Установка для сжигания Советский патент 1993 года по МПК F23C11/02 

Изобретение к.асается блока сгорания, наиболее точно определенного в доотличм- тельной части формулы изобретения в пункте 1. Блок сгорания главным образом содержит камеру реактора, в которой располагается, по крайней мере, один сепаратор твердых частиц. Камера расположена, по существу, в вертикальном положений. По крайней мере структура вертикальной стенки реакторной камеры выполнена с образованием теплопереда- ющей поверхности. Теплопередающая поверхность образована трубчатой структурой, поток теплопередающей среды располагается внутри. Экзотермическая реакция сгорания, так называемый псевдо- ожиженный слой располагается для протекания в нижней части реакторной камеру путем подачи топлива и воздуха и выпуска отходящих газов, содержащих . вещество твердых частиц, вверх в реакторной камере. Сепаратор твердых яастиц яв- ляется так называемым циклонным- сепаратором, имеющего два вертикальных и, по существу, соосных отсека, один расположенный по существу внутри другого. Первый, т.е. наружный отсек, образован с входным отверстием для топочных газов. Далее, первый отсек образован в своей части и предпочтительно соединен с помощью конической части с возвратным трубопроводом для материала твердых частиц, выделенных в сепараторе твердых частиц из топочных газов, для возврата материала твердых частиц в нижнюю часть реакторной камеры. Второй, т.е. внутренний отсек соединен в своей верхней части с последующей стадией процесса для транспортирования топочных газов, по существу свободных от твердых частиц, через внутренний отсек на последующую стадию процесса.в

Блок сгорания этого типа может считаться как по существу известный из нижеследующего материала: Ф.А. Ценц.. Системы флюидизации и ожиженных твердых частиц. Публикации Ремм-корп., том II, Драфт 1989, страницы 333-334. Эта публикация касается так называемого барботаж- ного реактора с псевдоожиженн.ым слоем. Благодаря своим особенностям конструк-. ции и потока представленный реактор настолько неудобен для эксплуатации, что нет действующих практических применений, особенно таких применений, в которых реакторная камера содержит сепаратор твердых частиц.

Цель настоящего изобретения состоит в создании бпока сгорания, который в применениях, основанных на циркулирующей реакции, обеспечивает выгодную конструкцию для блока сгорания с конструкционной точки зрения исвойств потока в случаях, когда сепаратор твердых частиц должен устанавливаться внутри реакторной камеры.

Поэтому цель настоящего изобретения состоит в совершенствовании предшествующего уровня техники в этой области. Для достижения этих целей блок сгорания согласно изобретению главным образом отличается тем, что по крайней мере первый, т е. наружный отсек сепаратора твердых частиц выполнен известным способом таким образом, что образует предпочтительно трубчатую теплопередающую поверхность,

5 причем поток теплопередающей среды располагается внутри трубчатой структуры, и что входное отверстие для топочных газов в первый, т.е. наружный отсек расположено с расчетом расширения всей периферии отсе0 -ка.

Теплопередающая поверхность, которая образована из первого, т.е.- наружного отсека, известна из публикации патента США 4.746.337, которая (публикация) одна;

5 ко касается отдельного циклонного сеаара .тора. Когда по крайней мере первый, т.е.

наружный отсек сепаратора твердых частиц

. образован в теплопередающей поверхно сти,.весь блок сгорания становится управля0 емым узлом в.отношении его конструкции и, в частности, его свойств теплового расширения. В традиционном способе соединение реакторной.камеры, которая функционирует .как теплопередающая поверхность, и

5 изолированного сепаратора твердых частиц вместе представляет серьезную проблему по причине их разного поведения при тепловом расширении. Совершенно очевидно, : что сепаратор твердых частиц содержащий

0 керамические части толщиной примерно 300 мм,- должен монтироваться на нижней плоскости и должен быть образован с самоподдерживающим стальным кожухом.реакторная камера с панельными структурами

5 предпочтительно поддерживается сверху, и поэтому тепловое расширение происходит главным, образом вниз. .При функционировании температура реакторной камеры в традиционным реакторах с циркуляцией ти0 пично около 300°С, тогда как поддерживающий стальной кожух сепаратора твердых частиц должен поддерживаться максимум при 80°С, как самый высокий по причинам безопасности и снижения тепловых потерь.

