PT90680B

PT90680B - Treactor de leito fluidificado e metodo para a sua operacao

Info

Publication number: PT90680B
Application number: PT9068089A
Authority: PT
Inventors: Michael Gerard Alliston; Walter Robert Campbell
Original assignee: Foster Wheeler Energy Corp
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1995-07-06
Also published as: PT90680A

Description

REACTOR DE LEITO FLUIDIFICADO E MÉTODO PARA A SUA OPERAÇAO

Este invento refere-se a um reactor de leito fluidificado e a um método para o controlar, no qual uma primeira câmara e várias outras câmaras adicionais são formadas num receptáculo. Um material combustível particulado é suportado em todas as câmaras adicionais e é introduzido ar em cada uma das câmaras adicionais, para fluidificar o material. Um material particulado é introduzido numa das câmaras, e as câmaras comunicam para permitir ao material circular entre as câmaras. 0 calor é extraído de uma das outras câmaras adicio nais, e o material, quando excede um limite de altura pré-determinado, circiu la das outras câmaras adicionais para a primeira câmara, antes de ser desca£ regado para o exterior do receptáculo, através da primeira câmara.

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TITULAR: FOSTER WHEELER ENERGY CORPORATION

EPÍGRAFE: REACTOR DE LEITO FLUIDIFICADO E MÉTODO PARA A SUA OPERAÇÃO “

MEMÓRIA DESCRITIVA

Antecedentes da Invenção

Esta invenção está relacionada com um reactor de leito fluidificado e respectivo método de operação em que é gerado calor pela combustão de material combustível particulado que circula através de várias câmaras.

Vários tipos de reactores, ou permutadores de calor, tal como geradores de vapor ou outros equipamentos deste tipo, utilizam um leito fluidificado como fonte primária de geração de calor. Nestes sistemas faz-se circular ar através de um leito de material particulado, incluindo um combustível fóssil, tal coino o carvão, e um ad sorvente para o enxofre gerado como resultado da combustão de carvão, para fluidificar o leito e para promover a com bustão do combustível a temperaturas relativamente baixas. Quando o reactor é utilizado como gerador de vapor, o calor produzido pelo leito fluidificado é utilizado para con verter água em vapor, resultando numa combinação atractiva de alta libertação de calor, alta absorção do enxofre, baixa emissão de óxidos de nitrogénio e flexibilidade de combustível.

sistema mais comum de combustão de leito flujÍ dificado é normalmente chamado leito fluidificado borbuIhante, em que um leito de material particulado é susten tado por uma placa de distribuição de ar, no qual o ar de suporte da combustão é introduzido através de uma série de perfurações na placa, provocando uma expansão do material e o seu acesso a um estado suspenso ou fluidificado. A velocidade do gás é tipicamente duas ou três vezes a necessária ao desenvolvimento de uma queda de pressão qu$ suportará o peso do leito (por exemplo a velocidade mínima de fluidificação), causando a formação de bolhas que sobem através do leito e lhe dão a aparência de um liquido fervendo. 0 leito exibe uma superfície superior bem definida e o arrastamento de partículas pelo gás que deixa o leito é muito baixo, de tal modo que a recolha e reciclagem des tas partículas nem sempre são necessárias. O calor e as propriedades de transferência de massa da mistura de duas fases são altos, correspondendo aos valores típicos de um líquido.

Neste tipo de sistemas, as superfícies de permutação de calor são usualmente imersas no leito de material particulado fluidificado para remoção do calor do ma terial e sua correspondente utilização para outros fins. Quando são utilizados permutadores de calor imersos deste tipo, é usualmente desejável poder controlar o ritmo a que o calor é extraído. Isto é feito normalmente fazendo variar a altura do leito fluidificado e por consequência a quantidade de superfície que fica imersa. Contudo existem situações em que não está disponível um grau de liber dade suficiente na escolha da altura do leito, tal como por exemplo quando é necessária uma pressão de sólidos do leito fluidificado mínima, por razões não relacionadas com a transferência de calor. Neste caso, a transferência de calor pode ser controlada desviando uma parte do material particulado que é então arrefecida sem entrar em contacto com o permutador de calor. Quando as quantidades correctas de material arrefecido e não arrefecido são de seguida re combinadas, pode ser obtida a temperatura final desejada do material. Por exemplo diferentes tipos de válvulas, tal como as válvulas de torneiras e válvulas L, têm sido usadas para sangrar uma parte dos sólidos circulando através do leito e/ou para controlar directamente o ritmo do fluxo de um leito permutador de calor ou de um leito em que o controlo é efectuado na pressão do material. Contudo, este tipo de dispositivos afectam muitas vezes de um modo adverso a integridade funcional de outros aspectos do sistema tais como por exemplo, a manutenção de uma pressão de material mínima no leito fluidificado.

