PL181189B1

PL181189B1 - Układ reaktora ze złożem fluidalnym

Info

Publication number: PL181189B1
Application number: PL95318656A
Authority: PL
Inventors: Timo Hyppänen
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1994-08-17
Filing date: 1995-08-16
Publication date: 2001-06-29
Also published as: AU3224995A; DE69505264T2; CN1101533C; EE9700026A; CZ47097A3; WO1996005469A1; CA2197198A1; DE69505264D1; JPH09510538A; EP0776442B1; CZ291609B6; DK0776442T3; EP0776442A1; IL114988A0; PL318656A1; ES2125037T3; RU2122681C1; CN1156501A; JP2854984B2; IL114988A

Abstract

1. Uklad reaktora ze zlozem fluidalnym, zawierajacy komore reakcyjna zloza fluidalnego, zawierajaca obiegowe zloze fluidalne, posiadajaca pier- wszy ruszt sluzacy do wprowadzania gazu fluidalnego do obiegowego zloza fluidalnego oraz stacjonarne zloze fluidalne posiadajace drugi ruszt sluzacy do wprowadzania do niego gazu fluidujacego, przy czym drogi ruszt umiesz- czony jest ponizej pierwszego rusztu, a poza tym uklad posiada pierwsze polaczenie pomiedzy obiegowym zlozem fluidalnym, a stacjonarnym zlozem fluidalnym zapewniajace przechodzenie czastek z obiegowego zloza fluidal- nego do stacjonarnego zloza fluidalnego, przy czym pierwsze polaczenie umieszczone jest powyzej pierwszego rusztu w pierwszej pozycji, oraz drugie polaczenie pomiedzy obiegowym zlozem fluidalnym i zlozem stacjonarnym zapewniajace przechodzenie czastek ze stacjonarnego zloza fluidalnego do obiegowego zloza fluidalnego, przy czym drugie polaczenie umieszczone jest ponizej pierwszego polaczenia, ale na poziomie lub powyzej pierwszego ru- sztu i ponizej pierwszego polaczenia, a poza tym w zlozu stacjonarnym usytu- owane sa srodki chlodzace czastki zloza, znam ienny tym, ze sciana oddzielajaca (130) zapobiegajaca szybkiej wymianie czastek pomiedzy pier- wszym, a drugim polaczeniem, umieszczona wewnatrz zloza stacjonarnego (116) stanowi sciane dzialowa zloza stacjonarnego miedzy pierwsza i droga komora (124,126), przy czym miedzy sciana oddzielajaca (130) a rusztem (120) znajduje sie otwór przeplywowy, a pierwsza komora (124) znajduje sie w bezposrednim kontakcie z pierwszym polaczeniem (122), a druga komora (126) znajduje sie w bezposrednim kontakcie z drugim polaczeniem (132), a poza tym wewnatrz obiegowego zloza (110) i stacjonarnego zloza (116) pa- nuja rózne cisnienia i gestosci zapewniajace w miejscu zlokalizowania polaczen powstanie sily nosnej regulujacej przeplyw czastek z obiegowego zloza do zloza stacjonarnego, poprzez pierwsze polaczenie, oraz ze doza sta- cjonarnego do zloza obiegowego poprzez drogie polaczenie. FIG. 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ reaktora ze złożem fluidalnym.

Cyrkulacyjne złoża fluidalne, takie jak przedstawione we wniosku patentowym USA nr 4.111.158, są dobrze znane. W reaktorach z obiegowym złożem fluidalnym paliwo podlega reakcji w złożu fluidalnym stałych (obojętnych, i/lub aktywnych - takich jak wapień) cząstek. Prędkość gazu oraz ilość w jakiej wprowadzany jest gaz, są regulowane w taki sposób, że zasadniczo część stałych cząstek j est przenoszona wraz z przepływającym gazem w reaktorze ze złożem fluidalnym, z dolnej części do górnej części. Charakterystyczne dla pracy obiegowego złoża fluidalnego jest to, że przenoszenie stałego materiału jest tak poważne, że jeśli materiał ten (lub identyczna ilość podgrzanego materiału) nie jest ponownie wprowadzany do reaktora, działanie obiegowego złoża fluidalnego jest niekorzystnie zakłócone.

W rozwiązaniu według opisu patentowego USA 4.111.158, temperatura i działanie są regulowane przez odprowadzanie cząstek z układu cyrkulacji (składającego się z reaktora ze złożem fluidalnym, oddzielacza cząstek oraz przewodów ponownego wprowadzenia), ochłodzenie odprowadzonych cząstek przez wymiennik ciepła złoża fluidalnego, a następnie wprowadzenie ochłodzonych cząstek z powrotem do reaktora ze złożem fluidalnym. Cząstki są odprowadzane w pobliżu dna reaktora ze złożem fluidalnym poprzez przewód, przechodzą przez zewnętrzny ochładzacz złoża fluidalnego, a po ochłodzeniu cząstki są kierowane do reaktora ze złożem fluidalnym. Takie rozwiązanie wymaga oddzielnego układu, który ma za zadanie przetransportowanie cząstek pomiędzy ochładzaczem złoża fluidalnego, a reaktorem ze złożem fluidalnym. Co więcej, jego możliwości regulacyjne są słabe ze względu na długie przewody transportujące cząstki, które to długie przewody powodują także duże straty ciepła. Taki układ jest także bardzo skomplikowany oraz drogi w wykonawstwie jak i działaniu.

