(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) (1) T3 Int.Cl. F23C / (06.01) F23L 7/00 (06.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 12/47 EP B1 (4) Tytuł wynalazku: Urządzenie z obiegowym złożem fluidalnym z piecem opalanym z użyciem tlenu () Pierwszeństwo: FR (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 08/09 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 13/04 (73) Uprawniony z patentu: Alstom Technology Ltd, Baden, CH (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 JEAN XAVIER MORIN, Neuville aux Bois, FR SILVESTRE SURANITI, AIX EN PROVENCE, FR CORINNE BEAL, VOISINS LE BRETONNEUX, FR (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Teresa Szlagowska-Kiszko POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 80P322PL00 EP B1 Opis 1 2 [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy urządzenia z obiegowym złożem fluidalnym, z piecem opalanym z użyciem tlenu, rozdzielaczem do oddzielania gazu i cząstek stałych, obwodem do zawracania substancji stałych do pieca, i przewodem wylotowym opuszczającym rozdzielacz i przenoszącym gaz do kotła odzyskiwania ciepła. [0002] Znane jest stosowanie tlenu jako środka utleniającego zamiast powietrza w kotłach dla wytwarzania energii. [0003] Zaletą stosowania tlenu jako środka utleniającego jest ograniczenie lub eliminacja balastu azotu rozcieńczającego dwutlenek węgla zawarty w gazach spalinowych i pochodzącego z azotu zawartego w powietrzu do spalania, jak również znaczące zmniejszenie rozmiarów potrzebnego sprzętu. [0004] Zastosowanie tej zasady do kotła z obiegowym złożem fluidalnym ujawniono w patencie US nr Zgodnie z tym dokumentem, wytwornica pary lub piec kotła z obiegowym złożem fluidalnym zawiera środki do wprowadzania zasadniczo czystego tlenu do wytwornicy. [000] Techniczna zaleta obiegowego złoża fluidalnego jest taka, że pozwala ono na odzyskanie ciepła z pętli obiegowych substancji stałych i pozwala na zachowanie niskiej temperatury spalania niepowiązanej z zawartością tlenu w środku utleniającym. Ta technika jest więc szczególnie atrakcyjna, i umożliwia maksymalizację udziału tlenu w środku utleniającym oraz minimalizację rozmiarów kotła, które to rozmiary zależą bezpośrednio od szybkości, z którą są wytwarzane gazy spalinowe. [0006] W tej technice gazy spalinowe emitowane przez sprzęt do spalania składają się głównie z dwutlenku węgla i pary wodnej.

3 2 1 2 [0007] Tym niemniej, takie gazy spalinowe zawierają również małą ilość niekondensującego gazu, w tym tlenu. Ta zawartość tlenu typowo mieści się w zakresie 3% do % względem suchego gazu i nie może być zmniejszona poniżej minimalnego progu około 2,%, który jest narzucany przez jakość spalania i ograniczenia z uwagi na bezpieczeństwo. [0008] Jakość spalania jest reprezentowana zawartością CO w wytwarzanych gazach spalinowych i przez niespalone substancje stałe zawarte w produktach ubocznych spalania. [0009] Niestety, maksymalna zawartość tlenu, która może być umieszczona w wymaganiach technicznych na systemy obróbki CO 2, a przede wszystkim w sieciach przesyłowych, może być rzędu 0 części na milion objętościowo (ppm obj.), przy czym wymaganie to jest głównie spowodowane zagrożeniem korozją sprzętu przenoszącego CO 2, które to zagrożenie powiększa się w obecności pary wodnej. Dla rurociągów ze stali węglowej, mieszanina gazów CO 2, SO 2, H 2 O, i O 2 może być niezgodna, zależnie od proporcji, z zadowalającymi długoterminowymi osiągami mechanicznymi. [00] Istotne jest więc znaczące zmniejszenie zawartości lub nawet eliminacja tlenu w wydzielanych gazach spalinowych, zanim dotrą one do miejsca obróbki CO 2. [0011] Znany jest sposób prowadzenia tej redukcji zawartości tlenu przez dodatkowe obróbki katalityczne, które są złożone i prowadzą do znacznych kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. [0012] Ponadto, patent europejski nr ujawnia sposób spalania węgla w kotle z powietrznym obiegowym złożem fluidalnym, który zawiera strefę, w której węgiel miesza się z gorącymi stałymi materiałami przychodzącymi z komory spalania, dzięki czemu na wylocie z rozdzielacza rozdzielającego gaz i stałe cząstki, gaz koksowniczy (również znany jako gaz pirolityczny) wytwarzany w tej strefie mieszania jest odprowadzany i dodawany do gazu spalinowego zawierającego tlen i