Sumário da Invenção

E portanto objecto da presente invenção fornecer um reactor de leito fluidificado e um método para a sua operação no qual a quantidade de calor extraída do lei.

to fluidificado é controlada sem ter de variar a altura do leito fluidificado.

E ainda objecto da presente invenção fornecer um reactor e um método do tipo acima referido em que o ri£ mo de extracção de calor é controlado desviando uma parte dos materiais do permutador de calor sem incorrer nos pro blemas normalmente associàdos a este procedimento.

E ainda objecto da presente invenção fornecer um permutador de calor e um método do tipo acima referido em que o ritmo de extracção de calor do leito fluidificado é controlado desviando uma parte do material partícula do para longe do permutador de calor e recombinando-a ulteriormente com a parte em contacto com o permutador de calor.

E ainda objecto da presente invenção fornecer um reactor e um método do tipo acima referido em que são fornecidos vários leitos fluidificados separados dentro do recipiente do reactor, num dos quais é instalada uma superfície de permutação de calor, sendo as restantes usadas para controlar a quantidade de material particulado expojs ta â superfície de permutação de calor.

No sentido de dar cumprimento a estes e outros objectivos, uma primeira câmara e várias outras câmaras a dicionais são instaladas num receptáculo de um reactor e é introduzido material particulado numa das câmaras adicionais sendo-lhe permitido circular para as outras câmaras adicionais. Uma superfície de permutação de calor é insta lada numa das câmaras adicionais para extracção de calor

do leito fluidificado al existente e o material nas câmaras adicionais pode circular para dentro da primeira câa mara quando o nível nas câmaras adicionais excede uma altura pré-determinada . 0 material que entra na primeira câmara é descarregado do recetáculo para equipamento exterior .

Breve Descrição dos Desenhos

A descrição breve realizada, bem como outros objectivos, características e vantagens da presente inven ção serão melhor apreciadas com base na seguinte descrição detalhada das incorporações presentemente preferidas mas nem por isso menos ilustrativos de acordo com a presente invenção quando tomada em conjunto com os desenhos anexos em que:

- a Figura 1 é um corte do reactor de leito fluidificado da presente invenção;

- a Figura 2 é um corte segundo o eixo 2-2 da

Figura 1;

- a Figura 3 é uma planta do reactor da Figura 1; e

- a Figura 4 é uma perspectiva parcial alargada descrevendo as divisórias usadas no reactor da Figura 1.

Descrição da Incorporação Preferida

Com referência às Figuras 1-3 dos desenhos, o número de referência 10 refere-se em geral ao reactor da presente invenção que inclui um recipiente, ou receptáculo, formado por uma parede frontal 12, uma parede na rectaguarda 14, e duas paredes laterais 16 e 18 (Figura 2). Uma abertura de descarga 20 é instalada na parcela su perior da parede 14 para permitir aos gases sair do reactor, como será explicado.

Um par de divisórias paralelas espaçadas 22 e 24 estendem-se entre as paredes laterais 16 e 18 e uma di. visória 26 (Figuras 2 e 3) estende-se entre as divisórias 22 e 24 para dividir o receptáculo em quatro câmaras, A, B,

C e D. A câmara D estende-se imediatamente atrás da câma ra A e as câmaras B e C estendem-se dos lados das câmaras

A e B como está melhor representado na Figura 3.

Uma grade perfurada 30 estende-se horizontalmente na parte inferior do recetáculo entre as paredes 12 a 14 e desde a parede lateral 16 à divisória 26. Uma conduta de ar 31 é disposta debaixo do extremo inferior do receptáculo e comunica com três canais 32a, 32b e 32c que distribuem ar nos três plenos 34a, 34b e 34c dispostos imediatamente abaixo da grade, que se encontra debaixo das câmaras A, B e C, respectivamente.

Válvulas de controlo 36a, 36b e 36c estão dispostas nas condutas 32a, 32b e 32c, respectivamente, para controlo do fluxo de ar vindo da conduta 30 para os ple6

nos 34a, 34b e 34c e do mesmo modo para as câmaras A, B e C, respectivamente.

