CS262224B1

CS262224B1 - Wiring for determination of ignition temperature of solid fuels in fluidized bed «

Info

Publication number: CS262224B1
Application number: CS874337A
Authority: CS
Inventors: Pavel Ing Csc Slouka; Otakar Ing Nadenik; Rudolf Houda
Original assignee: Pavel Ing Csc Slouka; Otakar Ing Nadenik; Rudolf Houda
Priority date: 1987-06-12
Filing date: 1987-06-12
Publication date: 1989-03-14
Also published as: CS433787A1

Abstract

Řešení se týká určené zápalné teploty tuhých paliv ve fluidní vrstvě a současně stanovení vlastností fluidní vrstvy. Provádí se v zapojení tvořeném dvěma rozměrově stejnými reaktory s děrovaným roštem, nad kterým je průtokem plynného média vytvářena fluidní vrstva vzorku tuhého paliva. Jeden reaktor, tepelně izolovaný, slouží pro stanovení zápalné teploty a druhý reaktor, průhledný, slouží pro stanovení vlastností fluidní vrstvy. Plynné médium je přiváděno přes regulační ventil, průtokorněr, předehřívač a přepínací ventil vždy jen do jednoho z obou reaktorů. Každý reaktor je doplněn čidlem měření teploty ve fluidní vrstvě a přiváděného plynného média v prostoru pod roštem a registračním zařízením obou měřených teplot.The solution concerns the determined ignition temperature of solid fuels in a fluidized bed and simultaneously the determination of the properties of the fluidized bed. It is carried out in a circuit consisting of two reactors of the same size with a perforated grate, above which a fluidized bed of a solid fuel sample is created by the flow of a gaseous medium. One reactor, thermally insulated, is used to determine the ignition temperature and the second reactor, transparent, is used to determine the properties of the fluidized bed. The gaseous medium is fed via a control valve, flow meter, preheater and switch valve to only one of the two reactors. Each reactor is supplemented with a sensor for measuring the temperature in the fluidized bed and the supplied gaseous medium in the space under the grate and a registration device for both measured temperatures.

Description

Vynález se týká zapojení pro určení zápalné teploty tuhých paliv ve fluidní vrstvě.The invention relates to a circuit for determining the ignition temperature of solid fuels in a fluidized bed.

Dosud nejsou známa řešení, která by umožňovala rychlé a jednoduché stanovení zápalné teploty tuhých paliv ve fluidní vrstvě při současném zjištění vlastností, zejména hustoty, fluidní vrstvy tvořené palivem v okamžiku rozpálení paliva. Stanovení zápalné teploty jemně zrnitých tuhých paliv ve fluidní vrstvě známých vlastností má zásadní význam zejména při uvádění do provozu fluidních generátorů pro spalování nebo zplyňování uhlí, zvláště pak při tlakové variantě těchto generátorů.So far, there is no known solution that would allow a quick and simple determination of the ignition temperature of solid fuels in the fluidized bed while simultaneously detecting the properties, in particular the density, of the fluidized bed formed by the fuel at the time of fuel burning. The determination of the ignition temperature of fine-grained solid fuels in the fluidized bed of known properties is of particular importance when commissioning fluidized bed gasification or coal gasification generators, particularly in the pressure variant of such generators.

Dosud známé postupy stanovují zápalnost tuhých paliv v nehybné vrstvě a pouze výjimečně bylo prováděno měření s částečnou a blíže neurčenou fluidizací vzorku paliva.The prior art methods determine the ignitability of solid fuels in the stationary layer, and only rarely measurements were performed with partial and unspecified fluidization of the fuel sample.

Vzhledem k tomu, že zápalná teplota závisí kromě vlastností paliva a plynného oxidovadla i na vlastnostech fluidní vrstvy, nejsou dosud známé postupy ani jimi získané výsledky použitelné pro technologicky a ekonomicky optimální stanovení podmínek a postupu uvádění do provozu jednotlivých fluidních reaktorů pro zplyňování a spalování tuhých paliv.Since the ignition temperature depends not only on the properties of the fuel and the gaseous oxidant, but also on the properties of the fluidized bed, the processes and results obtained by them are not yet known for the technologically and economically optimal determination of conditions and commissioning procedure of individual fluidized bed gasification and combustion reactors. .

