SK116095A3

SK116095A3 - Fluidized bed reactor with particle return

Info

Publication number: SK116095A3
Application number: SK1160-95A
Authority: SK
Inventors: Kiplin C Alexander; Felix Belin; David E James; David J Walker
Original assignee: Babcock & Wilcox Co
Priority date: 1993-03-25
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1998-08-05
Also published as: CN1119888A; UA39123C2; CN1041232C; TW218908B; DE69425430T2; WO1994021962A1; HU219519B; HU9502791D0; EP0689654B1; CZ239495A3; HUT74197A; BG100024A; RO116745B1; EP0689654A4; US5343830A; CA2119690C; RU2126934C1; EP0689654A1; SK282785B6; CA2119690A1

Description

Cirkulačný reaktor s fluidným lôžkom opatrený vnú-- — . torným primárnym odlučovačom častíc s recykláciou

Oblasť techniky i

Tento vynález sa týka cirkulačných reaktorov s fluidným lôžkom (CFC) alebo spaľovacích zariadení, majúcich odlučovače častíc nárazového druhu a konkrétnejšie CFB reaktora alebo spaľovacieho zariadenia opatreného vnútorným primárnym odlučovačom častíc nárazového druhu, umožňujúcim interný spätný transport všetkých primárne oddelených častíc do spodnej časti reaktora alebo spaľovacieho zariadenia pre nasledujúcu recirkuláciu bez použitia vonkajšieho alebo vnútorného recyklačného vedenia.

Doterajší stav techniky

Použitie odlučovačov častíc nárazového druhu na odstraňovanie pevných zložiek strhávaných tokom plynu je dobre známe. Typické príklady takýchto odlučovačov častíc sú uvedené v US 8083764, Weisberger, US 8163600, How, US 3759014, Van Dyken, II a spol., US 4853425, Gambie a spol., a US 4717404, Fóre. ,

Odlučovače častíc pre CFB reaktory alebo spaľovacie zariadenia môžu byť kategorizované bud ako vonkajšie alebo vnútorné. Vonkajšie druhy odlučovačov častíc sú umiestnené mimo reaktor alebo vlastné spaľovacie zariadenie, vid napríklad US 4165717, Reh a spol., US 4538549, Stromberg, US 4640201 a 4679511, Holmes a spol., US 4672918, Engstrom a spol., a US

4683840, Morin. Vnútorné steny odlučovačov častíc sú umiestnené v samotnom reaktore alebo vlastnom spaľovacom zariadení, vid napríklad US 4532871 a 4589352, Van Gasselt a spol., US 4699068, 4708092 a 4732113, Enhstrom a US 4730563, Thornbad.

Tieto v druhom prípade uvedené vnútorné druhy odlučovačov bud obsahujú prepážky umiestnené naprieč celým voľným priestorom, čo môže robiť problémy pri údržbe alebo problémy upchávania, alebo obsahujú vnútorné prepážky a žľabové usporiadanie, ktoré sa tesne blížia vonkajším druhom odlučovačov častíc.

Na obrázkoch 1 až 4 sú schematicky znázornené známe GFB kotlové systémy užívané pri výrobe pary na priemyselné využitie a/alebo výrobu elektrickej energie. Palivo a sorbent sú dodávané do spodnej časti kúreniska Z umiestneného v priestore medzi obvodovými stenami kúreniska Z obvykle opatrenými potrubím a chladiacou kvapalinou. Vzduch ^na spaľovanie a fluidizáciu je zaisťovaný cez vetrovú skriňu ^á^a vstupuje do kúreniska /ť otvormi v distribučnej doske 5 a strhnuté častlce/pevé látky ^S^prúdia smerom hore kúreniskom uvoľňovania tepla obvodovým stenám

Pri väčšine navrhnutých zariadení je do kúreniska yť pridávaný prídavný vzduch pomocou horných prídavných kanálov

Je známych niekoľko druhov uskutočnení separácie častíc a ich vrátenie do kúreniska L· Na obrázku 1 je znázornený systém s vonkajším primárnym cyklónovým odlučovačom^, sľučkovým uzáverom X a prípadným sekundárnym zachytávačom diskutovaným dalej. Vytvorenia na obr. 2 až 4 obvykle zahrňujú dvojstupňovú separáciu častíc. Vytvorenie podľa obr. 2 obsahuje v prvom stupni vonkajší kolektor častíc nárazového druhu , zbernú násvpku^pť a L-ventil vytvorenia na obr.

až 4 využívajú nárazové separátory častíc alebo U-prvky umiestnené v kúrenisku a vonkajšie nárazové separátory častíc alebo U-prvky J* U-prvky umiestnené v kúrenisku sa vracajú po zbere častíc vonkajšie U-prvky častice do kúreniska cez zbernú L-ventil kde tento systém je ako systém recyklácie častíc X je dodávaný vzduch na riadenie alebo častíc L-ventilom IX.

priamo vracajú násypku dohromaPrívodom do kúreniskaZatiaľ čo zhromaždené častíc y( a dy označený vzduchu X pevných látok prietoku

Spaliny a pevné látky X prúdia do konvekčného priechodu X ktorý obsahuje konvekčnú ohrevnú plochu X Konvekčnou ohrevnou plochou jX môže byť podľa potreby odparovač, ekonomizér alebo prehrievač.

V systéme na obr. 1 odoberá dalšie teplo zo spalín a pevných látok^g ohrievač vzduchu X pevné látky, unikajúce z vonkajšieho primárneho cyklónového odlučovača ^X^môžu byt zhromažďované v sekundárnom kolektore elebo čističke s vrecovými filtrami po recykláci i alebo na likvidáciu podľa požiadaviek.

Systémy na obr. 2 až 4 typicky využívajú multiklonálny lapač prachu na recykláciu alebo likvidáciu podľa požiadaviek a rovnako využívajú ohrievač vzduchu a čistič s vrecovými filtrami na využitie tepla a zhromažďovanie popola.

