RO115380B1

RO115380B1 - Reactor in pat fluidizat pulsatoriu si procedeu de ardere a combustibilului solid

Info

Publication number: RO115380B1
Application number: RO93-01417A
Authority: RO
Inventors: N Momtaz Mansour
Original assignee: N Momtaz Mansour
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1992-04-22
Publication date: 2000-01-28
Also published as: CA2108893C; HUT66064A; DE69205161D1; AU1910492A; BG60725B1; AU661692B2; DE69205161T2; BG98166A; DK0581869T3; SK116493A3; HU9302974D0; EP0581869B1; GR3017987T3; CZ222493A3; ATE128539T1; ES2079868T3; CZ284843B6; JPH06510113A; US5133297A; RU2105241C1

Description

Invenția se referă la un reactor în pat fluidizat pulsatoriu, la presiune atmosferică și la un procedeu de ardere a combustibilului solid, destinate sectoarelor industriale, producerii de apă caldă, abur și încălzirii spațiilor rezidențiale.

Au fost dezvoltate și demonstrate multe tehnologii de utilizare a combustibililor cu conținut ridicat de sulf, în general, și a cărbunilor, în particular. Datorită performanței, propagării și din considerente economice, tehnologia arderii în pat fluidizat s-a impus ca un conducător în utilizarea combustibililor cu conținut ridicat de sulf. Multe proiecte de ardere în pat fluidizat sunt adecvate și se găsesc în diferite stadii de comercializare. Astfel de sisteme pot fi clasificate, în funcție de presiunea de operare atmosferică sau sub presiune - și în funcție de modul de fluidizare - prin barbotare sau cu circulație. Toate proiectele în pat fluidizat posedă calități precum: capturarea in situ a sulfului, faptul că nu formează gudroane acide, împiedică funcționarea defectuoasă a suprafețelor de transfer termic, au viteză mare de transfer termic, temperaturi uniforme, apropiate ca valoare, în zona de ardere și flexibilitate în alegerea combustibilului. Aceste manifestări fac posibilă concurarea pe piață a tehnologiei de ardere, în pat fluidizat,în domeniul cazanelor mari, industriale (6,3-37,8 kg/s sau 50 000 300000 Ib/h abur). Sunt în dezvoltare proiecte de demonstrație pe scară largă, în domeniul ,de la 70 la 150 MW/s, pentru a ușura comercializarea în sectorul utilitar.

Potențialul aplicării tehnologiei de ardere, în pat fluidizat și, în special, la presiune atmosferică, pe scară mică (6,3 kg/s sau 50000 Ib/h echivalent abur) nu a fost explorat în mod serios până în prezent.

Tehnologia de combustie în pat fluidizat la presiune atmosferică pare să aibă un potențial ridicat, în înlocuirea țițeiului și a gazelor în instalațiile la scară mică, de mai puțin de 6,3 kg/s (50000 Ib/h) echivalent abur. Aceste unități mai mici pot satisface necesitățile proceselor termice, de apă caldă, abur, încălzirea spațiilor rezidențiale, comerciale și în sectoarele industriale. în mod curent, echipamentele de ardere a țițeiului și gazelor naturale sunt utilizate aproape în exclusivitate pentru aceste aplicații.

Datorită marilor diferențe dintre prețurile acestor combustibili și ale cărbunilor, tehnologia de ardere în pat fluidizat, la presiune atmosferică, alimentată cu cărbune, utilizată pentru aplicațiile la scară mică, posedă potențialul de a deveni foarte competitivă, în condițiile în care prețul depășește costul esențial, inițial, al sistemului bazat pe cărbune. Un sistem de succes, bazat pe alimentarea cu cărbune, nu poate fi, singur, mai economic, dar poate, de asemenea, să reducă dependența națiunilor de țițeiul străin și să deschidă noi piețe pentru cărbunele intern și pentru tehnologiile în pat fluidizat, alimentate cu cărbune.

Prospectarea pieței indică faptul că, un sistem bazat pe cărbune, care furnizează niveluri competitive de capital și costuri de operare și de menținere, performanță și coeficient de siguranță, la viteza de generare a aburului, de la 0,126 până la 1,26 kg/s (1000 -10000 Ib/hr), poate înlocui tot atât de mult ca și 2,64 EJ (2,5 quad Btu) de gaz sau țiței în sectoarele rezidențiale, comerciale și ale industriei ușoare. în sectorul industrial, sistemele de la 1,26 la 6,3 kg/s (10000 la 50000 Ib/hr) abur, pot înlocui un astfel de sistem de energie de 1,16 EJ (1,1 quad Btu) pe an.

Sistemele de ardere în pat fluidizat, la presiune atmosferică, pot fi clasificate în sisteme în pat, cu barbotare și sisteme în pat, cu circulație.

într-un sistem în pat cu barbotare, alimentat cu cărbune, este critic controlul domeniului de finețe (particule decantabile) a cărbunelui și a încărcăturii de sorbent, în scopul limitării resturilor de particule, ale efectelor dăunătoare asupra arderii și a

RO 115380 Bl performanței de reținere a sulfului, precum și asupra dimensiunilor echipamentului de 50 colectare a solidelor. în mod suplimentar, raportul de alimentare Ca/S mai mare, cerut în mod expres în aplicațiile arderii în pat fluidizat prin barbotare, tinde să crească adaosul de sorbent și costurile suplimentare.

Un sistem de ardere în pat fluidizat cu circulație prezintă o eficiență de ardere mai mare și o utilizare mai mare a sorbentului, o emanație mai scăzută de Nox, dato- 55 rită multiplelor trepte de aer și prezintă o flexibilitate mai mare a alimentării cu combustibil. Totuși, acest sistem necesită un aparat de ardere mai înalt, pentru ca suprafața de schimb termic să fie suficientă, astfel, încât devine, atât nepractic, cât și scump să se reducă aparatele de combustie cu pat fluidizat la capacități mai mici de 12, 6 kg/s [1OOOOO Ib/h) echivalent de abur. 60

Sistemele în pat fluidizat tind să aibă, în general, inerție termică. Pornirea acestor sisteme necesită un timp considerabil, precum și subsisteme auxiliare de preîncălzire a straturilor, într-o manieră controlată. La întregul sistem se adaugă, atât costul, cât și complexitatea. Conceptele care să prezinte un proiect compact, simplu, pentru pornire rapidă, cu utilaje cu costuri scăzute și care, de asemenea, să aibă 65 caracteristici operaționale simple se pretează mai mult unor aplicații la scară mică. Inerția termică a sietemelor în pat fluidizat afectează, în aceeași măsură, și încărcătura, acesta fiind un neajuns serios pentru reducerea aplicațiilor cu utilizare limitată.

Problema tehnică este asigurarea unui răspuns rapid la schimbările de încărcătură, în special, prin subsisteme de ardere auxiliare și metode de încălzire a 70 stratului. Astfel de proiecte nu ar necesita utilaje suplimentare și sisteme de control suplimentare, dacă costul principal al sistemului va fi menținut suficient de scăzut pentru a concura favorabil cu echipamentele care există, pentru țiței și gaz. în plus, noi proiecte, capabile de rezultate superioare, pentru dimensiunea unui aparat de ardere dat, vor contribui la o reducere a costului capital pe kJ/h (Btu/h) de corn- 75 bustibil ars. Aceste obiective trebuie realizate, fără compromiterea controlului poluării, destinat să îndeplinească cerințe stringente, în câteva din aceste aplicații cu utilizare limitată.

