Способ контроля постадийного горения в реакторах псевдоожиженного циркулирующего слоя и днище реактора для его осуществления

 

Использование: способ и сопловое днище , предназначенные для обеспечения контролируемого перемешивания газовых струй в реакторах с псевдоожиженным слоем , например, катализатора, а также циркуляционных реакторах аналогичного действия. Сущность изобретения: введение в реактор части воздуха, используемого для поддержания процесса горения, через псевдоожижающие сопла 7., находящиеся в дутьевом днище 4. Для улучшения контроли

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИК (я)з F 23 C 11/02 госудАРстВенное пАтентное

ВЕДОМСТВО СССР (ГоспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4743246/06 (86) PСТI Н 87/00102 (06,08.87) (22) 05.02.90 (46) 15.08.93. Бюл. ¹ 30 (71) Эйнко Ой (Fi) . (72) Сеппо Руотту (Fl) (56) Заявка Великобритании N 2001744, кл, F 23 0 19/00, опубл. 1981, Заявка Великобритании N 2053018, кл.

F 23 С 11/02, опубл,1981, Заявка Великобритании ¹ 2093367, кл.

F 23 С 11/22, опубл.1981, Заявка Великобритании N 1604312, кл.

В 1 F, опубл.1981.

Авторское свидетельство СССР

N 996793, кл. F 23 С 11/02, 1981, „„Я2,„, 1835028 А3 (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОСТАДИЙНОГО

ГОРЕНИЯ В РЕАКТОРАХ ПСЕВДООЖИЖЕННОГО ЦИРКУЛИРУЮЩЕГО СЛОЯ И

ДНИЩЕ РЕАКТОРА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: способ и сопловое днище, предназначенные для обеспечения контролируемого перемешивания газовых струй в реакторах с псевдоожиженным слоем, например, катализатора, а также циркуляционных реакторах аналогичного действия. Сущность изобретения; введение в реактор части воздуха, используемого для поддержания процесса горения, через псевдоожижающие сопла 7., находящиеся в дутьевом днище 4. Для улучшения контроли1835028

45 руемости процесса сгорания остальная часть воздуха вводится через вертикальные струйные сопла 8, также находящиеся в указанном днище 4, при этом дальность действия по вертикали струй,, формируемых соплами 8, существенно превосходит вертиИзобретение относится к способу, обеспечивающему контролируемое, заданное смешивание газовых струй или потоков в реакционных аппаратах с псевдоожиженным слОем катализатора и циркуляционных реакторах аналогичного действия.

Основная идея изобретения состоит в введении всего используемого воздуха через сопловое днище даже при условии осуществления процесса горения с явно выраженным секционированием, что направлено на уменьшение выхода МОх. При реализации данного способа на основной части поверхности поперечного сечения выше уровня соплового днища и до заданной высоты может поддерживаться достехиометрический режим.

Техническое решение в рамках данного изобретения в дополнение к улучшению контролируемости процесса горения, о чем было сказано выше, дает еще ряд положительных качеств и преимуществ. В частности, конструкционным преимуществом я вл яется отсутствие каких-либо до пол нительн каналов в структуре реактора. Кроме того изобретение позволяет минимизировать выход окиси азота и энергетические непроизводительные потери за счет .отхода негорючих газообразных продуктов и кокса в результате неполного смешивания, поскольку струйные сопла могут размещаться любым необходимым образом по всему реактору.

На фиг. 1 представлен схематизированный продольный разрез циркуляционного реактора с псевдоожиженным слоем; в конструкции и принципе действия которого использованы сопловое дутьевое днище и способ, составляющие предмет притязаний данного изобретения; на фиг. 2 приведен вид в плане соплового днища реактора, выполненного согласно настоящему изобретению; на фиг. 3 приведен поперечный разрез соплового днища, изображенный на фиг. 2 (разрез дан по секущей плоскости А-А, показанной на фиг. 2), На фиг, 1 показан симметрично-половинный разрез Ilo вертикали циркуляционного реактора 1 псевдоожижен ного действия, представляющего собой полнокальное проникновение воздушных струй от сопел 7, причем диаметр сопел 8 больше. предпочтительно в 5 — 20 раз, диаметра псевдоожижающих сопел 7, а количество сопл 8 существенно меньше числа сопл 7. 2 и 1 з.п,ф-лы, 3 ил. стью охлаждаемую конструкцию. В нижней части реактора 1 расположен воздушный отсек 2, образованный становыми панелями.3.

Закрывающим сводом этого отсека 2 является сопловое дутьевое днище 4. Над этим днищем 4 находится реакционная камера 5, в верхней части которой располагаются сепараторы 6 твердых частиц, частично выходящие в эту камеру 5.

Весь воздух, используемый в реакторе

1 для поддержания процесса горения, поступает в реакционную камеру 5 из отсека 2 через сопловое днище 4, которое показано более подробно на фиг. 2, его вид сверху в направлении реакционной камеры 5. На практике сопловое днище 4 в типовом варианте исполнения имеет размеры порядка

2х4 м и соответственно площадь 8 м . В днище 4 вмонтированы псевдоожижающие дутьевые сопла 7, через которые в реакционную камеру 5 вводится основная часть воздуха. создающего эффект псевдоожижения. Для обеспечения равномерного псевдоожижающего действия сопла 7 расположены в дутьевом днище 4 с равными интервалами.

