PL232612B1 - Komora paleniskowa duo-reaktora fluidalnego z nośnikami tlenu typu CLOU dla spalania paliw stałych - Google Patents

Abstract

Komora paleniskowa duo-reaktora ma dysze (1) do wprowadzania gazu fluidyzującego oraz kanały (2) do odprowadzania popiołu dennego, umieszczone w dnie (3) komory. Ściany boczne (4) komory paleniskowej mają kanały (5) do wprowadzania paliwa, natomiast strop (6) komory ma kanał (7) do odprowadzania gazów spalinowych. Wewnątrz centralnej części komory paleniskowej umieszczony jest co najmniej jeden transportowy kanał (8) dla stałych nośników tlenu typu CLOU, pełniący funkcję dystrybutora tlenu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest komora paleniskowa duo-reaktora fluidalnego z nośnikami tlenu typu CLOU (to jest pętla chemiczna z uwalnianym tlenem, ang. Chemical Looping with Oxygen Uncoupling) dla spalania paliw stałych do stosowania w branży energetycznej.

Produkcja energii elektrycznej i ciepła w procesach spalania paliw stałych powoduje powstawanie istotnych ilości zanieczyszczeń gazowych, w tym CO2, emitowanych do atmosfery. Głębokie ograniczenie emisji gazów spalinowych możliwe jest jedynie poprzez wychwyt CO2. Spalanie paliw stałych może być realizowane w układach ze złożem fluidalnym, co znacząco przyczynia się do emisji CO2.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 175242 reaktor ze złożem fluidalnym, z szybkim czy też obiegowym procesem fluidyzacji, używany w wielu różnych procesach spalania, wymiany ciepła, procesach chemicznych czy też metalurgicznych. Składnikami złoża fluidalnego reaktora są paliwa takie jak: węgiel, koks, lignit, drewno, wióry czy torf oraz inne odpowiednie materiały takie jak piasek, popiół, związki pochłaniające siarkę, katalizatory czy tlenki metali. W reaktorach ze złożem obiegowym istnieje wewnętrzny obieg materiału stałego wewnątrz komory spalania. Materiał, z którego składa się złoże, jest w ciągłym turbulentnym ruchu do góry i na dół. Cząstki znacznie łatwiej poruszają się w komorze do góry. Obszar gromadzący skupione cząstki i większe obiekty jest utworzony w dolnej części komory spalania. Większe obiekty, w obszarze gromadzącym zwarte cząstki, mogą mieć negatywny wpływ na wymianę ciepła w dolnej części komory spalania, w związku z obniżeniem efektywności przypływu ciepła i z tendencjami do zatykania przestrzeni pomiędzy powierzchniami wymieniającymi ciepło.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 194339 kocioł ze złożem fluidalnym, którego komora spalania zawiera wewnętrzną sekcję o prostokątnym przekroju poprzecznym, zdefiniowaną przez cztery ściany boczne, dno oraz strop, w której to wewnętrznej sekcji materiał złoża zawierający przynajmniej paliwo stałe jest poddawany fluidyzacji za pomocą gazu fluidyzacyjnego wprowadzanego poprzez dno, głównie za pomocą powietrza wykorzystywanego do przeprowadzania egzotermicznej reakcji chemicznej w kotle. Ściany boczne komory spalania są typowo wyposażone w kanały wprowadzające paliwo oraz powietrze wtórne.

Celem rozwiązania według wynalazku jest zaprojektowanie takiej konstrukcji komory paleniskowej duo-reaktora fluidalnego z cyrkulującymi stałymi nośnikami tlenu typu CLOU, która umożliwi znaczące ograniczenie emisji CO2 podczas spalania paliw stałych, przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów eksploatacyjnych takiego reaktora.

Istotą komory paleniskowej duo-reaktora fluidalnego z nośnikami tlenu typu CLOU dla spalania paliw stałych o prostokątnym przekroju poprzecznym, która zaopatrzona jest w dysze do wprowadzania gazu fluidyzującego oraz kanały do odprowadzania popiołu dennego, umieszczone w dnie komory, jak również zaopatrzona jest w kanały do wprowadzania paliwa znajdujące się w ścianach bocznych oraz kanał do odprowadzania gazów spalinowych znajdujący się w stropie komory jest to, że wewnątrz centralnej części komory paleniskowej znajduje się co najmniej jeden transportowy kanał dla stałych nośników tlenu typu CLOU, pełniący funkcję dystrybutora tlenu. Górny koniec transportowego kanału zamocowany jest w stropie komory paleniskowej, a dolny jego koniec zamocowany jest w dolnej części ściany bocznej. Pochyły odcinek transportowego kanału zaopatrzony jest w otwory wylotowe, którymi tlen uwolniony ze stałych nośników typu CLOU dostarczany jest do komory paleniskowej.

