PL168255B1

PL168255B1 - Sposób spalania paliw zawierajacych azot w reaktorze ze zlozem fluidalnym PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL168255B1
Application number: PL91296383A
Authority: PL
Inventors: Matti Hiltunen; Yam Y Lee; Eric J Oakes
Original assignee: Ahlstroem Oy
Priority date: 1990-04-17
Filing date: 1991-04-15
Publication date: 1996-01-31
Also published as: KR0164586B1; NO178478C; AU651343B2; HU9203265D0; KR930700803A; NO923991L; DE69111058T2; DK0525001T3; HU213482B; BG60777B1; US5043150A; FI100913B; JPH0792206B2; CA2080698C; NO923991D0; EP0525001A1; BG97087A; BR9106359A; CA2080698A1; HUT62406A

Abstract

1. Sposób spalania paliw zawierajacych azot w reaktorze ze zlozem fluidalnym obejmuja- cym pierwszy stopien spalania w zlozu sfluidyzowanych czastek oraz separator czastek do oddzielania czastek od gazów spalinowych odprowadzanych z pierwszego stopnia spalania, zmniejszajacy emisje N 2O z gazami spalinowymi, obejmujacy ciagle doprowadzanie paliwa zawierajacego azot i gazu zawierajacego tlen, do spalania paliwa w pierwszym stopniu spalania w reaktorze i utrzymywanie w tym stopniu spalania temperatury okolo 700 - 900°C oraz ciagle odprowadzanie gazów spalinowych, zawierajacych czastki, z pierwszego stopnia spalania i wydzielanie wiekszosci czastek z gazów spalinowych, znamienny tym, ze do pierwszego stopnia spalania doprowadza sie gaz zawierajacy tlen w nadmiarze przy wspólczynniku powietrznym 1, otrzymujac gazy spalinowe zawierajace resztkowy tlen, dodaje sie do odprowadzanych gazów spalinowych dodatku dostarczajacego rodniki wodorowe, zdolnego do wytworzenia rodników wodorowych w temperaturach równych lub wyzszych od temperatury gazów spali- nowych, w ilosci wystarczajacej do redukcji N 2O w gazach spalinowych, spala sie co najmniej czesc resztkowego tlenu z dodatkiem podnoszac temperature gazów spalinowych powyzej 900°C 1 przeprowadza sie dobre wymieszanie dodanych rodników wodorowych z gazami spalinowymi ulatwiajace redukcje N 2O. (1 3 ) B1 (51) IntCl6 : F 2 3 J 15/00 PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób spalania paliw zawierających azot w reaktorze ze złożem fluidalnym zmniejszający emisję podtlenków azotu, N 2 O do atmosfery. W szczególności wynalazek dotyczy sposobu, dzięki któremu zmniejsza się emisję N 2 O przy spalaniu stałych paliw w reaktorach ze złożem fluidalnym.

168 255

Jak wiadomo, tlenki azotu wydalane są do atmosfery głównie przez środki transportu, przy wytwarzaniu energii, np. przy spalaniu węgla oraz przy przeróbce odpadów. Podczas spalania większości paliw w powietrzu powstają różne tlenki azotu. Takie tlenki azotu powstają w wyniku utleniania azotu zawartego w samym powietrzu w podwyższonych temperaturach spalania, lub w wyniku utleniania azotu zawartego w paliwie.

Przedsięwzięto różne próby w celu opracowania sposobów zmniejszenia emisji tlenku azotu z zespołów komory spalania. Próby te dotyczyły przede wszystkim zmniejszenia emisji dwutlenku azotu (NO 2) z gazami spalinowymi.

Ostatnio stwierdzono, że inny tlenek, podtlenek azotu, N 2 O jest jednym z „gazów wywołujących efekt cieplarniany, który kumuluje się w atmosferze i może przyczynić się do ocieplenia w skali globalnej. Podczas utleniania w górnych warstwach troposfery podlenki azotu (N2 O) przekształcają się w tlenek azotu (NO), który uważany jest za jeden z poważniejszych środków zanieczyszczających powietrze:

N2O + h ν = N2 + O N2O + O = 2NO

Tlenek azotu wywiera taki sam wpływ na klimat jak dwutlenek węgla, powodując ostatecznie wzrost temperatury i rozkładając warstwę ozonową.