Zasugerowano także na przykład w artykule VORTEX™ Technologia złoża fluidalnego, ASME 1993, Spalanie złoża fluidalnego - tom 1, strony 197-205, aby wprowadzić chłodzenie cząstek złoża fluidalnego w sąsiedztwie głównego reaktora. W takim rozwiązaniu mogłoby być możliwe zmniejszenie strat termicznych i opóźnienia regulacji wynikającego z zastosowania długich przewodów łączących, ale ciągle pozostają problemy z urządzeniem zawracającym cząstki do głównego reaktora, którym w tym przypadku jest oddzielny kanał unoszący, który do pracy wymaga dodatkowego zasilania. Cząstki są pobierane z dna reaktora, a powrót cząstek do reaktora jest realizowany przez oddzielną komorę unoszącą, użytąw celu uniemożliwienia.mieszania się ze sobą, gazu fluidyzującego ochładzacza i gazu przenoszącego komory unoszącej.

181 189

Regulacja takiego układu jest również trudna, gdyż do komory unoszącej musi być zawsze wprowadzana odpowiednia ilość cząstek, w przeciwnym przypadku transport jest nieskuteczny.

W opisach patentowych USA nr 4.893.426 i 4.823.740 przedstawione są różne podejścia do działania reaktora ze stacjonarnym złożem fluidalnym. Reaktory ze stacjonarnym złożem fluidalnym pracują przy niskich prędkościach, tak, że wyraźnie tworzy się górna powierzchnia złoża, w przeciwieństwie do fluidalnych złóż cyrkulacyjnych. W opisie patentowym USA nr 3.893.426 przedstawiony jest wymiennik ciepła wykorzystujący sąsiedztwo złoża fluidalnego. Oba złoża posiadają swoje własne ruszty rozprowadzające gaz fluidyzujący, na tym samym poziomie. We wniosku patentowym USA nr 4.823.740 przedstawiony jest reaktor ze stacjonarnym złożem fluidalnym, gdzie w dolnej części reaktora zastosowane zostały komory odzyskujące energię cieplną. Komory te sąumieszczone zasadniczo na tym samym poziomie co złoże stacjonarne, tak, aby umożliwić im odbieranie materiału stałego, który jest wprowadzany powyżej górnej powierzchni złoża stacjonarnego, w pobliżu ściany działowej oddzielającej złoże stacjonarne od komory odzyskującej. Cząstki powracają z komory odzyskującej do złoża stacjonarnego, na poziomie powyżej rusztu fluidyzującego złoża stacjonarnego.

Opis patentowy USA nr 5.060.599 przedstawia reaktor z obiegowym złożem fluidalnym, który posiada kieszenie utworzone w ścianach bocznych reaktora, tak, aby odbierały materiał przepływający w dół, wzdłuż ścian. Każda z kieszeni jest wyposażona w skierowany do góry otwór w miejscu gdzie gęstość złoża fluidalnego jest zauważalnie mniejsza, niż ta w sąsiedztwie dna reaktora. Sterowanie przepływem materiału jest zrealizowane poprzez umożliwienie wypływania materiału poza krawędź kieszeni, lub przez odprowadzenie materiału przez kanał lub otwór w dole kieszeni. Kieszeń jest utworzona przez zastosowanie ścianki działowej wewnątrz komory reakcyjnej. Aby zapewnić wystarczającą objętość kieszeni oraz odpowiednią wymianę cieplną ściana działowa musi znajdować się stosunkowo wysoko. Ten rodzaj ciężkiej konstrukcji ściany jest drogi i trudny do wykonania, powoduje naprężenia innych struktur w miejscu ich połączenia, oraz powoduje niepożądane drgania struktur. Jeśli wysokość ściany działowej jest zwiększana, działanie kieszeni ograniczy się jedynie do pracy przy dużej ilości paliwa, ponieważ przy niskiej ilości paliwa do kieszeni będzie wpadała niewystarczająca ilość stałego materiału.

W opisie patentowym 4.363.292 przedstawiony jest układ wprowadzający w ruszcie na dnie reaktora ze złożem fluidalnym sekcje wymiennika ciepła. W tym układzie znajdują się także ściany działowe, umieszczone powyżej nisztu, tak, aby podzielić sekcję denną reaktora na kilka sekcji. Takie rozwiązanie jest także ograniczone przez jego niemożność zapewnienia wystarczającej ilości powierzchni wymieniających ciepło w sekcji wymieniającej ciepło, szczególnie dla warunków, w których występują małe'ilości paliwa.

Przedmiotem wynalazku jest układ reaktora ze złożem fluidalnym, posiadający komorę reakcyjną złoża fluidalnego, zawierającą obiegowe złoże fluidalne, posiadającą pierwszy ruszt służący do wprowadzania gazu fluidującegó do obiegowego złoża fluidalnego oraz stacjonarne złoże fluidalne posiadające drugi ruszt służący do wprowadzania do niego gazu fluidującegó. Drugi ruszt umieszczony jest poniżej pierwszego rusztu, a poza tym układ posiada pierwsze połączenie pomiędzy obiegowym złożem fluidalnym, a stacjonarnym złożem fluidalnym zapewniające przechodzenie cząstek z obiegowego złoża fluidalnego do stacjonarnego złoża fluidalnego. Pierwsze połączenie umieszczone jest powyżej pierwszego rusztu w pierwszej pozycji. Poza tym układ obejmuje drugie połączenie umieszczone pomiędzy obiegowym złożem fluidalnym i złożem stacjonarnym zapewniające przechodzenie cząstek ze stacjonarnego złoża fluidalnego do obiegowego złoża fluidalnego, przy czym drugie połączenie umieszczone jest poniżej pierwszego połączenia, ale na poziomie lub powyżej pierwszego rusztu i poniżej pierwszego połączenia. W złożu stacjonarnym usytuowane są środki chłodzące cząstki złoża.

