SK279406B6 - Zariadenie na vykonávanie exotermickej alebo endot - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka zariadenia na vykonávanie exotermickej alebo endotermickej reakcie vo vymedzenom priestore (ďalej označovanom ako reaktor) medzi najmenej jedným plynom a najmenej jedným rozdeleným pevným materiálom, obsahujúceho najmenej jeden prostriedok na privádzanie fluidizačného reakčného plynu, pričom príslušné prietokové množstvá privádzaného rozdeleného pevného materiálu a fluidizačného plynu sú také, že dovoľujú vytvorenie rýchlej vzostupnej cirkulácie plynu a rozdeleného pevného materiálu v reaktore, prostriedky na odosielanie zmesi reakčného plynu a rozdeleného pevného materiálu prichádzajúceho do hornej časti reaktora, do oddeľovacieho mechanizmu, prostriedky na odvádzanie plynu vytvoreného reakciou a prostriedky na recyklovanie rozdeleného pevného materiálu, pochádzajúceho z oddeľovacieho mechanizmu do dolnej časti reaktora.

Doterajší stav techniky

Podobné postupy, známe na vykonávanie chemických reakcií vo fluidnom lôžku, patria v podstate do dvoch skupín. Prvá skupina používa husté fluidné lôžko, vyznačujúce sa existenciou dvoch rozdielnych oblastí z hľadiska koncentrácie rozdelených pevných látok v reakčnom prostredí, pričom táto koncentrácia pevných látok je vysoká v prvom pásme, napríklad 1000 kg/m³ pre spalne fluidné lôžko, a výrazne menšia, nižšia ako 1 kg/m³, v druhej oblasti nad prvou, oddeľovanej od prvej oblasti plochou, ktorá je relatívne dobre definovaná. Rozdiel rýchlosti medzi plynmi a pevnými časticami nie je dôležitý. V prípade spaľovacích reaktorov sú výkony spaľovania málo vysoké, napríklad 85 až 95 %, a podiel odpadov obsahujúcich oxidy síry a oxidy dusíka sú značné, čo obmedzuje tento postup na zariadenia s malým výkonom.

V rámci prvej skupiny postupov bolo navrhnuté v britskom patentovom spise GB-A-1 412 033 rozdeliť spaľovací reaktor s fluidným lôžkom prstencovitou priehradkou, so spodným okrajom umiestneným s odstupom od fluidizačnej mreže, na centrálnu spaľovaciu oblasť s hustým lôžkom a prstencovú oblasť s hustým lôžkom a so zostupnou cirkuláciou pevných častíc, s jediným cieľom zaistiť výmenu tepla s plášťom obklopujúcim reaktor. Časť pevných častíc centrálnej oblasti hustého lôžka sa dostáva cez prstencovitú priehradku a znova zostupuje do prstencovej oblasti s hustým lôžkom a potom sa vracia do strednej spaľovacej oblasti pod spodným okrajom prstencovitej priehradky. Tento typ zariadenia má uvedené nedostatky reaktorov s hustým fluidným lôžkom a hlavne prítomnosť reakčnej oblasti s veľmi slabou koncentráciou pevných látok nad hustým lôžkom. Okrem toho zaisťuje recirkuláciu pevných látok odoberaných výhradne v hornej časti hustej fluidizovanej oblasti rovnakým spôsobom ako cyklóna, ktorá by bola uložená na výstupe z fluidného lôžka cirkulujúceho spôsobom, ktorý bude teraz opísaný.

Druhá skupina známych postupov sa vzťahuje na fluidné lôžko nazývané cirkulujúce, typu opísaného v článku REH, uverejnenom v časopise Chemical Engineering Progress z februára 1971. Predovšetkým sa používa vo francúzskych patentových spisoch č. 2 323 101 a 2 353 332. Odlišuje sa od prvej skupiny hlavne neprítomnosťou deliaceho povrchu medzi dvoma oblasťami a prí tomnosťou homogénnych reakčných teplôt v celom reaktore. Koncentrácia rozdelených pevných látok sa mení v podstate plynulé zdola nahor v celom reaktore a rozdiel medzi rýchlosťami plynov a pevnými časticami je oveľa vyššia. Pre spaľovacie reaktory sú spaľovacie výkony lepšie a podiely odpadu na báze oxidov síry a dusíka sú nižšie. Tento postup sa môže aplikovať na zariadenia so zvýšeným výkonom, ale má ešte nevýhody.

