PL198099B1 - Urządzenie do wydzielania cząstek stałych ze strumienia gazów spalinowych w kotle z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym - Google Patents

Abstract

Urządzenie do wydzielania cząstek stałych z gazów spalinowych w kotle z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym (CFB) zawiera pionowe, zderzeniowe separatory cząstek stałych znajdujące się w złożu CFB w przesuniętych rzędach. Zderzeniowe separatory cząstek stałych mają elementy wiszące (110) zawieszone na chłodzonych płynem ruchach nośnych (120), które tworzą kanał zbierający, zwykle o kształcie litery "U", który wydziela cząstki stałe z gazów spalinowych, prowadzonych przez separatory cząstek stałych. Dzięki oddzieleniu funkcji nośnej od kształtownika zbierającego, wymagania co do wytrzymałości materiału użytego do wykonania kształtownika zbierającego są zmniejszone, a wytrzymałość materiału, z którego wykonana jest chłodzona płynem rura nośna (120) jest znacznie większa, ze względu na niższą temperaturę pracy materiału tworzącego chłodzoną płynem podstawę, pozwalając tym samym na zastosowanie tańszych materiałów.

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wydzielania cząstek stałych ze strumienia gazów spalinowych w kotle z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym.

Niniejszy wynalazek dotyczy kotłów z cyrkulującym złożem fluidalnym (CFB), a w szczególności udoskonalonych konstrukcji zderzeniowego separatora cząstek stałych, zawierającego rury chłodzone płynem.

Znane są systemy kotłów CFB i stosowane do wytwarzania pary wodnej na potrzeby procesów przemysłowych i/lub wytwarzania energii elektrycznej. Przykładami są opisy patentowe US 5 799 593, 4 992 085 oraz 4 891 052 na rzecz Belin i inni, 5 809 940 na rzecz James i inni, 5 378 253 i 5 435 820 na rzecz Daum i inni, a także 5 343 830 na rzecz Alexander i inni. W reaktorach typu CFB reagujące i nie reagujące cząstki stałe porywane są wewnątrz reaktora przez skierowany w górę strumień gazu, który unosi cząstki do wyjścia w górnej części reaktora, gdzie cząstki te są wydzielane przez zderzeniowe separatory cząstek stałych. Zderzeniowe separatory cząstek stałych rozłożone są w przesuniętych matrycach w celu utworzenia pewnej ścieżki, którą może przebyć strumień gazu, ale nie unoszone przezeń cząstki. Zebrane cząstki stałe zawracane są na dno reaktora. Jedna z konstrukcji kotła CFB wykorzystuje pewną liczbę zderzeniowych separatorów cząstek (lub wklęsłych elementów zderzeniowych lub też belek typu U) na wyjściu pieca, w celu wydzielenia cząstek stałych z gazów spalinowych. Ze względu na to, że separatory te mogą być rozmaitych kształtów, określane są one często jako belki typu U, ponieważ posiadają najczęściej przekrój poprzeczny o kształcie litery „U”.

Przy zastosowaniu w kotle CFB, pewna liczba takich zderzeniowych separatorów cząstek zamocowana jest wewnątrz obudowy pieca i rozciąga się pionowo w przynajmniej dwóch rzędach w poprzek otworu wylotowego pieca, ze zgromadzonymi cząstkami opadającymi bez przeszkód i bezpośrednio poniżej elementów zbierających wzdłuż tylnej ściany obudowy. Szczelina między każdą sąsiadującą parą belek typu U w jednym rzędzie znajduje się w linii z belką typu U w poprzedzającym lub następnym rzędzie belek typu U, w celu utworzenia wężykowatej ścieżki do przebycia przez mieszaninę gazów spalinowych i cząstek. Belki typu U w każdym rzędzie zbierają i usuwają cząstki stałe ze strumienia mieszaniny gazów spalinowych i cząstek, podczas gdy strumień gazów spalinowych podąża dalej wokół i poprzez matrycę belek typu U.

Elementy zbierające tego rodzaju są zwykle stosunkowo długie w porównaniu z ich szerokością i głębokością. Kształt elementów zbierających dyktowany jest zwykle przez dwie przesłanki, a mianowicie przez skuteczność zbierania belek typu U jako taką oraz samonośność belek typu U. Podczas stosowania tych elementów, umieszczane są one na wyjściu pieca i nie są chłodzone. Ich umieszczenie na wylocie pieca ma na celu ochronę dolnych powierzchni przed erozją powodowaną przez cząstki stałe. Belki typu U są zatem narażone na wysokie temperatury przepływającego strumienia gazów spalinowych/cząstek, a materiały stosowane do wykonania belek typu U muszą być odpowiednio odporne temperaturowo w celu uzyskania właściwej nośności i odporności na uszkodzenie.

W kotłach CFB wykorzystywane były z powodzeniem w charakterze głównego kolektora cząstek stałych długie kanały w samonośnej płycie ze stali nierdzewnej, ale długość elementów zbierających ogranicza żarowytrzymałość dostępnych komercyjnie stopów. Dzięki podzieleniu długiego kanału zbierającego na krótkie odcinki, wymagana wytrzymałość każdego krótkiego odcinka jest znacznie mniejsza niż dla długiego kanału, ze względu na szereg przerywanych podpór i niewielki ciężar każdego pojedynczego segmentu lub elementu.

Sposoby realizacji elementów zbierających, które są chłodzone lub osadzone na zewnątrz chłodzonej struktury, obejmują płyty zbierające przyspawane do chłodzonych wodą rur nośnych, są przedstawione w opisach patentowych US 5 378 253 i 5 435 820 na rzecz Daum i inni. Jednakże spawanie do rur chłodzących zwiększa ryzyko wystąpienia wycieków z rur na zgrzewach.

