КОТЕЛ С ЦИРКУЛИРУЮЩИМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ(ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК F23C10/30 

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 немеханическому клапану для регулирования выпуска твердых частиц из теплообменника в слое к циркулирующему псевдоожиженному слою.

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. В одном варианте осуществления контроль выпуска осуществляют при использовании, по меньшей мере, одного немеханического клапана, который регулируется посредством подачи псевдоожижающего газа в окрестности клапана.

Другой способ регулирования теплопередачи описан в патенте США №6532905. В этом случае теплопередачу регулируют путем использования одного или более каналов, проходящих от нижней части кипящего псевдоожиженного слоя к верхнему уровню в самой нижней части или выше самой нижней части стенок, образующих кожух теплообменника в слое. Благодаря псевдоожижению твердых частиц в канале, их движение вверх через канал является мгновенным, побуждающим твердые частицы выходить из кипящего псевдоожиженного слоя в окружающий циркулирующий псевдоожиженный слой. Путем регулирования расхода псевдоожижающего газа или числа каналов в работе регулируют общий выпуск твердых частиц из кипящего псевдоожиженного слоя в циркулирующий псевдоожиженный слой, регулируя таким образом теплопередачу в теплообменнике в слое.

Чем выше мощность котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем и/или параметры его выходного пара, тем выше требуемая тепловая мощность его теплообменника в слое. Это даже более выражено в котлах кислородного горения с циркулирующим псевдоожиженным слоем при повышенной концентрации кислорода, где требуемая тепловая мощность теплообменника в слое для данного размера реакционной камеры резко увеличивается, приводя в результате к повышенной высоте теплообменника в слое. Вследствие более высокой плотности кипящего псевдоожиженного слоя в сравнении с циркулирующим псевдоожиженным слоем, перепад давления через немеханический клапан может достигать десятков дюймов водяного столба, приводя в результате к высокой скорости выпуска твердых частиц через клапан и общей высокой скорости потока выпуска. Последняя может превышать требуемую скорость твердых частиц и, таким образом, может вредно повлиять на регулируемость теплопередачи. Высокая скорость твердых частиц в окрестности регулирующего клапана для регулирования твердых частиц может вызвать эрозию каких-либо смежных труб нагревающейся поверхности в теплообменнике, а также эрозию барботирующих колпачков в реакционной камере циркулирующего псевдоожиженного слоя в турбулентном следе струи из клапана.

В соответствии с этим существует необходимость в регулирующем клапане для регулирования выпуска твердых частиц, который улучшает работоспособность и надежность котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, где такой котел содержит поддающийся регулированию теплообменник в слое.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение улучшает работоспособность и надежность котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем с поддающимся регулированию теплообменником в слое, использующим, по меньшей мере, один немеханический регулирующий клапан для регулирования выпуска твердых частиц из теплообменника в слое в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя.

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 (подачи) псевдоожижающего газа в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя; кипящий псевдоожиженный слой, расположенный в нижней части реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и ограниченный стенками кожуха и подом реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя; по меньшей мере, один поддающийся регулированию теплообменник в слое, причем теплообменник в слое занимает часть пода реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и окружен стенками кожуха кипящего псевдоожиженного слоя; и, по меньшей мере, один немеханический клапан, предназначенный для разрешения регулирования выпуска твердых частиц из кипящего псевдоожиженного слоя в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя, причем клапан включает в себя, по меньшей мере, одно отверстие в стенке кожуха, по меньшей мере, одно независимо регулируемое первое псевдоожижающее средство, расположенное выше по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха, по меньшей мере, одно независимо регулируемое второе псевдоожижающее средство, расположенное ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха, в котором возвышение нижней части, по меньшей мере, одного отверстия немеханического клапана в стенке оболочки находится у верхней части или выше верхней части как независимо регулируемого первого псевдоожижающего средства, так и независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства.

