Laboratorium - Reaktor fluidyzacyjny

Zanim w laboratorium uruchomimy reaktor fluidyzacyjny spróbujmy zapoznać się - choć w zarysie - z budową i sposobem działania tego reaktora. Poniżej znajduje się schemat ideowy stanowiska badawczego. Przedstawia on wersję uproszczoną, w której nie ma podajnika paliwa stałego (powinien znajdować się nad górną krawędzią reaktora). Podajnik taki składa się z obrotowej tarczy, na którą z zasobnika podawane jest paliwo stałe, zgarniacza przesuwającego w sposób ciągły część paliwa z obrotowej tarczy do rury zsypowej, której niższy koniec umieszczony jest poniżej górnej krawędzi reaktora.

Schemat.bmp

Schemat ideowy i oprzyrządowanie reaktora fluidyzacyjnego:
1 – palnik pilotowy, 2,3 – rotametry, 4 – doprowadzenie paliwa (zawór), 5 – dmuchawa powietrza, 6 – regulator dmuchawy powietrza, 7 – złoże fluidalne, 8 – przestrzeń podsitowa, 9 – różnicowy czujnik ciśnienia, 10 – dno sitowe, 11 – ruchoma przesłona, 12 – zestaw ośmiu termopar, 13 – komora osadcza, 14 – cyklon, 15 – wentylator odciągowy, 16 – przestrzeń nadzłożowa, 17 – górna część reaktora, 18 – mikrofon, 19 – grzana sonda do poboru spalin, 20 – analizatory spalin, rejestrator temperatury, 21 – komputer rejestrujący dane z analizatorów, 22 – rejestratory sygnałów z mikrofonu, czujnika ciśnienia i zestawu termopar, 23 – komputer rejestrujący dane z przetworników ciśnienia i zestawu termopar.

Stanowisko_badawcze.JPG

Na powyższym schemacie oraz fotografii obok przedstawiono laboratoryjny reaktor fluidyzacyjny o mocy ok. 5 kW. Ścianę boczną reaktora stanowi rura kwarcowa o długości 400 mm i średnicy 98 mm, od dołu zamknięta dystrybutorem tj. wykonanym ze stali chromowo-niklowej dnem sitowym, o sumarycznej powierzchni prześwitu stanowiącej 1,8% jego całkowitej powierzchni. Nad górną krawędzią reaktora umieszczono palnik pilotowy, umożliwiający rozruch reaktora. Wysokość spoczynkowa złoża inertnego (piasek kwarcowy, frakcja 0,375-0,43 mm) stanowi ok. ½ średnicy reaktora. Fluidyzację złoża osiąga się wprowadzając przez komorę mieszania i dystrybutor powietrze w ilości 1,67 dm3/s. Jeśli spalane ma być paliwo gazowe, to jego mieszanie z utleniaczem dokonuje się w komorze podsitowej. Jeśli spalane ma być paliwo stałe to tylko w początkowej fazie pracy reaktora stosuje się mieszankę powietrza i paliwa wspomagającego (metan lub propan), która spalając się ogrzewa złoże do ok. 850 – 900 oC. Po osiągnięciu tej temp. rozpoczyna się dozowanie w sposób ciągły paliwa stałego do reaktora, wyłączając równocześnie dopływ paliwa wspomagającego. Proces prowadzi się zwykle tak, by współczynnik nadmiaru powietrza mieścił się w zakresie 1,4 – 2,2. Temperaturę złoża mierzy się zestawem termopar (właśc. termoparą wielopunktową) Ni-NiCr których punkty pomiarowe umieszczone są w stałej (ale różnej!) wysokości nad dystrybutorem. W warunkach laboratoryjnych symuluje się pracę odpopielacza odsysając z reaktora w nieregularnych odstępach nadmiar złoża. W trakcie spalania paliwa, z przestrzeni nadzłożowej, pobiera się strumień spalin, w którym oznacza się on-line stężenie O2, NO, NO2, CO, CO2, SO2 oraz substancji organicznych.

BFBC_carbon.tif BFBC_tire.tif BFBC_gas.tif

Spalanie paliwa stałego jest procesem złożonym. Na zdjęciu po lewej stronie widać intensywnie świecące ziarna paliwa. Warto zauważyć, że proces fluidyzacji każdemu z palących się ziaren paliwa stałego zapewnia praktycznie taką samą dostępność utleniacza (intensywne mieszanie w strefie reakcji), czego nie można powiedzieć w przypadku spalania takiego paliwa w warstwie nieruchomej. Zdjęcie po prawej stronie wykonano w czasie spalania metanu w inertnym złożu fluidalnym. „Inertnym” oznacza tu, że materiał złoża nie wykazuje właściwości katalitycznych (inhibicyjnych), ani też nie ulega żadnej przemianie chemicznej. Skrajnym przypadkiem jest spalanie paliwa stałego, które łatwo ulega odgazowaniu lub zgazowaniu. Wtedy proces spalania może przebiegać nie tylko w warstwie fluidalnej, ale także w pochodni wytworzonej przez intensywną ucieczkę palnych produktów rozkładu paliwa nad złoże (zdjęcie w środku).