PT88048B

PT88048B - Processo de leito fluidificado e aparelho para a realizacao do processo

Info

Publication number: PT88048B
Application number: PT88048A
Authority: PT
Inventors: Peter Steinruck; Gerhard Ganster
Original assignee: Simmering Graz Pauker Ag
Priority date: 1987-07-21
Filing date: 1988-07-20
Publication date: 1993-09-30
Also published as: AT401419B; JPS6446511A; CA1306641C; ATA184987A; ATE68046T1; DE3865268D1; FI883348A; PT88048A; FI91915B; FI883348A0; EP0302849B1; FI91915C; DK405388A; DK405388D0; EP0302849A1; US4917028A; DK168499B1

Description

MEMÓRIA DESCRITIVA

A presente invenção refere-se a um processo de leito fluidificado para a gasificação e combustão de combustíveis em zonas diferentemente fluidificadas, mutuamente separadas, sendo o combustível alimentado a uma zona de secagem e pirólise com fluidificação inferior e transporte de só lidos para baixo, sendo os sólidos transportados para baixo conduzidos a partir da parte inferior da zona de secagem e pirólise para a parte inferior de uma zona de combustão com fluidificação superior e transporte de sólidos para cima e fluindo para trás para a zona de secagem e pirólise a partir da parte superior da zona de combustão depois de passar a mesma, e a um aparelho para a realização do processo.

Um processo deste tipo e um aparelho para a sua realização são conhecidos pela Patente Europeia A-202 215. Este envolve uma circulação de leito fluidificado em tomo de uma parede de separação devida a diferente fluidificação, sendo o combustível medido no fluxo de leito dirigido para baixo devido a fluidificação inferior. Está estabelecido que a alimentação pode ser efectuada por baixo ou por cima da su perfície de leito; os meios de alimentação mencionados são calhas inclinadas a.o. Está ainda estabelecido que as áreas de alimentação de combustível podem ser operadas com deficiên cia estequiométrica de oxigénio de modo que a combustão possa ser realizada por fases. Por outras palavras, principalmente conjuntos de secagem e pirólise no leito fluidificado lento.

Neste processo, as zonas diferentemente fluidifi cadas são zonas interiores de um simples leito fluidificado no qual uma circulação interior em altura constante do leito atravessa a secção do leito fluidificado. A separação entre as zonas é efectuada por meio de uma parede de separação cujo bordo superior termina muito abaixo do nível do leito. Es te processo permite apenas um lento movimento do material de leito que é insuficiente para uma distribuição uniforme de combustível sobre o leito dentro de um período aceitável e assim não permite uma alimentação em secção transversal uniforme com combustíveis que se desgasificam rapidamente. A construção conhecida não permite além disso a descarga de gás excepto sobre a superfície do leito comum a todas as zonas, de modo que, por um lado, a influência concertada de uma zona escolhida no leito fluidificado não é possível e, por outro lado; condições desiguais prevalecem sobre a secção transversal da superfície do leito, de modo que ocorrem fios de gás de várias composições.

Verificou-se agora que as desvantagens desta técnica conhecida podem ser evitadas com resultados surpreenden tes se o leito fluidificado for formado de tal modo que a li gação inferior entre as zonas diferentemente fluidificadas permanece a mesma, enquanto que a zona de combustão mais for temente fluidificada é operada como uma zona turbulenta ou de rápida fluidificação, de modo que os sólidos que fluem nesta zona são conduzidos para cima essencialmente para além do nível do leito da zona de secagem e de pirólise menos fluidificada e depois são tão forçadamente deflectidos que uma chuva de partículas na qual o combustível ê medido e mi_s turado e mediante a qual o combustível é misturado no material de leito, desce sobre a superfície de leito na zona de secagem e pirólise, enquanto os gases descarregados da zona de combustão são deflectidos de novo depois da sua sepa ração dos sólidos, de modo que ê criada uma zona de turbulên cia de pós-combustão na qual de preferência os gases descarregados para cima pela zona menos fluidificada de secagem e pirólise são também queimados.

processo de acordo com a invenção é assim cara£ terizado principalmente pelo facto de os sólidos numa zona de combustão operada como um leito fluidificado rápido ou turbulento serem conduzidos para cima para além do nível do leito na zona de secagem e pirólise e serem subsequentemente deflectidos de maneira forçada de modo que os sólidos descem como uma chuva de partículas sobre a superfície do leito na zona de secagem e pirólise, de o combustível ser medido na chuva de partículas e de os gases descarregados, da zona de combustão, facultativamente com os gases que se elevam da zo na de secagem e pirólise, utilizarem os seus impulsos de fluição para entrarem numa zona turbulenta onde é realizada uma pós-combustão.

Uma combinação de zona de fluidificação rápida/zo na de fluidificação lenta com deflecção forçada subsequente para a zona de fluidificação rápida em ligação com a combustão de coque pulverizado é conhecida a partir da DE-OS 27 36 493 que descreve a alimentação de pó de coque a uma zona de combustão por meio de um bico e operando um leito de fluidifica ção rápido. Na extremidade da zona de combustão, a corrente de gás/cinzas é deflectida para baixo através de chicanas e as cinzas caiem no espaço interior do reactor onde as mesmas são mantidas como um leito fluidificado lento de modo a evitar o seu retrocesso em conjunto e para facilitar a sua descarga. Parte das cinzas é feita circular como uma corrente de sólidos. Isto não tem nada em comum com o processo de acordo com a presente invenção na qual a combustão é realiza da em duas fases e o combustível é medido dentro do leito fluidificado lento.

processo de acordo com a invenção é de preferên cia realizado de modo a que a extensão vertical da zona de combustão ê duas a vinte vezes superior à da zona de secagem e pirólise. Os gases que emergem da zona de secagem e piróli se podem ser retirados antes de os mesmos se misturarem com os gases que emergem da zona de combustão.