Pri CBF reaktore sú reagujúce a nereagujúce pevné látky strhávané priestorom reaktora vzostupným tokom plynu, ktorý nesie pevné látky k výstupu v hornej časti reaktora, kde sú tieto pevné látky oddeľované vnútornými alebo vonkajšími odlučovačmi častíc. Zhromaždené častice sa vracajú na dno reaktora obvykle pomocou vnútorných alebo vonkajších kanálov. Ako súčasť vratného kanála je nutné použiť tlakotesniace zariadenie (obvykle sľučkový uzáver alebo L-ventil) vzhľadom na vysoké tlakové rozdiely medzi dnom reaktora a výstupom odlučovača častíc. Odlučovač na výstupe reaktora, nazývaný tiež ako primárny odlučovač, zhromažďuje väčšinu cirkulujúcich pevných látok (obvykle 95% až 99,5%). V mnohých prípadoch sa užíva další (sekundárny) odlučovač častíc so súvisiacimi recyklačnými prostriedkami na minimalizáciu úniku cirkulujúcich pevných látok, spôsobeného nízkou účinnosťou primárneho odlučovača .

US 4992085, Belin a spol., uvádza vnútorný separátor častíc nárazového typu znázornený na obr. 3-4 tejto prihlášky diskutovaný vyššie. Je zložený z mnohých konkávnych nárazových prvkov upnutých v stenách kúreniska a vertikálne sa rozširujúcich najmenej do dvoch radov cez výstupný otvor kúreniska, kde oddelené častice padajú voľnými a kanál netvoriacimi spodnými časťami zberných prvkov pozdĺž obvodovej steny. Tento odlučovač bol overený ako účinný pri zvýšení priemernej hustoty v CFB spaľovacej komore bez zvyšovania toku externe zhromaždených a recyklovaných častíc. Toto bolo dosiahnuté pri jednoduchom štruktúrnom usporiadaní odlučovača, bez upchávania odlučovača a pri stejnomernosti prietoku plynu na výstupe z kúreniska. Posledný uvedený efekt je dôležitý z hľadiska preven cie lokálnej erózie obvodových stien a ohrevných povrchov umiestnených v kúrenisku ako oporných stien pôsobené nárazom toku plyn - pevná látka s vysokou rýchlosťou .

V tomto známom vytvorení sa vnútorný odlučovač častíc nárazového typu zložený z dvoch radov nárazových prvkov obvykle používa v kombinácii s vonkajším odlučovačom v smere prúdu častíc nárazového typu, z ktorého zhromaždené pevné látky sú vracané vonkajším kanálom do kúreniska. Vonkajší odlučovač častíc nárazového typu a s ním spojené prostriedky na recykláciu, napr. zásobník zhromaždených častíc a L-ventil, je nutný, pretože účinnosť vnútorného odlučovača častíc nárazového typu, obsahujúceho obvykle dva rady nárazových prvkov, nie je dostatočná na zabránenie toho, aby nadmerné množstvo pevných látok prechádzalo s tokom plynu do konvekčného pásma, kde môže pôsobiť eróziu konvekčných plôch a zvýšenie požiadaviek na kapacitu sekundárnych prostriedkov na separáciu/recykláciu.

Je známe, že účinnosť odlučovača častíc nárazového druhu sa zvyšuje,ak sa zvýši počet radov nárazových prvkov z dvoch na 4 alebo 7. Jedno usporiadanie vnútorného odlučovača častíc nárazového typu je uvedené v US 4891052, Belina a spol.. Ničmenej účinnosť vnútorného odlučovača častíc nárazového druhu podľa US 4891052 nemôže byť zvýšená prostým zvýšením počtu radov, pretože

a) s prudko sa zvyšujúcou rýchlosťou toku plynu v smere do centra kúreniska sa zvyšuje opätovné strhávanie už oddelených pevných látok plynmi a

b) zvyšuje sa obtok plynov výstupnou plochou nárazových prvkov.

Je zrejmé, že CFB reaktor alebo spaľovacia komora by mohli byť vyrobené oveľa jednoduhšie a s menšími nákladmi za predpokladu úplnej primárnej separácie častíc a recyklácie, čím by došlo k eliminácii potreby vonkajších prostriedkov na recykláciu častíc.

Podstata vynálezu

Hlavným cieľom tohoto vynálezu je poskytnúť CFB reaktor alebo spaľovaciu komoru s vnútorným primárnym odlučovačom častíc umiestneným v plášti reaktora a vnútorný spätný tok všetkých primárne zhromaždených častíc do spodnej časti reaktora alebo spaľovacej komory na nasledujúcu recykláciu bez vonkajších a vnútorných recyklačných kanálov.

Podľa toho je jedným z aspektov tohoto vynálezu návrh cirkulačného reaktora s fluidným lôžkom. Je poskytnutý plášť reaktora, ktorý je čiastočne definovaný obvodovými stenami, má spodnú časť, hornú časť a výstupný otvor umiestnený na vývode hornej časti. Primárny odlučovač častíc nárazového typu je uchytený v hornej časti plášťa reaktora na zachytenie častíc unášaných plynom prúdiacim v priestore plášťa reaktora zo spodnej časti do hornej časti a pôsobiaci spád častíc smerom do spodnej čast i reaktora. Dutínové prostriedky , ktoré sú pripojené k primárnemu odlučovaču častíc nárazového typu, sú umiestnené celkom v plášti reaktora a slúžia na zachytenie oddelených častíc pri ich spáde z primárneho separátora častíc nárazového druhu. Nakoniec, prostriedky spätného toku pripojené k dutinovým prostriedkom, umiestnené celkom v plášti reak tora na spätný tok častíc z dutinových prostriedkov vo vnútrajšku a priamo v plášti reaktora, ktoré umožňujú, aby častice padali voľne, bez obmedzenia a bez kanálového vedenia smerom dole pozdĺž stien plášťa do spodnej časti reaktora pre nasledujúcu recyklácíu.

Touto konštrukciou sa dosiahne požadovaná hustota prúdiacej zmesi plyn/pevné látky v kúrenisku, čo vedie k vyšším rýchlostiam prenosu tepla v kúrenisku, zlepšeniu účinnosti konverzie uhlíka a zlepšenému využitiu sorbentu. Týchto efektov sa dosiahne za súčasnej eliminácie hlavného investičného nákladu, ktorý sa týkal primárneho recyklačného systému častíc (zásobník zhromaždených častíc, L-ventil a súvisiace kontrolne prvky). Významnej úspory je možné takto dosiahnúť pri použití konštrukčnej ocele a dalších prvkov, súvisiacich s GFB reaktorom rovnako ako v prevádzkovej ploche a objeme vyžadovaných pre CFB reaktor.

