PT95032B - Metodo e sistema para controlar a eficiencia de vedacao de refluxo e a taxa de reciclagem em reactores de leito fluidificado - Google Patents
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Description
MEMÓRIA DESCRITIVA
J
Campo do invento presente invento diz respeito a um reactor de leito fluidificado e, mais particularmente, a um método e sistema para eliminar o refluxo de gás num sistema de reciclagem de sólidos de um reactor de leito fluidificado.
Antecedentes do invento
São bem conhecidos reactores de leito fluidificado, tal como gaseificadores, geradores de vapor, combustores, e semelhantes. Nestes dispositivos é passado ar através de um leito de material particulado, incluindo um combustível fóssil como o carvão, e um adsorvente para o enxofre produzido como resultado da combustão do carvão, de forma a fluidificar o leito e promover a combustão do combustível a uma temperatura relativamente baixa. Os sólidos particulados arrastados são separados em local exterior ao leito, e são reciclados de novo para o leito. 0 calor produzido pelo leito fluidificado é utilizado em várias ί
aplicações, o que resulta numa combinação atractiva de elevada libertação de calor, elevada absorção de enxofre, baixa emissão de óxidos de azoto, e flexibilidade de combustível.
reactor de leito fluidificado mais comum é geralmente designado como reactor de leito fluidificado borbulhante, no qual o leito do material particulado tem uma densidade relativamente elevada, e uma superfície superior distinta, ou bem definida.
Num esforço para ampliar os progressos na eficiência de combustão, controlo de emissões de poluentes, e operação em sentido descendente (turndown), proporcionados pelo leito borbulhante, foi desenvolvido um reactor de leito fluidificado utilizando um processo de leito fluidificado circulante. De acordo com este processo, a densidade de leito fluidificado está bastante abaixo da densidade num reactor de leito fluidificado borbulhante tipico, a velocidade do ar é superior à velocidade num leito borbulhante, e os gases de combustão que passam através do leito arrastam uma quantidade substancial de sólidos particulados, e estão substancialmente saturados com estes.
leito fluidificado circulante é também caracterizado por uma reciclagem de sólidos relativamente elevada, o que o torna insensível a padrões de libertação de calor do combustível, minimizando assim variações de temperatura e, portanto, diminuindo a formação de óxidos de azoto. Além disso, a elevada reciclagem de sólidos melhora a eficiência do dispositivo mecânico usado para separar o gás dos sólidos e assegurar uma reciclagem elevada de sólidos. 0 aumento resultante dos tempos de permanência do adsorvente de enxofre e do combustível, reduz o consumo de adsorvente e de combustível. Para conseguir tal objectivo, é necessário ter um dispositivo vedante de loop, que não restrinja o fluxo de sólidos ou reduza a eficiência de acumulação dos mesmos. Em outras situações ou configurações, tal como para combustíveis com elevado residuo de cinzas, para obter uma acumulação eficiente, pode ser necessário passar um fluxo ascendente de ar ou gás, para um escoador vertical, que se estende a partir do dispositivo separador.
A maior parte das configurações de leito circulante de utilização corrente, controlam a carga através da regulação da taxa de reciclagem de sólidos, e alguns aproximam-se disto através da redução do inventário de sólidos a partir do dispositivo vedante de loop, i.e., a partir do sistema vedante localizado entre a saida dos dispositivos externos de separação e a entrada de reciclagem para o leito fluidificado. Contudo, normalmente isto tem que ser conseguido com um medidor arrefecedor, tal como um cilindro roscado arrefecido a água, para remover sólidos do sistema de reciclagem, o que adiciona complexidade mecânica e aumento de custos, para além de requerer equipamento de manipulação a jusante.
Na patente norte-americana com o número de série 4.781.574 de 1 de Novembro de 1988, transmitida ao cessionário do presente invento, os problemas acima mencionados foram resolvidos colocando uma fonte de ar na saida dos sólidos separados por um separador por ciclone, e injectando ar para o interior do separador numa direcção oposta à direcção do fluxo dos sólidos separados. 0 ar arrasta uma porção dos sólidos e é passado de volta, através do separador, para a zona de recuperação de calor.
Embora esta técnica tenha permitido que o inventário de sólidos fosse controlado sem incorrer em custos adicionais significativos, interferia com a operação do separador.
Sumário do invento
E portanto um objectivo do presente invento proporcionar um método e um sistema para controlar a eficiência de acumulação e a taxa de reciclagem num sistema de leito fluidificado.
