close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

способ и устройство для регенерации тепла в реакторе с псевдоожиженным слоем

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(19)
(11)
2 300 415
(13)
C2
(51) МПК
B01J 8/26 (2006.01)
B01J 8/38 (2006.01)
F23C 10/04 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2005135429/12, 14.04.2004
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
14.04.2004
(30) Конвенционный приоритет:
15.04.2003 FI 20030574
(73) Патентообладатель(и):
ФОСТЕР ВИЛЕР ЭНЕРГИЯ ОЙ (FI)
(43) Дата публикации за вки: 20.03.2006
R U
(72) Автор(ы):
ХЮППЯНЕН Тимо (FI),
КАУППИНЕН Кари В. О. (FI),
ЛЕХТОНЕН Пекка (FI),
ВИЛОККИ Харри (FI),
ВАЛИАХО Киммо (FI)
(45) Опубликовано: 10.06.2007 Бюл. № 16
2 3 0 0 4 1 5
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: US 5526775 А, 18.06.1996. WO 00/20818
A1, 13.04.2000. EP 0574176 A1, 15.12.1993. RU
2130802 C1, 27.05.1999. RU 2028543 C1,
09.02.1995.
(85) Дата перевода за вки PCT на национальную фазу:
15.11.2005
2 3 0 0 4 1 5
R U
(87) Публикаци PCT:
WO 2004/091768 (28.10.2004)
C 2
C 2
(86) За вка PCT:
FI 2004/000231 (14.04.2004)
Адрес дл переписки:
129010, Москва, ул. Б.Спасска , 25, стр.3,
ООО "Юридическа фирма Городисский и
Партнеры", пат.пов. Г.Б. Егоровой, рег.№ 513
(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛА В РЕАКТОРЕ С
ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ
(57) Реферат:
Изобретение относитс к способу и устройству
дл регенерации
тепла
в
реакторе
с
псевдоожиженным
слоем.
Реактор
с
псевдоожиженным слоем содержит печь, камеру
теплообмена, выпускной канал, соединенный с
нижней частью камеры теплообмена дл удалени материала в виде частиц из камеры теплообмена в
печь,
и
по
существу
вертикальный
вспомогательный канал дл перемещени материала в виде частиц из камеры теплообмена в
печь и из печи в камеру теплообмена. Нижн часть вспомогательного канала снабжена соплами
дл газа дл псевдоожижени и трубой дл потока
дл соединени вспомогательного канала с печью.
Верхн часть снабжена трубой дл потока дл соединени вспомогательного канала с камерой
теплообмена.
Печь,
камера
теплообмена,
выпускной канал и вспомогательный канал
образуют
единую
конструкцию,
имеющую
выпускной канал и вспомогательный канал,
размещенные примыкающими между печью и
камерой теплообмена. Изобретение обеспечивает
точное
регулирование
эффективности
теплообмена дл всех видов нагрузок реактора. 2
н. и 21 з.п. ф-лы, 5 ил.
Страница: 1
RU
C 2
C 2
2 3 0 0 4 1 5
2 3 0 0 4 1 5
R U
R U
Страница: 2
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 300 415
(13)
C2
(51) Int. Cl.
B01J 8/26 (2006.01)
B01J 8/38 (2006.01)
F23C 10/04 (2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2005135429/12, 14.04.2004
(24) Effective date for property rights: 14.04.2004
(30) Priority:
15.04.2003 FI 20030574
(43) Application published: 20.03.2006
(73) Proprietor(s):
FOSTER VILER EhNERGIJa OJ (FI)
(45) Date of publication: 10.06.2007 Bull. 16
2 3 0 0 4 1 5
(85) Commencement of national phase: 15.11.2005
(86) PCT application:
FI 2004/000231 (14.04.2004)
(87) PCT publication:
WO 2004/091768 (28.10.2004)
(54) METHOD AND THE DEVICE FOR THE HEAT RECOVERY IN THE REACTOR WITH THE
R U
2 3 0 0 4 1 5
FLUIDIZED LAYER
(57) Abstract:
FIELD: chemical industry; methods and the
devices for the heat recovery in the reactors
with the fluidized layers.
SUBSTANCE: the invention is pertaining to the
method and the device for the heat recovery in
the reactor with the fluidized layer. The reactor
with the fluidized layer contains the furnace,
the heat-exchange chamber, the discharge channel
connected to the lower part of the heat-exchange
chamber used for removal of the material in the
form of the particles from the heat-exchange
chamber into the furnace, and essentially the
vertical auxiliary channel for relocation of the
material in the form of the particles from the
heat-exchange chamber into the furnace and from
the furnace into the heat-exchange chamber. The
lower part of the auxiliary channel is supplied
with the nozzles for the gas used for the pseudoliquefaction process and with the tube for the
stream for coupling of the auxiliary channel with
the furnace. The upper part is supplied with the
tube for the stream for coupling of the auxiliary
channel with the heat-exchange chamber. The
furnace, the heat-exchange chamber, the discharge
channel and the auxiliary channel form the
uniform construction having the discharge channel
and the auxiliary channel located adjoining
between the furnace and the heat-exchange
chamber. The invention ensures the accurate
regulation of the efficiency of the heat-exchange
process for all sorts of the reactor loads.
EFFECT: the invention ensures the accurate
regulation of the efficiency of the heat-exchange
process for all sorts of the reactor loads.
23 cl, 5 dwg
Страница: 3
C 2
C 2
Mail address:
129010, Moskva, ul. B.Spasskaja, 25, str.3,
OOO "Juridicheskaja firma Gorodisskij i
Partnery", pat.pov. G.B. Egorovoj, reg.№ 513
EN
R U
(72) Inventor(s):
KhJuPPJaNEN Timo (FI),
KAUPPINEN Kari V. O. (FI),
LEKhTONEN Pekka (FI),
VILOKKI Kharri (FI),
VALIAKhO Kimmo (FI)
C 2
C 2
2 3 0 0 4 1 5
2 3 0 0 4 1 5
R U
R U
Страница: 4
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Насто щее изобретение относитс к способу и устройству дл регенерации тепла в
реакторе с псевдоожиженным слоем. Насто щее изобретение главным образом относитс к способу и устройству дл перемещени материала в виде частиц между камерой
теплообмена и печью реактора с псевдоожиженным слоем.
Реактор с псевдоожиженным слоем согласно насто щему изобретению содержит печь,
имеющую слой материала в виде частиц, и дно, ограничивающее печь снизу и содержащее
сопла дл газа дл псевдоожижени ; камеру теплообмена, снабженную теплообменными
поверхност ми дл регенерации тепла из материала в виде частиц; и выпускной канал,
соединенный с нижней частью камеры теплообмена дл выпуска материала в виде частиц
из камеры теплообмена в печь.
Общеизвестно снабжение реактора с псевдоожиженным слоем камерой теплообмена, в
которой тепло регенерируетс из материала сло в виде частиц в теплообменную среду.
Камера теплообмена часто соединена с гор чей циркул цией реактора с циркулирующим
псевдоожиженным слоем, посредством чего камера теплообмена принимает гор чий
материал сло из сепаратора гор чей циркул ции. Камера теплообмена может, однако,
также быть отдельным агрегатом, который принимает гор чий материал непосредственно
из печи реактора.
При работе реактора с псевдоожиженным слоем типа реактора с циркулирующим
псевдоожиженным слоем с высокой эффективностью, другими словами, при высокой
нагрузке, газ дл псевдоожижени подаетс через решетку в печи с высокой скоростью, и
большое количество материала в виде частиц увлекаетс с газом, выпускаемым из
реактора. Когда гор чий материал сло , отделенный от выпускаемого газа посредством
сепаратора частиц, направл етс в камеру теплообмена, достаточное количество
материала, подлежащего охлаждению, обычно принимаетс при высоких нагрузках
камерой теплообмена. Однако, возможно, что при определенных услови х, главным
образом при низких нагрузках реактора, поток частиц из сепаратора не вл етс достаточным дл достижени требуемой эффективности теплообмена. В таком случае
необходимо увеличить поток гор чего материала в камеру теплообмена посредством
подачи дополнительного материала сло непосредственно из печи.
Также возможно, что, главным образом при высоких нагрузках, поток частиц из гор чей
циркул ции больше, чем требуетс в камере теплообмена дл достижени требуемой
эффективности теплообмена. Таким образом может быть выгодно подать часть материала
из гор чей циркул ции обратно в печь без его прохода через теплообменные поверхности
камеры теплообмена.
В патенте США № 5526775 раскрыта камера теплообмена, объединенна с реактором с
циркулирующим псевдоожиженным слоем и соединенна с гор чей циркул цией реактора.
Гор чий материал сло перемещаетс в верхнюю часть камеры теплообмена из
сепаратора частиц, и охлажденный материал поднимаетс из нижней части камеры
теплообмена в печь по вертикальному выпускному каналу. Обща стенка между печью и
камерой теплообмена в верхней части камеры теплообмена снабжена отверсти ми, через
которые гор чий материал сло принимаетс камерой теплообмена также непосредственно
из печи. Через эти отверсти также возможно выпускать неохлажденный материал как
слив, когда объем потока гор чей циркул ции выше, чем требуемый дл достижени желаемой эффективности теплообмена.
