КОТЕЛ С ЦИРКУЛИРУЮЩИМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ Российский патент 2012 года по МПК B01J8/38 F23C10/10 F22B31/00 

Изобретение относится к котлу с циркулирующим псевдоожиженным слоем в соответствии с ограничительной частью независимого пункта формулы изобретения. Таким образом, настоящее изобретение относится к котлу с циркулирующим псевдоожиженным слоем, содержащему печь для сжигания углеродсодержащего топлива, по меньшей мере, один выпускной канал, соединяемый с верхним участком печи для удаления дымовых газов и твердых частиц, образуемых при горении топлива, из печи, причем каждый выпускной канал обеспечивается отделителем частиц, соединяемым с каналом для дымовых газов, для перемещения дымовых газов, очищенных от твердых частиц, из котла, и возвратный канал для передачи отделенных твердых частиц в нижний участок печи, причем упомянутый возвратный канал обеспечивается газовым уплотнением, камерой теплообмена, подъемным каналом и перепускным каналом, в котором твердые частицы, выходящие из газового уплотнения, направляются в верхний участок камеры теплообмена и из нижнего участка камеры теплообмена через подъемный канал в печь или прямо из верхнего участка камеры теплообмена через перепускной канал в печь.

Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем согласно настоящему изобретению может предпочтительно быть большим котлом с гравитационной циркуляцией или прямоточным котлом, например, для получения энергии или производства технологического пара. По мере увеличения размера котла отношение площади поверхности стенок к объему печи обычно становится неблагоприятным, что может вызвать проблемы, например, в управлении котлом, расположении различных устройств и трубопроводов, относящихся к печи, также как и подачи и смешивания различных материалов. Настоящее изобретение в особенности относится к решению проблем, относящихся к большим котлам с циркулирующим псевдоожиженным слоем.

Патент US № 7240639 раскрывает котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем, в котором горячие твердые частицы, отделяемые посредством отделителя твердых частиц, направляются от газового уплотнения возвратного канала в верхний участок камеры теплообмена, объединяемый с нижним участком печи, и дополнительно либо от нижнего участка камеры теплообмена в печь через подъемный механизм, либо прямо от верхнего участка камеры теплообмена в печь через отдельный перепускной канал. Камера теплообмена представляет собой камеру с псевдоожиженным слоем, которая подразумевает наличие средства, обеспечиваемого в нижнем участке камеры, главным образом форсунок и впускного трубопровода, для создания ожижающего газа, посредством которого слой твердых частиц, образуемый в камере, может быть псевдоожиженным.

Эффективность теплообмена камеры теплообмена с псевдоожиженным слоем может быть регулируемой в известной мере посредством изменения скорости ожижения, другими словами, скорости потока ожижающего газа, вводимого в камеру. Однако перепускной канал представляет другой очень эффективный путь регулирования эффективности теплообмена посредством изменения доли твердых частиц, удаляемых из камеры теплообмена в качестве переливного потока.

Проблема в схеме размещения, раскрываемой в Патенте US № 7240639, состоит в том, что возвратные каналы для охлаждаемых и неохлаждаемых частиц, так же как и отдельные каналы подачи топлива, делают размещение сложным и крупногабаритным из-за стенок в нижнем участке печи. Согласно предпочтительному варианту осуществления, раскрываемому в Патенте US № 7240639, имеются два отдельных подъемных канала, соединяемых с камерой теплообмена, которая улучшает равномерное распределение охлаждаемых твердых частиц и тем самым производит эффективное с низким уровнем выбросов горение топлива.

Патент US № 5682828 раскрывает так называемое разделенное на части газовое уплотнение, которое образуется в возвратном канале отделителя частиц, в котором газовое уплотнение вертикального возвратного канала отделителя частиц соединяется с одним концом короткого горизонтального канала с псевдоожиженным слоем, другим концом канала, соединяющимся с нижним участком колонны с восходящим потоком. Колонна с восходящим потоком представляет собой, по меньшей мере, в основном вертикальный канал с псевдоожиженным слоем, в котором твердые частицы перемещаются от нижнего участка канала в его верхний участок посредством достаточно интенсивного потока ожижающего газа. Согласно патенту US № 5682828 крестообразный канал присоединяется к верхнему участку канала восходящего потока с наклонным каналом нисходящего потока, приводящего от его обоих концов прямо в печь. Проблема с решением, раскрываемым в этом патенте состоит в том, что твердые частицы, подлежащие возвращению, могут, например, по причине частичного застревания, переносится для того, чтобы возвращаться асимметрично таким образом, что поток массы одной ветви становится больше, чем другой ветви.