Nedostatky výše uvedené odstraňuje zapdjénf podle vynálezu, které je tvořeno dvěma reaktory stejných rozměrů, z nichž jeden je tepelně izolovaný a druhý je průhledný, v nicjiž je nad děrovaným roštem vytvořena fluidní vrstva vzorku paliva. Do každého z reaktorů je jednak zaústěn přívod plynného média přiváděného přes regulační ventil, průtokoměr, předehřívač a přepínací ventil a jednak jsou zavedena dvě čidla pro měření teploty v prostoru pod roštem a ve fluidní vrstvě. Čidla jsou připojena na registrační zařízení.The drawbacks of the above are overcome by the invention, which consists of two reactors of the same size, one of which is thermally insulated and the other of which is transparent, in which a fluidized bed of fuel sample is formed above the perforated grate. Each of the reactors has an inlet for the gaseous medium supplied via a control valve, a flow meter, a preheater and a changeover valve, and two sensors for measuring the temperature in the space below the grate and in the fluidized bed are introduced. The sensors are connected to the recording device.

Hlavní výhodou zapojení podle vynálezu je, že umožňuje spolehlivé určení zápalné teploty tuhých paliv ve fluidní vrstvě za různých fluidizačních podmínek a pro různá oxidační média a současně umožňuje přesné stanovení vlastností fluidní vrstvy, např. hustoty za stejných fluidizačních podmínek, za kterých byla určena zápalná teplota. Stanovení zápalné teploty lze provádět v širokém rozsahu vlastností fluidní vrstvy daných zrněním paliva a jeho vlastnostmi a vlastnostmi oxidačního plynného média. Pro daný vzorek paliva lze provést postupně měření v celém rozsahu existence fluidní vrstvy od počátku fluidizace až po hranici úletu. Měření lze provádět i za zvýšeného tlaku. V uvedeném zařízení lze provést i měření zápalné teploty v nehybné vrstvě vzorku.The main advantage of the present invention is that it enables reliable determination of the ignition temperature of solid fuels in the fluidized bed under different fluidization conditions and for different oxidation media, and at the same time allows accurate determination of fluidized bed properties, e.g. . The determination of the ignition temperature can be performed over a wide range of properties of the fluidized bed due to the grain of the fuel and its properties and the properties of the oxidizing gaseous medium. For a given fuel sample, measurements can be made sequentially over the entire range of fluid bed existence from the start of fluidization to the drift boundary. Measurements can also be made at elevated pressure. It is also possible to measure the ignition temperature in the stationary layer of the sample.

Další výhodou je, že po vychladnutí a vyjmutí vzorku paliva použitého při stanovení vlastností fluidní vrstvy, je možno jeho porovnáním s původním vzorkem stanovit změnu vlastností tuhého paliva způsobenou ohřevem ve fluidní vrstvě na zápalnou tep4 lotu, např. změnu vlhkosti, stupeň karbonizace aj.Another advantage is that after cooling and removal of the fuel sample used to determine the properties of the fluidized bed, it is possible to determine by comparison with the original sample the change in the solid fuel properties caused by heating in the fluidized bed to an ignitable temperature.

Příklad provedení vynálezu je znázorněn schematicky na přiloženém výkrese. Zařízení se skládá z regulačního ventilu 1, průtokoměru 2, předehřívače 3, přepínacího· ventilu 4 a dvou rozměrově stejných reaktorů 5 a 6 samostatně připojených na přepínací ventil 4. Každý z obou reaktorů obsahuje děrovaný rošt 8, nad nímž je vytvořena fluidní vrstva 7 vzorku tuhého paliva. Na každém z reaktorů je umístěno jedno čidlo 9 teploty ve fluidní vrstvě 7 a druhé čidlo 10 teploty pod roštem 8 a obě čidla jsou spojena s registračním zařízením 11. Před regulačním ventilem 1 je na přívodu oxidačního plynného média uzavírací ventil 13 a na paralelním přívodu inertního média je uzavírací ventil 14. Část zařízení zahrnující předehřívač 3, přepínací ventil 4 a reaktorAn exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the attached drawing. The apparatus consists of a control valve 1, a flow meter 2, a preheater 3, a changeover valve 4 and two dimensionally identical reactors 5 and 6 separately connected to the changeover valve 4. Each of the two reactors comprises a perforated grate 8 over which a fluidized bed 7 of the sample is formed. solid fuel. Each of the reactors has one temperature sensor 9 in the fluidized bed 7 and a second temperature sensor 10 below the grate 8, and both sensors are connected to a recording device 11. Upstream of the control valve 1, a shut-off valve 13 is provided at the oxidant gas medium. The medium is a shut-off valve 14. Part of the apparatus comprises a preheater 3, a changeover valve 4 and a reactor

5, včetně spojovacích přívodů je tepelně izolována izolací 12.5, including the connecting leads, is thermally insulated by insulation 12.