Количество материала, перемещаемого в камеру теплообмена через отверстие в стенке
конструкции, описанной в патенте США № 5526775, не может быть отрегулировано
независимо. Отверсти размещены в стенке реактора в области, где средн плотность
сло не очень высока. Таким образом, возможно, что при низких нагрузках количество
гор чего материала, проход щего в камеру теплообмена через отверсти , вл етс недостаточным, если площадь отверстий не вл етс относительно большой. Другой
проблемой вл етс то, что в положении слива в некоторых случа х трудно
контролировать отношение потоков материала, проход щих через отверсти слива и
выпускной канал, и таким образом также эффективность теплообмена.
Страница: 5
DE
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
В патенте США № 4947804 раскрыта камера теплообмена, соединенна непосредственно с печью. Материал из печи перемещаетс в камеру теплообмена через
незначительно наклонную трубу дл подачи, в которой создаетс псевдоожижение. Труба
дл подачи соединена с нижней частью камеры теплообмена в области сло с высокой
плотностью, посредством чего количество унесенного материала может в некоторых
случа х оставатьс слишком малым. В этом устройстве возможные большие частицы в
печи, которые могут либо быть внесены с топливом, либо образованы только в печи,
могут также вызвать проблемы. Такие большие частицы могут понизить эффективность
теплообмена в камере теплообмена посредством закупоривани трубы дл подачи или
пространств между теплообменными поверхност ми.
В патенте США № 5540894 раскрыта камера обработки, в которую материал
перемещаетс из печи через вертикальный подъемный канал. Материал выпускаетс из
камеры обработки через отдельные отверсти из верхней части камеры или через так
называемые оребренные отверсти в центральной части камеры обработки. Проблема
этой камеры состоит в том, что выпускаемый материал может быть обработан
недостаточно.
В патенте США № 4896717 раскрыта камера теплообмена, в которую материал подаетс из сепаратора гор чей циркул ции в ее нижнюю часть и в которой охлажденный материал
выпускаетс из ее верхней части в печь, как слив по вертикальному каналу. Эта
конструкци не обеспечивает возможность независимого регулировани количества
материала, подаваемого в нее.
Задачей насто щего изобретени вл етс создание способа и устройства, в которых
вышеупом нутые проблемы известного уровн техники сведены к минимуму.
Более конкретно, задачей насто щего изобретени вл етс создание реактора с
псевдоожиженным слоем и способа работы реактора с псевдоожиженным слоем, где
эффективность теплообмена может быть эффективно отрегулирована дл всех видов
нагрузок.
Задачей насто щего изобретени вл етс главным образом создание реактора с
псевдоожиженным слоем и способа работы реактора с псевдоожиженным слоем, где
создаетс достаточный и точно отрегулированный поток материала в камеру теплообмена
при всех услови х нагрузки реактора.
Дл достижени этих задач созданы реактор с псевдоожиженным слоем и способ
работы реактора с псевдоожиженным слоем, отличительные признаки которых описаны в
отличительной части независимого пункта формулы изобретени на устройство и в
независимом пункте на способ, а также в зависимых п.п.2-16, касающихс устройства, и
зависимых п.п.18-23, касающихс способа.
Таким образом, отличительным признаком реактора с циркулирующим
псевдоожиженным слоем в соответствии с насто щим изобретением вл етс то, что
реактор с псевдоожиженным слоем содержит по существу вертикальный вспомогательный
канал дл перемещени материала в виде частиц из камеры теплообмена в печь и из печи
в камеру теплообмена, причем нижн часть вспомогательного канала снабжена соплами
дл газа дл псевдоожижени и трубой дл потока дл соединени вспомогательного
канала с печью, и верхн часть вспомогательного канала снабжена трубой дл потока
дл соединени вспомогательного канала с камерой теплообмена.
Камера теплообмена в соответствии с насто щим изобретением может быть
предпочтительно соединена с гор чей циркул цией реактора с циркулирующим
псевдоожиженным слоем, но она может быть также соединена непосредственно с печью
реактора с псевдоожиженным слоем, например, реактора с барботажным
псевдоожиженным слоем.
Выпускной канал камеры теплообмена предпочтительно соединен с камерой
теплообмена ниже ее теплообменных поверхностей, и вспомогательным каналом выше
теплообменных поверхностей соответственно. Посредством этих каналов либо
охлажденный материал из нижней части камеры, либо неохлажденный материал из
Страница: 6
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
верхней части камеры может перемещатьс из камеры теплообмена в печь.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществлени насто щего изобретени выпускной канал вл етс по существу вертикальным, нижн часть выпускного канала
снабжена соплами дл газа дл псевдоожижени , и нижн часть выпускного канала
снабжена трубой дл потока дл соединени камеры теплообмена с выпускным каналом, и
верхн часть снабжена трубой дл потока дл соединени выпускного канала с печью.
Таким образом, имеетс предпочтительно по меньшей мере два по существу вертикальных
канала между камерой теплообмена и печью: выпускной канал, соединенный с нижней
частью камеры теплообмена, и вспомогательный канал, соединенный с верхней частью
камеры теплообмена.
Материал, подлежащий выпуску из нижней части камеры теплообмена, предпочтительно
псевдоожижаетс в вертикальном выпускном канале таким образом, что материал
поднимаетс вверх по каналу, после чего он выводитс через трубу дл потока в верхней
части выпускного канала в печь. Соответственно неохлажденный материал может быть
выпущен из верхней части камеры как слив по второму, по существу вертикальному каналу
вниз, после чего он выводитс через трубу дл потока в нижней части вспомогательного
канала в печь. Посредством регулировани количества материала, выпускаемого из
нижней части камеры теплообмена через выпускной канал, возможно эффективно
регулировать эффективность теплообмена камеры теплообмена.
Основной особенностью насто щего изобретени вл етс то, что вспомогательный
канал, соединенный с верхней частью камеры теплообмена, может быть использован дл выпуска избытка неохлажденного материала как слива из верхней части камеры
теплообмена, или альтернативно дл подачи гор чего материала сло в камеру
теплообмена. Обычно вспомогательный канал используетс как канал дл слива при
высоких нагрузках и как канал дл подачи вспомогательного материала при низких
нагрузках.
Обычно большое количество устройств, требуемых дл различных операций, должно
быть размещено в ограниченном пространстве в нижней части реактора с
псевдоожиженным слоем. Обычно имеютс три различных вида потоков твердых частиц
между печью и камерой теплообмена: поток охлажденных твердых частиц из нижней части
камеры теплообмена в печь, поток неохлажденных твердых частиц из верхней части
камеры теплообмена в печь, и поток гор чих твердых частиц в камеру теплообмена. В
различных рабочих положени х реактора с псевдоожиженным слоем объемы потоков этих
различных потоков материала могут быть значительно большими, что вл етс причиной
того, что дл каждого потока требуетс канал дл потока достаточного размера. В
соответствии с насто щим изобретением материал перемещаетс по тому же каналу дл потока в различных рабочих положени х либо из печи в камеру теплообмена, либо из
камеры теплообмена в печь. Таким образом, посредством использовани такого устройства
пространство, необходимое дл каналов дл потока твердых частиц, сводитс к минимуму,
что снова делает более легким наладку различных работ в нижней части печи.
В соответствии с насто щим изобретением нижн часть вспомогательного канала
снабжена соплами дл газа дл псевдоожижени . Путем изменени скорости потока газа,
проход щего через сопла, возможно отрегулировать скорость потока и направление потока
материала, вход щего во вспомогательный канал. Если скорость потока газа дл псевдоожижени вл етс низкой, никакой материал не проходит вверх в канале из трубы
дл потока в нижней части в трубу дл потока в верхней части, но канал служит только
как канал дл слива дл выпуска материала из камеры теплообмена. Когда скорость газа
дл псевдоожижени превышает определенную предельную скорость, котора также дл мелкодисперсных материалов обычно выше 1 м/с, гор чий материал сло начинает
проходить из печи в камеру теплообмена.
Когда скорость газа дл псевдоожижени повышаетс , количество гор чего материала
сло , проход щего в камеру теплообмена, увеличиваетс , и в то же врем увеличиваетс эффективность теплообмена в камере теплообмена. Таким образом, вспомогательный
Страница: 7
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
канал в соответствии с изобретением оперативно отклон етс от отверсти дл потока,
известного как проход дл слива, так что вспомогательный канал также работает как
входной канал, который регулируетс независимо от остальной работы реактора.
