PT94082A

PT94082A - Reactor de leito fluidificado com sistema de reciclo de materiais introduzidos atraves duma zona tampao

Info

Publication number: PT94082A
Application number: PT9408290A
Authority: PT
Inventors: Stephen J Toth
Original assignee: Foster Wheeler Energy Corp
Priority date: 1989-05-18
Filing date: 1990-05-17
Publication date: 1991-12-31
Also published as: EP0398718B1; EP0398718A2; ES2044437T3; CN1047221A; EP0398718A3; JPH0339808A; CN1024394C; CA2016898A1; JPH0610525B2

Description

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TITULAR: FOSTER WHEELER ENERGY CORPORATION EPÍGRAFE: " REACTOR DE LEITO FLUIDIFICADO COM SISTEMA DE RECICLO DE MATERIAIS INTRODUZIDOS ATRAVÉS DUMA ZONA TAMPÃO11

MEMÓRIA DESCRITIVA

J

Antecedentes da Invenção

Esta invenção refere-se a um reactor de leito fluidizado e a um método de o operar, em particular a um reactor e a um método em que existe, no interior do reactor na zona da fornalha, um sistema de bloqueio ou selagem do reciclo de sólidos.

Os reactores de leito fluidizado são bem conhecidos. São exemplos, os gasificadores, as câmaras de combustão, os geradores de vapor, e semelhantes. Nestes arranjos faz-se passar ar através de um leito de material particulado -incluindo um combustível fóssil como o carvão, e um adsorvente do enxofre gerado pela combustão do carvão - para fluidizar o leito e promover a combustão do combustível a uma temperatura relativamente baixa. O material sólido particulado em suspensão é separado externamehte, a jusante do leito, e 1

realimentado ao leito novamente. O calor produzido pelo leito fluidizado é utilizado para vários fins, por exemplo na geração de vapor, resultando numa combinação muito interessante de um processo com grande libertação de calor, elevada retenção de enxofre, baixas emissóes de óxidos de azoto para a atmosfera e flexibilidade em relação ao * combustível utilizado. O reactor de leito fluidizado mais comum é o chamado leito fluidizado *borbulhante’ no qual o leito de material particulado tem uma densidade relativamente elevada e uma superfície livre bem definida, ou discreta.

Noutro tipo de reactores de leito fluidizado utiliza-se um leito fluidizado 'circulante*. Nestes, a densidade do leito fluidizado é bastante inferior à de um leito fluidizado ’borbulhante* típico, a velocidade do ar é superior à de um leito 'borbulhante*, e os gases de combustão que circulam através do leito suspendem uma quantidade substancial de material sólido particulado encontrando-se saturados. Os leitos fluidizados 'circulantes* são também caracterizados por um reciclo relativamente elevado de sólidos,o que os torna insensíveis aos padrSes de libertação de calor do combustível, minimizando-se as variaçóes de temperatura e estabilizando-se, desta forma, as emissões a um nível baixo. O elevado reciclo de sólidos aumenta a eficiência do dispositivo mecânico utilizado para separar o 2 gás dos sólidos que são depois reciclados, e o aumento do tempo de residência do combustível e do material adsorvente de enxofre no reactor, diminuem o consumo de ambos.

Contudo, existem vários problemas associados ao funcionamento de reactòres de leito fluidizado com estas configuraçSes. Por exemplo, devem dispôr de um sistema de bloqueio ou de selagem - tal como um tampão, uma válvula de admissão em ’J* ou em ’L/ , um sifão, um Ίοορ’, ou dispositivo semelhante - de modo a que não haja passagem de gases e sólidos da zona da fornalha para a saída do separador, devido à pressão á saida do separador ser inferior à pressão na zona da fornalha do reactor.

Resumo da Invenção O objecto da presente invenção é, portanto, um reactor de leito fluidizado e um método de o operar que não possuem as desvantagens das técnicas existentes mencionadas atrás. É também objecto desta invenção um reactor e um método do tipo acima que eliminem a necessidade de sistemas de selagem entre a zona de separação e a zona da fornalha no reactor.

