla cząstek bezpośrednio z komory przetwarzania do komory. Na podobnej zasadzie można także zbudować oddzielną komorę wymiany ciepła z przepływem gazu dla wymiany ciepła, który jest niezależny od przepływu gazu dla przenoszenia cząstek.

190 653

Jednakże, przynajmniej, gdy wymagany jest wysoki stopień ograniczenia, sposoby opisane w patentach US 5,425,412 i 5,406,914 nie zapewniają idealnego kontrolowania wymiany ciepła, ponieważ w barbotujących złożach fluidalnych współczynnik przejmowania ciepła typowo zmienia się od małej wartości do znacznie większej wartości dość raptownie, w wąskim zakresie szybkości przepływu gazu fluidyzującego. Tak więc, przy wykorzystaniu szybkości przepływu jako parametru kontrolowania nie jest możliwe uzyskanie płynnego i ciągle kontrolowanego działania w dużym zakresie kontroli.

W patencie GB 929,156 zaproponowano sposób wymiany ciepła pomiędzy płynem cyrkulującym poprzez powierzchnię wymiennika ciepła i zgranulowanym materiałem proszkowym poprzez fluidyzację zgranulowanego materiału proszkowego w sposób pulsacyjny. Podczas każdego impulsu następuje wtryskiwanie gazu fluidyzacyjnego z szybkością podobną lub większą od szybkości gazu fluidyzacyjnego podczas ciągłej fluidyzacji, natomiast pomiędzy impulsami nie odbywa się wtryskiwanie gazu fluidyzacyjnego. Okresowe pulsacje tworzą stosunkowo krótkie okresy wtrysku, na zmianę z dłuższymi okresami stałymi. W ten sposób rozwiązano oba zagadnienia wspomniane w patencie GB. Zmniejszono ilość gazu fluidyzującego, a zgranulowany materiał pozostaje przez dłuższe okresy w stanie maksymalnej gęstości.

Sposób zaproponowany w GB 929,156 nie znajduje jednakże zastosowania w reaktorach fluidyzacyjnych, w których pożądane są maksymalnie stabilne warunki procesowe. Należy tu unikać wszystkich zmian mających negatywny wpływ na proces. Ogromna zmiana szybkości fluidyzacji, tj. od zerowej fluidyzacji i szybkości podobnej lub większej niż konwencjonalna szybkość fluidyzacji, mogą mieć negatywny wpływ na inne zmienne procesowe.

Następną wadą proponowanego kontrolowania wymiany ciepła opartego na impulsowej szybkości przepływu gazu, włącznie z zerowymi szybkościami przepływu gazu, jest słabe mieszanie cząstek ciała stałego w komorze wymiany ciepła. Zwłaszcza, jeśli występuje dopalanie gazów, zachodzi ryzyko przegrzania i aglomeracji materiału złoża w niektórych miejscach komory wymiany ciepła. Zauważono również, że dysze w dnie reaktora fluidyzacyjnego wykazują tendencję do nieszczelności, jeśli w reaktorze nie utrzymuje się minimalna szybkość gazu.

Celem wynalazku jest dostarczenie sposobu i urządzenia do kontrolowania wymiany ciepła w reaktorach fluidyzacyjnych, ze zmniejszeniem powyższych wad, a zwłaszcza dostarczenie sposobu i urządzenia, w których wymiana ciepła w komorze wymiany ciepła w reaktorze fluidyzacyjnym może być kontrolowana szybko i dokładnie w dużym zakresie, nawet dla małych szybkości wymiany, bez ryzyka przegrzania.

Według wynalazku, sposób kontrolowania wymiany ciepła w reaktorze fluidyzacyjnym, w którym wprowadza się ciągle gaz fluidyzujący do komory wymiany ciepła zawierającej złoże cząstek ciała stałego i powierzchnie wymiany ciepła, stykające się ze złożem cząstek ciała stałego w komorze wymiany ciepła i wywołuje się przepływ ciepła ze złoża fluidalnego cząstek ciała stałego do stykających się z nim powierzchniami wymiany ciepła, charakteryzuje się tym, że ciągle zmienia się szybkość przepływu gazu fluidyzującego wprowadzanego do komory wymiany ciepła, pomiędzy dwiema lub więcej dodatnimi szybkościami przepływu zgodnie z okresową fńnkcją, i zmienia się fluidyzację złoża cząstek ciała stałego poprzez zmianę parametru funkcji szybkości przepływu gazu fluidyzującego kontrolując chwilową wymianę ciepła pomiędzy cząsteczkami stałymi złoża fluidalnego i powierzchniami wymiany ciepła.

Szybkość przepływu gazu ciągle wprowadzanego do komory wymiany ciepła korzystnie zmienia się pomiędzy szybkością przepływu pierwszą i drugą, przy czym pierwsza szybkość przepływu jest większa od drugiej szybkości i zapewnia większą wymianę ciepła pomiędzy cząstkami ciała stałego złoża fluidalnego i powierzchniami wymiany ciepła niż druga szybkość przepływu.

Korzystnie zmienia się szybkość przepływu gazu wprowadzanego do komory wymiany ciepła okresowo według funkcji stopniowo wzrastającej, piłokształtnej lub sinusoidalnej.

W innym wariancie wynalazku zmienia się szybkość przepływu gazu wprowadzanego do komory wymiany ciepła okresowo pomiędzy szybkościami granicznymi górną i dolną, przy czym górna szybkość graniczna przekracza 0,2 m/s, korzystnie przekracza 0,25 m/s, a różnica pomiędzy szybkościami granicznymi górną i dolną przekracza 0,1 m/s, korzystnie przekracza 0,15 m/s.

190 653

A w następnym wariancie wynalazku zmienia się szybkość przepływu gazu ciągle wprowadzanego do komory wymiany ciepła okresowo pomiędzy szybkościami granicznymi górną i dolną, przy czym górna szybkość graniczna przekracza 0,4 m/s, korzystnie przekracza 0,5 m/s, a różnica pomiędzy szybkościami granicznymi górną i dolną przekracza 0,2 m/s, korzystnie przekracza 0,25 m/s.

