CZ239495A3

CZ239495A3 - Circulating reactor with fluidized bed

Info

Publication number: CZ239495A3
Application number: CZ952394A
Authority: CZ
Inventors: Kiplin ALEXANDER; Felix Belin; David E James; David J Walker
Original assignee: Babcock & Wilcox Co
Priority date: 1993-03-25
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1996-01-17
Also published as: CA2119690A1; CN1119888A; TW218908B; SK116095A3; CA2119690C; HUT74197A; HU219519B; RO116745B1; DE69425430T2; RU2126934C1; EP0689654B1; CZ287126B6; CN1041232C; ATE195171T1; BG100024A; BG62579B1; HU9502791D0; EP0689654A4; WO1994021962A1; SK282785B6

Description

Cirkulační reaktor s fluidním ložem^opatřený vnitřrrímprimárním odlučovačem částic s recyklací

Oblast techniky

Tento vynález se obecně týká cirkulačních reaktorů s fluidním ložem /CFC/ nebo spalovacích zařízení, majících odlučovače částic nárazového typu a konkrétněji CFB reaktoru nebo spalovacího zařízení opatřeného vnitřním primárním odlučovačem částic nárazového typu, umožňujícím interní zpětný transport všech primárně oddělených částic do spodní části reaktoru nebo spalovacího zařízení pro následnou recirkulaci bez použití vnějšího nebo vnitřního recyklačního vedení.

Dosavadní stav techniky

Použití odlučovačů částic nárazového typu k odstraňování pevných složek strhovaných tokem plynu je dobře známo.

Typické příklady takovýchto odlučovačů částic jsou uvedeny v US 2083764, Weisberger, US 2163600, How, US 3759014, Van Dyken, II a spol., US 4253425, Gamble a spol.,a US 4717404, Fóre.

Odlučovače částic pro CFB reaktory nebo spalovací zařízení mohou být kategorizovány jako bud vnější nebo vnitřní. Vnější typy odlučovačů částic jsou umístěny mimo reaktor nebo vlastní spalovací zařízení, viz například US 4165717, Reh a spol., US 4538549, Stromberg, US 4640201 a 4679511, Holmes a spol., US 4672918, Engstrora a spol., aUS 4683840, Morin. Vnitřní stěny odlučovačů částic jsou umístěny v samotném reaktoru nebo vlastním spalovacím zařízení, viz například US 4532871 a 4589352, Van Gasselt a spol., US 4699068, 4708092 a 4732113, Enhstrom a US 4730563, Thornbad.

Tyto v druhém případě uvedené vnitřní typy odlučovačů bud obsahují přepážky umístěné napříč celým volným prostorem, což může činit potíže při údržbě nebo ucpávání, nebo obsahují vnitřní přepážky a žlabové uspořádání, které se těsně blíží vnějším typům odlučovačů částic.

Na obrázcích 1 až 4 jsou schematicky znázorněny známé CFB kotelní systémy užívané při výrobě páry pro průmyslové využití a/nebo výrobu elektrické energie. Palivo a sorbent jsou dodávány do spodní části topeniště X umístěného v prostoru mezi obvodovými stěnami topeniště 2., obvykle opatřenými potrubím a chladící kapalinou. Vzduch 3. pro spalování a fluidizaci je zajišťován přes větrnou skříň 4. a vstupuje do topeniště 1 otvory v distribuční desce 5 a stržené částice/pevné látky 6 proudí vzhůru topeništěm X za uvolňování tepla obvodovým stěnám χ. U většiny navržených zařízení je do topeniště X přidáván přídavný vzduch pomocí horních přídavných kanálů 7.

Je známo několik typů provedení separace částic a jejich vrácení do topeniště χ. Na obrázku 1 je znázorněn systém s vnějším primárním cyklonovým odlučovačem 8, smyčkovým uzávěrem 9 a případným sekundárním jímačem diskutovaným dále. Provedení na obr. 2-4 obvykle zahrnují dvoustupňovou separaci částic. Provedení podle obr. 2 obsahuje v prvním stupni vnější kolektor částic nárazového typu 10. sběrnou násypku XX a L-ventil 12. provedení na obr. 3-4 využívají nárazových separátorú částic nebo U-prvkú 13 umístěných v topeništi a vnějších nárazových separátorú částic nebo U-prvků 14.

U-prvky umístěné v topeništi se vracejí po sběru částice přímo do topeniště U Zatímco vnější U-prvky vrací shromážděné částice do topeniště přes sběrnou násypku částic 11 a L-ventil 12. kde tento systém je dohromady označen jako systém recyklace částic 15.· Přívodem vzduchu 16 je dodáván vzduch pro řízení průtoku pevných látek nebo částic L-ventilem 12.

Spaliny a pevné látky 6 proudí do konvekčního průchodu 17. který obsahuje konvekční ohřevnou plochu 18. Konvekční ohřevnou plochou 18 může být podle potřeby odpařovák, ekonomizér nebo přehřívák.

V systému na obr. 1 odebírá další teplo ze spalin a pevných látek 6 ohřívák vzduchu 6; pevné látky, unikající z vnějšího primárního cyklonového odlučovače 8. mohou být shromaždovány v sekundárním kolektoru 20 nebo čističce s pytlovými filtry 21 po recyklaci 22. 23 nebo k likvidaci dle požadavků. Systémy na obr. 2-4 typicky využívají multiklonální lapač prachu 24 pro recyklaci 25 nebo likvidaci podle požadavků a rovněž využívají ohřívače vzduchu 26 a čističe s pytlovými filtry pro využití tepla a shromaždování popíIku.