Na pos. I przedstawiono schematyczny widok znanej konstrukcji kotła CFB wykorzystującego system zderzeniowego separatora cząstek stałych, a na pos. II przedstawiono widok z góry w przekroju poprzecznym grupy belek o kształcie litery „U” wewnątrz pieca z fig. 1, widziany w kierunku strzałek 2-2.

Piec 10, zawiera cyrkulacyjne złoże fluidalne 12, kanał spalinowy 14 oraz kanał powrotny cząstek stałych 16. Spalanie paliwa następuje w cyrkulacyjnym złożu fluidalnym 12, powodując wytworzenie ciepła odpadowego lub gazów spalinowych, które obciążone są materiałem cząstek stałych. Gorące gazy unoszą się poprzez piec 10 do kanału spalinowego 14, skąd gazy te przechodzą przez kilka powierzchni wymiany ciepła (takich jak przegrzewacz, przegrzewacz międzystopniowy lub ekonomizer) 17 oraz stopnie oczyszczania, zanim wydostaną się do atmosfery (nie pokazano).

PL 198 099 B1

W górnej części pieca 10 ułożone są rzędy przesuniętych, zderzeniowych separatorów cząstek stałych 20 i zwisają one ze stropu 26 pieca. Pierwsza grupa separatorów cząstek stałych 22 określana jest jako wewnątrz-piecowe belki o kształcie litery „U” 22, podczas gdy druga grupa separatorów cząstek stałych 24 położona jest poniżej wylotu pieca, co oznaczono schematycznie przerywaną, pionową linią na pos. I pomiędzy grupami 22 i 24. Materiał cząstek stałych unoszonych w gazach spalinowych uderza w zderzeniowy separator cząstek stałych 20, zostaje wydzielony i opada swobodnie z powrotem bezpośrednio do cyrkulacyjnego złoża fluidalnego 12, gdzie może następować dalsze spalanie lub przemiana zwróconego materiału cząstek stałych. W ogólności, zderzeniowe separatory cząstek stałych 20 nie są planarne i posiadają przekrój poprzeczny o kształcie litery „U”.

Na pos. II przedstawiono widok z góry w przekroju poprzecznym wewnątrz-piecowych belek o kształcie litery „U” 22 tworzących wewnątrz-piecową grupę 22 belek o kształcie litery „U” 20 oraz zilustrowano sposób, w jaki rzędy belek o kształcie litery „U” 20 są przesunięte względem siebie w sąsiednich rzędach. Przy spodzie każdej belki o kształcie litery „U” 20 w wewnątrz-piecowej grupie 22 znajduje się zwykle płyta tworząca misę lub przegrodę 23, której zadaniem jest zapobieżenie ominięcia przez gazy spalinowe i unoszone w nich cząstki stałe belek o kształcie litery „U” 20.

Dodatkowo, w znanej konstrukcji element zbierający chłodzony jest asymetrycznie ze względu na bliskość chłodzonej rury lub rur jedynie do pewnej części uformowanego segmentu lub elementu kanału zbierającego. Płyta tworząca elementy zbierające będzie miała zatem tendencję do odkształcenia w wyniku różnego rozszerzenia się obszarów elementu chłodzącego w porównaniu z gorętszymi częściami elementów zbierających.

Konieczna jest ponadto ochrona samych rur przed erozją powodowaną przez uderzające cząstki unoszone w strumieniu mieszaniny cząstek stałych i gazu. Ochrona ta wymaga użycia osłon rur wykonanych ze stali nierdzewnej lub ceramiki, które muszą być zastosowane na całej wysokości kolektora, co dodatkowo zwiększa koszty.

Wynalazek dotyczy urządzenia służącego do wydzielania cząstek stałych ze strumienia gazów spalinowych w kotle z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym (CFB). Urządzenie zawiera pionowe zderzeniowe separatory cząstek stałych położonych wewnątrz złoża CFB, przy czym zderzeniowe separatory cząstek stałych są umieszczone przylegająco i poziomo oddzielone od siebie w pewnej liczbie przesuniętych rzędów. Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że każdy zderzeniowy separator cząstek stałych posiada przynajmniej jedną pionową, chłodzoną płynem rurę nośną do prowadzenia ośrodka chłodzącego, a także pewną liczbę elementów wiszących, utrzymywanych przez tę rurę nośną, przy czym elementy wiszące współpracują ze sobą wzajemnie sąsiednimi końcami dla utworzenia kanału zbierającego, który jest otwarty w kierunku strumienia gazów spalinowych wzdłuż rury nośnej.

Różnica pomiędzy rozmaitymi postaciami wynalazku dotyczy głównie konstrukcji elementów zderzeniowego separatora cząstek stałych, tworzących matrycę w złożu CFB.

W pierwszej postaci wynalazku każda rura nośna posiada żeberka, a elementy wiszące mają kształt litery „U”, posiadając ściany boczne oraz ścianę tylną i dźwigane są przez przymocowane do nich haki, które zaczepiają żeberka z tylnej strony rury nośnej. Każda rura nośna położona jest wewnątrz części o kształcie litery „U” elementów wiszących, a kanał o kształcie litery „C” posiada części ryglujące, które łączą żeberka od przedniej strony rury nośnej. Kanał o kształcie litery „C” pokrywa rurę nośną dla zapobieżenia jej erozji pod wpływem cząstek stałych zgromadzonych przez zderzeniowy separator cząstek stałych podczas pracy kotła CFB.

Elementy wiszące zwężają się, a sąsiadujące końce elementów wiszących zachodzą na siebie nawzajem.

Sąsiadujące końce elementów wiszących stykają się i zachodzą na siebie na złączu lub w postaci złącza z rowkiem typu V.

Korzystnie elementy wiszące wykonane są z metalu lub ceramiki.

Elementy wiszące zaopatrzone są w taśmy utrzymujące ich kształt i ułożenie.