Rôzne rysy novosti, ktoré charakterizujú tento vynález, sú v podstate podrobne uvedené v pripojených patentových nárokoch, tvoriacich časť popisu tohoto vynálezu. Pre lepšie porozumenie tohoto vynálezu, prevádzkovým výhodám a špecifickým výhodám získaným využitím vynálezu, sú uvedené pripojené výkresy a popisy, znázorňujúce výhodné vytvorenia vynálezu.

Popis obrázkov na pripojených výkresoch

Na obr. 1 je schéma známeho cirkulačného fluidného (CFB) kotlového systému s vonkajším primárnym odlučovačom častíc cyklónového druhu opatreného sľučkovým uzáverom;

na obr. 8 je schéma známeho CFB kotlového systému s vonkajším primárnym nárazovým odlučovačom častíc, nemechanickým L-ventilom a sekundárnym (multiklonálnym) odlučovačom častíc;

na obr. 3 je schéma známeho CFB kotlového systému, majúceho ako vnútorný tak aj vonkajší primárny nárazový odlučovač častíc, nemechanický L-ventil a sekundárny (multiklonálny) odlučovač častíc;

na obr. 4 je schéma CFB kotlového systému podobného systému znázornenému na obr. 3;

na obr. 5 je schematický bočný rez CFB kotlom, majúci spaľovaciu komoru alebo plást reaktora podľa jedného vytvorenia podľa vynálezu;

na obr. 6, 7, 8 sú schematické bočné rezy hornej časti CFB reaktora podľa ďalších vytvorení podľa vynálezu;

na obr. 9 a 10 sú detailné schematické nákresy vytvorenia z obr. 8. Obrázok 10 je znázornený v smere A obrázku 9;

na obr. 11, 12 a 13 sú schematické nákresy ešte ďalších vytvorení podľa vynálezu. Obr. 12 predstavuje nákres v smere A obr. 11 a obr. 12 pôdorys obr. 11;

na obr. 14, 15 a 16 sú schematické nákresy ešte ďalších vytvorení podľa vynálezu. Obr. 15 predstavuje rez I-I obr. 14 a obr. 16 predstavuje pôdorys obr. 14;

na obr. 17 a 18 sú schematické nákresy ďalších výtvore ní vynálezu, Obr, 18 predstavuje nákres v smere A obr.

17;

obr. 19 a 20 sú schematické nákresy ešte ďalšieho vytvorenia vynálezu, smere A obr. 19 a

Obrázok 20 predstavuje nákres v obr. 21 a 22 sú schematické nákresy ešte ďalšieho vytvorenia vynálezu. Obr. 22 predstavuje nákres v smere A obr. 21.

Príklady vytvorenia vynálezu

V tu použitom zmysle sa výraz CFB spaľovacia komora týka CFB reaktora, v ktorom prebieha spaľovací proces. Aj keď predložený vynález je zameraný najmä na kotle alebo generátory, ktoré využívajú CFB spaľovacích komôr ako prostriedkov na výrobu tepla, je potrebné chápat, že predložený vynález je možné jednoducho použit pri rôznych druhov CFB reaktorov. Napríklad je možné vynález aplikovať pri reaktore, ktorý je používaný na chemické reakcie iné ako je spaľovací proces alebo v prípade zmesi plyn/pevné látky, pochádzajúce zo spaľovacieho procesu na inom mieste a dodávané do reaktora na ďalšie spracovanie alebo tak, kde reaktor poskytuje len kryt, v ktorom sú častice alebo pevné látky strhávané do plynu, ktorý nie je nutným vedľajším produktom spaľovacieho procesu.

Pokiaľ ide o výkresy obecne, predstavujú rovnaké vzťahové značky rovnaké prvky pre niekoľko obrázkov, pokiaľ ide o obr. 5, tak znázorňuje cirkulačný fluidný kotol (CFB) podľa prvého vytvorenia tohoto vynálezu. V nasledujúcom popise predná časť CFB kotla 30 alebo plášťa reaktora 38 je definovaná ľavou stranou nákresu na obr. 5, zadná časť CFB kotla 30 alebo plášťa reaktora 38 je definovaná pravou stranou nákresu na obr. 5. Šírka CFB kotla 30 alebo plášťa reaktora 38 je kolmá na rovinu papiera, na ktorom je obr. 5 znázornený; na ostatných nákresoch, pre ktoré sa to hodí, je použitá rovnaká konvencia.

CFB kotol 30 má kúrenisko alebo plášť reaktora obvykle v priečnom reze pravouhlej a čiastočne vymedzenej obvodovými stenami 34 chladenými kvapalinou. Obvodové steny sú obvykle tvorené trubkami vzájomne od seba oddelenými oceľovými membránami na dosiahnutie plynotesného uzatvorenia plášťa 38. Plášť reaktora 38 je dalej definovaný dolnou časťou 36, hornou časťou 38 a výstupným otvorom 40 umiestneným na výstupe hornej časti 38. Palivo ako uhlie a sorbent ako vápanec, označené 48 sú dodávané do dolnej časti 36 regulovaným a dávkovým spôsobom akýmikoľvek konvenčnými spôsobmi známymi v odbore. Typickými zariadeniami, ktoré je možné uviesť ako príklady, ale bez obmedzenia len na ne, ktoré je možné použiť sú vážiaci dávkovač, rotačné šúpatká a injektážne skrutky. Primárny vzduch, označený ako 44 je dodávaný do spodnej časti 36 cez vetrovú skriňu 46 a na ňu pripojenú distribučnú dosku 48. Odpad lôžka 50 odstraňuje popol a ďalší odpad zo spodnej časti 36 podľa potreby a prívodnými otvormi na horný vzduch 52, 54 je vyrovnávaný prívod vzduchu potrebného na spaľovanie.

Zmes spalín plyn/plyn 54 produkovaná v CFB spaľo10 vacom procese prúdi smerom hore plášťom reaktora 32 zo spodnej časti 36 do hornej časti 38 za súčasného prenosu časti obsiahnutého tepla do chladiacej kvapaliny obvodových stien 34. Primárny odlučovač častíc 58 nárazového druhu je umiestnený v hornej časti 38 plášťa reaktora 32. Vo výhodnom vytvorení primárny odlučovač častíc 58 nárazového druhu obsahuje štyri až šesť radov konkávnych nárazových prvkov 60 usporiadaných do dvoch radov - skupiny protiprúdového usporiadania 62, majúce dva rady a skupiny usporiadania v smere prúdu 64 majú dva až štyri rady, výhodne tri rady. Prvky 60 sú vedené zo stropu 66 plášťa reaktora 32 a sú navrhnuté podľa poznatkov US 4992085, ktorého popis je tu začlenený pre úplnosť.