Um tubo de admissão de combustível particulado 40, estende-se desde uma fonte exterior (não mostrada) até e através da câmara A, com o seu extremo de saída estendendo-se logo acima da grade 30. Material particulado, de preferência sob a forma de partículas discretas de material combustível, tal como o carvão betuminoso, pode ajs sim alimentar continuamente o interior da câmara A via a conduta 40. Compreende-se que um adsorvente do enxôfre, tal como o calcário, pode ser introduzido na câmara A de modo semelhante por via da conduta 40 ou, alternativamente, por via de outro alimentador (não mostrado) com o material adsorvente funcionando como adsorvente do enxôfre gerado pela combustão do carvão, de uma maneira convencio nal.

Como é melhor ilustrado na Figura 4, as parcelas inferiores das partes das divisórias 22 e 24 definindo a câmara A têm aberturas, ou entalhes 42a e 42b, respectivamente, traçadas através delas para permitir o mate rial particulado combustível circular da câmara A para o interior das câmaras B e C.

Um par de aberturas tipo vazadouros 44a e 44b, são providenciadas nas parcelas das divisórias 22 e 24 que definem a câmara D para permitir ao material particulado nas câmaras B e C verter para a câmara D na hipótese da acumulação de materiais particulados nas câmaras B e C ex ceder um limite de altura pré-determinado. Uma tremonha 46

é instalada na parte inferior da câmara D que comunica com uma conduta de salda 48, para permitir ao material combustível particulado, na câmara D, sair do reactor.

Um permutador de calor, mostrado em geral pelo número de referência 50, está disposto na câmara B e consiste num ou mais feixes de tubos, um dos quais é mostrado pelo número de referência 50. O tubo 50 tem uma admissão 50a ligada a uma fon te de fluido de arrefecimento, tal como a água e uma exaustão 50b, para passar a água para equipamento externo, depois da água ter passado através da câmara B, e ter, assim, extialdo calor do leito fluidificado desta câmara.

Em operação, é introduzido material particulado combustível na câmara A, por via da conduta de admissão 40, estando compreendido que o material adsorvente pode também ser introduzido na câmara de um modo semelhante. Os registos /torneiras de ar 36a, 36b, e 36c são abertos conforme se desejar, para permitir ao ar de fluidificação passar em sentido ascendente através dos plenos 34a, 34b, e 34c, e através da grade perfurada 30, e ter acesso às câmaras A, B e C, respectivamente. O ar fluidifica, assim, o material particulado nas câmaras A, B, e C, sendo controlados a velocidade do ar e, portanto, o grau de fluidificação e a altura resultante do material nas câmaras, conforme necessário', variando a posição dos registos 36a, 36b e 36c. O material particulado acumulado na câmara A passa através das aberturas 42a e 42b, nas divisórias 22 e 24, respectivamente, para o interior das câmaras B e C, respectivamente.

Um queimador/acendedor, ou outro equipamento deste tipo (não répresentado), é disposto na câmara B e é accionado para incendiar o material particulado nesta câmara, com o ar introduzido na câmara promovendo a combustão. 0 ar mais os produtos gasosos da combustão passam para a parte superior da câmara B, onde saem para o exterior através da salda 20. O material combustível acumula-se nas câmaras A, B e C e, se a altura do material excede a altura dos vazadouros 44 e 44b, o material vai verter para a câmara D e sair via a saída 48.

A velocidade do ar entrando na câmara A é controlada pelo registo 36a, para fluidificar o material particulado no leito, a um valor que é considerado óptimo para fornecer uma pre são de selagem para a condut,a 40. A velocidade do ar entrando nos leitos nas câmaras B e C é controlada pelos registos 36b e 36c, de acordo com o controle da transferência de calor requerido. Uma vez que a velocidade de fluidificação nas câmaras B e C será usualmente diferente da velocidade da câmara A, o material nas câmaras B e C terá diferentes densidades. Uma vez que o material particulado comunica entre as câmaras A e B, e entre as câmaras A e C, através das aberturas 42a e 42b, os leitos irão operar a diferentes alturas. Os vazadouros de saída 44a e 44b irão portanto descarregar quantidades de material, das câmaras B e C, respectivamente, para a câmara D, que dependem das alturas dos leitos expandidos, atingidas nas câmaras B e C. Deste modo, a fracção do fluxo total de material que passa através das câmaras B e C é controlada variando as velocidades de fluidifica· ção nos respectivos leitos.