U CBF reaktoru jsou reagující a nereagující pevné látky strhávány prostorem reaktoru vzestupným tokem plynu, který nese pevné látky k výstupu v horní části reaktoru, kde tyto pevné látky jsou oddělovány vnitřními a/nebo vnějšími odlučovači částic. Shromážděné částice se vracejí na dno reaktoru obvykle pomocí vnitřních nebo vnějších kanálů. Jako součást vratného kanálu je nutné použít tlakotěsnící zařízení (obvykle smyčkový uzávěr nebo L-ventil) vzhledem k vysokým tlakovým rozdílům mezi dnem reaktoru a výstupem odlučovače částic. Odlučovač na výstupu reaktoru, nazývaný také jako primární odlučovač, shromažďuje většinu cirkulujících pevných látek (obvykle 95 % až 99,5 %) . V mnoha případech se užívá další (sekundární) odlučovač částic se souvisejícími recyklačními prostředky k minimalizaci úniku cirkulujících pevných látek, způsobeného nízkou účinností primárního odlučovače.

US 4992085, Bělin a spol., uvádí vnitřní separátor částic nárazového typu znázorněný na obr. 3-4 této přihlášky diskutovaný výše. Je složen z mnoha konkávních nárazových prvků upnutých ve stěnách topeniště a vertikálně se rozšiřujících nejméně do dvou řad přes výstupní otvor topeniště, kde oddělené částice padají volnými a kanál netvořícími spodními částmi sběrných prvků podél obvodové stěny. Tento odlučovač byl ověřen jako účinný při zvýšení průměrné hustoty v CFB spalovací komoře bez zvyšování toku externě shromážděných a recyklovaných částic. Tohoto bylo dosaženo při jednoduchém strukturním uspořádání odlučovače, bez ucpávání odlučovače a při stejnoměrnosti průtoku plyn na výstupu z topeniště. Poslední uvedený efekt je důležitý z hlediska prevence lokální eroze obvodových stěn a ohřevných povrchů umístěných v topeništi jako opěrných zdí působené nárazem toku plyn-pevná látka o vysoké rychlosti.

V tomto známém provedení se vnitřní odlučovač částic nárazového typu složený ze dvou řad nárazových prvků obvykle používá v kombinaci se vnějším poproudovým odlučovačem částic nárazového typu, ze kterého shromážděné pevné látky jsou vraceny vnějším kanálem do topeniště. Vnější odlučovač částic nárazového typu a s ním spojené prostředky pro recyklaci, např. zásobník shromážděných částic a L-ventil, je nutný, protože účinnost vnitřního odlučovače částic nárazového typu, obsahujícího obvykle dvě řady nárazových prvků, není dostatečná k zabránění toho, aby nadměrné množství pevných látek přecházelo s tokem plynu do konvekčního pásma, kde může působit erozi konvekčních ploch a zvýšení požadavků na kapacitu sekundárních prostředků pro separaci/recyklaci.

Je známo, že účinnost odlučovače částic nárazového typu se zvyšuje, jestliže se zvýší počet řad nárazových prvků ze dvou na 4 nebo 7. Jedno uspořádání vnitřního odlučovače částic nárazového typu je uvedeno v US 4891052, Bělina a spol.. Nicméně účinnost vnitřního odlučovače částic nárazového typu podle US 4891052 nemůže být zvýšena prostým zvýšením počtu řad, protože a) s prudce se zvyšující rychlostí toku plynu ve směru do centra topeniště se zvyšuje opětovné strhávání již oddělených pevných látek plyny a b) zvyšuje se obtok plynů výstupní plochu nárazových prvků.

Je zřejmé, že CFB reaktor nebo spalovací komora by mohly být vyrobeny mnohem jednodušeji a s menšími náklady za předpokladu úplné primární separace částic a recyklace, čímž by došlo k eliminaci potřeby vnějších prostředků pro recyklaci částic.

Podstata vynálezu

Hlavním cílem tohoto vynálezu je poskytnout CFB reaktor nebo spalovací komoru se vnitřním primárním odlučovačem částic umístěným v plášti reaktoru a vnitřní zpětný tok všech primárně shromážděných částic do spodní části reaktoru nebo spalovací komory pro následnou recyklaci bez vnějších a vnitřních recyklačních kanálů.

Podle toho je jedním z aspektů tohoto vynálezu návrh cirkulačního reaktoru s fluidníra ložem. Je poskytnut plášť reaktoru, který je částečně definován obvodovými stěnami, má spodní část, horní část a výstupní otvor umístěný na vývodu horní části. Primární odlučovač částic nárazového typu je uchycen v horní části pláště reaktoru pro zachycení částic unášených plynem proudícím v prostoru pláště reaktoru ze spodní části do horní části a působící spad částic směrem do spodní části reaktoru. Dutinové prostředky, které jsou připojeny k primárnímu odlučovači částic nárazového typu, jsou umístěny zcela v plášti reaktoru a slouží pro zachycení oddělených částic při jejich spadu z primárního separátoru částic nárazového typu. Nakonec, prostředky zpětného toku připojené k dutinovým prostředkům, umístěné zcela v plášti reaktoru pro zpětný tok částic z dutinových prostředků uvnitř a přímo v plášti reaktoru, které umožňují, ahy částice padaly volně, bez omezení a bez kanálového vedení dolů podél stěn pláště do spodní části reaktoru k následné recyklaci.

Touto konstrukcí se docílí požadovaná hustota proudící směsi plyn/pevné látky v topeništi, což vede k vyšším rychlostem přenosu tepla v topeništi, zlepšení účinnosti konverze uhlíku a zlepšenému využití sorbentu. Těchto efektů se docílí za současné eliminace hlavního investičního nákladu, který se týkal primárního recyklačního systému částic (zásobník shromážděných částic, L-ventil a související kontrolní prvky). Významné úspory lze takto docílit v použití konstrukční ocelia dalších prvků, souvisejících s CFB reaktorem rovněž jako v provozní ploše a objemu vyžadovaných pro CFB reaktor.