Патент US 6923128 раскрывает разделенное на части газовое уплотнение, которое подобно тому, что в Патенте US № 5682828 за исключением того, что труба, соединяющаяся с верхним участком канала восходящего потока, сгибается посредине и вместе с его ветвями, направленными наклоненными вниз и наклоненными по направлению к печи. Более того, верхний конец вертикального участка, соединяющего эти ветви, соединяется с вертикальной впускной трубой для топлива. Общая проблема с размещениями возвратного канала, объединяемого с газовыми уплотнениями, состоит в том, что невозможно разместить камеру теплообмена, содержащую перепускной канал в соединении с ними.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечивать котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем, в котором проблемы известного уровня техники, обсуждаемые выше, были бы минимизированы.

Особой задачей настоящего изобретения является то, чтобы обеспечить компактный и эффективный котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем, имеющий камеру теплообмена, обеспечиваемую в возвратном канале отделителя частиц, эффективность теплообмена которой может регулироваться, и откуда твердые частицы равномерно распределяются по всему объему печи при всевозможных условиях.

Для того чтобы решить вышеуказанные проблемы известного уровня техники, обеспечивается котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем, отличительные признаки которого раскрываются в отличительной части независимого пункта формулы изобретения. Таким образом, отличительный признак котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что имеется, по меньшей мере, одна отводящая вниз труба, размещаемая в соединении с подъемным каналом, причем отводящая вниз труба присоединяется на ее верхнем участке, для соединения по потоку, с верхним участком подъемного канала и на ее нижнем участке, для соединения по потоку с нижним участком печи, и перепускной канал находится в прямом соединении по потоку с верхним участком отводящей вниз трубы.

Отводящая вниз труба относится к главным образом вертикальной или почти вертикальной трубе или каналу, через нижний участок которого материал протекает прямо к нижнему участку печи. Отводящей вниз трубе предпочтительно придаются размеры таким образом, что при нормальной работе только на конце отводящей вниз трубы, соединяющейся с печью, имеется короткий столб текучего материала, и из большей части канала материал быстро проваливается, посредством чего канал является главным образом почти пустым.

Перепускной канал относится к отверстию, короткому каналу или другому прямому соединению от верхнего участка камеры теплообмена до верхнего участка отводящей вниз трубы. Отводящая вниз труба размещается так, чтобы соединяться с верхним участком камеры теплообмена таким образом, что когда поверхность псевдоожиженного слоя в теплообменнике находится достаточно низко, твердые частицы, возвращаемые от отделителя частиц, проходят не через перепускной канал в отводящую вниз трубу, а через канал теплообмена сверху вниз, через отверстие или трубу в нижнем участке камеры теплообмена в нижний участок подъемного канала и дополнительно через верхний участок подъемного канала в отводящую вниз трубу. Тем самым твердые частицы вынуждены перемещаться вблизи поверхностей теплообмена камеры теплообмена, посредством чего они охлаждаются при выделении тепла в среде теплообмена, циркулирующей на поверхностях теплообмена. Соответственно, когда поверхность псевдоожиженного слоя, удерживаемого в камере теплообмена, находится достаточно высоко, часть твердых частиц, возвращаемых от отделителя частиц, проходит от верхнего участка камеры теплообмена через перепускной канал прямо к отводящей вниз трубе без охлаждения на поверхностях теплообмена камеры теплообмена.

В некоторых случаях существует возможность иметь только одну отводящую вниз трубу, соединяемую с подъемным каналом, но согласно наиболее предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения имеются две отводящие вниз трубы на одинаковом уровне, соединяющиеся с одним подъемным каналом, причем верхние участки обеих соединяются посредством перепускного канала прямо с верхним участком камеры теплообмена. Две отводящие вниз трубы предпочтительно размещаются на разных сторонах подъемного канала таким образом, что подъемный канал и верхние участки отводящих вниз труб следуют последовательно в направлении ближайшей стенки печи. В некоторых случаях может быть благоприятным соединять более чем две отводящие вниз трубы с одним подъемным каналом, в связи с чем имеется предпочтительно один перепускной канал, соединяющийся с верхним участком каждой отводящей вниз трубы. Согласно предпочтительному варианту осуществления подъемный канал соединяется с двумя отводящими вниз трубами, из которых одна соединяется с перепускным каналом, а другая нет.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения одна камера теплообмена может быть соединена с двумя или более подъемными каналами, каждый из которых имеет возможность соединяться с одним или более отводящими вниз каналами. Согласно наиболее предпочтительному варианту осуществления камера теплообмена соединяется с двумя подъемными каналами, причем каждый канал соединяется с одной отводящей вниз трубой. Тем самым подъемные каналы предпочтительно располагаются на противоположных сторонах камеры теплообмена таким образом, что боковой участок печи камеры теплообмена, подъемные каналы и верхние участки отводящих вниз труб, присоединяемых к ним, располагаются рядом параллельно ближайшей стенке печи. Посредством увеличения количества отводящих вниз труб существует возможность достигать в значительной степени равномерного распределения частиц, возвращаемых в печь.