Reactorul în pat fluidizat pulsatoriu, conform invenției, rezolvă problema tehnică, prin aceea că, cuprinde un recipient de reacție, mijloace de alimentare cu 80 material solid fluidizabil, mijloace de alimentare cu mediu fluidizant, pentru stabilirea unui pat fluidizat de material solid, un arzător pulsatoriu, alcătuit dintr-o cameră de ardere, niște supape de legătură cu camera de ardere și o cameră de rezonanță, care comunică cu camera de ardere, mijloace de transfer de căldură și mijloace de evacuare a produselor apărute în urma arderii. 85

Procedeul de ardere a combustibilului solid, conform invenției, rezolvă problema tehnică, prin aceea că este compus dintr-o fază de stabilire și menținere a unui pat fluidizat de combustibil solid, în interiorul unui recipient și deasupra mijloacelor de transfer de căldură, urmată de o fază de ardere pulsatorie a unui amestec combustibil - aer, astfel, încât să se obțină un flux pulsatoriu de produse de ardere, apoi de o fază 90 de direcționare a fluxului pulsatoriu către patul fluidizat, pentru arderea combustibilului solid, după care urmează o fază de circulație a unui mediu, prin mijloacele de transfer de căldură și o ultimă fază de evacuare din recipient a produselor rezultate în urma arderii, după separarea solidelor.

Avantajele pe care le prezintă invenția sunt: 95

- eficiență înaltă de ardere;

- capacitate de reținere a sulfului;

- emenație slabă de Nox;

RO 115380 Bl

- pornire rapidă, cu posibilitate de realimentare;

- simplu de controlat și de manipulat, cu un sistem sigur de protecție.

în continuare, sunt prezentate câteva variante de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1 - 9, care reprezintă:

- fig. 1, schema unui reactor în pat fluidizat pulsatoriu;

- fig.2, schema unui reactor în pat fluidizat pulsatoriu, cu cărbuni drept combustibil;

- fig.3, schema unui reactor în pat fluidizat pulsatoriu, proiectat pentru generare de abur;

- fig.4, schema unui reactor în pat fluidizat pulsatoriu, într-un mediu de sistem de generare;

-fig.5, schema unui reactorîn pat fluidizat pulsatoriu, pentru încălzirea aerului sau a unor materiale de uscare;

- fig.6, schema unui reactorîn pat fluidizat pulsatoriu, într-un mediu de uscare sau încălzire a aerului;

- fig.7, schema unui reactor în pat fluidizat pulsatoriu, pentru incinerarea deșeurilor;

- fig.8, reactor în pat fluidizat pulsatoriu, într-un mediu de incinerare a deșeurilor;

-fig.9, reactorîn pat fluidizat pulsatoriu, pentru realizarea reacțiilor endotermice precum gazeificarea și calcinarea.

Reactorul în pat fluidizat pulsatoriu, conform invenției, include un arzător pulsatoriu în pat fluidizat, cu barbotare atmosferică, așa cum este prezentat și în fig. 1. în această configurație modulară, arzătorul pulsatoriu arde combustibil fin, de mai puțin de 600 μ, iar patul fluidizat arde particule microgranulare de combustibil solid.

Reactorul de ardere în pat fluidizat pulsatoriu, la presiune atmosferică, cuprinde un recipient refractar căptușit 10, în care va fi creat patul fluidizat. în recipientul 10 este integrat un arzător pulsatoriu 30. Recipientul 10 include o secțiune inferioară 12, o secțiune mediană 14 și o secțiune superioară 16. Un distribuitor de fluid 13 este localizat în secțiunea 12 a recipentului 10, distribuitor prin care fluidul este introdus cu o viteză adecvată, pentru a fluidiza particulele solide aflate în secțiunea 12. în general, s-au găsit ca adecvate viteze, de la 45,72 la 487,68 m/s ( de la ,4 la 13 ft/s). Tot în secțiunea inferioară 12, unde se va forma patul fluidizat dens, există o multitudine de tuburi sau conducte 60, prin care poate fi recirculat un mediu de transfer termic, pentru a îndepărta căldura din patul fluidizat. în mod caracteristic, pot fi recirculate prin conductele 60 de transfer termic aer sau apă și nu numai, pentru a produce aer încălzit, apă fierbinte sau abur, sau altele similare.

Secțiunea mediană 14 a recipientului 10 leagă secțiunea inferioară 12 cu cea superioară 16, formând ceea ce a fost denumit “suprafața necăptușită a reactorului în pat fluidizat”, în care viteza gazului descrește, crește timpul de staționare a gazului, pe când în secțiunea inferioară 12 a recipientului are loc barbotarea, pentru crearea de turbulență.

Arzătorul pulsatoriu 30 cuprinde un sistem de supape 32, care poate fi constituit dintr-o supapă aerodinamică sau o diodă de fluidizare, o supapă mecanică sau altele asemenea, o cameră de ardere 34 și un sorb de evacuare 36. în mod suplimentar, arzătorul pulsatoriu 30 mai are o conductă de aer 38 și un amplificator 39.

Sorbul de evacuare 36 poate fi un singur tub sau o multitudine de tuburi, iar într-o variantă de realizare are o zonă de pulverizare 40 localizată la o extremitate liberă a

RO 115380 Bl

150 acestuia.

Zona de pulverizare 40 de la extremitatea sorbului 36 formează o secțiune de expansiune, care reduce viteza de ieșire a gazului din sorbul de evacuare 36 și previne formarea de canale în patul fluidizat. După ce gazele de fum din arzătorul pulsatoriu 30 ies prin sorbul de evacuare 36, intră în secțiunea de pulverizare 40, care asigură recircularea fină și mărește timpul de staționare a particulelor în pat. Zona de pulverizare și/sau extremitatea deschisă a sorbului de evacuare se pot extinde în patul de reactanți sau pot fi poziționate după patul (stratul) de reactanți (așa cum reiese din fig. 7 și 8). Recipientul 10 include, de asemenea, un sistem de alimentare cu sorbent și combustibil macrogranular, peste strat, de preferință, un transportor elicoidal și un separator de combustibil 71, pentru separarea combustibilului alimentat într-o fracțiune grosieră (macrogranulară) și una fină.

Fracțiunea fină este alimentată de la separatorul 71, printr-o conductă 72, la arzătorul pulsatoriu 30, în timp ce combustibilul microgranular component este alimentat din separatorul 71 într-un sistem de alimentare 70. Sorbentul, cum e de exemplu, carbonatul de calciu măcinat, este alimentat dintr-un dozator de alimentare 76, în sistemul de alimentare 70 pentru a fi introdus în recipientul 10. în timp ce amestecul combustibil - sorbent poate varia, conținutul de sorbent este menținut, de preferință, la un nivel de 2 sau 3 ori față de conținutul în sulf din combustibilului solid, de exemplu, cărbune.

Recipientul 10 include o conductă de ieșire a gazului 80, cu un separator 82 de solide, de preferință, un separator inerțial, plasat la intrarea conductei, pentru a separa particulele decantate din curentul de gaz de evacuare și a le reintroduce în secțiunea superioară 16. Deșeul de zgură, cenușă și altele asemenea sunt descărcate din recipientul 10, printr-un orificiu 17,localizat la extremitatea inferioară a acestuia. Un arzător 19 este prevăzut, de asemenea, pentru recipientul 10, de preferință, pentru arderea de gaz natural, pentru siguranța operațională și pornirea sistemului.

Un arzător pulsatoriu, caracteristic, conține o supapă de curgere, o cameră de ardere și un tub de rezonanță. Combustibilul și aerul intră în camera de ardere. □ sursă de aprindere detonează amestecul exploziv în camera de ardere, în timpul pornirii. Creșterea imediată în volum, declanșată de creșterea rapidă a temperaturii și evoluția produșilor de ardere, presurizează camera. Odată cu dilatarea gazului fierbinte, o supapă, de preferință, o supapă de fluidizare, permite curgerea preferențială în direcția tubului de rezonanță.

Gazele care părăsesc camera de ardere și tubul de rezonanță posedă o energie cinetică semnificativă. în camera de ardere s-a creat vid, datorită inerției gazelor din tubul de rezonanță. Inerția gazelor din tubul de rezonanță permite numai unei fracțiuni din gazele evacuate să se întoarcă în camera de ardere, în echilibru cu gazele care au ieșit din tubul de rezonanță. Din momentul în care camera de presiune se află sub presiune atmosferică, aerul și combustibilul sunt antrenate în camera, în care are loc autoaprinderea. Din nou supapa provoacă desfășurarea curgerii inverse și ciclul se reia. Odată ce primul ciclu este inițiat, operarea sistemului este în continuare independentă (autoîntreținută).

