CZ422997A3

CZ422997A3 - Způsob zpracování provozních plynů v cirkulující vířivé vrstvě a zařízení k jeho provádění

Info

Publication number: CZ422997A3
Application number: CZ974229A
Authority: CZ
Inventors: Patrick Müller; Felix Koller
Original assignee: Von Roll Umwelttechnik Ag
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 1998-11-11
Also published as: JPH10206028A; NO976155D0; HUP9702470A2; JP3082035B2; KR19980064781A; CA2222958A1; KR100271123B1; ATE216476T1; EP0851175A1; ES2121717T1; PL324068A1; TW354363B; DE59707042D1; EP0851175B1; CZ293171B6; NO976155L; HUP9702470A3

Description

Způsob zpracování provozních plynů v cirkulující vířivé vrstvě a zařízení k jeho provádění

21-22 - 2 θ 2 ilSZ

Vynález se týká způsobu zpracování provozních plynů v cirkulující vířivé vrstvě, zejména ze spalování odpadu, přičemž provozní plyny se zavádějí do vířivé vrstvy zdola prostřednictvím vstupu ve tvaru Venturiho trubky.

Dále se týká zařízení p^ro provádění tohoto způsobu, to je fluidního reaktoru, který má kuželovité se vzhůru rozšiřující difuzorovou oblast, vytvářející společně s válcovým kanálem a s konfuzorem vstup ve tvaru Venturiho trubky pro provozní plyny.

Dosavadηí_stav_techriky

Způsob tohoto druhu je známý z DE-A-33 07 848. U tohoto způsobu jsou provozní plyny, jako spalované plyny obsahující spalitelné částice, přiváděny prostřednictvím vstupního ústrojí ve tvaru Venturiho trubky do fluidního reaktoru, který pracuje na principu cirkulující vířivé vrstvy, a tam se dodatečně spalují a čistí. Na rozdíl od klasické stacionární vířivé vrstvy, u které je pevné částice obsahující fáze oddělena zřetelným těsnicím skokem od plynového prostoru upraveného nad ní, jsou u tohoto způsobu, to znamená u cirkulující vířivé vrstvy, vytvářeny dělicí stavy cirkulujících pevných částic bez definované mezní vrstvy, u kterých se koncentrace pevných částic uvnitř reaktoru zmenšuje ve směru zdola vzhůru.

Žádoucí je, aby se vytvářel plynulý odběr koncentrací pevných částic ve směru zdola vzhůru uvnitř cirkulující vířivé vrstvy. Toho však nebylo až dosud možné u cirkulujících vířivých vrstev se vstupním ústrojím ve tvaru Venturiho trubice dosáhnout. Bylo zjištěno, že částice pevných hmot v okrajových oblastech vířivé vrstvy klesají směrem dolů a že se shromažďují v nejspodnější nejtižší oblasti směrem dolů kuželovité se zužujícího fluidního reaktoru. Tyto částice pevných hmot jsou potom v tomto místě zadržovány a vůbec se nedostanou do cirkulace. Zejména při zpracovávání provozních plynů s lepivými složkami, například roztavenými pevnými hmotami jako létajícím popílkem, vznikají pevné aglomerace, které v tomto místě mohou dosáhnout až velikosti tenisového míčku. Shromažďování pevných částic ve spodní oblasti fluidního reaktoru vytváří zúžení v tomto vstupním místě ve fluidním reaktoru, čímž je proud provozního plynu zužován a urychlován. Tím zbývá k dispozici méně času pro zpracování provozních plynů, než se předpokládalo. Nehomogenní rozdělování, pevných částic vytváří nedostatečnou výměnu tepla a teplotní skoky v reaktoru.

Další nevýhoda známé cirkulující Venturiho vířivé vrstvy spočívá v tom, že oběh pevných částic je menší, než u konvenční vířivé vrstvy.

