Циркулюючий псевдозріджений шар (cfb) з розташованими в топці соплами вторинного повітря

Реферат: Котел з циркулюючим псевдозрідженим шаром включає реакційну камеру, де киплячий псевдозріджений шар міститься усередині кожуха в нижній частині реакційної камери та містить розташований у шарі теплообмінник, що займає частину днища реакційної камери. Набір розташованих у шарі сопел вторинного повітря включає набір труб, які згруповані разом та які проходять через ширину киплячого псевдозрідженого шару між стінкою кожуха киплячого псевдозрідженого шару та зовнішньою стінкою циркулюючого псевдозрідженого шару. Сопла розташовані так, щоб запобігати відхиленню твердих речовин, що падають у киплячий псевдозріджений шар з циркулюючого псевдозрідженого шару, струменями вторинного повітря, що дозволяє уникнути застосування складної конструкції, яка б взаємодіяла з газом та/або твердими речовинами, що рухаються у топці. Вихідні отвори сопел виконані врівень або майже врівень зі стінкою кожуха киплячого псевдозрідженого шару. UA 104417 C2 (12) UA 104417 C2 UA 104417 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Галузь винаходу Цей винахід, взагалі, належить до галузі реакторів або котлів з циркулюючим псевдозрідженим шаром (CFB), які використовуються у промисловості або на електростанціях, що виробляють електроенергію, та, зокрема, до розташованих у топці сопел подачі вторинного повітря, які сконструйовані так, щоб запобігти відхиленню твердих речовин, що падають у киплячий псевдозріджений шар (BFB) з циркулюючого псевдозрідженого шару, струменями вторинного повітря. 2. Опис відповідного рівня техніки Патент США № 6543905, що належить Belin et al., описує котел з циркулюючим псевдозрідженим шаром з регульованим розташованим у шарі теплообмінником. Котел включає реакційну камеру для циркулюючого псевдозрідженого шару, а також теплообмінник у киплячому псевдозрідженому шарі (BFB), розташований усередині реакційної камери. Теплопередача у теплообміннику регулюється за допомогою регулювання швидкості відведення твердих речовин з нижньої частини киплячого псевдозрідженого шару до реакційної камери. Загальна теплообмінна здатність розташованого у шарі теплообмінника залежить від низхідного потоку твердих речовин, який виходить з топки з циркулюючим псевдозрідженим шаром, до верхньої частини киплячого шару і до розташованого у шарі теплообмінника. Більш висока витрата низхідного потоку зумовлює більш високу теплообмінну здатність. Вторинне повітря зазвичай подається до топки з циркулюючим псевдозрідженим шаром через сопла, розташовані у передній та задній стінках топки. Сопла розташовані ззовні кожуха топки, та їхні вихідні отвори виконані врівень з цими стінками. Оскільки розташований у шарі теплообмінник є прилеглим до стінки (стінок), яка містить сопла, струмені з сопел будуть відхиляти частину низхідного потоку твердих речовин від розташованого у шарі теплообмінника, тим самим зменшуючи його теплообмінну здатність. Патент США № 5836257, який належить Belin et al., описує топку з циркулюючим псевдозрідженим шаром з невід'ємною розподільною камерою вторинного повітря. Така розподільна камера дозволяє розташовувати сопла вторинного повітря усередині топки, тим самим перешкоджаючи взаємодії струменів, що виходять з сопел, з низхідним потоком твердих речовин, що рухається до розташованого у шарі теплообмінника. Проте, опірна конструкція та/або засіб подачі повітря розподільної камери можуть взаємодіяти з потоками газу та/або твердих речовин у топці, при цьому для пристосування розміру сопел так, щоб він був достатнім для того, щоб відбувалося належне проникнення струменів у великий циркулюючий псевдозріджений шар, необхідна розподільна камера повітря, яка була б більшою, ніж це бажано. Суть винаходу Цей винахід запобігає відхиленню твердих речовин, що падають на киплячий псевдозріджений шар з циркулюючого псевдозрідженого шару, за допомогою струменів вторинного повітря, при цьому