Doniesiono, że emisja N2O występuje w większym stopniu w przypadku urządzeń do spalania we względnie niskich temperaturach spalania, np. 750-900°C. W wyższych temperaturach powstawanie N 2 O nie wydaje się stanowić problemu, gdyż powstawanie N 2 O przebiega powoli, a redukcja N 2 O do N 2 zachodzi w znacznym stopniu.

Piece ze złożem fluidalnym pracują w zakresach temperatur bardziej sprzyjających powstawaniu N2O niż większość innych typów urządzeń do spalania. Emisja N2O z kotłów z cyrkulującym i barbotowanym złożem fluidalnym może osiągnąć poziom 50-200 ppm, znacznie powyżej wielkości pożądanej. W związku z tym celem wynalazku jest dostarczenie sposobu zmniejszania emisji N 2 O zarówno z atmosferycznych jak i ciśnieniowych kotłów z cyrkulującym i barbotowanym złożem fluidalnym.

Wynalazek oparty jest na znajomości kinetyki powstawania i rozkładu N2O. Sugeruje się, że HCN, który może powstawać z lotnego azotu lub azotu zawartego w węglu jest podstawowym prekursorem powodującym powstawanie N 2 O w zespołach komory spalania oraz, że redukcji N 2 O zależy w znacznym stopniu od temperatury i stężenia rodników H. Wzrost temperatury lub stężenia rodników H ułatwia redukcję N 2 O w wyniku reakcji

N 2 O + H— N 2 + OH

Kramlich i inni (Combustion and Flame 77: str. 375-384,1989) przeprowadzili doświadczenia w celu zbadania powstawania i rozkładu N ₂ O w piecu tunelowym opalanym gazem ziemnym lub olejem. Strumień zasilający domieszkowano związkami zawierającymi azot, takimi jak HNC i acetonitryl. Według Kramlicha i innych maksymalna emisja N ₂ O wynosząca około 245 ppm w przypadku dodawania HCN wystąpiła w temperaturze 977-1027°C, a maksymalna emisja wynosząca 150 ppm w przypadku acetonitrylu wystąpiła w temperaturze 1127-1177°C. Badania wykazały również, że stężenie N ₂ O zmniejszyło się z 240 ppm do 10 ppm w wyniku podwyższenia temperatury pieca tunelowego do powyżej 1200°C przy wtryskiwaniu HCN do pieca, lub do temperatury powyżej 1300°C przy wtryskiwaniu acetonitrylu, co oznacza, że w świetle tych badań w celu zmniejszenia emisji N₂O niezbędne są względnie wysokie temperatury.

Kramlich i inni badali również wpływ obniżania zawartości NO_x na emisję N₂O. W szczególności zbadano dopalanie części paliwa stosując stopniowe wprowadzanie paliwa do pieca tunelowego. Przy dopalaniu część paliwa wtryskuje się poza strefą głównego płomienia, co przesuwa ogólną stechiometrię w kierunku mieszaniny wzbogacanej w paliwo. Po pewnym czasie w strefie wzbogaconej w paliwo dodaje się powietrze w celu pełnego spalenia jakiegokolwiek pozostałego paliwa. Kramlich i inni stwierdzili, ze dopalanie węgla w drugim stopniu powoduje wzrost emisji N ₂ O, podczas gdy dopalanie gazu ziemnego w piecu wywiera wpływ odwrotny niż dopalanie węgla i powoduje rozkład N ₂ O.

168 255

Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie prostego i opłacalnego ekonomicznie sposobu spalania paliw zawierających azot, zmniejszającego emisję N2 O z atmosferycznych i ciśnieniowych kotłów z cyrkulującym i barbotowanym złożem fluidalnym.