Реактор с псевдоожиженным слоем в соответствии с насто щим изобретением
предпочтительно выполнен таким образом, что печь, камера теплообмена, выпускной
канал и вспомогательный канал образуют единую конструкцию, в которой выпускной канал
и вспомогательный канал расположены примыкающими между печью и камерой
теплообмена. Выпускной канал и вспомогательный канал предпочтительно расположены у
стенки между камерой теплообмена и печью, примыкающими таким образом, что они
имеют, по меньшей мере частично, один и тот же уровень высоты. По меньшей мере часть
стенок печи и камеры теплообмена, объединенной с ней, предпочтительно выполнены из
кип тильных труб, соединенных друг с другом посредством так называемых ребер, которые
могут, по меньшей мере частично, быть футерованными огнеупорами.
Когда в камере теплообмена и выпускном канале создаетс псевдоожижение,
гомогенное и с равномерной скоростью, уровни псевдоожиженных слоев наход тс в них в
равновесии приблизительно при одном и том же уровне высоты. Если скорости
псевдоожижени в камере теплообмена и выпускном канале отклон ютс друг от друга,
плотность сло в области с бульшим псевдоожижением ниже, чем в области с меньшим
псевдоожижением. Соответственно высота сло , наход щегос в равновесии, выше в
области с большим псевдоожижением, чем в области с меньшим псевдоожижением.
Поток материала через выпускной канал вызывает трение, что вл етс причиной того,
что давление дл создани потока должно быть на определенную величину выше на дне
камеры теплообмена, чем на дне выпускного канала. Это вл етс причиной того, что в
положении потока высота сло может быть на более высоком уровне в камере
теплообмена, чем в выпускном канале.
Следует отметить на практике, что в устройстве, описанном в патенте США № 5526775
при работе при высоких нагрузках, регулирование потока материала, проход щего через
выпускной канал посредством изменени скорости псевдоожижени в выпускном канале в
некоторых услови х, вл етс трудным. При очень низких скорост х газа дл псевдоожижени в выпускном канале поток материала в выпускном канале
останавливаетс , посредством чего весь материал выходит как слив через отверсти в
верхней части камеры, и эффективность теплообмена в камере остаетс очень низкой.
Неожиданный признак, который должен быть отмечен, состоит в том, что когда скорость
псевдоожижени в выпускном канале повышаетс таким образом, что материал начинает
проходить в выпускной канал, слой материала, накопленный в камере теплообмена, может
в некоторых положени х немедленно проталкивать весь гор чий материал, вход щий в
камеру, через выпускной канал. Посредством этого эффективность теплообмена в камере
теплообмена быстро повышаетс до высокой величины, и требуемое точное
регулирование эффективности теплообмена не достигаетс .
Естественным решением вышеописанной проблемы вл етс добавление трени ,
создаваемого выпускным каналом, например посредством уменьшени ширины канала.
Проблемой в таком устройстве вл етс то, что узкий канал имеет высокий риск
закупоривани , например, в св зи с беспор дочными большими частицами или
накоплени ми, образующимис в канале. В насто щее врем было отмечено, что
возможность регулировани эффективности теплообмена в камере теплообмена может
быть улучшена посредством поддержани достаточно малой разности в высотах между
нижними кромками более высокой трубы дл потока сливного канала и более высокой
трубы дл потока выпускного канала. Посредством этого высота сло материала,
накапливающегос в камере теплообмена, никогда не поднимаетс до такого уровн , при
котором она будет обеспечивать прохождение всего материала через выпускной канал.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществлени насто щего изобретени труба дл потока в верхней части вспомогательного канала находитс на более высоком
уровне, самое большее приблизительно на 500 мм, наиболее предпочтительно самое
Страница: 8
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
большее около 300 мм, чем труба дл потока в верхней части выпускного канала. В
некоторых положени х, например, когда подвижность материала сло особенно высока ,
может быть необходимо пригнать трубу дл потока в верхней части вспомогательного
канала на тот же или даже более низкий уровень высоты, чем труба дл потока в верхней
части выпускного канала.
Расположение труб дл потока в верхней части каналов таким образом, который описан
выше, обеспечивает посредством изменени скорости псевдоожижени в выпускном
канале возможность регулировани желаемой части материала, чтобы она проходила
через камеру теплообмена и выходила через выпускной канал со дна камеры теплообмена.
Остаток гор чего материала выходит как слив через вспомогательный канал пр мо в печь
и не имеет возможности контактировать с теплообменными поверхност ми. Таким образом,
посредством изменени величины части, выход щей через выпускной канал, возможно
эффективно регулировать эффективность теплообмена в камере теплообмена.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществлени насто щего изобретени материал перемещаетс в камеру теплообмена в дополнение к вспомогательному каналу
также через первые входные средства. Когда камера теплообмена соединена с котлом дл циркулирующего псевдоожиженного сло , первые входные средства предпочтительно
содержат трубу дл возврата, ведущую из сепаратора гор чей циркул ции в камеру
теплообмена. Когда камера теплообмена соединена с печью котла дл циркулирующего
псевдоожиженного сло , первые подающие средства предпочтительно содержат отверсти в стенке, соедин ющие камеру теплообмена и печь.
Возможно, чтобы больша часть гор чего материала входила в камеру теплообмена
через вспомогательный канал в соответствии с изобретением. Предпочтительно, первые
подающие средства, однако, расположены таким образом, что больша часть гор чего
материала входит через первые подающие средства, и вспомогательный канал в
соответствии с изобретением используетс только тогда, когда требуетс регулирование
потока материала способом, описанным выше.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществлени насто щего изобретени реактор с псевдоожиженным слоем содержит по меньшей мере два примыкающих
выпускных канала таким образом, что вспомогательный канал в соответствии с
изобретением будет расположен между двум выпускными каналами. Больша камера
теплообмена может также содержать р д вспомогательных каналов в соответствии с
изобретением, которые предпочтительно расположены между двум выпускными
каналами.
Чередующеес расположение выпускных каналов и вспомогательных каналов
обеспечивает компактность конструкции, посредством которой большое количество
материала сло , выпускаемого из камеры теплообмена, может быть эффективно и
равномерно распределено в печи. В большом реакторе с псевдоожиженным слоем
предпочтительно имеетс р д камер теплообмена, расположенных примыкающими.
Посредством использовани расположени выпускного канала в соответствии с описанным
выше в этих камерах возможно обеспечить равномерный поток частиц между камерами
теплообмена и печью.
Объем камеры теплообмена должен быть достаточным, чтобы в нее было можно
вставить требуемое количество теплообменных поверхностей. Выгодным решением дл повышени объема камеры вл етс размещение дна камеры на более низком уровне
высоты, чем решетка печи. Таким образом, труба дл потока в нижней части
вспомогательного канала находитс предпочтительно на более высоком уровне, чем труба
дл потока в нижней части выпускного канала.
Существуют частицы большего размера, чем остальной материал сло на решетке печи,
которые могут нарушить работу камеры теплообмена, например, посредством
закупоривани входного канала или пространств между теплообменными поверхност ми.
Частицами, большими, чем остальные частицы сло , могут также быть уголь или частицы
какого-нибудь другого топлива, которые при входе в камеру теплообмена могут сгореть
Страница: 9
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
не полностью и повысить содержание моноксида углерода в отход щем газе из реактора.
Дл того чтобы избежать указанных выше проблем, было доказано, что преимущественно
размещать трубу дл потока в нижней части вспомогательного канала на более высоком
уровне, чем уровень решетки печи, предпочтительно на уровне по меньшей мере на 200
мм выше, чем уровень высоты решетки. Ступень ниже трубы дл потока предотвращает
вход опасных больших частиц во вспомогательный канал или камеру теплообмена.
Труба дл потока в нижней части вспомогательного канала обычно содержит по
меньшей мере короткую по существу горизонтальную часть канала, в дне которой имеютс сопла дл газа дл псевдоожижени . Дл того чтобы предотвратить проход больших частиц
со дна печи во вспомогательный канал, было отмечено, что преимущественно, чтобы по
существу горизонтальна часть канала выступала наружу, поднима сь из печи. Наклон
подъема части канала предпочтительно составл ет примерно 10-20 градусов. Сопла дл газа дл псевдоожижени , расположенные по существу в горизонтальной части канала,
могут предпочтительно быть соплами, направл ющими газ дл псевдоожижени в печь,
например, так называемыми ступенчатыми решетчатыми соплами. Посредством
использовани направл ющих сопел поток материала может быть направлен на решетку
на дне из трубы дл потока вспомогательного канала, что снова уменьшает риск прохода
больших частиц со дна печи во вспомогательный канал. Когда используютс ступенчатые
решетчатые сопла, труба дл потока вспомогательного канала может предпочтительно
быть на уровне решетки на дне, таким образом, что ступенчата решетка на по существу
горизонтальной части канала представл ет собой расширение ступенчатой решетки на дне
печи.
Дл обеспечени потока мелкодисперсного материала в камеру теплообмена
одновременно с предотвращением входа в нее больших частиц возможно расположить
сопла дл газа дл псевдоожижени преимущественно на различных уровн х высоты во
вспомогательном канале. Поскольку сопла дл газа дл псевдоожижени расположены на
различных уровн х высоты, скорость потока газа дл псевдоожижени в верхней части
вспомогательного канала вл етс большей, чем в нижней части канала. Например,
скорость псевдоожижени в нижней части вспомогательного канала может быть
приблизительно 1 м/с, в средней части приблизительно 2 м/с и в верхней части канала
приблизительно 3 м/с или даже больше.