Korzystnie też zmienia się szybkość przepływu gazu wprowadzanego do komory wymiany ciepła, okresowo pomiędzy szybkością graniczną górną i dolną, przy czym przy dolnej szybkości granicznej chwilowy współczynnik przejmowania ciepła, dla ciepła przenoszonego z cząstek ciała stałego w komorze wymiany ciepła, do powierzchni wymiany ciepła jest mniejszy niż 60% wartości maksymalnej, a przy górnej szybkości granicznej jest większy niż 80% wartości maksymalnej.

Szybkość gazu wprowadzanego do komory wymiany ciepła można zmieniać pomiędzy górną graniczną szybkością przepływu gazu i dolną graniczną szybkością przepływu gazu, przy czym utrzymuje się stały okres wprowadzania przepływu gazu z górną graniczną szybkością i zmienia się okres wprowadzania przepływu z dolną graniczną szybkością kontrolując wymianę ciepła w komorze wymiany ciepła. Przepływ gazu korzystnie wprowadza się z dolną graniczną szybkością przepływu w czasie krótszym niż 30 s, a korzystnie w czasie od 0 do 10 s.

Przepływ gazu wprowadzanego w komorę wymiany ciepła zmienia się pomiędzy górną i dolną graniczną szybkością przepływu gazu, przy czym utrzymuje się stały okres wprowadzania przepływu gazu z dolną graniczną szybkością przepływu gazu i zmienia się okres wprowadzania przepływu z górną graniczną szybkością kontrolując wymianę ciepła w komorze wymiany ciepła.

Oddzielnie kontroluje się przepływ gazu fluidyzacyjnego wprowadzanego w przynajmniej pierwszą i drugą strefę komory wymiany ciepła dla zapobiegania okresowym zakłóceniom cieplnym układzie.

Poprzez powierzchnie wymiany ciepła w komorze wymiany ciepła odzyskuje się ciepło wytwarzane w komorze reakcyjnej, zwłaszcza w komorze spalania, połączonej z komorą wymiany ciepła. Korzystnie, ciepło odzyskuje się z popiołu odprowadzanego z reaktora fluidyzacyjnego w komorze wymiany ciepła stanowiącej chłodnicę popiołu.

Ciepło odzyskuje się na powierzchniach wymiany ciepła w komorze wymiany ciepła, która jest połączona z kanałem powrotnym łączącym separator cząstek z dolną częścią komory reakcyjnej cyrkulacyjnego reaktora fluidyzacyjnego.

Monitoruje się zmianę wymaganej wymiany ciepła, i reguluje się wymianę ciepła poprzez ustawianie elementu regulacyjnego 26 do wprowadzania gazu fluidyzującego do komory wymiany ciepła.

Monitoruje się i porównuje z wartością zadaną temperaturę medium wymiany ciepłą, jak gorąca woda lub para, temperaturę dostarczaj ą powierzchnie wymiany ciepła, i zmienia się czas górnej i dolnej szybkości przepływu gazu według zadanego programu, dla uzyskania żądanej wymiany ciepła w komorze wymiany ciepła, celem doprowadzenia temperatury do wartości zadanej.

Według wynalazku, urządzenie do kontrolowania wymiany ciepła w reaktorze fluidyzacyjnym, zawierające komorę wymiany ciepła ze złożem cząstek ciała stałego, usytuowaną na dole komory wymiany ciepła skrzynię dmuchową, z którąjest połączony przewód gazowy z elementem regulującym do ciągłego wprowadzenia gazu fluidyzującego do komory wymiany ciepła dla fluidyzacji w nim złoża cząstek ciała stałego, a w komorze wymiany ciepła w styku ze złożem cząstek ciała stałego są usytuowane powierzchnie wymiany ciepła, charakteryzuje się tym, że z elementem regulującym przewodu gazowego jest połączony blok sterowania zawierający generator funkcji dostosowany do ciągłej zmiany szybkości przepływu gazu fluidyzującego wprowadzanego do komory wymiany ciepła pomiędzy dwiema lub więcej dodatnimi szybkościami przepływu zgodnie z okresową funkcją, oraz połączony z generatorem funkcji człon sterujący dostosowany do zmiany parametru okresowej funkcji szybkości przepływu.

Z komorą wymiany ciepła są połączone przyrządy monitorujące do wykrywania potrzeby zmiany wymiany ciepła w komorze wymiany ciepła, przy czym przyrządy monitorujące są połączone z członem regulacyjnym dostosowanym do zmiany parametru okresowej funkcji szybkości przepływu.

190 653

Przyrządy monitorujące stanowią czujnik temperatury do pomiaru temperatury medium przenoszącego ciepło z komory wymiany ciepła.

Elementy regulujące stanowią zawory do kontrolowania szybkości przepływu gazu wprowadzanego w komorę wymiany ciepła.

Z komorą wymiany ciepła jest połączona, z zapewnieniem przepływu cząstek ciała stałego, komora reakcyjna, korzystnie komora spalania. Komora wymiany ciepła jest korzystnie chłodnicą popiołu odbioru i jest połączona komorą reakcyjną do odbierania z niej złoża gruboziarnistego materiału.

W korzystnym wariancie reaktor fluidyzacyjny jest cyrkulacyjnym reaktorem fluidyzacyjnym, posiadającym komorę reakcyjną i separator cząstek stałych, przy czym komora wymiany ciepła jest połączona z kanałem powrotnym łączącym separator cząstek stałych z dolną częścią komory reakcyjnej.

Wynalazek zapewnia oszczędność kosztów i może być łatwo wdrożony w praktyce, ponieważ w większości przypadków można go zastosować przy niewielkich zmianach w istniejących urządzeniach do kontroli szybkości gazu w komorze wymiany ciepła.

Przy stosowaniu sposobu i urządzenia według wynalazku czas reakcji systemu wymiany ciepła jest krótki, ponieważ stała czasowa przepływu gazu wynosi około kilku sekund, a dla powierzchni wymiany ciepła typowo również najwyżej kilkadziesiąt sekund. Poprzez zastosowanie różnych wartości dla parametrów okresowej szybkości przepływu gazu fluidyzującego można uzyskać szeroki zakres kontroli, na przykład od 100%o do 25%.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. la do ld przedstawiają wykresy ukazujące okresowe zmiany szybkości przepływu w złożu fluidalnym; fig. 2 - dolną cześć barbotującego reaktora fluidyzacyjnego zgodnie z przykładem wykonania obecnego wynalazku, schematycznie w przekroju; fig. 3 - cyrkulacyjny reaktor fluidyzacyjny zgodnie z innym przykładem wykonania obecnego wynalazku, schematycznie w przekroju; fig. 4 i 5 - cyrkulacyjne reaktory fluidyzacyjne zgodnie z następnymi przykładami wykonania obecnego wynalazku, schematycznie w przekroju.