Dále je z US-PS 4,934,232 známé vytvořit stacionární vířivou vrstvu, to .je fluidní lože pro spalování pevných paliv tak, že malá část materiálu vířivého lože je z reaktoru vynášena a recirkuluje. Do pevné částice obsahující fáze se kromě centrálně zaváděného spalovacího vzduchu vefukuje prostřednictvím více ve dnu reaktoru uspořádaných vstupních otvorů přídavný vzduch, aby se jinak jen mírný pohyb pevných

- 3 • · • · ·· • 9 ·· • · · · · • ·· ·· ··

částic ve fluidním loži zvýšil. I tak je však π této vířivé vrstvy, stejně jako před tím, zřetelný hustotní skok mezi spodním fluidním ložem a mezi horním plynovým prostorem a dostává se je zlomek pevných částic do oběhu.

Podstata_vynálezu

Vynález si klade za úkol vytvořit způsob v úvodu uvedeného druhu a fluidní reaktor pro provádění tohoto způsobu s hustotou suspenze zbytkových částic, která se ve směru zdola nahoru trvale zmenšuje. To v^de ke zdokonalené výměně tepla a k rovnoměrnému rozdělování teploty.

Vytčený ukal se řeší způsobem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že provozní plyny se zavádějí do vířivé vrstvy v jádrovém proudu a současně se vhánějí v prstencové podlahové okrajové oblasti soustředně k jádrovému proudu do cirkulující vířivé vrstvy proudy pomocného plynu tak, že v okrajových oblastech cirkulující vířivé vrstvy dolů klesající pevné částice vířivé vrstvy se dopravují do jádrového proudu, jakož i zařízením pro provádění tohoto způsobu, kde je u fluidního reaktoru mezi válcovým kanálem a difuzorovou stěnou upravena prstencová podlahová okrajová oblast, která má více rovnoměrně rozdělených a soustředně k válcovému kanálu uspořádaných podlahových otvorů pro vhánění proudů pomocného plynu.

Další výhodná uspořádání způsobu podle vynálezu a fluidního reaktoru pro provádění, způsobu podle vynálezu jsou uvedena v závislých patentových nárocích.

Překvapivě bylo zjištěno, že zmenšením vstupního prů řezu provozních plynů při současném soustředném zavedení proudů pomocného plynu do zbývající prstencové okrajové oblasti se dosáhne lepšího promíchání částic pevných hmot a provozních plynů uvnitř cirkulující vířivé vrstvy a tím také plynulého rozdělení částic pevných hmot. Podle vynálezu lze plynulé rozdělování optimalizovat až téměř k exponenciálnímu rozdělování.

Podle vynálezu se dosáhne stavu cirkulace v cirkulující Venturiho vířivé vrstvě ve shodě s obvyklou cirkulující vířivou vrstvou u vstupního dna, které je opatřeno tryskami. Oběh pevných částic se ve srovnání s až dosud známými Venturiho vířivými vrstvami zvětší více než třicetinásobně.

Pod pojmem provozní plyny se rozumí průmyslové spaliny, zejména spaliny ze spalování odpadků. Takové zpracování plynů podle vynálezu zpravidla obsahuje chlazení, suché čištění, to je odstraňování kyseliny chlorovodíkové, oxidu siřičitého atd. a/nebo dodatečné spalování. Nasazení cirkulující vířivé vrstvy pro chlazení, to je prudké ochlazování, suché čištění nebo dodatečné spalování provozních plynů z ohniště a jeho výhody jsou známé z uvedeného DE-A-33 07 343. Provozní plyny jsou přitom nasazovány jako fluidní plyn. Jako pevná hmota ve vířivé vrstvě je například písek, případně se použijí adsorpční činidla a/nebo reakční činidlo. 3 výhodou je však úložný materiál tvořen nejméně z části létajícím popílkem, vznikajícím při spalování. Uložený materiál vytváří, velmi dobrý unášeč tepla, který při vhodném rozdělení částic pevných hmot umožňuje rovnoměrné rozdělení teploty ve fluidním reaktoru, přičemž teplotu je možné dobře regulovat o sobě známým způsobem, například prostřednictvím vnějšího chladiče tekutého uložení.

