PL180917B1 - Reaktor z obiegowym złożem fluidalnym wyposażony w przegrzewacz opromieniowany - Google Patents

Abstract

1. Reaktor z obiegowym zlozem fluidalnym wy- posazony w przegrzewacz opromieniowany i za- wierajacy komore reakcyjna, separator cial stalych przymocowany do niej oraz przewód powrotny, który laczy separator cial stalych z komora reakcyjna przy czym parownik powierzchniowy i przegrzewacz umieszczone w komorze spalania reaktora z obiego- wym zlozem fluidalnym, znamienny tym, ze ele- menty rurowe maja przekrój poprzeczny, który ma co najmniej dwa równolegle plaskie boki, i tym ze elementy rurowe tworzace przegrzewacz sa mechani- cznie polaczone miedzy soba, i ze powierzchnia utwo- rzona przez elementy rurowe jest plaska. FIG.3 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest reaktor z obiegowym złożem fluidalnym zaopatrzony w przegrzewacz opromieniowany, stosowany szczególnie w kotłach elektrowni dużej mocy.

Materiał stały taki jak paliwo, obojętny materiał złoża i/lub wapńjest fluidyzowany w reaktorze z obiegowym złożem fluidalnym gazem dostarczanym poprzez środki dostarczające gaz, umieszczone w dolnej części reaktora. Prędkość fluidyzacji w reaktorze z obiegowym złożem fluidalnym jest w normalnych warunkach tak duża, że znacząca część materiału złoża jest unoszona wraz z gazem i wydalana na zewnątrz reaktora. Szczególną cechą charakterystyczną obiegowego złoża fluidalnego jest to, że ilość materiału stałego unoszonego z gazem jest tak duża, że działanie złoża nie mogłoby być podtrzymane bez recyrkulacji i/lub dodatku materiału stałego.

W reaktorze z obiegowym złożem fluidalnym znaczące ilości materiału stałego sąwydalane wraz z gazami na zewnątrz reaktora przez jego górną część. W pewnych obszarach reaktora ma miejsce zarówno górny jak i dolny przepływ. Ogólny przepływ materiału następuje zarówno promieniowo, jak i osiowo w reaktorze i dolny przepływ osiąga maksimum blisko zewnętrznych

180 917 ścian. Gdy gęstość cząsteczek zwiększa się w kierunku dolnej części komory reaktora, takie nagromadzenie cząsteczek wzdłuż zewnętrznych ścian zwiększa się ku dołowi. Nawet mała zmiana w kierunku przepływu cząsteczek powoduje erozję. W ten sposób reaktor z obiegowym złożem fluidalnym wymaga bardzo wymagających warunków dla różnych struktur.

Ze względu na erozyjne warunki reaktora z obiegowym złożem fluidalnym zasugerowano aby zastosować elementy rurowe, które, gdy sąpołączone jeden z drugim tworzągładkąpowierzchnię zewnętrzną. Ten rodzaj budowy był sugerowany w celu zastosowania w przegrzewaczu opromieniowanym kotłów elektrowni działających na zasadzie obiegowego złoża fluidalnego, a dzięki niej przegrzewacz może być umieszczony bezpośrednio w komorze spalania reaktora z obiegowym złożem fluidalnym. Takie elementy rurowe są połączone za pomocą spawania. Spawanie obejmuje zawsze pewną ilość czasochłonnych operacji, takich jak wstępne ogrzewanie, wstępne spawanie, spawanie wzdłużne rur z dwóch stron rury, poprawianie deformacji spowodowanych naprężeniami i sprawdzenie spawania. Panel przegrzewacza wykonany tą metodą spawania jest dlatego prawie trwale połączony dla utworzenia jednego pojedynczego elementu konstrukcyjnego. Spawanie jest wykonane z dwóch stron, po czym obydwie powierzchnie sąobrabiane, aby powierzchnia była tak gładka, jak to możliwe. Jest to zalecane, ponieważ warunki w reaktorze z obiegowym złożem fluidalnym, nawet wjego górnej części sątak erozyjne, że wystarczająca niezawodność nie może być w innym przypadku, zagwarantowana.