Elementy wiszące zaopatrzone są w przegrody do utrzymania ich kształtu i ułożenia oraz do przekierowywania opadających cząstek stałych z powrotem do kanału zbierającego.

Każda rura nośna zaopatrzona może być w sworznie przyspawane do rury nośnej i pokryte powłoką ogniotrwałą, płytki ceramiczne, metalowe lub ceramiczne powłoki natryskowe, metalowe lub ceramiczne odlewy, warstwę naspawaną, a także osłony.

W innej postaci wynalazku każda rura nośna posiada żeberka, a elementy wiszące są w kształcie litery „U” i dźwigane są przez haki, które zaczepiają żeberka z przedniej strony rury nośnej. Ponownie,

PL 198 099 B1 pewna liczba elementów wiszących współpracuje ze sobą wzajemnie przy swych sąsiednich końcach w celu utworzenia kanału zbierającego, który otwarty jest w kierunku przepływu gazów spalinowych wzdłuż rury nośnej. W tym rozwiązaniu kanał zbierający posiada ściany boczne oraz ścianę tylną, przy czym ściana tylna posiada zakrzywiony odcinek dopasowany do zewnętrznej średnicy rury nośnej, przy czym rura nośna położona jest na zewnątrz części o kształcie litery „U” elementów wiszących.

Każdy element wiszący urządzenia posiada pierwszą część o kształcie litery „V” oraz drugą część o kształcie litery „V”, które razem otaczają rurę nośną i współdziałają ze sobą wzajemnie na sąsiadujących końcach elementów wiszących dla utworzenia kanału zbierającego, który otwarty jest w kierunku przepływu strumienia gazów spalinowych wzdłuż długości rury nośnej.

Każdy element wiszący posiada część o kształcie litery „W” oraz przyłączoną do niej część o kształcie litery „V”, które otaczają razem rurę nośną i współdziałają ze sobą wzajemnie na sąsiadujących końcach elementów wiszących dla utworzenia kanału zbierającego, który otwarty jest w kierunku przepływu strumienia gazów spalinowych wzdłuż długości rury nośnej.

W obydwu tych postaciach wynalazku wprowadzone mogą zostać prowadzące i tylne elementy płytowe połączone z pierwszą i drugą częścią, które ograniczają strumień gazów spalinowych i cząstek stałych do określonej ścieżki przepływu, i zwiększają skuteczność zbierania w wyniku prowadzenia gazów spalinowych i cząstek stałych poprzez pionowe zderzeniowe separatory cząstek stałych znajdujących się wewnątrz złoża CFB.

Urządzenie zawiera elementy dziobowe na końcach pierwszej części o kształcie litery „V”.

Urządzenie zawiera elementy dziobowe na końcach pierwszej części o kształcie litery „W”.

W jeszcze innej postaci wynalazku każdy zderzeniowy separator cząstek stałych posiada parę pionowych, chłodzonych płynem rur nośnych, do prowadzenia przez nie ośrodka chłodzącego. Para rur nośnych połączona jest ze sobą wzajemnie przez membranę lub płytę, przy czym na tej membranie lub płycie dźwigana jest pewna liczba elementów wiszących. Każdy element wiszący posiada parę zakrzywionych części, z których każdy przystosowany jest do pomieszczenia jednej z dwóch rur nośnych.

Każdy zderzeniowy separator cząstek stałych zawiera korzystnie pojedynczą, pionową, chłodzoną płynem rurę nośną, do prowadzenia przez nią ośrodka chłodzącego. Pojedyncza rura nośna posiada żeberka. Pojedyncza rura nośna dźwiga pewną liczbę elementów wiszących, z których każdy posiada pewien zakrzywiony element przystosowany do pomieszczenia pojedynczej rury nośnej oraz pary stóp, które spoczywają na żeberkach do utrzymania i wyrównania elementu wiszącego względem strumienia gazów spalinowych.

Inna postać wynalazku wykorzystuje konstrukcję, w której każdy zderzeniowy separator cząstek stałych posiada pojedynczą, pionową, chłodzoną płynem rurę nośną, do prowadzenia przez nią ośrodka chłodzącego, przy czym rura nośna posiada żeberka. W tym przypadku pojedyncza rura nośna dźwiga pewną liczbę elementów wiszących, które mają kształt litery „H” i otaczają tę rurę nośną, zaś każdy element wiszący o kształcie litery „H” posiada pewien element przystosowany do pomieszczenia i sprzęgnięcia pojedynczej rury nośnej i żeberek, tak aby dźwigać i wyrównać elementy wiszące względem strumienia gazów spalinowych.

Niniejszy wynalazek obejmuje rozmaite układy i konfiguracje zderzeniowych separatorów cząstek stałych, stosowanych zwykle w kształcie litery „U”, ale które mogą także mieć kształty liter „W”, „E”, „V” lub inne, które dźwigane są przez chłodzone płynem rury. Takie zderzeniowe separatory cząstek stałych znajdują szczególne zastosowanie w kotłach lub reaktorach z cyrkulującym złożem fluidalnym (CFB).

Niniejszy wynalazek oddziela funkcję nośną od kształtownika zbierającego wymaganej przez przesłanki dotyczące wydajności, redukując tym samym wymagania co do wytrzymałości materiału stosowanego do utworzenia formy zbierającej. Dzięki temu podejściu, wytrzymałość materiału, z którego wykonana jest chłodzona płynem podstawa, jest znacznie większa, ze względu na niższą temperaturę pracy materiału chłodzonej płynem podstawy, umożliwiając tym samym zastosowanie tańszych materiałów do wykonania tej chłodzonej płynem podstawy. Dodatkowo, poprzez użycie względnie niewielkich segmentów do wykonania formy funkcjonalnej każdego całego zderzeniowego separatora cząstek stałych, wymagania wytrzymałościowe każdego segmentu są zminimalizowane, ponieważ każdy segment elementu zbierającego musi unosić jedynie sam siebie.