Tieto nevýhody je možné konštatovať hlavne v prípade spaľovacej reakcie. Je možné konštatovať, že reaktor s fluidným lôžkom môže byť opísaný nasledujúcim spôsobom. Obsahuje hornú časť, najvýznamnejšiu z hľadiska objemu, s premenlivou koncentráciou pevných častíc, obmedzenú, ale dostatočnú. V tejto hornej časti sa vykonáva tepelná výmena, spravidla so stenami obloženými rúrkami, ktorými prechádza chladiaca tekutina reaktora. Koncentrácia pevných častíc sa mení napríklad zdola nahor v tejto časti od 50 kg/m³ do 10 kg/m³, pričom tieto čísla môžu byť niekedy menej vysoké. Zodpovedajú v praxi realizácii tepelnej výmeny s rúrkami obkladajúcimi steny. Rýchlosť plynov pri plnej náplni je spravidla obmedzená na hodnoty od 4 m/s do 6 m/s, aby sa vylúčilo nebezpečenstvo erózie. Ďalej reaktor obsahuje dolnú časť s oveľa vyššou koncentráciou pevných častíc, meniacu sa napríklad zdola nahor od 500 kg/m³ na 50 kg/m³, alebo v desaťnásobku, ktorý môže prejsť až na dvadsaťnásobok, ak reaktor pracuje s polovičnou náplňou. Táto dolná časť je spaľovacia oblasť, pričom časť plynu, potrebná na spaľovanie, nazývaná všeobecne primárny plyn, je do nej vháňaná cez fluidizačnú mrežu uloženú v spodnej časti reaktora. Hlavná časť zvyšku spalného plynu, nazývaná sekundárny plyn, je vháňaná v niekoľkých úrovniach nad touto mrežou, pričom používanie týchto úrovni sa môže meniť s náplňou reaktora (vyraďovanie určitých úrovní v prípade čiastočnej náplne).

Rýchlosť spalných plynov v tejto dolnej časti reaktora vyplýva z jej zmeny prierezu a z odstupňovaných prívodov sekundárneho plynu v poschodiach, pričom požadovaná rýchlosť je prakticky tá istá, ako v hornej časti. Toto je príčinou veľkej výchylky koncentrácií v spaľovacej oblasti, ktorá prináša rad nevýhod. Je to jednak neúplné spaľovanie, takže pri niektorých palivách, ktoré sú ťažko spáliteľné, môže dôjsť k zvýšenému obsahu oxidu uhoľnatého a nespálených častíc na výstupe z reaktora. Ďalej dochádza k výskytu rozdielnosti teplôt, ktoré so sebou prinášajú možnosť vytvárania zhlukov pevných častíc a následnej tvorby prekážok v reaktore. Výkon odsirovania ďalej môže byť nedostatočný, čo vyžaduje potrebu vháňať značné množstvá odsírovacích činidiel. Konečne dochádza k obmedzeniu flexibility v závislosti od výchylok náplne reaktora, zodpovedajúcej potrebe zachovávať minimálnu rýchlosť plynov na udržovanie postačujúceho režimu fluidizácie, pričom táto rýchlosť je rádovo 3 m/s.

Na zlepšenie homogenity teploty a spaľovania vzniká teda často potreba zvýšiť množstvá pevných látok prítomných v reaktore, čo so sebou prináša zvýšenie spotreby energie na ich fluidizáciu.

Na odstránenie týchto nedostatkov sa často používa vháňanie sekundárneho plynu v rôznych úrovniach a obmieňa sa pomer prietokových množstiev primárneho a sekundárneho plynu v závislosti od náplne reaktora. Je však možné pôsobiť na tieto faktory iba v obmedzenej miere, lebo existujú iné kritériá, pôsobiace proti ich obmeňovaniu. Je to jednak kvalita spaľovania, ktorá vyžaduje udržiavať prietokové množstvá primárneho plynu nad minimálnu hodnotu. Ďalej je to potreba udržiavať redukčnú atmosféru v dolnej časti reaktora na zmenšovanie produkcie oxidov dusíka na minimum. Ďalším faktorom je potreba zvyšovať prebytok plynu potrebného na spaľovanie, keď náplň reaktora poklesne, aby sa vylúčil príliš veľký vzrast rôznorodosti koncentrácie pevných látok, pri súčasnom dohliadaní na to, aby sa v čo najväčšej miere obmedzila produkcia oxidov dusíka a neznížil sa výrazne tepelný výkon zariadenia.

Veľké menenie koncentrácií v dolnej časti, tvoriacej spaľovaciu oblasť, je teda nepríjemné a mala by byť sledovaná snaha po čo najväčšej rovnorodosti koncentrácie medzi rôznymi hladinami, ktoré by zlepšili nielen výkon spaľovania, ale tiež spotrebu energie potrebnú na fluidizáciu.

