ЦИРКУЛИРУЮЩИЙ ПСЕВДООЖИЖЕННЫЙ СЛОЙ С СОПЛАМИ ДЛЯ ПОДАЧИ ВТОРИЧНОГО ВОЗДУХА В ТОПОЧНУЮ КАМЕРУ Российский патент 2015 года по МПК F23C10/00 

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится, в общем, к реакторам или котлам с циркулирующим псевдоожиженным слоем, используемым, например, в производственном оборудовании или в оборудовании для производства электроэнергии, и, в частности, к соплам для подачи вторичного воздуха в топочную камеру, предназначенным для предотвращения отклонения твердых частиц, падающих на кипящий псевдоожиженный слой из циркулирующего псевдоожиженного слоя, посредством струй вторичного воздуха.

Предшествующий уровень техники

В патенте США №6543905, выданном Белину и др., описан котел с псевдоожиженным слоем с контролируемым теплообменником в слое. Котел содержит реакционную камеру псевдоожиженного слоя, а также теплообменник кипящего псевдоожиженного слоя, расположенный внутри реакционной камеры. Теплопередачу в теплообменнике контролируют посредством контролирования скорости выпуска твердых частиц из нижней части кипящего псевдоожиженного слоя в реакционную камеру. Общая способность теплопередачи теплообменника в слое зависит от нисходящего потока твердых частиц на верхнюю часть кипящего псевдоожиженного слоя в теплообменнике в слое из топочной камеры псевдоожиженного слоя. Более высокая скорость нисходящего потока в результате приводит к более высокой способности теплопередачи. Вторичный воздух, как правило, подают в топочную камеру псевдоожиженного слоя через посредство сопел, расположенных у передней и задней стенок топочной камеры. Сопла расположены вне кожуха топочной камеры и их выпускные отверстия находятся заподлицо с этими стенками. Поскольку теплообменник в слое расположен смежно стенке (стенкам), содержащей сопла, струи из сопел будут отклонять часть нисходящего потока твердых частиц из теплообменника в слое, уменьшая, таким образом, его способность теплопередачи.

В патенте США №5836257, выданном Белину и др., описана топочная камера псевдоожиженного слоя с интегральным ресивером вторичного воздуха. Такой ресивер обеспечивает возможность размещения сопел для подачи вторичного воздуха внутри печи, таким образом, препятствуя интерференции их струй с нисходящим потоком твердых частиц к теплообменнику в слое. Однако опорная конструкция и/или средства подачи воздуха ресивера могут интерферировать с движением газа и/или твердых частиц в топочной камере, а вмещение сопел размера, достаточного для обеспечения возможности адекватного проникновения струи в большой циркулирующий псевдоожиженный слой, требует ресивера, который больше, чем требуется.

Краткое изложение сущности настоящего изобретения

Настоящее изобретение препятствует отклонению твердых частиц, падающих на кипящий псевдоожиженный слой, из циркулирующего псевдоожиженного слоя, посредством струй вторичного воздуха, избегая в то же самое время использования сложной конструкции, которая бы интерферировала с движением газа и/или воздуха в топочной камере.

Соответственно, одним аспектом настоящего изобретения является обеспечение получения котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, содержащего реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя, имеющую боковые стенки и решетку, ограничивающую под на нижнем конце реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя, для обеспечения псевдоожижающего газа в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя; кипящий псевдоожиженный слой, расположенный в нижней части реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и ограниченный внешней стенкой (стенками) реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя, подом реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и стенкой (стенками) кожуха, образованной охлаждаемыми трубами, которые проходят вверх от пода циркулирующего псевдоожиженного слоя до высоты кипящего псевдоожиженного слоя; по меньшей мере, один поддающийся регулированию теплообменник в слое, причем теплообменник в слое содержит нагревающуюся поверхность, занимает часть пода реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и является окруженным стенками кожуха кипящего псевдоожиженного слоя; и, по меньшей мере, одно сопло для подачи вторичного воздуха в топочной камере, образованное посредством охлаждаемых труб которые образованы, по меньшей мере, в одной группе, которая проходит от верхней части стенки кожуха кипящего псевдоожиженного слоя через ширину кипящего псевдоожиженного слоя до достижения внешней стенки циркулирующего псевдоожиженного слоя.

Трубы, образующие, по меньшей мере, одно сопло для подачи вторичного воздуха в топочной камере могут стать частью внешней стенки, когда они достигают внешней стенки циркулирующего псевдоожиженного слоя. Помимо всего прочего, выпускное отверстие, по меньшей мере, одного сопла для подачи вторичного воздуха в топочной камере находится заподлицо, или почти заподлицо, со стенкой кожуха кипящего псевдоожиженного слоя.

Различные элементы новизны, которые отличают настоящее изобретение, конкретно указаны в формуле изобретения, образующей часть настоящего описания. Для более хорошего понимания настоящего изобретения, преимуществ его работы и характерных выгод, достигаемых благодаря его использованию, делаются ссылки на сопроводительные чертежи и текст описания, где иллюстрируются характерные варианты осуществления настоящего изобретения.

