PL164006B1 - Reaktor ze zlozem fluidalnym PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Reaktor ze zlozem fluidalnym, zawierajacy komore reaktora majaca pionowe sciany boczne ogra- niczajace rozdrobniony material zloza fluidalnego, plyte rozdzielacza gazu umieszczona w komorze re- aktora, wiele dysz w plycie rozdzielacza gazu dopro- wadzajacych gaz fluidyzacyjny przez plyte rozdzielacza gazu do komory reaktora, przy predko- sci odpowiadajacej fluidyzacji rozdrobnionego mate- rialu oraz srodki doprowadzajace plyn do komory reaktora na poziomie powyzej plyty rozdzielacza ga- zu, rozciagajace sie od otworu w bocznej scianie, do wnetrza komory reaktora, znamienny tym, ze zawiera srodki zabezpieczajace przewód cieczowy (12), do- prowadzajacy plyn na calej jego dlugosci, które to srodki zabezpieczajace zawieraja wydluzona kolu- mnowa przegrode (11) osadzona na plycie rozdziela- cza gazu (7) i rozciagajaca sie prostopadle wzgledem jednej bocznej sciany (3), do wnetrza komory spala- nia (2). FIG 1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest reaktor ze złożem fluidalnym.

Znany reaktor tego typu zawiera komorę reaktora mającą pionowe ściany boczne ograniczające rozdrobniony materiał złoża fluidalnego oraz płytę rozdzielacza gazu, przez którą doprowadzany jest pierwotny gaz do komory reaktora. Komora reaktora ma wlot rozdrobnionego materiału złoża oraz wylot umieszczony w jej górnej części, dla gazów spalinowych.

Rozdrobniony materiał złoża w reaktorze ze złożem fluidalnym może być częściowo utworzony przez materiał, który ma być poddany obróbce w reaktorze,

164 006

Alternatywnie, może on być obojętny chemicznie, może brać udział w obróbce, lub może brać udział w ogrzewaniu złoża. Rozdrobniony materiał jest fluidy** zowany pierwotnym gazem doprowadzonym przez elementy doprowadzania gazu zamontowane na płycie rozdzielacza gazu. Płyta rozdzielacza gazu stanowi ponadto podporę dla rozdrobnionego materiału złoża.

Reaktory ze złożem fluidalnym wykorzystywane są obecnie w różnych celach, na przykład do spalania, gazyfikacji, jak również do przeprowadzania procesów chemicznych i metalurgicznych, ponieważ zapewniają one efektywny kontakt pomiędzy gazem a stałym, ciekłym lub gazowym materiałem przeznaczonym do obróbki, jak również wysoką szybkość reakcji, a nawet temperaturę oraz łatwość sterowania procesem. Jednakże w przypadku większego reaktora, trudniej jest przeprowadzać stabilne operacje technologiczne i sterować reaktorem podczas zmiany warunków procesu. W dużych reaktorach szczególnie trudno jest osiągnąć równomierny rozdział płynu i/lub rozdrobnionego materiału na całym obszarze przekroju poprzecznego komory reaktora. Nierównomierne rozprowadzenie materiału powoduje powstanie poważnych problemów.

W procesach spalania, wszystkie paliwa, a więc rozdrobnione, ciekłe lub gazowe, ewentualnie ich mieszaniny, mogą być spalane w reaktorze ze złożem fluidalnym. Paliwo, jak również dodatki potrzebne do celów oczyszczania gazu lub innych reakcji chemicznych, zwykle wprowadzane są przez dysze w bocznych ścianach, lub poprzez dysze w płycie rozdzielacza gazu.

Paliwo ciekłe, zwłaszcza olej, zwykle wprowadzane jest przez lance olejowe umieszczone w otworach w bocznych ścianach, w przybliżeniu na poziomie 0,5m ponad płytą rozdzielacza gazu. Olej jest wtryskiwany ze sprężonym powietrzem jako czynnikiem doprowadzającym, ale zwykle może docierać na głębokość tylko około 1m w głąb komory reaktora. W dużych reaktorach, gdzie odległość pomiędzy bocznymi ścianami a środkiem komory reaktora przekracza głębokość penetracji oleju w złożu, rozprowadzanie oleju jest niezadowalające. .