Далее насто щее изобретение описано более подробно посредством примера со
ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 схематически иллюстрирует вертикальное поперечное сечение реактора с
циркулирующим псевдоожиженным слоем, гор ча циркул ци в котором обеспечиваетс посредством камеры теплообмена;
Фиг.2 схематически иллюстрирует вертикальное поперечное сечение камеры
теплообмена в соответствии с изобретением;
Фиг.3 схематически иллюстрирует вид спереди камеры теплообмена в соответствии с
изобретением в направлении от печи;
Фиг.4 схематически иллюстрирует горизонтальное поперечное сечение реактора с
псевдоожиженным слоем, имеющего две камеры теплообмена в соответствии с
изобретением;
Фиг.5 схематически иллюстрирует вертикальное поперечное сечение второй камеры
теплообмена в соответствии с насто щим изобретением.
На Фиг.1 показано схематическое вертикальное поперечное сечение реактора 10 с
циркулирующим псевдоожиженным слоем, имеющего камеру 40 теплообмена в
соответствии с насто щим изобретением. Реактор с циркулирующим псевдоожиженным
слоем содержит печь 16, ограниченную стенками 12, 14 кип тильных труб, причем печь
содержит средство 18 дл подачи топлива, например угл или биотоплива, инертного
материала сло , например песка, и возможных добавок, например известн ка. Реактор
также содержит средство 20 дл подачи кислородсодержащего газа дл псевдоожижени ,
обычно воздуха, с заранее заданной скоростью через холодильник 22 и сопла 26 дл газа
Страница: 10
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
дл псевдоожижени , размещенные в дне 24 печи, в нижнюю часть печи 16. Обычно
скорость воздуха дл псевдоожижени в печи реактора с циркулирующим
псевдоожиженным слоем составл ет 3-8 м/с. Печь обычно содержит также сопла дл вторичного воздуха, которые, однако, не показаны на фиг.1.
Топливо реагирует в печи с кислородом газа дл псевдоожижени и вырабатывает
отход щие газы, которые поднимаютс в верхнюю часть печи, и материал сло уноситс вместе с ними. Отход щие газы и материал в виде частиц, унесенный вместе с ними,
выход т в сепаратор 30 дл частиц через трубу 28, расположенную в верхней части печи.
Больша часть материала в виде частиц в сепараторе дл частиц отдел етс от дымовых
газов, и очищенные газы 32 выпускаютс через выпускную трубу 34 в конвекционную
секцию, не показанную на фиг.1, и далее через дымовую трубу в окружающую среду.
Материал в виде частиц, отделенный в сепараторе 30 дл частиц, выводитс в камеру 40
теплообмена через канал 36 возврата и газонепроницаемое уплотнение 38 в его нижней
части.
Слой из возвращенного гор чего материала в виде частиц образуетс в камере 40
теплообмена. Камера 40 теплообмена содержит средство 42 дл подачи газа дл псевдоожижени в камеру при заданной скорости через холодильник 44 и сопла 46.
Скорость газа дл псевдоожижени в камере теплообмена обычно относительно низка ,
обычно ниже 1 м/с. Таким образом, слой в камере теплообмена представл ет собой так
называемый барботажный псевдоожиженный слой, который действует так же, как и
жидкость, и который имеет хорошо ограниченную верхнюю поверхность.
Камера 40 содержит теплообменные поверхности 48, которые используютс дл передачи тепла от материала гор чего псевдоожиженного сло к теплообменной среде,
проход щей внутри теплообменных поверхностей. Путем изменени скорости газа дл псевдоожижени в камере теплообмена возможно регулировать до определенной степени
эффективность теплообмена в камере. Обычно поверхность сло в камере теплообмена
находитс выше теплообменных поверхностей, посредством чего теплообменные
поверхности наход тс внутри псевдоожиженного сло .
Охлажденные частицы проход т в по существу вертикальный выпускной канал 52 через
отверстие 50 в нижней части камеры 40 теплообмена. Выпускной канал 52 снабжен
средством 54, при помощи которого возможно подавать газ дл псевдоожижени в нижнюю
часть канала при заранее заданной скорости через холодильник 56 и сопла 58.
Псевдоожиженный материал поднимаетс вверх в выпускном канале 52 и выходит обратно
в печь 16 через отверстие 60 в верхней части канала. Скорость газа дл псевдоожижени в выпускном канале может измен тьс в различных рабочих положени х, но в большинстве
случаев она приблизительно та же или незначительно выше, чем скорость газа дл псевдоожижени в камере теплообмена.
Фиг.2 схематически иллюстрирует вертикальное поперечное сечение камеры
теплообмена в соответствии с насто щим изобретением, на которой показан по существу
вертикальный вспомогательный канал 62. На Фиг.2 показан другой разрез камеры
теплообмена реактора с циркулирующим псевдоожиженным слоем, показанного на фиг.1,
или она может быть разрезом независимой камеры теплообмена, котора не соединена с
гор чей циркул цией реактора с циркулирующим псевдоожиженным слоем, но
непосредственно соединена с печью реактора, например, реактора с барботажным
псевдоожиженным слоем. В обоих случа х предпочтительно два по существу
вертикальных канала соединены с камерой 40 теплообмена, выпускной канал 52 в
соответствии с фиг.1 и вспомогательный канал 62 в соответствии с фиг.2.
Нижн часть по существу вертикального вспомогательного канала 62, показанного на
фиг.2, снабжена трубой 64 дл потока в нижней части печи 16, и его верхн часть
снабжена трубой 66 дл потока в верхней части камеры 40 теплообмена. Канал
предпочтительно соединен с печью в области, где плотность псевдоожиженного сло выше, и с камерой теплообмена на уровне верхней поверхности псевдоожиженного сло или выше нее. Дно канала 62 снабжено соплами 68 дл газа дл псевдоожижени , через
Страница: 11
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
которые возможно подавать газ дл псевдоожижени при заранее заданной скорости.
Когда скорость газа дл псевдоожижени в канале 62 вл етс достаточно высокой,
обычно выше 1 м/с, гор чий материал сло перемещаетс через канал из нижней части
печи 16 в камеру 40 теплообмена. Количество перемещающегос материала может быть
эффективно отрегулировано посредством изменени скорости газа дл псевдоожижени в
канале 62. Материал сло , перемещающийс через канал 62, может образовать большую
часть потока гор чего материала, проход щего в камеру 40 теплообмена, но
предпочтительно больша часть гор чего материала поступает несколько другим
способом, и только поток вспомогательного материала, требуемого дл регулировани эффективности теплообмена в камере теплообмена, проходит через канал 62.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществлени скорость потока газа дл псевдоожижени в канале 62 и таким образом скорость потока вспомогательного
материала, перемещающегос в камеру 40 теплообмена по каналу 62, регулируетс на
основе температуры, измеренной при помощи средства 70, теплообменной среды,
выход щей из теплообменных поверхностей 48. Скорость потока газа дл псевдоожижени в канале 62 может также быть отрегулирована на основе температуры в камере 40
теплообмена, печи 16 или выпускном канале 52, или материала в виде частиц в них.
Когда скорость газа дл псевдоожижени в канале 62 вл етс меньшей, чем
определенна предельна скорость, обычно меньше, чем 1 м/с, никакой материал не
перемещаетс через канал 62 из печи 16 в камеру 40 теплообмена. Посредством этого
возможно, чтобы материал проходил в другом направлении через канал, как слив из
верхней части камеры 40 теплообмена в печь 16. Слив имеет место, если больше
материала проходит другим путем в камеру 40, чем может выходить через выпускной канал
52. Материал может проходить в камеру 40 теплообмена из сепаратора 30 реактора с
циркулирующим псевдоожиженным слоем и/или, например, через отверсти 72 в части 14а
стенки, общей дл камеры 40 и печи 16.
Дно 74 канала 62 в устройстве на фиг.2 расположено на уровне, который выше, чем дно
24 печи 16. Ступень 76 между этими уровн ми высоты предотвращает возможность входа
больших частиц со дна печи в канал 62 или камеру 40 теплообмена. Высота ступени 76
предпочтительно составл ет по меньшей мере приблизительно 200 мм.
Камера 40 теплообмена предпочтительно содержит два примыкающих выпускных
канала 52 и вспомогательный канал 62, расположенный, по меньшей мере частично, на том
же уровне, что и выпускные каналы. На фиг.3 схематически показан вид спереди части
14а стенки, общей дл печи и камеры теплообмена, показанный в направлении от печи. На
фиг.3 показано предпочтительное соответственное размещение отверстий дл потока двух
выпускных каналов 52 и вспомогательного канала 62, расположенного между ними. На
фиг.3 отверсти дл потока, открытые в печь, показаны посредством непрерывной линии,
и отверсти дл потока, открытые в камеру теплообмена и каналы дл потока в части 14а
стенки, показаны посредством пунктирной линии.