Ako bolo uvedené v US sú neplanárne; môžu byť v alebo akomkoľvek inom tvare kávny povrch. Prvé vzájomne striedavo 56 prúdili cez ne raziť na

4992085, tvare U, , pokiaľ dva rady prvkovtak, nárazové prvky 60 tvare E, tvare W ten tvar má kon60 sú umiestnené aby plynné spaliny/pevné látky a strhávané pevné častice mohli napovrch; druhé dva až štyri rady nású umiestnené rovnako striedavo. Vo nárazových prvkov 60 v konkávny prvkov vytvorení skupina razových výhodnom protiprúdovom usporiadaní 62 zhromažďuje častice strhávané v plyne a pôsobí tak, aby častice padali voľne priamo a vnútorne smerom dole k dolnej časti 36 plášťa reaktora 32 proti priečnemu toku plynných spalín/pevných látok.

Nárazové prvky 60 sú umiestnené v hornej časti 38 plášťa reaktora 32 oproti a celkom cez výstupný otvor 40. Okrem toho, že prvky pokrývajú výstupný otvor 40, každý nárazový prvok 60 v usporiadaní v smere prúdu 64 je tiež predĺžený pod spodnú pracovnú výšku 68 výstupného otvoru 40 o približne asi jednu stopu. Vo výhodnom vytvorení ale na rozdiel od nárazových prvkov 60 protiprúdového usporiadania 62, dolné konce nárazových prvkov 60 usporiadania v smere prúdu 64 sú pretiahnuté do dutinových prostriedkov 70, umiestnených celkom v plášti reaktora 32 a slúžiacich na zhromažďovanie zachytených častíc pri ich spáde z prvkov usporiadania v smere prúdu 64. Rôzne vytvorenia dutinových prostriedkov 70 podľa vynálezu a ich prepojenie s nárazovými prvkami 60 sú diskutované ďalej.

Častice oddelené skupinou v smere prúdu 64 musia byť rovnako vrátené do spodnej časti 36 plášťa reaktora 32. Pre toto sú poskytnuté prostriedky spätného toku 72 pripojené k dutinovým prostriedkom 70 a sú tiež celkom umiestnené v plášti reaktora 32. Prostriedky spätného toku 72 vracajú častice z dutinových prostriedkov 70 vnútorne a priamo do plášťa reaktora 32 tak, že padajú voľne a bezkanálovo smerom dole pozdĺž stien plášťa 34 do spodnej časti 36 plášťa reaktora 32 na nasledujúcu recykláciu. V tomto vytvorení dutinové prostriedky 70 pôsobia skôr prevodným, transportným mechanizmom,než ako priestor na uskladnenie častíc na nejakú významnejšiu časovú periódu. Tým, že častice padajú pozdĺž stien plášťa 34 je minimalizovaná možnosť ich opätovaného strhnutia do vzostupného toku plyn/pevná látka 56 plášťom reaktora. Rôzne vytvorenia prostriedkov spätného toku 72 podľa vynálezu a ich pripojenie k dutinovým prostriedkam 70 sú diskutované nižšie.

Ako Je zrejmé, umožňuje predchodzia konštrukcia primárnu separáciu častíc z prúdiacej zmesi plyn/pevné látky 56 bez potreby vonkajšieho zásobníka častíc, spojovacích kanálov alebo L-ventilov, ktoré sú obvykle vyžadované v doterajších vytvoreniach.

K výstupnému otvoru 40 plášťa reaktora 58 je pripojený konvekčný priechod 74. Po priechode najprv cez protiprúdové usporiadanie 68 a potom cez usporiadanie v smere prúdu 64 plynné spaliny/pevné látky 56 (kde obsah pevných látok bol významne znížený, ale kde sú ešte prítomné jemné častice, ktoré neboli odstránené v primárnom odlučovači častíc nárazového druhu) opúšťajú plášť reaktora 58 a vstupujú do konvekčného priechodu 74. V konvekčnom priechode 74 je umiestnená plocha prenosu tepla 75 vyžadovaná zvlášť pri návrhu CFB kotla 30. Sú možné rôzne usporiadania; jeden typ usporiadania je znázornený na obr. 5. V konvekčnom priechode 74 ale môžu byť umiestnené iné druhy plôch tepelného prenosu 75 ako sú odparovacie plochy, ekonomizér, prehrievač alebo ohrievač vzduchu a podobne, obmedzené len požiadavkami výroby a využiteľnosťou pary alebo energie a termodynamickými obmedzeniami známymi v odbore.

Po priechode cez celú ohrevnú plochu alebo jej časť v konvekčnom priechode 74 prechádzajú plynné spaliny/pevné látky 56 sekundárnym odlučovačom častíc 78, obvykle raultiklonálnym lapačom prachu za účelom odstránenia väčšiny častíc 80 zostávajúcich v plyne. Tieto častice 80 sú rovnako vracané do spodnej časti 36 plášťa reaktora 38 pomocou sekundárneho systému spätného toku 88. Vyčistené plynné spaliny potom pre chádzajú ohrievačom vzduchu 84, slúžiacemu na predohriatie vstupného vzduchu na spaľovanie dodávaného ventilátorom 86. Ochladené a vyčistené plynné spaliny 88 sa potom vedú konečným zberačom častíc 89, akým je elektrostatický odlučovač alebo čistička s vrecovými filtrami, sacím ventilátorom 90 a komínom 91.

V nasledujúcom popise sú diskutované rôzne vytvorenia dutinových prostriedkov 70 a prostriedkov na spätný tok 78 podľa vynálezu. Na obrázkoch 6, 7 a 8 sú schematické rezy hornej časti CFB reaktora rôznych vytvorení podľa vynálezu. Hlavné rozdiely medzi týmito vytvoreniami zahrňujú: (1) presné umiestnenie dutinových prostriedkov 70 s ohľadom na vertikálnu os 98 zadnej steny plášťa 94, (8) či jedna alebo obidve skupiny 62, 64 nárazových prvkov 60 odvádzajú častice oddelené nárazovými prvkami do dutinových prostriedkov 70 a (3) počet nárazových prvkov 60 v každej zo skupín 62, 64.

