ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ РЕАКТОР КИСЛОРОДНОГО СЖИГАНИЯ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТАКОГО РЕАКТОРА Российский патент 2012 года по МПК F23C10/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к реакторам кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем и их эксплуатации. В частности, изобретение относится к циркуляционному реактору кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем, содержащему камеру реактора и газораспределительное устройство в нижней секции камеры реактора для введения газа в камеру реактора. Упомянутое газораспределительное устройство содержит первую систему подачи газа для введения рециркулируемого газа, идущего из камеры реактора, и вторую систему подачи газа для введения, обогащенного кислородом газа в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения. Изобретение также относится к способу эксплуатации циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем, содержащего камеру реактора и газораспределительное устройство, расположенное в нижней секции камеры реактора; при осуществлении способа газ вводят в камеру реактора через газораспределительное устройство, а это газораспределительное устройство дополнительно содержит первую систему подачи газа, через которую рециркулируемый газ, идущий из камеры реактора, снова вводят в камеру реактора, и вторую систему подачи газа, через которую газ, обогащенный кислородом, вводят в камеру реактора, в соответствии с ограничительной частью п.10 формулы изобретения.

Предшествующий уровень техники

Разработка новых нормативов и развитие других потребностей, ограничивающих выбросы газа, например, связанные с так называемым парниковым эффектом, внесли свой вклад в воплощение технологий, направленных на снижение, например, содержания диоксида углерода в электростанциях, работающих на ископаемых углеродсодержащих топливах.

Например, в патенте США №6505567 описан циркуляционный парогенератор с псевдоожиженным слоем, в котором сгорание поддерживается рециркулируемым диоксидом углерода, который является газообразным продуктом сгорания. Сгорание поддерживается посредством чистого кислорода, который вводят в циркуляционный парогенератор с псевдоожиженным слоем. Введение чистого кислорода может создать области с очень высокой локальной температурой, что нежелательно, например, ввиду механических напряжений, вносимых в конструктивные элементы, расположенные близко к этим областям.

Введение кислорода в циркуляционный реактор с псевдоожиженным слоем, в частности, является процессом чувствительным. Неравномерное распределение кислорода может создавать локальные пятна перегрева, которые также склонны вызывать такие проблемы, как агломерация материала слоя. Это происходит, в частности, когда имеют дело с чистым кислородом.

В публикации WO 2005119126 описано устройство с псевдоожиженным слоем, имеющее камеру сгорания, в которой нижняя секция оснащена соплами подачи основного газа первого типа и второго типа. Во-первых, сопла первого типа предусмотрены для впрыска первой газовой смеси на первом уровне, близко к основанию упомянутой камеры, посредством обычной дутьевой камеры и сопел. Во-вторых, сопла второго типа предусмотрены для впрыска второй газовой смеси, обогащенной кислородом, на втором уровне, который выше первого уровня. В соответствии с публикацией WO 2005119126, упомянутые сопла второго типа содержат устройство для смешения кислорода со вторым газообразным компонентом внутри сопла, соединенное на своем нижнем конце с источником кислорода и с источником второго газообразного компонента. Упоминается, что второй газообразный компонент представляет собой газ либо из дутьевой камеры, либо из отдельного газосборника.

В устройстве этого типа, где кислород смешивается в сопле с газом, вводимым из дутьевой камеры, управление долей кислорода в смеси всегда зависит от давления, преобладающего в дутьевой камере, так что независимое управление затруднено, если вообще возможно.

В циркуляционных реакторах с псевдоожиженным слоем скорости псевдоожижающего газа значительно изменяются, потому что изменение нагрузки также требует соответствующих изменений в количествах газа, подаваемых через решетку реактора. Рабочий диапазон упомянутой решетки определяется, например, падением давления, которое не должно быть избыточным во время работы при высоких нагрузках, а также при низких нагрузках, причем падение давления должно быть адекватным для обеспечения равномерного распределения потока газа по площади поперечного сечения решетки. На практике существует некоторый минимальный расход воздуха, который следует подавать через решетку также во время работы при низких нагрузках, что в некоторых случаях может оказаться ограничивающим фактором самой низкой нагрузки, получаемой от реактора.

