Установка для сжигания

 

Использование: в энергетике, в частности в котлах. Сущность изобретения: установка для достижения процесса циркуляции содержит реакторную камеру 1 и по крайней мере один сепаратор 6 твердых частиц, расположенный внутри реактор ной камер.ы 1 до верхней ее части. По крайней мере первый , тлг. наружный, отсек 7 сепаратора 6 твердых частиц выполнен с расчетом образования теплопередающей поверхности. Входной канал.9 топочных газов в первый, т.е. наружный, отсек 7 выполнен с расчетом расширения всей периферии.отсе.ка. 11 з.п. ф-лы, 4 ил. Ы IO о О К Ы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .

РЕСПУБЛИК (si)s F 23 С 11/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К. ПАТЕН,ТУ!

2 У7

tu

19 о

П (A

1 (21) 4894470/06 (22) 28,01.91 (46) 23;08.93, Бюл, No 31 (31) 900436 (32) 29.01.90 (33) Fl (71) Тампелла Пауер Ой (Н) (72) Йоуни Кинни, Сеппо Руотту, Пааво Хюетю и Пентти Янка (Н). (56) Ценц Ф.А. Системы флюидизации и .ожижения твердых частиц. Ремм-корп„ т. 11, 1989, с. 333-334.!

Ж „1836602 АЗ (54) УСТАН0ВКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ (57) Использование: в энергетике, в частности в котлах. Сущность изобретения: установка для достижения процесса циркуляции содержит реакторную камеру 1 и по крайней мере один сепаратор 6 твердых частиц, рас-. положенный внутри реакторной камеоы 1 до верхней ее части. По крайней мере первый, т. е. наружный, отсек 7 сепаратора 6 твердых частиц выполнен с расчетом образования теплопередающей поверхности.

Входной канал,9 топочных газов в первый, т.е. наружный, отсек 7 выполнен с расчетом расширения всей периферии. отсека; 11 з.п. ф-лы, 4 ил, 1836602

Изобретение касается блока сгорания, наиболее точно определенного в доотличительной частй формулы изобретения в пункте 1. Блок сгорания главным образом содержит камеру реактора, в которой располагается, по крайней мере, один сепаратор твердых частиц, Камера реактора расположена, по существу, в вертикальном положенйи. По крайней мере структура вертикальной стенки реакторной камеры выполнена с образованием теплопередающей поверхности. Теплопередающая поверхность . образована трубчатой структурой, поток теплопередающей среды . располагается внутри. Экзотермическая реакция сгорания, так называемый псевдоожиженный слой располагается для протекания в нижней части реакторной-камеру путем подачи топлива и воздуха и выпуска отходящих газов, содержащих вещество твердых частиц, вверх в реакторной камере. Сепаратор твердых частиц является так называемым циклонным сепаратором, имеющего:два вертикальных и, по существу, соосных отсека, один расположенный по существу внутри другого. Первый, т.е. наружный отсек,. образован с

„входным отверстием для топочных газов.

Далее, первый отсек образован в своей части и предпочтительно соединен с помощью конической части с возвратным трубопроводом для материала твердых частиц, выделенных в сепараторе твердых частиц из топочных газов, для возврата материала . твердых частиц в нижнюю часть реакторной . камеры. Второй, т,е. внутренний отсек соединен в своей верхней части с последующей стадией процесса для транспортирования топочных газов, по существу свободных от твердых частиц, через внутренний отсек на последующую стадию процесса, Блок сгорания этого типа может считаться как по существу известный из нижеследующего материала: Ф.А. Ценц., Системы флюидизации и ожиженных твердых частиц, Публикации Ремм-корп„том II, Драфт 1989, страницы 333-334. Эта публикация касается так называемого барботэжного реактора с псевдоожиженным слоем.

Благодаря своим особенностям конструкции и потока представленный реактор настолько неудобен для эксплуатации, что нет действующих практических применений, особенно таких применений, в которых реакторная камера содержит сепаратор твердых частиц, Цель настоящего изобретения состоит в создании блока сгорания, который в применениях. основанных на циркулирующей реакции, "обеспечивает выгодную конст50 пично около ЗОООС, тогда как поддерживающий стальной кожух сепаратора твердых частиц должнен поддерживаться максимум при 80 С, как самый высокий по причинам безопасности и снижения тепловых потерь.