Ako bolo uvedené skôr, steny plášťa 34, vrátane zadnej steny plášťa 94 sú obvykle tvorené trubkami chladenými kvapalinou, oddelenými vzájomne od seba oceľovou membránou na docielenie plynotesnosti plášťa 32. CFB kotle 30 typu uvedeného v tomto popise sú obvykle zhora závesné pomocou prvkov z konštrukčnej ocele (neznázornené), spojenými s vertikálnymi stenami plášťa 34. Steny plášťa 34 sú teda kvapalinou chladené nosné prvky. Niektoré trubky, tvoriace zadnú stenu plášťa 94 teda musia smerovať hore a prechádzať stenou 66, ako je to znázornené vzťahovou značkou 100 a musia byť pripojené závesmi na prvky z konštrukčnej ocele. Zostatok trubiek tvoriacich zadnú stenu plášťa 94 je v pracovnom bode 68 zakrivený a tvorí kvapalinou chladený podklad konvekčného priechodu 74.

Na obr. 6 sú dutinové prostriedky 70 umiestnené celkom v plášti reaktora 32 a smerom do vnútrajška od vertikálnej osi 92 a dalej sú vymedzené zadnou stranou plášťa 94, ochrannými doskami 96 a prednou dutinovou stenou 98 a tieto prostriedky zhromažďujú všetky častice oddelené ako protiprúdovým tak usporiadaním v smere prúdu 62, 64 nárazových prvkov 60. Na hornom okraji predná dutinová stena 98 presahuje spodné okraje nárazových prvkov 60 o stopu alebo viacej. Predná dutinová stena 98 je v bodoch A a B zahnutá tak, že jej spodným okrajom E sú dutinové prostriedky zformované do lievikovitého tvaru, ktorého výstup tesne súvisí so zadnou stenou plášťa 94 a predstavuje prvé vytvorenie prostriedkov spätného toku 72. Vo výhodnom vytvorení môže byť predná dutinová stena 98 vyrobená z kovovej dosky a jednoduchým vytvorením prostriedkov spätného toku 72 môže byť pravouhlá štrbina alebo séria rovnakých oddelených otvorov rozložených cez šírku plášťa reaktora 32. Takže predná dutinová stena 98 môže byť tvorená z niekoľkých trubiek chladených kvapalinou, ktoré sú vyhnuté do roviny zadnej steny plášťa 99, kde medzery medzi nimi sú spojené membránou alebo doskou. Prostriedky spätného toku môžu mať formu približne rovnako veľkých otvorov medzi susednými trubkami pozdĺž šírky plášťa reaktora 32 v miestach, kde sú vyhnuté od roviny zadnej steny plášťa 94. Ochranné dosky 96 sú umiestnené v blízkosti spodnej časti nárazových prvkov 60 v pracovnom bode 68 alebo pod ním. Ochranné dosky 96 sú obvykle horizontálne a tvoria hornú časť dutinových prostriedkov 70 a spojenie s nárazovými prvkami 60, tvoriacimi primárny odlučovač Častíc nárazového druhu 58. Ochranné dosky 96 môžu byť navrhnuté z veľkej časti ako ochranné dosky 26 popísané v US 4992085. Najmä častice oddelené nárazovými prvkami 60 môžu prúdiť smerom dole malými otvormi v ochranných doskách 96, ktoré sú umiestnené tak, aby kryli hornú časť dutinových prostriedkov 70, ale pritom vôbec nekryli konkávny povrch v každom nárazovom prvku 60, číra zabraňujú možnému opätovanému strhávaniu častíc do plynu prúdiaceho cez hornú časť dutinových prostriedkov 70.

Obr. 7 znázorňuje podobné vytvorenie ako obr. 6, s tým hlavným rozdielom, že dutinové prostriedky 70 sú umiestnené smerom von od vertikálnej osi 92 zadnej steny plášťa 94. Prostriedky spätného toku 72 sú v tomto prípade vytvorené zahnutím zadnej steny plášťa 94, ktorý spoločne s okrajom E priamej prednej dutinovej steny 98 formuje dutinové prostriedky 70 do lievikovitého tvaru, ktorého výstup opäť tesne súvisí so zadnou stenou plášťa 94. Predná dutinová stena 98 môže byť tvorená kovovou stenou , prostriedkami spätného toku 72, pozdĺžnou štrbinou alebo mnohými od seba oddelenými otvormi medzi spodným okrajom E a zadnou stenou plášťa 94.A1ternatívne,predná dutinová stena 98 môže byť tvorená trubkami chladenými kvapalinou, vedúcimi k streche 66 ktorou prechádzajú, ako je to znázornené vzťahovou značkou 100. V tomto prípade môžu byť prostriedky spätného toku 72 tvorené otvormi medzi susednými trubkami pozdĺž šírky plášťa reaktora 32 v bode, kde zostatok trubiek, tvoriacich zadnú stenu plášťa 94 je vyhnutý od roviny vertikálnej osi 92 zadnej obvodovej steny 94.

Vytvorenia na obr. 6 a 7 dovoľujú použitie nevyhnutného počtu nárazových prvkov 60 vyžadovaných pre vysokú účinnosť oddelenia pri zaistení úplného vnútorného spätného toku častíc do spodnej časti 36 plášťa reaktora 33 pre nasledujúcu recykláciu bez použitia vonkajších alebo vnútorných kanálov na spätný tok alebo systémov na spätný tok častíc.