Краткое описание сопроводительных чертежей

Фиг.1 - сечение вертикальной боковой проекции котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, соответствующего настоящему изобретению;

Фиг.2 - сечение горизонтальной проекции котла, иллюстрируемого на фиг.1, с циркулирующим псевдоожиженным слоем, сделанной в направлении, показанном стрелками 2-2 на фиг.1;

Фиг.3 - схематическое изометрическое изображение кожуха кипящего псевдоожиженного слоя, где трубы, образующие сопла подачи вторичного воздуха в топочную камеру, представлены отдельными линиями;

Фиг.4 - сечение вертикальной боковой проекции котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, соответствующего другому варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.5 - сечение горизонтальной проекции котла, иллюстрируемого на фиг.4, с циркулирующим псевдоожиженным слоем, сделанной в направлении, показанном стрелками 5-5 на фиг.4.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения

Настоящее изобретение относится, в общем, к реакторам или котлам с циркулирующим псевдоожиженным слоем, используемым, например, в производственном оборудовании или в оборудовании для производства электроэнергии, и, в частности, к соплам для подачи вторичного воздуха в топочную камеру, предназначенным для предотвращения отклонения твердых частиц, падающих на кипящий псевдоожиженный слой из циркулирующего псевдоожиженного слоя, посредством струй вторичного воздуха.

Как используется в этой заявке, термин котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем будет относиться к реакторам или камерам сгорания с циркулирующим псевдоожиженным слоем, в которых имеет место сгорание. Хотя настоящее изобретение конкретно направлено на получение котлов или генераторов пара, в которых в качестве средств, посредством которых генерируется тепло, используются камеры сгорания с циркулирующим псевдоожиженным слоем, должно быть очевидным, что настоящее изобретение может быть легко использовано в разных видах реакторов с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Например, настоящее изобретение может быть использовано в реакторе, который используется для других химических реакций, чем процесс сгорания, или где смесь газа и твердых частиц из процесса сгорания, имеющего место где-либо, подается к реактору для дополнительной технологической обработки.

Теперь со ссылкой на сопроводительные чертежи, где подобными ссылочными номерами указаны подобные или функционально подобные элементы на нескольких чертежах, и, в частности, на фиг.1 приведено сечение вертикальной боковой проекции топочной камеры 1 с циркулирующим псевдоожиженным слоем, содержащей стенки 2 и теплообменник 3 в слое, погруженном в кипящий псевдоожиженный слой 4. Циркулирующий псевдоожиженный слой, главным образом, скомпонован из твердых частиц, образованных из золы из камеры сгорания топлива 5, сульфированного сорбента 6 и, в некоторых случаях, внешнего инертного материала 7, подаваемого, по меньшей мере, через одну из стенок 2, и псевдоожижен посредством первичного воздуха 8, подаваемого через распределительную решетку 9. Некоторые твердые частицы увлекаются (захватываются) газами, получаемыми в результате сгорания топлива, и движутся вверх 15, в конечном счете, вступая в реакцию с сепаратором 16 частиц на выходе из топочной камеры. Хотя некоторые из твердых частиц 17 проходят сепаратор, основная их масса 18 захватывается и рециклируется назад в топочную камеру. Эти твердые частицы вместе с другими твердыми частицами 19 выпадают из движущегося вверх потока 15 твердых частиц, питают кипящий псевдоожиженный слой 4, который является псевдожиженным посредством псевдоожижающей среды 25, подаваемой через распределительную решетку 26. В подходящих областях пода топочной камеры предусмотрены средства (соответственно, указные ссылочными номерами 27 и 28) для удаления твердых частиц из циркулирующего псевдоожиженного слоя и кипящего псевдоожиженного слоя.

Кипящий псевдоожиженный слой отделен от циркулирующего псевдоожиженного слоя посредством кожуха 30. Скорость рециклирования 35 твердых частиц назад в циркулирующий псевдоожиженный слой через клапан 40 регулируется путем регулирования потоков псевдоожижающей среды 45 и 46. Кожух образован из труб 50, которые, как правило, охлаждаются водой или паром. Трубы, обычно, защищены от эрозии и/или коррозии посредством защитного слоя, обычно, образуемого огнеупорным материалом, удерживаемым штифтами, приваренным к трубам. Трубы, образующие кожух, проходят вверх к возвышению, обеспечивающему возможность получения требуемой высоты кипящего псевдоожиженного слоя 4 в топочной камере 1 с псевдоожиженным слоем. Выше требуемой высоты трубы 50 группируются в образующиеся сопла 55 для подачи вторичного воздуха. Воздух 60, подаваемый к этим соплам, инжектируется в циркулирующий псевдоожиженный слой за кипящим псевдоожиженным слоем 4. Группирование труб 50 обеспечивает возможность образования отверстий 70, через которые потоки 18 и 19 твердых частиц падают на кипящий псевдоожиженный слой 4. После достижения стенки 2b, эти трубы 50 могут стать частью этой стенки. Сопла 75 для подачи вторичного воздуха на противоположной стенке 2d расположены вне топочной камеры 1 с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Поскольку теплообменник в слое размещен ниже сопел 75, их струи 80 не вызывают какого-либо нежелательного эффекта.