Chłodzone płynem podstawy zawierają rury chłodzone przez płyn, taki jak woda, para wodna lub inne odpowiednie ośrodki chłodzące i które umieszczone są w strumieniu mieszaniny gazów spalinowych i cząstek stałych. Każdy element zbierający może być dźwigany przez pojedynczą, chłodzoną płynem rurę lub zastosowane mogą być dwie lub więcej chłodzonych płynem rur, zamocowanych

PL 198 099 B1 w celu utrzymania ich względnego położenia. Segmenty tworzące elementy zbierające mogą być przymocowane bezpośrednio do jednej lub większej liczby chłodzonych płynem rur lub też mogą być one przymocowane do przyłączy na tej jednej lub większej liczbie rur, takich jak śruby lub przyłącza ryglujące, takie jak ucha i haki.

Jeżeli jest to pożądane, segmenty elementu zbierającego mogą być przymocowane do chłodzonej płynem podstawy w taki sposób, aby zwiększyć chłodzenie segmentu, jeśli jest to korzystne, na przykład poprzez wytłoczenie segmentów w przewodzącym ciepło spoiwie lub rzadkiej zaprawie. Ewentualnie, jeśli jest to pożądane, segment może być oddzielony lub odseparowany od chłodzonej płynem podstawy przez niewielką szczelinę w celu utrzymania temperatury pracy segmentu blisko temperatury otaczających gazów spalinowych i cząstek stałych. Umożliwia to kontrolę temperatury segmentów elementu zbierającego w celu zwiększenia odporności na korozję i/lub erozję. Czasami, w celu przymocowania segmentów elementu zbierającego do chłodzonej płynem podstawy stosowane są śruby w kształcie litery „U”, kołki gwintowane, ucha przyspawane na chłodzonej płynem podstawie z hakami na segmencie. Materiały stosowane do wykonania chłodzonej podstawy mogą obejmować stal węglową lub droższe materiały, takie jak stopy chromowo-molibdenowe, zgodnie z wymaganiami temperatury pracy. Segmenty elementu zbierającego zawierające zderzeniowe separatory cząstek stałych wykonane mogą być ze stali węglowej, stali stopowej, stali nierdzewnej, ceramiki, kompozytów lub innych materiałów, zgodnie z wymaganiami co do zamierzonych warunków pracy.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok perspektywiczny z tyłu pierwszego przykładu wykonania zderzeniowego separatora cząstek stałych z pojedynczą belką o kształcie litery „U” według niniejszego wynalazku, fig. 2 przedstawia widok z góry w przekroju poprzecznym zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką o kształcie litery „U” z fig. 1, fig. 3 przedstawia widok z boku w przekroju poprzecznym zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką o kształcie litery „U” z fig. 2, wzdłuż linii 5-5, fig. 4 przedstawia widok z boku w przekroju poprzecznym zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką o kształcie litery „U” z fig. 2, wzdłuż linii 5-5 z fig. 2, z usuniętą dla przejrzystości osłoną rury, fig. 5 przedstawia widok z przodu zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką o kształcie litery „U” z fig. 2, widziany w kierunku strzałki 7 z fig. 2, fig. 6 przedstawia widok z przodu zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką o kształcie litery „U” z fig. 2, widziany w kierunku strzałki 7 z fig. 2 z usuniętą dla przejrzystości osłoną, fig. 7 przedstawia widok perspektywiczny z przodu drugiego przykładu wykonania zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką o kształcie litery „U” według niniejszego wynalazku, fig. 8 przedstawia widok z boku w przekroju poprzecznym z fig. 7, wzdłuż linii 10-10 z fig. 7, fig. 9 przedstawia widok z góry w przekroju poprzecznym z fig. 7, wzdłuż linii 11-11 z fig. 8, fig. 10 przedstawia widok z góry matrycy przesuniętych, zderzeniowych separatorów cząstek stałych według trzeciego przykładu wykonania zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką o kształcie litery „U” według niniejszego wynalazku, fig. 11 przedstawia widok z góry matrycy przesuniętych zderzeniowych separatorów cząstek stałych według czwartego przykładu wykonania zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką o kształcie litery „U” według niniejszego wynalazku, fig. 12, 13 i 14 przedstawiają widoki z góry w przekroju poprzecznym odmian (przykłady wykonania piąty, szósty i siódmy) zderzeniowego separatora cząstek stałych z pojedynczą belką o kształcie litery „U” według niniejszego wynalazku, fig. 15 i 16 przedstawiają widoki z góry w przekroju poprzecznym ósmego przykładu wykonania zderzeniowego separatora cząstek stałych z pojedynczą belką o kształcie litery „U” według niniejszego wynalazku, fig. 17 przedstawia widok z boku dziewiątego przykładu wykonania zderzeniowego separatora cząstek stałych z pojedynczą belką o kształcie litery „U” według niniejszego wynalazku oraz fig. 18 przedstawia widok z góry w przekroju poprzecznym fig. 17, wzdłuż linii 20-20 z fig. 17.

