ITLE20010002A1 - Sistema per la combustione di biomasse ed altri combustibili non convenzionati in un reattore a letto fluido bollente. - Google Patents

Description

Testo della descrizione

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Sistema perla combustione di biomasse ed altri combustibili non convenzionali in un reattore a letto fluido bollente"

La presente invenzione ha per oggetto un reattore a letto fluido bollente caratterizzato da un innovativo sistema di circolazione dei fumi e scarico delle ceneri che consente il raggiungimento di elevatissime prestazioni in termini di emissioni se pur in dimensioni contenute. L'innovazione principale risiede nella particolare conformazione della camera di reazione atta a contenere una o più camere di reazione secondarie ciascuna con annesso dispositivo di separazione, evacuazione delle ceneri e scarico dei prodotti della combustione, aventi il compito di migliorare in maniera significativa il processo di combustione e trasferire, attraverso le superfici esposte, calore al letto d'inerte. Il reattore consente una drastica semplificazione del'impianto e una significativa riduzione dei costi operativi tipicamente più elevati nel'utilizzo di tale tecnologia (FBC).

E' noto che per ottenere una efficiente combustione delle biomasse vengono, oggi, utilizzati diversi sistemi ma, i sistemi a letto fluido, nelle loro varie tipologie e configurazioni, rappresentano, oggi, una delle più promettenti tecnologie per la combustione di tali prodotti.

Tra i vantaggi esclusivi di tale sistema ricordia

l’uniforme distribuzione delle temperatura dovuta all'intenso mescolamento con l’inerte;

le elevate superfici di scambio tra solido e gas, gli alti coefficienti di trasmissione termica tra letto e superfici di scambio immerse nello stesso;

- l’intenso mescolamento che rende possibile la combustione di prodotti aventi differenti dimensioni, umidità e potere calorifico;

l’elevata capacità termica del sistema che consente di ottenere combustioni stabili a temperature sufficientemente basse tali da ridurre al minimo la formazione di ossidi di azoto per via termica;

- la mancanza di parti in movimento.

La tecnologia dei sistemi a letto fluido, studiata e testata prevalentemente per la combustione del carbone, deve tuttavia essere ottimizzata quando utilizzata con combustibili non convenzionali o biomasse.

L’alta percentuale di sostanze volatili (CO, H, CxHy, ecc.) presenti in tale tipo di combustibili, ad esempio, comporta modalità di funzionamento anomale rispetto ai sistemi a letto fluido bollente che utilizzano combustibili più pregiati. Tali sostanze, a seguito del repentino riscaldamento del combustibile introdotto, vengono immediatamente liberate e bruciano nella parte alta del reattore, denominata freeboard, trasferendo quantità ridotte di calore al letto che, diminuendo; di temperatura, induce ad un notevole abbattimento delle prestazioni del sistema.

Nel trovato di seguito descritto, viene proposto un nuovo sistema di combustione per biomasse ed altri combustibili non convenzionali che utilizza un letto bollente e consente, attraverso l’interposizione nella camera di reazione primaria o di fluidizzazione di una o più camere di reazione secondarie, la separazione delle polveri, la combustione delle sostanze volatili in una zona confinata ed il conseguente recupero di parte del calore che viene trasferito al letto d'inerte.

Le prestazioni e i vantaggi della seguente invenzione verranno meglio esplicitate attraverso una descrizione dettagliata del trovato accompagnata da alcuni disegni allegati in cui: la fig. 1 della Tavola 1 rappresenta una sezione del reattore a letto fluido con annessi i sistemi descritti nella presente invenzione; la fig. 2 della Tavola 2 rappresenta uno schema generale dell’Impianto.

La fig.l della Tavola 1 rappresenta una sezione del reattore (1).