Схема размещения в соответствии с настоящим изобретением, в которой один подъемный канал соединяется с двумя отводящими вниз трубами отличается от схем размещения, раскрываемых в публикациях US 5682828 и US 6923128, особенно в том, что поток твердых частиц, возвращаемых от отделителя частиц, разделяется не в подъемном канале скопления газов, а в подъемном канале камеры теплообмена, размещаемой после газового уплотнения, и тем самым предоставляя возможность соединять перепускные каналы с отводящими вниз трубами, при этом отводящие вниз трубы могут действовать в различных ситуациях, либо в качестве выходных каналов для материала, охлаждаемого на поверхностях теплообмена, либо в качестве переливных каналов для неохлаждаемого материала.

Т.к. охлаждаемые и неохлаждаемые твердые частицы в схеме расположения в соответствии с настоящим изобретением возвращаются в печь по одной и той же отводящей вниз трубе, схема расположения является простой и сохраняющей область поверхности для стенок нижнего участка печи. В случае, когда используются несколько отводящих вниз труб, существует возможность распределять и охлаждаемые, и неохлаждаемые частицы в схеме размещения в соответствии с изобретением равномерно по области печи.

В случае, когда эффективность теплообмена камер теплообмена регулируется, существует возможность предпочтительно использовать такие скорости ожижения, посредством которых часть твердых частиц, прибывающих от отделителя частиц, переносится по поверхностям теплообмена через камеру теплообмена, а другая часть твердых частиц напрямую удаляется из верхнего участка камеры теплообмена по перепускным каналам в отводящие вниз трубы. Тем самым отводящие вниз трубы действуют одновременно и в качестве выходных каналов для охлаждаемого материала, и переливных каналов для неохлаждаемого материала.

Комбинация двух потоков материала в отводящей вниз трубе, как представлено в выше раскрытом способе регулирования, предпочтительно имеет место без потоков, мешающих друг другу, когда поток обоих потоков материала в месте соединения потоков направлен вниз. Таким образом, переливной канал предпочтительно является коротким, направляющим вниз каналом. Более того, месту соединения подъемного канала и отводящих вниз труб предпочтительно надлежит быть, в известной мере, на более низком уровне, чем местам соединения перепускных каналов и отводящих вниз труб. Соединение потоков материала также обеспечивается посредством факта того, что частицы стремительно падают от верхнего участка отводящих вниз труб к их нижнему участку, и в нормальных условиях работы отводящие вниз трубы являются почти пустыми в месте соединения потоков материала.

Другое предназначение перепускных каналов в соответствии с изобретением состоит в том, что они также предоставляют путь выхода к нижнему участку печи для ожижающего воздуха камеры теплообмена, посредством чего не возникает необходимости размещать специальный выход к печи, или он может быть меньшим, чем традиционный, или нет необходимости регулировать режимы давления возвратного канала таким образом, чтобы ожижающий воздух выходил через газовое уплотнение к отделителю частиц. Т.к. имеется противодавление, преобладающее в нижнем участке печи, уровень которого зависит от условий горения печи, ожижающий воздух выходит через отводящие вниз трубы к печи, конечно при условии, что уровень давления за газовым уплотнением в возвратном канале достиг достаточного уровня.

Другое преимущество, являющееся результатом признака, который, например, когда при использовании двух отводящих вниз труб перепускной канал размещен в верхнем участке обеих отводящих вниз труб, заключается в том, что ожижающие газы, выходящие через перепускные каналы, направляются к обеим отводящим вниз трубам, и таким образом они помогают в известной мере направлению твердых частиц, возвращаемых от отделителя частиц, одинаково к обеим отводящим вниз трубам. Равное распределение потока частиц в отводящие вниз трубы и вдоль них во всю область печи насколько возможно равномерно обеспечивает эффективное горение топлива и позволяет минимизировать излучение, создающееся при горении.

Камера теплообмена, подъемный канал и верхние участки отводящих вниз труб предпочтительно образуют единое целое, другими словами, камера теплообмена, подъемный канал и верхние участки отводящих вниз труб образуются прикрепляемыми друг к другу таким образом, что прилегающие детали имеют, по меньшей мере, главным образом общие разделительные стенки. Согласно наиболее предпочтительному варианту осуществления представлены две отводящие вниз трубы, соединяемые с подъемным каналом, и они прочно скрепляются друг с другом таким образом, что подъемный канал и отводящие вниз трубы, расположенные на обеих его сторонах, образуют объединенную конструкцию, которая параллельна ближайшей стенке печи.

