PT99750A

PT99750A - Metodo de controlo da temperatura da fornalha para um sistema de combustao de leito fluidizado

Info

Publication number: PT99750A
Application number: PT99750A
Authority: PT
Inventors: Iqbal Fazaleabbas Abdulally
Original assignee: Foster Wheeler Energy Corp
Priority date: 1990-12-11
Filing date: 1991-12-10
Publication date: 1993-11-30
Also published as: JPH04273902A; US5072696A; EP0490556A1; MX9102364A; CA2055414A1

Description

Titular: FOSTER WHEELER ENERGY CORPORATION

Epiqrafe: "MÉTODO DE CONTROLO DA TEMPERATURA DA FORNALHA PARA UM SISTEMA DE COMBUSTÃO DE LEITO FLUIDIZADO"

MEMÓRIA DESCRITIVA

Antecedentes da invenção

Esta invenção refere-se a um sistema de combustão de leito fluidizado e a um método, mais concretamente, um método para controlar a temperatura na secção de fornalha do sistema.

Sistemas de combustão de leito fluidizado são bem conhecidos. Nestas instalações faz-se passar ar através de um leito de material particulado, compreendendo um combustível fóssil como o carvão e um adsorvente para o enxofre gerado como resultado da combustão do carvão, para fluidizar o leito e para promover a combustão do combustível a temperaturas relativamente baixas. Faz-se passar água, numa relação de troca de calor com o leito fluidizado, para gerar vapor. O sistema de combustão inclui um separador que separa os sólidos particulados, arrastados a partir do leito fluidizado, dos gases na secção de fornalha, reciclando-os de volta ao leito. Isto tem como resultado a atractiva combinação de alta eficiência de combustão, alta adsorçâo de enxofre, baixa emissão de óxidos de azoto e flexibilidade de combustível. 1 Γ Ο leito fluidizado mais típico, utilizado na secção de fornalha destes tipos de sistemas, é vulgarmente referido como leito fluidizado "borbulhante", no qual o leito de material particulado tem uma densidade relativamente elevada, e uma superfície superior bem definida, ou distinta. Outros tipos de sistemas utilizam um leito fluidizado circulante. De acordo com esta técnica, a densidade do leito fluidizado pode estar abaixo da de um leito fluidizado borbulhante tipico, a velocidade do ar é igual ou maior do que a de um leito borbulhante, e os gases de combustão que passam através do leito arrastam uma quantidade substancial dos sólidos particulados miúdos, até a um limite em que se encontrem substancialmente saturados com os mesmos.

Os leitos fluidizados circulantes são caracterizados por reciclagens de sólidos relativamente altas, que os tornam insensíveis a padrões de libertação de calor combustível, minimizando portanto as variações de temperatura e, consequentemente, estabilizando as emissões num nivel baixo. A alta reciclagem de sólidos melhora a eficiência do aparelho mecânico utilizado para separar o gás dos sólidos para a reciclagem de sólidos, e o resultante aumento dos tempos de residência do combustível e do adsorvente para o enxofre reduz os consumos de adsorvente e combustível. Em algumas destas instalações encontra-se um permutador de calor de reciclagem localizado entre o separador de sólidos e a secção de fornalha, para arrefecer os sólidos antes de serem reciclados de volta para a secção de fornalha. A transferência de calor, e, portanto, a temperatura na secção de fornalha está dependente do padrão de carga de sólidos 2

I C ">Λ Μ ao longo de toda a altura da fornalha, e esta é normalmente dimensionada conservativamente, de um ponto de vista térmico, para que se consiga melhores combustão e redução de enxofre. 0 carregamento de sólidos é. por sua vez, função de vários parâmetros, tais como os teores em cinzas e enxofre no combustível, distribuição em tamanho do combustível e adsorvente (pedra calcária), velocidades do gás na fornalha, distribuição do fluxo de ar de combustão, eficiência do ciclone e configuração da fornalha. Consequentemente, nem sempre é possível prevêr com precisão a taxa de transferência de calor e portanto a temperatura da fornalha. Isto é indesejável, uma vez que, de modo a assegurar uma captura óptima do enxofre pelo adsorvente, a temperatura da fornalha deve encontrar-se dentro de um estreito intervalo de temperaturas, tipicamente entre 813,8-891,6°C (1500-1640°F). Quando a temperatura da fornalha está fora desta gama, a eficiência de captura do enxofre cai, resultando em alto consumo de adsorvente para o enxofre. Além disso, a eficiência da queima de combustível é afectada a baixas temperaturas da fornalha.

Apesar de se poder variar a absorção e temperatura da fornalha, por variação dos serviços do permutador de calor externo, da recirculacão dos gases de combustão, da quantidade de água vaporizada ou da quantidade de areia de alimentação, estas técnicas são dispendiosas e menos desejáveis de um ponto de vista operacional.

Sumário da Invenção

Um dos objectivos da presente invenção, é providenciar um sistema de combustão de leito fluidizado e método, no qual a temperatura 3 da fornalha e dos serviços possa ser regulada de uma maneira precisa, eficiente e relativamente económica.