Cirkulujúce fluidné lôžko nemôže však vyhovieť tejto potrebe z dôvodov dvoch obzvláštnych problémov. Prvým problémom je rýchlosť fluidizačného plynu v oblasti spaľovania, ktorá je v relácii s rýchlosťou, ktorá bola zvolená v hornej časti, kde sa vykonáva výmena tepla. Ďalším problémom je to, že pevné častice sú unášané zostupnými pohybmi a vzostupnými pohybmi, ako je znázornené na schematickom obr. 1, a veľké množstvo pevných častíc malej granulometrie už znova zostupuje do blízkosti fluidizačnej mreže, čo vytvára rozvetvenie po výške reaktora a vedie k tomu, že reaktor pracuje v dolnej časti s časticami najvyššej granulometrie. Zdá sa napríklad v prvom metri výšky nad fluidizačnou mrežou, že koncentrácia je dosť blízka koncentrácii hustého lôžka, čo je nákladné na energiu a je zbytočné pre dobré spaľovanie.

V rámci rovnakej technológie boli vytvorené riešenia podľa iných patentových spisov, ktoré spočívajú v úpravách funkcie cirkulujúceho fluidného lôžka. Patentový spis USA č. 4 594 967 a európsky patentový spis 0 332 360 sa týka zariadenia s hustým fluidným lôžkom a so zachytávaním látok na výstupe z reaktora a cirkulujúcim fluidným lôžkom, pričom takto zachytené látky spôsobujú zmenšenie množstva látok zachytených v klasickej cyklóne uloženej za expanznou komorou tvoriacou uvoľňovaciu oblasť ležiacu nad hustým lôžkom.

V týchto patentových spisoch je fluidné lôžko umiestnené na výstupe z reaktora s fluidným cirkulujúcim lôžkom buď na jeho boku (európsky patentový spis 0 332 360 pre reaktor s plochým pravouholníkovým prierezom a patentový spis USA č. 4 594 967), alebo priamo nad ním (európsky patentový spis 0 332 360 pre plochý kruhový prierez). Cyklóna je uložená buď za expanznou komorou (európsky patentový spis 0 332 360), alebo za rúrkovým plášťom, ktorý je vybavený výmenníkmi znižujúcimi teplotu plynov (patentový spis USA č. 4 594 967) a ktoré teda netvoria časti cirkulujúceho fluidného lôžka, na ktoré sa vzťahuje vynález. Vo všetkých prípadoch látky odoberané hustým fluidným lôžkom znižujú množstvá látok zhromažďovaných v cyklóne a nemenia maximálne množstvá látok recirkulovaných do výmenníka s cirkulujúcim fluidným lôžkom. V týchto dvoch patentových spisoch sa expanzná komora uložená za oblasťou, kde je umiestnené husté lôžko, nevyznačuje základnými vlastnosťami cirkulujúceho lôžka (rovnomerná teplota, vzostupná rýchlosť plynov, koncentrácia pevných látok), ktoré by dovolili používať tieto oblasti na prenášanie tepla zo zmesi plyn - pevná látka na stenách pri zachovávaní rovnomernej teploty a vhodného premiešavania plynu a pevných látok pre priebeh chemických reakcii.

Iný patentový spis USA č. 4 788 919 predpokladá rozdelenie reaktora na tri, dve alebo jedinú komoru, pričom hranica medzi každou z komôr je realizovaná s expanznou komorou, kde prierez môže byť, ako bolo uvedené, štyrikrát väčší, ako je prierez reaktora, a kde rýchlosť plynu teda nezodpovedá rýchlosti reaktora s cirkulujúcim fluidným lôžkom. Toto zmenšenie rýchlosti dovoľuje zachytávanie látok v hustých fluidných lôžkach, čo zmenšuje výrazne koncentráciu látok v hornej komore alebo iných horných komorách, čo má za následok, že k fungovaniu cirkulujúceho fluidného lôžka dochádza iba v dolnej komore a druhé komory slúžia so svojimi predĺženiami na zachytávanie zvyškov látok v malom množstve a na zaistenie ich doplnkového chladenia, čo vedie k tomu, že v citovanom patentovom spise je dávaná prednosť koncepcii s jedinou komorou a vedie teda k riešeniu podobnému tomu, aké je opísané v patentovom spise USA 4 594 967 a v európskom patentovom spise 0 332 360, t. j. k inštalácii hustého lôžka na výstupe z reaktora s cirkulujúcim fluidným lôžkom. V každom prípade sa pri koncepcii s viacerými komorami udržiava v týchto komorách rovnaká rýchlosť plynu.

Na záver možno konštatovať, že tieto patentové spisy predstavujú zlepšenie známeho spôsobu typu s cirkulujúcim fluidným lôžkom, ktorého nevýhody boli uvedené. Vo vzťahu k tomuto postupu sa vyznačujú zmenšením množstva pevných látok zachytávaných cyklónou alebo oddeľovačmi, ale nemenia profil koncentrácie a tlaku, aké sú charakteristické pre známy spôsob, nazývaný s cirkulujúcim fluidným lôžkom.