Wyżej wspomniany problem nie może być usunięty przez zwiększenie ilości oleju doprowadzanego przez lance, ponieważ istnieje tu ograniczenie do około 500 kg/godz. tzn. gęstość energii generalnie powinna być mniejsza niż 7500 kJ/m2, aby zabezpieczyć przed przegrzaniem i aglomeracją cząstek złoża w miejscach bliskich miejscom doprowadzania oleju. Podobne problemy występują przy doprowadzaniu innych paliw ciekłych lub substratów reakcji, do dużych reaktorów ze złożem fluidalnym.

Znane jest urządzenie wtryskowe dla paliwa płynnego np. z opisu patentowego St.Zjedn.Ameryki nr 4 165 040, które zawiera kombinację dyszy na paliwo płynne i dyszy dla gazu fluidyzacyjnego, które to kombinacje są rozmieszczone równomiernie na płycie rozdzielczej. Dysze wtryskowe paliwa płynnego mają wlot dla gazu fluidyzacyjnego w tulei otaczającej dyszę paliwową. Takie urządzenie pozwala na rozpylanie paliwa płynnego i na przykład można uzyskać równomierne doprowadzanie oleju z pierwotnym powietrzem do komory spalania.

Pozostają jednak pewne nierozwiązane problemy. Dysze pracują przy wysokiej temperaturze i wysoce agresywnym środowisku, co może powodować zapychanie się dysz paliwowych. W związku z tym istnieje konieczność okresowych kontroli dysz paliwowych i usunięcie dysz uszkodzonych, aby zapewnić równomierne spalanie w reaktorze. Ryzyko zapychania się jest szczególnie duże przy zmianach obciążenia, gdy ciśnienie spada przy wymianach dysz. Czyszczenie dysz w płycie siatkowej jest bardzo skomplikowane w warunkach pracy ciągłej. Albo cały system musi być zatrzymany dla oczyszczenia, albo należałoby zastosować bardzo skomplikowane urządzenia wtryskowe, nadające się do zastępowania innymi, oczyszczonymi.

W opisie patentowym St.Zjedn. Ameryki nr 4 259 088 przedstawiono urządzenie doprowadzające paliwo płynne w urządzeniu ze złożem fluidalnym, w którym paliwo płynne jest wprowadzone przez poziome przewody osadzone w niefluidyzowanym rozdrobnionym materiale złoża. Proste przewody są łatwe

164 006 do czyszczenia nawet w warunkach pracy ciągłej. Przewody dochodzą do zagłębień w niefluidyzowanym materiale złoża, rozdrobniony materiał złoża zostaje poddany fluidyzacji w zagłębieniach. Takie urządzenie wymaga dysz doprowadzających gaz o przynajmniej dwóch wysokościach, występujących w płycie rozdzielacza, dla formowania konturowej powierzchni granicznej pomiędzy niefluidyzowanym a fluidyzowanym rozdrobnionym materiałem złoża. Dysze sięga jące ponad niefluidyzowaną warstwę rozdrobnionego materiału muszą być dużo wyższe niż dysze w ścianach. Ponadto różne dysze doprowadzające gaz muszą mieć różnie zwymiarowane otwory, aby uzyskać równomierną dystrybucję powietrza na całym obszarze przekroju poprzecznego w górę komory reaktora. Jest to skomplikowana konstrukcja.

