RU2139136C1

RU2139136C1 - Аппарат псевдоожиженного слоя (варианты), комбинация этого аппарата с камерой сгорания или газификатором и способ обработки твердого зернистого материала

Info

Publication number: RU2139136C1
Application number: RU97112936A
Authority: RU
Inventors: Хюппянен Тимо
Original assignee: Фостер Вилер Энергия Ой
Priority date: 1995-01-05
Filing date: 1996-01-04
Publication date: 1999-10-10
Also published as: CA2209316A1; US5522160A; AU4392496A; WO1996020781A1; PL180911B1; AU4392396A; DE69628280T2; JP3258668B2; DK0801592T3; WO1996020782A1; ES2200049T3; JPH10501177A; CA2209316C; EP0801592B1; DE69628280D1; PL321210A1; CN1082829C; EP0801592A1; ATE240777T1; CN1175912A

Abstract

Изобретение относится к химическому оборудованию. Аппарат псевдоожиженного слоя, к примеру охладитель огарка, содержит первую и вторую камеры с псевдоожиженным слоем, причем каждая камера имеет донную часть и боковые стенки. Ожижающий газ вводится в донные части с целью ожижения макрочастиц внутри камер. Выравниватель потока (к примеру барьер, имеющий ряд взаимосвязанных отверстий) разделяет камеры и обеспечивает по существу равномерный поток макрочастиц из первой камеры во вторую камеру, чтобы исключить образование мертвых пятен или углов в камерах, по соседству с выравнивателем потока. В типичном случае в барьере предусмотрены теплообменные элементы для циркуляции, теплообменной текучей среды в барьере. Кроме того, для охлаждения макрочастиц теплообменники предусмотрены в одной или в обеих камерах. Макрочастицы перемешиваются во второй камере и после охлаждения могут быть возвращены в газификатор/камеру сгорания с подачей огарка в первую камеру. Сортировочная камера введена между реактором и первой камерой. Ожижающий газ может быть возвращен из камер в реактор. Изобретение позволяет более эффективно перемешивать твердые частицы и полнее использовать пространство и материал. 4 с. и 24 з.п.ф-лы, 6 ил.

Description

Предпосылки создания и краткое описание изобретения
Настоящее изобретение относится к аппарату псевдоожиженного слоя с, по меньшей мере, первой и второй камерами с псевдоожиженным слоем, причем каждая камера имеет боковые стенки и донную часть со средством для ввода ожижающего газа в камеру. Настоящее изобретение также относится к охладителю псевдоожиженного слоя, имеющему стенки, определяющие внутреннюю часть камеры охладителя, и донную секцию со средством для ввода ожижающего газа в камеру охладителя. В таком охладителе мелкий твердый материал охлаждается в ожиженном состоянии.

Изобретение также относится к способу обработки твердого зернистого материала в аппарате псевдоожиженного слоя, таком, как охладитель, включающем, по меньшей мере, две камеры ожижения, с использованием выравнивателя потока, разделяющего камеры и извлекающего теплоту из твердых макрочастиц в псевдоожиженном слое.

В реакторах с псевдоожиженным слоем (таких, как циркуляционные камеры сгорания с псевдоожиженным слоем или газогенераторы, или даже таких, как циркуляционные газоохладители с псевдоожиженным слоем/теплообменники для твердых частиц) возникают ситуации, когда требуется пропустить твердый зернистый материал из одной камеры в другую, например при охлаждении циркулирующего материала до определенной степени в отдельном охладителе псевдоожиженного слоя. Например, когда имеют дело с огарком, то во время вывода огарка из процесса и передачи его к месту дополнительной обработки необходимо установить определенные пределы для температуры огарка, т.е. огарок должен быть охлажден перед его дополнительной обработкой. Такая технология обработки кроме того минимизирует потери теплоты из аппарата и повышает эффективность реактора за счет возврата теплоты.

В патенте США N 5218932 раскрыты реактор с псевдоожиженным слоем и способ его функционирования, в которых слой зернистого материала, включающий топливо, образован в зоне печи. Отпарной аппарат/охладитель примыкает к секции печи для приема зернистого материала из секции печи. Зернистый материал сначала передают в отпарную секцию, в которой через зернистый материал пропускают воздух со скоростью, достаточной для захвата относительно мелкозернистых частей зернистого материала. В отпарной секции расположено множество разнесенных отражательных перегородок для воздействия на захваченные макрочастицы с целью отделения их от воздуха. Зернистый материал из отпарной секции проходит в секцию охладителя, в которой через зернистый материал пропускают воздух со скоростью, достаточной для охлаждения зернистого материала и к тому же захвата относительно мелкозернистых частей зернистого материала. Второе множество разнесенных перегородок расположено в секции охладителя для воздействия на захваченные макрочастицы с целью отделения из от воздуха. С секцией охладителя соединена спускная труба для удаления зернистого материала из реактора. Секция охладителя разделена на несколько частей разделительными перегородками, причем перегородки имеют отверстия в противолежащих нижних углах для обеспечения возможности перемещения ожиженного зернистого материала в следующую часть. Такая конструкция характеризуется недостаточным перемещением зернистого материала в секции охладителя.

