CZ290558B6

CZ290558B6 - Reaktor s cirkulujícím fluidním loľem

Info

Publication number: CZ290558B6
Application number: CZ19942762A
Authority: CZ
Inventors: Jean-Claude Ing. Semedard; Pierre Ing. Gauville; Pascale Ing. Amadieu; Jean Ing. Aubry; Jean-Xavier Ing. Morin
Original assignee: Gec Alsthom Stein Industrie
Priority date: 1993-11-10
Filing date: 1994-11-10
Publication date: 2002-08-14
Also published as: ATE155867T1; DE69404423D1; PL178960B1; FI103299B; DE69404423T2; FI103299B1; CN1174095A; EP0653588B1; FR2712378B1; RU2119119C1; GR3024601T3; RU94040179A; CA2135460A1; SK135594A3; PL305777A1; CZ276294A3; US5707591A; FI945229A; ES2104310T3; FR2712378A1

Abstract

Reaktor (1) s cirkuluj c m fluidn m lo em obsahuje doln oblast (3), opat°enou fluidiza n m° (11), prost°edky (12) pro vh n n prim rn ho vzduchu pod m° (11), prost°edky (13) pro vh n n sekund rn ho vzduchu nad m° (11) a prost°edky (10) pro p°iv d n paliva, p°i em st ny (5) obklopuj c tuto doln oblast jsou opat°eny trubkami (9) pro tepelnou v²m nu, a horn oblast (2), obklopovanou st nami (4) opat°en²mi trubkami (9) pro tepelnou v²m nu, p°i em trubky (9) pro tepelnou v²m nu jsou spojeny lamelami (30). Alespo jedna st na (4, 5) nejm n jedn z t chto oblast (2, 3) je opat°ena svisl²mi tepeln v²m nn²mi plo n²mi prvky, ozna ovan²mi d le jako roz °en (14) tepeln v²m nn plochy, upevn n²mi kolmo na st nu (4, 5), vytvo°en²mi z trubek (15, 15A, 15B) pro tepelnou v²m nu, le c mi uvnit° reaktoru (1), maj c mi °ku (l) m °enou ve vodorovn m sm ru v rozmez od 150 do 500 mm, a um st n²mi od sebe ve vz jemn vzd lenosti (D) o velikosti v rozmez od 1,5 do 4 n sobku jejich °ky (l). Tato °ka (l) je definov na jako vzd lenost mezi vnit°n m l cem lamel (30) st n (4, 5) a nejvzd len j povrchovou p° mkou nejvzd len j trubky (15A) roz °en (14).\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká reaktoru s cirkulujícím fluidním ložem, obsahujícím dolní oblast opatřenou fluidizační mříží, prostředky pro vhánění primárního vzduchu pod mříž, prostředky pro vhánění sekundárního vzduchu nad mříž a prostředky pro přivádění paliva, přičemž stěny obklopující tuto dolní oblast jsou opatřeny trubkami pro tepelnou výměnu, a horní oblast, obklopenou stěnami opatřenými trubkami pro tepelnou výměnu. Reaktorů s cirkulujícím fluidním ložem se běžně používá v tepelných elektrárnách s fosilními palivy a se stále se zvětšujícími velikostmi výkonů.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že pro dobrou účinnost odsiřování kouřových plynů musí být teplota reaktoru udržována konstantní na hodnotě blízké 850 °C. Účinným prostředkem je instalovat v reaktoru tepelně výměnné plošné prvky a buď používat pro udržování této teploty buď řízení koncentrace pevných látek regulací průtoku primárního a sekundárního vzduchu, nebo používat výchylek v průtoku s nímž jsou plyny ze spalování recyklovány, anebo provádět chlazení recyklovaných pevných složek v hustých fluidních ložích vně reaktoru.

Jsou známá různá uspořádání takových plošných prvků (panelů). Takovými uspořádáními jsou například svislé panely ve tvaru písmene L, zavěšené v horní části reaktoru s funkcí přehřívače, vodorovné panely v horní části a procházející reaktorem s funkcí předehřívače, nebo panely ve tvaru písmene U, zavěšené na stropě reaktoru, ve funkci přehřívače. Dalším příkladem jsou ve velmi široké panely upevněné kolmo na stěnu reaktoru, kterými prochází emulze, jaké jsou používány pro vybavení reaktoru s fluidním ložem popisovaném v patentovém spisu US 4 442 796. Dále může jít o dělicí panely reaktoru, uložené po části jeho výšky a popřípadě opatřené komunikačními otvory, jak je popisováno v patentovém spisu US 4 165 717.