Para alcançar estes e outros fins, o reactor de leito fluidizado da presente invenção inclui uma secção de selagem localizada na zona da fornalha do reactor contendo um leito 3

fluidizado e partilhando uma parede comum com a parte inferior da zona da fornalha. Os gases de combustão e o material particulado em suspensão, vindos do leito fluidizado na zona da fornalha, são separados e o material particulado separado é conduzido para a zona de selagem, O material do leito, nesta zona de selagem ou tampão, é transferido para o leito fluidizado na fornalha quando o volume de material do leito, na zona tampão excede um valor pré-determinado.

Breve Descrição dos Desenhos das Figuras A descrição sucinta feita acima, bem como outros fins, características e vantagens da presente invenção, é apresentada de forma mais detalhada para o arranjo preferido, mas nem por isso menos ilustrativo, da presente invenção, na descrição que se segue e nas figuras anexas: Figura 1 esquema, do sistema da presente invenção, e Figura 2 corte transversal ao longo da linha 2-2 da Figura 1.

Descrição do Arranjo Preferido

Quando referido às figuras,o número 10 diz respeito, de uma forma geral, a uma parte do reactor de leito fluidizado incluindo a zona da fornalha formada pelo invólucro vertical 12 definido pel as paredes 12a, 12b, 12c e 12d. A caixa de ar 14, colocada na parte inferior da zona 12, por onde entra o ar vindo do exterior. O chão da fornalha 4 constituído pela grelha 16, colocado na interface entre a parte inferior da zona 12 e a caixa de ar 14. E uma série de injectores 17} dispostos na grelha 16} para promover a fluidização do leito; pela passagem de ar pressurizado em sentido ascendente da caixa 14 para a zona 10, por razSes que se descrevem adiante.

Assente sobre a grelha 16 encontra-se o leito 18 de material granulado, constituído por carvão e partículas relativamente finas de um material adsorvente, por exemplo um mineral calcáreo, para retirar o enxofre gerado durante a combustão do carvão, de uma forma conhecida. PressupSe-se também a existência de uma ou mais entradas Cinexistentes nos desenhos das figuras!) através de uma das paredes da zona 10, para a introdução de material particulado no leito, e um tubo para esgotar o leito 18 Ctambém não mostrado nas figuras), através de uma abertura no chão 16. A velocidade do ar vindo da caixa 14 } para 12 jé controlada de modo a fluidizar o material particulado no leito 18., formando-se um leito fluidizado ’borbulhante* ou 'circulante*.

PressupSe-se que as paredes 12a, 12b, 12c e 12d da zona 12 incluem uma série de tubos de àgua dispostos ver ti cal mente, e que existe uma rede Cinexistente nas figuras), de distribuição de àgua pelos tubos» de modo a que esta se converta em vapor. Uma vez que este tipo de construcção é convencional, as paredes não serão descritas em maior 5 detalhe.

Também se pressupSe que o reactor 10 possui um ou mais separadores adjacentes a 12 e a ele li gados; de modo a receber os gases de combustão' e o material particulado em suspensãovindos do leito fluidizado 18. Uma vez que o separador é um separador convencional e não faz parte da presente invenção, não é mostrado nas figuras. O separador recebe os gases de combustão e o material particulado em suspensão do leito fluidizado 18, na zona 12, e opera da maneira normal para separar o material particulado dos gases de combustão, devido às forças centrífugas existentes no separador. Os gases de combustão separados são conduzidos a uma zona onde,por permuta, se aproveita o seu calor Cinexistente nas figuras}.

As partículas sólidas separadas, do separador; passam pelo injector 20, ligado à saída do separador. Um espalhador Cinexistente nas figuras}, ou um dispositivo análogo para distribuição de ar, pode ser adaptado ao injector 20 para fluidizar os sólidos se necessário. O injector 20 é ligado na parte posterior de 12 na zona inferior da parede, de modo a descarregar o material particulado desfluidízadoj na zona de selagem colocada em 12^à qual se referirá pelo número 22.