Udoskonalony sposób kontrolowania wymiany ciepła prowadzi się w reaktorze fluidyzacyjnym według wynalazku, w którym występuje komora wymiany ciepła ze złożem cząstek ciała stałego, element do ciągłego, tj. zasadniczo nieprzerwanego wprowadzania gazu fluidyzującego w komorę wymiany ciepła dla fluidyzacji złoża cząstek ciała stałego, i powierzchnie wymiany ciepła stykające się ze złożem cząstek ciała stałego w komorze wymiany ciepła. Ciepło z cząstek ciała stałego odbiera się w komorze wymiany ciepła za pomocą powierzchni wymiany ciepła. Ponadto dokonuje się ciągłej zmiany fluidyzacji złoża cząstek ciała stałego w komorze wymiany ciepła zgodnie z funkcją okresową. Przepływ gazu fluidyzującego wprowadza się ciągle w komorę wymiany ciepła, zmienia się okresowo pomiędzy przynajmniej dwoma różnymi szybkościami wypływu, dla kontrolowania chwilowej wymiany ciepła od cząstek ciała stałego do powierzchni wymiany ciepła w komorze wymiany ciepła. W ten sposób kontroluje się skuteczną lub średnią ogólną wymianę ciepła w komorze wymiany, poprzez zmianę parametru okresowo zmiennego przepływu gazu fluidyzującego, wprowadzanego w komorę wymiany ciepła.

W ulepszonym sposobie regeneracji ciepła z cząstek ciała stałego w reaktorze fluidyzacyjnym, wykorzystuje się komorę wymiany ciepła, do której ciągle wprowadza się gorące cząstki ciała stałego z komory przetwarzania i z której ciągle odprowadza się te cząstki do komory przetwarzania. Poprzez powierzchnie wymiany ciepła regeneruje się ciepło z cząstek ciała stałego w komorze wymiany ciepła. Przy tym zmienia się ciągle szybkości przepływu gazu fluidyzującego wprowadzanego w komorę wymiany ciepła według funkcji okresowej.

Dodatkowo, obserwuje się potrzeby zmiany szybkości wymiany ciepła, na przykład przez monitorowanie temperatury medium przenoszącego regenerowane ciepło z komory, i zmienia się parametry szybkości przepływu gazu fluidyzującego w komorze wymiany ciepła, powodując zmiany skutecznej szybkości wymiany ciepła zgodnie z zaobserwowaną potrzebą.

Zgodnie z korzystnym przykładem realizacji wynalazku, szybkość ciągłego przepływu gazu zmienia się pomiędzy pierwszą i drugą szybkością przepływu, przy czym pierwsza szybkość jest większa od drugiej szybkości i pierwsza szybkość zapewnia większą chwilową wymianę ciepła od cząstek ciała stałego do powierzchni wymiany ciepła niż druga szybkość

190 653 przepływu. Według życzenia lub potrzeby, szybkość przepływu można zmieniać pomiędzy więcej niż dwoma różnymi szybkościami przepływu.

Gdy szybkość przepływu zmienia się pomiędzy założonymi wartościami stałymi, najmniejsza szybkość powinna być większa od zera. Najmniejsza szybkość przepływu powinna być ustawiona na poziomie zapobiegającym przeciekaniu dysz fluidyzacyjnych, lub zatykaniu ich cząstkami opadającymi na otwory lub w otwory dyszowe.

W systemach, gdzie gaz fluidyzujący komory wymiany ciepła stanowi znaczną część powietrza spalania w systemie, dla uniknięcia niestabilności systemu wymagane jest utrzymanie minimalnej szybkości przepływu gazu/powietrza. Potrzebna będzie również pewna minimalna szybkość przepływu powietrza, zapobiegająca pogorszeniu warunków i wzrostowi korozji powierzchni wymiany ciepła.

Z powyższych powodów minimalna szybkość okresowo zmieniającej się szybkości przepływu gazu fluidyzacyjnego w komorze wymiany ciepła korzystnie powinna utrzymywać się na poziomie odpowiadającym przynajmniej 10%, korzystniej przynajmniej 20% maksymalnej wartości okresowo zmiennej szybkości gazu fluidyzującego w komorze wymiany ciepła.

Szybkość przepływu gazu wprowadzanego do komory wymiany ciepła również może być okresowo zmieniana według na przykład funkcji stopniowo wzrastającej, funkcji piłokształtnej, funkcji sinusoidalnej, itp. Postać samej funkcji jako takiej zwykle nie jest istotna. Postać funkcji generalnie zależy od konstrukcji środków dostarczających okresowo zmienny przepływ gazu fluidyzującego i/lub środków dla zmiany parametru okresowego przepływu gazu fluidyzującego. W celu umożliwienia zmiany średniego' przepływu gazu fluidyzującego oraz skutecznej szybkości wymiany ciepła, powinna być możliwa zmiana przynajmniej jednego z parametrów tej funkcji.

Jak wspomniano poprzednio, współczynnik przejmowania ciepła w barbotującym reaktorze fluidyzacyjnym typowo zmienia się od małej do dużej wartości dość raptownie, w wąskim zakresie szybkości przepływu gazu fluidyzacyjnego. Współczynnik przejmowania ciepła dochodzi do maksimum z pewną szybkością przepływu, i ponownie maleje z większymi szybkościami przepływu. Zakres szybkości płynu, gdzie współczynnik przejmowania ciepła dla chwilowych zmian szybkości wymiany ciepła wynosi od 60% do 80% swego maksimum, jest zwany „zakresem szybkości wymiany”, szybkości przepływu poniżej „zakresu szybkości wymiany” zwane są „niskimi” szybkościami, a szybkości przepływu większe od „zakresu szybkości wymiany” zwane są „wysokimi” szybkościami.