Zagłębienia lub otwory są względnie małe i mają korzystnie głębokość 12,70-15,24 cm. Wprowadzanie zarówno oleju jak i fluidyzacyjnego powietrza do takich ograniczonych obszarów powoduje duże ryzyko aglomeracji. Trudno jest uzyskać równomierną dystrybucję poprzez dysze w realatywnie wąskim obszarze. Nierównomierna dystrybucja przez dysze powoduje nierównomierną fluidyzację cząstek. Ponadto olej może zwilżać cząstki złoża w zagłębieniach i powodować wzajemne sklejanie się ich i tworzenie większych niefluidyzowalnych cząstek. Istnieje również ryzyko zbyt dużego wzrostu temperatury, gdy paliwo i dysze powietrzne są umieszczone zbyt blisko siebie. Dysze paliwa płynnego mogą być zamocowane na wyższym poziomie niż dysze powietrzne, jeśli wykorzystuje się taki układ z niefluidyzowanym rozdrobnionym materiałem przykrywającym przewody cieczowe. Bardzo duża ilość materiału niefluidyzowanego złoża byłaby potrzebna do ochrony przewodu na wyższym poziomie od poziomu siatki, a duża ilość materiału złoża wymagałaby bardzo mocnej płyty podporowej. Gruba warstwa niefluidyzowanych cząstek prowadziłaby ponadto do bardzo głębokich, nieodpowiednich zagłębień w niefluidyzowanej warstwie.

Reaktor ze złożem fluidalnym przedstawiony jest w fińskim opisie patentowym nr 59 860, w którym komora reaktora jest podzielona przez ścianę działową utworzoną przez rury wodne, na dwie oddzielne sekcje złoża fluidalnego. Rozdrobnione paliwo jest doprowadzone do oddzielnych sekcji przez rurę umieszczoną w centralnej ścianie działowej pomiędzy sekcjami złoża. System zasilania paliwem nie jest łatwy do czyszczenia i nie zabezpiecza równomiernej dystrybucji paliwa poprzez cały obszar przekroju poprzecznego komory reaktora.

Z brytyjskiego opisu zgłoszenia patentowego nr 2 056 875 znany jest reaktor ze złożem fluidalnym, przeznaczony do spopielania aglomeratów o wysokiej zawartości wilgoci. Materiały odpadowe zostają wprowadzone do złoża kanałami powietrznymi, a więc elementy zasilające doprowadzające materiał, otoczone są elementami uzupełniającymi powietrze. Kanały te są nieosłonięte, co oznacza, że po przejściu przez ogniotrwałe wyłożenie ścianki reaktora, nie są niczym zabezpieczone. Przewody zasilające w tym znanym rozwiązaniu powodują zaburzenia w modelu przepływu w złożu fluidalnym przy płycie rozdzielacza gazu, ponieważ tworzą się prądy wirowe, a cząsteczki przepływają poziomo pod przegrodami, uderzając w przewody z każdej strony. Z tego powodu nie zabezpieczone przewody poddawane są szkodliwej erozji.

Reaktor ze złożem fluidalnym, zawierający komorę reaktora mającą pionowe ściany boczne ograniczające rozdrobniony materiał złoża fluidalnego, płytę rozdzielacza gazu umieszczoną w komorze reaktora, wiele dysz w płycie rozdzielacza gazu doprowadzających gaz fluidyzacyjny przez płytę rozdzielacza gazu do komory reaktora przy prędkości odpowiadającej fluidyzacji rozdrobnionego materiału oraz środki doprowadzające płyn do komory reaktora na poziomie powyżej płyty rozdzielacza, rozciągające się od obszaru w bocznej ścianie do wnętrza komory reaktora, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera środki zabezpieczające doprowadzający płyn przewód cieczowy na całej jego długości, które to środki zabezpieczające zawierają wydłużoną kolumnową przegrodę osadzoną na płycie rozdzielacza gazu, a rozciągającą się prostopadle względem jednej bocznej ściany do wnętrza komory spalania.

164 006

W korzystnym rozwiązaniu reaktora, w jego komorze spalania znajduje się wiele przewodów cieczowych rozdzielających płyn równomiernie w całym obszarze przekroju poprzecznego komory spalania.

W komorze spalania znajdują się przewody cieczowe o różnych długościach. Środki zabezpieczające przewody cieczowe wykonane są korzystnie z materiału ogniotrwałego. Korzystnym rozwiązaniem jest, jeśli środki zabezpieczające przewody cieczowe wzmocnione są kotwami. Stosunek poziomu umieszczenia przewodów cieczowych ponad płytą rozdzielacza gazu pierwotnego, do szerokości elementów osłaniających, mieści się w granicach 1:2,75. Długość przegrody kolumnowej jest przynajmniej 2,75 razy większa od jej szerokości.