На фиг.3 иллюстрируется одна возможная конструкция сопел 55 для подачи вторичного воздуха в топочной камере, образованная трубами 50. На фиг.3, трубы 50, образующие сопла 55 для подачи вторичного воздуха в топочной камере, схематически представлены как отдельные линии.

В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемом на фиг.4 и фиг.5, кипящий псевдоожиженный слой 4 с погруженным теплообменником 3 в слое расположен на обеих противоположных стенках 2b и 2d топочной камеры. Трубы 50 кожуха 30 на обеих сторонах топочной камеры группируются для образования сопел 55 для подачи вторичного воздуха. Для подачи топлива, потоков известняка и других твердых частиц непосредственно в циркулирующий псевдоожиженный слой, кипящий псевдоожиженный слой, по меньшей мере, на одной стенке (в варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.4 и фиг.5, стенке 2d) топочной камеры разбит на несколько отделений 80. Каждое отделение 80 образовано посредством стенки 2d топочной камеры, кожухом 30 и двумя боковыми стенками 85 (или одной боковой стенкой 85 и стенкой 2а или 2 с топочной камеры). Компоненты отделены друг от друга посредством зазоров 90, где подается топливо, известняк и так далее.

Хотя характерные варианты осуществления настоящего изобретения были показаны и описаны детально для иллюстрации применения и принципов настоящего изобретения, должно быть очевидным, что не предполагается ограничивать ими настоящее изобретение и что без отклонения от этих принципов настоящее изобретение может включать в себя другие варианты осуществления. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения некоторые элементы изобретения могут иногда быть использованы для обеспечения преимущества без использования других элементов. Соответственно, все такие изменения и варианты осуществления находятся в пределах объема следующей формулы изобретения.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котлах с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Котел включает в себя реакционную камеру, где кипящий псевдоожиженный слой содержится в кожухе в нижней части реакционной камеры и содержит теплообменник в слое, который занимает часть пода реакционной камеры. Множество сопел для подачи вторичного воздуха в слое содержит множество труб, которые сгруппированы вместе и проходят через ширину кипящего псевдоожиженного слоя между стенкой кожуха кипящего псевдоожиженного слоя и внешней стенкой циркулирующего псевдоожиженного слоя. Сопла предотвращают отклонения твердых частиц, падающих на кипящий псевдоожиженный слой из циркулирующего псевдоожиженного слоя, посредством струй вторичного воздуха, избегая, в то же самое время, сложной конструкции, которая интерферировала бы с движением газа и/или твердых частиц в топочной печи. Выходные отверстия сопел находятся заподлицо, или почти заподлицо, со стенкой кожуха кипящего псевдоожиженного слоя. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем, содержащий
реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя, имеющую боковые стенки и решетку, ограничивающую под на нижнем конце реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя, для обеспечения псевдоожижающего газа в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя;
кипящий псевдоожиженный слой, расположенный в нижней части реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и ограниченный внешней стенкой (стенками) реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя, подом реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и стенкой (стенками) кожуха, образованной охлаждаемыми трубами, которые проходят вверх от пода циркулирующего псевдоожиженного слоя до высоты кипящего псевдоожиженного слоя;
по меньшей мере, один поддающийся регулированию теплообменник в слое, причем теплообменник в слое содержит нагревающуюся поверхность, занимает часть пода реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и является окруженным стенками кожуха кипящего псевдоожиженного слоя; и
по меньшей мере, одно сопло для подачи вторичного воздуха в топочной камере, образованное посредством охлаждаемых труб, которые образованы, по меньшей мере, в одной группе, которая проходит от верхней части стенки кожуха кипящего псевдоожиженного слоя через ширину кипящего псевдоожиженного слоя до достижения внешней стенки циркулирующего псевдоожиженного слоя.

2. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, в котором, когда трубы, образующие, по меньшей мере, одно сопло для подачи вторичного воздуха в топочной камере, достигают внешней стенки циркулирующего псевдоожиженного слоя, эти трубы становятся частью внешней стенки.

3. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, в котором выпускное отверстие, по меньшей мере, одного сопла для подачи вторичного воздуха в топочной камере находится заподлицо, или почти заподлицо, со стенкой кожуха кипящего псевдоожиженного слоя.

4. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, в котором трубы, образующие стенку кожуха кипящего псевдоожиженного слоя, покрыты защитным слоем.

5. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.4, в котором защитный слой образован огнеупорным материалом, удерживаемым штифтами, приваренными к трубам.

6. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, в котором трубы, образующие сопла для подачи вторичного воздуха в топочной камере, покрыты защитным слоем.

7. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.6, в котором защитный слой образован огнеупорным материалом, удерживаемым штифтами, приваренными к трубам.