В статье "Solids flow pattern and heat transfer in an Industrial-scale fluidized bed heat exchanger", авторы: Werdermann Cord C., Werther Joachim, источник: Fluidized Bed Combustion, vol. 2, ASME 1993, pp. 985-990, раскрыт теплообменник псевдоожиженного слоя, соединенный с циркуляционным реактором с псевдоожиженным слоем. Предложенный теплообменник псевдоожиженного слоя образован несколькими камерами, разделенными сплошными разделительными перегородками. Перемещение твердых частиц в последующие камеры осуществляется перетеканием. Эта конструкция также характеризуется недостаточным перемешиванием твердых частиц.

В статье "Bed ash cooling and removal systems", авторы: Modrak Thomas M. , Henschel Kay J., Carmine Gagliardi R, Dicker John, источник: Fluidized Bed Combustion, vol. 2, ASME 1993, pp. 1325-1331, раскрыт охладитель остатка в псевдоожиженном слое, в котором камера разделена на секции разделительными перегородками, имеющими отверстия в нижних углах для прохождения твердых частиц в следующую секцию.

Установлено, что в таких конструкциях, как в описанных выше, перемешивание твердых частиц является недостаточным. Кроме того, в таких конструкциях существуют мертвые пространства или углы, которые препятствуют эффективному теплообмену в охладителе из-за недостаточного использования пространства и материала.

В соответствии с настоящим изобретением предусматриваются способ и аппарат для обработки твердого материала в аппарате псевдоожиженного слоя, в которых вышеописанные недостатки исключены путем обеспечения эффективного охлаждения твердых частиц, сообщающихся с реактором с псевдоожиженным слоем.

Применительно к указанному термин "составной поток твердых частиц" относится к перемещению ожиженного твердого материала, которое приближается к перемещению твердого материала с одинаковым профилем скорости потока в направлении перемещения.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предусмотрен аппарат псевдоожиженного слоя, который содержит первую и вторую камеру с псевдоожиженным слоем, причем каждая из камер имеет донную часть и боковые стенки. Предусмотрено средство (такое, как обычная решетка, дутьевая коробка или аналогичное средство) для ввода ожижающего газа в каждую из донных частей с целью ожижения макрочастиц в камере. Выравниватель потока разделяет первую и вторую камеру и обеспечивает, по существу, равномерное прохождение макрочастиц из первой камеры во вторую камеру, вследствие чего в камерах, примыкающих к выравнивателю потока, мертвые пятна или углы отсутствуют.

Предпочтительно, по меньшей мере, одна из первой и второй камер имеет в своем составе теплообменное средство, погруженное в псевдоожиженный слой в камере с псевдоожиженным слоем, и средство для выпуска газа из камеры с псевдоожиженным слоем. В зависимости от применения только одна из первой и второй камер либо обе камеры могут иметь в своем составе теплообменное средство. Теплообменными средствами могут быть, например, испарители, устройства с перегревом пара или устройства с промежуточным перегревом пара, а также теплообменники с предварительным подогревом питательной воды и теплообменники с предварительным подогревом воздуха.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения выравниватель потока твердого материала состоит из барьера, имеющего, по меньшей мере, два обособленных отверстия, разнесенных на предварительно определенное расстояние друг от друга, причем барьер имеет, предпочтительно, площадь проемов, которая меньше 30% открытой площади поперечного сечения камер с псевдоожиженным слоем у барьера. Неожиданно было обнаружено, что полезный результат достигается, если выравниватель потока твердого материала состоит из перегородки или аналогичного препятствия с, по меньшей мере, двумя обособленными отверстиями, разнесенными друг от друга на минимальное расстояние, равное 10-50% корня квадратного из суммарной площади перегородки, и если отверстия обеспечивают площадь проемов, которая меньше 30% открытой площади поперечного сечения камер с псевдоожиженным слоем. Оптимизация отверстий может быть осуществлена следующим образом. При количестве обособленных отверстий N (N - целое число больше 2) расстояния между отверстиями, предпочтительно, задают между 1/N и 1/2 корня квадратного из площади поверхности перегородки.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения выравниватель потока состоит из перегородки или аналогичного препятствия с, по существу, равномерно разнесенными отверстиями. Перегородка может быть перфорированной с, по существу, равномерно разнесенными отверстиями. Предпочтительно, отверстия выполняют такими, что их наибольший диаметр меньше 50 мм.