De acordo com a invenção, a temperatura na zona

de turbulência de pós-combustão pode ser ajustada mediante uma distribuição controlada da quantidade total de gás de fluidificação sobre a zona de combustão e sobre a zona de secagem e pirólise.

A temperatura na zona de turb.ulência de pós-combustão pode, alternativa ou adicionalmente, ser controlada adicionando um gás portador de oxigénio na área da chuva de partículas.

Como indicado, a zona de combustão é operada como um leito fluidificado rápido ou turbulento. 0 termo rápido é um termo técnico no campo da engenharia de leito fluidificado e muito frequentemente também o termo turbulento é utilizado para esse fim. Se um leito fluidificado for operado lentamente, da maneira convencional, ele constitui uma zona mais ou menos densa com uma superfície que flutua devido ao borbulhamento de gás, mas é de outro modo bem definido. Quando aumenta a entrada directa de gás para a operação rápida, esta superfície não pode mais ser definida e presume-se que no estado rápido do leito fluidificado, fios ou aglomerados de elevada concentração de sólidos estão presentes numa concentração contínua de sólidos inferiores, sen do estes fios elevados até uma zona menos densa dentro do leito fluidificado e caindo subsequentemente para uma zona mais densa, de novo, de modo que o equilíbrio dinâmico seja es tabelecido. São citadas as seguintes publicações relevantes:

D. Geldart & M.J.Rhodes, From Minimum Fluidization to Pneumatic Transport - A Criticai Review of the Hydro dynami c s;

M.Kwauk, W.Ningde et al., Fast Fluidization at ICM;

ambos em: Circulating Fluidized Bed Technology, P.Basu Pergamon Press, Halifax 1985;

J.M. Matsen, The Rise and Fali of Recurrent Particles: Hydrodynamics and Circulation;

M.Horio et al., Solid Distribution and Movement in Circulating Fluidized Beds, 2nd Int. Conf. on Circulating Fluidized Beds, Março de 1988, Compiegne;

L. Stromberg, Operational Modes for Fluidized Beds, Studsvik AG, Suécia, 1979.

No processo de acordo com a invenção, o leito fluidificado mais lento ê convenientemente operado na zona de secagem e pirólise na proximidade do seu ponto de mobilidade (ponto de libertação) de preferência com um número de fluidificação dentro da gama de 1 a 5, de preferência de 1 a

2. 0 número de fluidificação é o múltiplo da denominada velo cidade de mobilização de acordo com Ergun /Chemical Engineer ing Progress 48 (1952) páginas 89/947· leito fluidificado na zona de combustão é opera do em particular com número de fluidificação dentro da gama de 10 a 140, em particular de 20 a 140, de preferência de 70 a 140. A transição de lento para rápido ocorre aproximadamen te a um número de fluidificação de 10 a 15, como uma função de, a,o., distribuição do tamanho de partícula no leito. Em casos especiais, a transição pode ser ajustada a um número de fluidificação tão baixo como 4.

É ainda preferido que 60 a 95 por cento do volume de gás de fluidificação seja injectado na zona de combustão.

processo de acordo com a invenção é ainda conve —2 -1 nientemente realizado de tal modo que 20 a 200 kg m seg de sólidos, com base na secção transversal da zona de combus tão, sao recirculados a partir da zona de combustão como uma chuva de partículas.

Os gases que se elevam da zona de combustão, seguindo uma deflexão forçada juntamente com os sólidos que eles arrastam, são vantajosamente redeflectidos de uma manei ra por si conhecida numa direcção essencialmente horizontal, com os gases de velocidade de fluxo elevada, de preferência de 10 a 30 m seg*·, dirigidos para a gama inferior da zona de turbulência de pós-combustão.

- 5 Na zona de turbulência de pés-combustão, onde em cada caso partículas sólidas finas e convenientemente também o gás combustível descarregado da zona de secagem e pirólise em particular depois de posterior adição de um transportador de oxigénio na área da chuva de partículas .são completamente queimadas, um tempo de interrupção médio de 0,1 a 2 segundos é ajustado; tempos de interrupção mais longos são possíveis, mas não preferidos.

A invenção refere-se assim a um processo e a um aparelho para a combustão ou gasificação de substâncias gaso sas, líquidas, em pasta ou sólidas, em particular dos mais diversos materiais residuais tais como lixo, combustível pro veniente de material residual, sedimentos das águas de esgotos e desperdícios de fábricas de papel ou óleo residual num leito fluidificado que é dividido em pelo menos duas áreas que comunicam pela parte inferior. Uma primeira área é opera da como um leito suavemente fluidificado, isto é um leito fluidificado precisamente acima do ponto de mobilidade. A mesma serve como uma zona de carga de combustível, sendo evi tado um sopro para fora de partículas finas ou partículas de baixo peso específico de grande superfície mediante a baixa velocidade de fluxo aqui mantida. A segunda área ê fluidificada pela maior parte do ar de combustão e um leito fluidificado altamente expandido é aqui estabelecido devido à elevada velocidade de fluidificação. Como resultado, o material de leito é elevado de duas a vinte vezes a altura do leito da primeira zona lenta e descarregado a partir da área sobre a extremidade superior da parede de separação.