Istota wynalazku polega na tym, że ściana oddzielająca zapobiegająca szybkiej wymianie cząstek pomiędzy pierwszym, a drugim połączeniem, umieszczona wewnątrz złoża stacjonarnego stanowi ścianę działową złoża stacjonarnego między pierwsząi drugąkomorą. Między ścianą oddzielającą a rusztem znajduje się otwór przepływowy, przy czym pierwsza komora znajduje

181 189 się w bezpośrednim kontakcie z pierwszym połączeniem, a druga komora znajduje się w bezpośrednim kontakcie z drugim połączeniem. Poza tym wewnątrz złoża obiegowego i stacjonarnego panująróżne ciśnienia i gęstości zapewniające w miejscu zlokalizowania połączeń, powstanie siły nośnej regulującej przepływ cząstek z obiegowego złoża do złoża stacjonarnego, poprzez pierwsze połączenie, oraz ze złoża stacjonarnego do złoża obiegowego poprzez drugie połączenie.

Korzystnie, pierwsza komora posiada pierwszą powierzchnię przekroju poprzecznego, a druga komora posiada drugąpowierzchnię przekroju poprzecznego, która stanowi mniej niż 50% pierwszej powierzchni przekroju poprzecznego.

W układzie według wynalazku, tylko w pierwszej komorze umieszczone są urządzenia chłodzące lub korzystnie, urządzenia te umieszczone sąw obu komorach, lub tylko w drugiej komorze.

Pierwsze połączenie zawiera pierwszy otwór w pierwszej ścianie bocznej, a drugie połączenie zawiera drugi otwór w pierwszej ścianie bocznej, przy czym komora reakcyjna posiada pierwszą ścianę boczną która j est umieszczona pod kątem większym niż 10 stopni w stosunku do pionu. Drugie połączenie jest umieszczone poziomo pomiędzy pierwszym połączeniem, a pierwszym rusztem.

Ponadto, układ zawiera zamykany przewód zasysający cząstki w sąsiedztwie drugiego rusztu, służący do selektywnego zasysania cząstek ze złoża stacjonarnego po ich ochłodzeniu przez urządzenia chłodzące cząstki.

Część drugiego rusztu znajduje się pod, poziomo zachodząc, pierwszym rusztem, a druga powierzchnia przekroju poprzecznego jest mniejsza niż 25% pierwszej powierzchni przekroju poprzecznego, natomiast drugie połączenie jest umieszczone w przerwie w pierwszym ruszcie.

W układzie według wynalazku, urządzenia chłodzące stanowiąpośrednie wymienniki ciepła.

Ściana oddzielająca usytuowana jest zasadniczo tylko pionowo wewnątrz złoża stacjonarnego.

Układ według wynalazku zawiera ścianę oddzielającą dzielącą złoże stacjonarne na pierwszą i drugą komorę, przy czym pierwsza komora jest w bezpośrednim kontakcie z pierwszym połączeniem, a druga komora jest w bezpośrednim kontakcie z drugim połączeniem.

Ściana oddzielająca sięga od pierwszej ściany bocznej zasadniczo pod kątem większym niż 20 stopni w stosunku do pionu, a następnie usytuowana jest zasadniczo całkowicie pionowo wewnątrz złoża stacjonarnego.

W korzystnym rozwiązaniu, ściana oddzielająca sięga od pierwszej ściany bocznej z pozycji znajdującej się bezpośrednio ponad drugim otworem, i sięga zasadniczo pionowo wewnątrz złoża stacjonarnego.

Według zaproponowanego rozwiązania, urządzenia chłodzące układu reaktora ze złożem fluidalnym są przynajmniej częściowo umieszczone poniżej poziomu pierwszego rusztu.

Zaproponowane rozwiązanie posiada wiele zalet.

Układ według wynalażku umożliwia efektywną regulację temperatury reaktora ze złożem fluidalnym i zapewnia odpowiednią wielkość powierzchni wymieniającej ciepło, służącej do chłodzenia materiału stałego. Według wynalazku możliwe jest zwiększenie wielkości wymiany ciepła w reaktorze ze złożem fluidalnym przy różnych ilościach paliwa, oraz możliwe jest wprowadzenie skutecznej i opłacalnej obróbki materiału stałego w reaktorze ze złożem fluidalnym. Wielkość wymiany ciepła w układzie ochładzacza reaktora wzrasta w porównaniu ze stanem techniki, umożliwiając skuteczną pracę przy różnych ilościach paliwa. Ponadto, wyniki te są osiągane według wynalazku w prosty sposób.

Najbardziej podstawowym pomysłem jaki kryje się za wynalazkiem jest wykorzystanie dwóch różnych technologii złoża fluidalnego, i umieszczenie dwóch różnych złóż obok siebie, tak, aby umożliwić wzajemną wymianę cząstek pomiędzy złożami, bez konieczności stosowania pomp, dmuchaw, lub innego mechanicznego lub pneumatycznego sprzętu do bezpośredniej realizacji wymiany cząstek.

Okazało się, że możliwe jest efektywne wykorzystanie różnicy ciśnień panującej w układzie reaktora ze złożem fluidalnym, do transportu materiału pomiędzy dwoma złożami fluidalnymi cząstek. Przez odpowiednie usytuowanie komór i otworów, poprzez które łączą się ze sobą, moż

181 189 liwe jest utrzymanie i regulacja pracy reaktora ze złożem fluidalnym, tak, aby zapewnić skuteczne chłodzenie materiału stałego w sposób pewny i bezpieczny, dla każdej ilości paliwa, z jaką pracuje reaktor. Wynalazek łączy pracę złóż fluidalnego obiegowego z wolnym złożem fluidalnym, w celu osiągnięcia powyższych rezultatów.