Supapa de curgere, utilizată în multe alte reactoare de ardere pulsatorie, este o “supapă cu clapetă” mecanică. Supapa cu clapetă este, de obicei, un ventil, care permite curgerea printr-un orificiu, în cameră și care obligă la inversarea curgerii, printr-un dispozitiv mecanic de blocare. Acesta a servit foarte bine scopului propus. Deși, astfel de supape mecanice pot fi utilizate în cadrul prezentei invenții, este

155

160

165

170

175

180

185

190

RO 115380 Bl preferată o supapă aerodinamică, fără părți mobile.

în timpul funcționării unei supape aerodinamice, se formează în aceasta un strat de separație și vârtejuri turbulente, care frânează mult curgerea inversă. Pe lângă aceasta, gazele de evacuare au o temperatură mai mare decât gazele din orificiu. De aceea, vâscozitatea gazului este mult mai mare și rezistența la curgerea inversă prin orificiu este mai mare, decât aceea pentru înaintarea prin aceeași deschidere. Acest fenomen se asociază cu inerția ridicată a gazelor de evacuare din tubul de rezonanță, pentru a da o curgere preferențială și medie, dinspre orificiul spre ieșire. Astfel, reactorul pulsatoriu preferat este o mașină care autoaspiră, antrenând ea însăși aerul și combustibilul în camera de ardere și autoevacuând produsele de ardere.

Oscilațiile rapide de presiune în camera de ardere generează un domeniu de curgere intens oscilant. în cazul arderii cărbunelui, domeniul de curgere fluctuant provoacă îndepărtarea produselor de ardere din solidul care reacționează, asigurând astfel, accesul la oxigen, cu limitare redusă sau fără limitarea difuziei.

în al doilea rând, reactoarele pulsatorii experimentează viteze foarte mari de transfer de masă și de căldură, în zona de ardere. în timp de aceste reactoare tind să aibă viteze de schimb de căldură foarte ridicate (caracteristic, de 10 ori mai mari decât cele din sistemele convenționale), în zona de ardere rezultă o temperatură mai uniformă. Astfel, vârful de temperatură atins este mai scăzut, în cazul sistemelor convenționale. Aceste rezultate conduc la o reducerea semnificativă în formarea oxizilor de azot (No_x). Vitezele mari de transfer de căldură, de asemenea, au loc într-un reactor de mai mici dimensiuni, pentru o viteză de ardere dată și o reducere a timpului de staționare.

Performanța reactoarelor în pat fluidizat, la presiune atmosferică, este afectată de viteza de ardere a cărbunelui, care, la rândul său, este afectată de proprietățile acestuia (devolatilizare, dilatare, fragmentare și arderea carbonului), de dimensiunile particulelor alimentate, de sistemul de alimentare și uzura mecanică la ardere, de vitezele de transfer de masă și termic și de condițiile de operare. Mai mult, pentru asemenea sisteme, surplusul de carbon din separatorul de particule primare este, în general, ridicat, datorită timpului de staționare limitat al combustibilului fin în arzător. Pentru a realiza o înaltă eficiență de utilizare a carbonului, a fost adesea pusă în practică recircularea combustibilului fin pe pat. Aceste procese de recirculare adaugă costuri și complexitate sistemului și uneori provoacă colmatarea. Conform prezentei invenții, o eficiență mai înaltă de ardere poate fi atinsă datorită fineței combustibilului ars în arzătorul pulsatoriu și deoarece numai cărbunele macrogranular este ars separat în patul fluidizat.

Cei trei “T” ai arderii, anume : 1) temperatură, 2) turbulență și 3) timp de staționare pentru arzătorul pulsatoriu și barbotare nelimitată în pat fluidizat sunt destul de diferiți, așa cum se arată în continuare.

T	Arzător pulsator	Zonă nelimitată în pat fluidizat la presiune atmosferică
Temperatură	1092°C sau 2000°F (înaltă)	843°C sau 1550°F (Joasă)
Turbulență	Foarte înaltă (oscilatorie)	Moderată (Obturată cu reamestecare)
Timp de staționare a gazului	10 până la 100 ms	2 la 3 s

RO 115380 Bl

245

Dacă prezenta invenție utilizează, atât un arzător pulsatoriu, cât și un reactor în pat fluidizat, la presiune atmosferică, se poate trata despre întregul domeniu de dimensiuni a combustibilului macrogranular și cel de finețe. Domeniul curgerii oscilatorie în arzătorul pulsatoriu asigură viteze de transfer de masă ridicate între interfaze și între particule. De aceea, combustibilii fini ard în mod esențial sub control cinetic. Datorită temperaturii înalte, dar rezonabile (mai mare decât 1O93°C, dar mai mică decât temperatura de fuziune a cenușii, pentru a preveni formarea de gudroane acide), arderea combustibilului fin este în mod substanțial completă la ieșirea din arzătorul pulsator. Timpul de staționare suplimentar, de 1 la 2 s, în zona necăptușită a unității de pat fluidizat, asigură o conversie ridicată a carbonului și o înaltă eficiență a arderii.

Devolatilizarea și arderea combustibilului fin în arzătorul pulsator face posibilă eliberarea unei cantități semnificative de sulf, în timp ce combustibilul fin părăsește sorbul de evacuare sau zona de rezonanță.

Acest sulf are o mare probabilitate de captare în patul fluid dens, datorită arzătorului pulsatoriu, care efluează în patul fluidizat. Câmpul acustic radiat în patul fluidizat mărește viteza transferului de masă și, totodată, crește viteza de reacție dintre sorbenți și S0₂

Intensificarea acustică în procesul de transfer de masă în patul fluidizat și recircularea particulelor fine, ca o consecință a proiectării schiței conductei de admisie, favorizează realizarea captării eficiente a sulfului la un raport molar de alimentare Ca/S scăzut, care conduce la costuri mai scăzute de folosire a carbonatului de calciu și a deșeurilor.

Reactoarele pulsatorii sunt, în mod esențial, dispozitive cu producție scăzută de No_x. Viteza transferului termic în curgere pulsatorie (intermitentă] este mai mare decât în curgerea uniformă, convențională și favorizează crearea temperaturii globale mai scăzute, în camera de ardere.

De asemenea, vitezele mari de amestecare între compușii de ardere fierbinți și produsele reziduale, mai reci din ciclul anterior și reactanții mai reci care intră, creează un timp de staționare mai mic, la temperatură mai ridicată, care atenuează producerea de No_x. Aceste mecanisme complementare creează un mediu care aproximează un recipient bine agitat, la o temperatură relativ scăzută și rezultă o producție redusă de No_x. Patul de fluid dens în secțiunea inferioară 12 a recipientului 10, datorită funcționării la temperatură joasă și cu particule de combustibil macrogranular, are, de asemenea, o producție scăzută de No_x.

Ca urmare, emisia de No_x din sistemele prezentei invenții este de așteptat să fie mai scăzută, decât în cazul arzătoarelor în pat fluidizat, convenționale.

Coeficientul global de transfer de căldură, în sorbul de evacuare a reactorului pulsatoriu, echipat cu manta de răcire cu apă, este de același ordin cu cel al conductelor imersate în patul fluidizat dens. înlocuirea unui schimbător de căldură ineficient în zona necăptușită a unui sistem convențional, în pat fluidizat prin barbotare, prin sorbul arzătorului pulsatoriu echipat cu manta de răcire cu apă, descrește în mod semnificativ aria suprafeței de transfer termic și costul.

în scopul stabilirii calității tehnice a tehnologiei, conform prezentei invenții, a fost proiectat, construit și testat un sistem la scară de laborator (viteza de ardere a cărbunelui: 1,58 GJ/h -1,5 MMBtu/hr). 0 schemă a acestei unități este prezentată în fig. 2.