Meios de deflexão neste local separam a mistura gás-sólidos que emerge numa corrente de gás virtualmente isenta de partículas e uma corrente de sólidos dirigida para baixo que desce sobre a superfície do leito fluidificado len to nesta primeira zona na forma de uma chuva de partículas.

Esta chuva de partículas é utilizada para misturar o combustível que é carregado em queda livre sobre a superfície do leito da primeira área no leito fluidificado e

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para evitar a elevação de partículas de combustível. Na zona de carregamento a característica de transferência de energia de calor elevado para leitos fluidificados provoca uma secagem rápida e a desgasificação a uma temperatura dentro da ga ma de cerca de 500 a cerca de 1000°C (de preferência de 650 a 900°C).

Como resultado do movimento do material de leito estabelecido pela diferente fluidificação e dirigido para baixo, o combustível atinge finalmente a segunda área onde a combustão com excesso de oxigénio tem lugar.

E possível fazer circular o material de leito com pletamente uma vez dentro de um período entre cerca de 10 e 120 segundos. 0 calor transportado pelas partículas de material de leito a partir da área de fluidificação rápida basta para manter a reacção de secagem e gasificação em andamento na área da zona de carga de combustível. Este efeito torna possível pela primeira vez queimar combustíveis com um eleva do teor de componentes voláteis, tais como lixo ou sedimentos das águas de esgotos, mesmo com um valor calorífico baixo, tal como 5,0 MJ/kg, auto-termicamente, isto ê, sem um combustível adicional ou prêaquecimento do ar, dentro de um leito fluidificado. Em combustíveis de valor calorífico mais elevados, parte do calor é convenientemente descarregado através de superfícies de aquecimento de parede dispostas no leito fluidificado.

Os gases de combustão que emergem da zona de elevada velocidade de fluidificação que normalmente ainda contém oxigénio livre encontram de preferência os gases de piro lise que se elevam da primeira área acima desta área e são infimamente misturados com eles devido à elevada velocidade de fluxo e à elevada turbulência resultante. Nesta área, os produtos de desgasificação que emergem da primeira zona são completamente queimados dentro de um tempo de interrupção médio de por exemplo 0,1 a 2,0 segundos. A quantidade e o teor de energia dos gases de pirólise dependem das propriedades de combustível, em particular do seu teor de componen

- 7 tes voláteis, mas também da distribuição do ar de combustão sobre as duas áreas. A quantidade de energia térmica liberta da nesta zona de pós-combustão pela reacção dos produtos de desgasificação pode ser ajustada, como uma função do combustível, a por exemplo 5 e 50 por cento da quantidade total da energia térmica gerada pelo combustível. Esta pode ser utili zada, a.o., para aumentar a temperatura na zona de pós-combustão até a um nível superior a 1200°C legalmente prescrito em alguns países para a disponibilidade térmica de material residual especial.

Se não for exigida uma tal temperatura elevada, é vantajoso manter os gases de combustão nesta zona de mistura até 800° a 900°C a fim de suprimir a formação térmica de ΝΟχ e ao mesmo tempo assegurar a combustão completa. Isto pode ser conseguido proporcionando superfícies de aquecimento por radiação, por um lado, mas também mediante um ajustamento da distribuição do ar de combustão, por outro lado.

processo de acordo com a invenção consegue o seu aperfeiçoamento substancial a partir da experiência ganha com as tecnologias conhecidas de leito fluidificado. Como se torna evidente pela descrição anterior, o mesmo distingue-se das tecnologias de combustão de leito fluidificado conhecidas por meio de um novo tipo de dinâmicas de fluído do próprio leito fluidificado, por um lado, e por uma nova configuração da zona de pós-combustao, por outro lado. A de_s crição seguinte mostra como estas características tornam pojs sível a solução dos problemas conhecidos em ligação com o funcionamento dos leitos fluidificados estacionários ou circulantes.

Comum a todos os tipos de leitos fluidificados é a sua elevada flexibilidade em relação aos combustíveis. Os problemas são geralmente causados pelo elevado padrão de pro cessamento de combustível exigido. Se o combustível for deixado cair de cima, sobre o leito, fluidificado, tal como é convencional em instalações de leito fluidificado estacionário, o mesmo deve ter uma certa distribuição de tamanho de

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partícula a fim de assegurar uma distribuição uniforme do combustível. Neste processo de carga, finas partículas ou ma terial de peso leve são arrastadas pelos gases que fluem e assim não se misturam no leito fluidificado. Visto que o com portamento do leito fluidificado é semelhante ao de um líqui do, existe o perigo de os combustíveis de peso específico lje ve flutuarem sobre o leito fluidificado.

Estes inconvenientes podem ser obviados pela carga directa do combustível no leito fluidificado, embora isto signifique que o combustível deve ser conduzido contra a pressão do leito fluidificado. A segurança operacional dos elementos de vedação exigida para este fim exige o processamento cuidadoso do combustível; mais ainda, não ê possível assegurar deste modo uma distribuição adequada do combustível no leito fluidificado.

Uma carga dirigida do combustível para dentro da área inferior de um leito fluidificado rápido é virtualmente apenas possível com combustíveis de alto grau, desgasificados, tais como pó de coque de acordo com a DE-OS 27 36 4-93.