Do reaktoru 5 se na rošt 8 nasype odvážené množství vzorku paliva. Stejné množství téhož vzorku se nasype i do reaktoruA weighed amount of fuel sample is poured into the reactor 5 on the grate 8. An equal amount of the same sample is poured into the reactor

6. Nastaví se zvolený průtok oxidačního plynného· média, např. vzduchu, regulačním ventilem 1 za pomoci průtokoměrů 2. Přepínací ventil 4 je v poloze umožňující vstup plynného média do reaktoru 5. Zapne se topení' předehřívače 3 s programovatelným, nejlépe lineárním vzestupem teploty a současně se zapne registrační zařízení 11, které kontinuálně zaznamenává teplotu ve fluidní vrstvě 7 snímanou čidlem 9 a teplotu plynného média před vstupem do fluidní vrstvy 7 snímanou čidlem 10 umístěným pod roštem 8. Při zapálení vzorku uhlí stoupne prudce teplota fluidní vrstvy 7 snímané čidlem6. The selected flow rate of the oxidizing gaseous medium, eg air, is adjusted via the control valve 1 by means of the flowmeters 2. The switching valve 4 is in a position allowing the gaseous medium to enter the reactor 5. The preheater 3 is switched on. and at the same time the recording device 11 is switched on, which continuously records the temperature in the fluidized bed 7 sensed by the sensor 9 and the temperature of the gaseous medium before entering the fluidized bed 7 sensed by the sensor 10 located below the grate 8.

9. Zápalná teplota paliva se vyhodnotí z grafického záznamu obou snímaných teplot. Po zapálení paliva se vypne předehřívač 3 a zařízení se nechá vychladnout, nejlépe v proudu plynného média, popř. inertního, s nímž bude prováděna další část měření. Po vychladnutí předehřívače 3 se přepne přepínací ventil 4 do polohy umožňující vstup plynného média do reaktoru 6. Dále se postupuje s inertním plynným médiem, např. dusíkem stejně jako v předchozím případě s tím rozdílem, že při dosažení zápalné teploty se stanoví vlastnosti fluidní vrstvy 7 známými způsoby, např. hustota z optického měření výšky vrstvy při fluidizací a před fluidizací.9. The ignition temperature of the fuel is evaluated from the graphical record of both sensed temperatures. After ignition of the fuel, the preheater 3 is switched off and the device is allowed to cool, preferably in a stream of gaseous medium or gas. inert, with which the next part of the measurement will be performed. After the preheater 3 has cooled down, the changeover valve 4 is switched to a position allowing the gaseous medium to enter the reactor 6. The inert gas medium, e.g. nitrogen, is used as before, except that the properties of the fluidized bed 7 are determined when the ignition temperature is reached. by known methods, such as density from optical measurement of layer height during and prior to fluidization.

Uvedený postup se použije v případě, že se měrná hmotnost o viskozitě oxidačního a inertního plyného média neliší o více než 10 %.This procedure applies when the specific gravity of the viscosity of the oxidizing and inert gaseous media does not differ by more than 10%.

V případě, že k oxidačnímu plynnému médiu nelze nalézt vhodné inertní plynné médium, provede se stanovení vlastností fluidní vrstvy 7 v reaktoru 6 s použitím oxidačního plynného média postupem popsaným pro Inertní plynné médium s tím rozdílem, že měření vlastností fluidní vrstvy 7, např.If no suitable inert gas medium can be found for the oxidizing gaseous medium, the properties of the fluidized bed 7 in the reactor 6 are determined using the oxidizing gaseous medium as described for the inert gas medium, except that the properties of the fluidized bed 7, e.g.

výšky, se provede při dosažení teploty o cca 10 až 20 °C nižší, než je stanovená zápalná teplota, tj. před zapálením fluidní vrstvy 7 paliva a ihned se zamění oxidační plynné médium za inertní, současně se vypne předehřívač 3 a teprve po propláchnutí reaktoru 6 inertním plynným médiem se zastaví jeho průtok.10 to 20 ° C lower than the set ignition temperature, i.e. before the fluidized bed 7 is ignited and the oxidizing gas medium is immediately switched to inert, at the same time the preheater 3 is switched off and only after the reactor has been purged. 6 the inert gas medium stops the flow.