W cyrkulującym złożu fluidalnym cząstek, gaz fluidujący jest wprowadzany przez ruszt na dnie komory reaktora w takiej ilości, że znacząca liczba cząstek jest unoszona przez gaz poruszający się z dolnej sekcji komory reakcyjnej do jej górnej sekcji. Ponadto, charakterystyczne dla cyrkulacyjnego złoża fluidalnego jest to, że średnia gęstość cząstek stopniowo się zmniejsza w kierunku górnej sekcji komory reakcyjnej, rozpoczynając od początkowej gęstości obiegowego złoża fluidalnego, w jego sekcji dennej, i nie posiada żadnej wyraźnej górnej powierzchni złoża, a raczej wraz z wysokością stopniowo rozcieńczającą się zawiesinę gazowo-cząsteczkową. Z drugiej strony w stacjonarnym złożu fluidalnym istnieje wyraźna górna powierzchnia, poniżej której gęstość cząstek jest zasadniczo stała, a powyżej której obecna jest jedynie nieznacząca liczba cząstek, to znaczy gęstość cząstek powyżej górnej powierzchni wynosi zasadniczo zero. Wynika to z relatywnie niewielkiej ilości wprowadzanego gazu fluidyzacyjnego.

Według wynalazku, gęstość wolnego złoża fluidalnego jest większa od początkowej gęstości obiegowego złoża fluidalnego w jego sekcji dennej. Te złoża fluidalne utrzymują ciśnienia, które mogąbyć opisane przez Apj=p_cgAh lub przez gradient ciśnień Δρ/^ dla obiegowego złoża fluidalnego, oraz Ap₂=p_sgAh lub przez gradient ciśnień Δρ₂/_Δ11 dla wolnego lub stacjonarnego złoża fluidalnego. W stacjonarnym złożu fluidalnym gęstość naturalnie gwałtownie spadnie na wysokości górnej powierzchni złoża fluidalnego, tak więc ciśnienie Δρ₂ nie wzrośnie powyżej górnej powierzchni stacjonarnego złoża fluidalnego - ta wysokość jest oznaczona jako h₀. Z drugiej strony, gdy średnia gęstość cząstek w obiegowym złożu fluidalnym stopniowo się zmniejsza w kierunku górnej sekcji komory reakcyjnej, nie ma tak gwałtownych zmian w obiegowym złożu fluidalnym. Prowadzi to do następującego faktu, że dla położenia pionowego poniżej górnej powierzchni wolnego złoża fluidalnego, na wysokości ΔΙη równej bądź mniejszej od h₀, ciśnienie stacjonarnego złoża fluidalnego jest większe niż ciśnienie obiegowego złoża fluidalnego, to znaczy Ap^>Ap_b oraz, odpowiednio, dla położenia pionowego powyżej górnej powierzchni stacjonarnego złoża fluidalnego, na wysokości Ah_u, która jest większa od h₀, ciśnienie obiegowego złoża fluidalnego jest większe od ciśnienia wolnego złoża fluidalnego, to znaczy Δρ₁>Δρ₂.

Według wynalazku, możliwe jest takie umieszczenie mechanizmu cyrkulacyjnego lub trasy jaką poruszają się cząstki z obiegowego złoża fluidalnego poprzez wolne złoże fluidalne z powiększoną powierzchnią wymieniającą ciepło, tak że wykorzystane zostaną różne warunki ciśnieniowe cyrkulującego złoża fluidalnego i stacjonarnego złoża fluidalnego.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schematyczny widok z boku (ale część zbiornika reaktora z obiegowym złożem fluidalnym została wycięta w celu uczynienia figury przejrzystą), pierwszego przykładu wykonania układu według wynalazku; fig. 2 - wykres przedstawiający przykładowy rozkład gęstości cząstek w złożach fluidalnych układu z fig. 1; oraz fig. 3 do 5 przedstawiają widoki odpowiadające tym z fig. 1, tylko przedstawiające różne przykłady wykonania układu według wynalazku.

Figura 1 przedstawia zasadniczo dolną część reaktora z obiegowym złożem fluidalnym, w zbiorniku 10, według korzystnego przykładu wykonania wynalazku. Szczegóły górnej części są nieznaczące dla wynalazku i mogąbyć zbudowane zgodnie ze stanem techniki. Jednakże górna część będzie zawierała odprowadzenie gazu 11, w pobliżu szczytu zbiornika 10, oddzielacz 12 cząstek (na przykład cyklonowy), oraz kanał powrotny 13, służący do ponownego wprowadzania cząstek oddzielonych przez oddzielacz 12 do dolnej części zbiornika 10. Produkt lub gaz spalinowy (na przykład ze zgazowania lub spalania) opuszcza oddzielacz 12 przewodem 14.

Według wynalazku złoże fluidalne cząstek 110, znajdujące się wewnątrz komory reakcyjnej 112 w zbiorniku 10, spoczywa na ruszcie 114 służącym do wprowadzania gazu fluidy zującego do pierwszego złoża fluidalnego cząstek 110. Pierwsze złoże cząstek 110 działa tak, że jest obiegowym złożem fluidalnym, to znaczy działanie przejawia się tym, że znaczna ilość cząstek stałych jest unoszona przez gaz poruszający się do góry wewnątrz komory reaktora 112, powraca przez kanał powrotny 13.