Кроме того замечено, что в некоторых ситуациях полезно, чтобы выравниватель потока твердого материала состоял из перегородки или аналогичного препятствия с пограничной зоной шириной 0,1 м на периферии и с отверстиями.

Выравниватель потока, предпочтительно, состоит из барьера на границе раздела между первой и второй камерами. Барьер имеет, по меньшей мере, два отверстия, к тому же взаимосвязанных, но, предпочтительно, множество, по существу, равномерно разнесенных отверстий, вследствие чего мертвые углы или пятна исключаются. Барьер может быть образован, по существу, непрерывной перегородкой (в общем случае плоской по конфигурации) со сквозными отверстиями, которые могут быть перфорациями, могут иметь квадратную или иную форму. Как вариант барьер может быть образован рядом препятствий, которые не зависят друг от друга (или, по меньшей мере, не зависят от некоторых других препятствий) и установлены так, что между ними имеются промежутки, причем эти промежутки образуют отверстия. В любом случае барьер может быть снабжен теплообменными элементами для охлаждения макрочастиц, проходящих через отверстия в барьере.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения аппарат псевдоожиженного слоя может использоваться как охладитель твердого материала, в котором камеры или области охлаждения отделены друг от друга так, что температура в камере может поддерживаться на определенном уровне, по существу, независимо от других камер. На практике это означает, что смежные псевдоожиженные слои ограничены в обмене частицами, по меньшей мере, в обратном направлении, т. е. в приграничной области зонных камер можно ожидать перемещения в одном направлении; но несмотря на это обратный поток некоторого объема почти неизбежен. В соответствии с настоящим изобретением избыточный обмен частицами предотвращается путем размещения выравнивателя твердых частиц (описанного выше) между камерами, причем выравниватель, предпочтительно, перекрывает более 50% площади поперечного сечения указанного охладителя псевдоожиженного слоя в пограничной зоне камер.

К изобретению также относится аппарат псевдоожиженного слоя, имеющий первую и вторую камеры с псевдоожиженным слоем, причем каждая камера имеет донную часть и боковые стенки, средство для ввода ожижающего газа в каждую из донных частей для ожижения макрочастиц в камерах. Аппарат кроме этого содержит барьер на границе раздела между первой и второй камерами, причем барьер имеет, по меньшей мере, два обособленных отверстия, разнесенных на определенное расстояние друг от друга. Минимальное расстояние разнесения составляет 10-50% корня квадратного из площади барьера, а отверстия обеспечивают площадь проемов, которая меньше 30% площади поперечного сечения на границе раздела между первой и второй камерами.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предусматривается способ обработки твердого зернистого материала в псевдоожиженном слое с использованием первой и второй камер ожижения и границы раздела между ними. Способ содержит следующие стадии: (a) ожижение твердого зернистого материала в первой камере, (b) ожижение твердого зернистого материала во второй камере, (c) пропускание твердого зернистого материала из первой камеры во вторую камеру, по меньшей мере, двумя параллельными обособленными потоками, чтобы, по существу, равномерно ввести твердый зернистый материал из первой камеры во вторую камеру и таким образом не иметь мертвых пятен или углов по соседству с границей раздела, и равномерное перемешивание обособленных параллельных потоков твердого зернистого материала во второй камере. Стадия (c) может осуществляться при помещении между первой и второй камерами барьера выравнивателя потока с, по меньшей мере, двумя равномерно разнесенными отверстиями. Желательно проводить дополнительную стадию охлаждения барьера, чтобы, в свою очередь, охлаждать твердый зернистый материал, проходящий через отверстия, обычным образом возвращая теплоту от твердого зернистого материала.

Главная задача настоящего изобретения заключается в обеспечении эффективного перемешивания зернистых материалов при охлаждении в камерах с псевдоожиженным слоем и равномерного потока зернистого материала из одной камеры в другую, чтобы таким образом избежать мертвых пятен или углов. Эта и другие задачи изобретения станут более ясными из анализа подробного описания чертежей и из приложенной формулы изобретения.

