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

СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5028 АЗ Я 2 02 51)5 Р 2 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯПАТЕНТУ л.(56) Заявка Великобритании М 2001744,Р 23 О 19/00, опубл. 1981,Заявка Великобритании % 2053018,Р 23 С 11/02, опубл,1981,Заявка Великобритании В 2093367,Р 23 С 11/22, опубл,1981,Заявка Великобритании М 1604312,В 1 Р, опубл,1981.Авторское свидетельство СССРМ 996793, кл. Г 23 С 11/02, 1981,(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 10 15 20 25 30 35 40 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 является отсутствие каких-либо допол нительн ых 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 по вертикали циркуляционного реактора 1 псевдоожиженного 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 8существенно меньше числа сопл 7. 2 и 1з,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 2 х 4 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. всеговосемь 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 слу 50 чае 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/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 отсуммарного 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 соглового 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. Псевдоокижающие 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 попаданияотносительно крупных частиц в камеру 5.Псевдоожижающие 7 и струйные 8 сопла могут функционировать от одного и того же воздушного отсека 2, поскольку регу лирование 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 пере мешивании воздуха, Показанное на фиг. 3сопловое 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 керамическийзащитный 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 10 О,Формула изобретения 1. Способ контроля постадийного горения в реакторах псевдоожйженного циркулирующего слоя путем подачи всего 35 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 40 первыми из упомянутых сопл, отличается отглубины проникновения струй, формируемых псевдоожиженными соплами, о т л и ч аю щи й с я тем, что, с целью снижения содеркания окислов азота в продуктах сго 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 контроляпостадийного горения в реакторах псевдоожиженного циркулирующего слоя, содержащее вертикальные струйные и псевдоожижающие сопла для ввода в реак 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 целью1835028 фуУ Составитель Н.КолесниковТехред М,Моргентал ектор Н.Король едак Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 3 271 ВНИИ оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж,Гагарина, 101 снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания, диаметр вертикальныхструйных сопл превышает диаметр псевдоожижающих сопл в 5 - 20 раз,3. Днище по и. 2, от л и ч э ю ще е с я тем, что количество струйных вертикальных сопл составляет 0,01 - 0,05 количества псевдоожижающих сопл.