Na obr. 8 je znázornené dalšie vytvorenie podľa vynálezu, ako je znázornené na obr. 5 a ktoré vo výhodnom vytvorení má najmenej štyri rady nárazových prvkov 60 usporiadaných do dvoch skupín 68, 64. Prvé dva rady nárazových prvkov 60, tvoriacich skupinu protiprúdového usporiadania 68 odvádzajú oddelené častice priamo do plášťa reaktora 38 voľným spádom pozdĺž zadnej steny plášťa reaktora 94, zatiaľ co pevné častice oddelené skupinou usporiadania v smere prúdu 64 padajú do dutinových prostriedkov 70 opäť umiestnených celkom v priestore plášťa reaktora 38 a umiestnených vonku vzhľadom na vertikálnu os 98 zadnej steny plášťa 94. Opäť sú použité ochranné dosky 96, slúžiace ako vrchná časť dutinových prostriedkov 70 a ako usmerňovač čela prvých dvoch radov nárazových prvkov 60, tvoriacich skupinu protiprúdového usporiadania 63. Ochranné dosky 96 na skupine protiprúdového usporiadania 63 pôsobia, že tok plyn/pevné látky 56 je vedený cez nárazové prvky 60 a zabraňujú obtoku plynu alebo jeho prúdeniu smerom hore pozdĺž nárazových prvkov 60, ako uvádza US 4998085. Toto usporiadanie dalej zjednodušuje primárny odlučovač častíc nárazového typu 58 a robí ho kompaktnejším v porovnaní s vytvorením na obr. 6. Okrem toho toto usporiadanie pomáha zvýšiť účinnosť primárneho odlučovača nárazového druhu 58 tým, že poskytuje oddelený odvod pevných častíc z prvých dvoch radov od radov vzdialených. To redukuje odtok plynu medzi skupinou protipúdového usporiadania 68 a skupinou protiprúdového usporiadania 64 a nasledovné opätovné strhávanie častíc.

Zabránenie alebo minimalizácia obtoku plynu prostriedkami spätného toku je rovnako žiadúca z rovnakého dôvodu, ktorý viedol k inštalácii ochranných dosiek dvoch radov nárazových prvkov 60 na obr. 8. 10 dokladajú, že tohoto je rovnako veľkými odpadnými spätného toku 72 častíc pevných látok prostriedkoch 70. Na použitie približne

Obr. 9 a možné dosiahnúť pr ibli žne prostriedkoch oddelených dut inových znázornené otvormi 108 v pri bez zaistení odvodu ich akumulácie v

11, 12 a 13 je rovnako veľkých kanálov obr.

104, umiestnených v zadnej stene plášťa 94 v kombinácii s odpadnými otvormi 108, čo je rovnako vhodné usporiadanie. Na obr. 14, 15 a 16 je znázornené použitie krátkych vertikálnych kanálov 106 pripojených na prednú dutinovú stenu 98 priamo oproti odpadným otvorom 108, ktoré rovnako zabraňujú obtoku plynov do dutinových prostriedkov 70 pri dalšom zvýšení spätného toku pevných látok do spodnej časti 36 plášťa reaktora 38 pri ich voľnom vertikálnom spáde pozdĺž zadnej steny plášťa 94.

Plošný prietok odpadnými otvormi 108 prostriedkov spätného toku 78 je výhodne volený tak, aby poskytol tok hmoty od 100 do 500 kg/m².s. Pri kanáloch 104 by mala byť dĺžka kanálov výhodne 6 až 10 - násobná, ako je predpokladaný tlakový rozdiel odpadných otvorov 108 dutinových prostriedkov 70 vyjadrený v palcoch vodného stĺpca. Tlakové utesnenie vyššie zmieneným usporiadaním prostriedkov spätného toku je jednoduššie v porovnaní so sľučkovýmí uzávermi alebo L-ventílmi užívanými v známych použitiach CFB, v ktorých sa pevné látky vracajú z odlučovača na dno reaktora kanálmi. To je možné vdaka relatívne malým rozdielom tlaku medzi hornou časťou kúreniska 38 a dutinovými prostriedkami 70 v porovnaní s rozdielom tlaku medzi spodnou časťou CFB a horúcim cyklónovým odlučovačom podľa obr. 1 alebo násypným zásobníkom oddelených častíc 11 podľa obr. 2 až 4. Odhadovaný tlakový rozdiel zariadenia podľa vynálezu je 1,0 až 1,5 palca vodného stĺpca, zatiaľ čo obvyklý tlakový rozdiel známych CFB spaľovacích komôr je okolo 25 až 30 alebo dokonca 40 až 45 palcov vodného stĺpca.

Na obr. 17 až 18 sú uvedené prostriedky spätného toku 72, ktoré obsahujú lopatkový ventil 108, ktorý môže byť umiestnený cez každý odpadný otvor 102 a ktorý je otočné pripojený na prednú dutinovú stenu pomocou čapu 110 a puzdier 112. Lopatkový ventil 108 sám nastavuje priečny rez otvorov a umožňuje odvod pevných látok z dutinových prostriedkov 70 tak, aby nedochádzalo k obtoku plynov do otvorov. Veľkosť odpadných otvorov 102 by mala byť výhodne v súlade s vyššie popísanými kritériami.

Na obr. 19 až 20 je uvedené dalšie výhodné vytvorenie prostriedkov 72 spätného toku, v ktorých je odpadný otvor 102 dalej obmedzený vytvorením cirkulačného lôžka pevných látok 104. Lôžko 104 je vytvorené na mierne sklonenom podklade 106, 108, ktorým prechádza množstvo vzdušných trysiek 110, prenikajúcich pod lôžko cirkulujúcich pevných látok 104. Fluidizačný vzduch, plyn alebo podobne, 112, tryská do lôžka 104, udržuje lôžko na požadovanej hladine fluidizácie častíc a pôsobí ich kontinuálny odvod z dutinových prostriedkov 70. Lôžko pevných Častíc udržované ako celkom alebo mierne fluidné, poskytuje tlakové tesnenie, zabraňujúce obtoku plynu 56 odpadnými otvormi 102.