В частности, в циркуляционных реакторах кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем, основанных на принципе сгорания в среде с повышенным содержанием кислорода, помимо изменения скоростей газа из-за изменений нагрузки, существует также вопрос надлежащего введения обогащенного кислородом газа в процесс, поддерживаемый в циркуляционном реакторе кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем.

В патенте США №4628831 описана решетка для транспортировки газообразной псевдоожижающей текучей среды в камеру обработки с использованием псевдоожиженного слоя. Решетка содержит два отдельно питаемых контура каналов - первый контур каналов с отверстиями, расширяющимися кверху, для обеспечения плотного псевдоожиженного слоя в камере и второй контур трубчатых каналов, открывающихся наружу выше упомянутых расширенных отверстий, для обеспечения нагнетаемого псевдоожиженного слоя частиц в камере соответственно. Состоящая из двух отдельных групп сопел и цепочек труб решетка этого типа весьма сложна в изготовлении.

Задача изобретения состоит в том, чтобы разработать циркуляционный реактор кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем, обеспечивающий усовершенствованное решение для введения и рециркулируемого газа, и обогащенного кислородом газа в циркуляционный реактор кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем.

Краткое изложение существа изобретения

Задачи данного изобретения решаются, по существу, так, как описано в пп.1 и 10 формулы изобретения. В других пунктах формулы изобретения представлены подробности других вариантов осуществления изобретения.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, циркуляционный реактор кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем содержит камеру реактора и газораспределительное устройство, предусмотренное в нижней секции камеры реактора для введения газа в камеру реактора, причем газораспределительное устройство содержит первую систему подачи газа и вторую систему подачи газа для введения газа, обогащенного кислородом, в камеру реактора. Первая система подачи газа содержит первую дутьевую камеру, а вторая система подачи газа содержит вторую дутьевую камеру. Первая дутьевая камера имеет общую стенку с камерой реактора, а вторая дутьевая камера, расположенная под первой дутьевой камерой, имеет общую стенку с первой дутьевой камерой.

Газораспределительное устройство дополнительно сообщается с источником газа, обогащенного кислородом. Это устройство обеспечивает эффективную и надежную работу циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем и имеющего содержание кислорода в газе, вводимом в камеру реактора, на повышенном уровне, превышающее содержание кислорода в воздухе.

Вторая, нижняя, дутьевая камера предпочтительно имеет внутренние стенки, футерованные материалом, выдерживающим условия, обуславливаемые повышенным содержанием кислорода в газе, находящемся в этой камере.

Вторая дутьевая камера соединена с реактором через множество трубопроводов, проходящих от второй дутьевой камеры через первую дутьевую камеру в камеру реактора. Это обеспечивает конструктивную особенность, в соответствии с которой оказывается возможным поддержание газа во второй дутьевой камере при меньшей температуре, чем у газа в первой дутьевой камере. Трубопроводы предпочтительно расположены в первой дутьевой камере.

Камера реактора оснащена сепаратором частиц для отделения псевдоожиженных частиц, которые увлекаются газами, образуемыми реакциями, имевшими место в камере реактора, причем этот сепаратор частиц снабжен выпуском для газа и выпуском для отделенных частиц. Выпуск для газа сообщается за счет течения с первой дутьевой камерой и второй дутьевой камерой посредством рециркуляционного трубопровода.

Рециркуляционный трубопровод преимущественно соединен с первым смесительным элементом в первой системе подачи газа посредством трубопровода, оснащенного первым устройством регулирования расхода, и вторым смесительным элементом во второй системе подачи газа посредством трубопровода, оснащенного вторым устройством регулирования расхода. Этим способом можно независимо управлять расходом рециркулируемого газа в первую и вторую системы подачи газа.

Источник газа, обогащенного кислородом, соединен с первым смесительным элементом посредством трубопровода, оснащенного третьим управляющим клапаном, и со вторым смесительным элементом посредством трубопровода, оснащенного четвертым управляющим клапаном. Этим способом можно независимо управлять расходом рециркулируемого газа и в первую, и во вторую системы подачи газа, а также можно осуществить на практике способ, соответствующий изобретению.