4 3 1 2 opuszczającego rozdzielacz, przy czym gaz koksowniczy jest spalany w taki sposób, aby podnieść temperaturę do wartości w zakresie 900 C do 10 C dla zredukowania podtlenku azotu. [0013] Wynalazek dotyczy urządzenia z obiegowym złożem fluidalnym, w którym spalanie przeprowadza się za pomocą mieszaniny tlenu i dwutlenku węgla, która może zawierać 21% do 0% tlenu. [0014] Wynalazek jest propozycją adaptowania tego sposobu wykorzystania palnego gazu, konkretniej gazu pirolitycznego, który jest znany w przypadku pieca opalanego z użyciem powietrza, do pieca opalanego z użyciem tlenu, w celu eliminowania resztkowego tlenu z gazu spalinowego. [001] W tym celu, wynalazek dostarcza urządzenie z obiegowym złożem fluidalnym zaopatrzone w piec opalany z użyciem tlenu, rozdzielacz do rozdzielania gazu i cząstek stałych, obwód powrotny do zawracania substancji stałych do pieca, oraz przewód wylotowy opuszczający rozdzielacz i przenoszący gazy do kotła odzyskiwania ciepła, przy czym urządzenie charakteryzuje się tym, że zawiera środki wtryskujące do wtryskiwania palnego gazu do wylotu z rozdzielacza, przy czym palny gaz jest wpędzany przez zawracany dwutlenek węgla do resztkowego wiru powstającego na wylocie z rozdzielacza, aby zapewnić zajście dokładnego wymieszania w przewodzie poniżej z gazami spalinowymi, tym samym zmniejszając zawartość tlenu w tych gazach spalinowych dzięki resztkowemu spalaniu. [0016] Wynalazek pozwala na znaczące zredukowanie zawartości tlenu w dwutlenku węgla pochodzącym ze sprzętu do spalania, tak aby dwutlenek węgla stał się zgodny z ograniczeniami nakładanymi przez sieć transportową, oraz bez potrzeby korzystania z kosztownych obróbek katalitycznych. [0017] Resztkowy wir na wylocie z rozdzielacza charakteryzuje się przepływem gazów spalinowych ze spalania obrotowym wokół osi pionowej. Resztkowy wir może być uwydatniony przez

5 4 1 odpowiedni dobór wymiarów rozdzielacza, i może stanowić strefę reakcji korzystną dla mieszania gazów. [0018] Palny gaz może być gazem ziemnym lub gazem pirolitycznym pobranym z tego powrotnego przewodu za punktem, gdzie paliwo jest wprowadzane do pieca. [0019] Korzystnie, środki do wtryskiwania obejmują dwie rury zasilające wtryskiwacze rozłożone na obwodzie tego przewodu, przy czym każdy wtryskiwacz składa się z dwu koncentrycznych rur, wewnętrznej wtryskującej palny gaz i zewnętrznej wtryskującej zawracany dwutlenek węgla. [00] Korzystnie, urządzenie według wynalazku zawiera urządzenie do wtryskiwania zawracanego dwutlenku węgla z regulowaną szybkością przepływu do gazu pirolitycznego przed środkami do wtryskiwania do przewodu wylotowego z rozdzielacza. [0021] Wynalazek opisano poniżej bardziej szczegółowo w odniesieniu do figur, które jedynie przedstawiają korzystny przykład wykonania wynalazku. Figura 1 przedstawia schematyczny widok w przekroju pionowym kotła z obiegowym złożem fluidalnym według wynalazku. 2 Figura 2 przedstawia schematyczny widok szczegółowy w przekroju poziomym przykładu wykonania. [0022] Jak pokazano na figurze 1, urządzenie z obiegowym złożem fluidalnym jest zaopatrzone w piec 1 opalany z użyciem tlenu, rozdzielacz 2 do rozdzielania gazu i cząstek stałych, obwód powrotny 3 do zawracania substancji stałych do pieca, oraz przewód wylotowy 4 opuszczający rozdzielacz i przenoszący gazy spalinowe w kierunku kotła odzyskiwania ciepła (nie pokazany). [0023] Urządzenie zawiera środki wtryskujące 8 do wtryskiwania palnego gazu do wylotu z rozdzielacza 2, przy czym ten palny gaz jest wpychany przez zawracany dwutlenek węgla do resztkowego wiru tworzonego na wylocie z rozdzielacza w taki sposób, aby zapewnić zachodzenie dokładnego mieszania w prze-