Opakováním celého postupu při různých rychlostech proudění plynného média se určí nejvhodnější oblast podmínek a postup pro uvádění do provozu fluidiního reaktoru 5, zpracovávajícího paliva, jehož zápalná teplota byla měřena.By repeating the entire process at different flow rates of the gaseous medium, the most appropriate range of conditions and the procedure for commissioning the fuel processing fluidized bed reactor 5, the ignition temperature of which has been measured, are determined.

Vynález byl uskutečněn na přístroji s reaktory o vnitřním průměru 50 mm a výšce 1000 mm, jeden reaktor 5 byl kovový, tepelně izolovaný a druhý reaktor 6 byl z chemického, tepelně odolného skla.The invention was carried out on an apparatus with reactors having an internal diameter of 50 mm and a height of 1000 mm, one reactor 5 being metallic, thermally insulated and the other reactor 6 being of chemical, heat resistant glass.

Teplota plynného média vystupujícího z předehřívače 3 do reaktoru 5 nebo reaktoru 8 se zvyšovala z počáteční teploty 20 °C přibližně lineárně rychlostí cca 10 °C za minutu. Jako oxidační plynné médium byl použit vzduch a jako inertní plynné médium sloužil dusík. Rozhodující fyzikální parametry, tj. měrná hmotnost a viskozita obou plynů jsou téměř shodné. Měření bylo prováděno při atmosférickém tlaku. Zápalná teplota tří vzorků severočeských hnědých uhlí o různém zrnění v intervalu 0,5 až 3 mm při navážkách vzorku odpovídající cca 100 cm³vzorku, při použití vzduchu jako oxidačního média a rychlostech fluidlzace 0,57 až 1,13 m/s, měřeno při 20 °C, se pohybovala v rozmezí 190 až 280 °C v závislosti na vlastnostech fluidní vrstvy 9. Ze série měření byly získány lineární závislosti zápalné teploty na rychlosti fluidizace vzduchem pro každou frakci zrnění. Ze stanovení vlastností fluidní vrstvy 7 dusíkem bylo stanoveno pro každou frakci zrnění a druh uhlí, optimální rychlost průtoku oxidačního média a jí odpovídající zápalná teplota.The temperature of the gaseous medium exiting the preheater 3 to the reactor 5 or reactor 8 increased from an initial temperature of 20 ° C approximately linearly at a rate of about 10 ° C per minute. Air was used as the oxidizing gaseous medium and nitrogen was used as the inert gaseous medium. The decisive physical parameters, ie the specific gravity and viscosity of the two gases, are almost identical. The measurement was performed at atmospheric pressure. Ignition temperature of three samples of North Bohemian brown coal of different grain size in the interval of 0.5 to 3 mm at the sample weight corresponding to about 100 cm ^{3 of the} sample, using air as oxidizing medium and fluidization rates 20 ° C, ranged from 190 to 280 ° C depending on the properties of the fluidized bed 9. Linear ignition temperature versus air fluidization rates for each grain fraction were obtained from a series of measurements. From the determination of the properties of the fluidized bed 7 by nitrogen, the grain size and type of coal, the optimum flow rate of the oxidizing medium and the corresponding ignition temperature were determined for each fraction.

Vynálezu lze využít především pro stanovení zápalné teploty jemně zrnitých tuhých paliv ve fluidní vrstvě nutné pro optimální stanovení podmínek a postupu pro uvádění do provozu fluidních reaktorů pro zplyňování a spalování tuhých paliv. Vynálezu je také možno využít ke stanovení teploty začátku intenzivního průběhu jakékoliv chemické reakce s větším tepelným zabarvením mezi tuhou látkou ve fluidní vrstvě a fluidizačním médiem, plynem či kapalinou.In particular, the invention can be used to determine the ignition temperature of fine-grained solid fuels in a fluidized bed necessary to optimally determine the conditions and process for commissioning fluidized bed reactors for gasification and combustion of solid fuels. The invention can also be used to determine the temperature of the onset of the intense course of any chemical reaction with a greater thermal color between the solid in the fluidized bed and the fluidizing medium, gas or liquid.

Claims

SUBJECT

Wiring for determining the ignition temperature of solid fuels in a fluidized bed formed of two fluidized bed reactors with a fuel sample above the grate, characterized in that each of the two dimensionally identical reactors (5, 6) is connected by a separate gaseous medium supply to a changeover valve (4). is connected via a preheater (3) and a flow meter (2)

BACKGROUND OF THE INVENTION with a control valve (1) and in each of the two reactors (5, 6), a temperature sensor (9) for measuring the fluidized bed (7) of the fuel sample and a sensor (10J) for measuring the temperature of the gaseous medium are located. each sensor is connected to a separate recording device (11).