В соответствии с изобретением, при осуществлении способа эксплуатации циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем и содержащего камеру реактора и газораспределительное устройство, предусмотренное в нижней секции камеры реактора, вводят газ в камеру реактора через газораспределительное устройство, причем это газораспределительное устройство дополнительно содержит первую систему подачи газа и вторую систему подачи газа, через которые газ вводят в камеру реактора. Газ вводят в камеру реактора через первую дутьевую камеру первой системы подачи газа и через вторую дутьевую камеру второй системы подачи газа таким образом, что газ, обогащенный кислородом, вводимый через вторую дутьевую камеру, вводят через множество трубопроводов, проходящих через первую дутьевую камеру во вторую дутьевую камеру.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, газ, вводимый в камеру реактора, содержит рециркулируемый газ, который разделяют на потоки, содержащие поток, который управляемо вводят в первую систему подачи газа, и поток, который управляемо вводят во вторую систему подачи газа. Газ, обогащенный кислородом, вводят в поток рециркулируемого газа в первой системе подачи газа таким образом, что содержание кислорода в газе в первой системе подачи газа меньше, чем первое содержание кислорода, или равно ему, и при этом газ, обогащенный кислородом, вводят в поток рециркулируемого газа во второй системе подачи газа таким образом, что содержание кислорода в газе во второй системе подачи газа больше, чем упомянутое первое содержание кислорода, или равно ему.

Первое содержание кислорода предпочтительно регулируют таким образом, что риск самовоспламенения, то есть воспламенения без зажигания извне, любого горючего материала, присутствующего в газораспределительном устройстве, минимизируется.

Управление содержанием кислорода в соответствии с вариантом осуществления изобретения проводят путем поддержания настолько низкой концентрации O₂ в газообразной смеси CO₂-H₂O-O₂ (как правило, менее 28%), что адиабатическая температура сгорания горючего материала оказывается меньшей, чем при сгорании с использованием воздуха, или равной ей.

Газ, обогащенный кислородом, во второй системе подачи газа подают во вторую дутьевую камеру и подвергают воздействию тепловым потоком из камеры ректора, причем этот тепловой поток уменьшают за счет подогрева газа в первой дутьевой камере. Этим способом можно легко поддерживать газ, обогащенный кислородом, во второй дутьевой камере при меньшей температуре, чем у газа в первой дутьевой камере. Газ, обогащенный кислородом, во второй камере предпочтительно вводят через множество труб, проходящих через первую дутьевую камеру в камеру реактора, одновременно нагревая его газом в первой дутьевой камере.

Краткое описание чертежа

Ниже будет приведено описание изобретения со ссылками на прилагаемый чертеж, где иллюстрируется циркуляционный реактор с псевдоожиженным слоем, обеспечивающий сгорание в среде с повышенным содержанием кислорода, оснащенный газораспределительным устройством в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Подробное описание чертежа

На чертеже схематически показан циркуляционный реактор 10 кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем, который содержит камеру 15 реактора и сепаратор 20 частиц, соединенный с верхней частью камеры 15 реактора посредством соединительного трубопровода 25. Сепаратор 20 частиц снабжен выпуском 30 для частиц и выпуском 35 для газа. Выпуск 30 для частиц соединен с каналом 40 возврата частиц. Сепаратор 20 частиц предпочтительно является сепаратором центробежного типа. Канал возврата может быть оснащен, например, отдельной системой охлаждения частиц или другой системой обработки частиц (которая здесь не показана).

Отработанный газ, который при нормальной операции сгорания содержит главным образом CO₂ и H₂O, подают также в трубопровод 45 отработанного газа через выпуск 35 для газа. Трубопровод 45 отработанного газа показан на рассматриваемом чертеже пунктирной линией, иллюстрирующей тот факт, что отработанный газ подвергают некоторым процессам обработки, таким, как процесс рекуперации теплоты, предусматриваемым в связи с трубопроводом 45 отработанного газа, но не показанным здесь по причинам ясности иллюстрации.