Краткое описание чертежей
Фигура 1 - схематический вид сбоку в поперечном сечении, показывающий циркуляционный реактор с псевдоожиженным слоем, снабженный многокамерным охладителем псевдоожиженного слоя согласно настоящему изобретению;
фигура 2 - детальный вид сбоку в поперечном сечении модифицированного охладителя из фигуры 1;
фигура 3 - вид спереди барьера между первой и второй камерами охладителя из фигуры 2 с вырезанной частью барьера для показа в нем теплообменного элемента;
фигура 4 - график температурных профилей, показывающий в сравнении температурные профили при осуществлении способа согласно настоящему изобретению и известные из уровня техники;
фигура 5 - схематическое изометрическое изображение еще одного аппарата псевдоожиженного слоя согласно настоящему изобретению; и
фигура 6 - вид, аналогичный показанному на фигуре 5, относящийся к модифицированной конструкции.

Подробное описание чертежей
На фигуре 1 показан циркуляционный реактор 10 с псевдоожиженным слоем, имеющий реакционную камеру 12 и сепаратор 14 твердого материала. Циркуляционный реактор 10 с псевдоожиженным слоем может быть также выполнен как реактор 10 высокого давления (т.е. находящийся при давлении выше атмосферного, предпочтительно при давлении 0,15 МПа или более высоком) с псевдоожиженным слоем, окруженный резервуаром высокого давления, который показан пунктирной линией 11 на фигуре 1.

Ожижиющий газ вводится с помощью средства 16 (например с помощью "дутьевой коробки") через нижнюю решетку 17 в реакционную камеру 12 с целью ожижения твердого зернистого материала (предпочтительно, включающего топливо, инертный материал и/или абсорбент) в камере 12 до такой степени, чтобы значительная часть твердого материала, увлеченного газом, протекала вверх и выходила из камеры 12 в сепаратор 14. В сепараторе 14 (например в центробежном сепараторе), который находится на выходе реактора 10, твердый материал отделяется от газов, а отдельные твердые частицы, по меньшей мере, частично возвращаются назад в камеру 12 через возвратный канал 18.

Когда реактор 10 работает, например как камера сгорания топлива, то образуются несгоревшие вещества, которые должны быть удалены из реакционной камеры 12. Обычно несгоревшие вещества имеют зерна такого большого размера, что они не могут быть ожижены, и должны быть удалены со дна камеры 12. В нижней части циркуляционного реактора 10 с псевдоожиженным слоем предусмотрен аппарат обработки псевдоожиженного слоя, и этот аппарат, предпочтительно, используется в качестве охладителя 20 для переработки несгоревших веществ. Охладитель 20, предпочтительно, имеет участок 22 общей стенки с реакционной камерой 12. Охладитель 20 псевдоожиженного слоя содержит теплообменные камеры 21, 23, 25 с псевдоожиженным слоем, имеющие теплообменные элементы 24, 26, 28 соответственно. Между теплообменными элементами 24, 26, 28 и камерами 21, 23, 25 предусмотрены выравниватели 30, 32 потока. Охладитель 20 псевдоожиженного слоя также снабжен средством 34 подачи газа для ввода ожижающего газа в каждую камеру 21, 23, 25 (например дутьевой коробкой с решеткой или другим известным устройством для ожижения).

Работа охладителя 20 псевдоожиженного слоя поясняется более подробно с присоединением фигуры 2, на которой показан еще пример осуществления обработки псевдоожиженного слоя охладителем 20, аналогичным показанному на фигуре 1. Охладитель 20 псевдоожиженного слоя согласно фигуре 2 содержит теплообменник псевдоожиженного слоя, имеющий теплообменные элементы 24, 26, 28 и выравниватели 30, 32 потока твердых частиц между теплообменными камерами 21, 23, 25. Охладитель 20 псевдоожиженного слоя также снабжен средствами 34 подачи газа для ввода ожижающего газа. Предпочтителен ввод газа с раздельными регулировками (т.е. с различной регулировкой для каждой камеры 21, 23, 25), обеспечиваемыми, например, разными, автоматически управляемыми регуляторами потока.

Твердый материал, к примеру нелетучий остаток, вводится в охладитель 20 псевдоожиженного слоя из камеры 12 циркуляционного реактора с псевдоожиженным слоем через сортировочную камеру 36, позволяющую твердым частицам только с заранее определенными размерами входить в первую камеру 21 охладителя 20 псевдоожиженного слоя. Таким путем минимизируется возможность засорения. Сортировочная камера 36 связана с первой камерой посредством множества отверстий 44 в секции 46 разделительной перегородки. Отверстия 44 предназначены для прохождения газов, вводимых с помощью нагнетателя 48 в охладитель 20 псевдоожиженного слоя, а также для прохождения особо мелких твердых частиц, увлекаемых газами.