W korzystnym przykładzie realizacji sposobu według wynalazku okresowo zmienna szybkość przepływu gazu fluidyzacyjnego zależy od czasu, jako czasowo zależnej funkcji skokowej, tzn. funkcji, której wartość zmienia się pomiędzy dwoma stałymi, jedną stałą jest „niska” szybkość, a drugą „wysoka” szybkość. Tak więc, parametrami okresowego przepływu są czasy i szybkości „wysokich” i „niskich” części okresu przepływu. W czasie podokresu, gdy szybkość jest „wysoka”, występuje wysoka chwilowa szybkość wymiany na powierzchniach wymiany ciepła. Gdy szybkość jest „niska”, chwilowa wymiana ciepła jest niska. Przy funkcji okresowej, gdzie złoże zawsze lub przez większość czasu pozostaje w stanie „wysokim”, skuteczna lub średnia całkowita szybkość wymiany ciepła będzie wysoka. Gdy proporcja „wysokiej” szybkości jest mała, szybkość wymiany ciepła będzie niska.

Okresowo zmienna funkcja szybkości przepływu gazu nie koniecznie musi być funkcją skokową zmieniającą się pomiędzy dwoma stałymi, lecz może, według potrzeby, być inną odpowiednią funkcją zależną od czasu, lecz korzystnie zmienną w zakresie ograniczonym przez „niską” i „wysoką” szybkość, korzystnie „niska” i „wysoka” szybkość będą zadane.

Okresową, stopniowo wzrastającą funkcję zmiennego przepływu schematycznie przedstawiono na fig. la. Patrametr ti jest czasem „wysokiej” szybkości przepływu, a parametr t2 jest czasem „niskiej” szybkości przepływu. W punktach oznaczonych przez i oraz ii na fig. la, a także w innych przykładach lb, lei ld, skuteczna szybkość wymiany ciepła wzrasta od niskiej wartości do wartości pośredniej, i od wartości pośredniej do wartości wysokiej.

Przy ciśnieniu atmosferycznym, zakres szybkości wymiany ciepła, oddzielający regiony wysokiej i niskiej wymiany ciepła, typowo wynosi około 0,2 m/s dla drobnoziarnistego materiału złoża, i od 0,4 do 0,5 m/s dla gruboziarnistego materiału złoża. Tak więc, w ciśnieniu otoczenia dla drobnoziarnistego materiału złoża, jak na przykład materiał cyrkulujący w reakto10

190 653 rze CFB, „wysokie” szybkości przepływu czyli górna wartość graniczna dla szybkości przepływu, moke wynosić na przykład > 0,2 m/s, a typowo > 0,25 m/s. Róknica pomiędzy „wysoką” i „niską” szybkością przepływu wynosi powyżej 0,1 m/s, korzystnie powyżej 0,15 m/s. Podobnie, przy ciśnieniu otoczenia dla gruboziarnistego materiału złoża, jak na przykład popiół odprowadzany z dolnej części reaktora cyrkulacySnego CFB „wysokie” szybkości przepływu mogą przykładowo wynosić > 0/4 m/s, typowo > 0,5 m/s. Róknica pomiędzy „wysokimi” i „niskimi” szybkościami przepływu wynosi powykeS 0,2 m/s, korzystnie powyżrj 0,25 m/s. Róknica pomiędzy „wysoką” i „niską” szybkością nie powinna jednakże przekraczać wartości „wysokiej” szybkości przepływu, a „minimalną” szybkość przepływu naleky utrzymywać przez cały czas, dla zapobiekenia aglomeracji, przeciekaniu dysz, zatykaniu dysz i niestabilności systemu, występujących przy zerowych lub zbyt małych szybkościach przepływu.

Zauważono, ke „wysokie” i „niskie” wartości szybkości silnie zaleką od ciśnienia. Tak więc przy podwyższonych ciśnieniach, na przykład 52, 67 Pa, podane powyżej szybkości przepływu naleky podzielić przez dwa, lub więcej.

Okresowo zmienny współczynnik przeniesienia ciepła dla powierzchni wymiany ciepła w złoku fluidalnym zależy oprócz ciśnienia również od rozmiaru, okrągłości i gęstości cząstek złoka. Zatem, zgodnie z jednym aspektem obecnego wynalazku zakres szybkości przepływu, który rozdziela „wysoką” i „niską” wartości szybkości przepływu, moke być trudny do ustalenia jako zakres szybkości. Alternatywnie, zakres ten można określić jako zakres, w którym chwilowy współczynnik przeniesienia ciepła zmienia się od 60% do 80% swej wartości maksymalnej. Maksymalna wartość chwilowego współczynnika przeniesienia przyjmuje wartość praktycznie uzyskiwaną przez określone powierzchnie wymiany ciepła w określonej komorze wymiany ciepła.

Na fig. la, a także w innych przykładach lb, lei ld, pozioma linia przerywana w przybliżeniu przedstawia zakres szybkości przepływu, który rozdziela regiony wysokiego i niskiego współczynnika przeniesienia ciepła.

W korzystnym przykładzie wykonania podokres „wysokiej” szybkości przepływu jest stały, na przykład 2,0 s, a podokres „niskiej” szybkości przepływu można zmieniać, w celu kontrolowania wymiany ciepła, na przykład od 0 s do 10 s, dla pokrycia żądanego zakresu wymiany ciepła. Żądane podokresy „niskiej” szybkości przepływu mogą być stałe, a podokresy „wysokiej” szybkości przepływu mogą się zmieniać, mokna również zmieniać oba podokresy. Dla dostatecznego wymieszania karbolującego złoka potrzebne są niezbyt długie podokresy „wysokiej” szybkości, które typowo nie powinny przekraczać 30 s. Również, dla uniknięcia szkodliwych zmian okresowych temperatury medium wymiany ciepła lub reaktora, podokresy te w większości przypadków powinny być krótsze od odpowiadających termicznych stałych czasowych dla systemu.

Aby wyeliminować okresowe zakłócenia termiczne, na przykład cyklicznie zmieniającą się temperaturę pary, w komorze wymiany ciepła mogą występować przynajmniej dwa zestawy oddzielnie kontrolowanych wlotów gazu fluidyzującego w tym samym obszarze. Podokresy „wysokiej” i „niskiej” szybkości przepływu można dostosować do występowania w dwóch oddzielnie kontrolowanych wlotach gazu fluidyzacyjnego, w rożnych czasach, w róknych strefach, lub w róknych zestawach wlotów. Gdy gazy fluidyzujące róknych wlotów mają „wysokie” szybkości przepływu w róknych czasach, zmniejsza się ryzyko cyklicznych zmian temperatury. Jeśli w komorze wymiany ciepła występuje N stref, szybkości okresowych przepływów wytwarza się z różnicą w fazie o 360°/N.