Używany w niniejszym opisie termin kocioł CFB stosowany będzie na określenie reaktorów lub zespołów komory spalania z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym (CFB), w których następuje proces spalania. Pomimo tego, iż niniejszy wynalazek odnosi się w szczególności do kotłów lub generatorów pary wodnej, które wykorzystują komory spalania CFB w charakterze środków służących do wytwarzania ciepła, należy rozumieć, że niniejszy wynalazek może być z łatwością wykorzystany w reaktorach CFB innego rodzaju. Przykładowo, wynalazek ten mógłby zostać zastosowany w reaktorze, który wykorzystywany jest do prowadzenia reakcji chemicznych innych niż proces spalania lub też, do którego doprowadzana jest celem dalszej obróbki mieszanina gazów/cząstek stałych, pochodząca z procesu spalania następującego gdzie indziej lub też reaktor ten stanowi tylko obudowę, w której cząstki lub ciała stałe unoszone są w gazie, który niekoniecznie stanowi produkt uboczny procesu spalania. Podobnie, określenie „o kształcie litery „U” lub typu U oznacza szeroko każdy rodzaj wklęsłych elementów

PL 198 099 B1 zderzeniowych lub zderzeniowych separatorów cząstek stałych stosowanych do zbierania i usuwania cząstek stałych z obciążonych cząstkami stałymi gazów spalinowych. W szczególności, zderzeniowe separatory cząstek stałych są nieplanarne, mogą mieć one kształt litery „U”, kształt litery „V”, kształt litery „E”, kształt litery „W” lub dowolny kształt dopóty, dopóki posiadają one wklęsłą lub wydrążoną powierzchnię wystawioną na napływający strumień gazów spalinowych i unoszonych cząstek stałych, co umożliwi tym elementom zbieranie i usuwanie cząstek stałych ze strumienia gazu.

Na rysunku podobne oznaczenia numerowe użyte są do określenia tych samych lub podobnych pod względem funkcjonalnym elementów.

Odwołując się do fig. 1 - 6, a na fig. 1 w szczególności, przedstawiono pierwszy przykład wykonania zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką typu U według niniejszego wynalazku. Każda belka typu U 100 składa się z pewnej liczby elementów wiszących 110, korzystnie o przekroju poprzecznym w kształcie litery „U”, które zawieszone są na chłodzonej płynem rurze nośnej 120, która może być chłodzona wodą, parą wodną, ich mieszaniną lub innym odpowiednim ośrodkiem chłodzącym. Rury chłodzące 120, a zatem belka typu U 100, które tworzą część, ułożone są pionowo, tak jak znane i belki typu U 20 zilustrowane na pos. I i mogą być zawieszone na stropie 26 pieca 10. Na każdej chłodzonej płynem rurze nośnej 120 znajdują się żeberka 130, które umożliwiają zawieszenie na nich elementów wiszących 110, korzystnie przy zastosowaniu haków 170 (pokazanych na fig. 2, 3, 4, i 6). Rury chłodzące 120, które dźwigają elementy wiszące 110, tworzące pojedynczą belkę typu U 100, znajdują się wewnątrz części zbierającej belki typu U 100. Rury chłodzące czy też nośne 120 mogą mieć średnicę zewnętrzną wynoszącą 5,08 cm, ale zastosowane mogą być oczywiście inne wartości średnicy rur. Dodatkowo, w celu powstrzymania erozji rur chłodzących czy też nośnych 120, na przednich częściach rur 120 znajdują się elementy ochronne 140, korzystnie w postaci kanału o kształcie litery „C” lub tym podobnej, jak zostało to pokazane, tak aby napływający strumień gazów spalinowych i cząstek stałych nie uderzał bezpośrednio w rury nośne 120. Ponieważ w tym przykładzie wykonania chłodzona płynem rura nośna 120 i odpowiedni element ochronny 140 zajmują część wnętrza elementów wiszących 110, tworzących belkę typu U 100, głębokość pojedynczych elementów wiszących 110 może zostać zwiększona, tak aby nie pogorszyć skuteczności zbierania. Każdy z elementów ochronnych 140 posiada przynajmniej jedną parę uch 150 utworzonych symetrycznie po bokach, które blokują haki 170 wewnątrz wycięć w żeberkach 130, zapobiegając tym samym przypadkowemu odłączeniu się elementów 110 od odpowiedniej, chłodzonej płynem rury nośnej 120. Sworznie 160 zabezpieczają położenie elementów ochronnych 140 względem chłodzonej płynem rury nośnej 120.

Jak pokazano na fig. 1, 3 i 4, dolne końce każdego z elementów wiszących 110 są zwężone, tak aby umożliwić złączenie się elementów wiszących 110, które ułożone są w stosie jeden na drugim na długości rur chłodzących czy też nośnych 120, w celu ich nałożenia na siebie i uniemożliwienia przejścia gazów i cząstek stałych przez belkę typu U 100. Ewentualnie, elementy wiszące 110 mogą być proste, bez zwężenia dolnych części, a końce każdego elementu wiszącego 110 zaopatrzone mogą być w połączenia nachodzące na siebie lub posiadające rowek typu V lub tym podobne (nie pokazane).

Na fig. 7-9 przedstawiono drugi przykład wykonania elementów zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką typu U, oznaczonego ogólnie symbolem 200, który stanowi odmianę pierwszego przykładu wykonania, zilustrowanego na fig. 1-6. Podstawowa różnica pomiędzy elementami separatora 200 a elementami separatora 100 polega na tym, że chłodzona płynem rura nośna 120 znajduje się na zewnątrz części zbierającej elementu separatora 200 i położona jest raczej w tylnej jego części niż wewnątrz części zbierającej.

Jak zostało to pokazane, belka typu U 200 ponownie składa się z pewnej liczby pojedynczych elementów wiszących 210, z których każdy posiada lewą ścianę 202, prawą ścianę 204 oraz tylną ścianę 206. Tylna ściana 206 zaopatrzona jest w zakrzywioną część 208 dopasowaną do zewnętrznej średnicy chłodzonej płynem rury nośnej 120. Każdy element wiszący 210 posiada szerokość W, głębokość D i wysokość H. W różnych miejscach wzdłuż wysokości belki typu U 200 (a także wzdłuż wysokości belki typu U 100) znajdują się korzystnie taśmy lub przegrody 212, które służą do utrzymania kształtu i ułożenia belki typu U 200 i które mogą także służyć (w przypadku struktury płytowej) do przekierowywania opadających cząstek stałych z powrotem do belki typu U 200. Przeciwległe względem średnicy ucha 230 przyspawane są do chłodzonej płynem rury nośnej 120 a opierają się na nich haki 270 elementów wiszących 210. Jeśli jest to pożądane, występować może osłona 214, która przymocowana może być do tylnej części belki typu U 200 w celu ochrony chłodzonej płynem rury nośnej 120 oraz uch nośnych 230 i haków 270 przed erozją. Ewentualnie, rura chłodząca 120 może

PL 198 099 B1 być zaopatrzona w środki odporne na erozję, zawierające przynajmniej jeden spośród następujących: pewną liczbę sworzni przyspawanych do rury nośnej i pokrytych powłoką ogniotrwałą, płytki ceramiczne, metalowe lub ceramiczne powłoki natryskowe, metalowe lub ceramiczne odlewy, a także warstwę naspawaną.