Нижняя секция камеры 15 реактора оснащена газораспределительным устройством 50, которое содержит решетку 55, через которую псевдоожижающий газ и кислородсодержащий газ вводятся в камеру 15 реактора. Независимо от состава газа, весь газ, вводимый через решетку 55, принимает участие в псевдоожижении слоя материала. Решетка снабжена двумя группами отверстий 60, 65, которые соединены с первой системой 70 подачи газа и второй системой 75 подачи газа соответственно, по следующим причинам. Отверстия на практике снабжены специальными соплами, которые не показаны здесь по причинам ясности иллюстрации. Сопла распределены, по существу, равномерно, по площади решетки.

Первая система 70 подачи газа содержит первую дутьевую камеру 71. Первая дутьевая камера 71 образована ее нижней стенкой 76, верхней стенкой 77 и боковой стенкой (боковыми стенками) 78. Количество боковых стенок определяется формой поперечного сечения первой дутьевой камеры; например, если камера круглая, то имеется лишь одна боковая стенка, окружающая эту дутьевую камеру. Первая система 70 подачи дополнительно содержит первый смесительный элемент 101, посредством которого обеспечивается течение газа в первую дутьевую камеру 71.

Вторая система 75 подачи газа содержит вторую дутьевую камеру 80, которая соответственно образована ее нижней стенкой 81, верхней стенкой 82 и боковой стенкой (боковыми стенками) 83. Вторая дутьевая камера 80 расположена непосредственно под первой дутьевой камерой 71. Первая дутьевая камера и вторая дутьевая камера имеют общую стенку друг с другом. Нижняя стенка 76 первой дутьевой камеры 71 и верхняя стенка 82 второй дутьевой камеры скреплены друг с другом воедино или могут быть даже выполнены как одна общая стенка. Иными словами, первая дутьевая камера 71 находится непосредственно под камерой 15 реактора, а вторая дутьевая камера 80 находится непосредственно под первой дутьевой камерой 71. Вторая система 75 подачи содержит второй смесительный элемент 102, который выполнен с возможностью подачи газа во вторую дутьевую камеру 80.

И первая, и вторая дутьевые камеры 71, 80 снабжены впусками 85, 90 для газа, которые открываются во внутреннее пространство дутьевой камеры. Первый и второй смесительные элементы 101 и 102 выполнены соединенными с соответствующими впусками, располагаясь выше по течению от них. Трубопровод 45 отработанного газа оснащен рециркуляционным трубопроводом 95, оснащенным нагнетательным устройством 96. Рециркуляционный трубопровод 95 выполнен с возможностью введения газообразных продуктов реакций, имевших место в камере 15 реактора, в качестве рециркулируемого газа. На практике во время нормальной операции сгорания рециркулируемые газообразные продукты содержат главным образом CO₂ и H₂O.

Рециркуляционный трубопровод 95 соединен с первым смесительным элементом 101 посредством трубопровода 107 и со вторым смесительным элементом 102 посредством трубопровода 111. Трубопроводы 107 и 111 оснащены первым и вторым устройствами 108 и 112 регулирования расхода соответственно.

Первый и второй смесительные элементы соединены с впусками 85, 90 для газа соответственно. В смесительных элементах газ, обогащенный кислородом, вводится в поток рециркулируемого газа с одновременным смешением. Количеством рециркулируемого газа, подаваемого в каждую дутьевую камеру, управляют первое и второе устройства 108, 112 управления расходом. Устройства управления расходом могут содержать, например, первый и второй управляющие клапаны. В соответствии с вариантом осуществления изобретения, устройства управления расходом содержат специализированные нагнетатели, управляемые инверторами (не показаны), предусмотренные в каждом из трубопроводов 107 и 111 в дополнение к управляющему клапану или вместо него. Это обеспечивает эффективный способ управления количеством рециркулируемого газа, вводимого в дутьевые камеры. Наличие нагнетателя вместо клапана минимизирует неизбежные потери давления, потому что нагнетатель 96 в рециркуляционном трубопроводе 95 не должен создавать такие же высокие давления, как в случае использования клапанов.