Obmena umiestnenia tlakového tesnenia na obr. 19-20 je znázornená na obr. 21-22. V tomto vytvorení spodný okraj L odpadných otvorov 102 je umiestnený nad podkladom 114 dutinových prostriedkov 70; sklonená časť 116 vychádza z podkladu 114. Ochranná doska 118 má prvú časť 120, ktorá je pripojená na prednú dutinovú stenu 98 a druhú časť 122 k nej pripojenú a preťahujúcu sa do dutinových prostriedkov 70. Spodný okraj T druhej časti 122 je umiestnený tak, že je nižšie ako spodný okraj L odpadného otvoru 102, čím sa vytvorí tesniaci uzáver sľučkovitého druhu 124, ktorý má prívodnú komoru 126 a vývodovú komoru 128 vymedzenú prednou dutinovou stenou 98, podkladom 114, 116, ochrannou doskou 118 a dutinovou stenou 118. Fluidizačný vzduch, plyn alebo podobne tryská do lôžka častíc 104 pomocou trysiek 110 rovnako ako v prípade na obr. 19 až 20. Hladina pevných látok vo vývodovej komore 128 je rovnaká alebo je trochu nad spodným koncom L, cez ktorý častice prepadávajú a padajú smerom dole pozdĺž zadnej steny reaktora. Hladina častíc v prívodovej komore 126 sa nastavuje sama na vyrovnanie tlakových rozdielov medzi hornou časťou 38 plášťa reaktora 32 a dutinou 70. Pretože tento rozdiel je pomerne malý, je nutný len nízky tlak fluidizačného plynu v obidvoch vytvoreniach na obr. 19-20 a 21-22 na zaistenie GFB tlakovým uzáverom pomocou lôžka v porovnaní s tlakom plynu vyžadovaným na tesnenie sľučkovitého druhu pre vratné prostriedky známe v odbore.

Tento vynález tak poskytuje jednoduché usporiadanie CFB reaktora alebo spaľovacej komory, ktoré eliminuje potrebu vonkajších primárnych odlučovačov a s tým spojených spätných vedení na pevné častice a sľučkové tesnenia alebo L-ventily. Ďalšou výhodou tohoto vynálezu je, že eliminácia vyššie uvedených štruktúr poskytuje zvýšený prístup do spodnej časti 36 CFB reaktora alebo spaľovacej komory, ktorý nie je obmedzený vedeniami na spätný tok pevných častíc. Najmä v CFB komorách je tak poskytnutá možnosť jednotnejsieho prívodu paliva a sorbentu, čím sa zlepší účinnosť spaľovania a emisie a tiež je poskytnutý lepší prístup, ak má byť spaľovaný viac ako jeden druh paliva.

Zatiaľ čo boli uvedené fic-ké vytvorenia vynálezu princípov podľa vynálezu, zrejmé, že v rozsahu pripojených nárokov a podrobne popísané špecina ilustráciu aplikácie odborníkom v odbore bude je možné vytvárať zmeny tak, aby neboli tieto princípy narušené, Napríklad tento vynález môže byť aplikovaný na nové konštrukcie, zahrňujúce cirkulačné reaktory s fluidným lôžkom alebo spaľovacie komory, alebo nahradenie, opravu alebo modifikáciu existujúcich cirkulačných reak torov s fluidným lôžkom alebo spaľovacích komôr. Niekedy je možné výhodne použiť určité rysy vynálezu v určitých vytvoreniach vynálezu bez zodpovedajúceho použitia ostatných rysov vynálezu. V súlade s tým všetky také zmeny a vytvorenia spadajú do rozsahu nasledujú cich nárokov.

Claims

PATENTOVÉ

NÁROKY pi/ //6e

1. Cirkulačný reaktor s fluidným lôžkom , vyznačujúci sa tým , že obsahuje plášť reaktora čiastočne vymedzený stenami plášťa a majúci dolnú časť, hornú časť a výstupný otvor umiestnený na výstupe hornej časti;

primárny odlučovač častíc nárazového druhu umiestnený v hornej časti plášťa reaktora na oddelenie častíc strhávaných tokom plynu v plášti reaktora z dolnej časti do hornej časti, ktorého pôsobením častice padajú do dolnej časti;

dutinové prostriedky pripojené k primárnemu odlučovaču Častíc nárazového druhu, ktoré sú umiestnené celkom v plášti reaktora, slúžiace na zachytenie oddelených častíc pri ich spáde z primárneho odlučovača nárazového druhu;

prostriedky spätného toku pripojené k dutinovým prostriedkom a umiestnené celkom v plášti reaktora, umožňujúce spätný 'tok častíc z dutinových prostriedkov priamo a vnútorne do plášťa reaktora tak, že padajú voľne, neobmedzene a bez pomoci kanálov smerom dole pozdĺž plášťa do dolnej časti plášťa reaktora na nasledujúcu recykláciu.
2. Reaktor podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že dalej obsahuje prostriedky na prívod paliva a sorbentu do spodnej časti plášťa reaktora.
3. Reaktor podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že dalej obsahuje vetrovú skri ňu pripojenú k spodnej časti plášťa reaktora.
4. Reaktor podľa nároku 1 , vyznačujúci sa tým, že primárny odlučovač častíc nárazového druhu obsahuje radu konkávnych nárazových prvkov.

5. Reaktor podľa nároku 4 , v y z n a e u j ú - c i s a t ý m , že všetky rady konkávnych nára- zových prvkov pôsobia, , že čas t ice oddelené z plynu