Камера теплообмена, подъемный канал и отводящие вниз трубы могут быть изготовлены в качестве совершенно или частично не охлаждаемыми, другими словами, пластинчатой конструкции, и образуют внутреннюю футеровочную конструкцию. Однако камера теплообмена, подъемный канал и, по меньшей мере, верхние участки отводящих вниз труб предпочтительно сделаны, по меньшей мере, главным образом в качестве водотрубной конструкции, которая соединяется с водяным или паровым контуром котла. Отделитель частиц и газовое уплотнение также предпочтительно имеют водотрубные конструкции и сделаны в качестве объединенной конструкции с камерой теплообмена, подъемным участком и, по меньшей мере, верхними участками отводящих вниз труб.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна отводящая вниз труба соединяется с впуском для топлива. Предпочтительно все впуски для топлива, которые требуются на стенках печи, содержащих отделители частиц, соединяются с отводящими вниз трубами, соединяющимися с возвратными каналами отделителей частиц, при этом необходимы нераздельные впускные отверстия для топлива. Таким образом, сохраняется область стенок, т.к. общее количество впускных отверстий, требуемых на упомянутых стенках, уменьшается. Преимущественно существует возможность размещать такое большое количество отводящих вниз труб, содержащих впуски для топлива, что достигается достаточно равномерное распределение топлива в печи.

Распределение и смешивание топлива в печи также обеспечиваются посредством введения топлива в печь, смешиваемого с уже относительно большим потоком твердых частиц. К тому же топливо сохнет и становится нагревателем во время смешивания с потоком горячих твердых частиц, который ускоряет воспламенение топлива и его возгорание в печи.

Отводящая вниз труба предпочтительно содержит невертикальный участок для введения топлива, который соединяется с главным образом вертикальным впуском для топлива. Согласно предпочтительному варианту осуществления имеются две отводящие вниз трубы, соединяемые с подъемным каналом камеры теплообмена, которые обе содержат невертикальный участок, соединяемый с вертикальным впуском для топлива. Такой невертикальный участок может находиться в верхнем участке отводящей вниз трубы, особенно в наивысшей точке отводящей вниз трубы, посредством чего впуск для топлива предпочтительно соединяется с перекрытием переднего конца отводящей вниз трубы.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления впуск для топлива соединяется с центральным участком отводящей вниз трубы, другими словами, с участком отводящей вниз трубы, который располагается, по меньшей мере, в некоторой степени ниже, чем наивысшая точка главным образом почти вертикальной отводящей вниз трубы, участок которой менее круто наклоняется, чем его окружающие, другими словами с более невертикальным участком. Преимущество в такой схеме расположения заключается в том, что топливо вводится в участок отводящей вниз трубы, в котором твердые частицы, возвращаемые от отделителя частиц, опускаются с относительно высокой скоростью по направлению к печи, посредством чего риск застревания, образуемого в месте соединения впускного канала, очень невысокий.

Впуск для топлива, соединяемый с отводящей вниз трубой, представляет собой предпочтительно, по меньшей мере, главным образом вертикальную или почти вертикальную ловушку конденсата. Такая ловушка конденсата обычно содержит вентилятор, посредством которого обеспечивается поток топлива в ловушке конденсата. Согласно настоящему изобретению ожижающий газ в камере теплообмена выходит в печь, по меньшей мере, частично через отводящие вниз трубы, посредством чего к тому же упомянутый ожижающий газ обеспечивает поток топлива в печь.

Настоящее изобретение излагается более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых

Фиг.1 схематически иллюстрирует котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 схематически иллюстрирует вертикальное поперечное сечение предпочтительного размещения подъемного канала и отводящих вниз труб, присоединяемых к нему;

Фиг.3 схематически иллюстрирует вертикальное поперечное сечение второго предпочтительного размещения подъемного канала и отводящих вниз труб, присоединяемых к ним;

Фиг.4 схематически иллюстрирует вертикальное поперечное сечение второго предпочтительного размещения камеры теплообмена, подъемного канала и отводящих вниз труб, присоединяемых к ним;

Фиг.5 схематически иллюстрирует вертикальное поперечное сечение второго предпочтительного размещения камеры теплообмена, подъемных каналов и отводящих вниз труб, присоединяемых к ним;

Фиг.6 схематически иллюстрирует горизонтальное поперечное сечение другого предпочтительного размещения камеры теплообмена, подъемных каналов и отводящих вниз труб, присоединяемых к ним.

Фиг.1 иллюстрирует котел 10 с циркулирующим псевдоожиженным слоем в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, имеющий печь 12, выпускной канал 14 для дымовых газов и твердых частиц, увлеченных с ними, отделитель 16 частиц, канал 18 для дымовых газов для перемещения очищенных дымовых газов из котла, и возвратный канал 20, по которому, по меньшей мере, часть частиц, отделяемых в отделителе частиц, возвращаются в нижний участок печи. Газовое уплотнение 22 для предотвращения газа от вытекания из печи через возвратный канал 20 в отделитель 16 частиц и камеру 24 теплообмена с псевдоожиженным слоем, размещается в возвратном канале.