Другой аспект настоящего изобретения относится к обеспечению 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 (подачи) псевдоожижающего газа в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя; кипящий псевдоожиженный слой, расположенный в нижней части реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и ограниченный стенками кожуха и подом реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя; по меньшей мере, один поддающийся регулированию теплообменник в слое, причем теплообменник в слое занимает часть пода реакционной камеры и окружен стенками кожуха кипящего псевдоожиженного слоя; и, по меньшей мере, один немеханический клапан, предназначенный для разрешения регулирования выпуска твердых частиц из кипящего псевдоожиженного слоя в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя, причем клапан включает в себя, по меньшей мере, одно отверстие в стенке кожуха, по меньшей мере, одно независимо регулируемое первое псевдоожижающее средство, расположенное выше по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха, по меньшей мере, одно независимо регулируемое второе псевдоожижающее средство, расположенное ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха, в котором возвышение нижней части, по меньшей мере, одного отверстия немеханического клапана в стенке оболочки находится у верхней части или выше верхней части, как независимо регулируемого первого псевдоожижающего средства, так и независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства, в котором, по меньшей мере, один теплообменник выбран из одного или более поверхностей пароперегревателя, подогревателя, экономайзера или испарителя, и в котором трубы, по меньшей мере, одного теплообменника в слое защищены посредством слоя эрозионно-стойкого материала, образованного на поверхности труб в окрестности, по меньшей мере, одного отверстия.

Различные элементы новизны, которые отличают настоящее изобретение, конкретно указаны в прилагаемой 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.

Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем, содержит

реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя, имеющую боковые стенки и решетку, ограничивающую под на нижнем конце реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя для обеспечения (подачи) псевдоожижающего газа в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя;

кипящий псевдоожиженный слой, расположенный в нижней части реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и ограниченный стенками кожуха и подом реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя;

по меньшей мере, один поддающийся регулированию теплообменник в слое, причем теплообменник в слое занимает часть пода реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и окружен стенками кожуха кипящего псевдоожиженного слоя; и,

по меньшей мере, один немеханический клапан, предназначенный для разрешения регулирования выпуска твердых частиц из кипящего псевдоожиженного слоя в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя, причем клапан включает в себя, по меньшей мере, одно отверстие в стенке кожуха кипящего псевдоожиженного слоя, по меньшей мере, одно независимо регулируемое первое псевдоожижающее средство, расположенное выше по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха, по меньшей мере, одно независимо регулируемое второе псевдоожижающее средство, расположенное ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха,

в котором возвышение нижней части, по меньшей мере, одного отверстия немеханического клапана в стенке оболочки находится у верхней части или выше верхней части как независимо регулируемого первого псевдоожижающего средства, так и независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства.

В еще одном варианте осуществления, котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем дополнительно содержит, по меньшей мере, один барьер регулирования потока, который расположен ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха, в котором возвышение верхней части барьера регулирования потока находится у возвышения или выше возвышения нижней части, по меньшей мере, одного отверстия в стенке оболочки.

В еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, один барьер регулирования потока расположен ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства.

В еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, один барьер регулирования потока расположен выше по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства.

В еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, один барьер регулирования потока получен из износостойкого материала.

В еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, один барьер регулирования потока получен из труб, покрытых огнеупорным материалом.

В еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, один теплообменник в слое выбран из одной или более поверхностей пароперегревателя, подогревателя, экономайзера или испарителя.

В еще одном варианте осуществления, трубы, по меньшей мере, одного теплообменника в слое расположены так, чтобы они не находились в окрестности, по меньшей мере, одного отверстия для уменьшения эрозии труб.

В еще одном варианте осуществления, трубы, по меньшей мере, одного теплообменника в слое защищены посредством слоя эрозионно-стойкого материала, образованного на поверхности труб в окрестности, по меньшей мере, одного отверстия.

В еще одном варианте осуществления, котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем, содержит реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя, имеющую боковые стенки и решетку, ограничивающую под на нижнем конце реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя для обеспечения (подачи) псевдоожижающего газа в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя;

кипящий псевдоожиженный слой, расположенный в нижней части реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и ограниченный стенками кожуха и подом реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя;

по меньшей мере, один поддающийся регулированию теплообменник в слое, причем теплообменник в слое занимает часть пода реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и окружен стенками кожуха кипящего псевдоожиженного слоя; и,

по меньшей мере, один немеханический клапан, предназначенный для разрешения регулирования выпуска твердых частиц из кипящего псевдоожиженного слоя в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя, причем клапан включает в себя, по меньшей мере, одно отверстие в стенке кожуха, по меньшей мере, одно независимо регулируемое первое псевдоожижающее средство, расположенное выше по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха, по меньшей мере, одно независимо регулируемое второе псевдоожижающее средство, расположенное ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха,

в котором возвышение нижней части, по меньшей мере, одного отверстия немеханического клапана в стенке оболочки находится у верхней части или выше верхней части как независимо регулируемого первого псевдоожижающего средства, так и независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства,

в котором, по меньшей мере, один теплообменник выбран из одного или более поверхностей пароперегревателя, подогревателя, экономайзера или испарителя, и

в котором трубы, по меньшей мере, одного теплообменника в слое защищены посредством слоя эрозионно-стойкого материала, образованного на поверхности труб в окрестности, по меньшей мере, одного отверстия.