padajú priamo do dutinových prostriedkov.
6. Reaktor podľa nároku 4 , vyznačujúci sa tým, že rady konkávnych nárazových prvkov sú usporiadané do dvoch skupín, do skupiny protiprúdovej a v smere prúdu,kde každá skupina má najmenej dva rady konkávnych nárazových prvkov.
7. Reaktor podľa nároku Θ, vyznačujúci sa tým, že protiprúdová skupina nárazových prvkov oddeľuje častice strhávané plynom tak, že padajú voľne, vnútorne a priamo smerom k dolnej časti plášťa reaktora.
8. Reaktor podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že protiprúdová skupina nárazových prvkov oddeľuje častice strhávané plynom tak, že padajú priamo do dutinových prostriedkov.
9. Reaktor podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že plášť reaktora má zadnú stenu plášťa, majúcu vertikálnu stredovú os a dutinové prostriedky sú umiestnené v plášti reaktora smerom do vnútrajška od vertikálnej osi.
10. Reaktor podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že dutinové prostriedky sú vymedzené zadnou stenou plášťa, ochrannými doskami a prednou dutinovou stenou.
11. Reaktor podľa nároku 10 , vyznačujúci sa tým, že spodný koniec prednej dutinovej steny je ohnutý smerom k zadnej stene plášťa na tvarovanie dutinových prostriedkov do lievikovitého tvaru, ktorých výstup súvisí so zadnou stenou plášťa.
12. Reaktor podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že prostriedky spätného toku sú pravouhlá štrbina alebo séria primerane veľkých od seba oddelených otvorov, rozprestierajúcich sa medzi spodným okrajom prednej dutinovej steny a zadnou dutinovou stenou plášťa pozdĺž šírky plášťa reaktora.
13. Reaktor podľa nároku 10, vyznačujú- ci sa tým, že zadná stena plášťa je vyrobená z trubiek chladených kvapalinou a predná dutinová stena je tvorená niektorými týmito trubkami, chladenými kvapalinou, ktoré sú vyhnuté od roviny zadnej steny plášťa tak, že dutinové prostriedky sú tvarované do lievikovitého tvaru, ktorého výstup súvisí so zadnou stenou plášťa.
14. Reaktor podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že prostriedky spätného toku majú formu otvorov primeranej veľkosti medzi súvisiacimi trubkami pozdĺž šírky plášťa reaktora v bode, v ktorom sú vyhnuté od roviny zadnej steny plášťa.
15. Reaktor podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že plášť reaktora má zadnú stenu plášťa, ktorá má vertikálnu os a dutinové prostriedky sú umiestnené v plášti reaktora, ale smerom von od vertikálnej osi.
16. Reaktor podľa nároku 15, vyznačujúci sa tým, že dutinové prostriedky sú vymedzené zadnou stenou plášťa, ochrannou doskou a prednou dutinovou stenou.
17. Reaktor podľa nároku 16, vyznačujú ci sa tým, že predná dutinová stena je priama a zadná stena plášťa je vyhnutá od vertikálnej osi zadnej steny plášťa na tvarovanie dutinových prostriedkov do lievikovitého tvaru, ktorých výstup súvisí so zadnou stenou plášťa.
18. Reaktor podľa nároku 17 , vyznačujúci sa tým, že prostriedky spätného toku sú tvorené pravouhlou štrbinou alebo sériou primerane veľkých, vzájomne od seba oddelených otvorov, roz- prestierajúcich sa medzi dolným koncom prednej dutinovej

steny a aktora. zadnou stenou plášťa pozdĺž šírky plášťa re~ 19. Reaktor podľa nároku 17 , v y z n a č u j ú - c i s a tým, že zadná stena plášťa je vy-

robená z trubiek, chladených kvapalinou a predná stena plášťa je rovná a je vyrobená z niektorých tru biek chladených kvapalinou, rozprestierajúcich sa

pozdĺž vertikálnej osi smerom tora. hore k streche reak- 20. Reaktor podľa nároku 19 , v y z n a č u j ú - c i sa tým, že prostriedky spätného toku sú tvorené otvormi medzi susednými trubkami pozdĺž šírky plášťa reaktora v bode, kde niektoré trubky chladené kvapalinou sú vyhnuté od roviny zadnej steny plášťa. 21. Reaktor podľa nároku 1 , v y z n a č u j ú -

ci sa tým, že primárny odlučovač častíc nárazového druhu má rady konkávnych nárazových prvkov usporiadané do dvoch skupín, do protiprúdovej skupiny, majúcej najmenej dva rady konkávnych nárazových prvkov ktorá oddeľuje častice strhávané plynom a pôsobí , že voľne padajú vnútorne a priamo smerom do dolnej časti plášťa reaktora,kde protiprúdová skupina má ochrannú dosku, zabraňujúcu obtoku plynu alebo jeho toku priamo smerom hore pozdĺž nárazových prvkov, a do skupiny v smere prúdu, majúcej aspoň dva rady nárazových prvkov, ktorá, oddeľuje častice strhávané plynom a pôsobí, že padajú priamo do dutinových prostriedkov, kde dutinové prostriedky majú ochrannú dosku, pôsobiacu ako horná časť dutinových prostriedkov.
22. Reaktor podľa nároku vyznačujúci sa týra že dutinové prostriedky sú vymedzené zadnou stenou plášťa, ochrannou doskou a prednou dutinovou stenou a prostriedky spätného toku obsahujú viacej výtokových otvorov umiestnených pozdĺž šírky plášťa reaktora a majúcich prietokovú plochu takú, aby poskytla tok pevných častíc 100 kg7m².s až 500 kg/m².s.
23. Reaktor podľa nároku 22, vyznačujúci sa tým, že prostriedky spätného toku dalej obsahujú kanály vytvorené v zadnej stene plášťa v kombinácii s výtokovými otvormi.
24. Reaktor podľa nároku vyznačujúci sa tým že dutinové prostriedky sú vymedzené zadnou stenou plášťa, ochrannou doskou a prednou dutinovou stenou a prostriedky spätného to ku obsahujú viacej výtokových otvorov umiestnených pozdĺž šírky plášťa reaktora medzi koncom prednej dutinovej steny a zadnou stenou plášťa a krátky verti kálny kanál pripojený k prednej dutinovej stene pria mo oproti výtokovým otvorom na zabránenie obtoku plynu do dutinových prostriedkov a na zvýšenie spätného toku pevných častíc do spodnej časti plášťa reaktora vertikálnym voľným spádom pozdĺž zadnej steny plášťa .
25. Reaktor podľa nároku 1 sa tým, že vymedzené zadnou stenou prednou dutinovou stenou obsahujú viacej výtokových šírky plášťa reaktora steny a zadnou stenou plášťa a umiestnený cez každý výtokový otvor, k prednej dutinovej stene.

, vyznačujúdutinové prostriedky sú plášťa, ochrannou doskou a a prostriedky spätného toku otvorov umiestnených pozdĺž medzi koncom prednej dutinovej lopatkový ventil otočné pripojený
26. Reaktor podľa nároku 1 , v c i sa tým, že nárazové prvky sú v čujútvare U, tvare E, tvare W alebo iné podobnej konkávnej konfigurácie.
27. Reaktor podľa nároku 18, vyznačujúci sa tým, že obsahuje viac trysiek, prenikajúcich do dutinových prostriedkov na udržanie hladiny častíc v dutinových prostriedkoch na požadovanej hladine fluidizácie častíc a pôsobiacich tak ich kontinuálny odvod z dutinových prostriedkov.
28. Reaktor podľa nároku 27, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje ochrannú dosku pripojenú k prednej dutinovej stene a rozširujúcu sa do dutinových prostriedkov za tvorby tesnenia sľučkového druhu, majúceho napájaciu komoru a výstupnú komoru vymedzené prednou dutinovou stenou, podkladom dutinových prostriedkov, ochrannou doskou a zadnou dutinovou stenou.