Když se výkon zařízení zvyšuje, bylo podle známého stavu techniky shledáváno potřebným rozšiřovat instalování takových tepelně výměnných plošných prvků jak zvětšováním jejich plochy, tak i jejich umísťováním do stále nižších úrovní v reaktoru s doprovodnými zvýšenými riziky eroze v dolní části těchto plošných prvků, vystavených proudům pevných částic, a s riziky borcení tepelně výměnných plošných prvků a stěn v důsledku zvýšeného rozdílového roztahování, které se tím více zhoršuje, čím větší je výška tepelně výměnného plošného prvku, a s riziky vibrace.

Podstata vynálezu

Uvedené problémy eroze a borcení odstraňuje řešení podle vynálezu, tj. reaktor výše uvedeného typu, jehož podstatou je, že alespoň jedna stěna nejméně jedné z těchto oblastí je opatřena svislými tepelně výměnnými plošnými prvky, označovanými dále jako rozšíření tepelně výměnné plochy, upevněnými kolmo na stěnu, vytvořenými z trubek pro tepelnou výměnu, ležícími uvnitř reaktoru, majícími šířku, měřenou ve vodorovném směru, v rozmezí od 150 do 500 mm, a umístěnými od sebe ve vzájemné vzdálenosti o velikosti v rozmezí od 1,5 do 4násobku jejich šířky.

Rozšíření mají malou šířku a odstraňují se tak borcení stěn reaktorů vyplývající z mechanických namáhání vyvolávanými rozdílovým roztahováním a tato rozšíření leží ve vrstvě sestupujících pevných částic, jak bude podrobněji popsáno níže.

V případě, kde trubky pro tepelnou výměnu stěn jsou vzájemně spojeny lamelami, je uvedená šířka definována jako vzdálenost mezi vnitřním povrchem lamel a od nich nejvzdálenější povrchovou přímkou nejvzdálenější trubky rozšíření.

Podle první varianty upevnění jsou rozšíření souvisle přivařena ke stěně oblasti: Podle druhé varianty upevnění jsou rozšíření umístěna ve vzdálenosti od stěny menší než 60 mm, určené vzdáleností mezi vnitřním povrchem lamel stěny a povrchovou přímkou nejbližší trubky rozšíření, přičemž rozšíření jsou upevněna alespoň v jejich horní části.

S výhodou jsou rozšíření rozmístěna na vnitřním obvodě reaktoru. Rozšíření mohou být uložena po celé výšce reaktoru. Podle výhodného provedení jsou rozšíření uložena po celé výšce stěny horní oblasti. V tomto případě rozšíření vycházejí ze stropu reaktoru a procházejí v dolní části nakloněnými stěnami dolní oblasti. Vzhledem ke známému stavu techniky, kde jsou nechráněné vodorovné části vystaveny proudu částic a jsou tak erodovány, je tak veškerý problém eroze odstraněn.

Pro zvýšení jejich mechanické pevnosti mohou rozšíření obsahovat pobočné trubky připojené k volnému konci rozšíření a upevněné mimo rovinu symetrie rozšíření.

Podle obzvláštní varianty provedení, v němž reaktor obsahuje nejméně jedno husté vnitřní fluidní lože ve spojení s vnitřkem reaktoru jeho horní částí, které přijímá pevné částice padající podél stěn horní oblasti a vrací je alespoň zčásti přepadem k dolní oblasti podél přepadové stěny a nad ní, přičemž toto vnitřní lože je opatřeno výměnnými trubkami, připojenými v jejich spodní části k napájecímu přívodu a v horní části k výstupu, jsou trubky rozšíření použity jako výstupní trubky pro trubky osazené ve vnitřním loži.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, na kterých znázorňuje obr. 1 svislý řez reaktorem s cirkulujícím fluidním ložem, obr. 2 podrobnost svislého řezu stěnou reaktoru podle vynálezu, obr. 3A řez rovinou III—III z obr. 2, obr. 3B analogický řez rovinou III—III ve variantě provedení, obr. 4A svislý řez reaktorem podle vynálezu ve variantě provedení, obr. 4B podrobnost části IV a obr. 5A, 5B, 6A, 6B a 7A, 7B v řezech různá provedení reaktorů podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1, který odpovídá klasickému fungování reaktoru 1 s cirkulujícím ložem, má tento reaktor 1 dolní oblast 3 s průřezem zvětšujícím se směrem nahoru, a horní oblast 2 ve tvaru rovnoběžnostěnu. Tato dolní oblast 3 je opatřena fluidizační mříží 11, prostředky 12 pro vhánění primárního vzduchu pod mříží 11 a prostředky 10 pro vhánění paliva. Stěny 5 obklopující tuto dolní oblast 3 jsou opatřeny trubkami 9 pro tepelnou výměnu. Rovněž horní oblast 2 je obklopena stěnami 4 opatřenými trubkami 9 pro tepelnou výměnu.