Různé rysy novosti, které charakterizují tento vynález, jsou v podstatě podrobně uvedeny v připojených patentových nárocích, tvořících část popisu tohoto vynálezu. Pro lepší porozumění tomuto vynálezu, provozním výhodám a specifickým

Ί výhodám získaným využitím vynálezu, jsou uvedeny připojené výkresy a popisy, znázorňující výhodné provedení vynálezu.

Na obr. 1 je schéma známého cirkulačního fluidního (CFB) kotelního systému se vnějším primárním odlučovačem částic cyklonového typu opatřeného smyčkovým uzávěrem;

na obr. 2 je schéma známého CFB kotelního systému se vnějším primárním nárazovým odlučovačem částic, nemechanickým L-ventilem a sekundárním (multiklonálním) odlučovačem, částic;

na obr. 3 je schéma známého CFB kotelního systému, majícího jak vnitřní tak vnější primární nárazový odlučovač částic, nemechanický L-ventil a sekundární (multiklonální) odlučovač částic;

na obr. 4 je schéma CFB kotelního systému podobného systému znázorněnému na obr. 3;

na obr.5 je schematický boční řez CFB kotlem, mající, spalovací komoru nebo plášť reaktoru podle jednoho provedení podle vynálezu;

na obr. 6,7,8 jsou schematické boční řezy horní části CFB reaktoru podle dalších provedení podle vynálezu;

na obr. 9 a 10 jsou detailní schematické nákresy provedení na obr. 8. Obrázek 10 je znázorněn ve směru A obr. 9;

na obr. 11,12 a 13 jsou schematické nákresy ještě dalších provedení podle vynálezu. Obr. 12 představuje nákres ve směru

A obr. 11 a obr. 12 půdorys obr. 11;

na obr. 14,15 a 16 jsou schematické nákresy ještě dalších provedení podle vynálezu. Obr. 15 představuje řez I-I obr. 14 a obr. 16 představuje půdorys obr. 14;

na obr. 17 a 18 jsou schematické nákresy dalších provedení vynálezu. Obr. 18 představuje nákres ve směru A obr. 17;

obr. 19 a 20 jsou schematické nákresy ještě dalšího provedení vynálezu. Obrázek 20 představuje nákres ve směru A obr. 19 a obr.21 a 22 jsou schematické nákresy ještě dalšího provedení vynálezu. Obr. 22 představuje nákres ve směru A obr. 21.

Příklady provedení vynálezu

Ve smyslu zde použitém, se výraz CFB spalovací komora týká CFB reaktoru, ve kterém probíhá spalovací proces. Přestože předložený vynález je zaměřen zejména na kotle nebo generátory, které využívají CFB spalovacích komor jako prostředků pro výrobu tepla, je třeba chápat, že předložený vynález lze snadno použít u různých typů CFB reaktorů. Například lze vynález aplikovat u reaktoru, který je používán pro chemické reakce jiné než je spalovací proces nebo v případě směsi plyn/pevné látky, pocházející ze spalovacího procesu na jiném místě a dodávané do reaktoru pro další zpracování nebo tak, kde reaktor pouze poskytuje kryt, ve kterém částice nebo pevné látky jsou strhávány do plynu, který není nutným vedlejším produktem spalovacího procesu.

Pokud jde o výkresy obecně, představují stejné vztahové značky stejné prvky pro několik obrázků, pokud jde o obr. 5, tak znázorňuje cirkulační fluidní kotel (CFB) podle prvního provedení tohoto vynálezu. V následujícím popisu přední část CFB kotle 30 nebo pláště reaktoru 32 je definována levou stranou nákresu na obr.5, zadní část CFB kotle 30 nebo pláště reaktoru 32 je definována pravou stranou nákresu na obr. 5. Šířka CFB kotle 30 nebo pláště reaktoru 32 je kolmá k rovině papíru, na kterém je obr. 5 znázorněn; na ostatních nákresech, pro které se to hodí, je použito stejné konvence.

CFB kotel 30 má topeniště nebo plášť reaktoru obvykle v příčném řezu pravoúhlé a částečně vymezené obvodovými stěnami 34 chlazenými kapalinou. Obvodové stěny jsou obvykle tvořeny trubkami vzájemně od sebe oddělenými ocelovými membránami k dosažení plynotěsného uzavření pláště 32. Plášť reaktoru 32. je dále definován dolní částí 36. horní částí 38 a výstupním otvorem 40 umístěným na výstupu horní části :38. Palivo jako uhlí a sorbent jako vápenec, označené 42 jsou dodávány do dolní části 36 regulovaným a dávkovým způsobem jakýmikoliv konvenčními způsoby známými v oboru. Typickými zařízeními, která lze uvést jako příklady, ale bez omezení pouze na ně, která lze použít jsou odvažovací dávkovač, rotační šoupátka a injektážní šrouby. Primární vzduch, označený jako 44 je dodáván do spodní části 36 přes větrnou skříň 46 a na ni připojenou distribuční desku .48. Odpad lože 50 odstraňuje polel a další odpad ze spodní části 36 podle potřeby a přívodními otvory pro horní vzduch 52, 54 je vyrovnáván přívod vzduchu potřebného pro spalování.

Směs spalin plyn/plyn 54 produkovaná v CFB spalovacím procesu proudí směrem vzhůru pláštěm reaktoru 32 ze spodní části 36 do horní části 38 za současného přenosu části obsaženého tepla do chladící kapaliny obvodových stěn 34.