Поэтому ясно, что традиционные реакторы с циркуляцией несут ущерб из-за серьезных перемещений, связанными с температурны-. ми изменениями во время пуска и останова.

Это изобретение устраняет вышеназванные проблемы, так как блок сгорания ледет с -бя рукцию для блока сгорания с конструкционной точки зрения исвойств потока в случаях, когда сепаратор твердых частиц должен устанавливаться внутри реакторной камеры.

Поэтому цель настоящего изобретения состоит в совершенствовании предшествующего уровня техники в этой области. Для достижения этих целей блок сгорания согласно изобретению главным образом отли10 чается тем, что по крайней мере первый, т,е, наружный отсек сепаратора твердых частиц выполнен известным способом таким обр3 зом, что образует предпочтительно трубчатую теплопередающую поверхность, 15 причем поток теплопередающей среды располагается внутри трубчатой структуры, и что входное отверстие для топочных газов в первый, т.е. наружный отсек расположено с расчетом расширения всей периферии отсе20 ка, Теплопередающая поверхность, которая образована из первого, т.е. наружного .отсека, .известна из публикации патента

США 4.746.337, которая (публикация) одна„25. ко касается отдельного циклойного сепаратора, Когда по крайней мере первый, т,е. наружный отсек сепаратора твердых частиц. образован в теплопередающей поверхности,.весь блок сгорания становится управля-.

30 емым узлом в отношении его конструкции и, в частности. его свойств теплового расширения, 8 традиционном способе соединен4е ревкторной. камеры, которая функционирует как теплопередающая поверхность, и . изолированного сепаратора твердых частиц. вместе представляет серьезную проблему по причине их разного поведения при тепловом расширении, Совершенно очевидно, что сепаратор твердых частиц содержащий

40 керамические части толщиной примерно

300 мм; должен монтироваться на нижней плоскости и должен быть образован с самоподдерживающим стальным кожухом.,Реакторная камера с панельными структурами

45 предпочтительно поддерживается сверху, и поэтому тепловое расширение происходит главным образом вниз..При функционировании температура реакторной камеры в традиционным реакторах с циркуляцией ти1836602 как один узел при названных температурных изменениях во время пуска и останова.

Рассматривая в целом, выгодное конструктивное решение достигается, когда входное отверстие топочных газов помещено в первом т.е. в наружном отсеке, чтобы расширить всю периферию отсека. Сепаратор твердых частиц и входной трубопровод. традиционно связанный с ним, требует большого пространства. Поэтому традиционные циклонные сепараторы не могут устанавливаться внутри реакторной камеры без дорогих необычных и непрактичных конструкций, Тогда йроблема состоит в том, как достигнуть, учитывая его конструкцию и свойства его топочных газов, такого входного трубопровода для топочных газов, который будет обеспечивать достаточное направляющее действие для топочных газов, и где пространственные требования ьходного трубопровода будут лишь долей по сравнению с пространственными требованиями входного трубопровода в тра. диционных циклонных сепараторах Вышеназванная проблема может быть точно решена таким образом, что входной канал топочных газов помещается. в впервом, т.е. наружном отсеке для расширения всей периферии отсека. Это дает одно конкретное преимущество в том, что когда используется трубчатая теплопередающая поверхность в впервом, т.е. наружном отсеке, сами трубы могут создавать или в некоторых случаях через сгибание труб опорную структуру для входного канала топочных газов, так что перегораживающие лопатки из керамического материала могут быть образованы на этой опорной структуре для потока топочных газов.

Согласно одному, в частности, выгодному варианту реализации, горизонтальное поперечное сечение реакторной камеры, по крайней мере в точке, где расположен сепаратор твердых частиц, является круглым, где центровая линия формы поперечного сечения совпадает с обычной центровой линией отсеков сепаратора. Это техническое решение дает идеал ьную структуру, которая аксиально симметрична по крайней мере в точке, где расположен сепаратор твердых частиц. Достигается ряд преимуществ в . отношении сгорания, потока и конструкционных свойств по сравнению с традиционными реакторами с циркуляцией, имеющих прямоугольное поперечное сечение, В силу конструкционных причин массовые опорные структуры требуются для усиления стенок в обычных прямоугольных реакторных частях, и особенно в больших блоках сгорания. Учитывая тепловое расширение сложность этих опорных структур еще больше увеличивается, В применениях с повышенным давлением эти недостатки становятся хуже в том, что отдельное давление снаружи должно использоваться, в котором должна быть размещена реакторная камера. Большинство вышеназванных недостатков может быть устранено посредством аксиально симметричной структуры, 10 описанной выше

Некоторые выгодные варианты реализации блока сгорания согласно изобретению представлены в прилагаемых . зависимых пунктах формулы изобретения.