5 Поэтому ясно, что традиционные реакторы с циркуляцией несут ущерб из-за серьезных перемещений, связанными с температурными изменениями во время пуска и останова. Это изобретение устраняет вышеназванные проблемы.так как блок сгорания ведет себя

как один узел при названных температурных изменениях во время пуска и останова. Рассматривая в целом, выгодное конструктивное решение достигается, когда входное отверстие топочных газов помеще- но в первом т.е, в наружном отсеке, чтобы расширить всю периферию отсека. Сепаратор твердых частиц и входной трубопровод, традиционно связанный с ним, требует большого пространства. Поэтому традици- онные циклонные сепараторы не могут устанавливаться внутри реакторной камеры без дорогих необычных и непрактичных конструкций. Тогда проблема состоит в том, как достигнуть, учитывая его конструкцию и свойства его топочных газов, такого входного трубопровода для топочных газов, который будет обеспечивать достаточное направляющее действие для топочных газов, и где пространственные требования входного трубопровода будут лишь долей по сравнению с пространственными требованиями входного трубопровода в традиционных циклонных сепараторах Вышеназванная проблема может быть точ- но решена таким образом, что входной канал топочных газов помещается, в первом, т.е. наружном отсеке Для расширения всей периферии отсека. Это дает одно конкретное преимущество в том, что когда исполь- зуётся трубчатая теплопередающая поверхность в первом, т.е. наружном отсеке, сами трубы могут создавать илм в некоторых случаях через сгибание труб опорную структуру для входного канала топочных га- зов, так что перегораживающие лопатки из керамического материала могут быть образованы на этой опорной структуре Для потока топочных газов.

Согласно одному, в частности, выгодно- му варианту реализации, горизонтальное поперечное сечение реакторной камеры, по крайней мере в точке, где расположен сепаратор твёрдых частиц, является круглым, где центровая линия формы поперечного сечения совпадает с обычной центровой ли- нией отсеков сепаратора. Это техническое решение дает идеальную структуру, которая аксиально симметрична по крайней мере в точке, где расположен сепаратор твердых частиц. Достигается ряд преимуществ в .отношении сгорания, потока и конструкционных свойств по сравнению с традици- онными реакторами с циркуляцией, имеющих прямоугольное поперечное сече- ние. В силу конструкционных причин массовые опорные структуры требуются для усиления стенок в обычных прямоугольных реакторных частях, и особенно в больших блоках сгорания. Учитывая тепловое расширение сложность этих опорных структур еще больше увеличивается. В применениях с повышенным давлением эти недостатки становятся хуже в том, что отдельное давление снаружи должно использоваться, в котором должна быть размещена реакторная камера. Большинство вышеназванных недостатков может быть устранено посредством аксиально симметричной структуры, описанной выше.

Некоторые выгодные варианты реализации блока сгорания согласно изобретению представлены в прилагаемых зависимых пунктах формулы изобретения. Изобретение будет теперь далее иллюстрироваться со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - вид вертикального поперечного сечения блока сгорания согласно изобретению, произведенного по центровой линии; Фиг.2 и 3 - виды частичного поперечного сечения фиг. 1 по линии А-А в точке, где входной канал топочных газов расположен для иллюстрации двух вариантов реализации;

Фиг. 3 - поперечное сечение по линии В-В на фиг. 1.