Primul obiectiv al acestei lucrări a fost să investigheze comportarea unui reactor pulsatoriu, într-o porțiune de pat fluidizat a unui furnal.

250

255

260

265

270

275

280

285

290

RO 115380 Bl

Nu a fost inclusă o secțiune convectivă, deoarece cheltuielile suplimentare au fost nejustificate. De aceea, producția de abur și eficiența termică a unității testate sunt într-o oarecare măsură mai reduse, decât cele așteptate în practica normală.

în fig. 2 aparatul astfel descris este ilustrat prin aceleași repere ca în fig. 1.

După separarea solidelor, de exemplu, separarea cărbunelui în particule fine și particule macrogranulare, particulele macrogranulare sunt menținute într-un buncăr de cărbune 73, de unde sunt alimentate printr-un transportor 75 într-un buncăr de alimentare cu sorbent 76, unde sorbentul este alimentat într-o conductă de cărbune, așa cum s-a menționat anterior.

Amestecul cărbune-sorbent este apoi alimentat în recipientul 10 prin transportorul de alimentare 70 și se depune pe patul dens, localizat în secțiunea inferioară 12 a recipientului 10, care este menținut în stare fluidizată prin barbotare, cu fluid care intră pe dedesubt, prin distribuitorul de fluid 13. în mod alternativ, amestecul cărbune - sorbent poate fi alimentat direct în patul fluidizat, în loc să fie depus deasupra stratului (vezi fig. 7 pentru o astfel de structură, care utilizează sisteme de alimentare 214

Și 215 în aceeași localizare).

Cărbunele fin separat este stocat într-un buncăr 74 și este alimentat printr-un ajector 77, unde este transportat prin conducta 72 la arzătorul pulsatoriu 30.

îndeplinind aceste etape, arzătorul pulsatoriu este în stare de funcționare, supapa aerodinamică 32 aspiră un amestec de aer - materie primă la cerere. Așa cum se arată în fig. 2, gazul natural este, de asemenea, alimentat în supapa 32 a arzătorului pulsatoriu, unde servește drept combustibil. Produsele de ardere din arzătorul pulsatoriu 30 înaintează apoi, cu o undă acustică de presiune oscilantă prin tubul de rezonanță sau sorbul de evacuare 36, prin secțiunea de pulverizare 40 și patul fluidizat. în general vorbind, viteza de degajare a căldurii în arzătorul pulsator 30 este, de la aproximativ 20,7 la 62,1 GW/m³ (de la 2 la 6 MBtu/hr/ft³], iar temperatura gazului se află în domeniul, de la 760 la aproximativ 815°C (de la, 1400 la 1500°F). Viteza gazului în tubul de rezonanță este de domeniul, de la aproximativ 492 la aproximativ 5250 m/s (de la, 150 la 1600 ft³/s), cu o viteză de oscilație în jur ,de 20 la aproximativ 150Hz. în recipient, nivelurile undei de presiune acustică sunt realizabile în domeniul, de la 100 la 185 dB.

De asemenea, temperaturile sunt realizabile în recipientul 10, până la aproximativ 1093°C (2000°F), bazate pe eliberările de căldură volumetrice, din arzătorul pulsator în intervalul, de la aproximativ 10,349 la aproximativ 20,7 GW/m³ (de la, 100000 la 200 000 Btu/hr/ft³). Temperaturile, în zona fără căptușeală a recipientului 10, pot apoi să depășească 1093°C (2000°F) și sunt capabile să distrugă materialele organice. în patul fluidizat, sunt de dorit temperaturi cuprinse în domeniul, de la 815 la aproximativ 927°C (de la, 1500 la 1700°F) , pentru a minimiza producerea oxizilor de azot.

Undele acustice care ies din secțiunea de pulverizare 40 și pătrund în patul fluidizat produc o amestecare și un transfer termic intensificate. Combustibilul solid în stare fluidizată este ars, în timp ce temperaturile în pat pot fi controlate printr-un mediu de transfer termic, care circulă prin conductele 60, imersate în patul fluidizat.

în mod evident, transferul termic de la pat la mediu poate fi utilizat la controlul temperaturii globale a patului fluidizat și/sau pentru a crea un efect rezultant, dorit, asupra mediului, de exemplu, să încălzească apă sau aer, pentru a produce abur sau alte asemenea.

RO 115380 Bl

340

Produsele de ardere urcă apoi deasupra patului fluidizat, într-o zonă necăptușită, unde transferul termic sau reacția pot să aibă loc, în continuare și, din zona necăptușită, sunt antrenate printr-un separator de solide 82 și gazele de fum ies prin gura de evacuare 80, în ciclonul 90. De când combustibilul a fost separat, particulele cu cea mai mică finețe sunt decantate în zona fără căptușeală, scăzând astfel, din nou, eliberarea sulfului.

De asemenea, în schema globală de funcționare, mediul care fluidizează, aer sau abur, de exemplu, poate fi preîncălzit într-un preîncălzitor 92. Mediul care fluidizează este alimentat în preîncălzitorul 92, printr-o suflantă 94 de aer primar și/sau recirculat, excesul de aer sau alt fluid din arzătorul pulsatoriu 30. Aburul generat în conductele 60 trec apoi într-un valț cu abur 96 și de acolo, unde este de dorit.

într-un procedeu de ardere a cărbunelui cu conținut ridicat de sulf, carbonatul de calciu și cărbunele macrogranular, separat, sunt alimentate într-un pat fluidizat în recipientul 10, în timp ce cărbunele fin este alimentat, așa cum s-a menționat anterior, într-un arzător pulsatoriu, drept sursă de combustibil. în cărbunele fin, sulful este îndepărtat în arzătorul pulsatoriu și este sortat de carbonatul de calciu în patul fluidizat. Sulful din cărbunele macrogranular este capturat de carbonatul de calciu în pat, într-o manieră mai eficientă, decât sistemele cunoscute în domeniu. Pentru a desăvârși astfel procesul, temperaturile în patul fluidizat sunt, de preferință, menținute în domeniul, de la 760 la aproximativ 954°C (de la, 1400 la 175O°FJ. în acest domeniu de temperaturi s-a produs mai puțin oxid de azot, ca subprodus.

Au fost realizate în total 28 de teste de caracterizare pe aparatul ilustrat, conform fig. 2, care include un pat improvizat.

Unitatea a fost testată, atât cu arzător pulsatoriu, cât și fără, iar parametrii testului sunt prezentați în tabelul 1. Sistemul a fost on-line, pentru mai mult de 200 h și s-au ars aproape 9 t de cărbune. Măsurătorile emanațiilor de No_x au fost făcute în colaborare cu DPS. L. J. Muzio și G. Shiomoto de la Fossil Energy Research Corporation, Lagma Hills, California.