15 Изобретение будет теперь далее иллюстрироваться со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг, 1 — вид вертикального поперечного сечения блока сгорания согласно изобретению, произведенного по центровой линии;

Фиг.,2 и 3 — виды частичного поперечного сечения фиг. 1 по линии А — А в точке, где входной канал топочных газов расположен для иллюстрации двух вариантов реализации;

Фиг. 3 — поперечное сечение по линии

В-В на фиг. 1.

Основные части блока можно видеть особенно на фиг. 1. Цилиндрическая реакторная камера 1 с круглым поперечным се30 чением установлена в вертикальном положении. Структура стенки, состоящая иэ кожуха (оболочки реакторной камерй, по существу образована в теплопередающей поверхности, содержащей множество труб и

35 проходящих по крайней мере вдоль вертикальной части структуры стенки. Теплопередающая среда течет внутри трубчатой структуры. В нижней части реакторной камеры 1 имеется структура решетки 2, обра40 эованная с подачей воздуха сгорания путе.. испоЛьзования, например, системы обычн го сопла (не показано). Для этой цели предусмотрен так называемый воздушный

45 отсек 3, через который воздух сгорания по дается на систему сопла. Далее, в связи с решеткой предусмотрено устройство 4 подачи топлива и выходной канал 5 для крупного материала.

50 На верхней части структуры решетки 2 образован псевдоожиженный слой, и генврируемые в нем топочные газы движутся вверх, унося материал твердых частиц.

Внутри верхней части реакторной каме55 ры 1 находится сепаратор 6 твердых частиц, имеющий первый, т.е. наружный отсек 7, и второй т.е. внутренний отсек 8, которые обв имеют круглые горизонтальные поперечные сечения, и центровые линии которых по существу сОвпадают и предяочтительно сов1836602

20

30

50 падают с центровой линией реакторной камеры 1. Первый. т,е. наружный отсек 7 образован с входным каналом (патрубком) для топочных газов. Нижняя часть первого, т.е. наружного отсека 7 образована с конической частью 7а, которая симметрична относительно центровой линии, и вертикальным возвратным патрубком 10, имеющем предпочтительно круглое поперечное сечение, и

его центровая линия совпадает с центровой линией реакторной камеры 1 и соединяется с нижней частью первого, т.е. наружного отсека. Возвратный патрубок 10 располагается в вертикальном направлении от нижней части первого, т.е, наружного отсека, до нижней части реакторной камеры 1 до зоны псевдоожиженного слоя.

Второй, т.е. внутренний отсек 8 сепаратора твердых частиц располагается в верти кальном направлении значительно более коротком, чем первый, т,е. наружный отсек

7, и имеет по существу трубчатую форму, и его верхняя часть соединена со стадией процесса, следующей за. блоком сгорания, для транспортирования топочных газов, свободных от материала твердых частиц, через названный второй, т,е. внутренний отсек 8 на стадию процесса, которая следует после блока сгорания.