Primární odlučovač částic 58 nárazového typu je umístěn v horní části 38 pláště reaktoru 32.· Ve výhc$íém provedení primární odlučovač částic 58 nárazového typu obsahuje čtyři ajf šest řad konkávních nárazových prvků 6j0^uspořádaných do dvou řad y skupiny protiproudného uspořádání 62 , mající dvě f

řadyj a skupiny poproudného uspořádání 64 majíeidvě až čtyři řady, v^fedně tři řady. Prvky 60 jsou vedeny ze stropu .66 pláště reaktoru 32 a jsou navrženy podle poznatků US 4992085, jehož popis je zde začleněn pro úplnost.

Jak bylo uvedeno v US 4992085, nárazové prvky 60 jsou neplanární; mohou být ve tvaru U, tvaru E, tvaru W nebo jakémkoliv jiném tvaru, pokud tento má konkávní povrch. První dvě řady prvků 60 jsou uspořádány vzájemně střídavě tak, aby plynné spaliny/pevné látky 56 proudily skrze ně a strhávané pevné částice mohly narazit na konkávní povrch; druhé dvě až čtyři řady nárazových prvků jsou uspořádány rovněž střídavě. Ve výhodném provedení skupina nárazových prvků 60 v protiproudém uspořádání 62 shromažduje částice strhávané v plynu a působí tak, aby částice padaly volně přímo a vitřně dolů směrem k dolní části 36 pláště reaktoru32 proti příčnému toku plynných spalin/pevných látek.

Nárazové prvky 60 jsou umístěny v horní části 38 pláště reaktoru 32 proti a zcela přes výstupní otvor 40. Mimoto, že prvky, pokrývají výstupní otvor 40, každý nárazový prvek 60 v poproudnéra uspořádání 64 je také prodloužen pod spodní pracovní výšku 68 výstupního otvoru 40 o přibližně asi hednu stopu. Ve výhodném provedení však na rozdíl od nárazových prvků 60 protiproudného uspořádání 62, dolní konce nárazových prvků 60 poproudného uspořádání 64 jsou protaženy do dutinových prostředků 70, umístěných zcela v plášti reaktoru 32 a sloužících ke shromaždování zachycených částic při jejich spadu z prvků poproudného uspořádání 64. Různá provedení dutinových prostředků 70 podle vynálezu a jejich propojení s nárazovými prvky 60 jsou diskutována dále.

Částice oddělené poproudnou skupinou 64 musí být rovněž vráceny do spodní části 36 pláště reaktoru 32. Pro toto jsou poskytnuty prostředky zpětného toku 72 připojené k dutinovým prostředkům 70 a jsou také zcela umístěny v plášti reaktoru

32. Prostředky zpětného toku 72 vrací částice z dutinových prostředků 70 vnitřně a přímo do pláště reaktoru 32 tak, že padají volně a bezkanálově dolů podél stěn pláště 34 do spodní části 36 pláště reaktoru 32 pro následující recyklaci. V tomto provedení dutinové prostředky 70 působí spíše převodním, transportním mechanismem než jako prostor pro uskladnění částic po nějakou významnější časovou periodu.

Tím, že částice padají podél stěn pláťě 34 je minimalizována možnost jejich opětovného stržení do vzestupného toku plyn/pevná látka 56 pláštěm reaktoru. Různá provedení prostředků zpětného toku 72 podle vynálezu a jejich připojení k dutinovým prostředkům 70 jsou diskutována níže.

Jak je zřejmé umožňuje předchozí konstrukce primární separaci částic z proudící směsi plyn/pevné látky 56 bez potřeby vnějšího zásobníku částic, spojovacích kanálů nebo L-ventilů,které jsou obvykle vyžadovány v dosavadních provedeních.

K výstupnímu otvoru 40 pláště reaktoru 32 je připojen konvekční průchod 74.· Po průchodu nejprve přes protiproudné uspořádání 62 a pak přes poproudné uspořádání 64 plynné spaliny/pevné látky 56 kde obsah pevných látek byl významně snížen, ale kde jsou ještě přítomny jemné částice, které nebyly odstraněny v primárním odlučovači částic nárazového typu ^opouští plášť reaktoru 32 a vstupují do konvekčního průchodu 74. V konvekčním průchodu 74 je umístěna plocha přenosu tepla 75 vyžadovaná zvláště u návrhu CFB kotle 30. Jsou možná různá uspořádání; jeden typ uspořádání je znázorněn na obr. 5. V konvekčním průchodu 74 však mohou být umístěny jiné typy ploch tepelného přenosu 75 jako jsou odpařovací plochy, ekonomizér, přehřívač nebo ohřívač vzduchu a podobně, omezené pouze požadavky výroby a využitelnosti páry nebo energie a termodynamickými omezeními známými v oboru.

Po průchodu přes celou ohřevnou plochu nebo její část v konvekčním průchodu 74 procházejí plynné spaliny/pevné látky 56 sekundárním odlučovačem částic 78.» obvykle multiklonálním lapačem prachu za účelem odstranění většiny částic .80 zbývajících v plynu. Tyto částice 80 jsou rovněž vraceny do spodní části 36 pláště reaktoru 32 pomocí sekundárního systému zpětného toku 82^ Vyčištěné plynné spaliny pak procházejí ohřívačem vzduchu 84., sloužícímu k předehřátí vstupního vzduchu pro spalování dodávaného ventilátorem 86. Ochlazené a vyčištěné plynné spaliny 88 se pak vedou konečným sběračem částic .89, jakým je elektrostatickým odlučovač nebo čistička s pytlovými filtry, sacím ventilátorem 90 a komínem 91.

