РЕАКТОР ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ С ВОЗВРАТОМ ЧАСТИЦ Российский патент 1999 года по МПК F23C11/02 B01J8/24 

Изобретение в общем относится к реакторам или камерам сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя, имеющим импульсные уловители частиц, а более конкретно к конструкциям реакторов или камер сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя, имеющим внутренний импульсный основной уловитель частиц и внутренний возврат всей основной уловленной твердой фазы к нижней части реактора или камеры сгорания для последующей рециркуляции без наружных и внутренних трубопроводов, рециркуляции.

Предпосылки создания изобретения.

Хорошо известно использование импульсных уловителей частиц для удаления захваченного газом твердого материала. Типичные примеры таких уловителей частиц иллюстрируются в патентах CША NN 2083764, выданном Вейсгерберу, 2163600, выданном Хау, 3759014, выданном Вандикену, 4253425, выданном Гэмблу и др., и 4717404, выданном Фоуру.

Уловители частиц для реакторов или камер сгорания псевдоожиженного слоя могут быть либо наружными, либо внутренними. Наружные уловители частиц располагают с наружной стороны обшивки реактора или камеры сгорания, смотри, например, патенты США NN 4165717, выданный Pe и др., 4538549, выданный Стромбергу, 4640201 и 4679511, выданные Холмсу и др., 4672918, выданный Энгстрому и др. , и 4683840, выданный Морину. Внутренние уловители частиц располагают в кожухе реактора или камеры сгорания, смотри, например, патенты США NN 4532871 и 4589352, выданные Вангассельту и др., 4699068, 4708092 и 4732113, выданные Энгстрому, и 4730563, выданный Торнбладу.

Внутренние уловители либо имеют отражательные перегородки через все свободное пространство, которые трудно прочищать и поддерживать, или внутреннюю конструкцию отражательной перегородки и спуска, которая очень напоминает наружные уловители частиц.

На фиг.1 - 4 схематически показаны известные системы котлоагрегатов циркулирующего псевдоожиженного слоя, используемые в производстве пара для требований промышленных процессов и/или для выработки электроэнергии. Топливо и сорбент подают в нижнюю часть топочной камеры 1, ограниченной стенками 2 обшивки, которые, как правило, являются трубами, охлаждаемыми текучей средой. Воздух 3, предназначенный для сгорания и псевдоожижения, который подают в воздушную камеру 4, поступает в топочную камеру 1 через отверстия в распределительной плите 5. Дымовой газ и, увлекаемый вертикально вверх через топочную камеру 1, поток частицы/твердая фаза 6 нагревают стенки 2 обшивки. В большинстве конструкций, в топочную камеру 1 через трубопроводы 7 вводят дополнительный воздух подачи острого дутья.

Известно несколько вариантов улавливания и возврата частиц в топочную камеру 1. Система, показанная на фиг.1, имеет наружный основной циклонный уловитель 8, контурное уплотнение 9 и описываемое ниже необязательное дополнительное улавливание. Системы, показанные на фиг.2 - 4, обеспечивают, как правило, два этапа улавливания частиц. Система, показанная на фиг.2, имеет наружный импульсный уловитель 10 частиц первого этапа, бункер-накопитель 11 частиц и L-образный затвор 12; в системах, показанных на фиг.3 - 4, используют встроенные в топочную камеру импульсные уловители частиц или поперечины 13 U-образного сечения и наружные импульсные уловители частиц или поперечины 14 U-образного сечения. Возврат частиц, уловленных встроенными в топочную камеру поперечинами U-образного сечения, осуществляется непосредственно в топочную камеру 1, в то время как возврат частиц, уловленных наружными поперечинами U-образного сечения, в топочную камеру осуществляется через бункер-накопитель 11 и L-образный затвор 12, названных вместе как система 15 возврата частиц. По вентиляционному каналу 16 подают воздух для регулирования скорости потока твердой фазы или частиц через L-образный затвор 12.

Дымовой газ и твердая фаза 6 проходят в конвекционный канал 17, который имеет нагреваемую посредством конвекции поверхность 18. При необходимости, нагреваемая посредством конвекции поверхность 18 может быть испарителем, экономайзером или пароперегревателем.

В системе, показанной на фиг.1, калорифер 19 дополнительно извлекает тепло из дымового газа и твердой фазы 6; причем твердая фаза, покидающая наружный основной циклонный уловитель 9, может быть уловлена в дополнительном уловителе 20 или в пылеуловительной камере 21 с рукавными фильтрами для рециклирования 22, 23 или удаления, как требуется в соответствии с технологическим процессом. В системах, показанных на фиг.2 - 4, как правило, используют мультиклонный пылеуловитель 24 для рециклирования 25 или для удаления, как требуется, а калориферы 26 и пылеуловительные камеры 27 с рукавными фильтрами также используют для отвода тепла и золоулавливания, соответственно.

В реакторах циркулирующего псевдоожиженного слоя, твердая фаза, участвующая или не участвующая в реакции, захватывается в обшивке реактора вертикальным газовым потоком, который переносит ее к выходу в верхней части реактора, где она улавливается внутренним и/или наружным уловителями частиц. Уловленную твердую фазу возвращают в к нижней части реактора, как правила, с помощью внутреннего или наружного трубопроводов. Вследствие высокого перепада давления между нижней частью реактора и выходным отверстием уловителя частиц, в качестве части трубопровода для возврата частиц необходимо уплотнение для повышенного давления (как правило, контурное уплотнение или L-образный затвор). Уловитель на выходе из реактора, называемый также основным уловителем, улавливает большую часть циркулирующей твердой фазы (как правило, от 95% до 99,5%). Во многих случаях применения дополнительный уловитель частиц и связанные с ним средства рециклирования используют для минимизации потери циркулирующей твердой фазы из-за неэффективности основного уловителя.