В еще одном варианте осуществления, котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем, дополнительно содержит, по меньшей мере, один барьер регулирования потока, который расположен ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха, в котором возвышение верхней части барьера регулирования потока находится у возвышения или выше возвышения нижней части, по меньшей мере, одного отверстия в стенке оболочки.

В еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, один барьер регулирования потока расположен ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства.

В еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, один барьер регулирования потока расположен выше по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства.

В еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, один барьер регулирования потока получен из износостойкого материала.

В еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, один барьер регулирования потока получен из труб, покрытых огнеупорным материалом

В еще одном варианте осуществления, трубы, по меньшей мере, одного теплообменника в слое расположены так, чтобы они не находились в окрестности, по меньшей мере, одного отверстия для уменьшения эрозии труб.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СОПРОВОДИТЕЛЬНЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ

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

Фиг. 2 - сечение горизонтальной проекции котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, иллюстрируемым на фиг. 1, сделанное в направлении стрелок 2-2.

Фиг. 3 - частичное сечение боковой проекции котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, соответствующего первому варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее барьер регулирования потока, расположенный ниже по технологической цепочке от псевдоожижающих средств, расположенных ниже по технологической цепочке от отверстия; и

Фиг. 4 - частичное сечение боковой проекции котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, соответствующего второму варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее барьер регулирования потока, расположенный выше по технологической цепочке от псевдоожижающих средств, расположенных ниже по технологической цепочке от отверстия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится, в общем, к реакторам или котлам с циркулирующим псевдоожиженным слоем, используемым, например, в производственном оборудования или в оборудовании для производства электроэнергии, и, в частности к немеханическому клапану для регулирования выпуска твердых частиц из теплообменника в слое к циркулирующему псевдоожиженному слою.

В случае сжигания в кислороде, который, как правило, предполагает использование вместо воздуха окисляющего вещества с повышенной концентрацией кислорода, как правило, скомпонованного из кислорода и рециклирующего топочного газа, причем термины «первичный воздух» и «вторичный воздух» должны быть соответственно заменены терминами «первичный окислитель» и «вторичный окислитель».

Как используется в этой заявке, термин котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем будет использован для ссылки на реакторы и камеры сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя, в которых имеет место процесс сгорания. Хотя настоящее изобретение направлено, в частности, на котлы или парогенераторы, которые используют камеры сгорания циркулирующего псевдоожиженного слоя, в качестве средства, посредством которого генерируется тепло, очевидно, что настоящее изобретение может быть легко использовано для реализации химических реакций в другом виде реактора циркулирующего псевдоожиженного слоя. Например, настоящее изобретение может быть использовано в реакторе, который используется для реализации химических реакций других, чем процесс сгорания, или где смесь газа и твердых частиц из процесса сгорания, имеющего место где-то в другом месте, подается к реактору для дальнейшей технологической обработки, или где реактор только обеспечивает кожух, где частицы или твердые частицы увлекаются газом, который необязательно является побочным продуктом процесса сгорания.

Теперь со ссылкой на сопроводительные чертежи, где подобными ссылочными номерами указаны подобные или функционально подобные элементы на нескольких чертежах, и на фиг. 1 и фиг. 2 в частности, иллюстрируется реактор или котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем, имеющий реакционную камеру 1 циркулирующего псевдоожиженного слоя, которая содержит стенки 2 (2а, 2b, 2c, 2d) и теплообменник 3 в слое, погруженный в кипящий псевдоожиженный слой 4. Циркулирующий псевдоожиженный слой в реакционной камере 1 главным образом скомпонован из твердых частиц, полученных из золы от 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, образующую часть пода реакционной камеры. Некоторые твердые частицы увлекаются (захватываются) газами, получаемыми в результате процесса сгорания топлива, и движутся вверх в позиции 15, в конечном счете, достигая сепаратора 16 частиц, например, сепаратора частиц ударного типа или U-образного профиля, на выходе из реакционной камеры. Хотя некоторые из твердых частиц 17 проходят сепаратор, основная их масса 18 захватывается и рециклируется назад в топочную камеру 1. 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, содержащую другую часть пода реакционной камеры. В подходящих областях пода топочной камеры предусмотрены средства, соответственно, указанные ссылочными номерами 27 и 28, для удаления твердых частиц из циркулирующего псевдоожиженного слоя 1 и кипящего псевдоожиженного слоя 4.