·

- 5 ··99

9 9· • ·· 9

9 99

Prostřednictvím vynálezu lze lépe využít možností, které poskytuje cirkulující vířivá vrstva. Zejména se v důsledku plynulého rozdělování částic pevných hmot uskuteční reakce a výměna tepla rychleji. Tak je možné zkrátit dobu setrvání v reaktoru, případně je možné vytvářet reaktory s menšími rozměry.

Fřehled_obrázků na výkrese

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je schematicky znázorněn svislý centrální řez spodní částí fluidního reaktoru pro provádění způsobu podle vynálezu podle prvního příkladu provedení.

Na obr. 2 je schematicky znázorněn svislý centrální řez spodní částí fluidního reaktoru pro provádění způsobu podle vynálezu podle druhého příkladu provedení.

Ρ£ί^19άγ_ρΓονεάθηί_vynálezu

Podle obr. 1 a obr. 2 má fluidní reaktor JL, 1 , z něhož je na výkrese znázorněna jen spodní část, směrem vzhůru se kuželovité rozšiřující difuzorovou oblast 2, do které vyústuje válcový kanál 4 pro zavádění zpracovávaných provozních plynů. Provozní plyny, které vytvářejí jádrový proud K, proudí skrz válcový kanál 4 ve směru šipky do fluidního reaktoru 1., 1 . Difuzorová oblast 2 vytváří společně s válcovým kanálem 4 a s na něj dole navazujícím konfuzorem 5 vstup pro provozní plyny ve tvaru Venturiho trubky.

- 6 ·· • · • · · ·· ··

Mezi válcovým kanálem £ a mezi difuzorovou stěnou 2 je uspořádána válcový kanál 4 obklopující prstencová podlahová okrajová oblast Q, která vytváří spodní uzávěr difuzorové oblasti 2.

U provedení, které je znázorněno na obr. 1, je výstupní otvor 8 válcového kanálu 4 vzhledem k prstencové podlahové okrajové oblasti přesazen dovnitř fluidního reaktoru K U varianty fluidního reaktoru 1 , která je znázorněΛ na na obr. 2, je upraven výstupní otvor 8 ve stejné rovině jako prstencová podlahová okrajová oblast 6.

Soustředně k válcovému kanálu 4 je podle obr. 1 v prstencové podlahové okrajové oblasti 6 uspořádáno více, s výhodou rovnoměrně kolem válcového kanálu 4 rozdělených podlahových otvorů 10, do kterých jsou vloženy trysky 9, vyústil jící uvnitř fluidního reaktoru _1. Prostřednictvím těchto trysek 9. jsou do fluidního reaktoru 1_ soustředně a s výhodou rovnoběžně vzhledem k jádrovému proudu K, který vystupuje z výstupního otvoru 8, vháněny do fluidního reaktoru 1_ proudy H pomocného plynu, jak je to znázorněno šipkami .

U varianty provedení, která je znázorněna na obr. 2, jsou proudy H pomocného plynu vháněny skrz podlahové otvory 10*, které jsou uspořádány ve více kruzích soustředně kolem válcového kanálu 4, čímž se dosáhne rovnoměrné podlahové fluidace v prstencové podlahové okrajové oblasti 6. Je samozřejmě také možné vhánět proudy H pomocného plynu jak prostřednictvím trysek 9, tak i prostřednictvím podlahových otvorů 10 . Proudy H pomocného plynu mohou být tvořeny bud přídavným plynem nebo částečně nebo zcela provozním plynem.

- 7 ··44 • 4 4 4· • · · 44 • · 4 4 4 ·4 • · · 4 ·· ·· ·· ··4444

4 44 • 44 4 · 4 ··

44

44··

Pokud se ve fluidním reaktoru 1_, 1' uskutečňuje dodatečné spalování, tak se s výhodou přivádí plyn obsahující kyslík, s výhodou společně s proudy H pomocného plynu.

Vynález je dále znázorněn na podkladě následujícího příkladu.