В патенте США N 4332085, выданном Белину и др., описывается внутренний импульсный уловитель частиц, показанный на фиг.3 - 4 настоящей заявки и описанный выше. Он состоит из большого числа отражателей вогнутой формы, о которые ударяются частицы твердой фазы, причем отражатели вогнутой формы поддерживаются внутри обшивки топочной камеры и проходят вертикально по меньшей мере в два ряда поперек выходного отверстия топочной камеры, при этом уловленные частицы беспрепятственно и свободно падают в находящиеся ниже улавливающие элементы вдоль стенки обшивки. Такой уловитель оказался эффективным для увеличения средней плотности в камере сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя без увеличения потока улавливаемой и рециклируемой с наружной стороны твердой фазы. Это было сделано при обеспечении простоты конструкции уловителя, отсутствии засорения и равномерности газового потока на выходе из топочной камеры. Последний эффект важен для предотвращения локальной эрозии стенок обшивки и нагревающихся поверхностей внутри топочной камеры, например, боковых пережимав, пламенного окна, вызванной столкновением высокоскоростного потока газ - твердая фаза.

В этом известном варианте воплощения, внутренний импульсный уловитель частиц, состоящий из двух рядов отражателей, используют, как правило, в сочетании с располагаемым ниже по технологической цепочке наружным импульсным уловителем частиц, из которого уловленную твердую фазу возвращают в топочную камеру с помощью наружного трубопровода. Наружный импульсный уловитель частиц и связанные с ним средства возврата частиц, например, бункер-накопитель и L-образный затвор, необходимы, поскольку эффективность внутреннего импульсного уловителя частиц, состоящего, как правило, из двух рядов отражателей, недостаточна для предотвращения значительного выноса твердой фазы к конвекционному газовому каналу вниз по технологической цепочке, причем этот вынос может вызвать эрозию конвекционных поверхностей и увеличение требуемой мощности дополнительного оборудования улавливания/рециклирования частиц.

Известно, что эффективность импульсного уловителя частиц увеличивается, если число рядов отражателей увеличивают от двух до четырех или пяти. Одно устройство внутреннего импульсного уловителя частиц описывается в патенте США N 4891052, выданном Белину и др. Однако эффективность внутреннего импульсного уловителя частиц, описанного в патенте США N 4891052, не может быть увеличена простым увеличением числа рядов отражателей вследствие а) более высокого повторного уноса газами выпущенной твердой фазы, причем вертикальная скорость газа резко увеличивается в направлении к центру топочной камеры, и вследствие б) увеличения байпасного газового потока через выпускную область отражателей.

Очевидно, что камера сгорания или реактор циркулирующего псевдоожиженного слоя может быть сделан более просто и с меньшими затратами посредством конструкции, предусмотренной для полностью внутреннего улавливания и возврата частиц, исключая, таким образом, необходимость каких-либо наружных средств возврата частиц.

Краткое изложение сущности изобретения.

Основной задачей настоящего изобретения является обеспечение реактора или камеры сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя внутренним импульсным основным уловителем частиц, расположенным в обшивке реактора, и внутренним возвратом всей основной уловленной твердой фазы к нижней части реактора или камеры сгорания для последующей рециркуляции без наружного и внутреннего трубопроводов рециркуляции.

В соответствии с этим первым аспектом настоящего изобретения является разработка реактора циркулирующего псевдоожиженного слоя. Предусмотрена обшивка реактора, ограниченная частично стенками и имеющая нижнюю и верхнюю части и выходное отверстие, расположенное на выходе из верхней части. Основной импульсный уловитель частиц является поддерживаемым в верхней части обшивки реактора для улавливания частиц захваченных газом, поток которого проходит в обшивке реактора от нижней к верхней части, заставляя их падать к нижней части реактора. Полости соединены с основным импульсным уловителем частиц и расположены исключительно в обшивке реактора для приема уловленных частиц, когда они падают из основного импульсного уловителя частиц. Наконец, предусмотрены средства возврата, соединенные с полостями и расположенные исключительно в обшивке реактора, предназначенные для возвращения частиц из полостей непосредственно и изнутри в обшивку реактора так, чтобы они свободно и беспрепятственно падали вниз вдоль стенки обшивки к нижней части реактора для последующей рециркуляции.

С помощью этой конструкции получают требуемую плотность потока смеси газ/твердая фаза, вызывающую увеличение скоростей теплопередачи топочной камеры, улучшенные эффективность конверсии углерода и коэффициент использования сорбента. Этих эффектов достигают при одновременном исключении основных капитальных затрат на требуемую ранее наружную основную систему рециркуляции частиц (бункер-накопитель частиц, L-образный затвор и связанные с ними органы управления). Таким образом, может быть достигнута значительная экономия конструкционной стали и других материалов, связанных с созданием реактора циркулирующего псевдоожиженного слоя, а также экономия площади и пространства, требуемые на заводе для указанного реактора.

Различные признаки новизны, которые характеризуют настоящее изобретение, указаны в. частности в прилагаемой формуле изобретения, которая образует часть этого описания. Для более хорошего понимания настоящего изобретения, его функциональных преимуществ и характерных выгод, получаемых в результате его использования, делается ссылка на сопроводительные чертежи и описательный материал, в которых иллюстрируются предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей.