Konstrukcja komory paleniskowej według wynalazku, poprzez zastosowanie transportowego kanału, jako dystrybutora tlenu, umożliwia przemieszczanie się w nim stałych nośników tlenu typu CLOU, bez ich bezpośredniego kontaktu z paliwem oraz popiołem powstającym w procesie spalania. Zapobiega to przedostawaniu się niedopalonego paliwa oraz popiołu z komory paleniskowej do komory regeneracyjnej. Niekorzystne zjawisko dopalania paliwa w komorze regeneracyjnej powoduje bowiem, że tlen przewidziany do natleniania nośników zużywany jest w reakcji spalania, jak również, że dwutlenek węgla powstający w wyniku tej reakcji nie podlega wychwytowi i jest odprowadzany do atmosfery. Z kolei, obecność popiołu w komorze regeneracyjnej powoduje wzrost oporów przepływu powietrza przez tą komorę. Konieczność doprowadzenia większej ilości powietrza oraz podniesienie jego sprężu zwiększa bezpośrednio potrzeby własne reaktora, a tym samym jego koszty eksploatacyjne i pośrednio emisję CO2. Przedstawione rozwiązanie zapobiega również wywiewaniu nośników tlenu z komory paleniskowej do ciągu spalinowego oraz usuwaniu nośników układem odprowadzania popiołu dennego. To z kolei, znacząco ogranicza konieczność bieżącego uzupełniania ubytków nośnika w reaktorze, co przekłada się na koszty użytkowania instalacji.

PL 232 612 B1

Rozwiązanie według wynalazku zastosowane w układzie fluidalnego duo-reaktora do spalania paliw stałych z użyciem stałych nośników tlenu typu CLOU umożliwia osiągnięcie wysokiego stężenia CO2 w gazach spalinowych podczas spalania paliw stałych, bez potrzeby stosowania w tym celu energochłonnych układów separacji tlenu z powietrza. Z kolei, wysokie stężenie CO2 w spalinach ułatwia i obniża koszty wychwytu CO2, przyczyniając się do ograniczenia emisji tego związku do atmosfery.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie komorę paleniskową w przekroju podłużnym, a fig. 2 przykład układu do spalania paliw stałych z udziałem komory paleniskowej według wynalazku.

Komora paleniskowa 30 duo-reaktora o prostokątnym przekroju poprzecznym ma dysze 1 do wprowadzania gazu fluidyzującego oraz kanały 2 do odprowadzania popiołu dennego, umieszczone w dnie 3 komory paleniskowej 30. Ściany boczne 4 komory paleniskowej 30 wyposażone są w kanały 5 do wprowadzania paliwa, natomiast strop 6 komory paleniskowej 30 wyposażony jest w kanał 7 do odprowadzania gazów spalinowych. Wewnątrz centralnej części komory paleniskowej 30 umieszczony jest co najmniej jeden transportowy kanał 8 dla stałych nośników tlenu typu CLOU, pełniący funkcję dystrybutora tlenu. Górny koniec transportowego kanału 8 zamocowany jest w stropie 6 komory paleniskowej 30, a dolny jego koniec zamocowany jest w dolnej części ściany bocznej 4. Pochyły odcinek transportowego kanału 8 zaopatrzony jest w otwory wylotowe 9 dla tlenu uwolnionego z przemieszczających się w nim stałych nośników typu CLOU.

Na fig. 2 pokazano schemat ideowy układu z duo-reaktorem fluidalnym, w którym zastosowana jest komora paleniskowa do spalania paliw stałych z wykorzystaniem stałych nośników tlenu typu CLOU.

Powietrze zubożone w tlen oraz utlenione stałe nośniki tlenu typu CLOU opuszczające komorę regeneracyjną 10 kierowane są do układu nawrotu 20, którym stałe nośniki tlenu OC (ang. oxygen carrier) doprowadzane są do komory paleniskowej 30 celem oddania tlenu do procesu spalania, skąd zredukowane stałe nośniki tlenu zawracane są do komory regeneracyjnej 10; natomiast powietrze zubożone w tlen z układu nawrotu 20 odprowadzane jest do atmosfery, a spaliny z komory paleniskowej 30, charakteryzujące się stężeniem CO2 powyżej 90%, kierowane są do urządzenia odpylającego 50, którego wylot spalin 60 połączony jest z wlotem gazu fluidyzującego 70 komory paleniskowej 30 i jednocześnie z zespołem wychwytu CO2 80, gdzie uzyskiwany jest dwutlenek węgla o wysokiej czystości do 99,99%. Komora regeneracyjna 10 posiada wlot powietrza A doprowadzanego z otoczenia, a urządzenie odpylające 50 posiada odprowadzenie popiołu lotnego FA, natomiast komora paleniskowa 30 posiada wlot paliwa stałego F i odprowadzenie popiołu dennego BA oraz co najmniej jeden wewnętrzny perforowany transportowy kanał 8 stanowiący dystrybutor tlenu, którymi transportowane są stałe nośniki tlenu i gdzie dochodzi do ich redukcji.

Zastrzeżenie patentowe

Claims (1)

1. Komora paleniskowa duo-reaktora fluidalnego z nośnikami tlenu typu CLOU dla spalania paliw stałych o prostokątnym przekroju poprzecznym, zaopatrzona w dysze do wprowadzania gazu fluidyzującego oraz kanały do odprowadzania popiołu dennego, umieszczone w dnie komory, jak również zaopatrzona w kanały do wprowadzania paliwa znajdujące się w ścianach bocznych oraz kanał do odprowadzania gazów spalinowych znajdujący się w stropie komory, znamienna tym, że wewnątrz centralnej części komory paleniskowej /30/ znajduje się co najmniej jeden transportowy kanał /8/ dla stałych nośników tlenu typu CLOU, którego górny koniec zamocowany jest w stropie /6/ komory paleniskowej /30/, a dolny jego koniec zamocowany jest w dolnej części ściany bocznej /4/, przy czym pochyły odcinek transportowego kanału /8/ zaopatrzony jest w otwory wylotowe /9/.