Příklad

Do komory dodatečného spalování poloprovozu pro dodatečné spalování provozních plynů byly jako proudy H pomocného plynu prostřednictvím dvanácti trysek 9 o průměru o hod3 notě 10 mm vháněny 50 až 250 m /h za normálních podmínek vzduchu, což odpovídá výstupní rychlosti o hodnotě 15 až 75 m/s za normálních podmínek. Dalším proudem 4 pomocného plynu pro fluidaci dna byly vháněny 15 až 50 m³/h za normálních podmínek, což odpovídá rychlosti fluidace o hodnotě 0,08 až 0,27 m/s za normálních podmínek. Do komory dodatečného spalování vstupující množství kouřových plynů mělo hod3 notu 800 až 1400 m /h za normálních podmínek při teplotě o hodnotě 1200 °C až 1600 °C.

Typické bylo množství kouřových plynů o hodnotě 1200 o

m'^J/h za normálních podmínek a 1500 C při skrz trysky _9 zaváděném množství pomocného plynu o hodnotě 150 ra³/h za normálních podmínek a případně další množství pomocného plynu pro fluidaci dna, případně podlahy o hodnotě 1500 m' /h za normálních podmínek?·

Poměr vnějšího průměru prstencové podlahové okraiové oblasti 6 k průměru válcového kanálu 4, připadne výstupního otvoru 8 pro jádrový proud K má s výhodou hodnotu 3 : 1

až 10 : 8. Jak již bylo v úvodu uvedeno, bylo u způsobu podle stavu techniky zpozorováno, že částice pevných hmot, případně létající popílek v okrajových oblastech vířivé vrstvy na podkladě zpětného proudění plynu a síly tíže opět klesají směrem dolů. Již vytvoření prstencové podlahové okrajové oblasti o kolem válcového kanálu 4 zmenšuje shromažďování částic pevných hmot ve spodní části fluidního

Λ reaktoru _1, 1 . Prostřednictvím skrz trysky .9 a/nebo podlahové otvory 10, 10 zaváděných proudů H pomocného plynu se podle vynálezu zabrání tomu, aby se tyto částice pevných hmot ve spodní zúžené reaktorové části shromažďovaly a byly tam zadržovány. Proudy H pomocného plynu opět rozviřti jí částice pevných, hmot, uvolňu jí je, udržu jí .je ve vznášení a dopravují je do jádrového proudu K, aniž by docházelo k usazování a zapékání. Spadaný hrubý popel může být bez problémů odtahován, .jak je to patrno z obr. 1 a 2, kde je odvod 11 hrubého popele označen šipkou ve směru A odvádění hrubého popele. Odvádění hrubého popele umožňuje optimalizaci poklesu tlaku ve fluidním reaktoru 2· Tím je potřebný také menší výkon sání, což umožňuje .jednodušší konstrukci zařízení. Mimoto se způsobem podle vynálezu dosáhne klidnějšího provozu, který je méně závislý na pulzaci v přívodu provozního plynu.

U způsobu podle vynález·» vzrůstá .jak vnitřní, tak i vně vedený oběh částic pevných hmot. Dobré vměšování částic pevných látek prostřednictvím proudů H pomocného plynu do jádrového proudu K vytváří velmi dobrý ochlazovací efekt, například z hodnoty 1600 °C na hodnotu 900 °C. To má zvláštní význam například pro chlazení kouřových plynů. Uvedený nárůst oběhu částic pevných hmot má za následek také nárůst tepelné energie, kterou lze získat a dále využít ve fluid• · • · ní vrstvě chladiče.

Při dodatečném spalování lze zabránit vysokým teplotám, protože v důsledku velmi dobrého promíchání plynu a pevných částic lze spalovací teplo odvádět prakticky v nejvhodnějším místě.