Фиг.1 - схематическое изображение известной системы котлоагрегата циркулирующего псевдоожиженного слоя, имеющей наружный основной циклонный уловитель частиц, имеющий контурное уплотнение.

Фиг.2 - схематическое изображение известной системы котлоагрегата циркулирующего псевдоожиженного слоя, имеющей наружный импульсный основной уловитель частиц, немеханический L-образный затвор и дополнительный (мультиклонный) уловитель частиц.

Фиг.3 - схематическое изображение известной системы котлоагрегата циркулирующего псевдоожиженного слоя, имеющей внутренний и наружный импульсные основные уловители частиц, немеханический L-образный затвор и дополнительный (мультиклонный) уловитель частиц.

Фиг. 4 - схематическое изображение известной конструкции котлоагрегата циркулирующего псевдоожиженного слоя, аналогичной конструкции, показанной на фиг.3.

Фиг. 5 - схематический разрез вида сбоку известного котлоагрегата циркулирующего псевдоожиженного слоя, имеющего обшивку камеры сгорания или реактора в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения.

Фиг.6 - 8 - схематические разрезы видов сбоку верхней части реактора циркулирующего псевдоожиженного слоя в соответствии с другими вариантами воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 9 и 10 - увеличенные схематические изображения варианта воплощения, показанного на фиг.8, причем изображение, приведенное на фиг.10, показано в направлении А фиг.9.

Фиг. 11 - 13 - схематические изображения других вариантов воплощения настоящего изобретения, причем изображение, приведенное на фиг.12, показано в направлении А фиг.11, а изображение, приведенное на фиг.13 является видом сверху изображения, приведенного на фиг.11.

Фиг. 14 - 16 - схематические изображения других вариантов воплощения настоящего изобретения, причем фиг.15 - разрез по 1-1 фиг.14, а фиг.16 - вид сверху изображения, показанного на фиг.14.

Фиг. 17 и 18 - схематические изображения другого варианта воплощения настоящего изобретения, причем изображение, приведенное на фиг.18, показано в направлении А фиг.17.

Фиг. 19 и 20 - схематические изображения другого варианта воплощения настоящего изобретения, причем изображение, приведенное на фиг.20, показано в направлении А фиг.19.

Фиг. 21 и 22 - схематические изображения другого варианта воплощения настоящего изобретения, причем изображение, приведенное на фиг.22, показано в направлении А фиг.21.

Описание предпочтительных вариантов воплощения.

В этой заявке термин "камера сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя" относится к типу реактора циркулирующего псевдоожиженного слоя, в котором имеет место процесс сгорания. Хотя настоящее изобретение направлено а частности на котлоагрегаты или парогенераторы, в которых используют камеры сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя в качестве средства для получения тепла, понятно, что настоящее изобретение может быть легко использовано в другом виде реактора циркулирующего псевдоожиженного слоя. Например, настоящее изобретение может быть применено для реактора, который используют для химических реакций, а не для процесса сгорания, или где смесь газ/твердая фаза от процесса сгорания, имеющего место в другом месте, подают в этот реактор для дополнительной обработки, или где реактор представляет собой только обшивку, в которой частицы или твердая фаза захватываются газом, который необязательно является продуктом процесса сгорания.

Теперь обратимся к чертежам, в которых аналогичными ссылочными номерами указаны аналогичные элементы на нескольких чертежах, и в частности к фиг.5, где показан, соответствующий первому варианту воплощения настоящего изобретения, котлоагрегат 30 циркулирующего псевдоожиженного слоя. При последующем описании, передняя часть котлоагрегата 30 циркулирующего псевдоожиженного слоя или обшивки 32 реактора определяется как левая сторона изображения, приведенного на фиг. 5, задняя часть котлоагрегата 30 циркулирующего псевдоожиженного слоя или обшивки 32 реактора определяется как правая сторона изображения, приведенного на фиг.5, а ширина котлоагрегата 30 циркулирующего псевдоожиженного слоя или обшивки 32 реактора перпендикулярна плоскости чертежа фиг. 5, причем эти правила соблюдены и на других приведенных чертежах.

Котлоагрегат 30 циркулирующего псевдоожиженного слоя имеет обшивку 32 топочной камеры или реактора, как правило прямоугольного поперечного сечения, и частично ограничен охлаждаемыми текучей средой стенками 34 обшивки. Стенки обшивки являются, как правило, трубами, отделенными друг от друга стальной перегородкой для получения газонепроницаемой обшивки 32. Обшивка 32 реактора дополнительно ограничена имеющимися нижней частью 36, верхней частью 38 и выходным отверстием 40, расположенным на выходе из верхней части 39. Топливо, например, уголь, и сорбент, например, известняк, указанные ссылочным номером 42, подают в нижнюю часть 36 в регулируемом и дозируемом количестве с помощью обычных средств, известных специалисту в этой области техники. Только в качестве примера, а не ограничения, используемое типовое оборудование включает в себя гравиметрические питатели, поворотные клапаны и подающие шнеки. Исходный воздух, указанный ссылочным номером 44, подают в нижнюю часть 36 через воздушную камеру 46 и соединенную с ней распределительную плиту 48. Через нижнюю дренажную трубу 50, как требуется, из нижней части 36 удаляет золу и другие отходы, а через отверстия 52, 54 подачи острого дутья обеспечивают баланс воздуха, необходимого для сгорания.