II reattore (1), rappresentato in maniera esemplificativa e non esclusiva, comprende generalmente:

una camera dì reazione primaria o di fluidizzazione (18) delimitata dalle pareti laterali (2) e dall'eventuale copertura di refrattario (3), da una piastra superiore di chiusura (19), dalle pareti laterali della camera secondaria di reazione (6), dalla piastra di distribuzione (12);

una camera di reazione secondaria (5) contenente nel suo interno il condotto di evacuazione dei prodotti della combustione (7) ed il sistema di separazione (8), delimitata dalle stesse pareti (6) che la separano dalla camera di fluidizzazione (18) e da quella di distribuzione (4), bloccata da una flangia (IO) al distributore (12) e collegata al fondo della camera di distribuzione (4) tramite una flangia (13) e alla tubazione di scarico ceneri (25);

una camera di distribuzione e raffreddamento ceneri (4) delimitati superiormente dalla piastra di distribuzione (12), a cui é collegata la tubazione (15) dell'aria di fluidizzazione, la tubazione (14) per l’introduzione di eventuali combustibili alternativi da utilizzare nella fase di avviamento e contenente il prolungamento della camera di reazione secondaria (5),

un sistema di separazione delle ceneri ed incombusti (8) compreso tra le pareti (6) della camera di reazione (5) e il condotto dei prodotti della combustione (7); una tubazione (16) per l'alimentazione del combustibile collegata alle pareti laterali (2) con sbocco nella camera di reazione primaria o di fluidizzazione (18); un condotto di evacuazione dei prodotti della combustione (7) contenuto quasi interamente nella camera di reazione secondaria (5), parzialmente nella camera di reazione primaria (18) e bloccato sulla piastra di chiusura superiore (19) da una flangia (20);

una massa di inerte (17) di opportuna granulometria all'interno della camera di reazione primaria o di fluidizzazione (18) supportata dalla piastra di distribuzione (12).

L’aria, proveniente dalla tubazione (15), entra nella camera di distribuzione (4) e, attraverso il distributore (12) che separa la camera di distribuzione (4) dalla camera di reazione e fluidizzazione (18), mette in fluidizzazione il materiale inerte (17). Solo a titolo esemplificativo ma non limitativo, nella Tavola 1 alla fig. 1 é rappresentata una piastra forata di distribuzione (12) ma numerosi tipi di distributori possono essere utilizzati per questa funzione: piastre forate, piastre sinterizzate o ceramiche o ugèlli distributori nelle loro più diverse configurazioni. Tutti i tipi hanno comunque l'unico scopo di distribuire correttamente il flusso dell'aria proveniente dalla tubazione (15) nella camera di fluidizzazione e reazione primaria (18) e quindi nel reattore(1 ). Il reatore (1) è preferibilmente realizzato in una strutura d'acciaio (2) resistente alle alte temperature di forma cilindrica ma diversi materiali e sezioni possono essere utilizzati senza peraltro allontanarsi dallo scopo della presente invenzione. La stessa strutura (2) può essere proteta, interamente o per una certa altezza, da un materiale refratario (3) in grado di minimizzare i problemi relativi all'utilizzo direto, con i prodoti della combustione, della strutura portante (2). La camera di reazione secondaria (5) è preferibilmente realizzata in una strutura d'acciaio (6) resistente alle alte temperature come pure la camera di evacuazione dei prodoti della combustione (7): per entrambe tutavia possono essere utilizzati diversi materiali in grado di sopportare gli elevati carichi termici compresi anche rivestimenti refratari (non indicati nella fig. 1 della Tavola 1).

Nella Tavola 1 alla fig. 1 la posizione della camera di reazione secondaria (5), solo a titolo esemplificativo, appare centrata rispeto a quella della camera di reazione primaria (18) ma diverse disposizioni della stessa possono essere adotate nulla togliendo al correto funzionamento del reatore (1). Rispeto alla camera di reazione secondaria (5) è preferibile che il condoto di evacuazione dei fumi (7) sia concentrico con la stessa al fine di otimizzare il funzionamento e le prestazioni del sistema di separazione delle ceneri (8). Tale disposizione rimane comunque subordinata al sistema di separazione delle ceneri adotato senza vincolo alcuno. Come per la camera di reazione (18) diverse sezioni e forme possono essere adotate rispetivamente per la camera di reazione secondaria (5) e condoto di evacuazione dei fumi (7): nella Tavola 1 alla fig. 1 la sezione costante e la forma cilindrica de><~ >intendersi solo esemplificative.