W przykładzie wykonania z fig. 1 pierwsze złoże fluidalne cząstek 110 jest oddzielone przez ścianę boczną 118 od drugiego złoża fluidalnego cząstek 116 spoczywającego na drugim ruszcie 120, służącym do wprowadzania gazu fluidyzującego. Drugie złoże fluidalne cząstek 116 działa jako stacjonarne złoże fluidalne i odbiera cząstki z pierwszego złoża fluidalnego poprzez otwór 122 w ścianie 118. Ściana boczna 18 jest przedstawiona jako ściana boczna zbiornika 10 i tworzy w stosunku do pionu kąt większy niż około 10 stopni.

Pierwsze, to znaczy szybkie, cyrkulujące złoże fluidalne 110 działa tak, aby zapewnić wcześniej zakładany rozkład pierwszego gradientu ciśnienia (Apj/Ah) w złożu fluidalnym cząstek 110. Oraz drugie, to znaczy stacjonarne złoże fluidalne 116 działa tak, aby zapewnić wcześniej zakładany rozkład drugiego gradientu ciśnienia (Ap₂/Ah). Otwór lub otwory 122 (przedstawione tutaj jako jeden otwór, w celu zachowania przejrzystości figury rysunku) jest według wynalazku umieszczony na takim poziomie, że cząstki z pierwszego złoża fluidalnego 110 są transportowane do drugiego złoża fluidalnego 116 zasadniczo jedynie poprzez siłę nośną wytworzoną przez większy gradient ciśnienia (Ap^Ah) w cyrkulującym złożu fluidalnym 110 na poziomie otworu 122, niż ten w złożu 116 na tym poziomie.

Drugie złoże fluidalne 116 obejmuje dwie komory (124, 126), to znaczy komorę wlotową 124 służącą do transportu cząstek w dół w drugim złożu fluidalnym cząstek 116, do jego dolnej części, oraz komorę wylotową 126 służącą do transportu cząstek w górę do poziomu powyżej pierwszego rusztu 114. Otwór 122 jest umieszczony w górnej części komory wlotowej 124, łącząc komorę wlotową 124 z obiegowym złożem fluidalnym 110. W tym przykładzie wykonania powierzchnie wymieniające ciepło 128 są umieszczone tylko w komorze wlotowej 124, i powierzchnia przekroju poprzecznego komory wlotowej 124 jest znacznie większa, niż powierzchnia przekroju poprzecznego komory wlotowej 126. Korzystnie powierzchnia przekroju poprzecznego obszaru przepływu w komorze wylotowej 126 jest mniejsza niż 50% powierzchni przekroju poprzecznego obszaru przepływu w komorze wlotowej 124. Pożądane by było, gdyby powierzchnia przekroju poprzecznego przepływu komory wylotowej była mniejsza niż 30%, lub 25%, całkowitej powierzchni przekroju poprzecznego przepływu drugiego złoża fluidalnego 116.

W drugim złożu fluidalnym 116 może zostać wprowadzona ściana działowa 130, w celu wzmocnienia ruchu cząstek ku dołowi w komorze wlotowej 124 drugiego złoża fluidalnego i ruchu ku górze komorze wylotowej 126. Ściana działowa 130 musi przynajmniej wprowadzić pożądany ruch cząstek w drugim złożu fluidalnym, tak, aby został osiągnięty zakładany poziom wymiany ciepła, oraz aby tylko nieznacząca ilość cząstek była przenoszona (to znaczy w obiegu skróconym) bezpośrednio od otworu 122 do otworu wylotowego 132, we wspólnej ścianie 118 w komorze wylotowej 126. Tam gdzie odpowiednie działanie drugiego złoża fluidalnego 116 jest osiągnięte przez sterowanie współczynnika fluidyzacji i przepływu przez ruszt 120, ściana oddzielająca 130 może być zauważalnie krótsza i nie sięga aż tak blisko rusztu 120 jak to pokazano na fig, 1. Ściana 130 jest zasadniczo pionowa, posiadając jedynie małe zagięcie lub wykrzywienie przy swym połączeniu ze ścianą 118.

Według wynalazku możliwe jest osiągnięcie cyrkulacji cząstek po trasie zawierającej cyrkulacyjne złoże fluidalne 110 - komora wlotowa 124 stacjonarnego złoża fluidalnego 116 - komora wylotowa stacjonarnego złoża fluidalnego - powrót do obiegowego złoża fluidalnego 110. W sposób w j aki j est to przeprowadzane, możliwe jest efektywne wykorzystanie całej przestrzeni powierzchni wymienników ciepła 128 w drugim złożu fluidalnym i wyeliminowanie potrzeby stosowania oddzielnego przenośnika ułatwiającego ruch cząstek. Ponadto, możliwe jest także posiadanie jednocześnie wystarczającej powierzchni wymieniającej ciepło w drugim złożu fluidalnym 116, wystarczającej ilości materiału wprowadzanego z obiegowego złoża fluidalnego 110, nawet w warunkach niewielkiej ilości paliwa, dzięki stosunkowo niewielkiej wysokości, na której znajduje się otwór 122 we wspólnej ścianie 118, w celu osiągnięcia prostej i opłacalnej cyrkulacji materiału stałego.