Дл того чтобы иметь возможность эффективно регулировать поток материала через
выпускные каналы 52 камеры теплообмена в положении слива, необходимо отметить, что
нижн кромка 80 верхнего отверсти 66 дл потока вспомогательного канала 62 была
преимущественно не намного выше, чем нижн кромка 78 верхних отверстий 60 дл потока выпускных каналов 52. Предпочтительно, чтобы нижн кромка 80 верхнего
отверсти 66 дл потока вспомогательного канала 62 была самое большее на 500 мм
выше, наиболее предпочтительно самое большее на 300 мм выше, чем нижн кромка 78
верхних отверстий 60 дл потока выпускных каналов 52.
Нижн кромка 82 нижней трубы 64 дл потока вспомогательного канала 62 на фиг.3
выше, предпочтительно по меньшей мере на 200 мм выше, чем урове??ь дна 24 печи. Дл того, чтобы создать максимальный объем камеры, дно камеры теплообмена находитс предпочтительно ниже, чем решетка печи. Таким образом, нижние трубы 50 дл потока
выпускных каналов 52 предпочтительно наход тс ниже, чем нижн труба 64 дл потока
вспомогательного канала 62. На фиг.3 также показаны отверсти 72 в верхней части
Страница: 12
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
общей стенки 14а, причем через эти отверсти может проходить гор чий материал из
верхних частей псевдоожиженного сло в печи в верхнюю часть камеры теплообмена.
На фиг.4 показано горизонтальное поперечное сечение реактора с псевдоожиженным
слоем, на котором показаны печь 16, две камеры 40 теплообмена и у обеих камер дл теплообмена два выпускных канала 52, расположенные примыкающими между печью и
камерой теплообмена, и вспомогательный канал 62, расположенный между ними. В
устройстве на фиг.4 материал, подлежащий возврату из камеры 40 теплообмена,
равномерно распределен по всей ширине стенки 14 печи 16, и материал может быть
равномерно перемещен в камеру 40 теплообмена из области стенки 14.
На фиг.5 показано вертикальное поперечное сечение вспомогательного канала 62
камеры 40 теплообмена в соответствии с предпочтительным вариантом осуществлени насто щего изобретени . Устройство, показанное на фиг.5, отличаетс от устройства на
фиг. 2 тем, что здесь нет ступени между дном 74 вспомогательного канала 62 и дном 24
печи, но уровень дна 24 продолжаетс непосредственно до дна 74 вспомогательного
канала 62. В устройстве, показанном на фиг.5, дно по существу горизонтальной нижней
части 84 наклонено по направлению к печи. Обычно средний наклон дна составл ет 10-20
градусов.
На дне по существу горизонтальной нижней части 84 вспомогательного канала 62
предпочтительно создаетс псевдоожижение посредством ступенчатой решетки 86,
котора направл ет газ дл псевдоожижени почти горизонтально по направлению к печи.
Наклонное дно и направленный газ дл псевдоожижени эффективно предотвращают
возможность входа больших частиц со дна печи в канал 62. Ступенчата решетка 86 в
нижней части вспомогательного канала может предпочтительно быть продолжением
ступенчатой решетки 26' дна печи, котора направл ет большие частицы по направлению к
выпускному каналу 88 дл материала в центральной части решетки.
Газ дл псевдоожижени подаетс в устройство, показанное на фиг.5, также в
вертикальную центральную часть канала. Газ дл псевдоожижени , подаваемый в
центральную часть, например, на двух уровн х высоты, обеспечивает постепенно
увеличивающуюс скорость газа дл псевдоожижени . Низка скорость псевдоожижени в
нижней части предотвращает подъем больших частиц, например, больших частиц топлива,
в канал 62, и высока скорость в верхней части обеспечивает, чтобы часть
мелкодисперсного материала в гор чем материале поднималась в камеру теплообмена. В
соответствии с предпочтительным вариантом осуществлени скорость псевдоожижени в
нижней части канала 62 составл ет примерно 1 м/с, в центральной части примерно 2 м/с
и в верхней части примерно 3 м/с.
Изобретение, описанное выше в св зи с вариантами осуществлени , вл етс в
насто щее врем как наиболее предпочтительное, но необходимо пон ть, что изобретение
никоим образом не ограничиваетс ими, но охватывает также р д других устройств в
объеме, ограниченном формулой изобретени , приведенной ниже.
40
45
50
Формула изобретени 1. Реактор (10) с псевдоожиженным слоем, содержащий
печь (16), имеющую слой материала в виде частиц и дно (24), снабженное соплами (26)
дл газа дл псевдоожижени , причем дно ограничивает печь снизу,
камеру (40) теплообмена, снабженную теплообменными поверхност ми (48) дл регенерации тепла из материала в виде частиц, и
выпускной канал (52), соединенный с нижней частью камеры теплообмена дл удалени материала в виде частиц из камеры (40) теплообмена в печь (16),
отличающийс тем, что
он содержит, по существу, вертикальный вспомогательный канал (62) дл перемещени материала в виде частиц из камеры (40) теплообмена в печь (16) и из печи (16) в
камеру (40) теплообмена, причем нижн часть вспомогательного канала (62) снабжена
соплами (68) дл газа дл псевдоожижени , которые регулируютс независимо от других
Страница: 13
CL
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
сопел дл псевдоожижени реактора, и трубой (64) дл потока дл соединени вспомогательного канала с печью (16), и верхн часть вспомогательного канала (62)
снабжена трубой (66) дл потока дл соединени вспомогательного канала (62) с камерой
(40) теплообмена.
2. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийс тем, что выпускной канал
(52) вл етс , по существу, вертикальным, нижн часть выпускного канала снабжена
соплами (58) дл газа дл псевдоожижени и нижн часть выпускного канала снабжена
трубой (50) дл потока дл соединени камеры (40) теплообмена с выпускным каналом
(52), и верхн часть снабжена трубой (60) дл потока дл соединени выпускного
канала (52) с печью (16).
3. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.2, отличающийс тем, что печь (16), камера
(40) теплообмена, выпускной канал (52) и вспомогательный канал (62) образуют единую
конструкцию, имеющую выпускной канал (52) и вспомогательный канал (62),
расположенные примыкающими между печью (16) и камерой (40) теплообмена.
4. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.2, отличающийс тем, что он содержит два
выпускных канала (52) и вспомогательный канал (62) расположен между двум выпускными
каналами.
5. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.2, отличающийс тем, что выпускной канал
(52) и вспомогательный канал (62) по меньшей мере частично расположены на одном и том
же уровне высоты.
6. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.5, отличающийс тем, что труба (66) дл потока в верхней части вспомогательного канала (62) расположена на уровне высоты
самое большее примерно на 500 мм выше, чем труба (60) дл потока в верхней части
выпускного канала (52).
7. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.6, отличающийс тем, что труба (66) дл потока в верхней части вспомогательного канала (62) расположена на уровне высоты
самое большее примерно на 300 мм выше, чем труба (60) дл потока в верхней части
выпускного канала (52).
8. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.2, отличающийс тем, что труба (64) дл потока в нижней части вспомогательного канала (62) расположена на уровне высоты более
высоком, чем труба (50) дл потока в нижней части выпускного канала (52).
9. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийс тем, что труба (64) дл потока в нижней части вспомогательного канала (62) расположена на уровне высоты по
меньшей мере на 200 мм выше, чем дно (24) печи.
10. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийс тем, что нижн часть
вспомогательного канала (62) расположена на уровне дна (24) печи и труба (64) дл потока в нижней части вспомогательного канала содержит сопла (86) дл газа дл псевдоожижени , причем сопла направл ют газ дл псевдоожижени в печь (16).
11. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийс тем, что труба (64) дл потока в нижней части вспомогательного канала (62) снабжена соплами (86) ступенчатой
решетки.
12. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийс тем, что сопла дл газа
дл псевдоожижени расположены на различных уровн х высоты вспомогательного канала
(62).
13. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийс тем, что реактор содержит
средства (70) дл измерени температуры печи (16), камеры (40) теплообмена или
выпускного канала (52), или материала в виде частиц в одном из них, или теплообменной
среды, проход щей через теплообменные поверхности (48), расположенные в камере
теплообмена, и средства дл регулировани скорости потока газа дл псевдоожижени ,
который подаетс в нижнюю часть вспомогательного канала (62) на основе измеренной
температуры.
14. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийс тем, что камера (40)
теплообмена содержит первые средства (72, 30, 36) дл подачи материала в виде частиц
Страница: 14
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
из реактора с псевдоожиженным слоем в камеру (40) теплообмена.
15. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.14, отличающийс тем, что печь (16) и
камера (40) теплообмена имеют часть (14а) общей стенки и первые средства дл подачи
материала в виде частиц в камеру (40) теплообмена содержат по меньшей мере одно
отверстие (72) в части (14а) общей стенки.