Печь 12 соединяется с традиционными устройствами, такими как, так называемые, воздушная камера и ожижающие форсунки, для введения основного горючего газа 26, действующего в качестве ожижающего газа, в нижнюю часть печи, и средства для введения дополнительного горючего газа 28 на в известной степени более высоком уровне. Ожижающий газ и горючие газы обычно являются воздухом, но они также могут содержать циркулируемые дымовые газы и/или кислород или его смесь. Стенки печи могут также содержать традиционные трубы 30 для введения топлива, материала слоя и серосвязующего материала в печь 12. Стенки 32 печи обычно сделаны в качестве водотрубных конструкций таким образом, что водотрубные стенки в нижнем участке печи изнутри футеруются жаропрочным материалом.

В канале 18 для дымовых газов обычно имеются различные теплообменники, например, такие как перегреватели, подогреватели, экономайзер и предварительный подогреватель для воздуха, поступающего в зону горения. Канал для дымовых газов может также содержать различные очищающие устройства для дымовых газов, например пылеотделители, как и устройства для удаления оксидов азота и диоксида серы. Т.к. эти устройства не имеют важности для настоящего изобретения, они не показаны на Фиг.1.

Печь 12 большого котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем обычно имеет прямоугольное горизонтальное поперечное сечение, имеющее две длинные стороны и две короткие стороны. В большом котле с циркулирующим псевдоожиженным слоем обычно имеются два, три или четыре отделителей частиц, расположенных рядом на одной длинной стороне печи, или четыре, шесть или восемь отделителей частиц, размещенных рядом на обеих длинных сторонах печи. Поэтому, хотя Фиг.1 показывает, в качестве примера, только один отделитель 16 частиц, понятно, что существует возможность иметь больше отделителей частиц, и они могут быть размещены на обеих сторонах печи.

Во время использования котла 10 с циркулирующим псевдоожиженным слоем твердые частицы, имеющие высокую температуру, которые отделяются отделителем 16 частиц, перемещаются из газового уплотнения 22 в верхнюю поверхность псевдоожиженного слоя камеры 24 теплообмена. Имеется подъемный канал 34 в соединении с камерой теплообмена, имеющей нижнее отверстие 36 в ее нижнем участке, через отверстие которого возможно перемещать твердые частицы из нижнего участка камеры теплообмена в подъемный канал. В верхнем участке подъемного канала 34 имеется верхнее отверстие 38, через которое возможно перемещать посредством потока ожижающего газа, поданного через ожижающее средство 40 подъемного канала, твердые частицы в верхний участок отводящей вниз трубы 42, размещаемой в соединении с подъемным каналом. Как можно наблюдать в вертикальных поперечных сечениях подъемного канала 34 и отводящих вниз труб 42 на Фиг.2 и 3, отводящие вниз трубы 42 могут предпочтительно размещаться на обеих сторонах подъемного канала 34. Твердые частицы предпочтительно направляются от нижнего участка отводящей вниз трубы 42 прямо к нижнему участку печи 12.

Перепускной канал 44 размещается между верхним участком камеры 24 теплообмена и верхним участком каждой отводящей вниз трубы 42, через которую ожижающему газу камеры 24 теплообмена предоставляется возможность выходить к отводящим вниз трубам и через них к печи. Перепускной канал 44 предпочтительно соединяется с отводящей вниз трубой 42 на уровне, который в известной степени выше, чем верхнее отверстие 38 подъемного канала 34. Ожижающий газ, выходящий из перепускного канала 44, содействует в удержании отводящей вниз трубы 42 открытой. В то же время ожижающий газ камеры теплообмена, выходящий через каждую отводящую вниз трубу, помогает в распределении твердого материала равномерно по отдельным отводящим вниз трубам, а также по области всей печи 12.

Камера 24 теплообмена имеет поверхности 46 теплообмена, например поверхности перегревателя котла, посредством которых возможно перемещать тепло от горячих твердых частиц, отделяемых отделителем частиц, в среду теплообмена, например перегретый пар. Эффективность теплообмена может регулироваться в известной степени посредством изменения скорости ожижения камеры теплообмена, другими словами, скорости потока ожижающего газа, вводимого через ожижающее средство 48, чтобы протекать через камеру теплообмена. Другой способ регулирования эффективности теплообмена заключается в том, чтобы регулировать скорость ожижения подъемного канала 34 таким образом, что только одна часть твердых частиц, отделяемых отделителем 16 частиц, выходила из камеры теплообмена через подъемный канал. Тем самым, поверхность псевдоожиженного слоя в камере 24 теплообмена поднимается в верхнем участке камеры на уровень перепускных каналов 44, при этом твердые частицы также начинают выходить через перепускные каналы. Как может быть видно на Фиг.2 и 3, перепускные каналы 44 направляют отделенные твердые частицы прямо в верхний участок отводящих вниз труб 42.