Um outro grupo de problemas consiste na distribui ção uniforme do combustível e de aditivos para os contaminan tes de ligação. Uma distribuição uniforme é a condição prévia para uma combustão óptima e redução de emissões. Se o combustível for carregado num ponto, o movimento natural do leito fluidificado não é normalmente suficiente para se obter a distribuição adequada. Várias medidas para a solução deste problema foram tomadas. A utilização de uma correia de carga tem grandes solicitações no processamento do combustível. A utilização de sistemas de transporte pneumático para adicionar combustível ao leito em numerosos pontos é limitada a combustíveis secos de pequena granulometria. Elementos de carga que conduzem o combustível directamente para o leito podem apenas fornecer as zonas próximas das paredes, de modo que a dimensão do leito fluidificado ê grandemente limi tada.

A fim de tornar possível utilizar a energia liber

- 9 tada pela combustão do combustível no leito fluidificado e a fim de se obter o efeito completo da potência emissão-redu ção de vários absorventes, uma mistura rápida e uma boa distribuição destas substâncias no leito fluidificado é necessâ ria. Foram já feitas várias tentativas na circulação do mate rial de leito pelas mais diversas medidas (EP-A-202215;

DE-OS 2804073). Em todos estes processos, a velocidade de mo vimentação do material de leito é demasiado lenta para efectuar uma distribuição adequada de combustíveis que se desgasificam rapidamente sobre a secção transversal do leito. Ê ainda difícil assegurar com confiança uma mistura de partícu las finas ou partículas de baixo peso específico no leito fluidificado.

De acordo com a invenção, o combustível assim como aditivos facultativamente exigidos para a ligaçao de contaminantes, tais como, por exemplo, CaCOp são carregados em queda livre no espaço acima do leito fluidificado lento, arrastados pela circulação de material de leito na forma de chuva de partículas e assim misturados eficazmente no leito fluidificado. Existe geralmente uma ligeira sobpressão no orifício de carga dentro do fomo, de modo que não são neces sários elementos de vedação complicados. 0 emperramento e desgaste devidos a um processamento inadequado do combustível podem assim ser virtualmente excluídos. A distribuição exigida para uma reacção óptima dos combustíveis ê conseguida de acordo com a invenção, pela circulação do material de leito rápido efectuada pela fluidificação extremamente diferentes das duas áreas de leito.

Como resultado da boa distribuição do combustível e da elevada turbulência na zona de pós-combustão, nao existe formação de fios de Og de baixo teor e de CO de elevado teor. A uma altura de construção baixa, pode ser ajustado um baixo teor de oxigénio no gás que passa (4 a 6% Og) ao mesmo tempo sem prejudicar a combustão completa, o que resulta num efeito de aquecimento melhorado.

Além do efeito sobre a distribuição do combustí10

vel, a dimensão da superfície da secção transversal também exerce uma influência sobre o espaço exigido da instalação e a configuração dos meios para a remoção do material grosseiro incombustível possivelmente introduzido com o combustí_ vel a partir do leito fluidificado. A uma dada saída de calor, uma redução da superfície da secção transversal pode ser conseguida apenas por um aumento da saída específica, que por sua vez pode ser conseguida na operação isenta de pressão pelo aumento da velocidade de fluidificação. 0 processo relevante conhecido (por exemplo US-PS 4 533 549;

US-PS 4 111 158) que envolve a circulação de leitos fluidifi cados necessita de grande altura de construção para proporcionar tempos de interrupção de gás adequados.

Processos conhecidos com circulação de material de leito interior não apenas apresentam uma velocidade de circulação essencialmente baixa, mas ainda não proporcionam quaisquer medidas para assegurar a completa pós-combustão dos componentes voláteis e para a utilização pelo menos parcial do calor libertado deste modo para aquecer o leito flui dificado. Embora a patente DE-OS 28 36 531 revele um meio de deflexão acima do leito fluidificado rápido, este não é utilizado quer para separar partículas sólidas quer para estabe lecer um impulso de fluxo para gerar turbulências numa câmara de pós-combustão.

De acordo com a invenção, o baixo espaço exigido é conseguido pela alta saída de secção transversal. 0 inconveniente da grande altura de construção é obviado pela dispo sição dos meios de deflexão na extremidade superior da zona rápida. Este meio de deflexão efectua ainda uma separação da mistura gás-sólidos que emergem da zona rápida de leito flui dificado numa corrente de gás canalizado e uma corrente de sólidos orientada essencialmente para baixo.

A corrente de gás, que geralmente contém ainda oxigénio livre, emerge do meio de deflexão com alto impulso de fluxo, aproximadamente na direcção horizontal, colide com os gases de pirólise que emergem da zona de carga de combustível e mistura-se com estes numa zona turbulenta de pós-com

bustão. A combustão completa dos gases de pirôlise pode assim ser conseguida dentro de um tempo de interrupção médio de 0,1 a 2 segundos.

Um método frequentemente aplicado para reduzir a emissão de óxido de azoto consiste na combustão por fases. Neste método, a combustão tem lugar primeiramente sob condições reduzidas. Numa segunda fase, a combustão tem lugar sob condições de oxidação. Um problema essencial nos processos conhecidos de leito fluidificado estacionários ou que circulam internamente consiste em efectuar a combustão completa dentro de um tempo razoável dentro da zona de oxidação. 0 factor limitador neste caso é a mistura do transportador de oxigénio e os gases que não entrarem em combustão.