V následujícím popise jsou diskutována různá provedeni dutinových prostředků 70 a prostředků pro zpětný tok 72 podle vynálezu. Na obrázcích 6,7 a 8 jsou schematické řezy horní části CFB reaktoru různých provedení podle vynálezu. Hlavní rozdíly mezi těmito provedeními zahrnují přesné umístění dutinovývh prostředků 70 s ohledem na vertikální osu 92. zadní stěny pláště 94, zda jedna nebo obě skupiny 62a/64 nárazových prvků 60 odvádějí částice oddělené nárazovými prvky do dutinových prostředků 70 a počet nárazových prvků§ 60 v každé ze skupin 62 fli64.

Jak bylo uvedeno dříve, stěny pláště 34, včetně zadní stěny pláště 94 jsou obvykle tvořeny trubkami chlazenými kapalinou, oddělenými vzájemně od sebe ocelovou membránou k docílení plynotěsnosti pláště 32.· CFB kotle 30 typu uvedeného v tomto popise jsou obvykle shora závěsné pomocí prvků z konstrukční oceli , spojenými s vertikálními stěnami pláště 34. Stěny pláště 34 jsou tedy kapalinou chlazené nosné prvky. Některé trubky, tvořící zadní stěnu pláště 94 tedy musí směřovat vzhůru a procházet střechou 66. jak je znázorněno vztahovou značkou 100 a musí být připojeny závěsy na prvky z konstrukční oceli. Zbytek trubek tvořících zadní stěnu pláště 94 je v pracovním bodě 68 zakřiven a tvoří kapalinou chlazené podlaží konvekčního průchodu 74.

Na obr. 6 jsou dutinové prostředky 70 umístěny zcela v plášti reaktoru 32 a směrem dovnitř od vertikální osy 92 a dále jsou vymezeny zadní stranou pláště 94. ochrannými deskami 96 a přední dutinovou stěnou 98 a tyto prostředky shromaždují všechny částice oddělené jak protiproudným tak poproudným uspořádáním 62^64 nárazových prvků £0. Na horním okraji přední dutinová stěna 98 přesahuje spodní okraje nárazových prvků 60 o stopu nebo více. Přední dutinová stěna 98 je v bodech A a B zahnuta tak, že jejím spodním okrajem E jsou dutinové prostředky zformovány do nálevkovítého tvaru, jehož výstup těsně souvisí se zadní stěnou pláště 94 a představuje první provedení prostředků zpětného toku .72. Ve výhodném provedení může být přední dutinová stěna 98 vyrobena z kovové desky a jednoduchým provedením prostředků zpětného toku 72. může být pravoúhlá štěrbina nebo serie stejných oddělených otvorů rozložených přes šířku pláště reaktoru 32. Nicméně přední dutinová stěna 98 může být tvořena z několika trubek chlazených kapalinou, které jsou vyhnuty od roviny zadní stěny pláště 99, kde mezery mezi nimi jsou spojeny membránou nebo deskou. Prostředky zpětného toku mohou mít formu přibližně stejně velkých otvorů mezi sousedními trubkami podél šířky pláště reaktoru 32 v místech, kde jsou vyhnuty od roviny zadní stěny pláště 94. Ochranné desky 96 jsou umístěny v blízkosti spodní části nárazových prvků 60 v pracovním bodě 68 nebo pod ním. Ochranné desky 96 jsou obvykle horizontální a tvoří horní část dutinových prostředků 70 a spojení s nárazovými prvky 60, tvořícími primární odlučovač částic nárazového typu 58. Ochranné desky 96 mohou být navrženy v mnohém jako ochranné desky 26 popsané v US 4992085. Zejména částice oddělené nárazovými prvky 60 mohou proudit dolů malými otvory v ochranných deskách 96, které jsou uspořádány tak, aby kryly horní část dutinových prostředků 70, ale nikoliv konkávní povrch v každém nárazovém prvku 60. čímž zabraňují možnému opětovnému strhávání částic do plynu proudícího přes horní část dutinových prostředků 70.

Obr. 7 znázorňuje podobné provedení jakoohr. 6, s tím hlavním rozdílem, že dutinové prostředky 70 jsou umístěny vně od vertikální osy 92 zadní stěny pláště 94. Prostředky zpětného toku 72 jsou v tomto případě vytvořeny zahnutím zadní stěny pláště 94, který společně s okrajem E přímé přední dutinové stěny 98 formuje dutinové prostředky 70 do nálevkovítého tvaru, jehož výstup opět těsně souvisí se zadní stěnou pláště 94.· Přední dutinová stěna 98 může být tvožena kovovou stěnou, prostředky zpětného toku 72, podélnou štěrbinou nebo mnoha od sebe oddělenými otvory mezi spodním okrajem E a zadní stěnou pláště 94.. Alternativně, přední dutinová stěna 98 může být tvořena trubkami chlazenými kapalinou, vedoucími ke střeše 66, kterou procházejí jak je znázorněno vztahovou značkou 100. V tomto případě mohou být prostředky zpětného toku 72 tvořeny otvory mezi sousedními trubkami podél šířky pláště reaktoru 32 v bodě, kde zbyteek trubek, tvořících zadnístěnu pláště 94 je vyhnut od roviny vertikální osy 92 zadní obvodové stěny 94.

Provedení na obr. 6 a 7 dovolují použití nezbytného počtu nárazových prvků 60 vyžadovaných pro vysokou účinnost oddělení při zajištění úplného vnitřního zpětného toku částic do spodní části 36 pláště reaktoru 32 pro následnou recyklaci bez použití vnějších nebo vnitřních kanálů pro zpětný tok nebo systémů pro zpětný tok částic.