Na fig. 10 przedstawiono widok z góry matrycy przesuniętych zderzeniowych separatorów cząstek stałych, wykorzystujących trzeci przykład wykonania zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką typu U według niniejszego wynalazku, oznaczonego ogólnie symbolem 300. Każda belka typu U 300 składa się z pierwszej części 302 o kształcie litery „V” oraz drugiej części 304 o kształcie litery „V”, która połączona jest z pierwszą częścią o kształcie litery „V” 302. Otaczają one razem chłodzoną płynem rurę nośną 120 w celu jej ochrony przed erozją, tworząc jednocześnie obszar zbierania, który otwiera się w kierunku napływającego strumienia gazów spalinowych i cząstek stałych podczas pracy złoża CFB.

W przedstawionym przypadku pierwsza część o kształcie litery „V” 302 otwiera się podczas pracy złoża CFB w kierunku napływającego strumienia gazów spalinowych i cząstek stałych.

Na chłodzonej płynem rurze nośnej 120 znajdują się oddzielające ucha 330 służące przymocowaniu do niej belki typu U 300 przy jednoczesnym zachowaniu wymaganego odstępu między elementami wiszącymi, tworzącymi belkę typu U 300 a chłodzoną płynem rurą nośną 120. Może to zostać wykorzystane do kontroli temperatury. Pewna liczba takich elementów wiszących, z których każdy posiada kształt jak pokazano może być obecna na długości chłodzonej płynem rury nośnej 120, w celu utworzenia zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką typu U 300.

Na fig. 11 przedstawiono widok z góry matrycy przesuniętych zderzeniowych separatorów cząstek stałych według czwartego przykładu wykonania zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką typu U, oznaczonego ogólnie symbolem 400. Ponownie, obecne są części pierwsza i druga o kształcie litery „V”, odpowiednio 402 i 404, wokół chłodzonej płynem rury nośnej 120, połączone ze sobą jak poprzednio korzystnie poprzez spawanie. Belka typu U 400, jak również belka typu U 300, może być wykonana w postaci pojedynczego elementu posiadającego obydwie części o kształcie litery „V”, pierwszą i drugą. Tak jak w przypadku belki typu U 300 obecne są oddzielające ucha 430. Belka typu U 400 różni się od belki typu U 300 tym, że obecne są także elementy płytowe, prowadzący 406 i tylny 408, połączone z pierwszą i drugą częścią o kształcie litery „V”, które służą do ograniczenia strumienia gazów spalinowych i cząstek stałych do określonej ścieżki przepływu w celu zwiększenia skuteczności zbierania, w wyniku prowadzenia go poprzez matrycę separatorów lub belek typu U 400.

Na fig. 12, 13 i 14 przedstawiono widoki z góry w przekroju poprzecznym piątego, szóstego i siódmego przykładu wykonania pojedynczego zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką typu U, oznaczonych odpowiednio symbolami 500, 600 i 700. Różnice między wcześniejszymi belkami typu U 300 i 400 będą z łatwością zrozumiałe na podstawie wyżej wymienionych figur. Na fig. 12 ukazano elementy dziobowe 510 na końcach pierwszej części 502 o kształcie litery „V. Ucha nośne 530 dźwigają pierwszą i drugą część 502 i 504 o kształcie litery „V”, podobnie jak uprzednio. Obecne mogą być także elementy płytowe, prowadzący 506 i tylny 508 połączone z pierwszą i drugą częścią o kształcie litery „V”. Na fig. 13 zamiast pierwszej części o kształcie litery „V” występuje część 602 o kształcie litery „W”, połączona z częścią 604 o kształcie litery „V”, która współdziała w celu otoczenia chłodzonej płynem rury nośnej 120 jak uprzednio. Ucha nośne 630 dźwigają części o kształcie litery „W” 602 i o kształcie litery „V” 604, jak poprzednio. Ostatecznie, na fig. 14 widoczne jest, iż budowa i działanie belki typu U 700 są zasadniczo takie same jak belki typu U 600, z dodatkiem elementów dziobowych 710, jak pokazano na fig. 12. Na obydwu fig. 13 i 14, elementy płytowe prowadzący i tylny (odpowiednio 606, 608 i 706, 708), przyłączone do części o kształcie litery „W” i o kształcie litery „V”, mogą być ponownie wykorzystane, o ile jest to pożądane. Na wszystkich fig. 12-14 zastosowanych może być wiele segmentów posiadających zilustrowaną budowę i zawieszonych na pionowej długości chłodzonych płynem rur nośnych 120 w celu utworzenia odpowiednich zderzeniowych separatorów cząstek stałych z belką typu U.