Когда камеру 12 реактора с псевдоожиженным слоем используют в качестве камеры сгорания топлива или в качестве газификатора, температура твердых частиц, вводимых в сортировочную камеру 36, составляет примерно 800-1200^oC. В сортировочной камере 36 более крупные частицы, которые могут вызвать засорение в охладителе 20 псевдоожиженного слоя, выпускаются наружу через выпуск 56. Газ, подаваемый средством 48, можно выбрать соответствующим образом, чтобы кроме всего растворить любое вызывающее коррозию вещество. Твердые частицы подаются в первую камеру 21, в которой они ожижаются с помощью газа, поступающего от отдельно управляемого источника 34 газа. Твердые частицы эффективно перемешиваются в первой камере 21, и поэтому теплопередача с помощью теплообменников 24 также эффективна. Сжижающие газы, вводимые средствами 34, могут заполнять объем 50, предназначенный для газа. Через отверстия 52 в реакционной камере 12 мелкие частицы могут также переноситься в реакционную камеру 12 газами, введенными средствами 34.

В охладителе псевдоожиженного слоя согласно настоящему изобретению прохождение твердых частиц из первой камеры во вторую основано, главным образом, не на простом перетекании. Точнее, в промежутке между первой камерой 21 и второй камерой 23 охладителя 20 псевдоожиженного слоя расположен барьер 30, служащий выравнивателем потока твердых частиц. Выравниватель 30 потока твердых частиц, предпочтительно, содержит охлаждаемую, по существу, плоскую перегородку с, по существу, равномерно разнесенными отверстиями 54 (см. фигуры 2 и 3) в перегородке. Площадь проемов (обеспечиваемая отверстиями 54) должна быть достаточной, чтобы зернистый материал мог проходить в следующую камеру 23 с необходимой скоростью, однако площадь проемов должна быть довольно небольшой с целью образования составного потока твердых частиц в соответствии с идеей настоящего изобретения. В идеальном случае предпочтительно, чтобы обеспечивалась, по существу, одинаковая скорость потока твердых частиц, проходящих через отверстия 54. Таким образом исключаются мертвые углы или пятна. Площадь проемов в выравнивателе потока твердых частиц меньше 50%, предпочтительно меньше 30%, суммарной площади поперечного сечения границы раздела между камерами 21, 23. Кроме того предпочтительно, чтобы выравниватель 30 перекрывал более 50% площади поперечного сечения охладителя 20 на границе (границе раздела) камер 21, 23 (см. фигуру 2).

Предпочтительно создавать N отверстий 54, где N - целое число больше 2. Отверстия 54 разнесены на расстояние, которое составляет 1/N - 1/2 квадратного корня из площади поверхности барьера 30.

Охлаждение барьера 30 можно осуществить с помощью теплообменных труб 31, транспортирующих теплопередающую среду (например, воду, пар и т.д.) через барьер 30. Трубы 31, предпочтительно, подключены к системе парообразования реактора 12 с псевдоожиженным слоем. На фигурах 2 и 3 показаны горизонтальные трубы 31, но трубы могут быть ориентированы и вертикально, особенно при производстве пара с естественным циркуляционным испарением.

В соответствии с настоящим изобретением, поскольку прохождение твердого зернистого материала из первой камеры 21 во вторую камеру 23 осуществляется через выравниватель 30 потока в виде составного потока частиц, образованного, по меньшей мере, двумя параллельными потоками, температура первой камеры 21 при передаче теплоты от материала устанавливается на определенном значении. Теплообменник 24 можно выполнить, например, в виде панельного или трубчатого теплообменника для греющего пара или испаряющейся воды.

Температурой во второй камере 23 управляют с помощью теплообменников 26 таким образом, что она поддерживается более низкой, чем в камере 21. И опять, из-за составного потока твердых частиц температура второй камеры 23 устанавливается на значении, которое, по существу, одинаковое во всех областях слоя в камере 23 в стационарных условиях, когда теплота передается от твердых частиц к теплообменнику 26. На практике это означает, что первая и вторая камеры 21, 23 ожижения, теплообменные средства 24, 26 и средства 34 для ввода ожижающего газа образуют каскадный охладитель 20 псевдоожиженного слоя.