Wykonanie powierzchni przegrzewacza z równoległych okrągłych rur bez ich spawania jest ujawnione w opisie amerykańskiego patentu nr 5,012,767. Sąsiednie rury są tam połączone jedna z drugąpoprzez połączenie dwutulejowe. Rury przechodzą przez tuleje i tuleje są spawane jedna do drugiej. To okrągłe połączenie tulejowe jest bardzo podatne na erozję i tuleje łączące także tworzą znaczny, łatwo erodujący punkt nieciągłości. Ta sama publikacja ujawnia także możliwość spawania oddzielnych łączników znajdujących się między rurami. Nawet to połączenie powoduje, że wymiennik ciepła jest bardzo podatny na erozję i ten rodzaj połączenia także zwiększa odległość między rurami, dzięki czemu nawet niezbyt równoległe rury mogą być wpasowane w tę samą przestrzeń.

Przedmiotem wynalazku jest reaktor z obiegowym złożem fluidalnym wyposażony w przegrzewacz opromieniowany i zawierający komorę reakcyjną separator ciał stałych przymocowany do niej oraz przewód powrotny, który łączy separator ciał stałych z komorą reakcyjną. Parownik powierzchniowy i przegrzewacz umieszczone są w komorze spalania reaktora.

Istota wynalazku polega na tym, że elementy rurowe mająprzekrój poprzeczny, który ma co najmniej dwa równoległe płaskie boki, przy czym elementy rurowe tworzące przegrzewacz są mechanicznie połączone między sobą a powierzchnia utworzona przez elementy rurowe jest płaska.

Korzystnie, elementy rurowe w przegrzewaczu reaktora mają prostokątny przekrój poprzeczny, i sąpołączone poprzez rowki lub wypukłości o podobnym profilu przekroju poprzecznego.

Element rurowy przegrzewacza w reaktorze zawiera korzystnie okrągły przewód tworzący kanał przepływowy, który jest ograniczony przez rurę, a zewnętrzna powierzchnia elementu rurowego j est ukształtowana przez dwie równoległe i płaskie powierzchnie, w pewnej odległości od powierzchni kanału przepływowego i dwie powierzchnie stykowe prostopadłe do wspomnianych równoległych płaskich powierzchni, które to powierzchnie stykowe są wyposażone w rowki lub wypukłości podobne w ich profilach przekroju poprzecznego.

W korzystnym rozwiązaniu jedna powierzchnia stykowa elementu rurowego jest wyposażona w rowek a druga w wypukłość, przy czym przekrój poprzeczny rowka i wypukłości elementu rurowego ma kształt równoległoboku, półrównoległoboku lub ma zarys kołowy, półkolisty lub trójkątny, lub jest kombinacją tych figur.

Rowek ma szerszy lub równy obszar przekroju poprzecznego w stosunku do wypukłości.

Sąsiadujące elementy rurowe posiadają przeciwległe płaszczyzny stykowe wyposażone w wybrania, które to elementy, gdy sąsiadują ze sobą tworzą przestrzeń między rurami, a rury są wzajemnie połączone przez umieszczenie pręta imitującego kształt wspomnianej przestrzeni.

180 917

Dzięki zastosowaniu niniejszego wynalazku możliwe jest osiągnięcie znacznych korzyści w stosunku do znanego stanu techniki. Wynalazek eliminuje lub minimalizuje potrzebę wzdłużnego spawania rury przegrzewaczy opromieniowanych. Czas potrzebny dla wykonania konstrukcji panelowych znacznie się zmniejsza. Operacje, takie jak wstępne ogrzewanie, wstępne spawanie, spawanie obydwu stron wzdłuż rury, niwelowanie odkształceń spowodowanych przez naprężenia i sprawdzenie spawania są zastąpione przez połączenie zgodnie z niniejszym wynalazkiem.

Wynalazek jest omówiony bardziej szczegółowo, za pomocą przykładu wykonania przedstawionego na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie przykład wykonania reaktora z obiegowym złożem fluidalnym wyposażonego w przegrzewacz opromieniowany zgodnie z niniejszym wynalazkiem, fig. 2 - schematycznie, korzystny przykład wykonania przegrzewacza opromieniowanego z fig. 1, fig. 3 - schematycznie, drugi przykład wykonania przegrzewacza opromieniowanego z fig. 1, fig. 4-6 schematycznie różne profile przekroju przegrzewacza opromieniowanego zgodnie z niniejszym wynalazkiem, i fig. 7 - schematycznie, jeszcze inny przykład przegrzewacza opromieniowanego zgodnie z wynalazkiem z fig. 1.