Outro dos objectivos da presente invenção é providenciar um sistema e método do tipo acima, no qual se possa conseguir uma óptima absorção da fornalha. E ainda um objectivo da presente invenção providenciar um sistema e método do tipo acima, no qual a absorção da fornalha possa ser ajustada de modo a assegurar que a fornalha opera à temperatura óptima. E ainda um objectivo da presente invenção providenciar um sistema e método do tipo acima, no qual se possa atingir a temperatura óptima da fornalha, sem necessidade de variação dos serviços de permuta de calor externos, da recirculaçâo de gases de combustão, da quantidade de água vaporizada ou da quantidade de areia de alimentação.

No sentido do cumprimento deste e de outros objectivos, de acordo com o sistema e método da presente invenção, a absorção da fornalha, e portanto a temperatura da fornalha, é optimizada optimizando o tamanho do material refractário, acima da grelha de ar e na zona de reacção da fornalha.

Breve Descrição dos Desenhos A breve descrição acima, bem como outros objectivos, caracteristicas e vantagens da presente invenção serão mais completamente apreciados com referência à seguinte descrição detalhada dos melhoramentos actualmente preferidos mas não menos ilustrativos, de acordo com a presente invenção, quando tomados em conjunção com o esquema anexo onde: 4 A Fig.l é uma representação esquemática mostrando o sistema da presente invenção; A Fig.2 é uma ampliação de uma perspectiva longitudinal parcial da parte inferior da secção de fornalha do sistema da Fig. 1; A Fig.3 é um corte seccional visto ao longo da linha 3-3 da Fig.2; e

As Figs.4 e 5 são perspectivas semelhantes à da Fig. 2, mas mostrando diferentes instalações do isolamento refractário para a secção de fornalha.

Descrição do Aperfeiçoamento Preferido

Referindo especificamente a Fig.l dos desenhos, o número 10 corresponde, em geral, ao sistema de combustão de leito fluidizado da presente invenção, o qual inclui uma secção de fornalha 12, uma secção de separação 14 e uma área de recuperação de calor 16. A secção de fornalha 12, inclui um compartimento vertical 18 e um repletor de ar 20, localizado na porção da extremidade inferior do compartimento para receber ar a partir de fontes externas. Um distribuidor de ar ou grelha 22 é fornecido na interface entre a extremidade inferior do compartimento 18 e o repletor de ar 20, para permitir a passagem do ar pressurizado a partir do repletor, em sentido ascendente, através do compartimento 18. Uma entrada de ar 24 estende-se através da parede do compartimento para introdução de ar secundário para a zona de reacção, localizada imediatamente acima do distribuidor de ar 22.

Compreende-se que um material particulado é suportado 5

no distribuidor de ar 22, e que uma ou mais entradas (não mostradas) são providenciadas através das paredes do compartimento 18, para introduzir o material particulado no leito. 0 ar proveniente do repletor 20 fluidiza o material particulado no compartimento, e um tubo de drenagem (não mostrado), inscreve-se com uma abertura no distribuidor de ar 22 e/ou paredes do compartimento 18, para descarregar o material particulado gasto a partir do compartimento do leito. 0 material particulado pode incluir carvão e partículas relativamente finas de um material adsorvente tal como a pedra calcárea, para adsorver o enxofre gerado durante a combustão do carvão, de uma forma conhecida.

Está subentendido que as paredes do compartimento 18 incluem uma pluralidade de tubos de água dispostos numa relação de extensão vertical e que um circuito de fluxo, incluindo um colector de vapor 26 e um tubo de descenso 28, é providenciado para fazer passar água através dos tubos para converter a água em vapor. Compreende-se que são fornecidas cabeças nas extremidades das paredes do compartimento 18a e em outros locais apropriados para formar um circuito de fluxo de fluido. A secção de separação 14 inclui um ou mais separadores ciclone 30, adjacentes ao compartimento 18 e a este ligados por um canal 32, estendendo-se entre as aberturas formadas na parte superior da parede de retaguarda do compartimento 18 e o separador 30, separadamente. O separador 30 recebe os gases de combustão e o material particulado arrastado proveniente do compartimento 18, e opera de modo convencional para separar o material particulado dos gases de combustão, devido a forças 6 centrífugas geradas no separador. Os gases de combustão separados passam do separador 30, via um canal interno 34 e uma conduta 36, para uma abertura formada na parte superior da área de recuperação de calor 16. A área de recuperação de calor 16 inclui um compartimento 40, o qual engloba um sobreaquecedor, um reaquecedor e um economizador (não mostrado), todos formados por uma pluralidade de tubos de permuta de calor, que se estende no caminho dos gases que passam através do compartimento 40. O sobreaquecedor, o reaquecedor e o economizador estão todos ligados ao circuito de fluxo de fluido acima mencionado, incluindo o colector de vapor 26, e recebem água aquecida ou vapor, para aquecimento adicional. Depois de passarem ao longo da área de recuperação de calor, os gases deixam o compartimento 40, através de uma saida 40a, formada na parede de retaguarda do mesmo.