Innym celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie sposobu do wytwarzania korzystnych warunków rozkładu podtlenków azotu N 2 O, zawartych w gazach spalinowych odprowadzanych z zespołów komory spalania ze złożem fluidalnym.

Jeszcze innym celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie sposobu redukcji N 2 O w gazach spalinowych, który można będzie łatwo wykorzystać w istniejących układach spalania w złożu fluidalnym bez zakłócania przebiegających procesów.

Wynalazek dotyczy sposobu spalania paliw zawierających azot w reaktorze ze złożem fluidalnym. Reaktor obejmuje pierwszy stopień spalania w złożu sfluidyzowanych cząstek oraz separator cząstek do oddzielania cząstek od gazów spalinowych odprowadzanych z pierwszego stopnia spalania. Sposób obejmuje ciągłe doprowadzanie paliwa zawierającego azot i gazu zawierającego tlen, do spalania paliwa w pierwszym stopniu spalania w reaktorze i utrzymywanie w tym stopniu spalania temperatury około 700-900°C oraz ciągłe odprowadzanie gazów spalinowych, zawierających cząstki, z pierwszego stopnia spalania i wydzielanie większości cząstek z gazów spalinowych.

Wynalazek polega na tym, że do pierwszego stopnia spalania doprowadza się gaz zawierający tlen w nadmiarze przy współczynniku powietrznym >1, otrzymując gazy spalinowe zawierające resztkowy tlen, do odprowadzanych gazów spalinowych dodaje się dodatku dostarczającego rodniki wodorowe, zdolnego do wytworzenia rodników wodorowych w temperaturach równych lub wyższych od temperatury gazów spalinowych, w ilości wystarczającej do redukcji N 2O w gazach spalinowych, spala się co najmniej część resztkowego tlenu z dodatkiem podnosząc temperaturę gazów spalinowych powyżej 900°C i przeprowadza się dobre wymieszanie dodanych rodników wodorowych z gazami spalinowymi ułatwiające redukcję N 2 O. Gazy spalinowe zawierające resztkowy tlen przesyła się z pierwszego stopnia spalania do przewodu gazów spalinowych. Do przewodu gazów spalinowych wtryskuje się dodatek wybrany z grupy związków chemicznych zdolnych do tworzenia rodników wodorowych. Wtryskiwany dodatek spala się dostarczając ciepło spalania niezbędne do podwyższenia temperatury w przewodzie gazów do wielkości ponad 900°C, korzystnie do 950-1100°C. Grupę dodatków zdolnych do tworzenia rodników wodorowych stanowią związki takie jak metan, alkohol lub gaz ziemny, inne gazowe węglowodory, takie jak gaz płynny, gaz z gazogeneratora lub pirolizera albo olej, korzystnie gaz generatorowy dostarczany przez generator gazu połączony z reaktorem ze złożem fluidalny. Dobre wymieszanie gazu spalinowego z powstałymi rodnikami wodorowymi uzyskuje się w wyniku wtryskiwania dodatku w miejscu, w którym dokładne wymieszanie jest łatwe do osiągnięcia, lub w którym zjawisko to już występuje w gazie spalinowym. Dokładne wymieszanie ułatwia reakcję między N 2 O i rodnikami wodorowymi. Ilość wtryskiwanego dodatku dopasowuje się do zawartości N2O w gazach spalinowych.

Sposób według wynalazku jest szczególnie przydatny w przypadku spalania stałych paliw lub materiałów odpadowych w zespołach komory spalania ze złożem fluidalnym w temperaturach poniżej 900°C. Stałe paliwo lub materiał odpadowy wprowadza się do złoża fluidalnego, z którym z uwagi na intensywne mieszanie sfluidyzowanych cząstek materiał ten prawie natychmiast osiąga temperaturę złoża i ulega spaleniu. Temperatury w złożach fluidalnych wynoszą zazwyczaj 700900°C, co zapewnia optymalne warunki samego spalania oraz, np. redukcji siarki w gazach spalinowych. NO tworzy się w niewielkich ilościach z uwagi na względnie niską temperaturę spalania, ale N 2 O może tworzyć się.