не потрібне застосування складної конструкції, яка б взаємодіяла з газом та/або твердими речовинами, що рухаються у топці. Отже, один аспект цього винаходу стосується котла з циркулюючим псевдозрідженим шаром (CFB), який включає: реакційну камеру для циркулюючого псевдозрідженого шару, яка має бічні стінки та газорозподільну подину, яка визначає днище на нижньому кінці реакційної камери для циркулюючого псевдозрідженого шару, для подачі зріджувального газу у реакційну камеру для циркулюючого псевдозрідженого шару; киплячий псевдозріджений шар, розташований усередині нижньої частини реакційної камери для циркулюючого псевдозрідженого шару та обмежений зовнішньою стінкою(ами) реакційної камери для циркулюючого псевдозрідженого шару, днищем реакційної камери для циркулюючого псевдозрідженого шару та стінкою(ами) кожуха, утвореною охолоджуваними трубами, які проходять угору від днища реакційної камери для циркулюючого псевдозрідженого шару до висоти киплячого псевдозрідженого шару; принаймні один регульований розташований у шарі теплообмінник, при цьому цей розташований у шарі теплообмінник включає нагрівальну поверхню та займає частину днища реакційної камери, та оточений стінками кожуха киплячого псевдозрідженого шару; та принаймні одне розташоване у топці сопло вторинного повітря, яке утворене охолоджуваними трубами стінки кожуха киплячого псевдозрідженого шару, які утворюють принаймні одну групу, яка проходить від верхівки стінки кожуха киплячого псевдозрідженого шару через ширину киплячого псевдозрідженого шару, доки не досягне зовнішньої стінки циркулюючого псевдозрідженого шару. Труби, що утворюють принаймні одне розташоване у топці сопло вторинного повітря, можуть стати частиною зовнішньої стінки, коли вони досягають зовнішньої стінки циркулюючого псевдозрідженого шару. Крім того, вихідний отвір принаймні одного розташованого у топці 1 UA 104417 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 сопла вторинного повітря виконаний врівень або майже врівень зі стінкою кожуха киплячого псевдозрідженого шару. На різні ознаки новизни, що характеризують цей винахід, вказано докладно у формулі винаходу, яка додається та яка є частиною цього розкриття цього винаходу. Для кращого розуміння винаходу, його функціональних переваг та специфічних переваг, притаманних використанню цього винаходу, посилання робиться на супроводжувальний ілюстративний матеріал та опис, у яких проілюстровано приклади варіантів здійснення цього винаходу. Стислий опис ілюстративного матеріалу Фіг. 1 - вертикальний бічний розріз котла з циркулюючим псевдозрідженим шаром згідно з винаходом, що показує сопла вторинного повітря. Фіг. 2 - горизонтальний, у напрямку стрілок 2-2 на фіг. 1, розріз котла з циркулюючим псевдозрідженим шаром за фіг. 1. Фіг. 3 - схематична аксонометрична проекція кожуха киплячого псевдозрідженого шару, де труби, які утворюють розташовані у топці сопла вторинного повітря, представлені суцільними лініями. Фіг. 4 - вертикальний бічний розріз котла з циркулюючим псевдозрідженим шаром згідно з іншим варіантом здійснення цього винаходу. Фіг. 5 - горизонтальний, у напрямку стрілок 5-5 на фіг. 4, розріз котла з циркулюючим псевдозрідженим шаром за Фіг. 4. Опис переважних варіантів здійснення винаходу Цей винахід, взагалі, належить до галузі реакторів або котлів з циркулюючим псевдозрідженим шаром (CFB), які використовуються у промисловості або на електростанціях, що виробляють електроенергію, та, зокрема, до розташованих у топці сопел подачі вторинного повітря, які сконструйовані так, щоб запобігти відхиленню твердих речовин, що падають у киплячий псевдозріджений шар (BFB) з циркулюючого псевдозрідженого шару, струменями вторинного повітря. Як застосовується у цьому описі, термін "котел з циркулюючим псевдозрідженим шаром" буде застосовуватися до реакторів або камер згоряння з циркулюючим псевдозрідженим шаром, у яких відбувається процес згоряння. Незважаючи на те, що цей винахід