Figura 1 przedstawia reaktor 2 z obiegowym złożem fluidalnym, zawierającym kombinację komór reakcyjnych 4, separator gorącego gazu 6 i przewód powrotny 8, a do reaktora jest wprowadzony gaz fluidyzujący przez przewód 10 do dolnej części komory reakcyjnej 4. Materiał stały, taki jak paliwo, jest dostarczany przez przewód 12 lub przez pewną liczbę przewodów (nie pokazanych). Produkty gazowe są wydalane z separatora gorących gazów przez przewód 14. Proces wytwarzania ciepła zachodzi w komorze reakcyj nej. Ciepło to jest przekazywane do kotła parowego, na przykład poprzez ściany komory reakcyjnej, utworzone z rur. Woda, która ma odparować jest wprowadzona do rur parownika z walczaka 18 przez przewody 20 i mieszanina para/woda przepływa z powrotem do walczaka, na przykład przez przewód 22. Opisany cykl cyrkulacyjny zawiera wiele uogólnień i uproszczeń, w rzeczywistości taki cykl obejmuje wiele innych zjawisk. Także separator gorącego gazu jest korzystnie utworzony z parownika lub innych powierzchni wymiany ciepła. Obieg może zgodnie z wynalazkiem być obiegiem naturalnym lub wymuszonym, wynalazek może być zastosowany do obydwu rozwiązań. Przegrzewacz opromieniowany 24 jest umieszczony w górnej części komory reakcyjnej i para jest dostarczana do przegrzewacza opromieniowanego 24, przez przewód 26. Parajest odprowadzana z przegrzewacza przez kanał 28 do turbiny 30 i stamtąd dalej z powrotem do walczaka przez kanał 32. Ten cykl cyrkulacyjny jest także mocno uproszczony. Przegrzewacz opromieniowany 24 w górnej części komory reakcyjnej 4 służy do przegrzania pary z wykorzystaniem ciepła uwolnionego z zawiesiny ciał stałych w gazie znajdującym się w komorze reakcyjnej. Przegrzewacz 24 jest zaprojektowany w reaktorze z obiegowym złożem fluidalnym w ten sposób, że jest usytuowany korzystnie między dwoma końcami przeciwstawnych ścian komory reakcyjnej. W ten sposób jest on z jednej strony stabilnie i niezawodnie podtrzymywany na końcach w komorze reakcyjnej. Z drugiej strony, stosunkowo duża odległość między ścianami reakcyjnymi stawia panelowi pewne wymagania. W praktyce konstrukcja, która jest słabo podtrzymywana łatwo zaczyna drgać lub może się wygiąć z powodu możliwych wydłużeń cieplnych. Innymi słowy panel przegrzewacza musi być dosyć sztywny. Jest to rozwiązanie zgodnie z niniejszym wynalazkiem poprzez podtrzymywanie elementów rurowych wzdłużnie między sobą, za pomocą środków mechanicznego połączenia. Ten rodzaj mechanicznego połączenia jest zgodnie z wynalazkiem osiągnięty poprzez zaprojektowanie pełnych powierzchni między sąsiadującymi elementami rurowymi z powierzchniami konturowymi tak, że powierzchnie styku znajdujące się naprzeciw siebie, spasowane jedna z drugą i wspomnianymi powierzchniami styku, także zapobiegają w wystarczającym stopniu ruchowi elementówjeden względem drugiego. Przegrzewaczjest zaopatrzony w przewody 34 dla sterowania i/lub rozdzielania przepływu pary w pożądany sposób między oddzielnymi elementami rurowymi przegrzewacza. Przegrzewacz opromieniowany jest zgodnie z wynalazkiem utworzony przez wzajemne mechaniczne połączenie elementów rurowych, przez co żadne spawanie wzdłużne nie jest konieczne. Panel rurowy utworzony zgodnie z niniejszym

180 917 wynalazkiem jest jednakże sztywno połączony z przewodami 34, korzystnie przez spawanie panelu rurowego do tych przewodów tak, że potrzeby związane z produkcjąpary sązaspokojone.