Os sólidos separados, provenientes do separador 30, passam para um funil 42, ligado à parte inferior do separador e então para um tubo de descarga 44 ligado à saida do funil. 0 tubo de descarga 44 estende-se até um vaso de selagem 46, e uma conduta 48 estende-se desde o vaso de selagem até à parede de retaguarda do compartimento 18. O material particulado separado, proveniente do separador 30 passa portanto, via o tubo de descarga 44, para o vaso de selagem 46, onde se acumula antes de retornar à secção de fornalha 12, via a conduta 48. 0 vaso de selagem 46 previne portanto o fluxo de retorno de ar e produtos gasosos de combustão, com material particulado arrastado desde a secção de fornalha directamente para o separador 30. 7

Referindo especificamente as Figs. 2 e 3, as quais mostram a parte inferior da secção de fornalha 12, esta última é formada por uma parede frontal 12a, uma parede de rectaguarda 12b, e duas paredes laterais 12c e 12d (Fig. 3). Cada parede é formada por uma pluralidade de tubos de parede de água 50, prolongando-se verticalmente numa relação espaçada paralela com tubos adjacentes ligados pelas alhetas continuas 52, prolongando-se entre tubos adjacentes. Um material refractário isolante 54 estende-se imediatamente no interior dos tubos 50 e alhetas 52, isolando-os contra o calor gerado na secção de fornalha 12. Como se vê na Fig.2, a altura do material refractário isolante 54 é tal que se prolonga imediatamente acima da parte superior da extremidade da conduta 48, que se estende para a secção de fornalha 12. E providenciada uma abertura 54a, naquela parte do material refractário isolante 54 que se prolonga adjacente à conduta 48, de modo a permitir o fluxo de sólidos reciclados para o interior da secção de fornalha 12. A Fig. 4 é uma perspectiva semelhante à da Fig. 2 e componentes idênticos receberam os mesmos números de referência. No aperfeiçoamento da Fig. 4 é fornecido um material refractário isolante 54', que se prolonga a maior altura do que a do material refractário isolante 54, nos aperfeiçoamentos das Figs. 2 e 3. No aperfeiçoamento da Fig. 4, o isolamento dos tubos de parede de água 50, contra o calor gerado na secção de fornalha 12, é maior devido ao prolongamento da altura do material refractário isolante 54. Este decréscimo esperado, na absorção de calor pela água que passa através dos tubos 50, reduzirá a temperatura de operação da fornalha, quando comparada com a temperatura de 8 operação da secção de fornalha 12 na Fig. 2.

Uma outra técnica para fazer decrescer a absorção de calor pela água que passa através dos tubos de parede de água 50 pode ser apreciada na Fig.5, na qual componentes idênticos receberam também os mesmos números de referência. Neste aperfeiçoamento, o material refractário isolante é mantido, e tuna outra espessura ou camada de material refractário isolante 54'' é providenciada imediatamente dentro da camada de material refractário isolante 54, com ela ficando confinada. Esta camada adicional de material refractário isolante 54'' faz ainda decrescer a adsorção do calor na secção de fornalha, através da água que passa através dos tubos 50.

Assim, de acordo com a presente invenção, para uma dada concepção a absorção, e, consequentementem, a temperatura de operação da fornalha, podem ser controladas com precisão, variando simplesmente a altura ou espessura do material refractário isolante.

Pretende-se uma latitude de modificação, variação e substituição na descrição precedente e, em algumas circunstâncias, algumas das caracteristicas da invenção serão empregues sem a correspondente utilização de outras caracteristicas.

Consequentemente, é apropriado que as reivindicações anexas sejam construidas num sentido amplo e de uma forma consistente com o âmbito da invenção. 9

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Um método de controlo da temperatura da fornalha para vim sistema combustão de leito fluidizado caracterizado pelo facto de compreender os seguintes passos: fluidização de um leito de material combustivel numa fornalha, uma parte da qual, pelo menos, é formada por tubos de água; passagem de água através dos ditos tubos para absorver calor proveniente do combustivel queimado e elevar a temperatura da dita água; descarga de uma mistura constituída por gases de combustão e por material particulado arrastado, proveniente do leito fluidizado na dita fornalha; separação do dito material particulado arrastado dos ditos gases de combustão; passagem dos ditos gases de combustão separados para uma secção de recuperação de calor; passagem do dito material particulado separado para o leito fluidizado na dita fornalha; instalação de material refractário à volta dos ditos tubos, para reduzir a absorção de calor pela dita água; e selecção da quantidade de material refractário instalado, de acordo com a temperatura de operação desejada na dita fornalha.
2. Um método, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a quantidade de calor absorvido pela dita água ser suficiente para converter a água em vapor.
3. Um método, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a altura do metal refractário na dita fornalha ser seleccionada de acordo com a temperatura de operação desejada na fornalha. 1
4. Um método, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a espessura do metal refractário ser escolhida de acordo com a temperatura de operação desejada na fornalha.

2