Это гарантирует работу циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слом, таким образом, что газообразные продукты реакций, которые в случае сгорания углеродистого топлива имеют место в реакторе, представляют собой главным образом CO₂ и H₂O, можно частично рециркулировать обратно в камеру 15 реактора, так что после фазы запуска вместо воздуха реактор может работать на смеси упомянутых газообразных продуктов и кислорода. Этим способом можно проще избежать присутствия азота и восстановления CO₂ из отработанных газов.

Газораспределительное устройство 50 также соединено с источником 100 газа, обогащенного кислородом, таким как воздухоразделительный блок (ВРБ). Источник 100 газа, обогащенный кислородом, соединен с первым смесительным элементом 101 посредством трубопровода 103, оснащенного третьим управляющим клапаном 104, со вторым смесительным элементом 102 посредством трубопровода 105, оснащенного четвертым управляющим клапаном 106.

Введение газа в камеру 15 реактора через первую дутьевую камеру 71 обеспечивается следующим образом. Третий управляющий клапан 104 для газа, обогащенного кислородом, и устройство 108 управления для рециркулируемого газа работают таким образом, что газ, вводимый через первую систему 70 подачи газа, имеет меньшее содержание кислорода, чем первое содержание кислорода, которое на практике составляет около 28 об.%, предпочтительно - 23-28 об.%. Первое содержание кислорода предпочтительно регулируют таким образом, что риск самовоспламенения любого горючего материала, присутствующего в газораспределительном устройстве, минимизируется. Этим способом работу реактора делают надежной и безопасной.

Введение газа в камеру 15 реактора через вторую дутьевую камеру 80 обеспечивается следующим образом. Четвертый управляющий клапан 106 для газа, обогащенного кислородом, и устройство 112 управления для рециркулируемого газа работают таким образом, что газ, вводимый через вторую систему 75 подачи газа, имеет повышенное содержание кислорода, большее, чем упомянутое первое содержание кислорода. Таким образом, содержание кислорода в газе во второй дутьевой камере поддерживается существенно превышающим содержание кислорода в воздухе. Естественно, появляется возможность регулировать содержание кислорода, делая его одинаковым в обеих дутьевых камерах, например, когда осуществляют сгорание с помощью воздуха, что имеет место, по меньшей мере, фазе запуска.

Вышеописанное устройство делает возможным введение рециркулируемого газа с некоторым заданным содержанием кислорода в обе дутьевые камеры. Смесительные элементы 101, 102 гарантируют, что газ, попадающий в дутьевые камеры, имеет, по существу неизменный состав. Это минимизирует вероятность возникновения высоких локальных концентраций кислорода, которые могут вызывать преждевременное воспламенение углеродистого материала в дутьевой камере, а также локальные перегретые зоны в камере реактора.

Суммарный расход газа, вводимого через оба - первый и второй впуски 85, 90 для газа и сопла 60 и 65, регулируют на основании нагрузки циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженный слоем, и/или заданного требования по расходу псевдоожижающего газа. Количество газа, обогащенного кислородом, вводимого через второй впуск 90 для газа и сопла 65, регулируемое на основании заданного целевого значения содержания кислорода в газе, вводимого в реактор. В любом случае, предпочтительно, чтобы содержание кислорода в газе, вводимого через вторую дутьевую камеру, было больше, чем содержание кислорода для первой дутьевой камеры, которая соединена с камерой 15 реактора.

В случае, когда какой-либо горючий материал попадает во вторую дутьевую камеру, имеющую повышенное содержание кислорода, риск нежелательного воспламенения, несмотря на повышенное содержание кислорода, минимизируется путем поддержания во второй дутьевой камере меньшей температуры, чем в первой дутьевой камере.