Por esta razão, a combustão por fases na circulação de leito interna é convenientemente efectuada pela adição do combustível à zona fluidificada lenta. Esta possibili dade é conhecida, a.o., pela EP-A-202 215, embora esta publi cação não revele quaisquer medidas para o melhoramento da mistura de gás.

De acordo com a invenção, a zona de carga de combustível constitui uma zona de secagem e pirôlise em que pre valecem as condições de redução. A zona dé.leito.fluidificado rápida serve como uma zona de combustão em que prevalecem as condições de oxidação. A corrente de gás que contém ainda oxigénio livre que deixa esta zona de combustão, que reune a maior parte da quantidade total de gases canalizados, ê feita passar através da área acima da zona de secagem e pirólise onde tem lugar a combustão dos gases que não entraram em combustão, que se elevam da zona de redução. Como acima descrito, a elevada turbulência nesta câmara de pós-combustão assegura a mistura completa e assim a reacção completa.

A velocidade de circulação do material de leito pode ser controlada permutando o volume de distribuição do transportador de oxigénio sobre as duas áreas. Isto permite a regulação do tempo de interrupção médio do combustível na zona de pirôlise dentro de largos limites (por exemplo 5 s a 60 s) e assim uma influência na quantidade de componentes voláteis aqui libertados.

É também possível controlar a combustão na zona de turbulência e assim a temperatura na câmara de pós-combustão. Para este fim, um gás transportador de oxigénio pode ser introduzido precisamente acima do leito fluidificado lento, mas ainda dentro da chuva de partículas. 0 calor libertado numa combustão iniciada deste modo ê transmitido à chuva de partículas e assim alimentado ao leito fluidificado. Como resultado, virtualmente todo o calor libertado pode ser alimentado ao leito fluidificado mesmo se forem utilizados combustjí veis altamente voláteis.

Os problemas ligados com o arrefecimento do leito fluidificado merecem também ser mencionados. Nas instalações de leito fluidificado estacionário, as superfícies de aquecimento utilizadas para o arrefecimento do leito são alternadamente expostas a atmosfera de oxidação e redução e abrasão me cânica.

resultado são sérios problemas de vida de servi ço. Além disso, a transferência de calor para as condutas pode ser alterada apenas dentro de limites muito estreitos, que provoca dificuldades no comportamento da carga parcial. Fazendo circular o calor do leito fluidificado, estes problemas são resolvidos em princípio formando superfícies de aquecimen to, como superfícies de parede de aquecimento. As superfícies de aquecimento são limitadas à área superior do leito fluidificado onde prevalecem exclusivamente condições de oxidação. Por razões de dinâmica de fluído, o ataque abrasivo do material de leito sobre as superfícies de aquecimento é assinalavelmente reduzido. Nestes tipos de leitos fluidificados, é possível um controle de transferência de calor por alteração da velocidade de fluxo de gás no leito fluidificado.

De acordo com a invenção, a segunda zona, a zona de combustão, é formada como o leito fluidificado rápido. Isto significa que as mesmas condições que no leito fluidificado circulante prevalecem aqui, de modo que são obtidos os mes

mos efeitos.

Se as partículas grosseiras, que consistem princi palmente em materiais inertes, entrarem no leito fluidificado, as mesmas devem ser removidas do sistema. De acordo com o processo da invenção, isto é efectuado por meio de um poço de descarga proporcionado no fundo. Este pode ser aerado sem atingir o estado de fluidificação. 0 carbono ainda contido nas partículas grosseiras removidas do leito fluidificado a uma temperatura de cerca de 800°C ê assim feito reagir; ao mesmo tempo, o material retirado pode ser arrefecido até uma temperatura de cerca de 200 a 600°C.

Se o reactor de leito fluidificado for para ser operado para a pirôlise da maioria dos diversos materiais, os produtos de desgasificação libertados na zona de pirôlise podem ser retirados antes da mistura com os gases canalizados descarregados da zona de fluidificação rápida. Pode ser cons_e guida uma melhor reacção ajustando a velocidade de circulação e pela adição de vapor, dióxido de carbono ou outros meios que promovem a gasificação em vez do ar para a fluidificação da zona lenta.

Outras características e pormenores da invenção são explicados seguidamente com referência aos desenhos, nos quais elementos estruturais análogos têm idênticos símbolos de referência.

Fig. 1 mostra uma primeira forma de realização de um reactor de leito fluidificado numa vista em corte;

Fig. 2 mostra uma vista em corte segundo a linha II-II da Fig. 1;

Fig. 3 mostra um pormenor da Fig. 1 em escala aumentada;

Fig. 4 mostra uma segunda forma de realização de um reactor de leito fluidificado; e

Figs. 5 a 7 mostram pormenores em escala maior da Fig. 4.