Na obr. 8 je znázorněno další provedení podle vynálezu, jak je znázorněno na obr. 5 a které ve výhodném provedení má nejméně čtyři řady nárazových prvku 60 uspořádaných do dvou skupin 62 ¢/ 64. První dvě řady nárazových prvků .60, tvořících skupinu protiproudného uspořádání 62 odvádějí oddělené částice přímo do pláště reaktoru 32 volným spadem podél zadní stěny pláště reaktoru 94., zatímco pevné částice oddělené skupinou poproudného uspořádání 64 padají do dutinových prostředků 70 opět umístěných zcela v prostoru pláště reaktoru 32 a umístěných vně vzhledem k vertikální ose 92 zadní stěny pláště 94. Opět jsou použity ochranné desky 96, sloužící jako vrchní část dutinových prostředků 70 a jako usměrňovač čela prvních dvou řad nárazových prvků 60. tvořících skupinu protiproudného uspořádání 62.. Ochranné desky 96 na skupině protiproudného uspořádání 62 působí, že tok plyn/pevné látky 56 je veden přes nárazové prvky 60 a zabraňují obtoku plynu nebo jeho proudění nahoru podél nárazových prvků 60 jak uvádí US 4992085. Toto uspořádání dále zjednodušuje primární odlučovač částic nárazového typu 58 a činí ho kompaktnějším ve srovnání s provedením na obr. 6. Kromě toho toto uspořádání pomáhá zvýšit účinnost primárního odlučovače nárazového typu 58 tím, že skýtá oddělený odvod pevných částic z prvních dvou řad od řad vzdálených. To redukuje odtok plynu mezi skupinou protiproudného uspořádání 62 a skupinou poproudného uspořádání 64 a následné opětné strhávání částic.

Zabránění nebo minimalizace obtoku plynu prostředky zpětného toku je rovněž žádoucí ze stejného důvodu, který vedl k instalaci ochranných desek 96 na čelo dvou řad nárazových prvků 60 na obr. 8. Obr. 9 a 10 dokládají, že toho lze docílit přibližně stejně velkými odpadními otvory 102 v prostředcích zpětného toku 72 při zajištění odvodu oddělených částic pevných látek bez jejich akumulace v dutinových prostředcích 70. Na obr. 11,12 a 13 je znázorněno použití přibližně stejně velkých kanálů 104. umístěných v zadní stěně pláště 94 v kombiaci s odpadními otvory 102. což je rovněž vhodné uspořádání. Na obr. 14,15 a 16 je znázorněno použití krátkých vertikálních kanálů 106 připojených na přední dutinovou stěnu 98 přímo proti odpadním otvorům 102. které rovněž zabraňují obtoku plynů do dutinových prostředků 70 při dalším zvýšení zpětného toku pevných látek do spodní části 36 pláště reaktoru 32 při jejich volném vertikálním spadu podél zadní stěny pláště 94.

Plošný průtok odpadními otvory 102 prostředků zpětného toku 72 je výhodně volen tak, aby poskytl tok hmoty od 100 do 500 kg/m².s. U kanálů 104 by měla být délka kanálů výhodně 6—10ti násobná, než je předpokládaný tlakový rozdíl odpadních otvorů 102 dutinových prostředků 70 vyjádřený v palcích vodního sloupce. Tlakové utěsnění výše zmíněným uspořádáním prostředků zpětného toku je jednodušší ve srovnání se smyčkovými uzávěry nebo L-ventily užívanými ve známých použitích CFB, ve kterých se pevné látky vrací z odlučovače na dno reaktoru kanály. To je možné díky relativně malým rozdílům tlaku mezi horní částí topeniště 38 a dutinovými prostředky 70 ve srovnání s rozdílem tlaku mezi spodní částí CFB a horkým cyklonovým odlučovačem podle obr. 1 nebo násypným zásobníkem oddělených částic 11 podle obr. 2 až 4. Odhadovaný tlakový rozdíl zařízení podle vynálezu je 1,0 až 1,5 palce vodního sloupce, zatímco obvyklý tlakový rozdíl známých CFB spalovacích komor je kolem 25 až 30 nebo dokonce 40 až 45 palců vodního sloupce.

Na obr. 17 až 18 jsou uvedeny prostředky zpětného toku 72. které obsahují lopatkový ventil 108. který může být umístěn přes každý odpadní otvor 102 a který je otočně připojen na přední dutinovou stěnu pomocí čepu 110 a pouzder 112. Lopatkový ventil 108 sám nastavuje příčný řez otvorů a umožňuje odvod pevných látek z dutinových prostředků 70, aniž by docházelo k obtoku plynů do otvorů. Velikost odpadních otvorů 102 by měla být výhodně v souladu s výše popsanými kriterii.

Na obr. 19 až 20 je uvedeno další provedení prostředků 72 zpětného toku, ve kterých je odpadní otvor 102 dále omezen vytvořením cirkulačního lože pevných látek 104. Lože 104 je vytvořeno na mírně skloněném podlaží 106^108. kterým prochází množství vzdušných trysek 110. pronikajících pod lože cirkulujících pevných látek 104. Fluidizační vzduch, plyn nebo podobně, 112, tryská do lože 104, udržuje lože na požadované hladině fluidizace částic a působí jejich kontinuální odvod z dutinových prostředků 70. Lože pevných částic udržované jako zcela nebo mírně fluidní, poskytuje tlakové těsnění, zabraňuje! obtoku plynu 56 odpadními otvory 102.