Сгорание вводимого рециркулируемого газа, обогащенного кислородом, имеющего повышенное содержание кислорода, через вторую дутьевую камеру и выполнение второй дутьевой камеры, отделенной от камеры 15 реактора первой дутьевой камерой, значительно повышает безопасность циркуляционного реактора с псевдоожиженным слоем. Это происходит благодаря тому, что температура газа, обогащенного кислородом, во второй дутьевой камере при эксплуатации поддерживается равной температуре, меньшей, чем температура газа в первой дутьевой камере.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, вторая дутьевая камера 80 соединена с камерой 15 реактора посредством множества трубопроводов 140, которые проходят через первую дутьевую камеру 71. В варианте осуществления согласно чертежу, трубопроводы представляют собой трубы. В трубах 140 газ, обогащенный кислородом, нагревается рециркулируемым газом в первой дутьевой камере 71. Газ, обогащенный кислородом, вводится в камеру 15 реактора через первую дутьевую камеру 71 первой системы 70 подачи газа и через вторую дутьевую камеру 80 второй системы 75 подачи газа таким образом, что газ, обогащенный кислородом, вводимый через вторую дутьевую камеру 80, вводится через множество трубопроводов 140, проходящих через первую дутьевую камеру 71 в камеру реактора. Этим способом температуру газа, обогащенного кислородом, имеющего повышенное содержание кислорода, можно поддерживать на уровне меньшей температуры во второй дутьевой камере и осуществлять нагрев непосредственно перед введением в камеру 15 реактора, что делает работу надежной и безопасной.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, трубы 140 установлены с возможностью снятия между нижней стенкой 76 и верхней стенкой 77 первой дутьевой камеры 71, что облегчает снятие труб для доступа в пространство в первой дутьевой камере 71 в целях технического обслуживания и осмотра. На чертеже показано, что трубы выполнены с возможностью перемещения в пространство второй дутьевой камеры 80, а их положение в этом случае отображено пунктирными линиями 145. Также предполагается, что трубы можно крепить посредством устройства на основе пружин сжатия (не показано), что облегчает быстрое снятие труб 140 с помощью обычных инструментов.

При осуществлении способа эксплуатации циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем, содержащего камеру реактора и газораспределительное устройство, расположенное в нижней секции камеры реактора, газ вводят в камеру 15 реактора через газораспределительное устройство 50. Газораспределительное устройство содержит первую систему подачи газа и вторую систему подачи газа, через которые газ вводят в камеру 15 реактора.

В соответствии с изобретением, газ, вводимый в камеру реактора, содержит рециркулируемый газ. Рециркулируемый газ разделяют на потоки, содержащие поток, который управляемо вводят в первую систему подачи газа, и поток, который управляемо вводят во вторую систему подачи газа.

Газ, обогащенный кислородом, вводят в поток рециркулируемого газа в первой системе подачи газа таким образом, что содержание кислорода в газе в первой системе подачи газа оказывается меньшим, чем первое содержание кислорода, или равным ему. Кроме того, газ, обогащенный кислородом, вводят в поток рециркулируемого газа во второй системе подачи газа таким образом, что содержание кислорода в газе во второй системе подачи газа оказывается большим, чем упомянутое первое содержание кислорода, то есть введение происходит при повышенном содержании кислорода. Газ, имеющий повышенное содержание кислорода, во второй дутьевой камере второй системы подачи газа подвергают воздействию тепловым потоком из камеры реактора, тепловой поток которого уменьшают путем подогрева газа в первой камере реактора.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, газ в первой дутьевой камере поддерживают при температуре менее 200°C. Таким путем, несмотря на присутствие газа, обогащенного кислородом, гарантируют надежную работу циркулирующего псевдоожиженного слоя и минимизируют риск самовоспламенения горючего материала.

Поверхности второй дутьевой камеры выполнены из материала, огнестойкого в условиях газа с повышенным содержанием кислорода, превалирующих во второй дутьевой камере предпочтительно - из невоспламеняемого материала. Компоновку можно дополнительно усовершенствовать, снабжая основной материал, подобный углеродистому материалу, первой дутьевой камеры слоем, предотвращающим окисление. Это защищает основной материал от воздействий газа, обогащенного кислородом, и температуры во второй дутьевой камере. Слой, предотвращающий окисление, в соответствии с вариантом осуществления представляет собой футеровку 135 на внутренних стенках второй дутьевой камеры 80, причем эта футеровка выполнена из огнеупорного материала, например керамического материала. Основной материал, подобный углеродистой стали, также может быть футерован аустенитной сталью надлежащей толщины. В сочетании с углеродистой сталью или нержавеющей сталью также можно использовать защитные футеровки и покрытия из стойких сплавов.