Pevné částice se zvedají nad mříží 11 směrem do horní části reaktoru 1 ve směru šipek 6. Tyto pevné částice mají sklon se pohybovat do šířky směrem ke stěnám 4, 5 a opětovně padat směrem dolů. Část tvořená nejjemnějšími pevnými částicemi je však znovu unášena směrem nahoru vířivými pohyby, vyznačenými šipkami 7. Ostatní pevné částice se přibližují ke stěnám 4, 5 a proudí podél těchto stěn 4, 5 směrem dolů ve směru šipek 8, kde tvoří hustou vrstvu pevných částic.

-2CZ 290558 B6

Měření této husté vrstvy pevných částic podél stěn 4, 5 udávají, že má proměnlivou tloušťku po výšce reaktoru 1 a podle naplnění reaktoru J, přičemž tato tloušťka v podstatě leží v rozmezí od 50 do 500 mm.

Vynález spočívá v tom, že se vytvoří úzká rozšíření 14 ploch pro tepelnou výměnu, vnořená do této vrstvy sestupujících pevných částic, a zlepší se tak součinitel prostupu tepla stěn 4, 5 reaktoru 1.

V klasickém reaktoru 1 bez rozšíření 14 podle vynálezu se pro celkový součinitel prostupu tepla 180W.m“².K^_1 získává přibližně část o velikosti 100W.m“².K'' sáláním a část 80 W.m^.K'¹konvekcí, týkající se pevných částic. Pomocí vynálezu je část připadající na konvekci výrazně zvýšena a v důsledku toho se zvýší i celkový součinitel prostupu tepla.

Rozšíření 14 podle vynálezu vyvolávají zvýšení tloušťky vrstvy pevných částic podél stěn 4, 5 tím, což je možno označit jako klínový efekt. Vzhledem k zaoblenému tvaru, který přirozeně zaujímá na tomto místě vrstva pevných částic, se totiž vytváří klín zvýšené tloušťky. Vzhledem k rozšířením 14 podle vynálezu je vytvořen velký počet klínů a tloušťka vrstvy pevných částic je odpovídajícím způsobem zvýšena. Střední koncentrace pevných částic je tak v dutině vymezované mezi dvěma rozšířeními 14 uměle zvýšena, oproti jednoduché rovinné stěně 4, 5, což zlepšuje součinitel prostupu tepla.

Rozšíření 14 podle vynálezu kromě toho přinášejí dvě tepelně výměnné plochy, což zvětšuje celkovou plochu prostupu tepla reaktoru 1 a tím také zlepšuje součinitel prostupu tepla.

Obr. 2 a 3A znázorňují příklad provedení jednoho rozšíření 14 podle vynálezu. Tato rozšíření 14 jsou s výhodou vytvořena klasickým způsobem, tj. jsou tvořena trubkami 15, 15A, 15B vzájemně spojenými rovinnými lamelami 20. Na stěnu 4, opatřenou podélnými výměnnými trubkami 9, se napojují rozšíření 14, kolmá na stěnu 4 a vystupující dovnitř reaktoru L Znázorněné rozšíření 14 obsahuje tři svislé tepelně výměnné trubky 15, zapuštěné a chráněné v horní a dolní části vrstvami 15 betonu. Trubky 15 jsou stejně jako trubky 9 vzájemně spolu spojeny přivařenými rovinnými lamelami 20. Trubky 15 jsou v dolní části napájeny emulzí vody a páry přes napájecí přívod a v horní části jsou připojeny k výstupu 19. Aby se vyloučilo rozdílové roztahování, jsou tyto trubky 15 napájeny emulzí.