181 189

Powierzchnia wymieniająca ciepło 128 zawiera urządzenia chłodzące, poprzez które ciecz chłodząca (na przykład para wodna lub woda) krąży aby ochłodzić cząstki znajdujące się w złożu 116. Może zostać zastosowany dodatkowo lub alternatywnie, dowolny konwencjonalny ochładzacz, oraz dowolna ciecz przepływająca do turbiny, generatora pary, lub im podobnych urządzeń, w celu użycia energii cieplnej odzyskanej z cząstek w wolnym złożu 116.

Pierwsze złoże fluidalne 110, oraz drugie złoże fluidalne 116 działają tak, aby pionowy rozkład gęstości cząstek w złożach powodowa! ruch cząstek. Rozkład ten jest schematycznie przedstawiony na fig. 2. Odnośnik B oznacza rozkład gęstości w drugim złożu fluidalnym 116, a C oznacza rozkład gęstości pierwszego złoża 110. Powyżej pewnego poziomu h₀ gęstość pierwszego złoża fluidalnego 110 jest większa niż gęstość w drugim złożu fluidalnym 116 na wysokości Ah_u, co przejawia się różnicą ciśnień Δρ^ρ^ΔΙι. W obiegowym złożu fluidalnym cząstek 110 (krzywa C) gaz fluidujący jest wprowadzany poprzez ruszt 114 na dnie komory reakcyjnej 112 w takiej ilości, że znacząca liczba cząstek jest unoszona przez gaz przepływający z dolnej części komory reakcyjnej 112, do jej górnej sekcji. Także, średnia gęstość cząstek w obiegowym złożu fluidalnym 110, stopniowo zmniejsza się w kierunku górnej części komory reakcyjnej 112, rozpoczynając od gęstości początkowej obiegowego złoża fluidalnego 110 w jego części dennej, tak jak to przedstawia krzywa C na fig. 2. Także, jak wynika z fig. 2, nie istnieje wyraźna górna powierzchnia złoża 110, ale zawiesina gaz/cząstki rozcieńcza się stopniowo w górę.

Figura 2 ujawnia także, że stacjonarne złoże fluidalne 116 posiada wyraźną powierzchnię górną (poniżej której gęstość cząstek jest zasadniczo stała) o wysokości h_b powyżej której obecna jest tylko nieznacząca ilość cząstek; to znaczy gęstość cząstek powyżej górnej powierzchni, wynosi zasadniczo zero, tak jak to przedstawia krzywa B na fig. 2. Gęstość wolnego złoża fluidalnego 116 jest regulowana, tak, aby była większa niż początkowa gęstość obiegowego złoża fluidalnego w jego części dennej na wysokości Ah, (to jest na poziomie rusztu 114).

Złoża fluidalne wytwarzają ciśnienia, które mogąbyć opisane jako Ap]=p_cgAh lub przez gradient Δρ₂/Δ1ι dla cyrkulującego złoża fluidalnego 110, i Δρ₂=p_BgAh lub przez gradient Ap/Ah dla stacjonarnego złoża fluidalnego 116. W wolnym złożu fluidalnym 116 gęstość naturalnie spadnie na wysokości górnej powierzchni złoża fluidalnego 116 i dlatego ciśnienie Δρ₂ nie wzrośnie powyżej powierzchni wolnego złoża fluidalnego. [Tąwysokościąjesth₀], Z drugiej strony, gdy średnia gęstość cząstek w obiegowym złożu fluidalnym 110 stopniowo zmniejsza się w kierunku górnej części komory reakcyjnej 112, nie zachodzą żadne gwałtowne zmiany w obiegowym złożu fluidalnym 110. To prowadzi do wniosku, że na wysokości będącej równą, lub znajdującą się poniżej górnej powierzchni wolnego złoża fluidalnego 116, na wysokości Ah równej lub mniejszej odh₀, ciśnienie wolnego złoża fluidalnego 116 jest większe niż ciśnienie obiegowego złoża fluidalnego 110, to znaczy Δρ^>Δρ_Ρ Oraz odpowiednio, na wysokości powyżej powierzchni wolnego złoża fluidalnego 116, na wysokości Ah_u większej niż h₀, ciśnienie obiegowego złoża fluidalnego 110 jest większe niż ciśnienie wolnego złoża fluidalnego 116, to znaczy Δρ|>Δρ₂. Umożliwia to pożądany ruch cząstek według wynalazku.

Na figurze 1 otwór 122 we wspólnej ścianie 118 jest umieszczony tak, że dolna krawędź otworu 122 znajduje się na wysokości h₀. Powoduje to ruch cząstek z pierwszego złoża fluidalnego 110 cząstek do drugiego złoża fluidalnego 116, w przestrzeni powyżej pozycji h₀, gdzie cząstki wpadają do złoża 116 na poziomie poniżej pozycji 1¾. Ponadto, jak można zobaczyć na fig. 2, poniżej tej pozycji gęstość cząstek drugiego złoża fluidalnego 116 jest znacznie większa niż w pierwszym złożu fluidalnym, więc na tej pozycji ciśnienie wynosi Ap_a=p_sgAh. Jednakże, otwór 122 może być umieszczony tak, że dolna krawędź otworu 122 znajduje się na pozycji h_in, powyżej wysokości h₀, na przykład tak jak to pokazuje fig. 5. W takim przypadku, siła nośna wprowadzająca cząstki z pierwszego złoża fluidalnego jest wytwarzana pomiędzy poziomem h₀ i poziomem h_in. Całkowita siła nośna, w takim przypadku gdy h_in jest większe od h₀, jest wytwarzana przez gęstość cząstek w drugim złożu fluidalnym 116, krzywa B, powinna być zmniejszona do wysokości h_in przez określenie średniego gradientu ciśnienia dla tej wysokości. Zasadniczo siła nośna jest odpowiednia jeśli powierzchnia A_B jest większa niż powierzchnia A_c.