Przewody cieczowe doprowadzające ciekłe paliwo, korzystnie olej, paliwo gazowe, zawiesinę węgla w wodzie, do wnętrza centralnej części komory spalania w reaktorze ze złożem fluidalnym, umieszczone są powyżej dysz doprowadzających gaz fluidyzacyjny do wnętrza komory spalania. Przewody cieczowe są korzystnie lancami olejowymi. Wiele przewodów cieczowych doprowadzających paliwo znajduje się w komorze spalania powyżej poziomu wprowadzania pierwotnego gazu utleniającego.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia uzyskanie równomiernego zasilania i dystrybucji płynu w dużych reaktorach ze złożem fluidalnym na całym obszarze przekroju poprzecznego reaktora. Płyn zostaje doprowadzony do wnętrza reaktora na różne odległości od ścian bocznych reaktora. Ponadto, zgodnie z wynalazkiem zapewniona jest równomierna dystrybucja paliwa płynnego lub reagentu w reaktorach ze złożem fluidalnym, posiadających duże wymiary, poprzez stosowane niezawodne i łatwe do czyszczenia elementy wlotowe płynu. Zgodnie z wynalazkiem, ryzyko aglomeracji materiału cząsteczkowego w złożu, ze względu na dystrybucję płynu, jest zminimalizowane.

Przewód cieczowy znajduje się wewnątrz przegrody kolumoowej saadzonej na płycie dennej. Przegroda ta chroni przewód cieczowy przed erozyjnymi i szkodliwymi warunkami panującymi w komorze reaktora.

Zaletą jest również to, że nie ma knnWeznnśści ttssowmnih rżńyyhh typów dysz ddoyowoddajecych gaz, ppry róóżych położeniach w rraatorze.

Rozwiązanie według wynalazku objaśnione zostanie bliżej w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie reaktor w przekroju pionowym, fig. 2 - reaktor w przekroju poziomym wzdłuż linii A-A z fig. 1, a fig. 3 ppredstawia ppózeΓodę kolumnową rraatora z fig. 1.

Na figurze 1 przedstawiono dolną część reaktora ze złożem fluidalnym 1, który ma komorę spalania 2 z pionowymi ścianami bocznymi 3 ograniczającymi z boku złoże fluidyzowanego rozdrobnionego materiału. Zewnętrzne ściany komory spalania ze złożem fluidalnym są korzystnie ścianami rurowymi, takimi jak ściany membranowe. W dolnej części komory spalania ściany są wyłożone materiałem ogniotrwałym, aby ograniczyć do minimum uszkodzenia, ze względu na wysoką temperaturę i wysoce erozyjne warunki panujące w niej. Rozdrobniony materiał złoża doprowadzany jest do komory spalania przez wlot 4. Materiał złoża zawiera materiał obojętny, tak jak piasek i/lub rozdrobnione paliwo, jeśli w reaktorze jest spalane rozdrobnione paliwo. Ponadto, rozdrobnione dodatki, takie jak CaO lub CaiOH^ dla oczyszczania gazu, dodawane są do reaktora przez wlot 5.

Rozdrobniony materiał w reaktorze jest ilueaydooamt przez powietrze pierwotne wprowadzone z komory powietrznej lub skrzyni powietrznej 6 umieszczonej poniżej komory spalania. Denna płyta lub płyta rozdzielcza gazu 7 znajduje się pomiędzy komorą spalania 2 a komorą powietrzną 6. Dysze powietrzne 8 znajdują się w otworach płyty rozdzielacza gazu 7, dla wprowadzania powietrza z komory powietrznej 6 do komory spalania 2. Powietrze jest wprowadzane z prędkością odpowiednią do fluedtdacje rozdrobnionego materiału w komorze spalania 2. Powietrze zabezpiecza również gaz utleniający dla procesu spalania. Wszystkie dysze powietrzne 8 rozdzielają powietrze na stałym poziomie, powyżej dennej płyty 7.