Кипящий псевдоожиженный слой отделен от циркулирующего псевдоожиженного слоя посредством кожуха 30. Стенки, образующие кожух 30 кипящего псевдоожиженного слоя, могут быть получены несколькими способами. Предпочтительно стенки кожуха будут образованы трубами 50, охлаждаемыми жидкостью (показанными на фиг. 3), покрытыми стойким к эрозии материалом, например, огнеупорным материалом, для предотвращения эрозии труб во время работы. Трубы 50, образующие кожух 30, проходят вверх к возвышению, обеспечивающему возможность создания требуемой высоты кипящего псевдоожиженного слоя в реакционной камере 1 циркулирующего псевдоожиженного слоя. Выше требуемой высоты трубы сгруппированы для образования сопел 55 для подачи вторичного воздуха. Воздух 60, подаваемый к этим соплам, инжектируют в циркулирующий псевдоожиженный слой 1 за кипящим псевдоожиженным слоем 4, таким образом, его струи 65 не отклоняют потоки твердых частиц 18 и 19 от выпадания на кипящий псевдоожиженный слой 4. Группирование труб 50 делает возможным образование отверстий 70, через которые потоки 18 и 19 твердых частиц падают на кипящий псевдоожиженный слой 4. После достижения стенки 2b трубы 50 становятся частью стенки. Сопла 75 для подачи вторичного воздуха на противоположной стенке 2d расположены внешне относительно реакционной камеры 1 циркулирующего псевдоожиженного слоя. Поскольку теплообменник 3 в слое не размещен ниже сопел 75, их струи 80 не вызывают какого-либо нежелательного эффекта.

На фиг. 3 приведено увеличенное изображение области вокруг немеханического клапана 40. Клапан содержит отверстие 85 в кожухе 30 и независимо регулируемые псевдоожижающие средства 86 и 87, расположенные, соответственно, выше и ниже по технологической цепочке от отверстия 85. Эти псевдоожижающие средства могут быть реализованы как ряд барботирующих колпачков, соединенных с соответствующим источником псевдоожижающей среды 46 и 45, соответственно. Как хорошо известно квалифицированным специалистам в этой области техники, самой обычной конструкцией распределительной решетки будет матрица барботирующих колпачков, питаемых от соответствующего источника псевдоожижающей среды, то есть 8 - для циркулирующего псевдоожиженного слоя и 25 - для кипящего псевдоожиженного слоя. Барботирующий колпачок состоит из собственно барботирующего колпачка и подающей трубки, как правило, называемой ножкой, которая соединяет псевдоожижающую среду с псевдоожиженным слоем. Псевдоожижающий газ подают вверх вдоль ножки в барботирующий колпачок, из которого он распределяется к псевдоожиженному слою посредством множества выпускных отверстий. Струи псевдоожижающего газа, выходящие из выпускных отверстий, проникают в циркулирующий псевдоожиженный слой и кипящий псевдоожиженный слой, обеспечивая их псевдоожижающий газ в области вокруг каждого барботирующего колпачка. Для предотвращения эрозии барботирующих колпачков в окрестности отверстия 85 потоком твердых частиц через отверстие, верхние части барботирующих колпачков не должны быть выше нижней части (дна) отверстия 85.

Барьер 90 регулирования потока может быть размещен ниже по технологической цепочке от отверстия 85. Это обеспечивает ограничение потока твердых частиц через отверстие 85 и также отклоняет струю твердых частиц из отверстия от барботирующих колпачков 9 или других псевдоожижающих средств в реакционной камере 1 циркулирующего псевдоожиженного слоя. В одном варианте осуществления настоящего изобретения (смотри фиг. 3) барьер 90 регулирования потока размещен ниже по технологической цепочке от псевдоожижающего средства 87. Во втором варианте осуществления настоящего изобретения (смотри фиг. 4) барьер регулирования потока размещен выше по технологической цепочке от псевдоожижающего средства 87. Верхняя часть барьера 90 регулирования потока будет, по меньшей мере, такой же высоты, что и нижняя часть отверстия 85 и может быть выше верхней части отверстия 85. Барьер регулирования потока будет подвергаться воздействию высоких температур слоя и существенному эрозионному удару от потока твердых частиц через отверстие 85. Это требует получения материала, обладающего сопротивлением воздействию высоких температур и эрозии, например, керамики или огнеупорного кирпича. Другие опции включают в себя получение его из труб, покрытых огнеупорным материалом.