6 1 2 wodzie 4 z gazami spalinowymi, tym samym redukując zawartość tlenu w gazach spalinowych dzięki resztkowemu spalaniu. [0024] Palny gaz może być gazem ziemnym lub gazem pirolitycznym pobranym z górnej części powrotnego przewodu 3 za punktem, gdzie paliwo jest wprowadzane do pieca 1. Może to być również mieszanina obu tych typów gazu. [002] W pokazanym przykładzie realizacji, palny gaz jest gazem pirolitycznym pobranym z górnej części powrotnego przewodu 3 za punktem, gdzie paliwo jest wprowadzane do pieca 1. [0026] Kocioł z obiegowym złożem fluidalnym tlenowopaliwowy, tj. w którym paliwo jest spalane za pomocą mieszaniny tlenu i dwutlenku węgla, charakteryzuje się przepływem gazów spalinowych i odpowiednio wymiarami pieca i rozdzielacza, które są znacznie mniejsze niż wymiary kotła powietrznego. Przykładowo, dla mieszaniny utleniającej zawierającej 70% O 2 i % zawracanego CO 2, natężenie przepływu gazu spalinowego wynosi około % natężenia przepływu gazu spalinowego przy pracy z powietrzem. Wskutek tego, dla natężenia przepływu krążących substancji stałych równego natężeniu przepływu przy pracy z powietrzem, stężenie substancji stałych porywanych przez gazy spalinowe i krążących w pętli musi być znacznie wyższe, w sposób praktycznie proporcjonalny. [0027] W wyniku tego, gradient ciśnienia w piecu 1 jest większy i spadek ciśnienia w rozdzielaczu 2 jest również większy, tym samym tworząc różnicę ciśnień pomiędzy punktem, w którym gaz pirolityczny jest pobierany z przewodu powrotnego 3 i punktem, w którym zachodzi wtryskiwanie do przewodu wylotowego 4 rozdzielacza, która to różnica ciśnień jest dostateczna dla zapewnienia, że gaz przepływa w sposób naturalny. [0028] W korzystnym przykładzie realizacji, gaz pirolityczny pobiera się i wtryskuje po prostu przez izolowany przewód 6 odgałęziający się od górnej linii generatora przewodu powrotnego 3 i dochodzący do otworów do wtryskiwania umieszczonych

7 6 1 2 za i tylko za rozdzielaczem 2, dla skorzystania z resztkowego wiru. Takie wtryskiwanie korzystnie prowadzi się w pionowym przewodzie bezpośrednio na wylocie z rozdzielacza. [0029] W wariancie, możliwe jest prowadzenie tego wtryskiwania do poziomej części przewodu 4 łączącego rozdzielacz 2 z kotłem odzyskiwania ciepła. [00] Skuteczność tej redukcji zawartości tlenu z kilku procent do około 0 ppm zależy od zachowania temperatury około 900 C na wylocie z rozdzielacza, czasu przejścia, który jest dostatecznie długi, i dostatecznej turbulencji powodowanej przez resztkowy wir dla zapewnienia, że gazowe związki, tj. resztkowy tlen i palny gaz w niniejszym przykładzie, mieszają się ze sobą. [0031] Dla polepszenia wnikania strumienia palnego gazu w obrotowy strumień gazów spalinowych, korzystne jest zastosowanie zawracanego dwutlenku węgla. Takie wtryskiwanie palnego gazu można przeprowadzać stosując dwie rury wtryskujące 8 zasilające wtryskiwacze rozmieszczone wokół obwodu przewodu 4, przy czym każdy wtryskiwacz jest złożony z dwóch koncentrycznych rur, wewnętrznej rury wtryskującej palny gaz i zewnętrznej rury wtryskującej zawracany dwutlenek węgla. [0032] Szybkość, z jaką wtryskiwany jest palny gaz w wynalazku, jest regulowana przez analizator 11 tlenu umieszczony przed kotłem odzyskiwania ciepła w obwodzie gazu spalinowego. Takie miejsce jest zwykle stosowane dla analizatora tlenu, który wykonuje główną regulację kotła, który to analizator, przy stosowaniu wynalazku, umieszcza się przed punktem 8 wtryskiwania gazów. [0033] Przy stosowaniu gazu pirolitycznego, natężenie przepływu palnego gazu jest regulowane przez wtryskiwanie zawracanego dwutlenku węgla z nastawną szybkością 9 do przewodu gazu pirolitycznego. [0034] Takie dodawanie dwutlenku węgla może zmieniać się od stopnia zerowego, aby maksymalizować natężenie przepływu gazu