Verifica-se, assim, que, do que foi dito, resultam várias vantagens. Por exemplo, o ritmo de extracção de calor do leito fluidificado na câmara-B é controlado variando a veloci dade do ar nas câmaras B e C. Ainda., o reactor da presente invenção pode ser facilmente posto em funcionamento, providenciando um trajecto de fluxo não arrefecido para o material partícula do combustível, durante a sua entrada em funcionamento. Mais ainda, os sólidos saem do reactor da presente invenção via a conduta 48, enquanto impedem o refluxo ou o salpicar para trás. Mais ainda, uma altura suficiente de material particulado combu£ tível na câmara A é assegurada para que se verifique a pressão de selagem¹para a conduta de admissão 40. Mais ainda, uma vez que ocorrerá uma perda de pressão associada com o fluxo de material particulado através das aberturas 42a e 42b, a pressão do leito na câmara A será maior do que a pressão nas câmaras B e C, para melhor assegurar a integridade da pressão de selagem fornecida pelo leito fluidificado na câmara A.

Uma latitude de modificação, mudança ou substituição está entendida na revelação precedente, e em determinadas circunstâncias algumas características da invenção serão utilizadas sem o correspondente uso de outras características.

De acordo com isto, é conveniente que as reivindicações anexas sejam construídas de uma forma geral, e duma forma consistente com o âmbito da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1- Um reactor de leito fluidificado caracterizado pelo facto de compreender um receptáculo, dispositivos de ligação integrados no dito receptáculo para dividir o dito receptáculo numa primeira câmara e em várias câmaras adicionais, dispositivos de grelha dispostos em todas as câmaras adicionais referidas, para suportar material combustível particulado, meios para introduzir ar em cada uma das referidas câmaras adicionais, para fluidificar o material particulado em cada câmara, meios para intro duzir o material combustível particulado numa das referidas ll câmaras adicionais, meios para permitir ao material circular da dita câmara adicional para as outras câmaras adicionais referidas, dispositivos de permuta de calor, dispostos numa das outras câmaras adicionais referidas, meios para permitir a cir culação do dito material, das outras câmaras adicionais referi_ das para a dita primeira câmara, e dispositivos de vazão com inicio na dita primeira câmara, para permitir a descarga de ma terial do dito receptáculo.
2- Um reactor, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de os ditos meios para permitir ao material circular da dita câmara adicional para as outras câmaras adicionais referidas, compreenderem aberturas localizadas nas partes inferiores de uma parcela dos referidos dispositivos de divisão.
3- Um reactor, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto de os ditos.meios para permitir a circulação do material, das outras câmaras adicionais referidas para a dita primeira câmara, compreenderem vazadouros localizados nas partes superiores de uma parcela dos referidos dispositivos de divisão, de modo a que o referido material circule das outras câmaras adicion-ais referidas para a dita primeira câmara, em consequência da altura do dito material nas outras câmaras adicionais referidas exceder um valor pré-determinado.
4- Um reactor, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo facto dos ditos dispositivos de divisão serem construídos e dispostos de modo a que a dita primeira câmara se estenda por detrás da referida câmara adicional, e partilhe com ela um dispositivo de divisão comum, e de modo a que as outras câmaras adicionais referidas se estendam ao longo dos respectivos lados da dita primeira câmara e da referida câmara adicional, e partilhem com elas dispositivos de divisão comuns.
5- Um método de operar um reactor de leito fluidificado, caracterizado pelo facto de compreender as fases de dividir um receptáculo numa primeira câmara e em várias outras câmaras adicionais, introduzir material combustível particulado numa das referidas câmaras adicionais, estabelecer a comunicação da dita câmara adicional com as outras câmaras adicionais para permitir ao material referido circular, da dita câmara adicional para as outras câmaras adicionais referidas, introduzir ar nas referidas câmaras adicionais, para fluidificar o material nas referidas câmaras adicionais, promover a combustão do material combustível numa das outras câmaras adicionais referidas, para gerar calor na dita câmara das outras câmaras adicionais, extrair o calor referido da dita câmara das outras câmaras adicionais, estabeleaer a comunicação das outras câmaras adicionais referidas com a dita primeira câmara, para permitir ao material referido circular das outras câmaras adicionais referidas para a dita primeira câmara, e descarregar o dito material do receptáculo referido através da dita primeira câmara.
6- Um método, conforme reivindicado na reivindicação 5, cara13 cterizado pelo facto do dito material circular das câmaras adicionais referidas para a dita primeira câmara, em consequência da altura do dito material, nas outras câmaras adicionais referidas, exceder um valor pré-determinado.

Lisboa, 30 de Maio de 1989

F£LO AGENTE OFICIAL DA ί