16. Реактор с псевдоожиженным слоем по п.14, отличающийс тем, что он представл ет
собой реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем, верхн часть печи которого
снабжена выпускным отверстием (28) дл выпуска отработавших газов и частиц, унесенных
с ними из печи (16), и первые средства дл подачи материала в виде частиц в камеру
(40) теплообмена содержат сепаратор (30) дл отделени частиц от отработавших газов
печи и канал (36) возврата дл направлени по меньшей мере части отделенных частиц в
камеру (40)теплообмена.
17. Способ регенерации тепла в реакторе (10) с псевдоожиженным слоем, включающий
следующие стадии:
(a) подают содержащее углерод топливо (18) и кислородсодержащий газ (20) дл псевдоожижени в печь реактора,
(b) подают частицы гор чего материала сло из печи (16) в верхнюю часть камеры (40)
теплообмена,
(c) регенерируют тепло из частиц гор чего материала сло в камере (40) теплообмена,
посредством чего производ т частицы охлажденного материала сло ,
(d) выпускают частицы охлажденного материала сло из нижней части камеры (40)
теплообмена,
отличающийс тем, что содержит следующую стадию:
(e) выпускают частицы гор чего материала сло в первом рабочем положении реактора
(10) с псевдоожиженным слоем как слив из верхней части камеры теплообмена в печь вниз
вдоль, по существу, вертикального вспомогательного канала (62) и перемещают во втором
рабочем положении реактора (10) с псевдоожиженным слоем частицы гор чего материала
сло из печи (16) в камеру (40) теплообмена вверх вдоль, по существу, вертикального
вспомогательного канала (62) посредством газа дл псевдоожижени , подаваемого в
нижнюю часть вспомогательного канала (62) через сопла (68) внутри вспомогательного
канала, которые регулируют независимо от других сопел дл псевдоожижени реактора.
18. Способ по п.17, отличающийс тем, что количество гор чего материала сло ,
перемещаемого из печи (16) в камеру теплообмена, регулируют посредством изменени количества газа дл псевдоожижени , подаваемого в нижнюю часть вспомогательного
канала (62).
19. Способ по п.18, отличающийс тем, что включает следующую стадию:
(f) измер ют температуру печи (16), камеры (40) теплообмена или выпускного канала
(52), или материала в одном из них, или температуру теплообменной среды, проход щей
через теплообменные поверхности (48), расположенные в камере теплообмена, и
регулируют количество газа дл псевдоожижени , подаваемого в нижнюю часть
вспомогательного канала на стадии (е), на основе температуры, измеренной на стадии (f).
20. Способ по п.17, отличающийс тем, что при высоких нагрузках реактора с
псевдоожиженным слоем частицы гор чего материала сло выпускают как слив из верхней
части камеры (40) теплообмена вниз вдоль, по существу, вертикального вспомогательного
канала (62) и при низких нагрузках реактора с псевдоожиженным слоем частицы гор чего
материала сло перемещают посредством газа дл псевдоожижени , подаваемого в
нижнюю часть вспомогательного канала (62) из печи (16) в камеру теплообмена вверх
вдоль, по существу, вертикального вспомогательного канала (62).
21. Способ по п.17, отличающийс тем, что реактор (10) с псевдоожиженным слоем
представл ет собой реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем, при этом стадию
(b) выполн ют посредством подачи частиц, отделенных посредством сепаратора (30) из
гор чей циркул ции реактора с циркулирующим псевдоожиженным слоем, в камеру (40)
теплообмена.
Страница: 15
RU 2 300 415 C2
5
22. Способ по п.17, отличающийс тем, что стадию (b) осуществл ют посредством
подачи материала в виде частиц пр мо из печи (16) в камеру (40) теплообмена через
отверстие (72) в ее части (14а) общей стенки.
23. Способ по п.17, отличающийс тем, что во втором рабочем положении на стадии (е)
газ дл псевдоожижени подают во вспомогательный канал (62) больше, чем на одном
уровне высоты.
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 16
RU 2 300 415 C2
Страница: 17
DR
RU 2 300 415 C2
Страница: 18
жижени , и нижн часть выпускного канала
снабжена трубой дл потока дл соединени камеры теплообмена с выпускным каналом, и
верхн часть снабжена трубой дл потока дл соединени выпускного канала с печью.
Таким образом, имеетс предпочтительно по меньшей мере два по существу вертикальных
канала между камерой теплообмена и печью: выпускной канал, соединенный с нижней
частью камеры теплообмена, и вспомогательный канал, соединенный с верхней частью
камеры теплообмена.
Материал, подлежащий выпуску из нижней части камеры теплообмена, предпочтительно
псевдоожижаетс в вертикальном выпускном канале таким образом, что материал
поднимаетс вверх по каналу, после чего он выводитс через трубу дл потока в верхней
части выпускного канала в печь. Соответственно неохлажденный материал может быть
выпущен из верхней части камеры как слив по второму, по существу вертикальному каналу
вниз, после чего он выводитс через трубу дл потока в нижней части вспомогательного
канала в печь. Посредством регулировани количества материала, выпускаемого из
нижней части камеры теплообмена через выпускной канал, возможно эффективно
регулировать эффективность теплообмена камеры теплообмена.
Основной особенностью насто щего изобретени вл етс то, что вспомогательный
канал, соединенный с верхней частью камеры теплообмена, может быть использован дл выпуска избытка неохлажденного материала как слива из верхней части камеры
теплообмена, или альтернативно дл подачи гор чего материала сло в камеру
теплообмена. Обычно вспомогательный канал используетс как канал дл слива при
высоких нагрузках и как канал дл подачи вспомогательного материала при низких
нагрузках.
Обычно большое количество устройств, требуемых дл различных операций, должно
быть размещено в ограниченном пространстве в нижней части реактора с
псевдоожиженным слоем. Обычно имеютс три различных вида потоков твердых частиц
между печью и камерой теплообмена: поток охлажденных твердых частиц из нижней части
камеры теплообмена в печь, поток неохлажденных твердых частиц из верхней части
камеры теплообмена в печь, и поток гор чих твердых частиц в камеру теплообмена. В
различных рабочих положени х реактора с псевдоожиженным слоем объемы потоков этих
различных потоков материала могут быть значительно большими, что вл етс причиной
того, что дл каждого потока требуетс канал дл потока достаточного размера. В
соответствии с насто щим изобретением материал перемещаетс по тому же каналу дл потока в различных рабочих положени х либо из печи в камеру теплообмена, либо из
камеры теплообмена в печь. Таким образом, посредством использовани такого устройства
пространство, необходимое дл каналов дл потока твердых частиц, сводитс к минимуму,
что снова делает более легким наладку различных работ в нижней части печи.
В соответствии с насто щим изобретением нижн часть вспомогательного канала
снабжена соплами дл газа дл псевдоожижени . Путем изменени скорости потока газа,
проход щего через сопла, возможно отрегулировать скорость потока и направление потока
материала, вход щего во вспомогательный канал. Если скорость потока газа дл псевдоожижени вл етс низкой, никакой материал не проходит вверх в канале из трубы
дл потока в нижней части в трубу дл потока в верхней части, но канал служит только
как канал дл слива дл выпуска материала из камеры теплообмена. Когда скорость газа
дл псевдоожижени превышает определенную предельную скорость, котора также дл мелкодисперсных материалов обычно выше 1 м/с, гор чий материал сло начинает
проходить из печи в камеру теплообмена.
Когда скорость газа дл псевдоожижени повышаетс , количество гор чего материала
сло , проход щего в камеру теплообмена, увеличиваетс , и в то же врем увеличиваетс эффективность теплообмена в камере теплообмена. Таким образом, вспомогательный
Страница: 7
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
канал в соответствии с изобретением оперативно отклон етс от отверсти дл потока,
известного как проход дл слива, так что вспомогательный канал также работает как
входной канал, который регулируетс независимо от остальной работы реактора.
Реактор с псевдоожиженным слоем в соответствии с насто щим изобретением
предпочтительно выполнен таким образом, что печь, камера теплообмена, выпускной
канал и вспомогательный канал образуют единую конструкцию, в которой выпускной канал
и вспомогательный канал расположены примыкающими между печью и камерой
теплообмена. Выпускной канал и вспомогательный канал предпочтительно расположены у
стенки между камерой теплообмена и печью, примыкающими таким образом, что они
имеют, по меньшей мере частично, один и тот же уровень высоты. По меньшей мере часть
стенок печи и камеры теплообмена, объединенной с ней, предпочтительно выполнены из
кип тильных труб, соединенных друг с другом посредством так называемых ребер, которые
могут, по меньшей мере частично, быть футерованными огнеупорами.
Когда в камере теплообмена и выпускном канале создаетс псевдоожижение,
гомогенное и с равномерной скоростью, уровни псевдоожиженных слоев наход тс в них в
равновесии приблизительно при одном и том же уровне высоты. Если скорости
псевдоожижени в камере теплообмена и выпускном канале отклон ютс друг от друга,
плотность сло в области с бульшим псевдоожижением ниже, чем в области с меньшим
псевдоожижением. Соответственно высота сло , наход щегос в равновесии, выше в
области с большим псевдоожижением, чем в области с меньшим псевдоожижением.