Funkcje okresowego przepływu mogą przyjmować wiele innych postaci nik funkcja opisana powyżej. Ponieważ skuteczna szybkość wymiany ciepła jest w praktyce skomplikowaną funkcją wielu parametrów, jako zmienne kontrolne mogą być wykorzystane dowolne z tych parametrów lub dowolna ich kombinacja. Na fig. lb pokazano inny przykład, funkcję skokową, gdzie jako kontrolny parametr zastosowano iloraz czasu „wysokiego” i miiskiego” podokresu.

Przebieg okresowego przepływu nie musi być funkcją skokową, lecz moke być na przykład funkcją sinusoidalną, piłokształtną z uskokiem zmiennej, lub funkcją piłokształtną z amplitudą zmiennej. Następne przykłady pokazano na fig. lc i ld: funkcję sinusoidalną i funkcję piłokształtną, które mokna wykorzystać jako funkcje przepływu okresowo zmiennego.

190 653

W przeprowadzonych próbach współczynnik skutecznej szybkości wymiany ciepła dla powierzchni wymiany ciepła w komorze wymiany ciepła typowo zmieniał się od 100 W/m²K do 400 W/m K. W próbach tych występowała okresowa szybkość przepływu gazu fluidyzującego typu pokazanego na fig. la. Podokres „wysokiego” przepływu pozostawał stały, typowo 1 s, a podokres „niskiego” przepływu był zmienny. Przy „niskim” podokresie 10 s stała wymiany ciepła wyniosła 100 W/m^K, a przy 0 s wyniosła 400 W/m2K. Współczynnik przejmowania ciepła zmieniał się wraz z czasem pośrednim zasadniczo liniowo pomiędzy tymi wartościami ekstremalnymi. Uzyskano użyteczny zakres kontrolowania od 100% do 25%.

Dodatkową cechę tego wynalazku oparto na potrzebie zaobserwowanej na przykład przez monitorowanie temperatury medium przenoszącego ciepło z komory wymiany ciepła, to jest wymianie ciepła od płynnego złoża, regulowanej przez zmianę parametru okresowo zmiennej szybkości gazu fluidyzacyjnego w komorze wymiany ciepła. Można również zmieniać podokresy wysokiej szybkości przepływu gazu i podokresy niskiej szybkości przepływu gazu zgodnie z zadanym programem, dla uzyskania żądanej wymiany ciepła w komorze wymiany, tj. dla dojścia do zadanej wartości temperatury.

Stwierdzono, że wymiana ciepła w reaktorze fluidyzacyjnym może być kontrolowana poprzez wyraźnie okresową zmianę szybkości przepływu z wykorzystaniem odpowiedniej funkcji przepływu, w komorze wymiany ciepła. Wskutek pojemności cieplnej występującej w tym systemie, wytworzonej dzięki na przykład metalowym rurom, płynnemu medium, itd., możliwe jest zastosowanie okresowo zmiennych procedur kontrolnych. Ponadto, poprzez zastosowanie okresowo zmiennej procedury kontrolowania - przy niezbyt długim okresie - można uzyskać idealnie kontrolowane działanie.

Na fig. 2 - 5 przedstawiono urządzenie do kontrolowania wymiany ciepła z cząstek ciała stałego w złożu fluidalnym. Odnośniki na tych figurach będą oznaczać te same części. Jednakże odnośniki na fig. 3 poprzedzono cyfrą 3, a odnośniki na fig. 4 i 5 poprzedzono cyframi 4 i 5. Urządzenie według obecnego wynalazku będzie najpierw opisane w połączeniu z barbotującym reaktorem fluidyzacyjnym 10, którego dolną część komory wymiany ciepła 12 pokazanego na fig. 2.

Na fig. 2 przedstawiono bardzo prosty przykład wykonania obecnego wynalazku, komorę wymiany ciepła 12 barbotującego reaktora fluidyzacyjnego, jako komorę spalania i komorę wymiany ciepła. W komorze wymiany ciepła 12 występuje barbotujące złoże fluidalne 14. Wewnątrz złoża fluidalnego 14 umieszczono powierzchnie wymiany ciepła 16 tworzące system wymiennika ciepła 17, dla regeneracji ciepła z cząstek stałych, jakie tam się znajdują. Dodatkowo lub alternatywnie, ściany 18 komory wymiany ciepła mogą być utworzone przez powierzchnie wymiany ciepła, dla dostarczenia systemu wymiennika ciepła.

Krata 20 rozprowadzająca powietrze fluidyzujące tworzy dno komory wymiany ciepła 12. Gaz fluidyzujący, na przykład powietrze, wprowadza się do komory wymiany ciepła 12 ze skrzyni dmuchowej 22 poprzez kratę 20. Do skrzyni dmuchowej 22 gaz fluidyzujący dopływa przewodem gazowym 24. Element regulujący 26, na przykład zawór itp., kontroluje przepływ gazu fluidyzującego poprzez kratę, kontrolując tym samym szybkość gazu lub powietrza w komorze wymiany ciepła 12.

Do wymiennika ciepła 17 wprowadza się poprzez przewód wlotowy 28 medium wymiany ciepła, na przykład wodę lub parę, celem przepływu przez powierzchnie wymiany 16, i wyprowadza się z komory wymiany ciepła poprzez przewód wylotowy 30, z podwyższoną temperaturą.

Umieszczony w przewodzie wlotowym 30 element monitorujący 32 do pomiaru lub monitorowania temperatury, na przykład termometr, kontroluje ciepło odprowadzane z wymiennika oraz wskazuje potrzebę zmiany szybkości wymiany ciepła w wymienniku 17. Na wypływie medium wymiany ciepłą, za powierzchniami wymiany 16 umieszczono, element monitorujący temperaturę. Element monitorujący 32 połączono z blokiem sterowania 34 doprowadzeniem gazu fluidyzującego do komory wymiany ciepła 12.