Obměna uspořádání tlakového těsnění na obr. 19-20 je znázorněna na obr. 21β|22. V tomto provedení spodní okraj L odpadních tvorů 102 je umístěn nad podlažím 114 dutinových prostředků 70j skloněná část 116 vychází z podlaží 114. Ochranná deska 118 má první část 120. která je připojena na přední dutinovou stěnu 98 a druhou část 122 k ní připojenou a protahující se do dutinových prostředků 70. Spodní okraj T druhé části 122 je umístěn tak, že je níže než spodní okraj L odpadního otvoru 102. čímž se vytvoří těsnící závěr smyčkového typu 124. který má přívodní komoru 126 a vývodovou komoru 128 vymezenou přední dutinovou stěnou 98, podlažím 114^116. ochrannou deskou 118 a dutinovou stěnou 116. Fluidizační vzduch, plyn nebo podobně tryská do lože částic 104 pomocí trysek 110 stějně jako v případě na obr. 19 až 20. Hladina pevných látek ve vývodové komoře 128 je stejná nebo o něco nad spodním koncem L přes který částice přepadávají a padají dolů podél zadní stěny reaktoru. Hladina částic v přívodové komoře 126 se nastavuje sama pro vyrovnání tlakových rozdílů mezi horní částí 38 pláště reaktoru 32 a dutinou 70. Protože tento rozdíl je poměrně malý, je nutný pouze nízký tlak fluidizačniho plynu v obou provedeních na obr. 19a20 a 21«i22 k zajištění CFB tlakovým uzávěrem pomocí lože ve srovnání s tlakem plynu vyžadovaným pro těsnění smyčkového typu pro vratné prostředky známé v oboru.

Tento vynález tak poskytuje jednoduché uspořádání CFB reaktoru nebo spalovací komory, které eliminuje potřebu vnějších primárních odlučovačů a s tím spojených zpětných vedení pro pevné částice a smyčková těsnění nebo L—ventily. Další výhodou tohoto vynálezu je, že eliminace výše uvedených struktur poskytuje zvýšený přístup do spodní části 3é> CFB reaktoru nebo spalovací komory, který není omezen vedeními pro zpětný tok pevných částic. Zejména v CFB spalovacích komorách je tak poskytnuta možnost jednotnějšího přívodu paliva a sorbentu, čímž se zlepší účinnost spalování a emise a také je poskytnut lepší přístup, jestliže má být spalován více než jeden druh paliva.

Zatímco byla uvedena a podrobně popsána specifická provedení vynálezu pro ilustraci aplikace principů podle vynálezu, odborníkům v oboru bude zřejmé, že v rozsahu připojených nároků je možno provádět změny, aniž by byly tyto principy narušeny. Například tento vynález může být aplikován na nové konstrukce, zahrnující cirkulační reaktory s fluidním ložem nebo spalovací komory, nebo nahrazení, opravu nebo modifikaci existujících cirkulačních reaktiorú s fluidním ložem nebo spalovacích komor. V určitých provedeních vynálezu určité rysy vynálezu lze někdy výhodně použít bez odpovídajícího použití ostatních rysů vynálezu. V souladu s tím všechny takové změny a provedení spadají do rozsahu následujících nároků.

Claims

1. Cirkulační reaktor s fluidním ložem, — vyznačující se tím,že obsahuje plášť reaktoru částečně vymezený stěnami pláště a mající dolní část, horní část a výstupní otvor umístěný na výstupu horní části;

primární odlučovač částic nárazového typu umístěný v horní části pláště reaktoru pro oddělení částic strhávaných tokem plynu v plášti reaktoru z dolní části do horní části, jehož působením částice padají do dolní části;

dutinové prostředky připojené k primárnímu odlučovači částic nárazového typu, které jsou umístěny zcela v plášti reaktoru, sloužící k zachycení oddělených částic při jejich spadu z primárního odlučovače nárazového typu;

prostředky zpětného toku připojené k dutinových prostředkům a umístěné zcela v plášti reaktoru, umožňující zpětný tok částic z dutinových prostředků přímo a vnitřně do pláště reaktoru tak, že padají volně, neomezeně a bez pomoci kanálů dolů podél stěn pláště do dolní části pláště reaktoru pro následnou recyklaci.

2. Reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje prostředky pro přívod paliva a sorbentu do spodní části pláště reaktoru.

3. Reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje větrnou skříň připojenou ke spodní části pláště reaktoru.

4. Reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že primární odlučovač částic nárazového typu obsahuje řady konkávních nárazových prvků.

5. Reaktor podle nároku 4, vyznačující se tím, že všechny řady konkávních nárazových prvků působí, že částice oddělené z plynu padají přímo do dutinových prostředků.

6. Reaktor podle nároku 4, vyznačující se tím, že řady konkávních nárazových prvků jsou uspořádány do dvou skupin, do skupiny protiproudné a poproudné, kde každá skupina má nejméně dvě řady konkávních nárazových prvků.

7. Reaktor podle nároku 6, vyznačující se tím,že protiproudná skupina nárazových prvků odděluje částice strhávané plynem tak, že padají volně, vnitřně a přímo směrem k dolní části pláště reaktoru.

8. Reaktor podle nároku 6, vyznačující se tím,že protiproudná skupina nárazových prvků odděluje částice strhávané plynem tak, že padají přímo do dutinových prostředků.

9. Reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že plášť reaktoru má zadní stěnu pláště, mající vertikální středovou osu a dutinové prostředky jsou umístěny v plášti reaktoru dovnitř od vertikální osy.

10. Reaktor podle nároku 9, vyznačující se tím, Ze dutinové prostředky jsou vymezeny zadní stěnou pláště, ochrannými deskami a přední dutinovou stěnou.

11. Reaktor podle nároku 10, vyznačující se tím, že spodní konec přední dutinové stěny je ohnut směrem k zadní stěně pláště pro tvarování dutinových prostředků do nálevkovitého tvaru, jejichž výstup' souvisí se zadní stěnou pláště.