При вышеуказанных габаритных размерах днища 4 интервал между двумя соседними соплами 7 в типовом варианте составляет

100 мм. Помимо псевдоожижающих сопел 7 в днище 4 имеются струйные сопла 8. В рассматриваемом частном варианте исполнения днища 4 на один метр его площади приходится одно такое сопло 8, т.е. всего восемь сопел 8. В сумме на квадратный метр днища приходится 100 сопел 7,8двух типов, при.этом 99 — это псевдоожижающие дутьевые сопла 7. Последние создают с малой глубиной проникания в объем реакционной камеры 5 малую базу барботирования (скорость течения воздуха в таких струях уравнивается со скоростью окружающего циркуляционного потока на расстоянии порядка 0,5 м). В отличие от псевдоожижающих сопел 7 струйные сопла 8 имеют большую базу барботирования, Создаваемые ими воздушные струи пронизывают формируемый слой, при этом перепад по скорости их течения по отношению к основному циркуляционному потоку в общем слу50 чае компенсируется на расстоянии 1-3 м.

1835028

В рассматриваемом частном примере исполнения диаметр псевдоожижающих сопел 7 составляет 13 мм, при этом номинальная скорость течения воздуха на выходе из дутьевого днища 4 составляет 3 м/с, что соответствует усредненному удельному расходу газового потока по всему поперечному сечению реактора 1 на уровне 0,93 кг/м . с. Размеры реактора 1 подобраны таким образом, чтобы номинальная скорость течения суммарного газового потока в нем была равна 6 м/с. С учетом того, что номинальная рабочая температура в рассматриваемом конкретном реакторе

1 соответствует температурному режиму стандартных циркуляционных реакторов псевдоожижающего действия, удельный массовый расход суммарного газового потока будет составлять 1,86 кг/м . с. В данном конкретном случае первичный (основной) поток воздуха, формируемый псевдоожижающими соплами 7, составляет

0,5 от суммарного объема используемого в реакторе 1 воздуха. Соответственно относительное количество воздуха, вводимого в реактор 1 через струйные сопла 8, будет составлять 0,5 от общего потребляемого количества воздуха. что в абсолютном выражении составляет 7,44 кг/с. Для того, чтобы основная чаСть поверхности поперечного сечения нижней половины реактора 1 находилась в достехиометрическом состоянии, используется принцип дополнительной подачи воздуха через струйные сопла 8, диаметр которых существенно превосходит диаметр дутьевых псевдоожижающих сопел

7. Скорость воздушного потока в струйных соплах 8 при данной конструкции дутьевого днища 4 составляет 70 м/с. При условии, что воздух, используемый для горения, подогревается до температуры 420 К, диаметр струйных сопел 8 в данном случае будет составлять 130 мм. В типовом варианте исполнения изобретения отношение между диаметром псевдоожижающих сопел 7 и струйных сопел 8 должно составлять порядка десяти. Здесь следует указать, что в общем случае это соотн .шение может изменяться в диапазоне значений 5-20, а соотношение числа этих сопел 8 — от 0,01 до

0,05..Ни число, ни положение струйных сопел 8 в дутьевом днище 4 не зависят от числа и положения псевдоожижающих сопел 7, Эти параметры определяются исключительно необходимой ступенчатостью процесса горения.

На фиг. 3 показан поперечный разрез сог>лового днища 4, изображенного на фиг.

2. Данный разрез соответствует секущей плоскости А-А. Как псевдоожижающие 7, так и струйные В сопла имеют песочные затворы 9, 10, располагающиеся под этими соплами. Псевдоо>кижающие сопла 7 имеют

5 постоянное поперечное сечение, это же характерно и для струйн ых сопел 8, Последние могут быть оснащены сеткой или решеткой, которая предназначается с одной стрроны для направления газового потока, а с другой

10 стороны для предупреждения попадания относительно крупных частиц в камеру 5.

Псевдоожижающие 7 и струйные 8 сопла могут функционировать от одного и того же воздушного отсека 2, поскольку регу15 лироаание процесса перемешивания формируемых в камере 5 воздушных струй определяется только выбором числа струйных сопел 8. Чем меньше число струйных сопел 8, тем больше ступенчатость в пере20 мешивании воздуха. Показанное на фиг. 3 сопловое днище 4 оснащено герметичной охлаждающей трубной системой, секции 11 которой связаны с радиаторами 12. В целях защиты соплового днища 4 от эрозии на его

25 верхней поверхности отлит керамический защитный слой 13, толщина которого в типовом случае составляет порядка 50 мм. Верхние конические части 14 псевдоожижающих сопел 7, находящиеся в этом защитном

30 слое 13, имеют угол раскрытия порядка 10О.

Формула изобретения

1. Способ контроля постадийного горения в реакторах псевдоожйженного циркулирующего слоя путем подачи всего

35 воздуха, необходимого для горения и ncesдоожижения, через вертикальные струйные и псевдоожижающие сопла в днище реактора, причем глубина проникновения в слой по вертикали струй воздуха, формируемых

40 первыми из упомянутых сопл, отличается от глубины проникновения струй, формируемых псевдоожиженными соплами, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью снижения содер>кания окислов азота в продуктах сго45 рания, глубина проникновения по вертикали в слой струй воздуха, формируемых вертикальными струйными соплами, превышает глубину проникновения струй, формируемых псевдоожижающими соплами.

50 2. Днище реактора для контроля постадийного горения в реакторах псевдоожиженного циркулирующего слоя, содержащее вертикальные струйные и псевдоожижающие сопла для ввода в реак55 тор всего воздуха, необходимого для горения и псевдоожижения, диаметр первых из которых превышаетдиаметр вторых, а количество струйных вертикальных сопл значительно меньше количества псевдоожижающих сопл. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

1835028

Составитель Н.Колесникова

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н.Король

Редактор

Заказ 2711 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Гагарина, 101 снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания, диаметр вертикальных струйных сопл превышает диаметр псевдоожижающих сопл в 5 — 20 раз, 3. Днище по и. 2, о т л и ч э ю щ е е с я тем, что количество струйных вертикальных сопл составляет 0,01 — 0,05 количества псевдоожижающих сопл.