Podle vynálezu mají rozšíření 14, upevněné kolmo na nejméně jednu stěnu 4, 5 nejméně jedné z oblastí 2, 3, vytvořené z trubek 15 uvnitř reaktoru 1, vodorovnou šířku 1 v rozmezí od 150 do 500 mm, a jsou umístěna ve vzájemných vzdálenostech D odpovídajících 1, 5 až 4násobku jejich šířky 1, přičemž tato šířka 1, měřená ve směru kolmo na stěny 4, 5 je definována jako vzdálenost mezi vnitřním lícem lamel 30 stěny 4, 5 a nej vzdálenější povrchovou přímkou nej vzdálenější trubky 15A rozšíření 14.

Rozšíření 14 mohou být souvisle přivařena na stěnu 4, 5 oblastí 2, 3, jak je znázorněno na obr. 2, nebo mohou být umístěna od stěn 4, 5 ve vzdálenosti d menší než 60 mm, přičemž tato vzdálenost d je vzdálenosti d mezi vnitřním povrchem lamel 30 stěn 4, 5 a povrchovou přímkou nej bližší trubky 15B rozšíření 14, což vede ke zrušení první lamely 20A rozšíření 14 a k tomu, že tato rozšíření 14 jsou upevněna v jejich horní části a eventuálně v jejich dolní části.

Rozšíření 14 s trubkami 15 mohou obsahovat pobočné trubky 15C, připojené k volnému konci 14A rozšíření 14, upevněné mimo rovinu souměrnosti rozšíření 14 pro jejich mechanické vyztužení, jak je například znázorněno na obr. 3B.

Obr. 4A znázorňuje obzvlášť výhodné uspořádání rozšíření 14 podle vynálezu.

Je známo, např. z patentové přihlášky FR2 690 512 opatřovat reaktor 1 hustými vnitřními fluidními lóžemi 22, 23. Tato hustá fluidní lože 22, 23 jsou ve spojení s vnitřkem reaktoru 1 jejich horní částí, která přijímá pevné částice padající podél stěn 4 horní oblasti 2 a vrací alespoň jejich část přetékáním k dolní oblasti 3 podél přepadových stěn 28, 29 nebo nad nimi. Tato vnitřní lože 22, 23 mají stěnu 4 opatřenou výměnnými trubkami 9, připojenými v jejich dolní části k napájecímu přívodu a v jejich horná části k výstupu 19. Eventuálně obsahují tato lože 22, 23 rovněž vnořené výměnné trubky 24. S výhodou mohou být trubky 15 rozšíření 14 podle vynálezu použity jako výstupní trubky 15 pro trubky 9 tvořící stěny 28, 29 těchto loží 22, 23 a eventuálně trubky 15 pro trubky 9 tvořící stěny 28, 29 těchto loží 22, 23 a eventuálně trubky 24 vnořené v těchto ložích 22, 23, což vylučuje potřebu průchodů stěnou 4 s rizikem erozí, které toto s sebou nese, přičemž výstupní trubky 15 jsou svislé a nikoliv již vodorovné. Obr. 4B znázorňuje například spojení výstupu výměnných trubek 24 osazených ve vnitřním loži 22, a trubek 15 rozšíření M.

Podle provedení vynálezu je každé vnitřní lože 22, 23 osazeno mezi nejméně dvěma rozšířeními 14, z čehož vyplývá další účinek a technická výhoda vynálezu. Prostory mezi rozšířeními 14 totiž tvoří kanály nebo sestupné dráhy 21 pro pevné částice směrem k ložím 22, 23 a vedou ke zvýšení průtoku pevných částic, sestupujících směrem k uvedeným ložím 22, 23. Vnitřní lože 22 a 23 jsou připojena ke vnějším výměníkům tepla, které jsou napájeny s vyšším průtokem pevných částic, což zlepšuje výměnu a dovoluje podstatně zmenšovat velikost těchto vnějších výměníků tepla.