- 14 Na Fig. 1, o número de referência 1 ê utilizado para indicar um reactor de leito fluidificado com uma câmara de combustão 2 na parte inferior do reactor; a câmara 2 é dividida por duas paredes de separação 3 em duas primeiras áreas 4 e uma segunda área 5. As paredes de separação 3 são de preferência formadas como permutadores de calor, os lados das paredes de separação em frente da segunda área 5 são revestidos com material refractârio, enquanto na primeira área 4, a parede de separação 3 assim como a parede da câmara de combustão 2 são apenas revestidas na porção inferior. Simetricamente em relação às duas paredes de separação 3, placas perfuradas 6, 6’ que formam o fundo da câmara de combustão estão dispostas por baixo das paredes 3 inclinadas para baixo, permanecendo um intervalo entre as placas perfuradas 6, 6’ e a respectiva parede de separação 3· As placas perfuradas 6, 6’ formam ângulo para baixo de modo a formarem uma passagem para o material de leito que termina num recolhedor de cinza 7 dotado com um meio de descarga (não representado) na sua extremidade inferior. As duas placas centrais perfuradas 6* estão ligadas a uma conduta de suporte 8. Câmaras de ar ligadas a uma primeira linha de alimentação 10 através de condutas de ligação 9 estão formadas por baixo da parte incLi nada das placas perfuradas 6, 6’ (Fig. 2). Condutas laterais 11 de fornecimento de ar ligadas a uma segunda linha de alimentação 12 estão previstas acima das placas laterais perfura das 6. Bicos 13 são proporcionados para carregar combustíveis líquidos, pastosos ou gasosos acima das condutas 11 de fornecimento de ar. Placas de deflexão 14 dirigidas para baixo que servem como separadores de chicana juntamente com chicanas 15 dispostas por baixo, como será explicado em seguida, estão li gadas acima das paredes de separação 3 sobre a parede da câma ra de combustão 2. Placas de desgaste podem estar ligadas às placas de deflexão 14 e 15. A câmara de combustão 2 estende-se para cima como uma câmara de pôs-combustão 16 na qual os dispositivos 17 para provocar turbulência, em forma de V, facultativamente formados como permutadores de calor, são proporcionados. Elementos permutadores de calor 18 e 19 estão

- 15 instalados à saída da câmara de pós-combustão 16. As paredes da câmara de combustão 2 e a câmara de pós-combustão 16 são de preferência formadas como paredes de canal, isto é arrefecidas, e a câmara de pós-combustão 16 pode ser operada sem arrefecimento sob certas condições. Combustíveis sólidos são de preferência introduzidos através de uma conduta de queda 20 orientada na direcção do centro da segunda área 5 da câmara de combustão 2.

Fig. 3 mostra que a parte de fornia 21 do revestimento refractârio das paredes de separação 3 pode estar ligada de modo permutável. Isto é feito por meio de um parafuso 22 dentro de uma porca 24 soldada a uma conduta 23 da parede de separação 3» suportando a cabeça do parafuso a parte de forma 21.

No funcionamento do reactor 1, a segunda área 5 é fluidificada através de placas perfuradas 6’ de modo que ê formado um leito fluidificado lento e fixado, enquanto que as primeiras áreas 4 são fluidificadas através de placas laterais perfuradas 6 e adicionalmente através de condutas laterais 11 de fornecimento de ar, de modo tal que se forma um leito fluidificado rápido. 0 material de leito que flui a par tir da segunda área 5 através do intervalo entre as placas perfuradas 6 e 6’ e da parede de separação 3 para as primeiras áreas 4, é levantado até ali e recirculado para a segunda área 5 através do intervalo entre as paredes de separação 3 e as placas de deflexão 14.

elevado impulso lateral do ar de transporte pro voca uma turbulência aumentada acima do leito fluidificado lento na área 5 a jusante das placas de deflexão 14, 15 na câmara de pós-combustão 16. 0 material de leito separado provoca uma chuva de partículas por cima do leito fluidificado lento na área 5. Visto que o material a ser processado é fornecido através da conduta de queda 20 para o espaço por cima do leito fluidificado denso, lento, o mesmo será coberto pela chuva de partículas e submerso mais facilmente no leito fluidificado denso, lento. Parâmetros caracteristicos para o pro- 16 -

cesso e o funcionamento do reactor 1 sao as relações de super fície das superfícies de secção transversal da primeira e segunda áreas 4 e 5 e a relação de fluidificação nestas áreas. Devido à construção particular da câmara de combustão 2, as zonas de secagem, pirólise e combustão podem ser separadas.

Os gases de escape provenientes da zona 16 de tur bulência de pós-combustão são retirados do reactor 1 em 25 d_e pois de passarem os permutadores de calor 18 e 19, facultativamente através de filtro de poeira convencional.

Fig. 1 mostra apenas uma conduta de queda 20; escusado será dizer, contudo, que a carga simétrica através de duas condutas de queda ou outros meios de carga ê possível. è essencial que a carga seja dirigida para uma chuva de parti cuias de modo que o material carregado absorva calor durante a queda e seja continuamente descarregado e misturado no leito fluidificado lento através da chuva de partículas.

Figs. 4 a 7 mostram uma variante de um reactor 1 que tem apenas uma parede separadora 9. A aeraçao da primeira área lenta 4 é efectuada através de uma linha de alimentação 10 e condutas 9 que não alimentam quaisquer câmaras de ar, mas terminam directamente no interior do reactor e geram um jacto livre dirigido para a área rápida 5 por baixo da parede de separação 3. As condutas 9 são direitas e cortadas abrupta mente ou dotadas com um sifão em cotovelo a fim de evitar o refluxo do material de leito para dentro das condutas 9 ou para a sua linha de alimentação 10.

Além disso, a fluidificação da área rápida 5 não é efectuada através das placas perfuradas 6 como no caso da forma de realização de acordo com a Fig. 1, mas antes através de uma câmara de ar lateral 26 que estâ ligada a uma grade de condutas horizontais constituída por condutas 27 que se esten dem a partir da parte inferior da área lenta 4 a uma distância da parte de baixo da parede de separação 3 para a área rá pida 5 e são proporcionadas por baixo da área 5 - isto é, a área A na Fig. 4 e representada em pormenor nas Figs. 5 a 7 com fendas oblíquas 28 de saída de ar que formam cortinas de

ar orientadas lateralmente para baixo na direcção do recolhedor de cinza 7, em ambos os lados.