Когда скорость ожижения подъемного канала станет достаточной, все отделенные горячие твердые частицы выходят из нижней части камеры 24 теплообмена через подъемный канал 34. Тем самым, насколько возможно большое количество горячих частиц также проходит вблизи поверхностей 46 теплообмена, при этом эффективность теплообмена камеры теплообмена является максимальной. Другая крайность состоит в том, чтобы ожижать материал в подъемном канале 34 с такой низкой эффективностью, что весь материал выходит через перепускные каналы 44, посредством чего эффективность теплообмена камеры 24 теплообмена находится в ее минимуме. Третья альтернатива состоит в том, чтобы использовать такую скорость ожижения в подъемном канале 34, посредством которой часть материала выходит через подъемный канал 34, а другая часть через перепускные каналы 44. Таким образом, эффективность теплообмена может регулироваться непрерывно и точно.

Впуск 50 для топлива, предпочтительно вертикальная или частично наклоненная ловушка конденсата, соединяется с перекрытием отводящих вниз труб 42 на Фиг.2. Ловушка конденсата предпочтительно соединяется с впускным каналом 52 для воздуха, через который возможно вводить воздух или другой газ, чтобы подводить поток топлива книзу. Когда топливо входит в отводящую вниз трубу 42, оно смешивается с потоком возвращенных твердых частиц. Поток твердых частиц, который более разогрет, чем топливо, осушает и предварительно подогревает топливо таким образом, что, будучи введенным в печь 12, оно воспламеняется и стремительно сгорает. В то же время, газ, выходящий из перепускных каналов 44 усиливает поток топлива в печь.

Фиг.3 раскрывает другую схему размещения, которая отличается от той, что раскрыта на Фиг.2, тем, что имеет впуск 50 для топлива, соединяемый с участком 54, который размещается в центральном участке отводящих вниз труб 42, другими словами, по меньшей мере, на в некоторой степени более низком уровне, чем его наивысшая точка, который менее круто наклонен, чем окружающие участки. Преимущество в упомянутой схеме размещения состоит в том, что поток твердого материала, возвращаемый от камеры теплообмена и опускающийся вдоль отводящей вниз трубы, имеет у впуска канала для топлива уже достигнутую относительно высокую скорость, посредством чего будет эффективно потребляться топливо, опускающееся из впуска 50 с ним.

Фиг.4 раскрывает схематический вид в горизонтальном поперечном сечении размещения камеры 24 теплообмена котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, подъемного канала 34, соединяемого с ней, и отводящих вниз труб 42, соединяемых с подъемным каналом в соответствии с изобретением, соответствующим схеме размещения на Фиг.3. Как может быть видно на Фиг.4, подъемный канал 34 и отводящие вниз трубы 42 размещены последовательно параллельно ближайшей боковой стенке 32' печи 12. Таким образом, камера 24 теплообмена, подъемный канал 34 и отводящие вниз трубы 42 образуют компактный объект, который может преимущественно соединяться с системой перемещения топлива и может быть размещен при необходимости очень близко к печи.

В схеме размещения в соответствии с Фиг.4 невертикальные участки 54 в центральном участке отводящих вниз труб 42 направляются вдоль боковой стенки 32' печи 12 и распределительных конвейеров 56, перемещающих топливо во впуск для топлива или в ловушки конденсата, такие как, например шунтирующие винтовые компрессоры, доставляющие топливо из общего конвейера 58, например скребкового конвейера, предпочтительно позади камеры 24 теплообмена, перпендикулярно боковой стенке 32' печи. Тем самым, общий конвейер 58, доставляющий топливо в некоторое количество распределительных конвейеров 56, может предпочтительно располагаться сзади камер(ы) теплообмена, если смотреть со стороны печи. Таким образом, в схеме размещения в соответствии с изобретением существует необходимость располагать топливные конвейеры между камерой(ами) 24 теплообмена и печью.

Печь котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением, отделители частиц и камеры теплообмена, соединяемые с ним, и устройства и каналы между ними являются обычно всевозможными конструкциями, подвешенными к прочной поддерживающей конструкции котла. Особенно в отношении больших котлов существует возможность делать значительные сбережения посредством обеспечения поддерживающей конструкции насколько возможно небольшой. Таким образом, компактная схема размещения камеры теплообмена и каналов, присоединяемых к ней, в соответствии с изобретением близко к печи, значительно экономит в стоимости всей конструкции целой силовой установки.