Na obr. 5A, 5B až 7A, 7B jsou znázorněna další možná uspořádání rozšíření 14. Reaktor 1 je opatřen klasickým způsobem cyklonem 31. Rozšíření 14, opatřená trubkami 15, jsou uspořádána po celé výšce stěny 4 horní oblasti 2 reaktoru 1 na jedné nebo více stranách této oblasti 2. V tomto případě vybíhají rozšíření 14 ze stropu reaktoru 1 a procházejí v dolní části nakloněnými stěnami 5 dolní oblasti 3. Veškeré problémy eroze jsou tak vzhledem ke známému stavu techniky odstraněny, protože žádná nekrytá vodorovná část není vystavena proudu pevných částic.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Reaktor s cirkulujícím fluidním ložem, obsahující dolní oblast (3) opatřenou fluidizační mříží (11), prostředky (12) pro vhánění primárního vzduchu pod mříž (11), prostředky (13) pro vhánění sekundárního vzduchu nad mříž (11) a prostředky (10) pro přivádění paliva, přičemž stěny (5) obklopující tuto dolní oblast (3) jsou opatřeny trubkami (9) pro tepelnou výměnu a horní oblast (2), obklopenou stěnami (4) opatřenými trubkami (9) pro tepelnou výměnu, vyznačený tím, že alespoň jedna stěna (4, 5) nejméně jedné z těchto oblastí (2, 3) je opatřena svislými tepelně výměnnými plošnými prvky, označovanými dále jako rozšíření (14) tepelně výměnné plochy, upevněnými kolmo na stěnu (4, 5), vytvořenými z trubek (15, 15A, 15B) pro tepelnou výměnu, ležícími uvnitř reaktoru (1) majícími šířku (1) měřenou ve vodorovném směru v rozmezí od 150 do 500 mm, a umístěnými od sebe ve vzájemné vzdálenosti (D) o velikosti v rozmezí od 1,5 do 4násobku jejich šířky (1).
2. Reaktor podle nároku 1,vyznačený tím, že šířka (1) rozšíření (14) je definována jako vzdálenost mezi vnitřním povrchem lamel (30), jimiž jsou vzájemně spojeny trubky (9) pro tepelnou výměnu stěny (4, 5), a od nich nejvzdálenější povrchovou přímkou nejvzdálenější trubky (15A) rozšíření (14).
3. Reaktor podle nároku 2, vyznačený tím, že rozšíření (14) jsou souvisle přivařena ke stěně (4, 5) oblasti (2, 3).

-4CZ 290558 B6
4. Reaktor podle nároku 2, vyznačený tím, že rozšíření (14) jsou umístěna ve vzdálenosti (d) od stěny (4, 5) menší než 60 mm, určené vzdáleností (d) mezi vnitřním povrchem lamel (30) stěny (4, 5) a k němu nejbližší povrchovou přímkou nejbližší trubky (15B) rozšíření (14), přičemž rozšíření (14) jsou upevněna alespoň v jejich horní části.
5. Reaktor podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že rozšíření (14) jsou rozmístěna na vnitřním obvodě reaktoru (1).
6. Reaktor podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vy z n a č e n ý t í m , že rozšíření (14) jsou uložena po celé výšce reaktoru (1).
7. Reaktor podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačený tím, že rozšíření (14) jsou uložena po celé výšce stěny (4) horní oblasti (2).
8. Reaktor podle kteréhokoli z nároků 1 až 7, v y z n a č e n ý t í m , že rozšíření (14) obsahují pobočné trubky (15C), připojené k volnému konci (14A) rozšíření (14) a upevněné mimo rovinu symetrie rozšíření (14).
9. Reaktor podle kteréhokoli z nároků 1 až 8,vyznačený tím, že trubky (15, 15 A, 15B) rozšíření (14) jsou použity jako výstupní trubky pro trubky (24) rozšířené ve vnitřním hustém fluidním loži (22, 23), které je ve spojení s vnitřkem reaktoru svou horní částí, které je uzpůsobeno pro přijímání pevných částic padajících podél stěn (4) horní oblasti (2) a jejich vracení alespoň zčásti přepadem k dolní oblasti (3) podél přepadové stěny (28, 29) a nad ní, přičemž toto vnitřní husté fluidní lože (22, 23) je opatřeno výměnnými trubkami (9), připojenými v jejich spodní části k napájecímu přívodu a v horní části k výstupu (19).