Поток материала через выпускной канал вызывает трение, что вл етс причиной того,
что давление дл создани потока должно быть на определенную величину выше на дне
камеры теплообмена, чем на дне выпускного канала. Это вл етс причиной того, что в
положении потока высота сло может быть на более высоком уровне в камере
теплообмена, чем в выпускном канале.
Следует отметить на практике, что в устройстве, описанном в патенте США № 5526775
при работе при высоких нагрузках, регулирование потока материала, проход щего через
выпускной канал посредством изменени скорости псевдоожижени в выпускном канале в
некоторых услови х, вл етс трудным. При очень низких скорост х газа дл псевдоожижени в выпускном канале поток материала в выпускном канале
останавливаетс , посредством чего весь материал выходит как слив через отверсти в
верхней части камеры, и эффективность теплообмена в камере остаетс очень низкой.
Неожиданный признак, который должен быть отмечен, состоит в том, что когда скорость
псевдоожижени в выпускном канале повышаетс таким образом, что материал начинает
проходить в выпускной канал, слой материала, накопленный в камере теплообмена, может
в некоторых положени х немедленно проталкивать весь гор чий материал, вход щий в
камеру, через выпускной канал. Посредством этого эффективность теплообмена в камере
теплообмена быстро повышаетс до высокой величины, и требуемое точное
регулирование эффективности теплообмена не достигаетс .
Естественным решением вышеописанной проблемы вл етс добавление трени ,
создаваемого выпускным каналом, например посредством уменьшени ширины канала.
Проблемой в таком устройстве вл етс то, что узкий канал имеет высокий риск
закупоривани , например, в св зи с беспор дочными большими частицами или
накоплени ми, образующимис в канале. В насто щее врем было отмечено, что
возможность регулировани эффективности теплообмена в камере теплообмена может
быть улучшена посредством поддержани достаточно малой разности в высотах между
нижними кромками более высокой трубы дл потока сливного канала и более высокой
трубы дл потока выпускного канала. Посредством этого высота сло материала,
накапливающегос в камере теплообмена, никогда не поднимаетс до такого уровн , при
котором она будет обеспечивать прохождение всего материала через выпускной канал.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществлени насто щего изобретени труба дл потока в верхней части вспомогательного канала находитс на более высоком
уровне, самое большее приблизительно на 500 мм, наиболее предпочтительно самое
Страница: 8
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
большее около 300 мм, чем труба дл потока в верхней части выпускного канала. В
некоторых положени х, например, когда подвижность материала сло особенно высока ,
может быть необходимо пригнать трубу дл потока в верхней части вспомогательного
канала на тот же или даже более низкий уровень высоты, чем труба дл потока в верхней
части выпускного канала.
Расположение труб дл потока в верхней части каналов таким образом, который описан
выше, обеспечивает посредством изменени скорости псевдоожижени в выпускном
канале возможность регулировани желаемой части материала, чтобы она проходила
через камеру теплообмена и выходила через выпускной канал со дна камеры теплообмена.
Остаток гор чего материала выходит как слив через вспомогательный канал пр мо в печь
и не имеет возможности контактировать с теплообменными поверхност ми. Таким образом,
посредством изменени величины части, выход щей через выпускной канал, возможно
эффективно регулировать эффективность теплообмена в камере теплообмена.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществлени насто щего изобретени материал перемещаетс в камеру теплообмена в дополнение к вспомогательному каналу
также через первые входные средства. Когда камера теплообмена соединена с котлом дл циркулирующего псевдоожиженного сло , первые входные средства предпочтительно
содержат трубу дл возврата, ведущую из сепаратора гор чей циркул ции в камеру
теплообмена. Когда камера теплообмена соединена с печью котла дл циркулирующего
псевдоожиженного сло , первые подающие средства предпочтительно содержат отверсти в стенке, соедин ющие камеру теплообмена и печь.
Возможно, чтобы больша часть гор чего материала входила в камеру теплообмена
через вспомогательный канал в соответствии с изобретением. Предпочтительно, первые
подающие средства, однако, расположены таким образом, что больша часть гор чего
материала входит через первые подающие средства, и вспомогательный канал в
соответствии с изобретением используетс только тогда, когда требуетс регулирование
потока материала способом, описанным выше.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществлени насто щего изобретени реактор с псевдоожиженным слоем содержит по меньшей мере два примыкающих
выпускных канала таким образом, что вспомогательный канал в соответствии с
изобретением будет расположен между двум выпускными каналами. Больша камера
теплообмена может также содержать р д вспомогательных каналов в соответствии с
изобретением, которые предпочтительно расположены между двум выпускными
каналами.
Чередующеес расположение выпускных каналов и вспомогательных каналов
обеспечивает компактность конструкции, посредством которой большое количество
материала сло , выпускаемого из камеры теплообмена, может быть эффективно и
равномерно распределено в печи. В большом реакторе с псевдоожиженным слоем
предпочтительно имеетс р д камер теплообмена, расположенных примыкающими.
Посредством использовани расположени выпускного канала в соответствии с описанным
выше в этих камерах возможно обеспечить равномерный поток частиц между камерами
теплообмена и печью.
Объем камеры теплообмена должен быть достаточным, чтобы в нее было можно
вставить требуемое количество теплообменных поверхностей. Выгодным решением дл повышени объема камеры вл етс размещение дна камеры на более низком уровне
высоты, чем решетка печи. Таким образом, труба дл потока в нижней части
вспомогательного канала находитс предпочтительно на более высоком уровне, чем труба
дл потока в нижней части выпускного канала.
Существуют частицы большего размера, чем остальной материал сло на решетке печи,
которые могут нарушить работу камеры теплообмена, например, посредством
закупоривани входного канала или пространств между теплообменными поверхност ми.
Частицами, большими, чем остальные частицы сло , могут также быть уголь или частицы
какого-нибудь другого топлива, которые при входе в камеру теплообмена могут сгореть
Страница: 9
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
не полностью и повысить содержание моноксида углерода в отход щем газе из реактора.
Дл того чтобы избежать указанных выше проблем, было доказано, что преимущественно
размещать трубу дл потока в нижней части вспомогательного канала на более высоком
уровне, чем уровень решетки печи, предпочтительно на уровне по меньшей мере на 200
мм выше, чем уровень высоты решетки. Ступень ниже трубы дл потока предотвращает
вход опасных больших частиц во вспомогательный канал или камеру теплообмена.
Труба дл потока в нижней части вспомогательного канала обычно содержит по
меньшей мере короткую по существу горизонтальную часть канала, в дне которой имеютс сопла дл газа дл псевдоожижени . Дл того чтобы предотвратить проход больших частиц
со дна печи во вспомогательный канал, было отмечено, что преимущественно, чтобы по
существу горизонтальна часть канала выступала наружу, поднима сь из печи. Наклон
подъема части канала предпочтительно составл ет примерно 10-20 градусов. Сопла дл газа дл псевдоожижени , расположенные по существу в горизонтальной части канала,
могут предпочтительно быть соплами, направл ющими газ дл псевдоожижени в печь,
например, так называемыми ступенчатыми решетчатыми соплами. Посредством
использовани направл ющих сопел поток материала может быть направлен на решетку
на дне из трубы дл потока вспомогательного канала, что снова уменьшает риск прохода
больших частиц со дна печи во вспомогательный канал. Когда используютс ступенчатые
решетчатые сопла, труба дл потока вспомогательного канала может предпочтительно
быть на уровне решетки на дне, таким образом, что ступенчата решетка на по существу
горизонтальной части канала представл ет собой расширение ступенчатой решетки на дне
печи.
Дл обеспечени потока мелкодисперсного материала в камеру теплообмена
одновременно с предотвращением входа в нее больших частиц возможно расположить
сопла дл газа дл псевдоожижени преимущественно на различных уровн х высоты во
вспомогательном канале. Поскольку сопла дл газа дл псевдоожижени расположены на
различных уровн х высоты, скорость потока газа дл псевдоожижени в верхней части
вспомогательного канала вл етс большей, чем в нижней части канала. Например,
скорость псевдоожижени в нижней части вспомогательного канала может быть
приблизительно 1 м/с, в средней части приблизительно 2 м/с и в верхней части канала
приблизительно 3 м/с или даже больше.
Далее насто щее изобретение описано более подробно посредством примера со
ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 схематически иллюстрирует вертикальное поперечное сечение реактора с
циркулирующим псевдоожиженным слоем, гор ча циркул ци в котором обеспечиваетс посредством камеры теплообмена;
Фиг.2 схематически иллюстрирует вертикальное поперечное сечение камеры
теплообмена в соответствии с изобретением;
Фиг.3 схематически иллюстрирует вид спереди камеры теплообмена в соответствии с
изобретением в направлении от печи;
Фиг.4 схематически иллюстрирует горизонтальное поперечное сечение реактора с
псевдоожиженным слоем, имеющего две камеры теплообмена в соответствии с
изобретением;
Фиг.5 схематически иллюстрирует вертикальное поперечное сечение второй камеры
теплообмена в соответствии с насто щим изобретением.