Фиг.5 раскрывает схематический вид в горизонтальном поперечном сечении второй схемы размещения камеры 24 теплообмена, подъемного канала 34, соединяемого с ней, и отводящих вниз труб 42, соединяемых с подъемным каналом в котле 10 с циркулирующим псевдоожиженным слоем, в соответствии с изобретением. Схема размещения на Фиг.5 отличается от той, что на Фиг.4, тем, что на ней имеются два подъемных канала 34, соединяемых с камерой 24 теплообмена, по одному на каждую сторону камеры 24 теплообмена. Отводящие вниз трубы 42, соединяемые с подъемными каналами, прилегают к подъемным каналам параллельно ближайшей боковой стенке 32' печи 12. Таким образом, в схеме размещения, проиллюстрированной на Фиг.5, камера 24 теплообмена, подъемные каналы 34 и верхние участки отводящих вниз труб размещаются последовательно параллельно ближайшей боковой стенке 32' печи 12.

Впуск для топлива в схеме размещения, раскрытой на Фиг.5, соединяется с перекрытием отводящих вниз труб 42 подобно схеме размещения на Фиг.2. К тому же, упомянутое размещение подъемных каналов и отводящих вниз труб, может, однако, быть преобразовано таким образом, что впуск для топлива соединяется с менее круто наклоняющимся местом в центральном участке отводящих вниз труб, как на Фиг.4. Схема размещения на Фиг.5 особенно благоприятна, т.к. камера 24 теплообмена, подъемные каналы 34 и отводящие вниз трубы 42 образуют в значительной степени компактный объект в направлении, перпендикулярном ближайшей стенке 32' печи, который может быть размещен, если необходимо, в значительной степени близко к печи 12. Недостаток этой схемы размещения состоит в том, что, т.к. отводящие вниз трубы 42 располагаются на расстоянии от камеры 24 теплообмена, перепускные каналы, ведущие от верхнего участка камеры 24 теплообмена к верхнему участку отводящих вниз труб 42, не могут быть всего лишь отверстиями, они должны быть отдельными короткими каналами 44'.

Фиг.6 раскрывает уже другой пример расположения камеры 24 теплообмена, двух подъемных каналов 34 и отводящих вниз труб 42, соединяемых с ней. В схеме размещения в соответствии с Фиг.6 подъемные каналы 34 и отводящие вниз трубы 42 размещаются в соединении со стенками камеры 24 теплообмена перпендикулярно ближайшей боковой стенке 32' печи. Таким образом, расстояние между камерой 24 теплообмена и печью 12 может быть обеспечено коротким, а перепускной канал 44 представляет собой всего лишь отверстие в стенке между камерой 24 теплообмена и отводящей вниз трубой 42. Фигура также иллюстрирует две различные схемы расположения впуска 50 для топлива на участке 54, менее круто наклоняющимся, чем окружающая отводящая вниз труба 42. Верхний участок на Фиг.6 раскрывает схему размещения, в которой менее круто наклоняющийся участок 54 отводящей вниз трубы 42 направляется параллельно боковой стенке 32' печи 12, посредством чего расстояние от камеры 24 теплообмена до печи 12 может быть минимизировано. Соответственно, нижний участок на Фиг.6 раскрывает схему размещения, в которой менее круто наклоняющийся участок 54 направляется к печи 12, посредством чего конструкция в известной степени становится проще и уже в направлении боковой стенки 32' печи.

Изобретение описывалось выше в связи с примерными схемами размещения, но также изобретение содержит варианты комбинаций или преобразований раскрытых вариантов осуществления. Особенно количество и геометрия подъемных каналов и отводящих вниз труб могут отличаться от тех, что раскрываются на Фиг.1-6. Поэтому, очевидно, что примерные варианты осуществления, раскрываемые в данном документе, не предназначены для того, чтобы ограничивать объем изобретения, но некоторые другие варианты осуществления также включаются в изобретение, причем упомянутые варианты осуществления ограничиваются только приложенной формулой изобретения и определениями в ней.