345

350

355

360

365

Tabelul 1- Parametri rezultați în urma testului

Tipul cărbunelui	Pittsburgh No. 8, W. Kentucky Nos. 9 și 11
Distribuția mărimilor de cărbune	9,5 mm (3/8) la 0 cu mărimi de 15-40% din greutate
Carbonat de calciu	Shasta
Distribuția mărimilor	3,2 mm (1/8) la □
Viteza gazului superficial	1,52-2,13 m/s (5-7 ft/s)
Temperatura patului	815-87 °C (1500-1600°F)
Rata Ca/s	2,5-2,7
Suprafața patului	0,61x0,61 m (2'x2'J
înălțimea furnalului	3,05 m (10')
Combustibil necesar reactorului pulsator	cărbune, gaz

370

375

RO 115380 Bl ΐη tabelul 2 se face comparație între performanțele și datele rezultate, cu dimensiunea de 0,61x0,61 m (2'x2'J, conform prezentei invenții și rezultatele obținute cu arzătoare cu pat fluidizat circulant. Comparația este efectuată pentru cărbuni, tipic puternic volatili, bituminoși și absorbanți de reacție medie. Supapele indicate pentru sistemele în pat fluidizat, din stadiul tehnicii, se bazează pe informații publicate. Se observă că sistemul, conform prezentei invenții, obține performanțe superioare, în comparație cu stadiul tehnicii. Randamentul crescut al arderii se traduce printr-un consum redus de cărbune și un cost scăzut, necesar funcționării sistemului, îmbunătățirea captării de sulf implică cerințe scăzute de absorbanți și materiale reziduale, costuri de funcționare scăzute, emisii scăzute de No_x și CO, înseamnă o poziționare mai ușoară, iar o rată crescută de generare a aburilor se traduce printr-un transfer scăzut de temperatură pe suprafața de transfer termic și costuri capitale reduse. Se pare că emisiile de N₂0 din această tehnologie în pat pulsatoriu fluidizat nu sunt nesemnificative, ci comparabile cu date publicate în legătură cu emisiile de N0₂, ceea ce indică faptul că tipul de funcționare nu are mare influență asupra emisiilor N0₂. în rezumat, performanțele prezentului sistem depășesc: i] în general, pe cele ale sistemelor existente; ii] sunt comparabile cu cele din arderea în pat fluidizat circulant, din punct de vedere al arderii și al emisiei de N0₂ și iii) sunt mai bune decât reactoarele cu pat fluidizat circulant cu captare de sulf și emisii CO și No_x.

Tabelul 2 - Caracteristici performante ale reactoarelor cu pat fluidizat

	Barbotare la presiune atmosferică	Barbotare pulsatorie la presiune atmosferică	Barbotare*	Recirculare*
Randamentul arderii (%)	89-93	92-97	9097	93-99
Randamentul captării de S0₂(%)	70-85	9098	7085	75-95
Emisii de No_x(ppmvj*	155-620	110265	400500	100300
Emisii de N0₂ (ppmv)*	70-100	70100	10220	10220
Emisii de CO (ppmv]+	400-1600	180800	4001200	5001500
Raport abur (kg/s)	227-317	363-372
Parametri de testare
Temperatura patului	815-817°C 15001600°F
Raportul Ca/S	2,5-2,7
Cărbune	Bituminos (puternic volatil)

* bazate pe date din literatură + la 3% 0₂

RO 115380 Bl

Aceste cifre indică faptul că prezenta invenție este o opțiune atractivă la orice scară. Este nepractic și scump să se subdimensioneze un reactor în pat fluidizat circulant, de la 0,126 la 6,3 kg/s (1OOO la 50 000 Ib/hr] echivalent abur, după cum s-a menționat mai sus.

Aparatul descris a fost utilizat, inițial, într-un sistem de ardere a cărbunelui cu conținut mare de sulf. Un astfel de aparat, în special, ca cel descris în legătură cu fig. 1, poate fi utilizat, de asemenea, pentru arderi îmbunătățite de alte produse, cum ar fi, de exemplu: biomasă, produse reziduale, exemplificate prin reziduuri medicale, reziduuri industriale, organice și altele asemănătoare și pentru reacții endotermice, uscare, calcinare și altele asemănătoare.

Un astfel de reactor, conform prezentei invenții, este util pentru generarea aburului și este prezentat în fig. 3. Aparatul de generare a aburului necesită dispozitive similare cu varianta de realizare, descrisă mai sus. Un dispozitiv de ardere pulsatorie, notat, în general, cu 130, este integrat într-un recipient 110 căptușit refractar. Recipientul 110 conține o secțiune inferioară 112, o secțiune intermediară 114 și o secțiune superioară 116. Secțiunea intermediară 114 și cea superioară 116 formează zona necăptușită, descrisă anterior.

în secțiunea inferioară 112 sunt fixate niște dispozitive de fluidizare 113, prin care se poate introduce un fluid adecvat, sub presiune, pentru fluidizarea corpurilor solide din pat și pentru controlul temperaturii patului. într-o variantă de realizare al aparatului generator de abur, dispozitivele de fluidizare 113 utilizează o placă distribuitoare răcită cu apă. □ multitudine de tuburi și conducte 160, prin care trece apă sau alt mediu schimbător de căldură, sunt fixate în secțiunea inferioară 112, unde va forma patul fluidizat dens al materialului combustibil. Aceste conducte formează mijloacele de transfer sau absorbție de căldură din patul fluidizat. După cum se va explica în continuare, conductele 160 pot forma o configurație tip D” pentru circuitul apăabur.

După cum s-a menționat anterior, secțiunea intermediară 114 a rezervorului se întinde în exterior și face legătura dintre secțiunea inferioară 112 și secțiunea superioară 116. Patul dens, fluidizat, din secțiunea inferioară 112 a recipientului lucrează în mod turbulent, barbotor.

Dispozitivul de ardere pulsatorie 130 cuprinde supapele descrise anterior, ce cuprind una sau mai multe orificii, prin care se poate introduce un amestec de combustibil-aer, în camera de ardere 133, o conductă de aer 138 și un amplificator 139. Sorbul de evacuare sau tubul rezonant 136 poate fi o simplă conductă - după cum se arată în fig. 3 - sau pot fi mai multe conducte și au de preferință o secțiune 140 de difuzare, în capete. Secțiunea 140 de difuzare asigură un timp de rezonanță pentru particulele fine recirculante în patul fluidizat, pentru o ardere mai intensă și o captare mai bună de sulf.

Ca în toate variantele de realizare, descrise până acum, o parte din camera de ardere poate fi integrată în rezervorul 110 și o porțiune din dispozitivele 130 de ardere pulsatorie (cum ar fi, secțiunea 140 de difuzare din fig. 3) poate să se întindă, până la patul fluidizat. în alte exemple de realizare, întregul dispozitiv de ardere pulsatorie, inclusiv camera de ardere, conductele de rezonanță și secțiunea de difuzare, pot fi poziționate pe porțiunea exterioară a rezervorului 110, unde are loc reacția. în astfel de sisteme, dispozitivul de ardere pulsatorie poate aproviziona, în continuare, reactanții din rezervor cu căldură endotermică de reacție.

Tubul rezonant poate avea, de preferință, o cameră de apă 141, care cuprinde

425

430

435

440

445

450

455

460

465

RO 115380 Bl cel puțin o porțiune din lungimea sa. Secțiunea de difuzare 140, în mod asemănător, poate avea o cămașă de apă, care cuprinde o porțiune din lungimea sa, astfel, încât aburul să fie generat în cămașă, pentru îndepărtarea căldurii. Necesitatea unor conducte 160 în pat fluidizat poate fi minimizată, de fapt, eliminată.

Recipientul 110 conține în continuare combustibil grosier și un sistem general de alimentare cu absorbanți, numerotat cu 170, care utilizează, de preferință, un transportor elicoidal. Sistemul de alimentare 170 cuprinde un separator de combustibil 171, pentru separarea fină, care alimentează dispozitivele pulsatoare de ardere 130, de-a lungul liniei de combustibil 190. Combustibilul este, mai târziu, amestecat cu absorbanți de la alimentatorul de absorbanți 192 și alimentat prin sistemul de alimentare 170, pentru formarea patului fluidizat din interiorul recipientului 110. Absorbantul este un material, cum ar fi, de exemplu, carbonatul de calciu, care absoarbe substanțele cu conținut de sulf, produse de arzător.

Recipientul 110 poate conține o ieșire 180 pentru gazul fluid, care are un separator pentru solide din gaze și un preîncălzitor 182. Unul sau mai multe dispozitive de blocare, care opresc curgerea gazului, pot fi fixate de-a lungul circuitului. Un ciclon 183 poate fi plasat ca o componentă a acestor dispozitive de separare, pentru o captare ulterioară a solidelor și a temperaturii solidelor.

Diferite trepte de aer sunt indicate de-a lungul unor conducte 195 și 196, de la un separator de solide/preîncălzitor de aer 182 înapoi la recipientul 110, printr-un orificiu 117, localizat în capătul inferior al secțiunii 112. Mai mult, un sistem de inițiere (nefigurat) poate fi prevăzut în recipientul 110, pentru aprinderea sistemului la pornire și pentru siguranță funcțională.