Sempre a titolo esemplificativo nella Tavola 1 alla fig. 1 è riportata una sezione del sistema di separazione delle ceneri ed incombusti (8) che utilizza una serie di eliche (9) aventi il compito di generare un moto vorticoso dei prodotti della combustione che, provenendo dalla camera di reazione secondaria (5) , si dirigono, invertendo il loro moto, verso il condotto di evacuazione dei fumi (7). Diversi sono tuttavia i sistemi, compresi nello stato dell'arte, che possono essere utilizzati senza allontanarsi dallo scopo della presente invenzione: tutti hanno comunque lo scopo di consentire oltre una efficiente separazione delle ceneri anche, tramite il moto vorticoso impresso, un più intimo contatto del comburente con le particelle incombuste eventualmente trascinate dalla corrente dei gas favorendone la combustione.

Durante la fase di avviamento, l'aria di fluidizzazione proveniente da una sorgente (21) (vedi Tavola 2 fig. 2), regolata da una valvola (22), attraverso la tubazione (15) entra nella camera di distribuzione e raffreddamento delle ceneri (4). Effettuato il lavaggio della camera di reazione primaria (18), della camera di reazione secondaria (5) e del condotto di evacuazione dei fumi (7), l'apertura della valvola (24) determina l’ingresso attraverso la tubazione (14), collegata alla camera di distribuzione e raffreddamento delle ceneri (4), del combustibile gassoso. La quantità di combustibile gassoso introdotto è regolata in maniera tale da ottenere una miscela entro i limiti di infiammabilità. Numerosi gas possono essere utilizzati allo scopo quali ad esempio metano, butano, propano, GPL, ecc.: tutti hanno comunque lo scopo di mescolarsi all'aria di fluidizzazione e costituire una miscela tale da essere facilmen bruciata. Una candela di accensione (11) posta immediatamente sopra la superficie del letto innesca la reazione di combustione della miscela iniziando il riscaldamento dell'inerte. I gas di combustione sviluppatisi nella camera di reazione primaria o fluidizzazione (18), salgono verso la zona alta o freeboard della camera di reazione primaria (18) e, raggiunta la sommità, invertono il loro moto discendendo atraverso la camera di reazione secondaria (5): qui, dopo aver percorso un trato sufficientemente lungo, incontrano il sistema di separazione delle ceneri ed incombusti (8) ed, effetuata una ulteriore inversione vengono scaricati atraverso il condoto di evacuazione dei prodoti della combustione (7) verso l'esterno per un eventuale recupero di energia termica. Durante tale fase la quantità di aria di fluidizzazione è regolata In modo da otenere condizioni prossime a quelle di minima fluidizzazione senza incorrere, tutavia, in fenomeni di surriscaldamento e fusione dell’inerte (17). La fase di avviamento ha termine nel momento in cui la temperatura del leto ha raggiunto un valore tale da consentire la combustione del combustibile utilizzato nell’applicazione. Interrota l’alimentazione del combustibile gassoso atraverso la chiusura della valvola (24), regolata l’aria di fluidizzazione atraverso la valvola (22) (Tavola 2 fig. 2), ha inizio l'immissione del combustibile primario atraverso la tubazione (16).

Raggiunte le condizioni di funzionamento a regime, la massa di inerte (17) mantiene una temperatura operativa otimale sia per la combustione del char nel leto, sia per lo scambio termico realizzato atraverso il contato con le pareti (16) della camera d reazione secondaria (5), all’interno della quale bruciano le sostanze volatili, liberate a seguito del riscaldamento subito dal combustibile, e le particelle incombuste trascinate dalla corrente gassosa e si realizzano temperature superiori a quelle del letto.

Le ceneri, raccolte nella parte conica della camera di reazione secondaria (5) e raffreddate dall’aria di fluidizzazione nella camera di distribuzione (4), vengono periodicamente scaricate attraverso l’apertura della valvola (23) (vedi Tavola 2 figura 2).