Второй барьер 32 разделяет вторую и третью камеры 23, 25 друг от друга. Барьер 32 может быть образован из нескольких отдельных препятствий 60 (несвязанных в значительной степени или полностью разных препятствий 60) с промежутками 58 между ними. В этом варианте осуществления изобретения отверстия 54 и промежутки 58 расположены в разных местах, чтобы гарантировать эффективное перемешивание, однако как вариант отверстия 54, 58 могут быть расположены в одинаковых местах в каждом из выравнивателей 30, 32 потока твердых частиц. Барьер 32 может быть не связан с боковыми стенками 40, 42 охлаждающих камер 23, 25, чтобы предусмотреть его возможное тепловое расширение. В этом случае барьер 32 не является охлаждаемой конструкцией.

В некоторых случаях первая камера 21 может выполняться без теплообменника 24, вследствие чего камеру 21 можно использовать в качестве зоны разбавления. Это особенно относится к случаю реагирования (сгорания) хлоросодержащего топлива, например произведенного из отходов или аналогично.

Твердые частицы из последней камеры 25 (третьей камеры на фигуре 2) выпускаются через отверстие 64 в днище камеры 25. Когда настоящее изобретение используют в качестве охладителя огарка, твердые частицы транспортируются для дополнительной обработки. Однако, в некоторых случаях твердые частицы из выпуска 64 можно даже возвратить в реактор 12. Скорость ожижения в охладителе 20 псевдоожиженного слоя поддерживается на таком уровне (например, 0,5-2 м/с), что, по меньшей мере, часть мелких частиц может переноситься с газом назад в реактор через отверстия 52.

Охладитель 20 псевдоожиженного слоя выполнен, предпочтительно, как охлаждаемая конструкция, имеющая торцевую и верхнюю стенки, снабженные охлаждающими трубами 62 (боковые стенки 40, 42, см. фигуру 3, также могут быть охлаждаемыми). Предпочтительно, чтобы контур потока охлаждающей среды был общим для реактора 12 и/или сепаратора 14, при котором трубы 62 находятся в рабочем соединении с соответствующими охлаждающими трубами реактора 12 и/или сепаратора 14. Поэтому охладитель 20 псевдоожиженного слоя, имея общую систему охлаждения, составляет одно целое с камерой сгорания/газификатором с псевдоожиженным слоем. Общая стенка 22 содержит охлаждающие трубы 65, причем эти трубы имеют колена 66 в местах расположения отверстий в стенке 22.

На фигуре 4 показан примерный график температуры, иллюстрирующий работу охладителя 20 псевдоожиженного слоя согласно настоящему изобретению. Этот эскизный чертеж отражает значения температур псевдоожиженных слоев в случае трех отдельных камер 21, 23, 25. Температура твердых частиц в первой камере 21 описывается линией 661. Температура слоя в первой камере 21 является, по существу, одинаковой, что достигается путем использования настоящего изобретения. Посредством выравнивателя 30 потока твердого материала, предусмотренного для разграничения первой и второй камер 21, 23, осуществляется необходимое сдерживание перемещения твердых частиц между камерами 21, 23, что позволяет создать разные температуры в смежных камерах 21, 23. Одновременно, из-за одинаковым образом разнесенных связующих отверстий 54, 58 в выравнивателях 30, 32 потока твердых частиц осуществляется эффективное перемешивание твердого материала в каждой из камер 21, 23.

Температура твердого материала в камерах 21, 23, 25 распределена так, что она снижается по направлению к последней камере 25. Расположенные в каждой камере теплообменники 24, 26, 28 соединены как противоточные теплообменники, а распределение температуры в теплообменниках соответствует линиям 683, 682 и 681 при нагреве рассматриваемой среды, например пара или воды. Поэтому в каждой камере 21, 23, 25 конечную температуру теплопередающей среды можно задавать с возможно более близким приближением к температуре слоя твердых частиц. Это можно видеть по более высокой конечной температуре 681 теплопередающей среды в первой камере 21.

Пунктирная линия 80 отражает среднюю температуру твердых частиц без аппарата согласно настоящему изобретению, а пунктирная линия 82 - конечную температуру теплопередающей среды. Как можно видеть, настоящее изобретение обеспечивает значительно более высокую температуру теплопередающей среды.

На фигуре 5 показан вариант осуществления настоящего изобретения для охлаждения твердого материала в циркуляционном реакторе с псевдоожиженным слоем. Охладитель 120 псевдоожиженного слоя установлен в боковой стенке 13 циркуляционного реактора 112 с псевдоожиженным слоем. В этом варианте осуществления камеры 121, 123 расположены на каждом участке стенки 13, общей с реакционной камерой 112, вследствие чего охладитель 120 псевдоожиженного слоя не выдается далеко из реактора 112, и экономится пространство вокруг него. В первой камере 121 предусмотрен впуск 90 для приема горячего твердого материала из камеры 112. Отверстие 90 может быть также соединено с возвратным каналом (здесь непоказанным). Охлажденные твердые частицы подаются обратно в камеру 112 из второй камеры 123 через выпуск 92. Слои в камерах 121, 123 удерживаются в ожиженном состоянии с помощью средств 94 для ввода ожижающего газа, а твердые частицы охлаждаются посредством теплообменников 96 в камерах 121, 123.