Поток смеси 56 газ/твердая фаза, получаемой в процессе сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя, поступает вверх через обшивку 32 реактора из нижней части 36 к верхней части 38, передавая часть содержащегося в ней тепла охлаждаемым текучей средой стенкам 34 обшивки. Основной импульсный уловитель 58 частиц расположен в верхней части 38 обшивки 32 реактора. В предпочтительном варианте воплощения основной импульсный уловитель 58 частиц содержит от четырех до шести рядов отражателей 60 вогнутой формы, расположенных в двух группах, причем группа 62, расположенная выше по технологической цепочке, имеет два ряда, а группа 64, расположенная ниже по технологической цепочке - от двух до четырех рядов, а предпочтительно три. Элементы 60 поддерживаются сводом 66 обшивки 32 реактора и имеют конструкцию в соответствии с указаниями патента США N 4992085, описание которого включено в эту заявку ссылкой.

Как описано в патенте США N 4932085, отражатели 60 являются непланарнымн и могут иметь U-образную, E-образную, W-образную или любую другую форму сечения, поскольку имеют вогнутую поверхность. Первые два ряда элементов 60 расположены относительно друг друга в шахматном порядке так, чтобы смесь 56 дымовой газ/твердая фаза проходила через них, давая возможность захваченным твердым частицам ударяться об эту вогнутую поверхность; другие два-четыре ряда элементов 60 расположены относительно друг друга в аналогичном шахматном порядке. В предпочтительном варианте воплощения группа 62 отражателей 60, расположенная выше по технологической цепочке, будет улавливать захваченные газом частицы и побуждать их падать внутри непосредственно вниз к нижней части 36 обшивки 32 реактора, против пересекающего потока смеси 56 дымовой газ/твердая фаза.

Отражатели 60 расположены в верхней части 38 обшивки 32 реактора в поперечном направлении от края до края и непосредственно выше по технологической цепочке от выходного отверстия 40. Помимо закрывания выходного отверстия 40, каждый отражатель 60 в группе 64, расположенной ниже по технологической цепочке, проходит также ниже рабочей точки 68 выходного отверстия 40 приблизительно на один фут (304,8 мм). Однако в предпочтительном варианте воплощения и в противоположность отражателям группы 62, расположенной выше по технологической цепочке, нижние концы отражателей 60 в группе 64, расположенной ниже по технологической цепочке, проходят в полость 70, расположенную исключительно в обшивке 32 реактора для приема уловленных частиц, когда они падают из отражателей группы 64. Ниже приведено описание различных вариантов воплощения полости 70 настоящего изобретения и ее взаимосвязи с отражателями 60.

Частицы, уловленные группой 64, расположенной ниже по технологической цепочке, также должны возвращаться к нижней части 36 обшивки 32 реактора. Таким образом, предусмотрено средство 72 возврата частиц, соединенное с полостью 70 и также полностью расположенное в обшивке 32 реактора. Средство 73 возврата частиц непосредственно и внутри реактора возвращает частицы из полости 70 в обшивку 32 реактора так, чтобы они беспрепятственно и свободно падали вдоль стенок 34 обшивки к нижней части 36 обшивки 32 реактора для последующей рециркуляции. В этом варианте воплощения, полость 70 служит больше в качестве временного передаточного устройства, чем места, где частицы хранятся в течение какого-либо значительного периода времени. Побуждая частицы падать вдоль стенок 34 обшивки, минимизируют возможность повторного захвата потоком смеси 56 дымовой газ/твердая фаза, проходящим в вертикальном направлении вверх через обшивку 32 реактора. Ниже приведено описание различных вариантов воплощения средства 72 возврата частиц настоящего изобретения и его соединение с полостью 70.

Таким образом, очевидно, что описанная выше конструкция обеспечивает основное улавливание частиц из потока смеси 56 газ/твердая фаза без необходимости в каком-либо наружном бункере-накопителе частиц, соединительных трубопроводов или L-образных затворов, которые, как правило, требуются в конструкциях предшествующего уровня техники.

Конвекционный канал 74 соединен с выходным отверстием 40 обшивки 32 реактора. После прохождения сначала через группу 62 отражателей, расположенную выше по технологической цепочке, а затем через группу 64, расположенную ниже по технологической цепочке, смесь 56 дымовой газ/твердая фаза (содержание твердой фазы которой было значительно уменьшено, но которая еще содержит некоторые мелкие частицы неудаленные основным импульсным уловителем 58 частиц) выходит из обшивки 32 реактора и поступает в конвекционный канал 74. В конвекционном канале 74 расположена поверхность теплопередачи 75, требуемая характерной конструкцией котлоагрегата 30 циркулирующего псевдоожиженного слоя. Возможны различные схемы размещения; схема размещения, показанная на фиг. 5 является лишь одним типом компоновки. В конвекционном канале 74 могут быть также размещены разные типы поверхности 75 теплопередачи, например, испаритель, экономайзер, пароперегреватель или калорифер и аналогичные устройства, ограниченные только требованиями технологического пара или выработки электроэнергии для коммунальных нужд и термодинамическими ограничениями/ известными специалистам в этой области техники.

После прохождения через всю или часть нагревающейся поверхности в конвекционном канале 74, смесь 56 дымовой газ/твердая фаза пропускают через дополнительное устройство 78 для улавливания частиц, как правило, мультиклонный пылеуловитель, предназначенный для удаления большинства частиц 80, оставшихся в газе. Эти частицы 80 также возвращают к нижней части 36 обшивки 32 реактора с помощью дополнительной системы 82 возврата частиц. Очищенный дымовой газ затем пропускают через калорифер 84, используемый для подогрева поступающего для сгорания воздуха, подаваемого вентилятором 86. После этого охлажденный и очищенный дымовой газ 88 подают к конечному уловителю 83 частиц, например, электростатическому пылеуловителю или пылеуловительной камере с рукавными фильтрами, через вытяжные вентилятор 90 и дымовую трубу 91.