Un sistem de generare 101 a aburului, cu două tambure, cuprinde un tambur de apă și un tambur pentru mâl, utilizat pentru evitarea tratării cu apă. Conductele 160, după cum apar în fig. 4 și sunt decsrise în continuare, sunt legate la sistemul 101 cu tambure, pentru producerea de abur, în conformitate cu această variantă de realizare. Sistemul de fluidizare pentru generarea aburului, așa cum s-a menționat anterior, funcționează, în general, în același fel cu aparatul descris anterior.

în fig. 4, aparatul de generare a aburului, descris în legătură cu fig. 3, este ilustrat în legătură cu echipamentul respectiv de funcționare și poziționare corespunzătoare a elementelor. După separarea materialelor combustibile solide și fluide, în particule fine și grosiere de către separatorul 171, particulele grosiere sunt transportate de-a lungul conductei de combustibil 195, către arzătorul pulsator 130. în combustibilul grosier se adaugă material de absorbție, cu ajutorul unui sistem de alimentare 192, apoi, această mixtură de combustibil este introdusă în recipientul 110 prin dispozitivele de alimentare 170, cum ar fi, de exemplu, transportorul elicoidal prezentat în fig. 4. Amestecul de material combustibil cu absorbanți cade pe patul dens, localizat în recipientul 110, care este menținut într-o stare de barbotare fluidă, prin introducerea de fluid pe dedesubt, cu ajutorul dispozitivelor 113 de distribuire a fluidului. Dispozitivele 113 de distribuire a fluidului pot conține o porțiune înclinată după cum se arată în fig. 4 - care ajută la prevenirea zonelor moarte cu produse solide. Designul înclinat, în combinație cu sistemul de drenare 117 a patului fluidizat, permite, de asemenea, îndepărtarea zgurii și a aglomeratelor.

Atunci când arzătorul pulsatoriu 130 este în funcțiune, o supapă 132 aerodinamică introduce la nevoie un amestec de aer. Produsele care apar în urma arderii în arzătorul pulsatoriu 130 trec, cu o presiune acustică oscilantă, prin tubul rezonant

RO 115380 Bl

520 sau sorbul de evacuare 136 și prin secțiunea de difuzare 140, în patul fluidizat. Unda acustică existentă în secțiunea de difuzare 140 și apariția facilităților în patul fluidizat ușurează transferul de căldură și amestecarea. Combustibilul solid în stadiu fluidizat este ars, în vreme de temperaturile patului sunt controlate, prin îndepărtarea căldurii, cu ajutorul mediului de transfer de căldură, ce trece prin niște conducte sau tuburi 160, imersate în patul fluidizat.

Mediul este utilizat la transferul de căldură și trece prin conductele 160, imersate în patul fluidizat, conectate la un sistem 101 de generare a aburului, cu două tambure, conducte aranjate într-o configurație sub formă de “D”. Sistemul 101 cu două tambure cuprinde un tambur 111 pentru abur, un tambur 112 pentru mâl și una sau mai multe baterii de fierbere 113. Mediul schimbător de căldură, după ce a fost încălzit îndeajuns în recipientul 110, trece prin sistemul 101 de generare a aburului cu două tambure, unde mediul de încălzire înconjoară tamburul 111 de abur, tamburul 112 de mâl și bateriile 113 de fierbere. Apa care a fost pompată în tamburul de abur 111 este apoi convertită în abur, care este degajat sau utilizat corespunzător.

Produsele arderii se ridică deasupra patului fluidizat, unde are loc o nouă reacție sau un nou transfer de căldură. Din zona, nelimitată, de deasupra secțiunii inferioare 110 a recipientului, gazul încălzit trece spre și printr-un separator de solide/preîncălzitor de aer 182 și printr-un orificiu de ieșire 180 a gazului, spre sistemul 101 de generare a aburului. Curgerea căldurii prin orificiul 180 de ieșire a gazului fluid servește la o încălzire suplimentară a apei conținute în tamburul 111 de abur și convertește o parte din aceasta în abur.

După cum s-a descris în exemplul de realizare anterior, mediul de fluidizare poate fi preîncălzit de separatorul de solide/preîncălzitorul de aer 182. Mai mult, un combustibil auxiliar, cum ar fi, de exemplu, gazul natural, poate fi utilizat pentru pornirea unui sistem (nefigurat), după cum s-a menționat în legătură cu varianta anterioară de realizare. în sistemul de generare al aburului descris, conductele sau tuburile 160 pot fi eliminate, iar schimbul de căldură poate să se bazeze, în totalitate, pe căldura furnizată prin orificiul de ieșire 180 a gazului, tubul 136 rezonator pentru cămașa de apă și/sau secțiunea difuzoare 140.

Aparatul, conform prezentei invenții, poate fi, de asemenea, utilizat pentru uscarea materialelor sau încălzirea aerului. De exemplu, sistemul poate fi utilizat ca sursă de încălzire în locul unui cuptor de ardere a cărbunelui, pentru uscarea termică a acestuia. Când se utilizează în acest sens, sunt posibile diferite variante ale sistemului, cum ar fi, de exemplu, un pat fluidizat cu cămașă de apă, conducte răcite cu aer introdus în patul fluidizat și un pat adiabatic fluidizat. Aceste trei variante diferă, în principal, în legătură cu metoda de răcire a patului fluidizat.

O variantă de realizare a unui material de uscare sau a unui aparat de încălzire a aerului, conform prezentei invenții, este prezentată în fig. 5, cu aceleași repere numerice ca cele utilizate în fig. 3. Această variantă de realizare prezintă un aparat, conform invenției, care utilizează un înalt exces al nivelului de aer pentru funcționarea în patul fluidizat, într-un mod aproape adiabatic. Această variantă de realizare prezintă caracteristicile aparatului de generare a aburului, descris anterior și prezentat în fig. 3, cu excepția sistemului cu două tambure, de generare a aburului, notat cu 101 în fig. 3 și 4. Mai mult, uscarea și încălzirea aerului se poate realiza și fără conductele 160 din pat, prezentate în fig. 3.

525

530

535

540

545

550

555

560

RO 115380 Bl

Recipientul căptușit refractar 110 minimizează pierderile de căldură, iar secțiunea necăptușită mărită scade viteza gazului, crește timpul de rezonanță a gazului și scade levigarea particulelor fine. Un tub rezonant sau sorb de evacuare 136, înconjurat de o cămașă de apă 141, elimină necesitatea unor aliaje scumpe, în această variantă de realizare. Mai mult, această variantă de realizare conține, de preferință, un distribuitor 113, răcit cu apă, pentru minimizarea presiunii termice și un drenaj 117 în pat, pentru a permite îndepărtarea rocii și menținerea înălțimii patului.

□ diagramă a unui procedeu pentru încălzirea aerului și uscarea meterialului este prezentată în fig. 6. Sistemul este în esență identic cu sistemul procedeului descris pentru aparatul de generare a aburului, din fig. 4, cu excepția că sistemul 101 de generare a aburului, cu două tambure - ca în fig. 4 - se elimină. Mai mult, conductele 160 din pat, prezentate în fig. 4, sunt, de asemenea, eliminate.

Invenția de față poate fi utilizată, de asemenea, ca aparat de incinerare a materialelor reziduale, după cum se arată în fig. 7. Acest design cuprinde niște mijloace de alimentare cu reziduuri, care pot conține mijloace 214 pentru alimentarea cu materiale reziduale în capătul patului fluidizat și/sau mijloace 215 pentru alimentarea cu reziduuri direct în paul fluidizat, depinzând de caracteristicile reziduurilor utilizate. Mai bine decât să fie complet integrat într-un recipient 210, un tub rezonant 236 al unui dispozitiv de ardere pulsatorie 230 poate fi localizat deasupra recipientului 210. O secțiune 240 de difuzare poate fi localizată deasupra zonei de stropire de pe patul fluidizat, după cum se arată în fig. 7. O conductă 260 poate efectua un circuit complet între un amplificator 239 și porțiunea tubului rezonant 236, localizată deasupra recipientului 210 pentru furnizarea unui salt de presiune la amplificatorul 239. Acesta permite un amestec intens în secțiunea necăptușită a recipientului.