спрямовано особливо на котли або парогенератори, де використовуються камери згоряння з циркулюючим псевдозрідженим шаром як засіб, за допомогою якого виробляється тепло, зрозуміло, що цей винахід можна легко використати в іншому типі реактора з циркулюючим псевдозрідженим шаром. Наприклад, цей винахід можна використати у реакторі, який використовують для хімічних реакцій, відмінних від процесу згоряння, або там, де суміш газу/твердих речовин, що утворюється внаслідок процесу згоряння будь-де, подається до реактора для наступної обробки. Звернемося зараз до ілюстративного матеріалу, де подібні числові позначення вказують на однакові або функціонально подібні елементи скрізь на декількох фігурах, та зокрема, до фіг. 1, на якій показано вертикальний бічний розріз топки 1 з циркулюючим псевдозрідженим шаром, яка включає стінки 2 та розташований у шарі теплообмінник 3, занурений у киплячий псевдозріджений шар 4. Циркулюючий псевдозріджений шар здебільшого включає тверді речовини, які складаються з золи, утвореної внаслідок згоряння палива 5, сульфатованого сорбенту 6 та, у деяких випадках, зовнішнього інертного матеріалу 7, які подають крізь принаймні одну стінку 2 та псевдозріджуються за допомогою первинного повітря 8, яке подається через газорозподільну подину 9. Деякі тверді речовини захоплюються газами, утвореними внаслідок згоряння палива, та рухаються угору 15, зрештою досягаючи сепаратора 16 частинок на виході з топки. У той час, коли деякі тверді речовини 17 проходять через сепаратор, велика кількість їх 18 захоплюється та повертається назад до топки. Ці тверді речовини разом з іншими твердими речовинами 19, які випадають з висхідного потоку 15 твердих речовин, надходять до киплячого псевдозрідженого шару 4, який псевдозріджується за допомогою зріджувального середовища 25, яке подається через газорозподільну подину 26. У відповідних ділянках днища топки розташовані засоби для видалення твердих речовин з циркулюючого псевдозрідженого шару та киплячого псевдозрідженого шару (27 та 28, відповідно). Киплячий псевдозріджений шар відокремлений від циркулюючого псевдозрідженого шару кожухом 30. Витрата твердих речовин 35, що повертаються назад до циркулюючого псевдозрідженого шару через клапан 40, регулюється шляхом регулювання потоків зріджувальних середовищ 45 та 46. Кожух виготовлений з труб 50, які зазвичай охолоджуються водою або парою. Труби зазвичай захищені від ерозії та/або корозії захисним шаром, який зазвичай утворений за допомогою вогнетривкого матеріалу, який утримується штифтами, 2 UA 104417 C2 5 10 15 20 25 30 привареними до труб. Труби, що утворюють кожух, проходять угору до висоти, яка дозволяє застосовувати киплячий псевдозріджений шар 4 певної висоти усередині топки 1 циркулюючого псевдозрідженого шару. Вище необхідної висоти труби 50 згруповані, утворюючи сопла 55 вторинного повітря. Повітря 60, яке подається до цих сопел, вдувається у циркулюючий псевдозріджений шар поза киплячого псевдозрідженого шару 4, так що його струмені 65 не відхиляють потоки твердих речовин 18 та 19, так що вони падають у киплячий псевдозріджений шар 4. Групування труб 50 дозволяє утворити отвори 70, крізь які потоки 18 та 19 твердих речовин падають до киплячого псевдозрідженого шару 4. Після того, як труби 50 досягають стінки 2b, вони можуть стати частиною цієї стінки. Сопла 75 вторинного повітря на протилежній стінці 2d розташовані ззовні відносно топки 1 циркулюючого псевдозрідженого шару. Оскільки нижче сопел 75 нема ніякого розташованого у шарі теплообмінника, то їх струмені 80 не спричиняють жодного небажаного ефекту. На фіг. 3 показано одну можливу конструкцію розташованих у топці сопел 55 вторинного повітря, утворених трубами 50. На фіг. 3 труби 50, що утворюють розташовані у топці сопла 55 вторинного повітря, схематично зображено суцільними лініями. В альтернативному варіанті здійснення, зображеному на фіг. 4 та 5, киплячий псевдозріджений шар 4 із розташованим