Теперь будут описаны различные варианты воплощения полости 70 и средства 72 возврата частиц, соответствующие настоящему изобретению. Фиг.6 -.8 - схематические разрезы верхней части реактора циркулирующего псевдоожиженного слоя, имеющей различные варианты воплощения настоящего изобретения. Основными различиями между этими вариантами воплощения являются: (1) конкретное положение полости 70 относительно вертикальной средней линии 92 задней стенки 94 обшивки, (2) одна или обе группы 62, 64 отражателей 60 выгружают уловленные ими частицы в полость 70 и (3) число отражателей 60 в каждой группе 62, 64.

Как показано ранее, стенки 34 обшивки, включающие в себя заднюю стенку 94 обшивки, как правило, состоят из охлаждаемых текучей средой труб, отделенных друг от друга стальной перегородкой для получения газонепроницаемой обшивки 32. Котлоагрегаты 30 циркулирующего псевдоожиженного слоя, которые описываются в этой заявке, являются, как правило, поддерживаемыми сверху от конструкционных стальных элементов (не показано), которые соединяются с вертикальными стенками 34 обшивки. Таким образом, стенки 34 обшивки являются несущими элементами, охлаждаемыми текучей средой. Таким образом, некоторые из труб, образующих заднюю стенку 94 обшивки, должны проходить вертикально вверх к своду 66 и через него, как показано в позиции 100, для соединения с конструкционной сталью посредством подвесных кронштейнов. Для образования охлаждаемого текучей средой основания конвекционного канала 74 трубы, образующие заднюю стенку 94 обшивки, изогнуты в рабочей точке 68.

Как показано на фиг.6, полость 70 расположена исключительно в обшивке 32 реактора и в направлении внутрь от вертикальной средней линии 92 и дополнительно ограничена задней стенкой 94 обшивки, перегородками 96 и передней стенкой 98 полости и собирает все частицы, уловленные обеими группами 62, 64 отражателей 60. На своем верхнем конце передняя стенка 98 полости перекрывает нижние концы отражателей на фут (304,8 мм) или более. Передняя стенка 98 полости изогнута в позициях А и В так, чтобы нижний ее конец образовывал полость в форме раструба с выходным отверстием, смежным задней стенке 94 обшивки, и представляет первый вариант воплощения средства 72 возврата частиц. В предпочтительном варианте воплощения передняя стенка 98 полости может быть выполнена из металлической пластины и первый вариант воплощения средства 72 возврата частиц может быть прямоугольным желобом или серией разнесенных отверстий адекватного размера, проходящих вдоль ширины обшивки 32 реактора. Однако передняя стенка 98 может быть также образована из некоторых труб охлаждаемых текучей средой, отогнутых от плоскости задней стенки 94 обшивки, причем промежутки между ними соединены друг с другом мембраной или пластиной. Средство 72 возврата частиц примет форму отверстий адекватного размера между смежными трубами вдоль ширины обшивки 32 реактора в точке, где они отогнуты от плоскости задней стенки 94 обшивки. Перегородки 96 предусмотрены вблизи основания отражателей 60, расположенных в рабочей точке 68 или ниже. Перегородки 96 являются, как правило, горизонтальными и обеспечивают верхнюю часть полости 70 и соединение с отражателями 60, которые содержит основной импульсный уловитель 58 частиц. Конструкция перегородок 96 во многом похожа на конструкцию перегородки 26, описанной в патенте США N 49920B5. В частности, поток частиц, уловленных отражателями 60, будет поступать вниз через небольшие отверстия в перегородках 96, которым придана такая форма, чтобы они закрывали верхнюю часть полости 70, но не вогнутую область в каждом отражателе 60, предотвращая в соответствии с этим возможный повторный захват частиц газом, когда его поток пересекает верхнюю часть полости 70.

Изображение, приведенное на фиг.7, аналогично изображению варианта воплощения, показанного на фиг.6, основное отличие заключается в том, что полость 70 расположена в направлении наружу от вертикальной средней линии 92 задней стенки 94 обшивки. В этом случае средство 72 возврата частиц получают изгибом задней стенки 94 обшивки, которая вместе с концом E прямолинейной передней стенки 98 полости образует полость 70 в форме раструба, выходное отверстие которого и в этом случае смежно задней стенке 94 обшивки. Передняя стенка 98 полости может быть образована из металлической пластины, причем средство возврата частиц содержит продольный желоб или большое число разнесенных отверстий, расположенных между нижним концом E и заднем стенкой 94 обшивки. В другом варианте передняя стенка 98 полости может быть образована из охлаждаемых текучей средой труб, проходящих прямо вверх и через свод 66, как показано в позиции 100. В этом случае средство 72 возврата частиц будет содержать отверстия между смежными трубами вдоль ширины обшивки 32 реактора в точке, где трубы, образующие заднюю стенку 94 обшивки, отогнуты от плоскости вертикальной средней линии 92 задней стенки 94 обшивки.

Варианты воплощения, показанные на фиг.6 и 7, позволяют использовать необходимое число отражателей 60, требуемое для обеспечения высокого коэффициента улавливания при полностью внутреннем возврате твердой фазы к нижней части 36 обшивки 32 реактора для последующей рециркуляции без использования наружных и внутренних трубопроводов или систем возврата частиц.

