Пристрій та спосіб рециркуляції подрібнених твердих часток в циркулюючому псевдозрідженому шарі

1. Пристрій рециркуляції подрібнених твердих часток в псевдозрідженому шарі, що циркулює, який включає реактор, принаймні один сепаратор твердих часток, розташований вниз по потоку відносно реактора, який відрізняється тим, що він додатково включає контур рециркуляції твердих часток, бункер збору твердих часток, сполучений принаймні з одним сепаратором твердих часток і з контуром рециркуляції твердих часток; принаймні один трубопровід, що з'єднує бункер збору твердих часток з реактором, причому кінцева частина трубопроводу, сполучена з бункером, розташована над місцем сполучення бункера збору твердих часток з контуром рециркуляції твердих часток; засіб для рециркуляції газів, яким забезпечений принаймні один трубо 2 (19) 1 3 70945 4 бункера збору твердих часток з контуром рецирдля повернення найдрібніших часток реагенту з куляції твердих часток; рециркуляцію газу, що бункера збору твердих часток в піч. надходить з і через принаймні один трубопровід Даний винахід відноситься до галузі реакторів, камер згоряння або бойлерів на основі псевдозрідженого шару (ЦПШ), що циркулює, зокрема, до простих систем, що забезпечують рециркуляцію найдрібніших часток, які в іншому випадку були б виведені разом із потоком газу із сепаратора, що використовується у поєднанні із такими реакторами, камерами згоряння або бойлерами. Таким чином, даний винахід дозволяє збільшити ефективність використання реагентів в таких пристроях на основі ЦПШ. Необхідною умовою ефективного використання реагентів у реакторі, камері згоряння або бойлері на основі псевдозрідженого шару (ЦПШ), що циркулює, наприклад, при спаленні палива і/або сульфатуванні сорбента в ЦПШ-бойлері, є циркуляція часток реагенту у камері пристрою, що забезпечує час знаходження палива в пристрої, достатній для завершення реакцій. Вказана умова досягається за рахунок сепарування твердих часток із газової фази на виході з реактора і повторного використання зазначених часток твердої фази у пристрої. Відома система рециркуляції твердих часток (патент СІЛА № 5 343 830, поданого на ім'я Alexander і ін.), яка може бути одно- або багатостадійною. Одностадійна система у типовому варіанті включає в себе циклонний сепаратор, розташований вниз по потоку від печі, і контур рециркуляції твердих часток, що складається із стояка, сполученого з нижньою частиною циклону, і немеханічного пристрою, що забезпечує герметичність шляху проходження газу в обхід сепаратора. Немеханічний пристрій може являти собою, наприклад, сифонний клапан. Двостадійна система може включати в себе два послідовно сполучених циклони, кожний з яких включений у свій контур рециркуляції, або сепаратор часток ударного типу. Сепаратор часток ударного типу в типовому варіанті являє собою батарею U-подібних колін або елементів подібної форми, розташований на виході печі. Збірник вторинних часток, розташований після сепаратора часток ударного типу (нижче по потоку газів і захоплених ним часток, що йде через ЦПШсепаратор). Стандартний вловлювач вторинних часток являє собою механічний пиловловлювач, наприклад, батарейний пиловловлювач (БПУ). У системах даного типу великі тверді частки, що залишають піч, збираються і прямують на повторне використання за допомогою первинного сепаратора часток, а сепаратор другої стадії збирає і повертає на повторне використання велику частину дрібних часток, що проходять через первинний сепаратор часток, назад у піч. Ефективність процесу, що здійснюється у ЦПШ-установках, може бути підвищена за рахунок підвищення ефективності вищезгаданих пристроїв для сепарування/збирання часток при роботі з димовими газами. В цей час доля часток, повернутих на повторне використання перед виходом із ЦПШ-установки, мала, внаслідок чого зменшується час, що відводиться на здійснення реакції за їх участю. Хоча дрібні частинки вимагають меншого часу реакції, велика частина непрореагованого матеріалу, що залишає систему, наприклад, механічного недопалу і несульфатованого сорбента в ЦПШ-бойлерах, зконцентрована в дрібних частинках. Типовий розмір останніх складає менше за 5070мкм. Дрібні частинки даного розміру, як правило, збираються за допомогою тканинного пиловловлювача або електростатичного фільтра. Розкритий спосіб забезпечення повторного використання часток, при якому дрібні частинки уловлюються за допомогою тканинного пиловловлювача або електростатичного фільтра і прямують зворотно у реактор. Однак, розкритий у даному Патенті спосіб вимагає установки складної системи повторної переробки твердої фази. При використанні циклонів або будь-яких інших відомих у цей час сепараторів інерційного типу, будь-яке помітне збільшення ефективності уловлювання часток шляхом підвищення швидкості вихрового р уху часток або швидкості газу на виході приведе до неприпустимо високої величини перепаду напруження і, відповідно, до підвищення зносу деталей. Найбільш близькими технічними рішеннями до тих, що заявляються, є пристрій та спосіб збільшення ефективності уловлювання дрібних часток з використанням механічного пиловловлювача, описаний у праці «Аэродинамический расчет бойлерных установок (стандартный метод)», под ред. C.