Способ контроля постадийного горения в реакторах псевдоожиженного циркулирующего слоя и днище реактора для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК F23C11/02 

г - p#e.f

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 вертикальное проникновение воздушных струй от сопел 7, причем диаметр сопел 8 больше, предпочтительно в 5-20 раз, диаметра псев- доожижающих сопел 7, а количество сопл 8 существенно меньше числа сопл 7. 2 и 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

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

Изобретение относится к способу, обеспечивающему контролируемое, заданное смешивание газовых струй или потоков в реакционных аппаратах с псевдоожижен- ным 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 NOX. При реализации данного способа на основной части поверхности поперечного сечения выше уровня соплового днища и до заданной высоты может поддерживаться достехио- метрический 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 является отсутствие каких-либо дополнительных каналов в структуре реактора. Кроме того изобретение позволяет минимизировать выход окиси азота и энергетические непроиз- водительные 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 по вертикали циркуляционного реактора 1 псевдоожиженного действия, представляющего собой полностью 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 яроцесса 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 2x4 м и соответственно площадь 8 м2. В днище 4 вмонтированы псевдоожижающие

дутьевые сопла. 7, через которые в реакционную камеру 5 вводится основная часть воздуха, создающего эффект псевдоожижения. Для обеспечения равномерного псевдо- ожижающего 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 7,8 двух 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 случае компенсируется на расстоянии 1-3 м.

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/м2 с. Размеры реактора 1 подобраны таким образом, чтобы номинальная скоро- сть 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/м2 с. В данном конкретном случае первичный (основной) поток воздуха, формируемый псевдоожижающими соплами 7, составляет 0,5 от суммарного объема используемого в реакторе 1 воздуха. Соответствен но 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, подо- гревается 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 COOTHL .иение 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 исклю- чительно необходимой ступенчатостью процесса горения.

На фиг. 3 показан поперечный разрез согмювого днища 4, изображенного на фиг. 2. Данный разрез соответствует секущей

плоскости А-А. Как псевдоожижающие 7, так и струйные 8 сопла имеют песочные затворы 9, 10, располагающиеся под этими соплами. Псевдоожижающие сопла 7 имеют постоянное поперечное сечение, это же характерно и для струйных сопел 8. Последние могут быть оснащены сеткой или решеткой, которая предназначается с одной стороны для направления газового потока, а с другой 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 регулирование 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 перемешивании 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 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 слое 13, имеют угол раскрытия порядка 10°. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Способ контроля постадийного горения в реакторах псевдоожиженного циркулирующего слоя путем подачи всего воздуха, необходимого для горения и псевдоожижения, через вертикальные струйные и псевдоожижающие сопла в днище реактора, причем глубина проникновения в слой по вертикали струй воздуха, формируемых первыми из упомянутых сопл, отличается от глубины проникновения струй, формируемых псевдоожиженными соплами, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания, глубина проникновения по вертикали в слой струй воздуха, формируемых вертикальными струйными соплами, превышает глубину проникновения струй, формируемых псевдоожижающими соплами.

снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания, диаметр вертикальных струйных сопл превышает диаметр псевдо- ожижающих сопл в 5-20 раз.

&

ф#&.Ј

фс/&,3