На фиг.8 показан другой вариант воплощения, как показано на фиг.5, в котором в предпочтительном варианте используют по меньшей мере четыре ряда отражателей 60, расположенных двумя группами 62, 64. Первые два ряда отражателей 60, образующие группу 62, расположенную выше по технологической цепочке, выгружают уловленную ими твердую фазу непосредственна в обшивку 32 реактора для свободного падения вдоль задней стенки 94 обшивки, в то время как твердая фаза уловленная группой 64, расположенной ниже по технологической цепочке, падает в полость 70, и в этом случае размещенной исключительно в обшивке 32 реактора и в направлении наружу относительно вертикальной средней линии 92 задней стенки 94 обшивки. И в этом случае будут использованы перегородки 96, служащие в качестве верхней части полости 70 и отражательной перегородки на передних двух рядах отражателей 60, образующие группу 60, расположенную выше по технологической цепочке. Перегородки 96 на группе 62 побуждают поток смеси 56 газ/твердая фаза проходить через отражатели 60 и препятствует образованию какого-либо байпасного потока газа или его прохождению непосредственно вверх вдоль отражателей 60, как указано в патенте США N 4992085. Такая компоновка дополнительно упрощает конструкцию основного импульсного уловителя 58 и делает ее более компактной по сравнению с конструкцией, показанной на фиг.6. Кроме того, такая компоновка позволяет увеличить коэффициент полезного действия основного импульсного уловителя 58 путем обеспечения раздельной выгрузки твердой фазы из первых двух рядов и из последующих рядов. Это уменьшает байпасный газовый поток между группами 62 и 64, расположенными, соответственно, выше и ниже по технологической цепочке, и гарантирует повторный захват частиц газом.

По той же причине, по которой перегородки 96 устанавливают у передних двух рядов отражателей 60, показанных на фиг.8, требуется также предотвращение или (минимизация байпасного газового потока через средство 72 возврата частиц. На фиг.9 и 10 показано, что придание выпускным отверстиям 102 в средстве 72 возврата частиц соответствующих размеров позволяет решить эту задачу при обеспечении выгрузки уловленной твердой фазы без накопления ее в полости 70. На фиг.11 - 13 показано, что в сочетании с выпускными отверстиями 102 приемлемо также придание соответствующих размеров каналам 104, сформированным в задней стенке 34 обшивки. На фиг.14 - 16 показано, что короткие вертикальные каналы 106, присоединенные к передней стенке 98 полости непосредственно против выпускных отверстий 102, также будут препятствовать образованию байпасного газового потока в полости 70 при дополнительном увеличении возврата твердой фазы к нижней части 36 обшивки 32 реактора, падающей свободно и вертикально вдоль задней стенки 94 обшивки.

Площадь сечения потока выпускных отверстий 102 средства 72 возврата частиц выбирают предпочтительно для обеспечения массовой скорости твердой фазы величиной от 100 до 500 кг/м²•сек. Длина каналов 104 должна быть предпочтительно в 6-10 раз более ожидаемого перепада давления через выпускные отверстия 102 полости 70, выраженного в дюймах водяного столба. Уплотнение для повышенного давления, предусматриваемое посредством вышеуказанных компоновок возврата твердой фазы, упрощается по сравнению с контурными уплотнениями или L-образными затворами, используемыми в известных случаях применения реакторов, циркулирующего псевдоожиженного слоя, где твердую фазу возвращают из уловителя к нижней части реактора с помощью трубопроводов. Это становится возможным вследствие относительно малого перепада давления между верхней частью топочной камеры 38 и полостью 70 по сравнению с нижней частью топочной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и циклонным уловителем, показанным на фиг.1, или бункером-накопителем 11 частиц, показанным на фиг.2 - 4. Предполагаемое значение перепада давления для конструкции настоящего изобретения составляет 1,0-1,5 дюйма 25,4-38,1 мм) водяного столба, в то время как типичное значение перепада давления для известных случаев применения камеры сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя составляет 25-50 (635-1270 мм) или даже 40-45 дюймов (1016-1143 мм) водяного столба.

На фиг.17 и 18 показан вариант воплощения средства 72 возврата частиц, в котором откидной клапан 108, шарнирно прикрепленный к передней стенке 98 полости посредством шплинта 110 и приливов 112, может быть размещен поверх каждого выпускного отверстия 102. Откидной клапан 108 будет автоматически регулировать поперечное сечение указанных отверстии для обеспечения удаления твердой фазы из полости 70 без образования в нем байпасного газового потока. Размеры выпускных отверстий 102 будут выбирать предпочтительно в соответствии с описанным выше критерием.

На фиг. 19 и 20 показан другой вариант воплощения средства 72 возврата частиц, в котором выпускное отверстие 102 дополнительно ограничивают так, чтобы был образован слой циркулирующей твердой фазы 104. Слой 104 поддерживается слегка наклонным основанием 106, 108, через которое под слоем циркулирующей твердой фазы 104 выступает большое число рассеивающих воздуховодов 110. Псевдоожижающий воздух, газ или аналогичное вещество 112, вводимое в слой 104, поддерживает этот слой при требуемом уровне псевдоожижения частиц и побуждает их непрерывно покидать полость 70. Слой твердой фазы, поддерживаемый как уплотненный или слегка псевдоожиженный, обеспечит уплотнение для повышенного давления, причем это уплотнение предотвратит образование байпасного потока газа 56 через выпускные отверстия 102.