Warunki w reaktorze z obiegowym złożem fluidalnym są bardzo erozyjne: stosunkowo wysoka temperatura (na przykład 873 -1473K) w połączeniu z cząsteczkami stałymi zawieszonymi w gazie. W tych warunkach powierzchnie erodująbardzo łatwo, w szczególności w punktach nieciągłości. Dlatego, przegrzewacz opromieniowany zgodnie z wynalazkiem jest korzystnie utworzony z pewnej liczby paneli rurowych umieszczonych jeden na wierzchołku drugiego, które znów są utworzone z pewnej liczby elementów rurowych 36 połączonych wzajemnie i powierzchnie których są płaskie.

Figura 1 przedstawia reaktor z obiegowym złożem fluidalnym zaprojektowany dla spalania paliwa. Przegrzewacz opromieniowany zgodnie z wynalazkiem może, jeśli jest to wymagane, być zastosowany także w innych rodzaj ach komór spalania, nawet na przykład w tak zwanych kotłach pyłowych. Najlepsze charakterystyki przegrzewacza opromieniowanego zgodnie z niniejszym wynalazkiem stają się widoczne szczególnie w warunkach, w których przegrzewacz jest otoczony przez mieszaninę gazów zawierającąmateriał stały. W ten sposób reaktor z obiegowym złożem fluidalnym może także działać jako schładzacz gorącego gazu, na przykład, w kotle rusztowym do spopielania, w którym głównie rozwiązanie rusztu odbiega od wyżej opisanego. Przegrzewacz opromieniowany zgodnie z niniejszym wynalazkiem, może być umieszczony w komorze spalania na różnych poziomach, chociaż na fig. 1 jest umieszczony w górnej części komory spalania.

Figura 2 przedstawia rozwiązanie panelu rurowego przegrzewacza opromieniowanego zgodnego z wynalazkiem. Przedstawia on dwa elementy rurowe 362,366 połączone wzajemnie za pomocąrowka łączącego 364, któryjest ukształtowany przez wybranie 368 wjednym elemencie rurowym 362 i wypukłość 370 w innym elemencie rurowym. Wypukłość i wybranie tworzą razem połączenie, które w wystarczającym stopniu wiąże elementy i czyni panel przegrzewacza sztywnym. Wypukłość lub wybranie mogą być rozmieszczone w elementach rurowych, tak że każdy element zawiera wybranie w jednym końcu i wypukłość w drugim końcu. Alternatywnie sądwa rodzaje rur: rury z wypukłościami lub wybraniami, dzięki czemu sąwymagane równe ilości obydwu typów rur dla utworzenia panelu rurowego. Pierwsze ze wspomnianych rozwiązań jest bardziej korzystne, ponieważ jest potrzebny tu jedynie jeden rodzaj elementów rurowych. Ten przykład wykonaniajest przedstawiony na fig. 3. Kanał przepływowy 372 dla pary, która ma ulec przegrzaniujest wykonany wewnątrz elementu rurowego. Element rurowy jest ukształtowany zgodnie z wynalazkiem tak, że zawiera dwie równoległe i płaskie powierzchnie 374,376 oddzielone od siebie o odległość, która jest określona w ten sposób, że przewód lub kanał przepływowy 372, a także pewna ilość materiału między powierzchniami i kanałem 372 znajduje się w obszarze 378, między powierzchniami. Element ma głównie prostokątny przekrój poprzeczny z zakończeniami 380,382 usytuowanymi na powierzchniach styku wsuniętymi do rowków łączących wykonanych w sąsiednich elementach. Powierzchnie 374 i 376 sięgi^iądosyć daleko, tak aby powstały powierzchnie styku z wybraniami i wypukłościami o wystarczającej wytrzymałości materiału.

Figury 4-6 przedstawiają różne możliwości kształtowania powierzchni styku wymaganej dla połączeń elementów rurowych. Na fig. 4 wypukłość i wybranie mająjedną prostopadłą powierzchnię końcową41 i jedną nachyloną powierzchnię końcową43. Na fig. 5 wypukłości i wybrania są w przybliżeniu ukształtowane jako powierzchnie kołowe, podczas gdy na fig. 6 są one trójkątne.