A zona de selagem 22 é definida pela parede 12b, e limitada por 24, 26, 28 e pela cobertura 30. A Fig. 1 mostra que a parede 24 se encontra dividida pela grelha 16 numa parte superior 24a que penetra até a uma determinada altura em 12, e numa parte inferior 24b que vai da grelha 16 até à base da caixa de ar 14. Embora não esteja claro nas figuras, pressupóe-se, no entanto, que as paredes 26 e 28 possuem de modo análogo uma parte superior e inferior. Assim, as divisórias 24a e 24b definem uma parede que é comum à zona da fornalha do reactor 10 e a zona de selagem 22. Parte-se do princípio que as divisórias 24, 26 e 28, incluindo as respectivas partes inferior e superior, bem como a cobertura 30, podem ser construídas em refractário, por refractário ou um material arrefecido com água ou ar ou combinaçSes destes, ou pode ser ainda formada por tubos pelos quais se faz passar àgua da forma descrita anteriormente ligados às paredes do invólucro 12. A zona de selagem 22 também inclui uma caixa de ar 14a e uma grelha 16a os quais são extensSes da caixa de ar 14 e da grelha 16, respectivamente, e uma série de injectores 17a distribuídos na grelha 16a. 0 material particulado separado, vindo do injector 20, é introduzido no interior da zona de selagem 22; e deposita-se sobre a grelha 16a formando o leito 32. Na parte superior da parede 24 existe uma abertura de modo a permitir que o 7 material particulado do leito 32 passe para o leito 18, da forma descrita a seguir.

Em funcionamento, introduzem-se, no invólucro 12, o material combustível particulado e o adsorvente, nas quantidades que forem necessárias. Faz-se passar ar pressurizado de uma fonte externa pela caixa de ar 14, através da grelha 16, para o leito de material particulado 18, no invólucro 12, de modo a fluidizar o material. A velocidade do ar introduzido, via a caixa de ar 14, através da grelha 16 e para o interior do invólucro 12, é estabelecida de acordo com a granulometria do material particulado de modo a que se forme um leito fluidizado 'borbulhante’ ou ’circulanteJ conforme discutido anteriormente.

Um acendedor Cinexistente nas figuras}, ou semelhante, é colocado no invólucro 12 e é accionado para produzir a ignição do material combustível particulado. Quando a temperatura do material atinge um nível relativamente elevado, o combustível restante é descarregado no invólucro 12. O material no dueto 10 é auto-combustível, e .a mistura de ar e productos gasosos da combustão C daqui por diante referidos por gases de combustão}, passa em sentido ascendente através do invólucro 12 e suspende, ou arrasta, o material particulado relativamente fino nessa zona. Os gases de combustão, com o material particulado em suspensão, passam á parte superior do invólucro 12 e saem para um ciclone- 8 separador Cinexisienie nas figuras}. No separador, o material sólido particulado é separado dos gases de combustão e os primeiros são conduzidos, através do injector 20, até à zona de selagem 22 para formar o leito 32. O material particulado que entra através do injector 20, deposita-se na zona de selagem 22 até que a altura do leito 32 atinge a altura da divisória 24a. Quando o volume de material na zona de selagem 22 é aumentado, o material passa pela abertura na parte superior da divisória 24a para o leito fluidizado 18 na zona da fornalha do reactor 10, onde se mistura com o material par ti culado do leito 18. Faz-se passar ar através de uma abertura na parede 24b ou de uma fonte externa, para a caixa de ar 14a,e através dos injectores 17a, de modo a fluidizar o material parti culado no leito 32. O volume de material particulado no leito 32; juntamente com o material na entrada do injector 20, ambos fluidizados e desfluidizados, conforme requerido, servem para bloquear a passagem de gases de combustão da zona da fornalha para o separador das partículasj na direcção oposta à direcção do fluxo em funcionamento normal do sistema, como descrito acima.