Изменение устройства уплотнения для повышенного давления, представленного на фиг.19 и 20, показано на фиг.21 и 22. В этом варианте воплощения нижний край L выпускного отверстия 102 размещают над основанием 114 полости 70; наклонная часть 116 проводит вверх от основания 114. Перегородка 118, имеющая первую часть 120, соединенную с передней стенкой 98 полости, и вторую часть 122, соединенную с первой, проходит в полость 70. Нижний конец Т второй части 122 располагают так, чтобы он был ниже нижнего края L выпускного отверстия 102, образуя в соответствии с этим контурное уплотнение 124, имеющее загрузочную камеру 126 и разгрузочную камеру 128, ограниченные передней стенкой 98 полости, основанием 114, 116, перегородкой 118 и стенкой попасти 116. Псевдоожижаюший воздух, газ или аналогичное вещество 112 вводят в слой 104 частиц посредством рассеивающих трубок 110, как это делали в. случае, показанном на фиг.19 - 20. Уровень твердой фазы в разгрузочной камере 128 будет на уровне или немного выше нижнего края L, при этом твердая фаза переливается через край и падает вниз вдоль задней стенки реактора. Уровень твердой фазы в загрузочной камере 126 будет саморегулирующимся до равновесия перепада давления между верхней частью 38 обшивки 32 реактора и полости 70. Поскольку этот перепад сравнительно мал, в обоих вариантах воплощения, показанных на фиг.19 - 20 и на фиг.21 - 22, для обеспечения уплотнения для повышенного давления необходимо только низкое давление псевдоожижающего газа по сравнению с давлением газа, требуемым для контурных уплотнений для известных в технике ветвей возврата.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет создать простое устройство реактора или камеры сгорания псевдоожиженного слоя, которое исключает необходимость наружных основных уловителей и связанных с ними трубопроводов возврата твердой фазы, контурных уплотнений или L-образных затворов. Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что исключение вышеупомянутых конструкций обеспечивает улучшенный доступ к нижней части 36 реактора или камеры сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя, незатрудняемый трубопроводами возврата твердой фазы. В частности, в камерах сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя это обеспечивает возможность более равномерной подачи топлива и сорбента, улучшая таким образом характеристики сгорания и выброса, а также обеспечивает более хороший доступ, если сжигают более, чем одно топливо.

Хотя для иллюстрации применения принципов настоящего изобретения были подробно показаны и описаны характерные варианты воплощения изобретения, квалифицированному специалисту в этой области техники будет очевидно, что в форме настоящего изобретения, охватываемого, приведенной ниже формулой изобретения, без отклонения от этих принципов могут быть сделаны изменения. Например, настоящее изобретение может быть применено для новой конструкции, включающей в себя реакторы или камеры сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя, или для замены, ремонта или модификации существующих: реакторов или камер сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя. В некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения некоторые признаки изобретения могут быть иногда с успехом использованы без соответствующего использования других признаков. В соответствии с этим, все такие изменения и варианты воплощения справедливо находятся в. пределах объема следующей ниже формулы изобретения.

Реактор 30 (камера сгорания) циркулирующего псевдоожиженного слоя имеет внутренний основной импульсный уловитель 58 частиц, снабженный полостью 70 и средством 72 возврата частиц в верхней части обшивки реактора 30 для обеспечения непосредственного и внутреннего возврата всей основной уловленной твердой фазы к нижней части реактора 30 (камеры сгорания) для последующей рециркуляции без наружного и внутреннего трубопроводов рециркуляции. Средство 72 внутреннего возврата частиц расположено исключительно в обшивке реактора 30 и выполнено с возможностью свободного и беспрепятственного падения частиц вдоль стенки обшивки к ее нижней части. Изобретение позволяет при простоте конструкции полное внутреннее улавливание и возврат уловленных частиц в зону сжигания. 27 з.п.ф-лы, 22 ил.