8 7 1 2 pirolitycznego, do stopnia dostatecznego do ograniczenia natężenia przepływu gazu pirolitycznego do wartości koniecznej dla połączenia z resztkowym tlenem zawartym w gazach spalinowych. To dodane natężenie przepływu CO 2 zwiększa straty ciśnienia poniżej, a więc zmniejsza natężenie przepływu palnego gazu, ponieważ zależy ono od różnicy ciśnień. [003] Figura 2 przedstawia przykłady wykonania dwu rur 8, jak opisano powyżej. [0036] Liczba wtryskiwaczy 8A, 8B jest ograniczona do maksymalnej liczby, a korzystnie do maksymalnej liczby 3, jak to pokazano, aby zapewnić dobrą penetrację strumieni i równomierne rozmieszczenie wtryskiwania. [0037] Te wtryskiwacze są regularnie rozmieszczone na obwodzie przewodu 4, i każdy składa się z pary koncentrycznych rur, wewnętrznej rury wtryskującej palny gaz i zewnętrznej rury wtryskującej zawracany dwutlenek węgla. [0038] Umieszczony jest koliście łukowaty przewód otaczający przewód 4 gazu spalinowego stanowiąc przedłużenie przewodu wlotowego palnego gazu. W tym przykładzie, koliście łukowaty przewód przedstawia trzy wewnętrzne wtryskiwacze otwierające się do przewodu 4 gazu spalinowego. [0039] W podobny sposób i rozpoczynając od przewodu wylotowego 7 zawracanego dwutlenku węgla, umieszczony jest drugi koliście łukowaty przewód otaczający przewód 4 gazu spalinowego. W tym przykładzie ten drugi koliście łukowaty przewód przedstawia trzy zewnętrzne wtryskiwacze rozmieszczone koncentrycznie wokół powyżej opisanych wewnętrznych wtryskiwaczy i otwierające się do przewodu 4 gazu spalinowego. Alstom Technology Ltd Pełnomocnik:

9 8 Zastrzeżenia patentowe Urządzenie z obiegowym złożem fluidalnym zaopatrzone w piec (1) opalany z użyciem tlenu, rozdzielacz (2) do rozdzielania gazu i cząstek stałych, obwód powrotny (3) do zawracania substancji stałych do pieca (1), i przewód wylotowy (4) opuszczający rozdzielacz i przenoszący gazy do kotła odzyskiwania ciepła, przy czym urządzenie jest znamienne tym, że zawiera środki (8) do wtryskiwania palnego gazu do wylotu z rozdzielacza (2), przy czym palny gaz jest wpychany przez zawracany dwutlenek węgla do resztkowego wiru tworzonego na wylocie z rozdzielacza, aby zapewnić zachodzenie dokładnego mieszania na przewodzie wylotowym (4) z gazami spalinowymi, tym samym zmniejszając zawartość tlenu w gazach spalinowych przez resztkowe spalanie. 2. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że wtryskiwany palny gaz stanowi gaz pirolityczny pobierany z przewodu powrotnego (3) za punktem, w którym paliwo () wprowadza się do pieca (1). 3. Urządzenie według zastrzeżenia 1 albo zastrzeżenia 2, znamienne tym, że wtryskiwany palny gaz stanowi gaz ziemny. 4. Urządzenie według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że środki (8) do wtryskiwania obejmują dwie rury zasilające wtryskiwacze rozmieszczone wokół obwodu przewodu (4), przy czym każdy wtryskiwacz składa się z dwu koncentrycznych rur, wewnętrznej rury wtryskującej palny gaz i zewnętrznej rury wtryskującej zawracany dwutlenek węgla.. Urządzenie według zastrzeżenia 2, znamienne tym, że zawiera urządzenie (9) do wtryskiwania zawracanego dwutlenku węgla z nastawnym natężeniem przepływu do gazu pirolitycznego przed środkami (8) do wtryskiwania do przewodu wylotowego (4) z rozdzielacza. Alstom Technology Ltd Pełnomocnik:

10