întocmai ca în variantele anterioare de realizare, aparatul cuprinde dispozitive 213 distribuitoare, pentru menținerea patului fluidizat într-un stadiu turbulent, un sistem 217 de drenare a patului, pentru îndepărtarea cenușii și a zgurii, un separator de solide/preîncălzitor de aer 282, dispozitive de separare a solidelor din produsele de ardere și de readucere a produselor în recipient, incluzând un orificiu 280 de ieșire a gazului și un ciclon 283 răcit cu apă, pentru captarea solidelor și reglarea debitului de gaz și a temperaturii solidelor, astfel, încât vaporii metalici să poată fi captați.

Un procedeu schematic al sistemului de incinerarea a reziduurilor, ce utilizează un aparat prezentat în fig. 7, este arătat în fig. 8. Datorită unei eroziuni posibile și a unor probleme de coroziune a materialelor reziduale, relativ la tubul rezonant și porțiunile de difuzare, tubul rezonant și difuzorul sunt localizate deasupra patului fluidizat. Mai mult, datorită acelorași eroziuni și probleme corozive, bateriile tubulare imersate în pat nu sunt utilizate în acest aparat. întocmai cu aparatul descris anterior și prezentat în fig. 4 și 6, dispozitivele distribuitoare 113 sunt proiectate cu configurație înclinată, pentru prevenirea zonelor moarte de corpuri solide și pentru ușurarea îndepărtării zgurii și aglomeratelor din dispozitivul de drenare a patului.

Invenția de față poate fi utilizată, de asemenea, pentru reacții endoterme, cum ar fi, de exemplu, gazeificare, calcinare, piroliză și reacții de oxidare parțială. Un aparat proiectat pentru asemenea procese este prezentat în fig. 9. Aparatul utilizat în această variantă de realizare este substanțial identic cu aparatul utilizat la încălzirea aerului sau uscarea materialului, prezentat în fig. 5, iar numerotarea reperelor este identică. în orice caz, amplificatorul numerotat în fig. 5, cu 139 sau cămașa de apă 141, ce înconjoară tubul 136 rezonant din fig. 5 - pot fi eliminate. în plus, întocmai cu aparatul prezentat în fig. 7 pentru incinerarea reziduurilor, aparatul pentru reacții

RO 115380 Bl endoterme poate cuprinde dispozitive 314 pentru alimentarea cu material a patului fluidizat, fie plasate deasupra unui pat 315, pentru alimentarea directă în pat.

în astfel de procese, patul se compune din combustibili solizi și arzătorul pulsator furnizează direct căldura endotermă de reacție pentru producerea acestor produse ca gazul sintetic, produse calcinate etc.

în oricare dintre variantele de realizarea descrise, capătul arzătorului pulsatoriu sau capătul liber al tubului rezonant sau al secțiunii de difuzare se pot întinde până la patul materialului sau pot fi poziționate separat pe pat.

Cu toate că variantele de realizare preferate ale invenției au fost descrise utilizând termeni specifici, dispozitive, concentrații și metode, asemenea descrieri au doar un rol ilustrativ. Mai mult, specialiștii în domeniu vor înțelege că elementele componente ale fiecărui exemplu de realizare descris aici este interschimbabil, în funcție de specificațiile funcțiilor particulare dorite. Cuvintele utilizate sunt mai degrabă, cuvinte descriptive decât limitatoare. Trebuie să se înțeleagă că diferitele modificări și variante pot fi executate, fără a se îndepărta de spiritul și scopul prezentei invenții, la modul revendicat.

Claims

Revendicări

630

1. Reactor în pat fluidizat pulsatoriu, destinat arderii combustibilului solid, caracterizat prin aceea că, cuprinde un recipient de reacție, mijloace de alimentare cu material solid fluidizabil, situate la jumătatea înălțimii recipientului de reacție, mijloace de alimentare cu mediu fluidizant pentru materialul solid, situate sub un orificiu de alimentare cu material solid, pentru stabilirea, între acestea, a unui pat fluidizat de materiale solide, un arzător pulsatoriu, alcătuit dintr-o cameră de ardere, niște supape de legătură cu camera de ardere, pentru admisia unui amestec combustibil-aer, o cameră de rezonanță care comunică cu camera de ardere, cu un capăt liber, dincolo de camera de ardere, astfel situat față de patul fluidizat, încât permite trecerea produselor gazoase din camera de rezonanță, mijloace de transfer de căldură, situate în patul fluidizat, pentru a extrage căldura și mijloace de evacuare a produselor apărute în urma arderii.
2. Reactor, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că mai cuprinde mijloace localizate la un capăt liber al camerei de rezonanță, pentru a difuza produsele apărute în urma arderii, în recipientul de reacție.
3. Reactor, conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că mijloacele de difuzare sunt localizate în recipientul de reacție, în care se menține patul fluidizat.
4. Reactor, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că mai cuprinde separatoare de solide, care separă solidele în grosiere și fine, solidele grosiere fiind conduse în recipientul de reacție, de către mijloace de alimentare și de către mijloace de transport la arzătorul pulsatoriu.
5. Reactor, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, camera de rezonanță este cel puțin o conductă alungită.
6. Reactor, conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că, conducta alungită are o cămașă de apă, pe cel puțin o porțiune din lungimea ei.
7. Reactor, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că recipientul de reacție cuprinde o secțiune inferioară, unde va fi menținut patul fluidizat și o secțiune superioară mărită.
8. Reactor, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că mijloacele de evacuare a gazului includ și un separator de solide.

635

640

645

650

655

660

RO 115380 Bl

665

670

675

680

685

690

695

700

705
9. Reactor, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că mijloacele de transfer de căldură constau dintr-o conductă, situată în recipientul de reacție în care va fi menținut patul fluidizat, conducta fiind adaptată la transportul unui mediu de schimb de căldură.
10. Procedeu de ardere a combustibilului solid, caracterizat prin aceea că este compus dintr-o fază de stabilire și menținere a unui pat fluidizat de combustibil solid, în interiorul unui recipient și deasupra mijloacelor de transfer de căldură, urmată de o fază de ardere pulsatorie a unui amestec combustibil - aer, astfel, încât să se obțină un flux pulsatoriu de produse de ardere, apoi de o fază de direcționare a fluxului pulsatoriu către patul fluidizat, pentru arderea combustibilului solid, după care urmează o circulație a unui mediu prin mijloacele de transfer de căldură, astfel, încât, prin primire de căldură, să se ajungă la un tratament predeterminat al mediului și o ultimă fază de evacuare din recipient a produselor rezultate în urma arderii, după separarea de solide.
11. Procedeu, conform revendicării 10, caracterizat prin aceea că, combustibilul solid fluidizat este cărbune, iar combustibilul pentru arzătorul pulsatoriu este cel puțin, în parte cărbune fin.
12. Procedeu, conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că numitul cărbune are un conținut mare de sulf și i se adaugă un sorbent pentru sulf.
13. Procedeu, conform revendicării 12, caracterizat prin aceea că sorbentul este carbonat de calciu și este prezent în raport de doi la trei ori conținutul de cărbune.
14. Procedeu, conform revendicării 10, caracterizat prin aceea că unda de presiune acustică are, de la aproximativ 100 la aproximativ 185 dB.
15. Procedeu, conform revendicării 10, caracterizat prin aceea că arzătorul pulsatoriu produce căldură într-un raport, de la circa 10349,7 la circa 103497 W/m³, o temperatură a gazului rezultat, de la circa 760 la circa 1926°C și o viteză a gazului, de la circa 45,72 la 487,68 m/s.
16. Procedeu, conform revendicării 10, caracterizat prin aceea că gazul pentru fluidizarea patului de combustibil solid are o viteză, de la aproximativ 1,22 la aproximativ 3,96 m/s.
17. Reactor cu pat fluidizat pulsatoriu, caracterizat prin aceea că, într-o primă variantă de realizare, este alcătuit dintr-un recipient de reacție, mijloace de alimentare cu material fluidizabil, mijloace pentru fluidizarea materialului fluidizabil, un arzător pulsatoriu în legătură cu recipientul de reacție și care cuprinde o cameră de ardere, cel puțin un orificiu de legătură cu aceasta, pentru admisia a cel puțin unui amestec combustibil-aer și o cameră de rezonanță care comunică cu camera de ardere și care este, astfel plasată, încât produsele gazoase să acționeze pe patul fluidizat, reactorul mai cuprinzând și mijloace de transfer de căldură din recipientul de reacție și mijloace pentru transportul produselor rezultate în urma arderii în afara recipientului de reacție.
18. Reactor, conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că mijloacele de transfer de căldură cuprind conducte înglobate în patul fluidizat pentru îndepărtarea căldurii din acesta.
19. Reactor, conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că are și mijloace pentru difuzarea gazelor, rezultate în urma arderii, din camera de rezonanță.
20. Reactor, conform revendicării 19, caracterizat prin aceea că mijloacele de difuzare sunt localizate în recipientul de reacție și deasupra patului fluidizat.