Claims (11)

1. Rivendicazioni 1) Sistema a letto fluido bollente per la combustione di biomasse ed altri combustibili non convenzionali caratterizzato dal fatto che il percorso dei prodotti della combustione avviene prima in senso opposto e poi nello stesso verso di quelli della camera di fluidizzazione costituito da: a) una camera di fluidizzazione all'interno del reattore; b) un materiale inerte nella camera di fluidizzazione; c) una camera di distribuzione nella zona inferiore del reattore; d) una camera di inversione dei prodotti della combustione all'interno del reattore; e) una camera di inversione dei prodotti della combustione compresa tra la zona superiore della camera di fluidizzazione e la zona inferiore della camera di distribuzione; f) una camera di scarico dei prodotti della combustione all'interno della camera di inversione; g) un dispositivo di separazione delle ceneri e completamento della combustione dei fini compreso tra la camera di inversione e la camera di scarico; h) una zona o più zone di immissione del combustibile comprese tra la camera di fluidizzazione e la camera di inversione; i) uno o più punti di immissione dell'aria di fluidizzazione nella camera di distribuzione.
2. 2) Sistema a letto fluido bollente come da rivendicazione 1) caratterizzato dal fatto che la temperatura dei prodotti della combustione nella zona terminale della camera di inversione é superiore a quella dello stesso letto fluido.
3. 3) Sistema a letto fluido bollente come da rivendicazione da 1) a 2) caratterizzato dal fatto che la camera di distribuzione rimane separata da quella di fluidizzazione attraverso l'interposizione di un distributore a sua volta attraversato dalla camera di inversione.
4. 4) Sistema a letto fluido bollente come da rivendicazioni da 1) a 3), caratterizzato dal fatto che lo scarico delle ceneri avviene nella parte terminale della camera di inversione.
5. 5) Sistema a letto fluido bollente come da rivendicazioni da 1) a 4) caratterizzato dal fatto che l'aria di fluidizzazione, immessa nella camera di distribuzione, subisce un riscaldamento a causa della presenza nella detta camera del prolungamento della camera di inversione.
6. 6) Sistema a letto fluido bollente per la combustione di biomasse ed altri combustibili non convenzionali caratterizzato dal fatto che il percorso dei prodotti delle combustione avviene prima in senso opposto e poi nello stesso verso di quelli della camera di fluidizzazione caratterizzato anche dal fatto di essere costituito da: a) una camera di fluidizzazione all'interno del reattore; b) un materiale inerte nella camera di fluidizzazione; c) una camera di distribuzione nella zona inferiore del reattore; d) una serie di camere di inversione dei prodotti della combustione all'interno del reattore; e) una serie di camere di inversione dei prodotti della combustione comprese tra la zona superiore della camera di fluidizzazione e la zona inferiore della camera di distribuzione; f) una serie di camere di scarico dei prodotti della combustione all'interno delle camere di inversione; g) un dispositivo di separazione delle ceneri e completamento della combustione dei fini compreso tra ciascuna camera di inversione e ciascuna camera di scarico; h) una o più zone di immissione del combustibile comprese tra la camera di fluidizzazione e le camere di inversione; i) uno o più punti di immissione dell'aria di fluidizzazione nella camera di distribuzione.
7. 7) Sistema a letto fluido bollente come da rivendicazione 6) caratterizzato dal fatto che la temperatura dei prodotti della combustione nella zona terminale delle camere di inversione é superiore a quella dello stesso letto fluido.
8. 8) Sistema a letto fluido bollente come da rivendicazione da 6) a 7) caratterizzato dal fatto che la camera di distribuzione rimane separata da quella di fluidizzazione attraverso l'interposizione di un distributore a sua volta attraversato da una serie di camere di inversione.
9. 9) Sistema a letto fluido bollente come da rivendicazioni da 6) a 8) caratterizzato dal fatto che lo scarico delle ceneri avviene nella parte terminale di ciascuna camera di inversione.
10. 10) Sistema a letto fluido bollente come da rivendicazioni da 6) a 9) caratterizzato dal fatto che l'aria di fluidizzazione, immessa nella camera di distribuzione, subisce un riscaldamento a causa della presenza nella detta camera del prolungamento delle camere di inversione.
11. 11) Sistema a letto fluido bollente secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti realizzato secondo qualsiasi forma e dimensioni e con qualsiasi tipo di materiale compatibile con i fenomeni di ossidazione a cui é destinato.