W cyrkulujących złożach fluidalnych prędkość fluidyzującego powietrza jest na tyle wysoka, że znaczne ilości cząstek złoża są porywane z komory spalania przez gazy spalinowe. Porwane cząstki wydziela się z gazów spalinowych i zawraca się do komory spalania przewodem powrotnym. Cyrkulacja cząstek z komory spalania przez pętlę zawracania cząstek do komory spalania zapewnia równomierność temperatury w całym układzie, co powoduje wydajniejsze spalanie oraz dłuższe czasy przebywania w układzie, a także zwiększenie wychwytywania siarki z gazów spalinowych.

Niestety wydaje się, że niskie temperatury zarówno w barbotowanych jak i cyrkulujących złożach fluidalnych ułatwiają tworzenie się N 2 O. Zgodnie z niniejszym wynalazkiem stężenie N 2 O

168 255 w gazach spalinowych można obniżyć poprzez wytryskiwanie dodatku zdolnego to wytwarzania rodników wodorowych w temperaturze gazu spalinowego i/lub przy nieznacznym podwyższeniu temperatury gazów spalinowych.

Do różnego rodzaju dodatków (np. dodatkowych paliw), które wtryskiwać można do strumienia gazu spalinowego w celu zmniejszenia stężenia N2 O należą:

- gaz ziemny lub metan,

- gaz płynny,

- olej,

- alkohol, np. metanol lub etanol,

- gaz z pirolizatora lub gazogeneratora,

- dowolne gazowe, ciekłe lub stałe paliwo zawierające wodór, o wartości opałowej co najmniej 1 MJ/kg.

Gazy wprowadzać można przez dysze wlotowe gazu bez jakiegokolwiek medium nośnego lub z gazem zawierającym tlen. Olej lub rozdrobnione paliwo stałe wprowadzać można z gazem nośnym takim jak powietrze lub zawracany gaz spalinowy.

Dodatki wtryskiwane do gazów spalinowych korzystnie wtryskuje się w miejscu ich odprowadzania z pierwszego stopnia spalania, tak aby nie zakłócić zachodzących tam reakcji. Korzystnie dodatków nie należy wtryskiwać w taki sposób, aby spowodowało to znaczny wzrost temperatury cząstek złoża fluidalnego.

Dla zapewnienia skutecznej redukcji N 2 O dodatek należy wtryskiwać w miejscu, w którym cały przepływający gaz spalinowy będzie łatwo poddawany działaniu w wyniku wprowadzenia dodatku. Temperatura całego strumienia gazu spalinowego powinna ulec podwyższeniu i/lub powstałe rodniki wodorowe powinny wymieszać się z całym strumieniem gazu spalinowego, tak aby zapewnić jak największą redukcję N 2O.

Dodatek lub dodatkowe paliwo wtryskiwać można w następujących miejscach:

- w sekcji zespołu komory spalania ze złożem fluidalnym lub w innym miejscu, gdzie gęstość złoża jest niższa od 200 kg/m³,

- w przewodzie między komorą spalania i cyklonem lub innym separatorem do oddzielania gazu od cząstek,

- w cyklonie lub innym separatorze do oddzielania gazu od cząstek, o dowolnej konstrukcji,

- w przewodach między dwoma cyklonami lub innymi separatorami do oddzielania gazu od cząstek albo między ich kombinacjami połączonymi szeregowo,

- w dowolnym miejscu przewodu wstecznego poza zespołem komory spalania, a przed kominem lub turbiną gazową, albo

- w dowolnym zewnętrznym dopalaczu do redukcji N 2 O.

Przy wprowadzaniu dodatkowego paliwa takiego jak gaz ziemny do przewodu gazu spalinowego przed sekcją konwekcji, gdzie temperatura gazu spalinowego jest w dalszym ciągu wysoka, wystarcza wprowadzenie jedynie względnie niewielkiej ilości dodatkowego paliwa, aby podwyższyć temperaturę strumienia gazu spalinowego do ponad 900°C.

Separator cyklonowy może zapewnić bardzo dobre wymieszanie gazów spalinowych z jakimkolwiek wprowadzonym do nich dodatkiem. Jednakże korzystnie może okazać się podwyższanie temperatury gazów spalinowych za separatorem cząstek (co najmniej w układach z cyrkulującym złożem fluidalnym), tak aby nie podwyższać temperatury cząstek złoża fluidalnego i nie wpływać niekorzystnie na wychwytywanie siarki (które jest optymalne w niższych temperaturach).

Wprowadzenie dodatkowego paliwa do gazów spalinowych może być z powodzeniem wykorzystywane do podwyższania temperatury gazów spalinowych przed przegrzewaczami, dzięki czemu zapewnia się ich odpowiednią pojemność cieplną. Paliwo wprowadzać można do sekcji konwekcji tuż przed przegrzewaczami. Wprowadzanie palnych dodatków można również wykorzystywać do równoczesnego podwyższania temperatury gazu w komorze spalania lub w tak zwanym szczytowym zespole komory spalania połączonym z turbiną gazową.

Gdy dodatkowe paliwo wprowadza się do strumienia gazu spalinowego przed sekcją konwekcji, temperatura gazu spalinowego powinna wzrosnąć jedynie nieznacznie, od około 700-900°C do około 910-1100°C, co oznacza że wystarcza wzrost temperatury jedynie o 10-250°C, z uwagi na obecność cząstek (np. kalcynowanego wapienia) ze złoża fluidalnego. Gdy gazy spalinowe prze6

168 255 chodzą przez sekcję konwekcji, ich temperatura znacznie obniża się. Z tego względu jest redukcję N 2 O przeprowadza się za sekcję konwekcji, temperaturę gazów spalinowych należy pod wyższych o około 200-700°C, tak aby doprowadzić ją do poziomu w zakresie 910-1100°C. Dlatego też niezbędna ilość dodatkowego paliwa wprowadzanego za sekcją konwekcji jest większa od niezbędnej ilości dodawanej przed sekcją konwekcji.

Wykorzystując proces według niniejszego wynalazku do podwyższania temperatury i/lub stężenia rodników H w gazach spalinowych można zmniejszyć całkowitą ilość N 2O o 10-99%, zazwyczaj o około 50%, a korzystnie o około 50-90%. Przepływ masowy dodatku jest określony przez wymagany stopień redukcji N 2 O oraz wyjściowe stężenie N 2 O.

Oprócz wtryskiwanego dodatku (np. dodatkowego paliwa) w pewnych przypadkach wtryskiwać można odpowiednią ilość środka utleniającego do gazu spalinowego zawierającego N 2O, przed, w tym samym miejscu lub poza punktem wtryskiwania paliwa, aby zapewnić wydajne spalanie.

Wynalazek niniejszy dostarcza sposobu umożliwiającego uzyskanie warunków korzystnych dla redukcji N 2 O w gazach spalinowych w zespołach komory spalania ze złożem fluidalnym, a więc prostego sposobu zmniejszania emisji N2O z gazami spalinowymi. Nowy sposób można łatwo zastosować w istniejących układach reaktorów ze złożem fluidalnym wprowadzając dodatek do przewodów gazu spalinowego przed kominem lub turbiną gazową, albo stosując dopalacze zewnętrzne. Nie istnieje konieczność zakłócania podstawowego procesu spalania lub reakcji zachodzących w komorze spalania. Nieoczekiwanie okazało się, że wzrost temperatury niezbędny do uzyskania redukcji N2O w gazach spalinowych może być bardzo nieznaczny. Dotychczasowe badania wskazywały na rozkład N2O w samym piecu oraz w znacznie wyższych temperaturach. Podwyższona temperatura ułatwia przyspieszenie rozkładu N 2 O nie tylko przez rodniki H w fazie gazowej, ale również w wyniku heterofazowej reakci między N 2O i kalcynowanym wapieniem. Wcześniejsze badania wykazały, że powstawanie N 2 O osiąga maksimum właśnie w tych temperaturach, w których N 2 O jest rozkładany sposobem według niniejszego wynalazku.

Wynalazek zostanie dokładniej wyjaśniony poniżej w oparciu o przykładowe wykonania przedstawione na rysunkach, z których: fig. 1 przedstawia schemat przykładowego układu z cyrkulującym złożem fluidalnym do redukcji N 2 O zgodnie z niniejszym wynalazkiem; a fig. 2 i 3 przedstawiają schematy innych przykładowych rozwiązań.

Korzystne wykonanie według niniejszego wynalazku pokazano na fig. 1, zgodnie z którym stały materiał spala się w reaktorze z cyrkulującym złożem fluidalnym 10. Reaktor obejmuje komorę spalania 12 zawierającą złoże fluidalne cząstek 13 z wlotami 14 i 16 stałego paliwa oraz zazwyczaj innego stałego materiału takiego jak wapno lub wapień, dodawane w celu zmniejszenia zawartości SO2 w gazach spalinowych. Powietrze fluidyzujące wprowadzane jest do komory spalania przez dolną płytę 18 ze skrzyni powietrznej 19. Powietrze doprowadzane jest do reaktora pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego z szybkością przepływu na tyle wysoką, aby sfluidyzować złoże i porwać część stałych cząstek.

Komora spalania obejmuje wylot 20 dla gazów spalinowych zawierających porwane cząstki. Gazy spalinowe przesyłane są do separatora cyklonowego 22, w którym stałe cząstki złoża oddzielane są od gazu. Oczyszczony gaz odprowadzany jest przez przewód odlotowy gazu 24, a cząstki oddzielone od gazu kierowane są do dołu pionowym przewodem zwrotnym 26, ponownie do dolnej części komory spalania. Przewód zwrotny tworzy łuk 28 w dolnym końcu na przeciw wlotu do komory spalania.

Oczyszczony gaz kieruje się przez wylotowy otwór gazu 24 do przewodu gazu i 30, który łączy reaktor ze złożem fluidalnym z sekcją konwekcji 32. W strefie wylotowej gazu sekcji konwekcji zainstalowano przegrzewacz 34 oraz inne powierzchnie przenoszenia ciepła 36 za przegrzewaczem. Wylot gazu 38 usytuowany jest w spodniej części sekcji konwekcji.

W przewodzie gazowym 30 łączącym cyklon z sekcją konwekcji zainstalowano dodatkowy wlot 40 dodatku dostarczającego rodniki wodorowe. Wlot dodatku usytuowany jest w przewodzie gazowym w miejscu tuż przy otworze wylotowym 24 gazu z cyklonu.

W czasie działania spalanie przeprowadza się w pierwszym stopniu spalania w komorze spalania we względnie niskiej temperaturze (wynoszącej np. przy spalaniu węgla około 850°C). W

168 255 temperaturze takiej powstaje przy spalaniu niewiele NO_X oraz osiąga się maksymalne wychwytywanie siarki przez wapno. Gazy spalinowe zawierające resztkowy tlen, N 2 O oraz porwane cząstki złoża odprowadzane są przez wylot gazu 20 do cyklonu 22. Cząstki złoża zawierające nieprzereagowane wapno do wychwytywania siarki oddzielane są od gazów spalinowych w cyklonie i zawracane do komory spalania.

Dodatek taki jak gaz ziemny wtryskuje się do w dalszym ciągu gorących gazów spalinowych w przewodzie 30 przez dodatkowy wlot 40 (bezpośrednio za cyklonem). Gaz ziemny stanowi w pewnym stopniu źródło rodników wodorowych, które występują już w temperaturze gazu spalinowego, z tym że ze względu na zawartość resztkowego tlenu w gazach spalinowych gaz ziemny spala się po wejściu do przewodu gazu spalinowego 30, co powoduje wzrost temperatury gazu spalinowego w przewodzie gazu spalinowego do jeszcze korzystniejszego zakresu z uwagi na powstawanie rodników wodorowych i redukcję N2O do N2. Alternatywnie lub dodatkowo przez wlot 40 wprowadzać można gaz zawierający O2 wymieszany z dodatkiem.

Dodatek można dodatkowo lub alternatywnie wprowadzić przez wlot 42 pokazany na fig. 1 linią przerywaną w krótkim przewodzie 21 łączącym komorę spalania 12 z cyklonem 22. Ten wlot 42 można wykorzystać zwłaszcza wtedy, gdy zawartość cząstek w gazach spalinowych odprowadzanych z komory spalania jest niewielka. Można również zainstalować dodatkowy wlot 44 bezpośrednio w cyklonie 22, w strefie zubożonej w cząstki. Zaletą takiego rozwiązania jest z natury doskonałe mieszanie gazów spalinowych z wprowadzanym dodatkiem w wirze gazowym występującym w cyklonie.

Dodatek można także lub alternatywnie wtryskiwać do sekcji konwekcji przez wlot 46 usytuowany bezpośrednio przed przegrzewaczem 34. Takie rozwiązanie jest korzystne, jeśli występują jakiekolwiek problemy z doprowadzeniem wystarczającej ilości pary wodnej do przegrzewacza.

Inne wykonanie według niniejszego wynalazku pokazano na fig. 2. W tym wykonaniu rurki do wymiany ciepła 38, np. kilka rzędów rurek sitowych, znajdują się w przewodzie gazowym 30 za cyklonem, ale przed rozszerzeniem się przewodu w sekcję konwekcji 32.

Wydaje się, że optymalne miejsce wlotu dodatku 40 znajduje się zazwyczaj bezpośrednio za rurkami sitowymi 38. Rurki sitowe są zazwyczaj chłodzone wodą, z tym, że w pewnych zastosowaniach mogą być one chłodzone parą wodną lub powietrzem. Wysokie temperatury w przewodzie gazowym mogą powodować pewne problemy w przypadku, gdy rurki chłodzone są powietrzem lub parą wodną. Rurki wodne mogą być połączone z innym układem parowo/wodnym, np. z układem chłodzenia cyklonu w reaktorze ze złożem fluidalnym. Jeśli stosuje się rurki powietrzne, ogrzane powietrze wykorzystać można jako powietrze do spalania. Ogrzane powietrze można również wykorzystać do wtryskiwania do przewodu gazowego dodatku dostarczającego rodniki wodorowe.

Wymiennik ciepła usytuowany przed wtryskiem dodatku dostarczającego rodniki wodorowe wpływa korzystnie na spłaszczenie profilu prędkości gazu w przewodzie gazowym. Jest to korzystne, gdyż gaz spalinowy odprowadzony z cyklonu może mieć skośny profil prędkości.

Wymiennik ciepła jest również przydatny w celu regulacji temperatury gazów spalinowych, tak aby dodatek można było wtryskiwać w optymalnej temperaturze zapewniającej maksymalną jego skuteczność. Za pomocą wymiennika ciepła temperaturę można regulować, tak aby uzyskać optymalny jej poziom. W przypadku każdego dodatku istnieje pewna optymalna temperatura zapewniająca maksymalną jego skuteczność.

Jeszcze inne wykonane według niniejszego wynalazku pokazano na fig. 3, zgodnie z którym stały materiał spala się w ciśnieniowym reaktorze 50 z cyrkulującym złożem fluidalnym. Sprężony gaz spalinowy kierowany jest przez cyklon 52 oddzielający cząstki od gazu oraz sekcję konwekcji 54 do filtru cząstek 56 w celu oczyszczenia sprężonych gazów spalinowych. Oczyszczony gaz spalinowy kieruje się do komory spalania 58 bezpośrednio przed turbiną gazową 60, gdzie następuje rozprężenie gazu. W komorze spalania 58 przeprowadza się redukcję N 2 O w wyniku wprowadzenia dodatkowego paliwa do gazu spalinowego przez wlot 62 i spalania paliwa w celu równoczesnego podwyższenia temperatury gazu spalinowego.

We wszystkich wykonaniach niezbędne jest nastawianie ilości wprowadzanego dodatku w zależności od rodzaju dodatku, paliwa, reaktora ze złożem fluidalnym, miejsca wtrysku oraz wielu innych czynników.

168 255

Jakkolwiek wynalazek został opisany w odniesieniu do rozwiązania obecnie uważanego za najbardziej praktyczne i najkorzystniejsze, należy zdawać sobie sprawę, że wynalazek nie ogranicza się do ujawnionego rozwiązania, ale przeciwnie, jest pomyślany tak, aby objąć różne modyfikacje i rozwiązania równoważne objęte istotą i zakresem załączonych zastrzeżeń.

FIG. 2

FIG. 3

168 255

FIG.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób spalania paliw zawierających azot w reaktorze ze złożem fluidalnym obejmującym pierwszy stopień spalania w złożu sfluidyzowanych cząstek oraz separator cząstek do oddzielania cząstek od gazów spalinowych odprowadzanych z pierwszego stopnia spalania, zmniejszający emisję N 2 O z gazami spalinowymi, obejmujący ciągłe doprowadzanie paliwa zawierającego azot i gazu zawierającego tlen, do spalania paliwa w pierwszym stopniu spalania w reaktorze i utrzymywanie w tym stopniu spalania temperatury około 700 - 900°C oraz ciągłe odprowadzanie gazów spalinowych, zawierających cząstki, z pierwszego stopnia spalania i wydzielanie większości cząstek z gazów spalinowych, znamienny tym, że do pierwszego stopnia spalania doprowadza się gaz zawierający tlen w nadmiarze przy współczynniku powietrznym >1, otrzymując gazy spalinowe zawierające resztkowy tlen, dodaje się do odprowadzanych gazów spalinowych dodatku dostarczającego rodniki wodorowe, zdolnego do wytworzenia rodników wodorowych w temperaturach równych lub wyższych od temperatury gazów spalinowych, w ilości wystarczającej do redukcji N 2 O w gazach spalinowych, spala się co najmniej część resztkowego tlenu z dodatkiem podnosząc temperaturę gazów spalinowych powyżej 900°C i przeprowadza się dobre wymieszanie dodanych rodników wodorowych z gazami spalinowymi ułatwiające redukcję N 2 O.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że płyn dostarczający rodniki wodorowe wtryskuje się do strumienia gazów spalinowych, gdy gęstość cząstek jest mniejsza od 200 kg/m³.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatek dostarczający rodniki wodorowe wtryskuje się do separatora cząstek lub w jego sąsiedztwie, uzyskując dobre wymieszanie dodatku z gazem spalinowym.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że dodatek dostarczający rodniki wodorowe wtryskuje się do górnej części separatora cząstek.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatek dostarczający rodniki wodorowe wtryskuje się do przewodu gazu spalinowego łączącego sekcję konwekcji z separatorem cząstek.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że temperaturę gazu spalinowego reguluje się za pomocą wymiennika ciepła usytuowanego bezpośrednio przed miejscem wtrysku do gazu spalinowego dodatku dostarczającego rodniki wodorowe.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatek dostarczający rodniki wodorowe wtryskuje się bezpośrednio przed przegrzewaczem w strefie konwekcji połączonej z reaktorem ze złożem fluidalnym.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatek dostarczający rodniki wodorowe wtryskuje się do zespołu komory spalania na wejściu do turbiny gazowej, połączonego z reaktorem ze złożem fluidalnym.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się dodatek dostarczający rodniki wodorowe wybrany z grupy obejmującej metan, olej, alkohol, gaz z pirolizera, gaz z gazogeneratora lub gaz płynny.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako dodatek dostarczający rodniki wodorowe stosuje się gaz generatorowy dostarczany przez ganerator gazu połączony z reaktorem ze złożem fluidalnym.