RO 115380 Bl

710
21. Reactor, conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că în recipientul de reacție, camera de rezonanță este, astfel plasată, încât să fie în contact direct cu patul fluidizat de materiale.
22. Reactor, conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că mijloacele de difuzare sunt, astfel plasate în recipientul de reacție, încât să fie în contact direct cu patul fluidizat de materiale.
23. Reactor, conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că, cel puțin o porțiune din camera de rezonanță este înconjurată de o cămașă de apă.
24. Reactor, conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că arzătorul pulsatoriu cuprinde, în continuare, mijloace de amplificare a impulsului produselor gazoase rezultate din ardere.
25. Reactor, conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că mai cuprinde mijloace de separare a combustibilului solid în particule fine și grosiere, mijloace de transport a particulelor fine la arzătorul pulsatoriu și mijloace de transport a particulelor grosiere către patul fluidizat.
26. Reactor, pulsatoriu în pat fluidizat, caracterizat prin aceea că, într-o a doua variantă de realizare, cuprinde un recipient de reacție, cu o secțiune superioară și o secțiune inferioară, mijloace de alimentare cu combustibil și material fluidizabil, mijloace de fluidizare a combustibilului și a materialului fluidizabil, care includ un dispozitiv distribuitor aflat în interiorul recipientului de reacție, mijloace de ardere pulsatorie, aflate în recipientul de reacție, care cuprind o cameră de ardere, cel puțin un orificiu de legătură cu aceasta, pentru admisia unuia sau a mai multor amestecuri de combustibil-aer, o cameră de rezonanță ,care comunică cu camera de ardere, se află în secțiunea inferioară a recipientului de reacție și conține mijloace de difuzare pentru reducerea vitezei produselor gazoase rezultate din camera de rezonanță, localizate într-un capăt al camerei de rezonanță și, astfel plasate, încât produsele gazoase rezultate să acționeze asupra materialului fluidizat și a combustibilului, reactorul cuprinzând în continuare mijloace de evacuare din recipientul de reacție a produselor rezultate în urma arderii, care includ separatoare de solide din gaze și de returnare a solidelor în recipient, pentru viitoarele reacții, precum și mijloace de îndepărtare a cenușii și a reziduurilor din recipientul de reacție.
27. Reactor, conform revendicării 26, caracterizat prin aceea că mijloacele de evacuare comunică cu un mijloc de generare de abur.
28. Reactor, conform revendicării 26, caracterizat prin aceea că mai conține mijloace de separare a combustibilului solid în granule fine și grosiere, mijloace de transport a granulelor fine către mijloacele de ardere pulsatorie și mijloace de transport a granulelor grosiere către patul fluidizat.
29. Reactor, conform revendicării 27, caracterizat prin aceea că mijloacele de generare a aburului includ dispozitive de alimentare cu apă pentru un tambur de abur, aflat în legătură cu tamburul de mâl.
30. Reactor, conform revendicării 26, caracterizat prin aceea că mai conține mijloace de transfer de căldură de la recipientul de reacție, care mijloace includ conducte localizate în patul fluidizat.
31. Reactor, conform revendicării 26, caracterizat prin aceea că mijloacele de transfer de căldură alimentează cu căldură un sistem de încălzire cu aer.
32. Reactor, conform revendicării 26, caracterizat prin aceea că mijloacele de transfer de căldură alimentează cu căldură un sistem de uscare a materialelor.
33. Reactor, conform revendicării 30, caracterizat prin aceea că mijloacele de transfer de căldură comunică cu mijloacele de generare a aburului.

715

720

725

730

735

740

745

750

755

RO 115380 Bl
34. Reactor, conform revendicării 26, caracterizat prin aceea că mai cuprinde o cămașă de apă, ce înconjoară, cel puțin o porțiune din mijloacele de ardere pulsatorie.
35. Reactor pulsatoriu în pat fluidizat, caracterizat prin aceea că, într-o a treia variantă de realizare, cuprinde un recipient de reacție, mijloace de alimentare cu materiale reziduale, mijloace de fluidizare a materialelor reziduale, care includ un dispozitiv distribuitor, atfel poziționat în recipient, încât materialele reziduale să poată fi fluidizate, un mijloc de ardere pulsatorie, aflat în recipient și care cuprinde o cameră de ardere, cel puțin un orificiu asociat cu aceasta pentru admiterea unuia sau mai multor amestecuri combustibil-gaz și o cameră de rezonanță, care comunică cu camera de ardere și la capătul căreia se află mijloace de difuzare, astfel, încât viteza de ieșire a produselor gazoase rezultate din camera de rezonanță să fie redusă, camera de rezonanță fiind astfel poziționată, încât produsele gazoase să poată acționa asupra materialelor reziduale, reactorul mai având și mijloace de evacuare a gazului, mijloace care includ un dispozitiv de separare a materialelor solide, din gazele produse în urma arderii și de returnare a materialor solide în recipient, pentru o nouă reacție.
36. Procedeu de ardere a combustibilului solid, caracterizat prin aceea că, într-o variantă de realizare, cuprinde fazele de stabilire și menținere a unui pat fluidizat de combustibil solid, urmată de o ardere pulsatorie a amestecului de combustibil-aer, astfel, încât să se creeze un flux pulsator de produse de ardere, apoi de o furnizare a fluxului de produse de ardere, pentru acționarea direct pe patul fluidizat de combustibil solid, precum și de o evacuare a produselor de ardere din recipient.
37. Procedeu, confom revendicării 36, caracterizat prin aceea că produsele de ardere, evacuate din recipient, sunt transportate la un sistem de generare a aburului.
38. Procedeu, confom revendicării 36, caracterizat prin aceea că mai conține în continuare o fază de circulație a mediului de transfer de căldură printr-un dispozitiv de schimb de căldură, înglobat în patul fluidizat, astfel, încât căldura să fie îndepărtată din patul fluidizat.
39. Procedeu, confom revendicării 38, caracterizat prin aceea că se generează abur cu ajutorul unui sistem de generare a aburului, aflat în legătură cu dispozitivul de schimb de căldură.
40. Procedeu, confom revendicării 36, caracterizat prin aceea că se transferă căldura rezultată în urma arderii unui sistem de uscare a materialelor.
41. Procedeu, confom revendicării 36, caracterizat prin aceea că se transferă căldura rezultată în urma arderii unui sistem de încălzire a aerului.
42. Procedeu, confom revendicării 36, caracterizat prin aceea că, combustibilul solid este un material rezidual, incinerat potrivit procedeului menționat.