Na fig. 15 i 16 przedstawiono widok z góry w przekroju poprzecznym ósmego przykładu wykonania pojedynczego zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką typu U według niniejszego wynalazku. Na fig. 15 każdy z wielu pojedynczych elementów wiszących tworzących belkę typu U, oznaczonych ogólnie symbolem 800, zawieszony jest z membrany lub płyty 802, w przedniej jej części, włączonej między parę chłodzonych płynem rur nośnych 120, położonych w tylnej części elementu wiszącego 800. Do przymocowania każdego elementu 800 zastosowana może być śruba 804 i nakrętka 806. Po złożeniu, przednia część w obszarze 808 wypełniona będzie spawem otworowym

PL 198 099 B1 lub antykorozyjnym środkiem żaroodpornym. W celu pomieszczenia pary chłodzonych płynem rur nośnych 120, tylna część każdego pojedynczego elementu wiszącego 800 zaopatrzona jest w zakrzywioną część 810 dopasowaną do zewnętrznej średnicy chłodzonej płynem rury nośnej 120. Ewentualnie, jak zilustrowano na fig. 16, pojedyncza chłodzona płynem rura nośna 120 może dźwigać pojedyncze elementy wiszące tworzące belkę typu U 850. Wystarczające byłyby nagwintowany sworzeń 852 przyspawany do korony chłodzonej płynem rury nośnej 120 oraz nakrętka 854. Ponownie, przednia część w obszarze 856 będzie wypełniona w celu zapobieżenia erozji tych zamocowań. Zakrzywiona część 857 na tylnej części elementu wiszącego 850 z belką typu U ponownie mieści chłodzoną płynem rurę nośną 120, podczas gdy stopy 858 spoczywają na żeberkach lub płycie 860 w celu utrzymania elementu wiszącego 850 z belką typu U w stabilności i właściwym ułożeniu względem napływającego strumienia gazów spalinowych i cząstek stałych. Albo element 800, albo element 850 stanowi korzystnie odlew ceramiczny, o wysokości około 15,24 - 22,86 cm, a także jest elementem zachodzącym lub pionowo rowkowanym rowkiem typu V, w celu zapobieżenia wyciekowi cząstek przez belki typu U.

Ostatecznie, na fig. 17 i 18 zilustrowano dziewiąty przykład wykonania pojedynczego zderzeniowego separatora cząstek stałych z belką typu U, oznaczonego ogólnie symbolem 900. W przykładzie tym elementy wiszące belki typu U posiadają przekrój poprzeczny o kształcie litery „H”, a także posiadają część prowadzącą 902. Obserwacje charakteru erozji innych konwencjonalnych konstrukcji belki typu U wskazują, iż cząstki stałe może faktycznie zbierać część tylną, więc obecna jest także część tylna 904. Głębokość D części prowadzącej 902 jest jednakże generalnie większa niż części tylnej 904.

Chłodzone płynem rury nośne 120 są korzystnie zaopatrzone w żeberka lub membranę 906 wystarczające do unoszenia i wyrównania elementów belek typu U 900 o kształcie litery „H”. Ponownie, cała belka typu U 900 składa się z pewnej liczby, złożonych w stos na długości rur nośnych 120, pojedynczych elementów wiszących. Jak przedstawiono na fig. 17, skrajne końce części prowadzącej i tylnej, 902 i 904, są nacięte ukośnie, jak pokazano w obszarach 908, w celu pozwolenia na rozszerzenie cieplne.

Chłodzone płynem rury nośne 120 stosowane w każdym z wymienionych wyżej przykładów wykonania stanowią chłodzone podłoże, jak również zapewniają wyrównanie i chłodzenie pewnej liczby elementów wiszących, tworzących pojedynczy zderzeniowy separator cząstek stałych z belką typu U.

Każdy element wiszący w różnych przykładach wykonania może być zbudowany ze stopu metali, ceramiki lub innych materiałów odznaczających się wysoką odpornością na temperaturę. Mogą one składać się z pojedynczego elementu lub z wielu oddzielnych elementów i mogą stanowić odlewy lub elementy wytłaczane, w zależności od przesłanek funkcjonalnych lub ekonomicznych.

Pomimo tego, iż przedstawiono i opisano szczegółowo specyficzne przykłady wykonania wynalazku w celu zilustrowania wykorzystania jego idei, znawcy tej dziedziny techniki zauważą, iż możliwe jest dokonanie zmian postaci wynalazku objętych następującymi zastrzeżeniami, bez odejścia od tych idei. Przykładowo, niniejszy wynalazek może być zastosowany do nowej konstrukcji wykorzystującej reaktory lub piece z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym lub też do wymiany, naprawy lub modyfikacji istniejących reaktorów lub pieców z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym. W niektórych przykładach wykonania tego wynalazku wykorzystywane mogą być czasami pewne cechy wynalazku, bez wykorzystania pozostałych właściwości. Zgodnie z tym, wszystkie takie zmiany i przykłady wykonania leżą w zakresie następujących zastrzeżeń.

Claims (17)

1. do wydzielania cząstekstałych ze strumienia spallnowych w kotle z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym (CFB), zawierające pionowe, zderzeniowe separatory cząstek stałych, znajdujące się wewnątrz złoża CFB, usytuowane sąsiadująco i poziomo rozstawione jeden obok drugiego, w przesuniętych rzędach, znamienne tym, że każdy zderzeniowy separator (20) cząstek stałych posiada przynajmniej jedną pionową, chłodzoną płynem rurę nośną (120) do prowadzenia przez nią ośrodka chłodzącego oraz elementy wiszące (110, 210), które zawieszone są na rurze nośnej (120) i które współdziałają ze sobą na sąsiadujących końcach, dla utworzenia kanału zbierającego, który jest otwarty w kierunku strumienia gazów spalinowych na długości rury nośnej (120).