І. Мочана, 3-є вид., Ленінград, Енергія, 1977. Як показано на cтop.87 даної публікації, газ виводиться із зольного бункера механічного пиловловлювача і повертається для повторного використання в даному пиловловлювачі через його вхідний отвір за допомогою спеціального нагнітача. Потік газу, що повторно використовують, очищається від золи за допомогою циклонів високого очищення, розташованих в контурі рециркуляції. Потік газу, що виводиться із сепаратора у тому ж напрямі, що і уловлені частинки твердої фази, несе з собою певну кількість найдрібніших часток, які в іншому випадку були б виведені разом з потоком газа із сепаратора. Таким чином, збільшується ефективність уловлювання таких часток. Даний спосіб не призводить до збільшення швидкості потоку газу у вхідних патр убках улювлюючих елементів, що у звичайних умовах викликало б сильний перепад тиску на елементі газової системи і підвищило б ерозію деталей. Задача даного винаходу полягає у підвищенні ефективності використання реагентів ЦПШ 5 70945 6 реакторів за допомогою дешевого способу і приють собою процес згоряння, або в якому суміш строю. Даний винахід полягає у використанні вигаза і твердої фази, що отримується внаслідок щевказаного принципу, який застосовують не тільзгоряння, здійснюваного в іншому пристрої, подаки до ЦПШ-реактору, але також і в більш простих ється в реактор для подальшої обробки, або в пристроях, переобладнання і використання яких реакторі, який використовується лише як корпус, в обходиться більш дешево. якому частинки або тверда фаза відводяться за Відповідно до вказаного принципу винахід додопомогою газу, що не обов'язково є побічним зволяє створити ЦПШ-піч або реактор, що забезпродуктом процесу згоряння. печує більш ефективну циркуляцію найдрібніших На приведених в даному описі фігурах цифротвердих часток реагентів. Поліпшена циркуляція ві позначення означають одні й ті самі або ж функдосягається за рахунок повторного використання ціонально подібні пристрої. газу, що містить дрібні частинки реагенту, шляхом На фіг.1 представлений ЦПШ-пристрій з одновиведення вказаного газу з бункера збору твердих стадійною системою рециркуляції, подібної до ісчасток, сполученого із сепаратором твердої фази, нуючої системи. Одностадійна система включає зворотно в реактор. Верхня частина бункера збору циклон сепаратор твердих часток, розташований твердих часток сполучена з реактором через сисвниз по потоку газу від печі 120, і контур рециркутему, що складається з одного або більшої кільколяції твердих часток 175, що включає стояк 130 і сті тр убопроводів. Система трубопроводів обладнемеханічний пристрій 140, що забезпечує герменана засобами подачі газу з бункера на повторне тичність шляху проходження газу в обхід сепаравикористання у реактор. тора. Немеханічний пристрій 140 може являти соДаний винахід являє собою недорогу систему, бою, наприклад, сифонний клапан. що забезпечує повторне використання в реакції Як показано на фіг.1, в поліпшений варіант найдрібніших твердих часток твердої фази, які в здійснення даного винаходу входить трубопровід іншому випадку були б виведені разом з потоком 150, що з'єднує бункер збору тверди х часток 160 газу з сепаратора. циклону з нижньою частиною печі 120. Пристрій Формула винаходу, що додається до даного 170 – засіб для рециркуляції газів, що служить для опису і становить його частину, містить різні удоздійснення подачі газу з бункера 160 в піч 120, є сконалення, що характеризують даний винахід. частиною трубопроводу 150. Пристрій 170 може Для полегшення розуміння даного винаходу, пеявляти собою нагнітач, ежектор або аналогічний реваг від його використання, а також особливих пристрій. цілей, що досягаються за його допомогою, у даноНа фіг.2 представлена двостадійна система му описі даються посилання на прикладені фігури і того ж типу, що і описана у відомому рішенні, в описовий матеріал, що ілюструють переважний якій здійснений даний винахід. На фіг. 2 тр убопроваріант здійснення даного винаходу. від 150, обладнаний пристроєм рециркуляції 170, Винахід, що заявляється, представлений на що послідовно з'єднує бункер 160 і піч 120. Трубокресленнях, що вказані нижче. провід 150, сполучений з бункером 160 через стінФіг.1- вигляд збоку у розрізі ЦПШ-бойлера відку останнього в місті нижче вторинного вловлюваповідно до даного винаходу. ча 131, зображеного у вигляді батарейного Фіг.2 - вигляд збоку у розрізі ЦПШ-бойлера вловлювача. (сепаратор твердих часток). відповідно до другого варіанту здійснення даного Пристрій рециркуляції 170, що використовують винаходу. в даному варіанті здійснення даного винаходу, Фіг.3 - вигляд збоку в розрізі бункера збору може включати нагнітач, ежектор або аналогічний твердих часток відповідно до даного винаходу. пристрій. Фіг.4 - вигляд збоку в розрізі бункера збору Трубопровід 150 у найбільш вірогідному варіатвердих часток відповідно до другого варіанту нті може являти собою трубу діаметром від 8 до здійснення даного винаходу. 