Inne odpowiednie gazy oprócz powietrza, mogą być wykorzystywane jako

164 006 pierwotny gaz fluidyzacyjny, korzystnie gazy obojętne lub gazy biorące udział w procesach chemicznych w komorze spalania 2 reaktora. Można również wykorzystywać powietrze wzbogacone tlenem w celu utleniania. Wtórny gaz:, jeśli to konieczne, może być wprowadzony przez dysze 9 umieszczone wyżej, w komorze spalania 2 reaktora.

W dennej płycie 7 znajduje się wylot popielnikowy 10 dla wyładowania popiołu i ewentualnie innego rozdrobnionego materiału z reaktora.

Na dennej płycie 7 znajdują się przegrody kolumnowe 11 rozciągające się od jednej bocznej ściany 3 do wnętrza komory spalania. Kolumnowe przegrody 11 wystają w górę z dennej płyty 7 do poziomu znacznie powyżej dysz powietrznych, tj. około 200-1100 mm powyżej poziomu wlotu gazu pierwotnego. Przegrody 11 są korzystnie utworzone z materiału ogniotrwałego, zwłaszcza z materiału ceramicznego lub cegły ogniotrwałej, lub innego materiału, który jest odporny na ciężkie warunki panujące w dolnej części reaktora ze złożem fluidalnym 1. Szerokość każdej przegrody kolumnowej 11 mieści się w granicach 100:400 mm. Przegrody 11 są korzystnie wzmocnione kotwami 17, zwłaszcza płytami metalowymi.

W reaktorze znajdują się przewody cieczowe 12, korzystnie lance olejowe przechodzące przez otwory 13 w ścianie bocznej 3 i prowadzące przez wnętrze przegrody kolumnowej 11 do wewnętrznych obszarów komory spalania 2. Paliwo ciekłe 14, zwłaszcza olej, jest doprowadzone przewodami 12 z doprowadzanym powietrzem 15 do wnętrza komory spalania 2. Jako paliwo ciekłe należy rozumieć paliwo, które jest cieczą, gazem, a nawet zawiesiną drobnych stałych cząstek, którą można pompować, lub ich kombinacją. Przewody cieczowe 12 mogą być również wykorzystywane do wprowadzania innych płynów, zwłaszcza reagentów, gazu ziemnego, paliw silnie ulatniających się lub reagentów, mocno rozdrobnionego zgazyfikowanego węgla, nie spalonego lotnego popiołu lub różnego rodzaju sorbentów stosowanych do czyszczenia gazu. Płyn zostaje wtryskiwany do komory spalania 12 przez dysze 16. Przewody cieczowe 12, dla doprowadzania płynów, rozmieszczone są wokół przekroju poprzecznego komory spalania, jak to przedstawiono na fig. 2, zabezpieczając równomierny rozkład płynu.

Przewody cieczowe 12 stosowane dla ułatwienia równomiernego rozdziału płynu mają różne długości. Ponadto, mogą być stosowane cieczowe dysze 18 zamontowane w bocznych ścianach, dla doprowadzania płynu w pobliżu bocznych ścian 3 komory spalania 2.

Przewody cieczowe 12 są korzystnie wszystkie umieszczone w jednej bocznej ścianie 3, zamiast we wszystkich czterech ścianach bocznych, a to w takiej styuacji, jeśli wygodniej jest doprowadzać powietrze i płyn z Jednej strony reaktora. Wówczas oczywiście przegrody sięgają dalej niż do połowy reaktora 1.