1. Реактор псевдоожиженного слоя с возвратом частиц, содержащий обшивку реактора, разделенную на верхнюю и нижнюю части, выходное отверстие, расположенное в верхней части, основной импульсный уловитель частиц, расположенный в верхней части обшивки реактора и предназначенный для улавливания частиц, захваченных потоком газа и перемещающихся из нижней части обшивки в верхнюю часть, полость, соединенную с основным уловителем частиц, расположенную исключительно в обшивке реактора и предназначенную для приема уловленных частиц, падающих из основного уловителя, и средство возврата частиц из полости, отличающийся тем, что средство возврата частиц расположено исключительно в обшивке реактора таким образом, что выполнено с возможностью свободного и беспрепятственного падения частиц из полости вдоль стенок обшивки к нижней части обшивки. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит средство для подачи топлива и сорбента к нижней части обшивки. 3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит воздушную камеру, сообщенную с нижней частью обшивки. 4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что основной импульсный уловитель частиц содержит ряды отражателей вогнутой формы. 5. Реактор по п.4, отличающийся тем, что все отражатели установлены в положение, обеспечивающее падение уловленных из газа частиц непосредственно в полость. 6. Реактор по п.4, отличающийся тем, что ряды отражателей расположены двумя группами, расположенными выше и ниже по технологической цепочке, причем каждая группа содержит по меньшей мере два ряда отражателей вогнутой формы. 7. Реактор по п. 6, отличающийся тем, что группа отражателей вогнутой формы, расположенная выше по технологической цепочке, выполнена с возможностью улавливания частиц, захваченных газом, и побуждения их к свободному падению внутри обшивки реактора непосредственно к его нижней части. 8. Реактор по п. 6, отличающийся тем, что группа отражателей вогнутой формы, расположенная выше по технологической цепочке, выполнена с возможностью улавливания частиц, захваченных газом, и побуждения их падения непосредственно в полость. 9. Реактор по п.1, отличающийся тем, что обшивка реактора имеет заднюю стенку, на которой отмечена вертикальная средняя линия, причем полость расположена в обшивке реактора ориентированно внутрь от указанной вертикальной средней линии. 10. Реактор по п.9, отличающийся тем, что полость ограничена задней стенкой обшивки, перегородкой и передней стенкой полости. 11. Реактор по п.10, отличающийся тем, что нижний конец передней стенки полости отогнут к задней стенке обшивки с образованием раструба, выходное отверстие которого расположено смежно задней стенке полости. 12. Реактор по п.11, отличающийся тем, что средство возврата частиц представляет собой прямоугольный желоб или ряд разнесенных отверстий соответствующего размера, проходящих между нижним концом передней стенки полости и задней стенкой обшивки. 13. Реактор по п. 10, отличающийся тем, что задняя стенка обшивки выполнена из труб, охлаждаемых текучей средой, а передняя стенка полости частично выполнена из труб, охлаждаемых текучей средой и отогнутых от плоскости задней стенки с образованием полости в форме раструба, выходное отверстие которого расположено смежно задней стенки обшивки. 14. Реактор по п. 13, отличающийся тем, что средство возврата частиц выполнено в форме отверстий, расположенных между смежными трубами вдоль ширины обшивки реактора в точке, в которой они отогнуты от плоскости задней стенки. 15. Реактор по п.1, отличающийся тем, что обшивка реактора имеет заднюю стенку обшивки, на которой выполнена вертикальная средняя линия, причем полость расположена внутри обшивки реактора, но наружу относительно вертикальной средней линии. 16. Реактор по п. 15, отличающийся тем, что полость ограничена задней стенкой обшивки, перегородкой и передней стенкой полости. 17. Реактор по п.16, отличающийся тем, что передняя стенка полости выполнена прямолинейной, а задняя стенка обшивки выполнена отогнутой от вертикальной средней линии задней стенки обшивки с образованием полости в форме раструба, выходное отверстие которого расположено смежно задней стенке обшивки. 18. Реактор по п.17, отличающийся тем, что средство возврата частиц выполнено в форме желоба или ряда разнесенных отверстий, проходящих между нижним концом передней стенки полости и задней стенкой обшивки вдоль ширины обшивки реактора. 19. Реактор по п.18, отличающийся тем, что он дополнительно содержит большое количество рассеивающих трубок, выступающих в указанной полости для поддержания уровня частиц в полости на требуемом уровне посредством псевдоожижения частиц и побуждения их к удалению из полости. 20. Реактор по п.19, отличающийся тем, что он дополнительно содержит перегородку, соединенную с передней стенкой полости и проходящую в полость для образования контурного уплотнения, имеющего загрузочную и разгрузочную камеры, ограниченные передней стенкой полости, основанием полости, перегородкой и задней стенкой полости. 21. Реактор по п.17, отличающийся тем, что задняя стенка обшивки выполнена из труб, охлаждаемых текучей средой, а передняя стенка полости выполнена прямолинейной и частично состоит из труб, охлаждаемых текучей средой и проходящих вдоль вертикальной средней линии вверх к своду обшивки реактора. 22. Реактор по п.19, отличающийся тем, что средство возврата частиц содержит отверстия между смежными трубами вдоль ширины обшивки реактора в точке, в которой некоторые трубы отогнуты от плоскости задней стенки обшивки. 23. Реактор по п.1, отличающийся тем, что основной импульсный уловитель частиц содержит ряды отражателей вогнутой формы, расположенные двумя группами, причем группа, расположенная выше по технологической цепочке, имеет по меньшей мере два ряда отражателей, которые улавливают частицы, захваченные газом, и побуждают их свободно падать внутри обшивки реактора непосредственно к нижней его части, а также перегородку, предотвращающую образование байпасного потока газа или потока газа, проходящего непосредственно вверх вдоль отражателей, а группа, расположенная ниже по технологической цепочке, имеет по меньшей мере два ряда отражателей, которые улавливают захваченные газом частицы и побуждают их падать непосредственно в полость, причем полость имеет перегородку, являющуюся верхней частью полости. 24. Реактор по п.1, отличающийся тем, что полость ограничена задней стенкой обшивки, перегородкой и передней стенкой полости, а средство возврата частиц содержит большое количество отверстий, расположенных вдоль ширины обшивки реактора и имеющих такую площадь сечения потока, которая позволяет обеспечить величину массовой скорости твердой фазы, равную 100-500 кг/м²•с. 25. Реактор по п.22, отличающийся тем, что средство возврата частиц дополнительно содержит каналы, сформированные в задней стенке обшивки, в сочетании с выпускными отверстиями. 26. Реактор по п.1, отличающийся тем, что полость ограничена задней стенкой обшивки, перегородкой и передней стенкой полости, а средство возврата частиц содержит большое число выпускных отверстий, расположенных вдоль ширины обшивки реактора между торцом передней стенки полости и задней стенкой обшивки, и короткий вертикальный канал, сообщенный с передней стенкой полости непосредственно против выпускных отверстий для предотвращения образования в полости байпасного потока газа и для увеличения возврата твердой фазы к нижней части обшивки реактора в свободном падении вертикально вдоль задней стенки обшивки. 27. Реактор по п.1, отличающийся тем, что полость ограничена задней стенкой обшивки, перегородкой и передней стенкой полости, а средство возврата частиц имеет большое число выпускных отверстий, расположенных вдоль ширины обшивки реактора между торцом передней стенки полости и задней стенки обшивки, и откидной клапан, расположенный поверх всех выпускных отверстий, шарнирно соединенный с передней стенкой полости. 28. Реактор по п.1, отличающийся тем, что отражатели имеют U-образную, Е-образную, W-образную или любую другую вогнутую форму.