Сам основной материал можно выбрать так, чтобы он выдерживал условия, вызываемые присутствием газа, обогащенного кислородом. Так, упомянутый предотвращающий слой в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения образован на поверхности основного материала самим основным материалом. Например, можно с успехом использовать суперсплав на основе никеля или меди. Эти сплавы являются материалами, стойкими к окислению и коррозии, а при их нагреве образуется стабильный пассивирующий оксидный слой, защищающий поверхность от дальнейших агрессивных воздействий.

При эксплуатации циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем, в соответствии с изобретением в условиях частичной нагрузки, данное изобретение обеспечивает лучшую управляемость скоростью псевдоожижения благодаря тому, что газ, обогащенный кислородом вводят независимо от введения рециркулируемого газа. Также ясно, что описанный способ введения газа в камеру реактора может предусматривать последующее введение газа, обогащенного кислородом, для обеспечения ступенчатого сгорания, что отображено с помощью позиции 150.

Хотя изобретение описано здесь на примерах в связи с вариантами осуществления, которые в настоящее время считаются предпочтительными, следует понять, что изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, а должно считаться охватывающим различные комбинации или модификации его признаков, а также некоторые другие приложения, находящиеся в рамках объема притязаний, охарактеризованного в прилагаемой формуле изобретения. Подробности, упомянутые в связи с каким-либо вариантом осуществления, могут быть использованы в другом варианте осуществления, когда это технически осуществимо.

Группа изобретений относится к реакторам кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем и их эксплуатации и обеспечивает при ее использовании снижение содержания диоксида углерода при сжигании углеродсодержащих топлив. Указанный технический результат достигается при осуществлении способа эксплуатации циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем, содержащего камеру (15) реактора и газораспределительное устройство (50), предусмотренное в нижней секции камеры реактора для введения газа в камеру реактора, причем газораспределительное устройство содержит первую систему (70) подачи газа и вторую систему (75) подачи газа для введения газа, обогащенного кислородом, в камеру (15) реактора. Первая система (70) подачи газа содержит первую дутьевую камеру (71), а вторая система (75) подачи газа содержит вторую дутьевую камеру (80), и при этом первая дутьевая камера имеет общую стенку (77) с камерой реактора, а вторая дутьевая камера, расположенная под первой дутьевой камерой, имеет общую стенку (76) с первой дутьевой камерой. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Циркуляционный реактор кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем, содержащий камеру (15) реактора и газораспределительное устройство (50), предусмотренное в нижней секции камеры реактора для введения газа в камеру реактора, причем газораспределительное устройство содержит первую систему (70) подачи газа и вторую систему (75) подачи газа для введения газа, обогащенного кислородом, в камеру (15) реактора, причем первая система (70) подачи газа содержит первую дутьевую камеру (71), а вторая система (75) подачи газа содержит вторую дутьевую камеру (80), причем первая дутьевая камера имеет общую стенку (77) с камерой реактора, а вторая дутьевая камера расположена под первой дутьевой камерой, имеет общую стенку (76) с первой дутьевой камерой; камера реактора оснащена сепаратором (20) частиц для отделения псевдоожиженных частиц, которые увлекаются газами, образуемыми реакциями, имевшими место в камере реактора, причем этот сепаратор частиц снабжен выпуском (35) для газа и выпуском (30) для отделенных частиц, и причем выпуск для газа сообщается по потоку с первой дутьевой камерой (71) и второй дутьевой камерой (80) посредством рециркуляционного трубопровода (95), причем рециркуляционный трубопровод (95) соединен с первым смесительным элементом (101) в первой системе (70) подачи газа посредством трубопровода (107), оснащенного первым устройством (108) регулирования расхода, и вторым смесительным элементом (102) во второй системе (75) подачи газа посредством трубопровода (111), оснащенного вторым устройством (112) регулирования расхода, и газораспределительное устройство соединено с источником (100) газа, обогащенного кислородом, отличающийся тем, что источник (100) газа, обогащенного кислородом, соединен с первым смесительным элементом (101) посредством трубопровода (103), оснащенного третьим управляющим клапаном (104), и со вторым смесительным элементом (102) посредством трубопровода (105), оснащенного четвертым управляющим клапаном (106).