Faz-se passar àgua através das paredes do invólucro 12 de modo a haver permuta do calor do leito fluidizado 18 e geração de vapor. 0 vapor passa então através de uma zona de recuperação do calor do reactor Cnão mostrada} antes de ser descarregado num sistema externo, e. g. , uma turbina a vapor. Θ

α É portanto evidente que se consegue com esta invenção, eliminar a necessidade de sistemas dispendiosos de selagem entre a salda de sólidos do separador-ciclone e a zona da fornalha do reactor, e impedir que haja escoamento no sentido inverso de gases, do invólucro 12 para a saída do separador^ através da entrada do injector 20.

Está claro que podem ser feitas alterações no que se descreveu anteriormente sem se sair do âmbito da presente invenção. Por exemplo, a localização particular da zona de selagem 22 dentro do reactor 10 pode variar, localizando-a por exemplo a qualquer cota dentro do reactor. Além disto, a zona de selagem 22 pode transferir sólidos do leito 32 para o leito 18 através de um injector nas divisórias 24a, 26a ou 28a, pela cobertura 30, ou pela grelha 16a. Ou ainda a cobertura 30 da zona de selagem 23 pode ser eliminada; e o sistema para transferir os sólidos do leito 32 para o leito 18, pode estar localizado completamente fora do reactor. Ou ainda, a zona de selagem pode conter zonas individualizadas i soladas.

Outras modificações, alterações e substituições estão implicadas na descrição anterior e em certas condições até mesmo algumas características da invenção ainda que empregues sem a correspondente utilização das outras características. Ê portanto apropriado que as reivindicações anexas sejam construídas de forma lata e de uma maneira consistente com o âmbito da invenção. 10

Claims

REIVINDICAÇÕES 1- Um reactor de leito fluidizado, caracterizado pelo facto de incluir um vaso reaccional, uma fornalha instalada no dito vaso, um leito fluidizado formado na zona de fornalha, e os meios de separação necessários para receber uma mistura de gases de combustão e de material granulado, arrastado por estes, e separá-los ; compreendendo os melhoramentos uma zona que sela o reciclo do granulado arrastado pelos gases de combustão, que se situa no interior do vaso reaccional, um leito fluidizado formado pela dita zona tampão, os meios para reconduzir o material granulado separado, da zona de separação para o dito leito fluidizado na referida zona tampão, os meios para alimentar o material do leito fluidizado na zona da fornalha, quando o volume de material granulado, separado no dito leito na dita zona tampão, exceda uma quantidade pré-determinada, o leito fluidizado na zona tampão que impede a retro-alimentação de gases de combustão do leito fluidizado na fornalha para a zona de separação.
2- Um sistema, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a dita zona que sela o reciclo do granulado tem, pelo menos, uma parede comum com a dita zona da fornalha.
3- Um sistema, conforme reivindicado na reivindicação 2, caracterizado pelo facto de as paredes do vaso, e de as referidas paredes comuns serem formadas por um grande número de tubos de água, e de meios adicionais necessários para fazer 11 passar a àgua através dos ditos tubos para gerar vapor.
4- Um método de operar um reactor de leito fluidizado , caracterizado pelo facto de compreender os passos de fluidização do leito do material combustível na zona da fornalha situada no vaso reaccional, de descarga de uma mistura de gases de combustão e de material granulado em suspensão, nos gases de combustão do leito fluidizado na dita fornalha, e de separação do dito material granulado em suspensão dos ditos gases de combustão; em que os melhoramentos compreendem os passos de formação da zona tampão de selagem no dito vaso, de fluidização do material na dita zona tampão, de recondução do material granulado desfluidizado para o leito fluidizado na dita secção, de alimentação do material do leito fluidizado na dita zona tampão, para o leito fluidizado na dita zona da fornalha , quando o volume de material granulado na dita zona de selagem excede uma quantidade- pré-determinada.
5- Um método, conforme reivindicado na reivindicação 4, caracterizado pelo facto de compreender, também, o passo de passagem de água através das paredes do vaso para gerar vapor. 4

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