E ainda um objectivo do presente invento proporcionar um sistema e um método, do tipo acima descrito, em que a taxa de reciclagem poder ser aumentada para um valor relativamente elevado, e diminuída para um valor relativamente baixo, conforme desejado.
E ainda um objectivo do presente invento proporcionar um sistema e um método, do tipo acima descrito, em que é evitado um dispositivo de medida e respectivo equipamento de manipulação a jusante.
E ainda um objectivo do presente invento proporcionar um sistema e um método, do tipo acima descrito, em que o controlo do inventário de sólidos é conseguido internamente no sistema de leito fluidificado.
E ainda um objectivo do presente invento proporcionar um sistema e um método, do tipo acima descrito, em que o funcionamento do separador por ciclone, sob certos parâmetros de funcionamento seleccionados, não é materialmente afectado.
Para cumprir estes e outros objectivos, é introduzido ar em duas câmaras que se encontram num vaso vedante, destinado a ί!
receber os sólidos separados provenientes do separador. 0 ar é introduzido para o interior das câmaras numa direcção oposta à do fluxo, através do vaso, dos sólidos separados. Uma das câmaras está localizada abaixo do escoador vertical do separador, e com ela alinhada, e a outra câmara rodeia a primeira câmara. 0 fluxo de ar através de cada via pode ser ajustado separadamente, conforme necessário.
Breve descrição das figuras
A breve descrição acima apresentada, bem como outros objectivos, caracteristicas e vantagens do presente invento, serão objecto de uma melhor apreciação, na sua globalidade, através da referência à descrição detalhada que se segue, respeitante às presentes formas preferenciais, mas não menos ilustrativas, de realização do presente invento, sendo essa descrição tomada em conjunto com os esquemas anexos, em que:
A Figura 1 é uma vista esquemática, do sistema do presente invento; e
A Figura 2 é uma vista em corte transversal, ampliada, tomada ao longo da linha 2-2 da Figura 1.
Descrição das formas preferenciais de realização
Em referência especifica aos esquemas, a referência com o número 10 refere-se, em geral, ao vaso de um reactor de leito fluidificado, no qual uma entrada de ventilação, 12, está disposta na sua porção terminal inferior, para receber ar ou gás de uma fonte (não mostrada), tal como uma fonte localizada externamente ao vaso. Uma placa perfurada, ou grelha, 14, foi
·» disposta na interface entre a extremidade inferior do vaso 10 e a entrada de ventilação 12, para permitir que o gás ou ar, sob pressão, proveniente da entrada de ventilação, passe no sentido ascendente através do vaso 10. Uma entrada, ou alimentador, 16, foi diposta através de uma das paredes laterais do vaso 10, para introduzir o material particulado para o interior do leito, podendo o dito material particulado incluir partículas relativamente finas de um combustível, tal como carvão, e um material adsorvente, tal como calcário, para adsorver o enxofre produzido durante a combustão do combustível, duma forma conhecida. O ar ou gás proveniente da entrada de ventilação 12 fluidifica o material particulado no vaso 10, e combina-se com os produtos gasosos da combustão, para formar gases de combustão, como será a seguir descrito em maior detalhe.
Um separador por ciclone 18 está colocado adjacentemente ao vaso 10, estando ligado a este através de um canal de gás, 20, que se estende a partir da abertura formada na porção superior da parede posterior do vaso até uma abertura de entrada formada na porção superior do separador 18. 0 separador 18 recebe os gases de combustão e material particulado arrastado, proveniente do leito fluidificado no vaso 10, e funciona de forma convencional para libertar o material particulado dos gases de combustão, por intermédio das forças criadas no separador.
Os gases de combustão separados passam, através de um dueto 22, para uma zona de recuperação de calor, mostrada em geral pela referência com o número 24, sob acção de uma corrente induzida por uma ventoinha, 26, ligada à extremidade a jusante da zona de recuperação de calor. Os sólidos separados, provenientes
do separador 18, passam para o interior de um escoador, 28, ligado à saida do separador.