2. Циркуляционный реактор кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийся тем, что поверхности второй дутьевой камеры (80) выполнены из материала, огнестойкого в условиях газа с повышенным содержанием кислорода, превалирующих во второй дутьевой камере (80).

3. Циркуляционный реактор кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийся тем, что вторая дутьевая камера (80) имеет внутренние стенки, футерованные (135) огнеупорным материалом.

4. Циркуляционный реактор кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийся тем, что вторая дутьевая камера (80) соединена с реактором через множество трубопроводов (140), проходящих от второй дутьевой камеры (80) через первую дутьевую камеру (71) в камеру (15) реактора.

5. Циркуляционный реактор кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем по п.3, отличающийся тем, что трубопроводы (140) расположены с возможностью снятия.

6. Способ эксплуатации циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем, содержащего камеру (15) реактора и газораспределительное устройство (50), предусмотренное в нижней секции камеры реактора, причем газ вводят в камеру реактора через газораспределительное устройство (50), причем это газораспределительное устройство дополнительно содержит первую систему (70) подачи газа и вторую систему (75) подачи газа, через которые газ вводят в камеру (15) реактора, причем обогащенный кислородом газ вводят в камеру реактора через первую дутьевую камеру (71) первой системы (70) подачи газа и через через первую дутьевую камеру (71) первой системы (70) подачи газа и через вторую дутьевую камеру (80) второй системы (75) подачи газа таким образом, что газ, обогащенный кислородом, вводимый через вторую дутьевую камеру (80), вводят через множество трубопроводов (140), проходящих через первую дутьевую камеру (71) в камеру реактора, отличающийся тем, что газ, вводимый в камеру (15) реактора, содержит рециркулируемый газ, который разделяют на потоки, содержащие поток, который управляемо вводят в первую систему (70) подачи газа, и поток, который управляемо вводят во вторую систему (75) подачи газа, причем газ, обогащенный кислородом, вводят в поток рециркулируемого газа в первой системе (70) подачи газа таким образом, что содержание кислорода в газе в первой системе (70) подачи газа меньше, чем первое содержание кислорода, или равно ему, и причем газ, обогащенный кислородом, вводят в поток рециркулируемого газа во второй системе (75) подачи газа таким образом, что содержание кислорода в газе во второй системе подачи газа больше, чем упомянутое первое содержание кислорода, или равно ему.

7. Способ эксплуатации циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем по п.6, отличающийся тем, что упомянутое первое содержание кислорода превышает 23 об.%.

8. Способ эксплуатации циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем по п.6, отличающийся тем, что содержание кислорода газа в первой системе подачи газа меньше, чем содержание кислорода в газе во второй системе подачи газа.

9. Способ эксплуатации циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем по п.6, отличающийся тем, что газ, обогащенный кислородом, во второй системе подачи газа подают во вторую дутьевую камеру (80) и подвергают воздействию тепловым потоком из камеры реактора, причем этот тепловой поток уменьшают за счет подогрева газа в первой дутьевой камере (71).

10. Способ эксплуатации циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем по п.6, отличающийся тем, что газ, обогащенный кислородом, во второй дутьевой камере (80) вводят через множество труб (140), проходящих через первую дутьевую камеру (71), в камеру реактора, одновременно нагревая газом в первой дутьевой камере (71).

11. Способ эксплуатации циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем по п.6, отличающийся тем, что температуру газа, обогащенного кислородом, во второй дутьевой камере (80) поддерживают меньшей, чем температура газа в первой дутьевой камере (71).

12. Способ эксплуатации циркуляционного реактора кислородного сжигания с псевдоожиженным слоем по п.6, отличающийся тем, что упомянутое первое содержание кислорода регулируют так, что риск самовозгорания какого-либо горючего материала, присутствующего в газораспределительном устройстве, минимизируется.