Основные части блока можно видеть особенно на фиг. 1. Цилиндрическая реакторная камера 1 с круглым поперечным сечением установлена в вертикальном положении. Структура стенки, состоящая из кожуха (оболочки реакторной камеры, по существу образована в теплопередающей поверхности, содержащей множество труб и проходящих по крайней мере вдоль вертикальной части структуры стенки. Теплопередающая среда течет внутри трубчатой структуры. В нижней части реакторной камеры 1 имеется структура решетки 2, образованная с подачей воздуха сгорания путе использования, например, системы обычн: го сопла (не показано). Для этой цели предусмотрен так называемый воздушный отсек 3, через который воздух сгорания подается на систему сопла. Далее, в связи с решеткой предусмотрено устройство 4 подачи топлива и выходной канал 5 для крупного материала.

На верхней части структуры решетки 2 образован псевдоожиженный слой, и генерируемые в нем топочные газы движутся вверх, унося материал твердых частиц.

Внутри верхней части реакторной камеры 1 находится сепаратор 6 твердых частиц, имеющий первый, т.е. наружный отсек 7, и второй т.е. внутренний отсек 8, которые оба имеют круглые горизонтальные поперечные сечения, и центровые линии которых по существу совпадают и предпочтительно совпадают с центровой линией реакторной камеры 1. Первый, т.е. наружный отсек 7 образован с входным каналом (патрубком) для топочных газов. Нижняя часть первого, т.е. наружного отсека 7 образована с конической частью 7а, которая симметрична относительно центровой линии, и вертикальным возвратным патрубком 10, имеющем предпочтительно круглое поперечное сечение, и его центровая линия совпадает с центровой линией реакторной камеры 1 и соединяется с нижней частью первого, т.е. наружного отсека. Возвратный патрубок 10 располагается в вертикальном направлении от нижней части первого, т.е. наружного отсека, до нижней части реакторной камеры 1 до зоны псевдоожиженного слоя.

Второй, т.е. внутренний, отсек 8 сепаратора твердых частиц располагается в верти- кальном направлении значительно более коротком, чем первый, т.е. наружный отсек 7, и имеет по существу трубчатую форму, и его верхняя часть соединена со стадией процесса, следующей за-блоком сгорания, для транспортирования топочных газов, свободных от материала твердых частиц, через названный второй, т.е. внутренний отсек 8 на стадию процесса, которая следует после блока сгорания.

По крайней мере первый, т.е. наружный отсек 7 выполнен с возможностью образования предпочтительно трубчатой теплопередающей поверхности, в которой протекает теплопередающая среда, Совершенно очевидно, что второй, т.е. внутренний отсек 8 также может быть выполнен для образования теплопередающей поверхности путем образования ее в теплопередающей поверхности,, образованной параллельными трубами.

Как видно, в частности, на фиг, 1, трубчатая структура, образующая стенку реакторной камеры 1, содержащая тепло- передающую среду, выполнена для образования крышевой структуры 1а блока сгорания, и затем часть труб, оставляющих кольцевую распределительную трубу 11 в нижней части реакторной камеры в кольцевой коллекторной трубе 12, которая окружает второй, т.е. внутренний отсек 8 сепаратора твердых частиц, который (от-. сек) соединен с кольцевой коллекторной трубой 12. Часть труб, оставляющих кольцевую распределительную трубу 11, может быть соединена в верхней части реакторной камеры, как показано на фиг. 1, со второй кольцевой коллекторной трубой 13 в верхней части реакторной камеры. Далее, обращаясь к фиг. 1, кольцевая распределительная труба 11 подает воду, которая

функционирует в качестве /геплопередаю- щей среды, например, через структуру 2 трубчатой решетки, на кольцевую распределительную трубу 14, которая расположена

ниже возвратного патрубка 10, где вертикальные трубы 15 образуют соединение от распределительной трубы 14 до второй кольцевой распределительной трубы 16, которая расположена в нижней части воз0 вратного патрубка 10, и затем возвратный патрубок в целом выполнен с образованием теплообменной поверхности, содержащей вертикальные трубы. Поток теплопередающей среды проходит через возвратный пат5 рубок 10 к нижней части первого, т.е. наружного отсека и оттуда далее через трубчатую структуру отсека 7, через промежуточные коллекторные камеры 18а 18Ь на кольцевую коллекторную трубу 17. От по0 следней, как это видно, поток теплопередающей среды может просто проходить таким образом, что по существу весь блок сгорания функционирует как теплопередающая поверхность.