Um vaso vedante, 30, está disposto por baixo do separador 18, e em posição adjacente ao vaso 10, recebendo o tubo de escoamento 28. Uma grelha, 34, está disposta na porção inferior do vaso 30, de modo a dividir este numa câmara superior, 36, para receber os sólidos separados provenientes do escoador vertical, e numa câmara inferior, 38. Tal como mostrado nas Figuras 1 e 2, uma divisória cilíndrica, 40, está disposta na câmara 38, de modo a dividir esta numa entrada central para ventilação, 38a, estendendo-se imediatamente abaixo do escoador vertical 28, e numa entrada para ventilação, 38b, que envolve a entrada de ventilação central. As condutas 42 e 44 estão ligadas às entradas de ventilação 38a e 38b, respectivamente, para introduzirem gás ou ar a partir de uma fonte (não mostrada), tal como uma fonte localizada externamente ao vaso 10. O ar ou gás passa em sentido ascendente através da grelha 36, de modo a fluidificar o material separado na câmara superior, como adiante será descrito.
Foram dispostas válvulas, 46 e 48, nas condutas 42 e 44, respectivamente, de modo a controlar a taxa de fluxo do ar ou gás que passa através destas. Um dueto, 50, liga o vaso 30 ao vaso 10, de modo a que o material particulado, proveniente do vaso 28, passe para o interior do vaso 10, e para o leito fluidificado ai formado.
Em funcionamento, é introduzido no vaso 10 material combustível particulado, através da entrada 16, podendo também ser introduzido material adsorvente, de uma forma similar, conforme necessário. Ar ou gás, sob pressão, passa para, e através de, a entrada para ventilação 12, através da grelha 14, e para o material particulado no vaso 10, de modo a fluidificar o material.
Um queimador lightoff (não mostrado), ou semelhante, está disposto no vaso 10, e é ligado para causar a ignição do material combustível particulado. Quando a temperatura do material atinge um valor relativamente alto, é descarregado combustível adicional para o interior do vaso 10, através da entrada 16.
material no vaso 10 é auto-combustivel pela acção do calor no vaso, e a mistura de ar e produtos gasosos da combustão (daqui em diante designada como gases de combustão) passa ascendentemente através do vaso 10 e arrastam, ou elutriam, o material particulado, relativamente fino, no vaso. A velocidade do ar ou gás introduzido através da entrada para ventilação de ar 12, através da grelha 14, e para o interior do vaso 10, é definida de acordo com as dimensões do material particulado no vaso, de modo a que se forme um leito fluidificado circulante em cada câmara, i.e., o material particulado é fluidificado até um nivel em que é atingido um arrastamento, ou elutriaçâo, substancial do mesmo, no leito. Assim, os gases de combustão que passam para a porção superior da fornalha estão substancialmente saturados com o material particulado. Os gases de combustão saturados passam para a porção superior do vaso, saem para o dueto 20, e passam para o interior do separador por ciclone 18. No separador 18, o material sólido particulado é separado dos gases de combustão, sendo injectado, através do escoador vertical
28, para o interior do vaso vedante 30. Os gases de combustão limpos, provenientes do separador 18 saiem, através do dueto 22, para a secção de recuperação de calor 24, para tratamento posterior.
E injectado ar ou gás, através das condutas 42 e 44, para o interior das câmaras 38a e 38b, passando este ar ou gás através da grelha 34, de modo a fluidificar ligeiramente os sólidos separados no vaso 28. A partir do vaso 30, os sólidos fluidicados separados passam normalmente, por meio do dueto 50, através da parede posterior do vaso 10, e para o interior de outro leito fluidificado, no vaso, onde se misturam com os outros sólidos presentes no vaso.
fluxo de ar ou gás para o interior das câmaras 38a e 38b pode ser regulado através das válvulas 46 e 48, respectivamente, para regular o fluxo de sólidos separados a partir do separador por ciclone 18, através do vaso 30, e para o interior do vaso 10, promovendo também vedação contra o refluxo dos gases de combustão a partir do vaso 10, através da conduta, e para o separador 18, numa direcção oposta ao sistema de fluxo normal acima descrito. 0 fluxo de ar ou gás, para a entrada de ventilação 38a, pode ser regulado pela válvula 42, duma forma independente do fluxo para a entrada de ventilação 38b, de modo a que um aumento do fluxo de ar ou gás para a entrada de ventilação 38a, relativamente ao fluxo para a entrada de ventilação 38b, diminua a taxa de reciclagem e, similarmente, uma diminuição do fluxo de ar ou gás para a entrada de ventilação 38a, relativamente ao fluxo para a entrada de ventilação 38b, aumente a taxa de reciclagem. Para além disso, o fluxo de ar ou gás para .^eSSS» o interior da câmara 38a pode ser cuidadosamente ajustado, de modo a que nao interfira ou afecte o funcionamento do separador 18. Assim, variando a abertura das válvulas 46 e 48, a injecção de sólidos para o interior do vaso 10, a partir do separador 18, pode ser indirectamente controlada, conforme necessário, de modo a regular a taxa de reciclagem de acordo com uma carga particular desejada. Isto permite que o carregamento do reactor possa ser variado sem que haja necessidade de -utilizar dispositivos medidores complexos e com custo elevado, bem como equipamento de manipulação a jusante, reduzindo assim consideravelmente os custos do sistema.