Podstatná výhoda způsobu podle vynálezu, případně fluidního reaktoru podle vynálezu spočívá ve vytváření plynulého rozdělování suspenzní hustoty v cirkulující vířivé vrstvě se vstupem s Venturiho trubkou a tím také v optimálním uskutečňování procesu uvnitř cirkulující vířivé vrstvy.

advokátka

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob zpracování provozních plynů v cirkulující vířivé vrstvě, zejména ze spalování odpadu, přičemž provozní plyny se zavádějí do vířivé vrstvy zdola prostřednictvím vstupu ve tvaru Venturiho trubky, vyznačující se tím, že provozní plyny se zavádějí do vířivé vrstvy v jádrovém proudu (K) a současně se vhánějí v prstencové podlahové okrajové oblasti (o) soustředně k jádrovému proudu (K) do cirkulující vířivé vrstvy proudy (H) pomocného plynu tak, že v okrajových oblastech cirkulující vířivé vrstvy dolů klesající pevné částice vířivé vrstvy se dopravují clo jádrového proudu (K).
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že proudy (ii) pomocného plynu se vhánějí rovnoběžně k jádrovému proudu (K).
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že jako pomocný plyn se nejméně částečně využívá provozní plyn.
4. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že jako pomocný plyn se využívá další plyn.
5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že poměr vnějšího průměru prstencové podlahové okrajové oblasti (6) k průměru jádrového proudu (K) má hodnotu 3 : 1 až 10 : 8.
6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že v prstencové podlahové okra• 9 ·♦ ··

9 9

9 9 ♦· 99 jové oblasti (6) se prostřednictvím proudů (H) pomocného plynu uskutečňuje rovnoměrná podlahová fluidace, přičemž střední rychlost proudů (lí) pomocného plynu nad podlahovou plochou okrajové oblasti má s výhodou hodnotu 0,05 až 0,3 m/s, vypočítanou za normálních podmínek.
7. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 6, v y z n a č u jící se tím, že část proudů (H) pomocného plynu se vhání s výstupní rychlostí o hodnotě 15 až 75 m/s, vypočítanou za normálních podmínek.
8. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznač ti - j í c í s e t í m , že pro provádění suchého čištění plynu se v cirkulující vířivé vrstvě používají částice pevných hmot obsahující reakční činidla a/nebo adsorpční činidla.
9. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že pro provádění dodatečného spalování se zavádí kyslík obsahující plyn, s výhodou v podobě proudů (H) pomocného plynu.
10. Fluidní reaktor (1, 1^#) pro provádění způsobu podle nároku 1, který má kuželovité se vzhůru rozšiřující difuzorovon oblast (2), vytvářející společně s válcovým kanálem (4) a s konfuzorem (5) vstup ve tvaru Venturiho trubky pro provozní plyny, vyznačující se tím, že mezi válcovým kanálem (4) a difuzorovon sterou (3) je upravena prstencová podlahová okrajová oblast (o), která má více rovnoměrně rozdělených a soustředně k válcovému kanálu (4) uspořádaných podlahových otvorů (10, 10 ) pro vhánění proudů (H) pomocného plynu.

·· ·· ··

1.1.

i o 1ώ e

13.

13.

14.

14.

15.

15.

• · · ·· • · ··· ·· • · ·· ·· ·· • · ·· ···· ··· *

Fluidní reaktor podle nároku 10, vyznačující se tím, že nejméně část podlahových otvorů (10) je opatřena tryskami (9) pro vhánění proudů (H) pomocného plynu.

Fluidní reaktor podle nároku 10 nebo 11, vyznačující se tím, že dnové otvory (10 ) jsou uspořádány ve více k válcovému kanálu (4) soustředných kruzích.

Fluidní reaktor podle jednoho z nároků 10 až 12, vyznačující se tím, že válcový kanál (4) zasahuje do difuzorové oblasti (2).

Fluidní reaktor podle jednoho z nároků 10 až 12, vyznačující. se tím, že válcový kanál (4) lícuje na difuzorové straně s prstencovou podlahovou okrajovou oblastí (6).

Fluidní reaktor podle jednoho z nároků 10 až 14, vyznačující se tím, že nad prstencovou podlahovou okrajovou oblastí (6) je ve spodní difuzorové oblasti (2) uspořádán odvod (11) hrubého popele.