Tak jak to przedstawiono na fig. 1, drugie złoże fluidalne 116 sięga do niższego poziomu niż poziom pierwszego rusztu 114 pierwszego złoża fluidalnego 110. Niespodziewanie odkryto, że możliwe jest wprowadzenie wymaganej ilości cząstek dla drugiego złoża fluidalnego 116, a przez to wprowadzenie wymaganej wielkości powierzchni wymieniających wewnątrz niego, poprzez rozciągnięcie drugiego złoża fluidalnego 116 do niższego poziomu niż poziom pierwszego rusztu 114 pierwszego złoża fluidalnego 110. W ten sposób otwór 122 może być umieszczony na poziomie, który zapewni działanie nawet w warunkach małej ilości paliwa; to znaczy w takim miejscu, w którym występuje znaczący przepływ cząstek nawet w warunkach małej ilości paliwa, gdy unoszenie cząstek do góry jest słabe.

Ponadto, przez kontrolę warunków wpływających na pożądaną różnicę ciśnień (Δρ₂-Δρ!) możliwe jest wprowadzenie ruchu cząstek po trasie, obiegowe złoże fluidalne 110 - komora wlotowa 124 stacjonarnego złoża fluidalnego 116-komora wylotowa 126 stacjonarnego złoża fluidalnego 116 - oraz obiegowe złoże fluidalne 110. Ta różnica ciśnień może być wykorzystana do przenoszenia cząstek po trasie znajdującej się w rozciągniętym w dół drugim złożu fluidalnym 116.

Komora wylotowa 126, wolna od powierzchni wymieniających ciepło w przykładzie wykonania z fig. 1, może być zbudowana jako wąska szczelina pomiędzy ścianą oddzielającą 130, a ścianą 131 zbiornika 129 określającego drugie złoże fluidalne cząstek 116. Komora szczeliny 126 może mieć długość równą długości ściany 131, lub może pokrywać tylko część ściany 131, a korzystnie ściana oddzielająca 130 posiada długość równą długości części wylotowej 126. Możliwe jest także ukształtowanie komory wylotowej 126, w formę rury lub podobnej do niej struktury wewnątrz komory 116, jednym krańcem połączonej z pierwszym złożem fluidalnym 110, a drugim krańcem połączonej z dolną częścią drugiego złoża fluidalnego 116.

W pracy reaktora ze złożem fluidalnym może zaistnieć potrzeba usunięcia większych cząstek z układu. Korzystnie jest to rozwiązane poprzez wprowadzenie drugiego złoża fluidalnego 116 z regulowanym wylotem 134. Tak więc ciepło cząstek, które mająbyć usunięte, może być odebrane poprzez powierzchnie wymieniające ciepło 128 przed odprowadzeniem ich z procesu.

Na figurze 3 przedstawiony jest kolejny przykład wykonania wynalazku. Jest on w zasadzie podobny do tego, przedstawionego na fig. 1, ale drugie złoże fluidalne cząstek 116 jest zbudowane odmiennie. W tym przykładzie wykonania komora wlotowa 124 j est ukształtowana tak, że posiada węższy przekrój poprzeczny przepływu niż komora wylotowa 126. Tak więc, powierzchnie wymieniające ciepło 128 sąumieszczone w komorze wylotowej 126. Wewnątrz znajduje się ściana działowa 130, dzieląca złoże 116 na komory wlotową i wylotową 124, 126. W tym przykładzie wykonania ściana działowa 130 znajduje się wysoko ponad rusztem 120, i korzystnie umieszczona j est pod kątem większym niż 20 stopni w stosunku do pionu. Ściana działowa 13 0 kieruje przepływ cząstek, tak, aby osiągnąć pożądane chłodzenie cząstek w części wylotowej 126.

Na figurze 4 przedstawiony jest kolejny przykład wykonania wynalazku. Jest on w zasadzie podobny do tych przedstawionych na fig. 1 i 3, z wyjątkiem tego że drugie złoże fluidalne cząstek 116 jest zbudowane odmiennie. W tym przykładzie wykonania komora wlotowa 124 i komora wylotowa 126 sąukształtowane tak, aby miały zasadniczo równe powierzchnie przekroju przepływu. Tak więc, powierzchnie wymieniające ciepło 128 sąumieszczone w obu częściach 124,126. Ściana oddzielająca 130, która ciągnie się pod kątem większym niż 20 stopni w stosunku do pionu, a następnie całkowicie pionowo, dzieli złoże 116 na części wlotową i wylotową 124, 126. W tym przykładzie wykonania ściana oddzielająca 130 rozciąga się do poziomu poniżej powierzchni wymieniających ciepło 128 w sposób zapewniający poprawny przepływ cząstek, w celu osiągnięcia pożądanego chłodzenia cząstek w obu komorach 124 i 126.

Na figurze 5 przedstawiony jest kolejny przykład wykonania wynalazku. Jest on w zasadzie podobny do tego przedstawionego na fig. 1, ale drugie złoże fluidalne cząstek 116, oraz ruszt 114, są zbudowane odmiennie. W tym przykładzie wykonania komora wlotowa 124 stanowi zasadniczo całą objętość złoża 116, a komora wylotowa 126 jest utworzona na zewnątrz ściany komory 131. W tym przykładzie wykonania powierzchnie wymieniające ciepło 128 umieszczone są wewnątrz komory wlotowej 124. Istnieje połączenie 126 łączące drugie złoże fluidalne 116 i pierwsze złoże fluidalne 110, odprowadzające ze złoża 116 na odpowiedni poziom rusztu 114.