Podstata vynálezu

Vynález má za cieľ vytvoriť zariadenie na vykonávanie reakcie vo vymedzenom priestore medzi plynom a rozdeleným pevným materiálom, obsahujúcim novú konštrukciu fluidného lôžka, ktoré by malo väčšiu homogenitu koncentrácií pevných častíc v reaktore, s relatívne malou koncentráciou pevných častíc v spodnej časti tvoriacej eventuálne spaľovaciu oblasť a s pomerne značnou rýchlosťou fluidizačného plynu v tejto dolnej časti.

Podľa vynálezu sa zariadenie vyznačuje tým, že reaktor je rozdelený do dvoch oblastí pravouholníkového prierezu, a to dolnej oblasti s fluidným lôžkom s rýchlou cirkuláciou so strednou vzostupnou rýchlosťou fluidizačného plynu pri prázdnom reaktore a plnej náplni od 4,8 m/s do 12 m/s, pričom výška tejto oblasti je taká, že čas pobytu plynu v tejto oblasti je pri plnej náplni od 0,25 do 4 sekúnd, a ďalej hornej oblasti s prierezom S2 s fluidným lôžkom s lýchlou cirkuláciou, majúcou vzostupnú rýchlosť V fluidizačného plynu pri prázdnom reaktore a plnej náplni od 4 do 10 m/s, pričom pomer tejto rýchlosti k rýchlosti fluidizačného plynu v dolnej oblasti je taká, že čas pobytu fluidizačného plynu v tejto oblasti je pri plnej náplni od 2 do 10 sekúnd a koncentrácia P na vrchole hornej oblasti reaktora sa najmenej rovná 2 kg/nA a ďalej oblasť s hustým fluidným lôžkom so vzostupnou rýchlosťou fluidizačného plynu pri prázdnom reaktore a plnej náplni od 0,3 m/s do 2,5 m/s, priľahlou k hornej časti dolnej oblasti s fluidným lôžkom s rýchlou cirkuláciou, a oddelenou od nej priehradkou, uloženou tak, aby prijímala súčasne rozdelené pevné materiály znova zostupujúce z hornej oblasti pozdĺž najmenej jednej z ich stien a pevné materiály pochádzajúce z hornej časti priľahlej k dolnej oblasti a pričom zariadenie ďalej obsa huje najmenej jeden prostriedok na opätovné vháňanie rozdelených pevných materiálov z oblasti s hustým fluidným lôžkom s rýchlou cirkuláciou, pričom množstvo opätovne vháňaných rozdelených pevných látok pochádzajúcich z oblasti s hustým fluidným lôžkom je väčšie ako množstvo q = P x V x S2V takom zariadení je profil tlakov pozdĺž výšky oblasti s cirkulujúcim fluidným lôžkom (horná oblasť a dolná oblasť) taký, ako je vyznačené na schéme na obr. 7. Koncentrácia pevných látok, ktorá sa odvodzuje zo sklonu v každom bode tohto profilu, má oblasť nespojitosti po obidvoch stranách prepadu hustého lôžka, ktoré je charakteristické pre vynález.

Pomocou tejto konštrukcie sa získa rovnomernejšie rozdelenie teploty v reaktore, so zmenšením rizík vytvárania zhlukov pevných častíc. V prípade spaľovacích reaktorov sa získa zlepšenie spaľovania znížením tvorby oxidu uhoľnatého a pevných nespálených častíc, hlavne pre palivá, ktoré sú ťažko spáliteľné, ako je uhlie s nízkym obsahom uhlíka a antracitu. Ďalej sa získa zlepšenie flexibility reaktora znížením jeho minimálnej prípustnej náplne, čo je umožnené zvýšeným pomerom medzi rýchlosťou plynu pri plnej náplni a minimálnej rýchlosti potrebnej na udržiavanie uspokojivého fluidizačného režimu. Vynález sa ďalej vzťahuje na použitie definovaného zariadenia na spaľovanie látok obsahujúcich uhlík.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený v nasledujúcom opise na príkladoch vyhotovenia s odvolaním na pripojené výkresy, v ktorých znázorňuje:

obr. 1 schému toku rozdelených pevných látok v reaktore s fluidným cirkulujúcim lôžkom známeho typu, obr. 2 schéma zariadenia podľa vynálezu s cirkulujúcimi fluidnými lôžkami a s hustým medziľahlým fluidným lôžkom, obr. 3A, 3B dva zvislé rezy, navzájom kolmé, dolnou častou reaktora s dvoma hustými bočnými fluidnými lôžkami, pričom obr. 3B je rez osou ΙΙΙΒ-ΠΙΒ z obr. 3A, obr. 4A, 4B dva zvislé rezy, navzájom kolmé, dolnou časťou reaktora s troma fluidnými hustými lôžkami, pričom obr. 4B je rez osou IVB-IVB z obr. 4A, obr. 5A, 5B dva navzájom zvislé rezy spodnou časťou reaktora so štyrmi hustými fluidnými lôžkami, pričom obr. 5B je rez osou VB-VB z obr. 5A, obr. 6A, 6B, 6C usporiadanie plôch na výmenu tepla v dvoch hustých lôžkach reaktora, pričom obr. 6B a 6C sú dva varianty rezu podľa osi VIB-VIB z obr. 6A.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1, v súlade s klasickou činnosťou cirkulujúceho lôžka, reaktor 1 obsahuje dolnú časť 2 zväčšujúceho sa prierezu a hornú kvádrovitú časť 3. Pevné častice sa zdvíhajú nad fluidizačnou mrežou 4 smerom do hornej časti reaktora v smere šípok 5. Tieto častice majú sklon šíriť sa k stenám a padať smerom dole. Časť najjemnejších častíc je však znova unášaná nahor vírivými pohybmi vyznačenými šípkami 6. Ostatné častice sa približujú k stene a prúdia pozdĺž nej smerom dole v smere šípok 7.

V zariadení podľa vynálezu podľa obr. 2 je v spodnej časti 1 vzrastajúceho prierezu vytvorené fluidné lôžko s rýchlou cirkuláciou nad fluidizačnou mrežou 4. Cez túto mrežu je vháňaný primárny fluidizačný plyn, tvorený vzduchom s eventuálnym prídavkom spalných plynov alebo kyslíka, privádzaný potrubím 8. Okrem toho je privádzané práve nad touto mrežou práškové palivo, napríklad uhlie v suspenzii vo vzduchu. Do dolnej časti reaktora v troch po sebe nasledujúcich úrovniach 10, 11,12 je vháňaný sekundárny plyn, tvorený rovnako vzduchom, s prídavkom spalných plynov alebo bez nich. Rýchlosť fluidizačného plynu pri prázdnom a plnom reaktore sa môže odlišovať od 4,8 m/s do okolo 12 m/s, pričom čas pobytu plynov s plnou náplňou sa môže pohybovať v rozmedzí od 0,25 do 4 sekúnd.

Vháňanie sekundárneho plynu sa uskutočňuje takým spôsobom, aby atmosféra v dolnej časti reaktora 1 bola redukčná. Nad touto dolnou oblasťou je vytvorené druhé fluidné lôžko pri rýchlosti fluidizačných plynov, pohybujúce sa pri prázdnom a plnom reaktore od 4 do 10 m/s, pričom čas ich pobytu je od 2 do 10 sekúnd.

Dymové plyny obsahujúce pevné častice, odvádzané v hlave reaktore, sú známym spôsobom vedené do oddeľovacej cyklóny IA, odkiaľ sú plyny zbavené prachu odvádzané potrubím IB a oddelené pevné časti sú recyklované do dolnej časti reaktora potrubím 1C.

Okrem toho je vytvorené na výstupe zo spaľovacieho pásma stáleho koncového prierezu S husté fluidné lôžko

13, vyznačené šrafovaním, oddelené od spaľovacej oblasti priehradkou 13A, a umiestnené nad fluidizačnou mrežou

14, cez ktorú je vháňaný pomocný fluidizačný plyn, privádzaný potrubím 15. Rýchlosť tohto plynu pri prázdnom reaktore a plnej náplni v hustom lôžku sa môže pohybovať od 0,3 m/s do 2,5 m/s. Vo väčšine prípadov eventuálne zvyškové spaľovanie v tomto hustom lôžku je slabé, pretože je umiestnené na výstupe zo spaľovacej oblasti lôžka s rýchlou cirkuláciou a že zvyškový obsah uhlíka v časticiach je už veľmi malý. V prípadoch, kedy by sa spaľovanie v hustom lôžku ukázalo značné, napríklad z dôvodov zlej kvality paliva, bolo by možné buď vháňať spalne plyny do vháňacích dýz pod mrežou tohto hustého lôžka pre minimalizovanie obsahu kyslíka v tomto lôžku, alebo naopak, zvyšovať obsah kyslíka v tomto lôžku na zvyšovanie spaľovania, čo môže viesť k použitiu rúrkovitých výmenníkov v tomto lôžku.

Podľa vynálezu má takéto husté lôžko výhodne relatívne malú výšku; spravidla menšiu ako 1,5 m. Ale jeho výška môže byť zvýšená, ak je požadované tu inštalovať výmenník tepla, a to na približne 3 až 4 metre.

Podstatnou funkciou tohto hustého lôžka je zachytiť časť pevných častíc, ktoré znova zostupujú z oblasti výmeny tepla, uloženej nad týmto hustým lôžkom (šípky 7), a rovnako časť pevných častíc, ktoré stúpajú z dolnej časti reaktora, uloženej pod úrovňou tohto hustého lôžka (šípky 16). Toto zachytávanie častíc pochádzajúcich z dolnej časti reaktora vyplýva zo zmenšovania rýchlosti plynov, len čo vstupujú do hornej časti reaktora. Je však potrebné poznamenať, že nikde inde v reaktore ako v hustých lôžkach a na rozdiel od iných postupov neklesá rýchlosť plynov pod hodnotu zodpovedajúcu fungovaniu pri cirkulujúcom fluidnom lôžku.

Pevné častice, zachytené hustým lôžkom, sú vedené potrubiami 17 až do základne reaktora, práve nad mrežu 4. Tieto potrubia môžu obsahovať sifón napájaný na svojej

SK 279406 Β6 spodnej časti fluidizačným plynom. Týmto spôsobom je veľký počet pevných častíc malej granulometrie spätne privádzaný do spodnej časti reaktora, kam by nikdy nezostúpili v známych zariadeniach. Koncentrácia pevných látok tohto typu v spaľovacej oblasti reaktora je teda veľmi zvýšená, najmä v hornej oblasti blízkej úrovni hustého lôžka. Okrem toho, z jednoduchého dôvodu vyplývajúceho zo zmeny prierezu, ktorá vyplýva z prítomnosti hustého lôžka, je rýchlosť plynov v dolnej oblasti I reaktora vyššia ako rýchlosť existujúca v hornej oblasti 3 nad úrovňou hustého lôžka.

Zvýšením tejto rýchlosti sa prirodzene získa lepšia homogenizácia koncentrácie pevných látok v dolnej časti reaktora, čo zaisťuje lepšie spaľovanie. Požadovaná hodnota rýchlosti plynov v spaľovacej oblasti môže byť získaná voľbou priamych prierezov S| a S2, kde S[ je priamy prierez spaľovacou oblasťou v úrovni hustého fluidného lôžka a S2 priamy prierez hornou oblasťou reaktora, takže prierez hustého fluidného lôžka sa teda rovná S2 - Sp Prietok pevných látok recirkulujúcich v potrubiach 17 závisí tiež od tohto pomeru priamych prierezov, lebo čim je rýchlosť v spaľovacej oblasti vyššia, tým väčší bude prietok pevných častíc na výstupe z tejto oblasti a pretože množstvo pevných látok zostupujúcich do spodnej časti oblasti uloženej nad hustým lôžkom závisí prakticky od veľkosti priameho prierezu S2, bude tým väčšie množstvo pevných látok zachytávaných fluidným lôžkom.

Voľba priameho prierezu (S2- Sj) hustého lôžka 13 je teda dôležitým prvkom dimenzovania reaktora zariadenia podľa vynálezu. Zvýšením rýchlosti plynov a koncentrácie pevných látok v spaľovacej oblasti určuje z veľkej časti zlepšenie homogenity koncentráciou, ktorá je získavaná v oblasti spaľovania vzhľadom na koncentrácie v známom fluidnom lôžku.

V praxi sa získajú výborné výsledky v prípade spaľovacích zariadení s práškovým uhlím, ak sa zvolí pomer prierezov S2/S1 od 1,20 do 2.

Obr. 3A a 3B znázorňujú spodnú časť reaktora opatreného dvoma hustými fluidnými lôžkami 14A, 14B v medziľahlej úrovni a pripojenými recirkulačnými potrubiami 17A, 17B k základni spaľovacej oblasti nad fluidizačnou mrežou 4. Formou príkladu je schematicky znázornené potrubie 17B na opätovné vháňanie rozdelených pevných látok, obsahujúce sifón napájaný vo svojej spodnej časti fluidizačným plynom. Je tak možné získať vyšší pomer S2/S1, pričom rozdiel S2 - Sj, sa rovná súčtu priamych prierezov obidvoch hustých fuidných lôžok. Reaktor neobsahuje husté fluidné lôžko okrem svojich bočných stien 18, 19, kolmých na uvedené, v rezovej rovine kolmej na rezovú rovinu z obr. 3 A (os IIIB-IIIB).

Obr. 4A a 4B znázorňujú spodok reaktora s troma hustými fluidnými lôžkami, dvoma lôžkami 14A a 14B pod stenami 20, 21 z obr. 4A a jedným lôžkom 14C pod stenou 22 kolmou na uvedené v rovine kolmej na rovinu z obr. 4A (os IVB-IVB z tohto obrázka).

Obr. 5A a 5B znázorňujú spodok reaktora so štyrmi hustými fluidnými lôžkami, a to s dvoma lôžkami 14A a 14B pod stenami 20, 21 a dvoma lôžkami 14C a 14D pod kolmými stenami 22, 23.