Изобретение относится к котлу с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Котел содержит печь для сжигания углеродсодержащего топлива и выпускной канал, соединенный с верхним участком печи для удаления дымовых газов и твердых частиц, образуемых при сжигании топлива, из печи. Выпускной канал снабжен отделителем частиц, который соединен с каналом для перемещения дымовых газов, очищенных от твердых частиц, из котла, и с возвратным каналом для перемещения отделенных твердых частиц в нижний участок печи. Возвратный канал снабжен газовым уплотнением, камерой теплообмена, подъемным каналом и перепускным каналом. Причем твердые частицы, выходящие из газового уплотнения, направляются в верхний участок камеры теплообмена и из нижнего участка камеры теплообмена через подъемный канал в печь или непосредственно из верхнего участка камеры теплообмена через перепускной канал в печь. Котел также снабжен отводящей вниз трубой, размещенной в соединении с подъемным каналом, причем отводящая вниз труба присоединена на ее верхнем участке, для соединения по потоку, с верхним участком подъемного канала и на его нижнем участке, для соединения по потоку, с нижним участком печи. Перепускной канал находится в прямом соединении по потоку с верхним участком отводящей вниз трубы. Изобретение обеспечивает компактный и эффективный котел, с регулированием эффективности теплообмена и равномерным распределением топлива в печи. 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Котел (10) с циркулирующим псевдоожиженным слоем, содержащий печь для сжигания углеродсодержащего топлива и, по меньшей мере, один выпускной канал (14), соединенный с верхним участком печи для удаления дымовых газов и твердых частиц, образуемых при сжигании топлива, из печи, причем каждый выпускной канал снабжен отделителем (16) частиц, соединенным с каналом (18) для перемещения дымовых газов, очищенных от твердых частиц, из котла, и возвратный канал (20) для перемещения отделенных твердых частиц в нижний участок печи, причем упомянутый возвратный канал (20) снабжен газовым уплотнением (22), камерой (24) теплообмена, подъемным каналом (34) и перепускным каналом (44), причем твердые частицы, выходящие из газового уплотнения, направляются в верхний участок камеры (24) теплообмена и из нижнего участка камеры теплообмена через подъемный канал (34) в печь или непосредственно из верхнего участка камеры теплообмена через перепускной канал (44) в печь,
отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна отводящая вниз труба (42) размещена в соединении с подъемным каналом (34), причем отводящая вниз труба присоединена на ее верхнем участке, для соединения по потоку, с верхним участком подъемного канала (34) и на его нижнем участке, для соединения по потоку, с нижним участком печи (12), а перепускной канал (44) находится в прямом соединении по потоку с верхним участком отводящей вниз трубы.

2. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийся тем, что отводящая вниз труба (42) размещена на двух отдельных сторонах подъемного канала (34), причем упомянутые отводящие вниз трубы снабжены перепускным каналом (44) таким образом, что подъемный канал и верхние участки отводящих вниз труб следуют последовательно в направлении ближайшей стенки (32′) печи (12).

3. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийся тем, что две противоположные стороны камеры (24) теплообмена снабжены подъемным каналом (34), причем упомянутые подъемные каналы соединены с отводящей вниз трубой (42), а упомянутые отводящие вниз трубы соединены с перепускным каналом (44′) таким образом, что камера теплообмена, подъемные каналы и верхние участки отводящих вниз труб следуют последовательно в направлении ближайшей стенки (32′) печи (12).

4. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийся тем, что подъемный канал (34) и отводящая вниз труба (42) размещены в соединении с двумя боковыми стенками камеры (24) теплообмена, причем упомянутые боковые стенки перпендикулярны ближайшей стенке (32′) печи, а упомянутые боковые стенки снабжены перепускным каналом (44).

5. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийся тем, что камера (24) теплообмена, подъемный канал или подъемные каналы (34), верхние участки отводящих вниз труб (42) и перепускные каналы (44) образуют единое целое.

6. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.5, отличающийся тем, что камера (24) теплообмена, подъемный канал или подъемные каналы (34), верхние участки отводящих вниз труб (42) и перепускные каналы (44) главным образом изготавливаются как водотрубные конструкции.

7. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийся тем, что перепускной канал (44) соединен с отводящей вниз трубой (42) на более высоком уровне, чем подъемный канал (34).

8. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна отводящая вниз труба (42) снабжена впуском для топлива (50).

9. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.8, отличающийся тем, что впуск для топлива (50) соединяется с невертикальным участком (54) отводящей вниз трубы (42).

10. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.9, отличающийся тем, что невертикальный участок (54) образует верхнюю часть отводящей вниз трубы.

11. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.9, отличающийся тем, что невертикальный участок (54) образует наклонный участок ниже наивысшей точки отводящей вниз трубы.

12. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.8, отличающийся тем, что впуск для топлива (50) представляет собой ловушку конденсата.

13. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.8, отличающийся тем, что впуск для топлива (50) прикреплен к распределительному конвейеру (56), перемещающему топливо, причем упомянутый конвейер направлен вдоль камеры (24) теплообмена прямо к печи (12).

14. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.13, отличающийся тем, что распределительный конвейер (56) находится в соединении с общим конвейером (58), перемещающим топливо, причем упомянутый общий конвейер выполнен выровненным с ближайшей стенкой (32′) печи (12) позади камеры (24) теплообмена, если смотреть со стороны печи.