Выравниватель 98 потока твердых частиц предусмотрен для разделения объема охладителя 120 на камеры 121, 123. Выравниватель 98 снабжен вертикальными, по существу, равномерно разнесенными, щелевидными отверстиями 100 для обеспечения прохождения твердых частиц из первой камеры 121 во вторую камеру 123, посредством чего образуется двухкаскадный охладитель 120 твердого материала в псевдоожиженном слое.

На фигуре 6 показана конструкция, аналогичная показанной на фигуре 5, но в которой выравниватель потока имеет отверстия 90'. В том случае камера 121 непосредственно соединена с реактором, имеющим с ней общую стенку, посредством выравнивателя потока (а не с помощью отверстия, как на фигуре 5), вследствие чего работа камеры 121 будет более эффективной по сравнению с решением, показанным на фигуре 5.

Хотя изобретение было описано в соответствие со считающимся в настоящее время наиболее полезным и предпочтительным вариантом осуществления, должно быть понятно, что изобретение не ограничено раскрытым вариантом осуществления, а наоборот, предполагается перекрывающим различные модификации и эквивалентные конструкции, находящиеся в рамках сущности и объема приложенной формулы изобретения.

Claims

1. Аппарат псевдоожиженного слоя, содержащий первую камеру с псевдоожиженным слоем и вторую камеру с псевдоожиженным слоем, причем каждая из указанных камер имеет донную часть и боковые стенки, средство для ввода ожижающего газа в каждую из донных частей с целью ожижения макрочастиц в указанных камерах и выравниватель потока, разделяющий первую и вторую камеры, отличающийся тем, что выравниватель потока содержит перегородку со множеством равномерно разнесенных отверстий или состоит из множества препятствий с промежутками между препятствиями, образующими множество отверстий, при этом препятствия и промежутка по существу равномерно разнесены, а отверстия в перегородке или между препятствиями обеспечивают по существу равномерное прохождение макрочастиц из первой камеры во вторую камеру, вследствие чего в камерах, примыкающих к выравнивателю потока, мертвые пятна или углы отсутствуют.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что выравниватель потока содержит барьер, имеющий множество взаимосвязанных отверстий.

3. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что барьер содержит перегородку по существу с равномерно разнесенными сквозными отверстиями.

4. Аппарат по п. 2, отличающийся тем, что барьер содержит множество препятствий с промежутками между препятствиями, образующими указанные отверстия, причем препятствия и промежутки разнесены по существу равномерно.

5. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что отверстия равномерно разнесены как по вертикали, так и по горизонтали, обеспечивая по существу равномерную скорость потока частиц через каждое из отверстий.

6. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что барьер имеет теплообменные элементы с циркулирующей текучей средой, помещенные в него.

7. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из первой и второй камер включает теплообменное средство, погруженное в псевдоожиженный слой в указанной камере с псевдоожиженным слоем, и средство для выпуска газа из камеры с псевдоожиженным слоем.

8. Аппарат по п.7, отличающийся тем, что каждая из указанных первой и второй камер включает теплообменное средство, погруженное в псевдоожиженный слой в камере с псевдоожиженным слоем.

9. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что отверстия барьера обеспечивают площадь проемов, которая меньше 30% площади поперечного сечения аппарата псевдоожиженного слоя на границе раздела между первой и второй камерами.

10. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что выравниватель потока состоит из барьера с отверстиями, имеющими наибольший размер меньше 50 мм.

11. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что выравниватель потока состоит из барьера по меньшей мере с двумя обособленными отверстиями, разнесенными друг от друга на расстояние, которое как минимум составляет 10 - 50% корня квадратного из площади поверхности указанного барьера, причем отверстия в барьере обеспечивают площадь проемов, которая меньше 30% площади поперечного сечения аппарата псевдоожиженного слоя на барьере.

12. Аппарат по п.4, отличающийся тем, что барьер имеет N обособленных отверстий, где N - целое число больше 2, причем расстояние между отверстиями составляет 1/N - 1/2 корня квадратного из площади поверхности указанного барьера.

13. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит третью камеру с псевдоожиженным слоем, имеющую донную часть и боковые стенки, средство для ввода ожижающего газа в третью камеру независимо от первой и второй камер и второй выравниватель потока, разделяющий вторую и третью камеры и обеспечивающий по существу равномерное прохождение макрочастиц из второй камеры в третью камеру, вследствие чего в третьей камере, примыкающей к второму выравнивателю потока, мертвые пятна или углы отсутствуют.

14. Комбинация аппарата по п.1 с камерой сгорания с псевдоожиженным слоем или газификатором, содержащая первую камеру, соединенную с нижней частью камеры сгорания с псевдоожиженным слоем или газификатора с целью приема огарка из указанной камеры сгорания или газификатора, с теплообменниками в указанных камерах для охлаждения огарка и с сортировочной камерой для отделения частиц сверх предварительно заданного размера от огарка до его ввода в указанную первую камеру.

15. Комбинация по п.14, отличающаяся тем, что теплообменники аппарата псевдоожиженного слоя соединены как неотъемлемая часть с общей системой охлаждения совместно с камерой сгорания с псевдоожиженным слоем/газификатором.

16. Аппарат псевдоожиженного слоя, содержащий первую камеру с псевдоожиженным слоем, вторую камеру с псевдоожиженным слоем, причем каждая из камер имеет донную часть и боковые стенки, средства для ввода ожижающего газа в каждую из донных частей для ожижения макрочастиц в камерах и барьер, расположенный на границе раздела между первой и второй камерами и имеющий обособленные отверстия, отличающийся тем, что отверстий выполнено в барьере N, где N - целое число больше 2, причем между отверстиями предусмотрено расстояние, которое составляет от 1/N - N/2 до 1/N - 1/2 корня квадратного из площади поверхности указанного барьера, а отверстия обеспечивают меньше 30% открытой поверхности на границе раздела между указанными первой и второй камерами.

17. Аппарат по п. 16, отличающийся тем, что барьер содержит множество препятствий с промежутками между препятствиями, образующими отверстия, причем препятствия и промежутки разнесены по существу равномерно.

18. Аппарат по п.16, отличающийся тем, что барьер имеет теплообменные элементы с циркулирующей текучей средой, помещенные в него.

19. Способ обработки твердого зернистого материала в псевдоожиженном слое с использованием первой камеры ожижения, второй камеры ожижения и границы раздела между ними, содержащий стадии: (a) ожижение твердого зернистого материала в первой камере, (b) ожижения твердого зернистого материала во второй камере, (c) пропускания твердого зернистого материала из первой камеры во вторую камеру во множестве по существу равномерно разнесенных параллельных обособленных потоков, чтобы по существу равномерно ввести твердый зернистый материал из первой камеры во вторую камеру и таким образом не иметь мертвых пятен или углов по соседству с границей раздела, и (d) равномерного перемешивания обособленных параллельных потоков твердого зернистого материала во второй камере.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что стадию (c) осуществляют путем создания барьера выравнивателя потока с множеством равномерно разнесенных отверстий между первой и второй камерами.

21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что он содержит дополнительную стадию охлаждения барьера, чтобы, в свою очередь, охлаждать твердый зернистый материал, проходящий через отверстия.

22. Способ по п. 19, отличающийся тем, что он содержит дополнительную стадию возврата теплоты от твердого зернистого материала во время его прохождения через отверстия барьера или когда он находится против барьера.

23. Способ по п. 19, отличающийся тем, что он содержит дополнительную стадию принудительного охлаждения ожиженного твердого зернистого материала в каждой из первой и второй камер.

24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что он содержит дополнительную стадию пропускания огарка из смежной нижней части камеры сгорания с псевдоожиженным слоем/газификатора в первую камеру ожижения.

25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что он содержит дополнительно стадию удаления из огарка частиц с размерами, превышающими заранее заданный, до пропускания огарка из камеры сгорания/газификатора в первую камеру ожижения.

26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что он содержит дополнительную стадию охлаждения твердого зернистого материала в первой и второй камерах.

27. Способ по п. 26, отличающийся тем, что он содержит дополнительную стадию выпуска твердого зернистого материала из второй камеры и повторного ввода в камеру сгорания/газификатора.

28. Способ по п.20, отличающийся тем, что стадию (c) дополнительно выполняют путем пропускания твердого зернистого материала во вторую камеру через барьер, создающий N обособленных потоков на расстоянии друг от друга, которое находится между 1/N и 1/2 корня квадратного из площади поверхности барьера, с суммарной площадью поперечного сечения потоков меньше 30% площади поверхности барьера.