Нагревающаяся поверхность теплообменника 3 в слое, которая поглощает тепло из кипящего псевдоожиженного слоя 4, может быть пароперегревателем, подогревателем, экономайзером, испарителем или комбинациями таких типов нагревающихся поверхностей, которые известны квалифицированным специалистам в этой области техники. Нагревающаяся поверхность, как правило, образована из труб 91, через которые транспортируется теплопередающая среда, например вода, двухфазная смесь воды и пара или пар. Их общий потенциал эрозии является низким вследствие низкой скорости псевдоожижения в кипящем псевдоожиженном слое 4, а также низкой скорости твердых частиц через теплообменник 3 в слое. Однако в окрестности отверстия 85 скорость твердых частиц, движущихся к отверстию, существенно увеличивается, что может увеличить потенциал эрозии труб 91. Для уменьшения или предотвращения эрозии труб 91, таким образом, предпочтительно для них быть размещенными так, чтобы они не находились в окрестности отверстия 85 (как показано на фиг. 3). Ожидаемые скорости эрозии могут быть оценены на основе оценки локальной скорости твердых частиц в окрестности отверстия 85 (как определяется объемным расходом выпуска через отверстие 85), а также при рассмотрении эрозивных характеристик твердых частиц. Основываясь на скорости эрозии, которая может быть допущена, и оцененной скорости эрозии, определенной при использовании принципов, описанных выше, трубы 91 могут быть соответственно размещены для уменьшения эрозии. Таким образом, как показано на фиг. 3, для уменьшения эрозии труб, концы нижних труб 81 в теплообменнике 3 в слое не находятся в окрестности отверстия 85, поскольку они не проходят так близко к стенке 30 кожуха и отверстию 85, как другие трубы 91 в теплообменнике 3 в слое. В качестве дополнительной предосторожности части труб 91, смежные отверстию 85, могут быть защищены посредством слоя эрозионно-стойкого материала 95, например огнеупорного материала, удерживаемого штифтами, приваренными к трубам 91.

Регулирование выпуска твердых частиц из кипящего псевдоожиженного слоя 4 к циркулирующему псевдоожиженному слою 1 осуществляют посредством регулирования скоростей 45 и 46 потоков псевдожижающей среды. Поток газа к окрестности регулирующего клапана, предназначенного для регулирования выпуска твердых частиц, содействует выпуску твердых частиц из нижней части кипящего псевдоожиженного слоя 4 в циркулирующий псевдоожиженный слой 1. Независимое регулирование этих скоростей потоков, например, включением и выключением их в альтернативных циклах, обеспечивает возможность выравнивания скоростей выпуска твердых частиц. Конкретные конфигурации регулирования псевдоожижающей среды (частоты циклирования, длины цикла и так далее) зависят от свойств материала слоя и требований, предъявляемых к работе котла, и должны быть установлены во время пуска (ввода в действие) котла.

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 с теплообменником, расположенным в слое для регулирования теплопередачи. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем содержит реакционную камеру, кипящий псевдоожиженный слой, теплообменник в слое, по меньшей мере, один немеханический клапан, который включает в себя отверстие между циркулирующим слоем и кипящим слоем, и независимо регулируемые псевдоожижающие средства, расположенные выше и ниже по технологической цепочке от отверстия. Регулирование теплопередачи осуществляется путем регулирования выпуска твердых частиц из кипящего слоя к циркулирующему псевдоожиженному слою. Возвышение нижней части отверстия клапана в стенке находится у верхней части или выше верхней части как независимо регулируемого первого псевдоожиженного средства, так и независимо регулируемого второго псевдоожиженного средства. Барьер регулирования потока может быть расположен ниже по технологической цепочке от отверстия. Изобретение позволяет регулировать выпуск частиц в циркулирующем слое и улучшает работоспособность и надежность котла. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 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 (подачи) псевдоожижающего газа в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя;
кипящий псевдоожиженный слой, расположенный в нижней части реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и ограниченный стенками кожуха и подом реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя;
по меньшей мере, один поддающийся регулированию теплообменник в слое, причем теплообменник в слое занимает часть пода реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и окружен стенками кожуха кипящего псевдоожиженного слоя; и,
по меньшей мере, один немеханический клапан, предназначенный для разрешения регулирования выпуска твердых частиц из кипящего псевдоожиженного слоя в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя, причем клапан включает в себя, по меньшей мере, одно отверстие в стенке кожуха кипящего псевдоожиженного слоя, по меньшей мере, одно независимо регулируемое первое псевдоожижающее средство, расположенное выше по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха, по меньшей мере, одно независимо регулируемое второе псевдоожижающее средство, расположенное ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха,
в котором возвышение нижней части, по меньшей мере, одного отверстия немеханического клапана в стенке оболочки находится у верхней части или выше верхней части, как независимо регулируемого первого псевдоожижающего средства, так и независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства.

2. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, дополнительно содержащий, по меньшей мере, один барьер регулирования потока, который расположен ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха, в котором возвышение верхней части барьера регулирования потока находится у возвышения или выше возвышения нижней части, по меньшей мере, одного отверстия в стенке оболочки.

3. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.2, в котором, по меньшей мере, один барьер регулирования потока расположен ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства.

4. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.2, в котором, по меньшей мере, один барьер регулирования потока расположен выше по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства.

5. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.2, в котором, по меньшей мере, один барьер регулирования потока получен из износостойкого материала.

6. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.2, в котором, по меньшей мере, один барьер регулирования потока получен из труб, покрытых огнеупорным материалом

7. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, в котором, по меньшей мере, один теплообменник в слое выбран из одной или более поверхностей пароперегревателя, подогревателя, экономайзера или испарителя.

8. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, в котором трубы, по меньшей мере, одного теплообменника в слое расположены так, чтобы они не находились в окрестности, по меньшей мере, одного отверстия для уменьшения эрозии труб.

9. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, в котором трубы, по меньшей мере, одного теплообменника в слое защищены посредством слоя эрозионно-стойкого материала, образованного на поверхности труб в окрестности, по меньшей мере, одного отверстия.

10. 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 (подачи) псевдоожижающего газа в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя;
кипящий псевдоожиженный слой, расположенный в нижней части реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и ограниченный стенками кожуха и подом реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя;
по меньшей мере, один поддающийся регулированию теплообменник в слое, причем теплообменник в слое занимает часть пода реакционной камеры циркулирующего псевдоожиженного слоя и окружен стенками кожуха кипящего псевдоожиженного слоя; и,
по меньшей мере, один немеханический клапан, предназначенный для разрешения регулирования выпуска твердых частиц из кипящего псевдоожиженного слоя в реакционную камеру циркулирующего псевдоожиженного слоя, причем клапан включает в себя, по меньшей мере, одно отверстие в стенке кожуха, по меньшей мере, одно независимо регулируемое первое псевдоожижающее средство, расположенное выше по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха, по меньшей мере, одно независимо регулируемое второе псевдоожижающее средство, расположенное ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха,
в котором возвышение нижней части, по меньшей мере, одного отверстия немеханического клапана в стенке оболочки находится у верхней части или выше верхней части, как независимо регулируемого первого псевдоожижающего средства, так и независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства,
в котором, по меньшей мере, один теплообменник выбран из одного или более поверхностей пароперегревателя, подогревателя, экономайзера или испарителя, и
в котором трубы, по меньшей мере, одного теплообменника в слое защищены посредством слоя эрозионно-стойкого материала, образованного на поверхности труб в окрестности, по меньшей мере, одного отверстия.

11. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.10, дополнительно содержащий, по меньшей мере, один барьер регулирования потока, который расположен ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного отверстия в стенке кожуха, в котором возвышение верхней части барьера регулирования потока находится у возвышения или выше возвышения нижней части, по меньшей мере, одного отверстия в стенке оболочки.

12. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.11, в котором, по меньшей мере, один барьер регулирования потока расположен ниже по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства.

13. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.11, в котором, по меньшей мере, один барьер регулирования потока расположен выше по технологической цепочке, по меньшей мере, от одного независимо регулируемого второго псевдоожижающего средства.

14. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.11, в котором, по меньшей мере, один барьер регулирования потока получен из износостойкого материала.

15. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.11, в котором, по меньшей мере, один барьер регулирования потока получен из труб, покрытых огнеупорным материалом

16. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.10, в котором трубы, по меньшей мере, одного теплообменника в слое расположены так, чтобы они не находились в окрестности, по меньшей мере, одного отверстия для уменьшения эрозии труб.