24 дюймів (20-60см), в залежності від потужності Фіг.5 - вигляд збоку в розрізі альтернативного пристрою. Використання як пристрою рециркуляції варіанта бункера збору твердих часток відповідно нагнітача дозволить знизити додаткову витрату до даного винаходу. енергії, в той час як використання парового або Фіг.6 - вигляд збоку в розрізі іншого альтернаповітряного ежектора може виявитися більш притивного варіанта бункера збору твердих часток вабливим з точки зору простоти конструкції уставідповідно до даного винаходу. новки і її технічного обслуговування. Фіг.7 - вигляд збоку в розрізі ще одного альтеСепаратору твердих часток ударного типу 110 рнативного варіанта бункера збору твердих часток у стандартному варіанті являє собою батарею Uвідповідно до даного винаходу. подібних колін або елементів аналогічної форми, Термін, камера згоряння ЦПШ, що використорозташованих на виході печі 210. вують у даному описі, означає пристрій типу ЦПШВ кожному з варіантів здійснення винаходу, реактора, в якому здійснюється процес згоряння представлених на фіг.1 та 2, більш великі сепаропалива. Хоч окремим випадком здійснення даного вані частки твердої фази надходять назад в піч винаходу є бойлери або парогенератори, що вико120 через контур рециркуляції твердих часток 175, ристовують камеры згоряння ЦПШ як пристрої для розташований під трубопроводом 150 в нижній вироблення тепла, очевидно, що даний винахід частині бункера збору твердих часток 160. легко може знайти застосування і в інших типах Газ з частками твердої фази повертається з ЦПШ-реакторів. Наприклад, даний винахід може бункера збору твердих часток 160 назад в піч 120 бути застосований у реакторі, що використовуєтьчерез трубопровід 150. ся для проведення хімічних реакцій, що не являНа фіг.3-7 представлені п'ять різних конфігу 7 70945 8 рацій або варіантів здійснення сполучення трубоність рециркуляції найдрібніших часток твердої провода 150 із верхньої частиною бункера 160. фази і їх подачі зворотно у піч 120 за рахунок влоНа фіг.3 кінцева частина трубопроводу 150 не влювання часток, які в іншому випадку були б вивиступає за межі внутрішньої поверхні стінки бунведеш із сепаратора разом із газом. Газ із часткакеру 160 і закінчується на цій стінці 230. ми твердої фази, що повертається зворотно у піч, На фіг.4 кінцева частина трубопровода 150 на збільшує потужність контура рециркуляції. виході з бункера 160 має вигин і закінчується на Рециркуляція дрібних часток за допомогою даху бункера 235. В інших варіантах здійснення трубопроводу 150 спрощує процес рециркуляції, а винаходу, представлених на 5-7, по крайній мірі також знижує вартість і підвищує е фективність частина трубопроводу 150 або її продовження використання реагентів в ЦПШ-бойлерах або реапроходить крізь бокову стінку бункера 230 і закінкторах. чується в бункері 160 Такі варіанти перевані в тих Хоч у даному описі були представлені і детавипадках, коли дрібні частки прямують на повторльно описані конкретні варіанти здійснення даного не використання із бункера твердих часток 160, винаходу з метою ілюстрації використання його представленого на фіг.1, оскільки дані конструкції принципів, для фа хівців в даній галузі стане зрозменшують імовірність захоплення великих часток зуміло, що зміни у формі винаходу, розкритій у твердої фази рециркулюючим газом. нижченаведеній формулі, можуть бути зроблені Трубопровід 150, представлений на фіг.5, пробез порушення даних принципів. Наприклад, даходить усередину бункера через бокову стінку 230 ний винахід може бути застосований у новій консбез вигинів або зміни кута входу. трукції, що включає реактори або камери згоряння На фіг. 6 головний трубопровід 150 закінчуєтьна основі псевдозріджених шарів, що циркулюють, ся на рівні бокової стінки, але від внутрішньої поа також у процесі заміни, ремонту або модернізації верхні бокової стінки 230 відходить пластина 155, існуючих реакторів, або камер згоряння на основі що закривають вхідний отвір трубопроводу 150 псевдозріджених шарів, що циркулюють. У деяких всередині бункера 160. Пластина 155 може бути варіантах здійснення даного винаходу для досягплоскою або зігненою. нення позитивного ефекту можуть бути використаНа фіг.7 кінцева частина 157 трубопроводу ні певні його елементи окремо без використання 150, що входить у бункер 160, зігнена вниз. інших елементів. Відповідно, всі подібні зміни і Використання даного винаходу для повторноваріанти здійснення винаходу о хоплюються форго використання потока газу збільшує ефективмулою винаходу, що наведена нижче. 9 70945 10 11 Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 70945 Підписне 12 Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601