5 Альтернативная структура в отношении первого, т.е. наружного отсека 7 представлена специально на фиг. 1, где имеется другая кольцевая промежуточная коллекторная камера 18Ь, расположенная вблизи нижней

0 части входного канала 9 топочных газов, откуда разнесенная трубчатая структура проходит вверх к коллекторной трубе 17, В результате достигается конструкция, специально показанная на фиг. 2, в которой вход5 ной канал 9 топочных газов состоит из нескольких отверстий, расположенными со специальными интервалами по окружности первого, т.е. наружного отсека 7, где отверстия одинакового размера и предпочтитель0 но прямоугольные и расположена на одинаковом уровне высоты. Входной канал 9 топочных газов расположен в верхней части реакторной камеры сразу под крышевой структурой 1а реакторной камеры 1, где

5 крышевая структура 1а функционирует в качестве блокирующей поверхности а отношении вертикального потока топочных газов. В зависимости от размера блока сгорания число этих отверстий, расположенных во.

0 входном канале 9 топочных газов, может изменяться между 5-30, Каждый элемент 19, который состоит из одной или больше труб, и который оставляет промежуточную коллекторную камеру 18Ь, и которые (эле5 менты) расположены в разнесенном положении по сравнению с расположением в соответствующей части первого, т.е. наружного отсека, ниже промежуточной коллекторной камеры 18Ь, располагается внутри лопаток 20, предпочтительно выполненных

из керамического материала. Элементы 19 образованы с соответствующими зажимными элементами, например, зажимные скобы, для образования .зажима между керамическим материалом и элементами 19. Множество лопаток, состоящих из названных лопаток 20, размещается в наклонном положении относительно периферии первого, т.е. наружного отсека 7, так что топочные газы текут главным образом тангенциально во внутреннюю часть первого, т.е. наружного отсека 7 через входные отверстия 21 топочного газа. Как видно, в частности, на фиг. 2, лопатки 20 расположены по. существу внутри наружной поверхности первого, т.е. наружного отсека 7.

На фит. 3 показано другое структурное альтернативное решение согласно изобретению в отношении входного канала топочных газов, где нет промежуточных коллекторных камер 18Ь как на фиг. 1 и 2, но. трубы первого, т.е. наружного отсека 7 продолжаются равномерно от первой коллекторной камеры 18а до коллекторной трубы 17 над крышевой структурой 1а. В этом случае керамические лопатки 20 размещают те части трубчатой тёплопередэющей поверхности первого, т.е. наружного отсека 7, ко- то.рые определяются .в отношении расположения входным каналом 9 топочных газов. Эти части каждая сгибаются от поверхностной плоскости отсека таким образом, чтр они располагаются в площади горизонтального поперечного сечения данной лопатки, и эти ч-асти снабжены зажимными элементами для осуществления зажима (захвата) между этими частями и керамическим материалом. В варианте реализации, показанном на фиг. 3, поперечное сечение каж- дой лопатки 20 содержит три трубки, и одна в середине 19а расположена в плоскости первого, т.е. наружного отсека 7, и первая одна 19Ь из трубок на ее стороне загнута внутрь относительно отсека 7, и вторая одна 19с наружу относительно отсека 7. Таким образом, образовано множество лопаток, которые частично располагаются снаружи отсека 7, т.е. часть, которая располагается в кромочном районе лопаток входного канала топочных газов. Совершенно очевидно, что сгибание труб может производиться таким образом, что структура образуется в соответствии с фиг, 2, где множество лопаток располагается полностью внутри поверхности отсека 7. В этом случае все трубы, которые должны быть согнуты, сгибаются в направлении внутрь отсека 7.