На Фиг.1 показано схематическое вертикальное поперечное сечение реактора 10 с
циркулирующим псевдоожиженным слоем, имеющего камеру 40 теплообмена в
соответствии с насто щим изобретением. Реактор с циркулирующим псевдоожиженным
слоем содержит печь 16, ограниченную стенками 12, 14 кип тильных труб, причем печь
содержит средство 18 дл подачи топлива, например угл или биотоплива, инертного
материала сло , например песка, и возможных добавок, например известн ка. Реактор
также содержит средство 20 дл подачи кислородсодержащего газа дл псевдоожижени ,
обычно воздуха, с заранее заданной скоростью через холодильник 22 и сопла 26 дл газа
Страница: 10
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
дл псевдоожижени , размещенные в дне 24 печи, в нижнюю часть печи 16. Обычно
скорость воздуха дл псевдоожижени в печи реактора с циркулирующим
псевдоожиженным слоем составл ет 3-8 м/с. Печь обычно содержит также сопла дл вторичного воздуха, которые, однако, не показаны на фиг.1.
Топливо реагирует в печи с кислородом газа дл псевдоожижени и вырабатывает
отход щие газы, которые поднимаютс в верхнюю часть печи, и материал сло уноситс вместе с ними. Отход щие газы и материал в виде частиц, унесенный вместе с ними,
выход т в сепаратор 30 дл частиц через трубу 28, расположенную в верхней части печи.
Больша часть материала в виде частиц в сепараторе дл частиц отдел етс от дымовых
газов, и очищенные газы 32 выпускаютс через выпускную трубу 34 в конвекционную
секцию, не показанную на фиг.1, и далее через дымовую трубу в окружающую среду.
Материал в виде частиц, отделенный в сепараторе 30 дл частиц, выводитс в камеру 40
теплообмена через канал 36 возврата и газонепроницаемое уплотнение 38 в его нижней
части.
Слой из возвращенного гор чего материала в виде частиц образуетс в камере 40
теплообмена. Камера 40 теплообмена содержит средство 42 дл подачи газа дл псевдоожижени в камеру при заданной скорости через холодильник 44 и сопла 46.
Скорость газа дл псевдоожижени в камере теплообмена обычно относительно низка ,
обычно ниже 1 м/с. Таким образом, слой в камере теплообмена представл ет собой так
называемый барботажный псевдоожиженный слой, который действует так же, как и
жидкость, и который имеет хорошо ограниченную верхнюю поверхность.
Камера 40 содержит теплообменные поверхности 48, которые используютс дл передачи тепла от материала гор чего псевдоожиженного сло к теплообменной среде,
проход щей внутри теплообменных поверхностей. Путем изменени скорости газа дл псевдоожижени в камере теплообмена возможно регулировать до определенной степени
эффективность теплообмена в камере. Обычно поверхность сло в камере теплообмена
находитс выше теплообменных поверхностей, посредством чего теплообменные
поверхности наход тс внутри псевдоожиженного сло .
Охлажденные частицы проход т в по существу вертикальный выпускной канал 52 через
отверстие 50 в нижней части камеры 40 теплообмена. Выпускной канал 52 снабжен
средством 54, при помощи которого возможно подавать газ дл псевдоожижени в нижнюю
часть канала при заранее заданной скорости через холодильник 56 и сопла 58.
Псевдоожиженный материал поднимаетс вверх в выпускном канале 52 и выходит обратно
в печь 16 через отверстие 60 в верхней части канала. Скорость газа дл псевдоожижени в выпускном канале может измен тьс в различных рабочих положени х, но в большинстве
случаев она приблизительно та же или незначительно выше, чем скорость газа дл псевдоожижени в камере теплообмена.
Фиг.2 схематически иллюстрирует вертикальное поперечное сечение камеры
теплообмена в соответствии с насто щим изобретением, на которой показан по существу
вертикальный вспомогательный канал 62. На Фиг.2 показан другой разрез камеры
теплообмена реактора с циркулирующим псевдоожиженным слоем, показанного на фиг.1,
или она может быть разрезом независимой камеры теплообмена, котора не соединена с
гор чей циркул цией реактора с циркулирующим псевдоожиженным слоем, но
непосредственно соединена с печью реактора, например, реактора с барботажным
псевдоожиженным слоем. В обоих случа х предпочтительно два по существу
вертикальных канала соединены с камерой 40 теплообмена, выпускной канал 52 в
соответствии с фиг.1 и вспомогательный канал 62 в соответствии с фиг.2.
Нижн часть по существу вертикального вспомогательного канала 62, показанного на
фиг.2, снабжена трубой 64 дл потока в нижней части печи 16, и его верхн часть
снабжена трубой 66 дл потока в верхней части камеры 40 теплообмена. Канал
предпочтительно соединен с печью в области, где плотность псевдоожиженного сло выше, и с камерой теплообмена на уровне верхней поверхности псевдоожиженного сло или выше нее. Дно канала 62 снабжено соплами 68 дл газа дл псевдоожижени , через
Страница: 11
RU 2 300 415 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
которые возможно подавать газ дл псевдоожижени при заранее заданной скорости.
Когда скорость газа дл псевдоожижени в канале 62 вл етс достаточно высокой,
обычно выше 1 м/с, гор чий материал сло перемещаетс через канал из нижней части
печи 16 в камеру 40 теплообмена. Количество перемещающегос материала может быть
эффективно отрегулировано посредством изменени скорости газа дл псевдоожижени в
канале 62. Материал сло , перемещающийс через канал 62, может образовать большую
часть потока гор чего материала, проход щего в камеру 40 теплообмена, но
предпочтительно больша часть гор чего материала поступает несколько другим
способом, и только поток вспомогательного материала, требуемого дл регулировани эффективности теплообмена в камере теплообмена, проходит через канал 62.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществлени скорость потока газа дл псевдоожижени в канале 62 и таким образом скорость потока вспомогательного
материала, перемещающегос в камеру 40 теплообмена по каналу 62, регулируетс на
основе температуры, измеренной при помощи средства 70, теплообменной среды,
выход щей из теплообменных поверхностей 48. Скорость потока газа дл псевдоожижени в канале 62 может также быть отрегулирована на основе температуры в камере 40
теплообмена, печи 16 или выпускном канале 52, или материала в виде частиц в них.
Когда скорость газа дл псевдоожижени в канале 62 вл етс меньшей, чем
определенна предельна скорость, обычно меньше, чем 1 м/с, никакой материал не
перемещаетс через канал 62 из печи 16 в камеру 40 теплообмена. Посредством этого
возможно, чтобы материал проходил в другом направлении через канал, как слив из
верхней части камеры 40 теплообмена в печь 16. Слив имеет место, если больше
материала проходит другим путем в камеру 40, чем может выходить через выпускной канал
52. Материал может проходить в камеру 40 теплообмена из сепаратора 30 реактора с
циркулирующим псевдоожиженным слоем и/или, например, через отверсти 72 в части 14а
стенки, общей дл камеры 40 и печи 16.
Дно 74 канала 62 в устройстве на фиг.2 расположено на уровне, который выше, чем дно
24 печи 16. Ступень 76 между этими уровн ми высоты предотвращает возможность входа
больших частиц со дна печи в канал 62 или камеру 40 теплообмена. Высота ступени 76
предпочтительно составл ет по меньшей мере приблизительно 200 мм.
Камера 40 теплообмена предпочтительно содержит два примыкающих выпускных
канала 52 и вспомогательный канал 62, расположенный, по меньшей мере частично, на том
же уровне, что и выпускные каналы. На фиг.3 схематически показан вид спереди части
14а стенки, общей дл печи и камеры теплообмена, показанный в направлении от печи. На
фиг.3 показано предпочтительное соответственное размещение отверстий дл потока двух
выпускных каналов 52 и вспомогательного канала 62, расположенного между ними. На
фиг.3 отверсти дл потока, открытые в печь, показаны посредством непрерывной линии,
и отверсти дл потока, открытые в камеру теплообмена и каналы дл потока в части 14а
стенки, показаны посредством пунктирной линии.
Дл того чтобы иметь возможность эффективно регулировать поток материала через
выпускные каналы 52 камеры теплообмена в положении слива, необходимо отметить, что
нижн кромка 80 верхнего отверсти 66 дл потока вспомогательного канала 62 была
преимущественно не намного выше, чем нижн кромка 78 верхних отверстий 60 дл потока выпускных каналов 52. Предпочтительно, чтобы нижн кромка 80 верхнего
отверсти 66 дл потока вспомогательного канала 62 была самое большее на 500 мм
выше, наиболее предпочтительно самое большее на 300 мм выше, чем нижн кромка 78
верхних отверстий 60 дл потока выпускных каналов 52.
Нижн кромка 82 нижней трубы 64 дл потока вспомогательного канала 62 на фиг.3
выше, предпочтительно по меньшей мере на 200 мм выше, чем урове?
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
323 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа