SU1011989A1

SU1011989A1 - Method of removing heat off fluidised bed

Info

Publication number: SU1011989A1
Application number: SU813298446A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Петрович Бурдуков; Геннадий Георгиевич Кувшинов; Юрий Маркович Петин; Валерий Антонович Утович; Анатолий Павлович Кузнецов
Original assignee: Специальное Конструкторское Бюро "Энергохиммаш"
Priority date: 1981-04-24
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1983-04-15

Abstract

СПОСОБ ОТВОДА ТЕПЛА ИЗ ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ в аппарате псевдоожиженного сло , содержащем теплообменник и, по крайней мере, одну провальную секционирующую горизонтальную перегородку, путем теплообмена между псевдоожиженным слоем и теплоносителем, циркулирующим в теплообменнике, отличающийс тем, что, с целью обеспечени возможности регулировани теплоотвода в процессе работы аппарата, теплоотвод измен ют путем перемещени , по крайней мере, одной провальной перегородки относительно теплообменника в вертикальном направлении . (Л со 00 соA METHOD FOR REMOVING A HEAT FROM A Pseudo-Liquefied Layer in a fluidized bed apparatus containing a heat exchanger and at least one failed sectioning horizontal partition, by heat exchange between the fluidized bed and the coolant circulating in the heat exchanger, in the same way as a goal, the design of the project, which is the same as a goal of the second, the design of the project, which is another for the design of the project, the design of the project, the design of the project, the design of the project, the design of the project, the design of the project, the design of the project, the design of the project. the operation of the apparatus, the heat sink is changed by moving at least one of the failed walls in relation to the heat exchanger in the vertical direction. (L with 00 with

Description

Изобретение относитс к машиностроению , а точнее к способам охлаждени или нагревани реактора псевдоожиженного (кип щего) сло переменной теплопроизводительности , и может быть использовано в различных аппаратах псевдоожиженного сло , например теплообменниках, химических реакторах, печах обжига, установках дл сжигани топлива и др.The invention relates to mechanical engineering, and more specifically to methods for cooling or heating a fluidized bed (fluidized bed) reactor of variable heat output, and can be used in various fluidized bed apparatus, such as heat exchangers, chemical reactors, kilns, combustion plants, etc.

Известен способ отвода тепла из кип щего сло путем впрыскивани в слой и испарени в нем жидкости. Этот способ примен етс , например, при осуществлении процесса обжига концентратов 1.There is a known method of removing heat from the fluidized bed by injecting and evaporating a liquid into the bed. This method is used, for example, when carrying out the process of calcining concentrates 1.

Этот способ позвол ет легко регулировать отвод тепла из сло , однако неэкономичен , поскольку тепло, отводимое таким образом из сло , практически невозможно полезно использовать.This method makes it easy to regulate heat removal from the bed, but it is uneconomical since it is almost impossible to use the heat removed in this way from the bed.

Известен способ регулируемого отвода (или подвода) тепла из кип щего сло , включающий отвод тепла путем теплообмена между слоем и теплоносителем, циркулирующим в теплообменнике, расположенном непосредственно в слое, и регулирование теплоотвода путем изменени воспри ти тепла теплообменными поверхност ми за счет извлечени части или всего теплообменника из кип щего сло в надслоевое пространство. Данный способ обеспечивает возможность полезного использовани отводимого тепла (производство пара технологических параметров, производство гор чей воды, нагрев нефти и нефтепродуктов и т. д.). В качестве теплоносител может примен тьс практически люба жидкость, теплообмен может сопровождатьс кипением теплоносител . Способ может быть применен как дл отвода, так и дл подвода тепла в слой 2. There is a method of controlled removal (or supply) of heat from a fluidized bed, which includes the removal of heat by heat exchange between the layer and the coolant circulating in a heat exchanger located directly in the layer, and controlling the heat sink by changing the heat perception of the heat exchange surfaces by extracting part or all of fluidized bed heat exchanger to the superlayer space. This method provides the possibility of beneficial use of the heat removed (production of steam, technological parameters, production of hot water, heating of oil and oil products, etc.). Almost any liquid can be used as a heat carrier, heat exchange can be accompanied by boiling the heat carrier. The method can be applied both for removal and for the supply of heat to the layer 2.

Однако изменение теплоотвода по данному способу можно производить только при остановке аппарата, что исключает возможность работы в посто нно мен ющемс режиме , ведет к просто м аппарата и исключает возможность автоматизации процесса теплоотвода из псевдоожиженного сло ; Осуществление регулировани в процессе работы аппарата по данному способу св зано с разработкой особых соединений и уплотнений , обеспечивающих перемещение теплообменника относительно внешних трубопроводов . Возможность разработки таких соединений , позвол ющих применить способ в промышленном масштабе, представл ет техническую сложность. Соединение теплообменника с внешними трубопроводами с помощью гибких щлангов возможно лишь в лабораторных услови х, в промышленности такие соединени не примен ютс . Кроме того, реализаци данного способа св зана со значительным усложнением конструкций аппаратов и увеличением их габаритов. Усложнение происходит из-за необходимости обеспечени подвижности массивного проточного теплообменного контура, а увеличение габаритов - вследствие расширени надслоевого пространства, в которое извлекаетс теплообменник при регулировке.However, a change in heat dissipation using this method can be performed only when the apparatus is stopped, which eliminates the possibility of operating in a constantly changing mode, leads to a simple apparatus and eliminates the possibility of automating the process of heat removal from the fluidized bed; The implementation of the regulation during the operation of the apparatus according to this method is associated with the development of specific connections and seals ensuring the movement of the heat exchanger relative to external pipelines. The ability to develop such compounds, allowing the method to be applied on an industrial scale, is a technical challenge. The connection of the heat exchanger with external pipelines with the help of flexible hoses is possible only in laboratory conditions, such connections are not used in industry. In addition, the implementation of this method is associated with a significant complexity of the apparatus structures and an increase in their dimensions. The complication is due to the need to ensure the mobility of the massive flow-through heat exchange circuit, and the increase in size is due to the expansion of the over-layer space into which the heat exchanger is removed during adjustment.

Извлечение теплообменника или его части из сло приводит к снижению его долговечности из-за повышенного эрозионного и коррозионного износа теплообменных труб в надслоевом пространстве. Повышенна эрози обусловлена тем, что именно в надслоевом пространстве достигаютс наибольшие скорости частиц, разрушающих теплообменные поверхности. Увеличение коррозии теплообменника при извлечении его в надслоевое пространство св зано с тем, что в надслоевом пространстве из-за низкой интенсивности конвективной теплоотдачи температура охлаждающих теплообменных поверхностей оказываетс равной или ниже «точки росы, т. е. реализуютс более выгодные услови дл конденсации химически активных продуктов реакции на поверхности труб (например окислов серы в случае сжигани сернистых топлив).Removing the heat exchanger or its part from the layer leads to a decrease in its durability due to increased erosion and corrosive wear of the heat exchange tubes in the superlayer space. Increased erosion is due to the fact that it is in the above-layer space that the highest velocities of the particles that destroy the heat exchange surfaces are reached. The increase in corrosion of the heat exchanger when it is extracted into the over-bed space is due to the fact that in the over-bed space, due to the low intensity of convective heat transfer, the temperature of the cooling heat exchange surfaces is equal to or lower than the "dew point", i.e., more favorable conditions for the condensation of chemically active products are realized reactions on pipe surfaces (e.g. sulfur oxides in the case of burning sulfur fuels).

Секционирование аппаратов кип щего сло провальными горизонтальными перегородками примен ют дл того, чтобы приблизить услови ведени процесса к режиму , близкому к режиму идeaльнo o вытеснени , осуществить противоток дисперсной фазы и ожижающего агента. Кроме того, при наличии в слое тепловыделени и стоков тепла, что всегда имеет место при ведении экзо- или эндотермических процессов и охлаждении (нагреве) сло с помощью теплообменных поверхностей, в аппаратах, секционированных провальными горизонтальными перегородками, температура кип щего сло в каждой секции может быть различной , вследствие чего в секционированных аппаратах может быть осуществлена более глубока утилизаци тепла, т. е. повышаетс экономичность процесса.Sectionalization of the fluidized bed apparatus with failed horizontal partitions is used in order to bring the process conditions closer to the regime close to that of the ideal displacement, to carry out the countercurrent of the dispersed phase and the fluidizing agent. In addition, if there is heat in the layer and heat sinks, which is always the case when exo- or endothermic processes are being conducted and the layer is cooled (heated) with heat-exchange surfaces, in devices partitioned by failed horizontal partitions, the fluidized bed temperature in each section can to be different, as a result of which, in sectioned apparatuses, heat can be deeper utilized, i.e. the process efficiency is improved.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату вл етс способ обжига серосодержащего сырь , при котором секционирующа провальна решетка обеспечивает разделение сло на две зоны с температурой 580-600°С в нижней зоне и 450- 460°С в верхней. Наличие низкотемпературной верхней зоны обеспечивает практически полную утилизацию избыточного тепла реакции . Тепло отводитс из сло с помощью теплообменников, размещенных в зонах 3.The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of burning sulfur-containing raw materials, in which the sectional wire grid provides separation of the layer into two zones with a temperature of 580-600 ° C in the lower zone and 450- 460 ° C in the upper zone. The presence of a low-temperature upper zone provides almost complete utilization of excess heat of reaction. Heat is removed from the bed using heat exchangers located in zones 3.

При сжигании топлива в аппарате кип щего сло , содержащем теплообменник и провальные перегородки, также удаетс организовать процесс так, что температура сло имеет, максимальное значение в нижней секции, где и происходит, в основном, горение топлива. Далее от секции к секции по мере удалени от решетки температура сло понижаетс , что позвол ет получить температуру продуктов сгорани на выходе из аппарата значительно более низкую, чем минимальна температура горени и тем самым повысить коэффициент полезного использовани топлива по сравнению с односекционным аппаратом, где температура уход щих газов не может быть ниже минимальной температуры горени . Цель изобретени - обеспечение возможности регулировани теплоотвода в процессе работы аппарата. Указанна цель достигаетс тем, что согласно способу отвода тепла в аппарате псевдоожиженного сло , содержащем теплообменник и, по крайней мере, одну провальную секционирующую горизонтальную перегородку, путем теплообмена между псевдоожиженным слоем и теплоносителем, циркулирующим в теплообменнике, теплоотвод измен ют путем перемещени , по крайней мере, рдной провальной перегородки относительно теплообменника в вертикальном направлении. Секционирующими перегородками могут служить перфорированные пластины, рещет-. ки, сетки, слои неподвижных насадок различного типа. Перегородка «обеспечивает дополнительное терми ческое сопротивление передаче тепла рт сло к теплоносителю. Конкретный выбор рещетки и ее термического сопротивлени осуществл етс на основе расчета или эксперимента и зависит от конкретного процесса и конструкции аппарата и теплообменника. Изменение распределени теплообменных поверхностей по секци м аппарата в пределах псевдоожиженного сло осуществл ют путем перемещени одной или нескольких секционирующих провальных перегородок по высоте аппарата при неподвижном теплообменнике. Изменение теплоотвода (теплоподвода) из сло при изменении распределени теплообменных поверхностей по секци м св зано с изменением вклада термического сопротивлени секционирующих перегородок в суммарное термическое сопротивлени передаче тепла от сло к теплоносителю. Перераспределение теплообменных поверхностей по секци м аппарата приводит к изменению тепловых перетоков между секци ми. При этом роль термического сопротивлени перегорбдки оказываетс тем больще в общем сопротивлении передаче тепла, чем больше количество тепла проходит через эту перегородку. При регулировании теплосъема необходимо руководствоватьс следующими принципами: суммарной теплообмен между слоем и теплоносителем возрастает , если изменение распределени теплообменных поверхностей между смежными секци ми ведет к снижению перетока тепла из одной секции в другую, и наоборот, теплообмен между слоем и теплоносителем уменьщаетс , если поток тепла из секции в секцию возрастает. Наличие осевых перетоков тепла в слое приводит к тому, что на указанных секционирующих перегородках устанавливаютс определенные перепады температур (смежные секции наход тс при различной температуре). В этих услови х направление регулировани можно определ ть по следующему принципу: теплообмен между слоем и теплоносителем возрастает, если площадь теплообменной поверхности в секции с больщим температурным напором возрастает, а в секции с меньшим температурным напором уменьшаетс ; теплообмен между слоем и теплоносителем уменьшаетс , если площадь теплообменной поверхности в секции с большим температурным напором уменьшаетс , а в секции с меньшим температурным напором возрастает. При этом изменение температуры сло каждой секции осуществл етс так, что разность температур между слоем и теплоносителем уменьшаетс , если площадь поверхности в этой секции возрастает и упом нута разность температур возрастает, если площадь поверхности в секции уменьшаетс . На чертеже показан аппарат псевдоожиженного сло дл сжигани газообразного топлива в инертном слое или слое катализатора . Внутри корпуса 1 аппарата помещен псевдоожиженный слой, разделенный провальной горизонтальной перегородкой 2 на нижнюю 3 и верхнюю 4 секции. Непосредственно в слое размещен теплообменник 5, и в нижней части аппарата газораспределительна решетка 6. Топливо вместе с воздухом подаетс в нижнюю часть сло , где оно сгорает . Здесь же происходит частична утилизаци тепла. Друга часть тепла передаетс через секционирующую перегородку и отбираетс теплообменником в верхней секции 4 сло . Регулирование теплосъема осуществл етс путем перераспредлени теплообменных поверхностей по секци м за счет перемещени в вертикальном направлении перегородки при неподвижном теплообменнике. Дл уменьшени теплоотвода из сло площадь теплообменных поверхностей в верхней секции увеличивают, а в нижней уменьшают; дл увеличени - площадь теплообменных поверхностей в верхней секции уменьшают, а в нижней - увеличивают. Так, например, если уменьшилась подача топлива (снизилась производительность аппарата), то необходимо уменьшить и теплоотвод , обеспечив заданный температурный уровень в нижней секции - зоне горени . Дл этого необходимо уменьшить плошадь теплообменных поверхностей в нижней зоне и увеличить в верхней, обеспечива посто нство температуры в зоне горени . Температура в верхней секции при этом понижаетс . Предлагаемое изобретение не ограничиваетс описанным примером, при необходимости можно прибегнуть к другим вариантам и формам реализации. Способ позвол ет осуществл ть регулирование теплоотвода в .процессе работы ап56When burning fuel in a fluidized bed apparatus containing a heat exchanger and failed partitions, it is also possible to organize the process so that the layer temperature has a maximum value in the lower section, where mostly the fuel is burned. Further from section to section, as the layer is removed from the grate, the temperature of the bed decreases, which makes it possible to obtain a temperature of combustion products at the exit of the apparatus significantly lower than the minimum combustion temperature and thereby increase the coefficient of useful fuel use as compared to a single section apparatus, where The flue gases cannot be below the minimum burning temperature. The purpose of the invention is to provide the possibility of regulating the heat sink during operation of the apparatus. This goal is achieved in that according to the method of heat removal in a fluidized bed apparatus containing a heat exchanger and at least one failed horizontal partitioning partition, by exchanging heat between the fluidized bed and the coolant circulating in the heat exchanger, the heat sink is changed by moving, at least , a solid failure of the partition relative to the heat exchanger in the vertical direction. The partitioning partitions can serve as perforated plates, rests-. ki, nets, layers of fixed nozzles of various types. The partition provides additional thermal resistance to the transfer of heat from the mercury layer to the coolant. The specific choice of the grate and its thermal resistance is carried out on the basis of a calculation or experiment and depends on the specific process and design of the apparatus and the heat exchanger. The change in the distribution of heat exchange surfaces in the sections of the apparatus within the fluidized bed is carried out by moving one or several sectioning failure partitions along the height of the apparatus with a fixed heat exchanger. The change in heat transfer (heat supply) from the layer when the distribution of heat exchange surfaces in sections varies with the change in the contribution of thermal resistance of the partitioning partitions to the total thermal resistance of heat transfer from the layer to the coolant. The redistribution of heat exchange surfaces over the sections of the apparatus leads to a change in thermal flows between the sections. In this case, the role of thermal resistance of the over-charge is greater in the overall resistance to heat transfer, the more heat passes through this partition. When regulating heat removal, it is necessary to follow the following principles: the total heat exchange between the layer and the coolant increases if a change in the distribution of heat transfer surfaces between adjacent sections leads to a decrease in heat transfer from one section to another, and vice versa, the heat exchange between the layer and the coolant decreases if the heat flux from section to section increases. The presence of axial heat flows in the layer leads to the fact that certain temperature differences are established on these partitioning partitions (adjacent sections are at different temperatures). Under these conditions, the direction of regulation can be determined by the following principle: the heat exchange between the layer and the coolant increases if the area of the heat exchange surface in the section with a large temperature pressure increases, and in the section with a lower temperature pressure decreases; the heat exchange between the layer and the coolant is reduced if the area of the heat exchange surface in the section with high temperature pressure decreases, and in the section with lower temperature pressure increases. In this case, the temperature change of the layer of each section is such that the temperature difference between the layer and the coolant decreases if the surface area in this section increases and the temperature difference increases if the surface area in the section decreases. The drawing shows a fluidized bed apparatus for burning gaseous fuel in an inert layer or catalyst bed. Inside the housing 1 of the apparatus is placed a fluidized bed, divided by a failed horizontal partition 2 into the lower 3 and upper 4 sections. A heat exchanger 5 is placed directly in the bed, and the gas distribution grid 6 is placed in the lower part of the apparatus. The fuel and air are supplied to the lower part of the bed, where it burns. Here is the partial utilization of heat. The other part of the heat is transferred through the partitioning partition and is removed by the heat exchanger in the upper section 4 layers. The regulation of heat removal is carried out by redistributing the heat exchange surfaces in sections due to the displacement in the vertical direction of the partition with a fixed heat exchanger. To reduce the heat removal from the layer, the area of the heat exchange surfaces in the upper section is increased, and in the lower one; to increase - the area of heat exchange surfaces in the upper section is reduced, and in the lower - increased. So, for example, if the fuel supply has decreased (the performance of the device has decreased), then it is necessary to reduce the heat sink, ensuring the specified temperature level in the lower section - the combustion zone. To do this, it is necessary to reduce the area of heat exchange surfaces in the lower zone and increase it in the upper one, ensuring that the temperature in the combustion zone remains constant. The temperature in the upper section decreases. The present invention is not limited to the described example, if necessary, you can resort to other options and forms of implementation. The method allows the regulation of heat dissipation in the process of operation.

парата без его остановки, вследствие чегоВследствие устранени простоев аппарапо вл етс возможность эффективного осу-та, св занных с его остановкой не менееparata without stopping it, as a result of which, due to the elimination of downtime, the apparatus is able to carry out efficiently, no less than

ществлени в псевдоожиженном слоем про-чем на 3 ч в сутки дл перемещени теплоцессов с посто нно мен ющейс теплопроиз-обменника, возрастает его среднегодова fluidized bed for about 3 hours a day to transfer heat processes from a constantly changing heat production exchanger, its average annual increase

водительностью.производительность в среднем на 1Ь°/о.water productivity. average productivity by 1 ° / o.

Предлагаемый способ обеспечивает воз-ные расходы за счет устранени эксплуатаможность автоматизации регулировани ре-ционных затрат на сборку-разборку аппаражима теплосъема так как обеспечиваетс та дл осуществлени регулировани , необвозможность изменени теплосъема в про-ходимых при осуществлении известного споцессе работы аппарата.соба.The proposed method provides for possible costs by eliminating the operational automation of regulating the re-implementation costs of assembling and disassembling the apparable heat removal, as it is provided for controlling, without the possibility of changing the heat removal during the known process of the apparatus.

1011989 1011989

5 Кроме того, уменьщаютс эксплуатацион5 In addition, the performance is reduced.

Claims

METHOD FOR REMOVING HEAT FROM PSEUDO-LIQUIDED LAYER c. a fluidized bed apparatus comprising a heat exchanger and at least one failure sectional horizontal partition, by heat exchange between the fluidized bed and the heat carrier circulating in the heat exchanger, characterized in that, in order to allow regulation of heat removal during operation of the apparatus, the heat sink is changed by moving at least one failure partition relative to the heat exchanger in the vertical direction.

Z