Blok sterowania 34 zawiera generator funkcji 36, element regulujący 26, na przykład jeden lub kilka zaworów, i co najmniej jeden wlotowy przewód gazowy 24, umożliwiając okresową zmianę szybkości przepływu gazu fluidyzującego w komorze wymiany ciepła 12, i człon sterujący 38 do ustawiania parametrów okresowo zmiennej szybkości przepływu gazu według sygnałów z elementu kontroli temperatury lub innych sygnałów. Okresowo zmienna szybkość

190 653 przepływu gazu, generowana przez blok sterowania 34 i element regulujący 26, może odpowiadać jednemu z typów pokazanych na fig. 1a do 1d.

Obecny wynalazek można zastosować także do innych barbotujących reaktorów fluidyzacyjnych, do których ciepło przenosi się w inny sposób niż poprzez spalanie.

Na fig. 3 schematycznie pokazano cyrkulacyjny reaktor fluidyzacyjny 310, CFB, z komorą reakcyyną 312, separatorem cząstek 311 i kanałem powrotnym 313. Komora reakcyjna 312 jest komorą przetwarzania, jak na przykład komorą spalania z trwałym złożem 314 cząstek wewnątrz. Cyrkulację materiału złoża w reaktorze cyrkulacyjnym CFB 310 kontroluje się poprzez kontrolę wprowadzania gazu fluidyzującego przez dno 320 komory przetwarzania. Ponieważ cyrkulacyjne reaktory fluidyzacyjne są dobrze znane, nie opisano tu szczegółowo ich budowy lub działania.

Komora wymiany ciepła 312' jest połączona z kanałem powrotnym 313, przez co cząstki oddzielone w separatorze 311 przepływają poprzez komorę wymiany ciepła 312' na swej drodze powrotnej do komory reakcyjnej 312. Barbotujące złoże fluidalne jest utworzone w komorze wymiany ciepła 312' z przepływających cząstek ciała stałego. Komora wymiany ciepła 312' z umieszczonym wewnątrz złożem cząstek ciała stałego tworzy uszczelnienie gazowe pomiędzy dolną częścią komory reakcyjnej 312 i separatora cząstek 311. Cząstki ze złoża ponownie wprowadza się z komory wymiany ciepła 312' do komory reakcyjnej 312 poprzez przelewowy otwór przelotowy 340 we wspólnej ścianie 342 pomiędzy komorami 312 i 312'.

Powierzchnie wymiany ciepła 316 są umieszczone w złożu fluidalnym w komorze wymiany ciepła 312', dla regeneracji ciepła z cząstek ciała stałego cyrkulujących w systemie reaktora CFB. W szczególnym przykładzie wykonania obecnego wynalazku pokazanym na fig. 3 powierzchnie wymiany ciepła 316 są umieszczone w strefie wymiany ciepła 314 w odległości od otworu 340, przez co druga strefa 314 złoża w pobliżu wspólnej ściany 342 nie zawiera powierzchni wymiany ciepła. Skrzynia dmuchowa poniżej kraty 320' podzielona jest na dwie oddzielne części, poprzez pierwszą część 322' wprowadza się gaz fluidyzujący w strefę wymiany ciepła 314 zawierającą powierzchnie wymiany ciepła, a poprzez 322 wprowadza się gaz fluidyzujący w drugą strefę 314, bez powierzchni wymiany ciepła. Umożliwia to oddzielną kontrolę fluidyzacji stref 314' i 314 złoża. Poprzez regulację gazu wprowadzanego w drugą część 322 skrzyni dmuchowej w pobliżu wspólnej ściany 342 kontroluje się wypływ cząstek ciała stałego poprzez przelewowy otwór przelotowy 340.

Poprzez regulację gazu wprowadzanego w pierwszą część 322' skrzyni dmuchowej kontroluje się wymianę ciepła od cząstek ciała stałego do powierzchni wymiany ciepła 316 według obecnego wynalazku. W przewodzie 324 wprowadzającym gaz do pierwszej części 322' skrzyni dmuchowej umieszczono element regulujący 326. Do kontroli wymiany ciepła zastosowano blok sterowania 324 z generatorem funkcji 336 i członem sterującym 338, a także przyrząd monitorujący 332 do pomiaru temperatury podłączony do przewodu wylotowego 330 układu wymiennika ciepła 317.

Na fig. 4 pokazano inny przykład wykonania cyrkulacyjnego reaktora fluidyzacyjnego 410 według obecnego wynalazku, schematycznie w przekroju. W reaktorze 410 komora wymiany ciepła 412' jest umieszczona w sąsiedztwie komory reakcyjnej 412, w tym przypadku komorze przetwarzania, lecz bez połączenia z kanałem powrotnym 413 reaktora.

We wspólnej ścianie 442 pomiędzy komorą reakcyjną 412 i komorą wymiany ciepła 412' wykonany jest otwór wlotowy 444 do wprowadzania cząstek ciała stałego z wewnętrznej cyrkulacji w komorze reakcyjnej do komory wymiany ciepła. Dodatkowo, we wspólnej ścianie 442 jest wykonany otwór wylotowy 440 dla recyrkulacji cząstek ciała stałego poprzez przelew z komory wymiany ciepła 412' do komory reakcyjnej 412.

Komora wymiany ciepła jest podzielona na pierwszą strefę 414' wymiany ciepła, zawierającą powierzchnie wymiany ciepła 416 i bezpośrednio połączoną z otworem wlotowym 444, i drugą strefę 414 tworzącą strefę przeniesienia i połączoną z otworem wylotowym 440, dla zawrócenia do obiegu cząstek ciała stałego do komory reakcyjnej. Obie strefy są oddzielnie fluidyzowane poprzez części pierwszą422' i drugą 422 skrzyni dmuchowej. W górnej części komory wymiany ciepła, pomiędzy górnymi częściami stref 414' i 414 jest usytuowana ścianka działowa 446, zapobiegająca bezpośredniemu przepływowi cząstek pomiędzy tymi górnymi częściami.

190 653

Wprowadzanie gazu fluidyzującego poprzez pierwszą część 422' skrzyni dmuchowej kontroluje blok sterowania 434 podobny do pokazanych na fig. 2 i 3, celem sterowania regeneracjąciepła w komorze wymiany ciepła 412'.

Na fig. 5 pokazano jeszcze inny przykład wykonania cyrkulacyjnego reaktora fluidyzacyjnego 510 według obecnego wynalazku, schematycznie w przekroju. W reaktorze 510 posiadającym komorę reakcyjną 512, w tym przypadku spalania, połączona z układem komora wymiany ciepła 512' jest chłodnicą popiołu przeznaczoną do odbioru materiału złoża, odprowadzanego z dolnej części komory reakcyjnej 512. Powierzchnie wymiany ciepła 516 umieszczone są w komorze wymiany ciepła 512', gdzie odbierają ciepło z systemu.