A entrada de combustível 13, que serve principalmente para o fornecimento de combustíveis gasosos, líquidos ou pastosos e é alimentada em processos auto-térmicos apenas para o arranque do reactor, é formada como uma lança cuja abertura de descarga está disposta por baixo da parede de separação 3.

A conduta de queda 20 é formada como uma calha do, tada com uma entrada 29 para um gás transportador de oxigénio (por exemplo ar secundário) na sua área inferior acima do lei. to fluidificado lento e a sua parede superior ê formada como uma entrada 30. As entradas 29 e 30 podem também ser proporcionadas alternadamente. Acima dos accionadores 17 de turbulência, está proporcionado um conjunto de bicos 31 na parede lateral do reactor 1 para a injecção facultativa de mais gás transportador de oxigénio (ar terciário) para o suporte de pôs-combustão e minimização de NO na zona de turbulência 16 de pós-combustão.

reactor de acordo com a Fig. 4 pode ser duplica do numa construção segundo uma imagem no espelho costas-com-costas em que a parede que suporta a saída de gás 25 constituiria então a parede central e o plano de simetria. As saídas de gás 25 seriam então proporcionadas noutra parede lateral. Seria também possível proporcionar uma zona de turbulência 16 de pós-combustão simples comum.

A área lenta 4 do reactor 1, isto é, zona de secagem e pirólise, é vantajosamente operada a uma proporção dentro da gama de cerca de 0,2 a cerca de 1,0 m seg^; as pro porções na área rápida 5 do reactor, isto ê, na zona de combustão, dependem da carga, convenientemente na gama de cerca de 2,0 a cerca de 12,0 m seg~\ Um outro parâmetro determinan te do processo de acordo com a prqsente invenção é a circulação do material de leito que, como já foi mencionado, varia —2 -1 convenientemente de cerca de 20 á cerca de 200 kg m seg com base na superfície em corte transversal da área rápida 5

A —2 e ê escolhido com particular preferência de 50 a 70 kg m” seg”¹.

É óbvio que os vários parâmetros estão ligados uns aos outros e devem ser ajustados a.o. aos combustíveis particulares por meio dos quais o reactor 1 ê operado.

Um grande número de reactores para realizar os processos de combustão em leitos fluidificados ê conhecido. Uma exigência essencial para a eficácia do reactor de leito fluidificado para realizar o processo de acordo com a invenção, além da possibilidade de carregar o combustível na chuva de partículas de material de leito circulante, é que o meio de guia separado do leito fluidificado rápido tem um comprimento apropriado, de modo que os sólidos na zona de combustão podem ser conduzidos para cima na zona de secagem e pirólise de preferência até duas a vinte vezes a altura do leito.

De acordo com isto, um reactor de combustão de leito fluidificado com uma zona de combustão rápida com deflexão de queda livre de partículas sólidas numa zona de recirculação de material de leito lento, tal como ê descrito, por exemplo na patente DS-OS 27 36 493, é caracterizado, de acordo com a invenção, pelo facto de a entrada de combustível ser na zona de queda livre de material de leito.

Constitui ainda uma vantagem proporcionar um meio de guia para a zona de combustão rápida cuja altura é de duas a vinte vezes maior que a altura da zona de recirculação do material de leito.

Um outro aspecto que caracteriza um reactor de acordo com a invenção ê que a proporção da secção transversal da zona de combustão para a zona de recirculação de material do leito varia de cerca de 1 : 1' a cerca de 5: 1. A proporção da secção transversal é normalmente medida sobre a extremidade inferior da parede de separação 3.

A requerente realizou testes piloto numa instalação que corresponde aproximadamente à Fig. 4, com paredes de separação de uma altura entre 1,7 a 2,0 m entre a zona de com

- 19 I

bustao e a zona de secagem e pirôlise; a área de secção trans versai livre da instalação na zona de pôs-combustão 16 prolon ga-se sobre 0,48 m e a altura total de construção é de até 6 m. A área de secção transversal da zona rápida 5 prolonga-se sobre 0,13 m^ e a área de secção transversal da zona lenta 4 sobre 0,1 m . A instalação foi operada com 200 kg de material de leito.

Alguns dos resultados obtidos nos testes estão re sumidos na tabela seguinte.

ar de combustão emissão

	quantidade de combustível (kg/h)	leito lento (Nm^/h)	leito rápido (Hm³/h)	leito acima (Ilm^/b)	leito flui- CO Ι.Ό	°2
dificado Temperatura (°C)	(m^/Hm^)*
lixo	190	30	700	60	320	35 215	5,3
desperdícios**	270	30	700	90	780	40 190	6,1
madeira	170	30	700	-	340	35 220	5,4
lignita	200	30	700	-	3 60	35 170	5.5
* com base em 11%	de 0£
** proveniente da	indústria do	papel, consistindo	parcialm.en te	cm refuço de	material pl	áu

tico + fibras celulósicas

Libertação de energia calorífica em percentagem câmara 16 de

combustível	área 4	área 5	pós combustão
lignita	13 - 20	60 - 70	17 - 22
madeira	10 - 15	50 - 60	27 - 35
BRAM²	8-15	45 - 55	35 - 40
desperdícios	11 - 17	50 - 60	23 - 29
sedimentos das	águas
de esgotos	13 - 18	60 - 65	20 - 25