Zostanie objaśniony przykład korzystnego zastosowania rozwiązania według wynalazku. W reaktorze ze złożem fluidalnym dla spalania zwłaszcza węgla, zawierającym pionowe ściany, zostaje utworzona komora reaktora. W dolnej części komory spalania ściany wyłożone są materiałem ogniotrwałym. Rozdrobniony materiał złoża fluidalnego doprowadza się do komory spalania przez wlot 4. Materiałem jest korzystnie materiał obojętny, zwłaszcza piasek i rozdrobniony węgiel. W komorze reaktora reakcję spalania przeprowadza się w złożu fluidalnym aktywowanym przez wprowadzanie powietrza fluidyzacjl przez płytę rozdzielacza. Powietrze wprowadza się z określoną znaną prędkością), do rozdrobnionego materiału w komorze spalania, dla przeprowadzenia fluidyzacjl. Na płycie dennej reaktora znajdują się przegrody kolumnowe, wszystkie rozciągające się od jednej ściany bocznej 3 do wnętrza komory spalania. Kolumnowe przegrody 11 wystają w górę z dennej płyty, do poziomu korzystnie 500 mm ponad poziom, na którym znajdują się dysze powietrzne. Dla zapewnienia równomiernego rozdziału paliwa, część węgla doprowadza się jako zawiesinę, poprzez przewody cieczowe 12 umieszczone wewnątrz przegród, do połowy głębokości reaktora 1. Dla ochrony przewodów cieczowych przed nadmierną erozją, przewody kolumnowe rozstawione są w odległości 180 mm między sobą.

164 006

164 006

FIG .2

1711 χ,/12

J=L

Departament Wydawnictw UP RI³. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Reaktor ze złożem fluidalnym, zawierający komorę reaktora mającą pionowe ściany boczne ograniczające rozdrobniony materiał złoża fluidalnego, płytę rozdzielacza gazu umieszczoną w komorze reaktora, wiele dysz w płycie rozdzielacza gazu doprowadzających gaz fluidyzacyjny przez płytę rozdzielacza gazu do komory reaktora, przy prędkości odpowiadającej fluidyzacji rozdrobionego materiału oraz środki doprowadzające płyn do komory reaktora na poziomie powyżej płyty rozdzielacza gazu, rozciągające się od otworu w bocznej ścianie, do wnętrza komory reaktora, znamienny tym, że zawiera środki zabezpieczające przewód cieczowy (12),doprowadzający płyn na całej jego długości, które to środki zabezpieczające zawierają wydłużoną kolumnową przegrodę (11) osadzoną na płycie rozdzielacza gazu (7) i rozciągającą się prostopadle względem jednej bocznej ściany (3), do wnętrza komory spalania (2).
2. 2. Reaktor według zastrz.1, znamienny tym, że w komorze spalania (2) znajduje się wiele przewodów cieczowych (12) rozdzielających płyn równomiernie w całym obszarze przekroju poprzecznego komory spalania (2).
3. 3. Reaktor według zastrz. 2, znamienny tym, że w komorze spalania (2) znajdują się przewody cieczowe (12) o różnych długościach.
4. 4. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że środki zabezpieczające wykonane są z materiału ogniotrwałego.
5. 5. Reaktor według zastrz. 4-, znamienny tym, że środki zabezpieczające są wzmocnione kotwami.
6. 6. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek poziomu umieszczenia przewodów cieczowych doprowadzających płyn ponad płytą rozdzielacza gazu pierwotnego, do szerokości elementów osłaniających, mieści się w granicach 1:2,75.
7. 7. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że długość przegrody kolumnowej (11) jest przynajmniej 2,75 razy większa od jej szerokości.
8. 8. Reaktor według zastrz. 1 , znamienny t y in, że przewody cieczowe (12) doprowadzające ciekłe paliwo, korzystnie olej, paliwo gazowe, zawiesinę węgla w wodzie, do wnętrza centralnej części komory spalania (2) w reaktorze ze złożem fluidalnym (1), umieszczone są powyżej dysz (8) doprowadzających gaz fluidyzacyjny do wnętrzy komory spalania (2).
9. 9. według zastrz. 8, znamienny t y ,, że przewody cieczowe (12) są lancami olejowymi.
10. 10. Reaktor według zastrz. 8, znamienny tym, że wiele przewodów cieczowych (12) doprowadzających paliwo znajduje się w komorze spalania (2) powyżej poziomu wprowadzania pierwotnego gazu utleniającego.