Materiał złoża odprowadza się z komory reakcyjnej 512 do komory wymiany ciepła 512' poprzez otwór 544 we wspólnej ścianie 542 w pobliżu dna 521 komory spalania. Aby umożliwić wypływ gazu i drobnych cząstek ciała stałego z komory wymiany ciepła 512' do komory reakcyjnej 512, powyżej otworu 544 wykonany jest drugi otwór 540. W dnie komory wymiany ciepła 512' wykonany jest otwór wylotowy 548, przez który odprowadza się popiół. Komora wymiany ciepła 512' nie jest tu podzielona na dwie oddzielne strefy, gdyż materiał stały zasadniczo nie jest zawracany do komory spalania.

Wprowadzanie gazu fluidyzującego poprzez skrzynię dmuchową 522' do komory wymiany ciepła kontroluje blok sterowania 534 podobny jak na fig. 2 do 4, sterując regeneracją ciepła w komorze wymiany ciepła 512'.

Forma reaktora lub komory wymiany ciepła może znacznie odbiegać od pokazanych w załączonych przykładach demonstracyjnych. Wskazano, że reaktor fluidyzacyjny może być zespołem komory spalania. Wynalazek można oczywiście zastosować także do innych procesów, jak na przykład regeneracji ciepła w połączeniu z chłodzeniem gorącego gazu.

Obecny wynalazek znajduje zastosowanie do reaktorów fluidyzacyjnych różnego typu, jak na przykład barbotujace reaktory fluidyzacyjne (CFB). Reaktor fluidyzacyjny posiada komorę przetwarzania, na przykład komorę spalania, połączoną przepływem cząstek ciała stałego z komorą wymiany ciepła. Dzięki temu ciepło wytwarzane w komorze przetwarzania jest regenerowane na powierzchniach wymiany ciepła w komorze wymiany ciepła. Komora wymiany ciepła, gdzie kontroluje się wymianę ciepła zgodnie z wynalazkiem, może być integralną częścią barbotującego reaktora fluidyzacyjnego, tj. przynajmniej część samego barbotującego złoża fluidalnego może tworzyć strefę „komory” wymiany ciepła.

Wynalazek znajduje również zastosowanie w chłodnicach popiołu z fluidalnym złożem, chłodzących popiół i/łub inny materiał złoża odprowadzany z komory spalania reaktora fluidyzacyjnego. Komorę wymiany ciepła można połączyć z cyrkulacyjnym reaktorem CFB jako zewnętrzny wymiennik ciepła w pętli recyrkulacji materiału ciała stałego, lub jako wewnętrzny wymiennik ciepła połączony do cyrkulacji materiału wewnętrznego złoża.

Choć w przedstawionych przykładach wykonania obecnego wynalazku kontrolę wymiany ciepła oparto na regulacji temperatury płynu bezpośrednio na wyjściu komory wymiany ciepła, regulację można wykonywać w oparciu o inne pomiary. Również regulację szybkości wymiany ciepła można prowadzić w oparciu o pomiary w różnych miejscach wewnątrz lub na zewnątrz systemu. Układ sterowania można zaprojektować do sterowania automatycznego lub ręcznego.

190 653

Fig. 3

190 653

Fig. 4

Fig. 5

190 653

WYSOKI”

HttHWW i ii

Fig. 1d

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób kontrolowania wymiany ciepła w reaktorze fluidyzacyjnym, w którym wprowadza się ciągle gaz fluidyzujący do komory wymiany ciepła zawierającej złoże cząstek ciała stałego i powierzchnie wymiany ciepła, stykające się ze złożem cząstek ciała stałego w komorze wymiany ciepła i wywołuje się przepływ ciepła ze złoża fluidalnego cząstek ciała stałego do stykających się z nim powierzchniami wymiany ciepła, znamienny tym, że ciągle zmienia się szybkość przepływu gazu fluidyzującego wprowadzanego do komory wymiany ciepła (12, 312', 412', 512'), pomiędzy dwiema lub więcej dodatnimi szybkościami przepływu zgodnie z okresową funkcją, i zmienia się fluidyzację złoża cząstek ciała stałego poprzez zmianę parametru funkcji szybkości przepływu gazu fluidyzującego kontrolując chwilową wymianę ciepła pomiędzy cząsteczkami stałymi złoża fluidalnego (14, 314', 414', 514') i powierzchniami wymiany ciepła (16, 316, 416, 516).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że szybkość przepływu gazu ciągle wprowadzanego do komory wymiany ciepła (12, 312', 412', 512'), zmienia się pomiędzy szybkością przepływu pierwszą i drugą, przy czym pierwsza szybkość przepływu jest większa od drugiej szybkości i zapewnia większą wymianę ciepła pomiędzy cząstkami ciała stałego złoża fluidalnego (14, 314', 414', 514') i powierzchniami wymiany ciepła (16, 316, 416, 516) niż druga szybkość przepływu.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zmienia się szybkość przepływu gazu wprowadzanego do komory wymiany ciepła (12, 312', 412', 512') okresowo według funkcji stopniowo wzrastającej, piłokształtnej lub sinusoidalnej.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zmienia się szybkość przepływu gazu wprowadzanego do komory wymiany ciepła (12, 312', 412', 512') okresowo pomiędzy szybkościami granicznymi górną i dolną, przy czym górna szybkość graniczna przekracza 0,2 m/s, korzystnie przekracza 0,25 m/s, a różnica pomiędzy szybkościami granicznymi górną i dolną przekracza 0,1 m/s, korzystnie przekracza 0,15 m/s.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zmienia się szybkość przepływu gazu ciągle wprowadzanego do komory wymiany ciepła (12, 312', 412', 512') okresowo pomiędzy szybkościami granicznymi górną i dolna, przy czym górna szybkość graniczna przekracza 0,4 m/s, korzystnie przekracza 0,5 m/s, a różnica pomiędzy szybkościami granicznymi górną i dolną przekracza 0,2 m/s, korzystnie przekracza 0,25 m/s.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zmienia się szybkość przepływu gazu wprowadzanego do komory wymiany ciepła (12, 312', 412', 512'), okresowo pomiędzy szybkością graniczną górną i dolną, przy czym przy dolnej szybkości granicznej chwilowy współczynnik przejmowania ciepła, dla ciepła przenoszonego z cząstek ciała stałego w komorze wymiany ciepła (12, 312', 412', 512'), do powierzchni wymiany ciepła (16, 316, 416, 516) jest mniejszy niż 60% wartości maksymalnej, a przy górnej szybkości granicznej jest większy niż 80% wartości maksymalnej.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zmienia się szybkość gazu wprowadzanego do komory wymiany ciepła (12, 312', 412', 512') pomiędzy górną graniczną szybkością przepływu gazu i dolną graniczną szybkością przepływu gazu, przy czym utrzymuje się stały okres wprowadzania przepływu gazu z górną graniczną szybkością i zmienia się okres wprowadzania przepływu z dolną graniczną szybkością kontrolując wymianę ciepła w komorze wymiany ciepła (12, 312', 412', 512').
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że przepływ gazu wprowadza się z dolną graniczną szybkością przepływu w czasie krótszym niż 30 s, a korzystnie w czasie od 0 do 10 s.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przepływ gazu wprowadzanego w komorę wymiany ciepła (12, 312', 412', 512') zmienia się pomiędzy górną i dolną graniczną