Obr. 6A znázorňuje schematicky plochy na výmenu tepla v hustých fluidných lôžkach. Rúrky na výmenu tepla sú znázornené závitmi 26, 27. Sú uložené po takmer celej výške hustých lôžok.

Obr. 6B je variant usporiadania výmenníkov v hustých lôžkach z obr. 6A, znázornených v reze osou VIB-VIB tohto obr. 6A, takže uvedené výmenníky zaberajú väčšiu časť dĺžky hustých lôžok.

Obr. 6C je druhým variantom usporiadania výmenníkov v hustých lôžkach z obr. 6A, znázornených v reze osou VIB-VIB z tohto obr. 6A. V tomto druhom variante sú obidve husté lôžka rozdelené každé do dvoch oddelení. Tieto krajné oddelenia sú obsadené výmenníkmi 26, 28 a 27, 29 a stredné oddelenie 30, 31 neobsahujú rúrky na výmenu tepla.

Všetky časti 26, 27, 28, 29, 30 a 31 sú pripojené prostriedkami 17 na opätovné vháňanie k dolnej časti reaktora, pričom každá časť má svoj prostriedok na opätovné vháňanie. Prostriedky na opätovné vháňanie do častí 30 a 31 nie sú opatrené prostriedkami na riadenie prietoku.

Zostava hustých lôžok, aké sú znázornené na obr. 3 až 5, pracuje pri maximálnej náplni reaktora a podieľa sa na jeho chladení. Pri medziľahlých náplniach je možné riadiť chladenie rôznymi prostriedkami (zastavenie alebo modulácia fluidizácie, riadenie prietoku pevných látok znova vháňaných do spodnej časti spodnej oblasti), čím sa udrží v reaktore optimálna teplota blízko 850 °C, zaisťujúca najlepší výkon pri odstraňovaní síry. Keď sa náplň reaktora zmenšuje, znižuje sa teplota v reaktore v dôsledku existencie príliš veľkej chladiacej plochy. Modulácia alebo zrušenie výmeny tepla v časti oddelenia hustých lôžok dovoľuje zmenšiť chladenie reaktora a zachovať optimálnu spaľovaciu teplotu vo väčšom rozmedzí náplní reaktora, a v dôsledku toho udržiavať mieru odstraňovania síry na zvýšenej hodnote.

Obr. 2 obzvlášť ukazuje, že pri pôsobení dvoch faktorov, a to recyklovania pevných častíc do dolnej časti reaktora a zvýšenej rýchlosti v dolnej oblasti, kde prebieha spaľovania, dovoľuje zariadeniu podľa vynálezu zaistiť odpojenie (ktoré neexistuje v známych reaktoroch s cirkulujúcim fluidným lôžkom) medzi hornou oblasťou, ktorej steny sú tvorené rúrkami na výmenu tepla, kde sa volí optimálna rýchlosť plynu na získanie dobrej výmeny tepla bez erózie rúrok na výmenu tepla, a dolnou spaľovacou oblasťou, kde sa volí rýchlosť plynov väčšia a kde sa zaisťuje homogénnejšia koncentrácia pevných látok ako v známych cirkulujúcich fluidných lôžkach. Ak je napríklad požadovaná rýchlosť 6 m/s v hornej oblasti reaktora, je možné pracovať s rýchlosťou ležiacou v rozmedzí od 7,2 m/s do 12 m/s v jeho dolnej oblasti.

I keď zariadenia na realizáciu reakcie medzi plynom a rozdeleným pevným materiálom, opísané s odvolaním na obrázky, sa vzťahujú na zariadenie na spaľovanie látok obsahujúcich uhlík, pri chladení reaktora stenami hornej časti tvorenými alebo obloženými rúrkami na výmenu tepla, bude zrejmé, že vynález sa vzťahuje tiež na iné exotermné reakcie, ako je spaľovanie a dokonca na reakcie endotermické, ako je napríklad kalcinácia oxidu hlinitého, len čo je požadované zlepšiť homogenitu koncentrácií v dolnej oblasti reaktora a pracovať v tejto oblasti pri zvýšených rýchlostiach, ktoré sa nehodia pre hornú oblasť. V prípade endotermických reakcií je horná oblasť samozrejme bez rúrok na výmenu tepla v priamom kontakte s materiálmi.