2. Urządzenie według z^^sil^. 1, zi^^imi^nr^^ tym, że każda rura nośna (120) posiada żebeeka (130), a elementy wiszące (110) mają kształt litery „U” i posiadają ściany boczne oraz ścianę tylną i utrzymywane

PL 198 099 B1 są przez przymocowane do nich haki (170), które łączą się z żeberkami (130) z tylnej strony rury nośnej (120), a każda rura nośna (120) znajduje się w części o kształcie litery „U” elementów wiszących (110), a kanał o kształcie litery „C”, posiada elementy blokujące, które łączą się z żeberkami (130) od tylnej strony rury nośnej (120), kanał o kształcie litery „C” pokrywa rurę nośną (120) dla zapobieżenia jej erozji, powodowanej przez cząstki stałe zebrane przez zderzeniowy separator cząstek stałych podczas pracy kotła CFB.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że elementy wiszące (110) z\^^^£^j£ą się, a sąsiadujące końce elementów wiszących (110) zachodzą na siebie nawzajem.

4. Urządzenie w^c^łług zs^^Srr^. 1, znamienne tym, że sąsiadujące końce elementów wi^^£^c^\^(3łh (110) stykają się i zachodzą na siebie na złączu lub w postaci złącza z rowkiem typu V.

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że elementy wiszące (110) wykonane są z metalu lub ceramiki.

6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że etóm^n^t/ wiszące (110) zaopatrzone są w taśmy utrzymujące ich kształt i ułożenie.

7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wiszące (210) zaopattzone są w przegrody (212) do utrzymania ich kształtu i ułożenia oraz do przekierowywania opadających cząstek stałych z powrotem do kanału zbierającego.

8. Urządzenie według zas^z. 1, znamienne tym, że każda nośna (1200 zaopatrzona jess w co najmniej sworznie przyspawane do rury nośnej (120) i pokryte powłoką ogniotrwałą, płytki ceramiczne, metalową lub ceramiczną powłokę natryskową, metalowe lub ceramiczne odlewy, warstwę naspawaną, a także osłony (214).

9. według zas^z. 1, znamienne tym, że każda rura nośna (1200 posiada żeberka, a elementy wiszące (210) mają kształt litery „U” i zawieszone są na hakach (270), które łączą się z żeberkami z przedniej strony rury nośnej (120), przy czym elementy wiszące (210) współpracują ze sobą na swych sąsiadujących końcach w celu utworzenia kanału zbierającego, który otwarty jest w kierunku strumienia gazów spalinowych wzdłuż długości rury nośnej (120), a kanał zbierający posiada ściany boczne (202, 204) i ścianę tylną (206), zaś ściana tylna (206) posiada zakrzywioną część (208) dopasowaną do zewnętrznej średnicy rury nośnej (120), przy czym rura nośna (120) położona jest na zewnątrz części o kształcie litery „U” elementów wiszących (210).

10. według zasirz. 1, znamienne tym. że każdy elemeni wiszący posiada pierwszą część (302) o kształcie litery „V” oraz połączoną z nią drugą część (304) o kształcie litery „V”, które razem otaczają rurę nośną (120) i współpracują ze sobą przy sąsiadujących końcach elementów wiszących dla utworzenia kanału zbierającego, który otwarty jest w kierunku napływającego strumienia gazów spalinowych wzdłuż długości rury nośnej (120).

11. Urządzenie według zasirz. 1, znamienne tym, że każdy elemeri wiszący posiada (602) o kształcie litery „W” oraz połączoną z nią część (604) o kształcie litery „V”, które razem otaczają rurę nośną (120) i współpracują ze sobą przy sąsiadujących końcach elementów wiszących dla utworzenia kanału zbierającego, który otwarty jest w kierunku napływającego strumienia gazów spalinowych wzdłuż długości rury nośnej (120).

12. według zasłz. 10 albo 11, znamienne tym, że zawiera clemely płytowe, prowadzący (406, 506, 606, 706) i tylny (408, 508, 608, 708), połączone z pierwszą i drugą częścią, które ograniczają strumień gazów spalinowych i cząstek stałych do określonej ścieżki przepływu i zwiększają skuteczność zbierania w wyniku przepływu gazów spalinowych i cząstek stałych poprzez pionowe, zderzeniowe separatory cząstek stałych położone w złożu CFB.

13. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że zawiera elementy dziobowe (510) na końcach pierwszej części (502) o kształcie litery „V”.

14. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że zawiera elementy dziobowe (710) na końcach pierwszej części (702) o kształcie litery „W”.

15. według zasirz. j, znam ienne tt^m, że każdyzdeczeniowy sęparatorcząstók sstałych posiada parę pionowych, chłodzonych płynem rur nośnych (120), do prowadzenia przez nie ośrodka chłodzącego, a para rur nośnych (120) połączona jest wzajemnie poprzez membranę lub płytę (802), zaś każdy element wiszący posiada parę zakrzywionych części (810) do pomieszczenia jednej z dwóch rur nośnych (120).

16. według j, znam ienne tym, że każdyzdeczeniowy sępa ratorcząstók s stałych zawiera pojedynczą, pionową, chłodzoną płynem rurę nośną (120), do prowadzenia przez nią ośrodka chłodzącego, zaś rura nośna (120) posiada żeberka, a na tej pojedynczej rurze nośnej (120)

PL 198 099 B1 zawieszone są elementy wiszące (850), z których każdy posiada zakrzywioną część (857), przystosowaną do pomieszczenia pojedynczej rury nośnej, a także parę stóp (888), które spoczywają na żeberkach, do zawieszenia i wyrównania elementu wiszącego (850) względem strumienia gazów spalinowych.

17. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że każdyzderzeniowyseparator cząstek stałych zawiera pojedynczą, pionową, chłodzoną płynem rurę nośną (120), do prowadzenia przez nią ośrodka chłodzącego, która posiada żeberka, a elementy wiszące o kształcie litery „H” zawieszone są na tej pojedynczej rurze nośnej (120) i otaczają ją, zaś każdy element wiszący o kształcie litery „H” posiada część, w której mieści się i sprzęga pojedyncza rura nośna, oraz zamocowuje i wyrównuje elementy wiszące względem strumienia gazów spalinowych.