Układ połączenia elementów rurowych przegrzewacza opromieniowanego przedstawiony na fig. 7 jest bardzo korzystny. Przeciwległe powierzchnie zetknięcia dwóch sąsiednich elementów rurowych 70 są zaopatrzone w wybrania 72 i elementy rurowe 70, gdy są rozmieszczone obok siebie, tworzą przestrzeń 74 między rurami. Rury są wzajemnie połączone poprzez wpasowanie pręta lub podobnego elementu 76 odwzorowującego kształt przestrzeni 74. Pręt 76 odpowiada wypukłości, ale nie jest stacjonarnie połączony z elementami rurowymi, przy czym pręt ten lub podobny element nie musi sięgać odjednego końca rury do drugiego, ale połączenie może

180 917 być utworzone z wielu krótszych odcinków, które są umieszczone w przestrzeni 74, zgodnie ze szczególnym rozmieszczeniem. Kształt pręta lub podobnego elementu jest korzystnie wybrany tak, aby zapobiec ruchowi elementów rurowych, co najmniej ruchowi oddzielającemu elementy od siebie. Za pomocąśrodków pokazanych na fig. 7 możliwe jest zwolnienie, na przykład, jednego elementu rurowego z panelu rurowego przez usunięcie pręta z obydwujego stron lub elementu 76 odpowiednio za pomocą odpowiedniego narzędzia. Jest to bardzo korzystna cecha, w szczególności w połączeniu z reaktorem z obiegowym złożem fluidalnym, ponieważ możliwa naprawa przegrzewacza piecowego przez zamianę rury innąrurąmoże być zrealizowana bardzo prosto i szybko.

Załączona fig. 1 przedstawia reaktor z obiegowym złożem fluidalnym działający w warunkach ciśnienia atmosferycznego, ale przegrzewacz opromieniowany zgodnie z wynalazkiem, jest szczególnie odpowiedni w komorach spalania, które działająprzy ciśnieniach powyżej atmosferycznego, na przykład 0,2-5,0 MPa.

180 917

FIG. 6

180 917

FIG. 2

FIG.3

376

180 917

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Reaktor z obiegowym złożem fluidalnym wyposażony w przegrzewacz opromieniowany i zawierający komorę reakcyjną, separator ciał stałych przymocowany do niej oraz przewód powrotny, który łączy separator ciał stałych z komorąreakcyjną, przy czym parownik powierzchniowy i przegrzewacz umieszczone w komorze spalania reaktora z obiegowym złożem fluidalnym, znamienny tym, że elementy rurowe mająprzekrój poprzeczny, który ma co najmniej dwa równoległe płaskie boki, i tym że elementy rurowe tworzące przegrzewacz są mechanicznie połączone między sobą, i że powierzchnia utworzona przez elementy rurowe jest płaska.
2. 2. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy rurowe w przegrzewaczu reaktora są korzystnie prostokątne w ich przekroju poprzecznym, i tym, że są połączone poprzez rowki lub wypukłości o podobnym profilu przekroju poprzecznego.
3. 3. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że element rurowy przegrzewacza w reaktorze zawiera korzystnie okrągły przewód tworzący kanał przepływowy, który jest ograniczony przez rurę, a zewnętrzna powierzchnia elementu rurowego jest ukształtowana przez dwie równoległe i płaskie powierzchnie, w pewnej odległości od powierzchni kanału przepływowego i dwie powierzchnie stykowe prostopadłe do wspomnianych równoległych płaskich powierzchni, które to powierzchnie stykowe są wyposażone w rowki lub wypukłości podobne w ich profilach przekroju poprzecznego.
4. 4. Reaktor według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że jedna powierzchnia stykowa elementu rurowego jest wyposażona w rowek a druga w wypukłość.
5. 5. Reaktor według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że przekrój poprzeczny rowka i wypukłości elementu rurowego ma kształt równoległoboku, półrównoległoboku lub ma zarys kołowy, . półkolisty lub trójkątny, lub jest kombinacją tych figur.
6. 6. Reaktor według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że rowek ma szerszy lub równy obszar przekroju poprzecznego w stosunku do wypukłości.
7. 7. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że sąsiadujące elementy rurowe posiadają przeciwległe płaszczyzny stykowe wyposażone w wybrania, które to elementy, gdy sąsiadują ze sobą tworzą przestrzeń (74) między rurami, a rury są wzajemnie połączone przez umieszczenie pręta imitującego kształt wspomnianej przestrzeni (74).