12. Reaktor podle nároku 11, vyznačující se tím,že prostředky zpětného toku jsou pravoúhlá štěrbina nebo serie přiměřeně velkých od sebe oddělených otvorů, rozprostírajících se mezi spodním okrejem přední dutinové stěny a zadní stěnou pláště podél šířky pláště reaktoru.

13. Reaktor podle nároku 10, vyznačující se tím,že zadní stěna pláště je vyrobena z trubek chlazených kapalinou a přední dutinové stěna je tvořena některými těmito trubkami, chlazenými kapalinou, které jsou vyhnuty od roviny zadní stěny pláště ták, že dutinové prostředky jsou tvarovány do nálevkovítého tvaru, jehož výstup souvisí se zadní stěnou pláště.

14. Reaktor podle nároku 13, vyznačující se tím,že prostředky zpětného toku mají formu otvorů přiměřené velikosti mezi souvisejícími trubkami podél šířky pláště reaktoru v bodě, ve kterém jsou vyhnuty od roviny zadní stěny pláště.

15. Reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že plášť reaktoru má zadní stěnu pláště, která má vertikální osu a dutinové prostředky jsou umístěny v plášti reaktoru, ale ven od vertikální osy.

16. Reaktor podle nároku 15, vyznačující se tím, že dutinové prostředky jsou vymezeny zadní stěnou pláště , ochrannou deskou a přední dutinovou stěnou.

17. Reaktor podle nároku 16, vyznačující se tím, že přední dutinová stěna je přímá a zadní stěna pláště je vyhnuta od vertikální osy zadní stěny pláště pro tvarování dutinových prostředků do nálevkovitého tvaru, jejichž výstup souvisí se zadní stěnou pláště.

18. Reaktor podle nároku 17, vyznačující se tím, že prostředky zpětného toku jsou tvořeny pravoúhlou štěrbinou nebo sérií přiměřeně velkých, vzájemně od sebe oddělených otvorů, rozprostírajících se mezi dolním koncem přední dutinové stěna a zadní stěnou pláště podél šířky pláště reaktoru.

19. Reaktor podle nároku 17, vyznačující se tím, že zadní stěna pláště je vyrobena z trubek, chlazených kapalinou a přední stěna pláště je rovná a je vyrobena z některých trubek chlazených kapalinou, rozprostírajících se podél vertikální osy směrem vzhůru ke střeše reaktoru.

20. Reaktor podle nároku 19, vyznačující se tím, že prostředky zpětného toku jsou tvořeny otvory mezi sousedními trubkami podél šířky pláště reaktoru v bodě, kde některé trubky chlazené kapalinou jsou vyhnuty od roviny zadní stěny pláště.

21. Reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že primární odlučovač částic nárazového typu má řady konkávních nárazových prvků uspořádáné do dvou skupin, do protiproudné skupiny, mající nejméně dvě řady konkávních nárazových prvků která odděluje částice strhávané plynem a působí, že volně padají vnitřně a přímo směrem do dolní části pláště reaktoru kde protiproudná skupina má ochrannou desku, zabraňující obtoku plynu nebo jeho toku přímo vzhůru podél nárazových prvků,a do poproudné skupiny, mající alespoň dvě řady nárazových prvků, která odděluje částice strhávané plynem a působí, že padají přímo do dutinových prostředků, kde dutinové prostředky mají ochrannou desku, působící jako horní část dutinových prostředků.

22. Reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím,Ze dutinové prostředky jsou vymezeny zadní stěnou pláště, ochrannou deskou a přední dutinovou stěnou a prostředky zpětného toku obsahují více výtokových otvorů uspořádaných podél šířky pláště reaktoru a majících průtokovou plochu takovou, aby poskytla tok pevných částic 100 až 500 kg/m².s.

23. Reaktor podle nároku 22, vyznačující se tím, že prostředky zpětného toku dále obsahují kanály vytvořené v zadní stěně pláště v kombinaci s výtokovými otvopry.

24. Reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutinové prostředky jsou vymezeny zadní stěnou pláště, ochrannou deskou a přední dutinovou stěnou a prostředky zpětného toku obsahují více výtokových otvorů uspořádaných podél šířky pláště reaktoru mezi koncem přední dutinové stěny a zadní stěnou pláště a krátký vertikální kanál připojený ke přední dutinové stěně přímo proti výtokovým otvorům k zabránění obtoku plynu do dutinových prostředků a ke zvýšení zpětného toku pevných částic do spodní části pláště reaktoru vertikálním volným spadem podél zadní stěny pláště.

25. Reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutinové prostředky jsou vymezeny zadní stěnou pláště, ochrannou deskou a přední dutinovou stěnou a prostředky zpětného toku obsahují více výtokových otvorů uspořádaných podél šířky pláště reaktoru mezi koncem přední dutinové stěny a zadní stěnou pláště a lopatkový ventil umístěný přes každý výtokový otvor,otočně připojený k přední dutinové stěně.

26. Reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že nárazové prvky jsou tvaru U, tvaru E, tvaru W nebo jiné podobné konkávní konfigurace.

•26

27. Reaktor podle nároku 18, vyznačující se tím,že obsahuje více trysek, pronikajících do dutinových prostředků pro udržení hladiny částic v dutinových prostředcích na požadované hladině fluidizace částic a působících tak jejich kontinuální odvod z dutinových prostředků.

28. Reaktor podle nároku 27, vyznačující se tím, že dále obsahuje ochrannou desku připojenou ke přední dutinové stěně a rozšiřující se do dutinových prostředků za tvorby těsnění smyčkového typu, majícího napájecí komoru a výstupní komoru vymezené přední dutinovou stěnou, podlažím dutinových prostředků, ochrannou deskou a zadní dutinovou stěnou.