<

combustível nao peletizado que consiste em lixo

A operação do processo de acordo com a invenção é iniciada de uma maneira convencional carregando o reactor com o material de leito usual, por exemplo areia de quartzo, e levando o mesmo até à temperatura exigida com combustível secundário convencional tal como gás ou óleo. 0 combustível apropriado não é medido até então, sendo as flutuações no seu valor calorífico compensadas por regulação dos permutadores de calor e/ou adição temporária de combustível secundário.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1- Processo de leito fluidificado para a gaseificação e combustão de combustíveis em zonas diferentemente fluidificadas, separadas umas das outras, sendo o combustível alimentado a uma zona de secagem e pirólise com f1uidificação inferior e transporte de sólidos para baixo, sendo os sólidos que são transportados para baixo, transportados a partir da área inferior da zona de secagem e pj ró lise, para a área inferior de uma zona de combustão com fluidificação superior e transporte de sólidos para cima e recirculação, depois de passarem a zona de combustão, a partir da zona superior da mesma para a zona de secagem e pirólise, caracterizado pelo facto dos sólidos serem transportados para cima numa zona de combustão accionada como um leito fluidificado rápido ou turbulento, para além da altura do leito na zona de secagem e pirólise, e s£ rem subsequentemente deflectidos de maneira forçada, de modo a que os sólidos caiam sobre a superfície do leito na zona de secagem e pirólise como uma chuva de partículas, de o combustível ser medido na chuva de partículas, e de os gases que emergem da zona de combustão serem passados sob a utilização do seu impulso de fluxo, facultativamente com os gases que sobem da zona de secagem e piró lise, para uma zona de turbulência na qual é realizada uma posterior combustão.
2- Processo, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto dos combustíveis na zona de combustão serem transportados para cima até de duas a vinte vezes a altura do leito na zona de secagem e pirólise.
3- Processo, conforme reivindicado na reivindicação 1 ou 2, cara cterizado pelo facto dos gases que emergem da zona de secagem e pirólise serem retirados antes da sua mistura com gases que emergem da zona de combustão.

-s
4- Processo, conforme reivindicado nas reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo facto de a temperatura na zona de turbulência de pós-combustão ser ajustada pela distribuição controlada da quari tidade total de gás de fluidificação, sobre a zona de combustão e a zona de secagem e pirólise.
5- Processo, conforme reivindicado em qualquer das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo facto de a temperatura na zona de tur bulência de pós-combustão ser controlada pela adição de um gás po_r tador de oxigénio, na área da chuva de partículas.
6- Processo, conforme reivindicado em qualquer das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo facto do leito fluidificado na zona de secagem e pirólise ser accíonado na proximidade do seu ponto de mobilidade, de preferência com um número de fluidificação na gama de 1 a 5, sendo partícularmente preferida a gama de 1 a 2.
7- Processo, conforme reivindicado em qualquer das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo facto do leito fluidificado na zona de combustão ser accionado com um número de fluidificação dentro da gama de 10 a 140, em particular de 20 a 140, de preferência de 70 a 140.
8- Processo, conforme reivindicado em qualquer das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo facto de 60 a 95 por cento do volume de gás de fluidificação ser injectado na zona de combustão.
9- Processo, conforme reivindicado em qualquer das reivindicações de 1 a 8, caracterízado pelo facto de 20 a 200 Kg m^-2 seg¹ de só lidos com base na secção transversal da zona de combustão serçm recirculados a partir da zona de combustão, como uma chuva de par t í cu 1 as.
10- Processo, conforme reivindicado em qualquer das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo facto dos gases que emergem da zona .-de combustão, depois da deflecção forçada, juntamente com os sóH dos arrastados com eles, serem re-deflectidos de uma maneira conhe cida per se, numa direcção essencialmente horizontal, sendo os gases com uma elevada velocidade de fluxo, de preferência 10 a 30 m seg”¹, dirigidos para a área inferior da zona de turbulência de pós-combustão.
11- Processo, conforme reivindicado em qualquer das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo facto de um tempo médio de interrupção de 0,1 a 2 segundos ser ajustado na zona de turbulência pós-combustão.
12- Aparelho para a realização do processo, de acordo com qualquer das reivindicações de 1 a 11, na forma de um reactor de leito f 1 uj_ dificado, com circulação de material de leito, entre duas zonas d_i_ ferentemente fluidificadas que estão ligadas uma à outra na sua área inferior, tendo o referido reactor um meio de guia para a zo na de combustão mais rápida, que se estende em altura para além da zona de recirculação de material de leito mais lenta, e sobre cuja extremidade superior é proporcionado um meio de deflecção de sólidos, para gerar uma chuva de material de leito que cai sobre a zona mais lenta, caracterizado pelo facto de ser proporcionada uma alimentação de combustível na área de queda da chuva de material de leito.
13- Aparelho, conforme reivindicado na reivindicação 12, caracterizado pelo facto da altura do meio de guia, para a zona de combu_s tão mais rápida, exceder a altura da zona de recirculação de material mais baixa, de duas a vinte vezes.
14- Aparelho, conforme reivindicado nas reivindicações 12 ou 13, caracterizado pelo facto da proporção da secção transversal da zo na de combustão, da zona de recirculação do material de leito, e_s tar na gama de cerca de 1 : 1 a cerca de 5 : 1.