Deve entender-se que a precedente descrição refere-se a um sistema de corrente equilibrada, mas poderia ser utilizado um funcionamento com corrente forçada, por meio da pressurização do ar ou gases que entram através das condutas 42 e 44.
Outras alterações e substituições estão projectadas na descrição precedente e, em alguns casos, algumas características do invento serão empregues sem o uso correspondente de outras características. Consequentemente, é apropriado que as reivindicações anexas sejam interpretadas de modo genérico, e numa forma consistente com o alcance do invento.
Claims (6)
- REIVINDICAÇÕES1. Um sistema de combustão de leito fluidificado, incluindo um meio de separação, para receber uma mistura de um —φ—r fluido de gases e de material particulado arrastado proveniente de um leito fluidificado, e para separar do dito fluido de gases o dito material particulado arrastado, um meio para transferir o dito fluido separado de gases, do dito meio de separação, para uma unidade de recuperação de calor, um vaso vedante, um escoador vertical para transferir o dito material separado, do dito meio de separação, para o dito vaso vedante, um meio para transferir o dito material separado, a partir do dito vaso vedante, de novo para o dito leito fluidificado, e um meio para introduzir ar ou gás no dito vaso vedante, para fluidificar o material separado contido no dito vaso vedante, de forma a promover a vedação contra o refluxo do dito material separado, a partir do dito leito fluidificado, através do dito escoador vertical, e de volta para o dito meio de separação, sendo o dito meio de introdução de ar caracterizado pelo facto de compreender uma primeira conduta para introdução de ar ou gás no dito vaso vedante, num caminho alinhado com o caminho do fluxo, do dito material separado, no dito escoador vertical, e uma segunda conduta para introduzir ar ou gás numa área, do dito vaso vedante, que envolve o caminho do fluxo de ar ou gás a partir da dita primeira conduta.
- 2. Um sistema conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de compreender ainda um meio de introdução de ar ou gás fluidificante no dito leito, a uma velocidade suficiente para formar um leito circulante.
- 3. Um sistema conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de compreender ainda um meio para regular independentemente o fluxo de ar ou gás para as ditas primeira e segunda condutas, para controlar a taxa de refluxo do material separado para o dito leito fluidificado.
- 4. Um método para controlar um sistema de combustão de leito fluidificado, compreendendo os passos de reGeber uma mistura de um fluido de gases e material particulado arrastado proveniente de um leito fluidificado, de separar do dito fluido de gases o dito material particulado arrastado, de transferir o dito fluido separado de gases, do dito meio de separação, para uma unidade de recuperação de calor, de transferir o dito material separado, do dito meio de separação, para um vaso vedante, de transferir o dito material separado, a partir do dito vaso vedante, de novo para o dito leito fluidificado, de introduzir ar ou gás no dito vaso vedante para fluidificar o material separado contido no dito vaso vedante, para promover a vedação contra o refluxo do dito material separado, a partir do dito leito fluidificado, para o dito meio de separação, sendo o dito passo de introdução caracterizado pelo facto de compreender os passos de introdução de ar ou gás no interior do dito vaso vedante, num caminho alinhado com o caminho do fluxo, do dito material separado, a partir do dito vaso vedante, e a introdução de ar ou gás para o interior de uma área, do dito vaso vedante, que envolve o dito caminho.
- 5. Um método conforme reivindicado na reivindicação 4, caracterizado pelo facto de compreender ainda um passo de introdução de ar ou gás fluidificante no dito leito, a uma velocidade suficiente para formar um leito circulante.
- 6. Um sistema conforme reivindicado na reivindicação 4, caracterizado pelo facto de compreender ainda um passo para regular independentemente o fluxo de ar ou gás para o interior do dito caminho e para o interior da dita área, de forma a controlar a taxa de refluxo do material separado para o dito leito fluidificado.Lisboa, 17 de Agosto de 1990
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| FG3A | Patent granted, date of granting |
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