181 189

FIG. 5

181 189

FIG. 2

FIG. 3

181 189

FIG.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ reaktora ze złożem fluidalnym, zawierający komorę reakcyjną złoża fluidalnego, zawierającą obiegowe złoże fluidalne, posiadającą pierwszy ruszt służący do wprowadzania gazu fluidalnego do obiegowego złoża fluidalnego oraz stacjonarne złoże fluidalne posiadające drugi ruszt służący do wprowadzania do niego gazu fluidującego, przy czym drugi ruszt umieszczony jest poniżej pierwszego rusztu, a poza tym układ posiada pierwsze połączenie pomiędzy obiegowym złożem fluidalnym, a stacjonarnym złożem fluidalnym zapewniające przechodzenie cząstek z obiegowego złoża fluidalnego do stacjonarnego złoża fluidalnego, przy czym pierwsze połączenie umieszczone jest powyżej pierwszego rusztu w pierwszej pozycji, oraz drugie połączenie pomiędzy obiegowym złożem fluidalnym i złożem stacjonarnym zapewniające przechodzenie cząstek ze stacjonarnego złoża fluidalnego do obiegowego złoża fluidalnego, przy czym drugie połączenie umieszczone jest poniżej pierwszego połączenia, ale na poziomie lub powyżej pierwszego rusztu i poniżej pierwszego połączenia, a poza tym w złożu stacjonarnym usytuowane są środki chłodzące cząstki złoża, znamienny tym, że ściana oddzielająca (130) zapobiegająca szybkiej wymianie cząstek pomiędzy pierwszym, a drugim połączeniem, umieszczona wewnątrz złoża stacjonarnego (116) stanowi ścianę działową złoża stacjonarnego między pierwszą i drugą komorą (124, 126), przy czym między ścianą oddzielającą (130) a rusztem (120) znajduje się otwór przepływowy, a pierwsza komora (124) znajduje się w bezpośrednim kontakcie z pierwszym połączeniem (122), a druga komora (126) znajduje się w bezpośrednim kontakcie z drugim połączeniem (132), a poza tym wewnątrz obiegowego złoża (110) i stacjonarnego złoża (116) panują różne ciśnienia i gęstości zapewniające w miejscu zlokalizowania połączeń powstanie siły nośnej regulującej przepływ cząstek z obiegowego złoża do złoża stacjonarnego, poprzez pierwsze połączenie, oraz ze złoża stacjonarnego do złoża obiegowego poprzez drugie połączenie.
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsza komora (124) posiada pierwszą powierzchnię przekroju poprzecznego, a druga komora (126) posiada drugąpowierzchnię przekroju poprzecznego, która stanowi mniej niż 50% pierwszej powierzchni przekroju poprzecznego.
3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że tylko w pierwszej komorze (124) umieszczone są urządzenia chłodzące (128).
4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w pierwszej i drugiej komorze (124,126) umieszczone są urządzenia chłodzące (128).
5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że tylko w drugiej komorze (126) umieszczone są urządzenia chłodzące (128).
6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsze połączenie (122) zawiera pierwszy otwór w pierwszej ścianie bocznej, oraz tym, że drugie połączenie (132) zawiera drugi otwór w pierwszej ścianie bocznej, przy czym komora reakcyjna (112) posiada pierwszą ścianę boczną(118).
7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że pierwsza ściana boczna (118) jest umieszczona pod kątem większym niż 10 stopni w stosunku do pionu, oraz tym, że drugie połączenie (132) jest umieszczone poziomo pomiędzy pierwszym połączeniem (122), a pierwszym rusztem (114).
8. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto w sąsiedztwie drugiego rusztu (120) zawiera zamykany przewód (134) zasysający cząstki.
9. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że część drugiego rusztu (120) znajduje się pod, poziomo zachodząc, pierwszym rusztem (114), druga powierzchnia przekroju poprzecznego jest mniejsza niż 25% pierwszej powierzchni przekroju poprzecznego, a drugie połączenie jest umieszczone w przerwie w pierwszym ruszcie.
10. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że urządzenia chłodzące (128) stanowią pośrednie wymienniki ciepła.

181 189
11. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że ściana oddzielająca (130) usytuowana jest zasadniczo tylko pionowo wewnątrz złoża stacjonarnego (116).
12. Układ według zastrz. I, znamienny tym, że zawiera ścianę oddzielającą(130) dzielącą złoże stacjonarne na pierwszą i drugą komorę, przy czym pierwsza komora (124) jest w bezpośrednim kontakcie z pierwszym połączeniem (122), druga komora (126) jest w bezpośrednim kontakcie z drugim połączeniem (132).
13. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że ściana oddzielająca (130) wewnątrz złoża stacjonarnego sięga od pierwszej ściany bocznej i skierowana jest zasadniczo pod kątem większym niż 20 stopni w stosunku do pionu.
14. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że ściana oddzielająca (130) sięga od pierwszej ściany bocznej i początkowo skierowana jest pod kątem większym niż 20 stopni w stosunku do pionu, a następnie usytuowana jest zasadniczo całkowicie pionowo wewnątrz złoża stacjonarnego.
15. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że ściana oddzielająca (130) odchylona jest od pierwszej ściany bocznej z pozycji znajdującej się bezpośrednio ponad drugim otworem, i usytuowana jest zasadniczo pionowo wewnątrz złoża stacjonarnego.
16. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że urządzenia chłodzące (128) są przynajmniej częściowo umieszczone poniżej poziomu pierwszego rusztu (114).

* * *