190 653 szybkością przepływu gazu, przy czym utrzymuje się stały okres wprowadzania przepływu gazu z dolną graniczną szybkością przepływu gazu i zmienia się okres wprowadzania przepływu z górną graniczną szybkością kontrolując wymianę ciepła w komorze wymiany ciepła (12, 312', 412', 512').
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oddzielnie kontroluje się przepływ gazu fluidyzacyjnego wprowadzanego w przynajmniej pierwszą i drugą strefę komory wymiany ciepła (12, 312', 412', 512') dla zapobiegania okresowym zakłóceniom cieplnym w układzie.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poprzez powierzchnie wymiany ciepła (16, 316, 416, 516) w komorze wymiany ciepła (12, 312', 412', 512') odzyskuje się ciepło wytwarzane w komorze reakcyjnej (312, 412, 512), zwłaszcza w komorze spalania, połączonej z komorą wymiany ciepła (12, 312', 412', 512').
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że ciepło odzyskuje się z popiołu odprowadzanego z reaktora fluidyzacyjnego w komorze wymiany ciepła (312', 412', 512'), stanowiącej chłodnicę popiołu.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciepło odzyskuje się na powierzchniach wymiany ciepła w komorze wymiany ciepła (312', 412', 512'), która jest połączona z kanałem powrotnym łączącym separator cząstek z dolną częścią komory reakcyjnej cyrkulacyjnego reaktora fluidyzacyjnego.
14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że monitoruje się zmianę wymaganej wymiany ciepła, i reguluje się wymianę ciepła poprzez ustawianie elementu regulującego (26) do wprowadzenia gazu fluidyzującego do komory wymiany ciepła.
15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że monitoruje się i porównuje z wartością zadaną temperaturę medium wymiany ciepła, jak gorąca woda lub para, temperaturę dostarczają powierzchnie wymiany ciepła, i zmienia się czas górnej i dolnej szybkości przepływu gazu według zadanego programu, dla uzyskania żądanej wymiany ciepła w komorze wymiany ciepła, celem doprowadzenia temperatury do wartości zadanej.
16. Urządzenie do kontrolowania wymiany ciepła w reaktorze fluidyzacyjnym, zawierające komorę wymiany ciepła ze złożem cząstek ciała stałego, usytuowaną na dole komory wymiany ciepła skrzynię dmuchową, z którą jest połączony przewód gazowy z elementem regulującym do ciągłego wprowadzenia gazu fluidyzującego do komory wymiany ciepła dla fluidyzacji w nim złoża cząstek ciała stałego, a w komorze wymiany ciepła w styku ze złożem cząstek ciała stałego są usytuowane powierzchnie wymiany ciepła, znamienne tym, że z elementem regulującym (26, 326) przewodu gazowego (24, 324) jest połączony blok sterowania (34, 334, 434, 534) zawierający generator funkcji (36, 336) dostosowany do ciągłej zmiany szybkości przepływu gazu fluidyzującego wprowadzanego do komory wymiany ciepła (12, 312', 412', 512') pomiędzy dwiema lub więcej dodatnimi szybkościami przepływu zgodnie z okresową funkcją, oraz połączony z generatorem funkcji (36, 336) człon sterujący (38, 338) dostosowany do zmiany parametru okresowej funkcji szybkości przepływu.
17. Urządzenie według zzatrr. 16, znamienne tym, że z komora wy-miany ciepła (12, 312', 412', 512') są połączone przyrządy monitorujące (32, 332) do wykrywania potrzeby zmiany wymiany ciepła w komorze wymiany ciepła (12, 312', 412', 512'), przy czym przyrządy monitorujące (32, 332) są połączone z członem sterującym (38, 338) dostosowanym do zmiany parametru okresowej funkcji szybkości przepływu.
18. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że przyrządy monitorujące (32, 332) stanowią czujnik temperatury do pomiaru temperatury medium przenoszącego ciepło z komory wymiany ciepła (12, 312', 412', 512').
19. Urządzenin według zzato 16, znamienne tym, że dementy regulujące (26, 326) stanowią zawwry do koonΌlowenia szybkości przepływu gazu wprowadzanego w komorę wymiany ciepła (12, 312', 412', 512').
20. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że z komorą wymiany ciepła (312', 412', 512') jest połączona, z zapewnieniem przepływu cząstek ciała stałego, komora reakcyjna (312, 412, 512), korzystnie komora spalania.
21. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że komora wymiany ciepła (512') jest chłodnicą popiołu odbioru i jest połączona z komorą reakcyjną (512) do odbierania z niej złoża gruboziarnistego materiału.

190 653
22. Urządzenie według zasfrZz 16, znamiennr tym, że reaktor fluidyzacyjny jest cyrkulacyjnym reaktorem fluiaezaceSnem, posiadającym komorę reakcyjną (312) i separator cząstek stałych (311), przy czym komora wymiany ciepła (312') jest połączona z kanałem powrotnym (313) łączącym separator cząstek stałych (311) z dolną częścią komory reakcyjnej (312).