у шарі теплообмінником 3 розташований на обох протилежних стінках 2b та 2d топки. Труби 50 кожуха 30 на обох сторонах топки згруповані, утворюючи сопла 55 вторинного повітря. Для того, щоб подавати потоки палива, вапняку та інших твердих речовин безпосередньо у циркулюючий псевдозріджений шар, киплячий псевдозріджений шар на принаймні одній стінці топки (стінці 2d у цьому варіанті здійснення, показаному на фіг. 4 та 5) розділений на декілька відділень 80. Кожне відділення 80 утворене стінкою 2d топки, кожухом 30 та двома бічними стінками 85 (або однією бічною стінкою 85 та стінкою 2а або 2с топки). Ці відділення відокремлені одне від одного проміжками 90, куди подають паливо, вапняк тощо. Незважаючи на те, що специфічні варіанти здійснення цього винаходу було продемонстровано та описано докладно з метою проілюструвати застосування та принципи винаходу, буде зрозуміло, що ми не намагаємося обмежити цей винахід ними, та що винахід може мати інші варіанти здійснення, які не відхиляються від таких принципів. У деяких варіантах здійснення винаходу певні ознаки винаходу можна іноді переважно застосовувати, при цьому не застосовуючи інші ознаки. Отже, усі такі зміни та варіанти здійснення доцільно відповідають обсягу формули винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 60 1. Котел з циркулюючим псевдозрідженим шаром, який включає: реакційну камеру для циркулюючого псевдозрідженого шару, яка має бічні стінки та газорозподільну подину, яка визначає днище на нижньому кінці реакційної камери для циркулюючого псевдозрідженого шару, для подачі зріджувального газу у реакційну камеру для циркулюючого псевдозрідженого шару; киплячий псевдозріджений шар, розташований усередині нижньої частини реакційної камери для циркулюючого псевдозрідженого шару та обмежений зовнішньою стінкою(ами) реакційної камери для циркулюючого псевдозрідженого шару, днищем реакційної камери для циркулюючого псевдозрідженого шару та стінкою(ами) кожуха, утвореною охолоджуваними трубами, які проходять угору від днища реакційної камери для циркулюючого псевдозрідженого шару до висоти киплячого псевдозрідженого шару; принаймні один регульований розташований у шарі теплообмінник, при цьому цей розташований у шарі теплообмінник включає нагрівальну поверхню, та займає частину днища реакційної камери, та оточений стінками кожуха киплячого псевдозрідженого шару; та принаймні одне розташоване у топці сопло вторинного повітря, яке утворене охолоджуваними трубами стінки кожуха киплячого псевдозрідженого шару, які утворюють принаймні одну групу, яка проходить від верхівки стінки кожуха киплячого псевдозрідженого шару через ширину киплячого псевдозрідженого шару, доки не досягне зовнішньої стінки циркулюючого псевдозрідженого шару. 2. Котел з циркулюючим псевдозрідженим шаром за п. 1, де труби, що утворюють принаймні одне розташоване у топці сопло вторинного повітря, коли досягають зовнішньої стінки циркулюючого псевдозрідженого шару, стають частиною цієї зовнішньої стінки. 3. Котел з циркулюючим псевдозрідженим шаром за п. 1, де вихідний отвір принаймні одного розташованого у топці сопла вторинного повітря виконаний врівень або майже врівень зі стінкою кожуха киплячого псевдозрідженого шару. 3 UA 104417 C2 5 4. Котел з циркулюючим псевдозрідженим шаром за п. 1, де труби, які утворюють стінку кожуха киплячого псевдозрідженого шару, покриті захисним шаром. 5. Котел з циркулюючим псевдозрідженим шаром за п. 4, де захисний шар утворений за допомогою вогнетривкого матеріалу, який утримується штифтами, привареними до труб. 6. Котел з циркулюючим псевдозрідженим шаром за п. 1, де труби, які утворюють розташовані у топці сопла вторинного повітря, покриті захисним шаром. 7. Котел з циркулюючим псевдозрідженим шаром за п. 6, де захисний шар утворений за допомогою вогнетривкого матеріалу, який утримується штифтами, привареними до труб. 4 UA 104417 C2 5 UA 104417 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6