На фиг. 4 показано поперечное сечение по линии В--В на фиг. 1 для иллюстрации структуры в варианте реализации на фиг. 2.

Фю рмула изобретения

1.Установка для сжигания, содержащая вертикальный корпус, стенки которого вы5 полнены В виде теплопередающей поверхности из труб, размещенную внутри корпуса реакторную камеру, снабженную в нижней части средствами подачи топлива и через, решетку- воздуха для образования псевдо10 сжиженного слоя из частиц твердого материала, а в верхней части - по крайней мере одним циклонным сепаратором, выполненным из соосно расположенных внутреннего и наружного кожухов, последний из которых

15 имеет входной канал и в нижней части снабжен патрубком возврата частиц твердого ч материала в нижнюю часть реакторной камеры, при этом внутренний кожух выполнен из труб, имеет открытые нижний и верхний

0 концы, последний из которых соединен с выходом из реакторной камеры, отличающая с я тем, что, с целью упрощения конструкции, наружный кожух и его входной канал выполнены соответственно в виде

5 теплопередающей поверхности из труб и расширяющимся по направлению к внутренней поверхности кожуха.

2.Установка по п. отличающаяся тем, что сепаратор установлен соосно с

0 реакторной камерой, выполненной в поперечном сечении круглой по крайней мере в зоне установки сепаратора.

3.Установка поп.1, отличающаяся тем, что входной канал выполнен в виде

5 нескольких отверстий, расположенных по поверхности кожуха с заданными интервалами.

4.Установка по пп. 1иЗ, отличающаяся тем, что отверстия имеют одинако0 вый размер и расположены на одном уров- ,не.. - .

5.Установка по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ а- 0 я с я тем, что количество отверстий составляет 5-30 штук.

5 6. Установка по пп. 1 и 2, отличающая с я тем, что общие для каждых двух смежных отверстий стенки выполнены в виде тангенциально установленных лопаток.

7.Установка по п. 6, отличающая- 0 с я тем, что лопатки расположены внутри

наружного кожуха.

8.Установка по п. 6, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что каждая лопатка сформирована в виде одной детали из керамического мате5 риала, обрамляющей по крайней мере одну трубу стенки наружного кожуха.

9.Установка по п. 8, отличающая- с я тем, что трубы наружного кожуха в зоне входного канала расположены на расстоянии одна от другой.

10.Установка по п. 8, о т л и ч а ю ш, а я- с я тем, что часть труб наружного кожуха в зоне входной) канала отогнута в область поперечного сечения лопатки,

11.Установка по п. 1, отличающая- с я тем, что верхняя часть труб реакторной камеры отогнута внутрь последней с обра19

и. «;ц,

зованием ее перекрытия, а входной кана примыкает к последнему.

12. Установка по п. 1, отличаю щ а я- с я тем, что стенки патрубка возврата выполнены в виде теплопередающей поверхности, включенной в контур циркуляции между решеткой и трубами наружного кожуха..

10

Использование: в энергетике, в частности в котлах. Сущность изобретения: установка для достижения процесса циркуляции содержит реакторную камеру 1 и по крайней мере один сепаратор 6 твердых частиц, расположенный внутри реактор ной камер.ы 1 до верхней ее части. По крайней мере первый, тлг. наружный, отсек 7 сепаратора 6 твердых частиц выполнен с расчетом образования теплопередающей поверхности. Входной канал.9 топочных газов в первый, т.е. наружный, отсек 7 выполнен с расчетом расширения всей периферии.отсе.ка. 11 з.п. ф-лы, 4 ил. Ы IO о О К Ы