Claims (8)

1. Zariadenie na vykonávanie exotermickej alebo endotermickej reakcie vo vymedzenom priestore medzi najmenej jedným plynom a najmenej jedným pevným materiálom, obsahujúce najmenej jeden prostriedok na privádzanie rozdeleného pevného materiálu, najmenej jeden prostriedok na privádzanie fluidizačného a reakčného plynu, pričom príslušné prietokové množstvá privádzaného rozdeleného pevného materiálu a fluidizačného plynu sú také, že dovoľujú vytvorenie rýchlej vzostupnej cirkulácie plynu a rozdeleného pevného materiálu v reaktore, prostriedky na odosielanie zmesi reakčného plynu a rozdeleného pevného materiálu prichádzajúceho do hornej časti reaktora, do oddeľovacieho mechanizmu, prostriedky na odvádzanie plynu vytvoreného reakciou a prostriedky na recyklovanie rozdeleného pevného materiálu, pochádzajúceho z oddeľovacieho mechanizmu do dolnej časti reaktora, vyznačujúce sa tým, že reaktor je rozdelený do dvoch oblasti pravouholnikového prierezu, a to dolnej oblasť (I) s fluidným lôžkom s rýchlou cirkuláciou so strednou vzostupnou rýchlosťou fluidizačného plynu pri prázdnom reaktore a plnom výkone od 4,8 m/s do 12 m/s, pričom výška tejto oblasti je taká, že čas pobytu tohto plynu v tejto oblasti je pri plnom výkone od 0,25 do 4 sekúnd, ďalej hornej oblasti s prierezom (S₂) s fluidným lôžkom s rýchlou cirkuláciou, majúcou vzostupnú rýchlosť V fluidizačného plynu pri prázdnom reaktore a plnom výkone od 4 do 10 m/s, pričom pomer tejto rýchlosti k rýchlosti fluidizačného plynu v dolnej oblasti je od 1/2 do 1 1/2, pričom výška tejto oblasti je taká, že čas pobytu fluidizačného plynu v tejto oblasti je pri plnom výkone od 2 do 10 sekúnd a koncentrácia P na vrchole hornej oblasti reaktora sa najmenej rovná 2 kg/nA a ďalej oblasť s hustým fluidným lôžkom (13) so vzostupnou rýchlosťou fluidizačného plynu pri prázdnom reaktore a plnom výkone od 0,3 m/s do 2,5 m/s, priľahlou k hornej časti dolnej oblasti s fluidným lôžkom s rýchlou cirkuláciou a oddelenou od nej priehradkou, uloženou tak, aby prijímala súčasne rozdelené pevné materiály znova zostupujúce z hornej oblasti pozdĺž najmenej jednej z jej stien, a pevné materiály, pochádzajúce z hornej časti, priľahlej k dolnej oblasti, a pričom zariadenie ďalej obsahuje najmenej jeden prostriedok (17) na opätovné vháňanie rozdelených pevných materiálov z oblasti s hustým fluidným lôžkom k spodnej časti spodnej oblasti s fluidným lôžkom s rýchlou cirkuláciou, pričom množstvo opätovne vháňaných rozdelených pevných látok pochádzajúce z oblasti s hustým fluidným lôžkom je väčšie ako množstvo q = P x V x S₂.

2. Zariadenie podľa nároku 1,vyznačuj úce sa t ý m , že pomer (S₂/S ]) priameho prierezu hornej oblasti (3) k priamemu prierezu dolnej oblasti (2) v úrovni oblasti s hustým fluidným lôžkom je od 1,2 do 2.

3. Zariadenie podľa nároku 1 alebo 2, v y z n a čujúce sa tým, že obsahuje niekoľko oblastí s hustým fluidným lôžkom (14A, 14B, 14C, 14D), uložených v podstate v rovnakej úrovni a výhodne uhlovo vzájomne posunutých okolo centrálneho priestoru.

4. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, vyznačujúce sa tým, že obsahuje v oblasti alebo oblastiach s hustými fluidnými lôžkami mechanizmus na výmenu tepla (26, 27, 28, 29) s tekutinou na odparovanie a/alebo zahrievanie.

5. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa tým, že obsahuje prostriedky na odvádzanie rozdelených pevných materiálov v regulovateľnom podiele z jedného alebo druhého oddelenia z oblasti alebo z oblastí s hustými fluidnými lôžkami.

6. Zariadenie podľa nároku 4, vyznačujúce sa t ý m , že obsahuje prostriedky na reguláciu teploty reaktora riadením fluidizácie aspoň časti aspoň jedného hustého lôžka.

Ί. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúce sa tým, že obsahuje v stene hornej oblasti s fluidným lôžkom s rýchlou cirkuláciou prostriedky na výmenu tepla s tekutinou na odparovanie a/alebo zahrievanie.

8. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúce sa tým, že obsahuje vháňacie dýzy fluidizačného plynu pod mrežou pod dolnou oblasťou s fluidným lôžkom s rýchlou cirkuláciou a vháňacie dýzy (11, 12,13) tohto plynu v rôznych úrovniach tejto dolnej oblasti.

9. Použitie zariadenia podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8 na spaľovanie látok obsahujúcich uhlík.