По крайней мере первый, т.е, наружный отсек 7 выполнен с возможностью образования предпочтительно трубчатой теплопередающей поверхности, в которой протекает теплопередающая среда, Совершенно очевидно, что второй, т,е. внутренний отсек 8 также может быть выполнен для образования теплопередающей поверхности путем образования ее в теплойередающей поверхности, образованной параллельными трубами, Как видно, в частности, на фиг. 1, трубчатая структура, образующая стенку реакторной камеры 1, содержащая теплопередающую среду, выполнена для образования крышевой структуры 1а блока сгорания, и затем часть труб, оставляющих кольцевую распределительную трубу 11 в нижней части реакторной камеры в кольцевой коллекторной трубе 12, которая окружает второй, т.е. внутренний отсек 8 сепаратора твердых частиц, который (отсек) соединен с кольцевой коллекторной трубой 12, Часть труб, оставляющих кольцевую распределительную трубу 11, может быть соединена в верхней части реакторной камеры, KGK показано на фиг. 1, со второй кольцевой коллекторной трубой 13 в верхней части реакторной камеры. Далее, обращаясь к фиг. 1, кольцевая распределительная труба 11 подает воду, которая функционирует в качестве,теплопередающей среды, например. через структуру 2 трубчатой решетки, на кольцевую распределительную трубу 14, которая расположена ниже возвратного патрубка 10, где вертикальные отрубы 15 образуют соединение от распределительной трубы 14 до второй кольцевой распределительной трубы 16, которая расположена в нижней части возвратного латрубка 10, и затем возвратный патрубок в целом выполнен с образованием теплообменной поверхности, содержащей вертикальные трубы. Поток теплопередающей среды проходит через возвратный патрубок 10 к нижней части первого, т.е, наружного отсека и оттуда далее через трубчатую структуру отсека 7, через и ромежуточные коллекторные камеры 18а» 18b на кольцевую коллекторную трубу 17. От последней, как это видно, поток теплопередающей среды может просто проходить таким образом, что по существу весь блок сгорания функционирует как теплопередающая поверхность.

Альтернативная структура в отношении первого, т,е, наружного отсека 7 представлена специально на фиг, 1, где имеется другая кольцевая промежуточная коллекторная камера 18Ь, расположенная вблизи нижней части входного канала 9 топочных газов, откуда разнесенная трубчатая структура проходит вверх к коллекторной трубе 17, В результате достигается конструкция, специально показанная на фиг, 2, в которой входной канал 9 топочных газов состоит из нескольких Ьтверстий, располЬженными со специальными интервалами по окружности первого, т.е, наружного отсека 7, где отверстия одинакового размера и предпочтительно прямоугольные и расположена на одинаковом уровне высоты. Входной канал

9 топочных газов расположен в верхней части реакторной камеры сразу под крышевой структурой 1а реакторной камеры 1, где крышевая структура 1а функционирует в качестве блокирующей поверхности в отношении вертикального потока топочных газов.

В зависимости от размера блока сгорания число этих отверстий, расположенных во входном канале 9 топочных газов, может изменяться между 5-30, Каждый элемент

19, который состоит иэ одной или больше труб, и который оставляет промежуточную коллекторную камеру 18Ь. и которые (элементы) расположены в разнесенном лоложении ло сравнению с расположением в соответствующей части первого, т,е. наружного отсека, ниже промежуточной коллекторной камеры 18Ь, располагается внутри лопаток 20, предпочтительно выполненных

1836602

10.

20

Ъ о

45 из керамического материала. Элементы 19 образованы с соответствующими зажимными элементами, например, эажимные скобы, для образования зажима между керамическим материалом и элементами

19, Множество лопаток, состоящих иэ названных лопаток 20, размещается в наклонном положении относительно периферии первого, т,е. наружного отсека 7, так что топочные газы текут главным образом тангенциально во внутреннюю часть первого, т.е. наружного отсека 7 через- входные отверстия 21 топочного газа. Как видно, в частности, на фиг. 2, лопатки 20 расположены по существу внутри наружной поверхности первого, т.е, наружного отсека 7.

На фиг. 3 показано другое структурное альтернативное решение согласно изобре-, тению в отношении входного канала топочных газов, где нет промежуточных коллекторных камер 18Ь как на фиг. 1 и 2, но трубы nepsoro, т.е. наружного отсека 7 продолжаются равномерно от первой коллекторной камеры 18а до коллекторной трубы

17 над крышевой структурой 1а. В этом слу- 25 чае керамические лопатки 20 размещают те части трубчатой теплопередающей поверхности первого, т.е. наружного отсека 7, котбрые on ределя ются . в отношении расположения вхЬдным каналом 9 топочных 30 газов. Эти части каждая сгибаются от поверхностной плоскости отсека таким образом, что они располагаются в площади гориэонтального поперечного. сечения данной лопатки, и эти части снабжены зажимными элементами для осуществления аажима (захвата) между этими частями и керамическим материалом. В варианте реализации, показанном на фиг. 3, поперечное сечение каждой лопатки 20 содержит три трубки, и одна в середине 19а расположена s плоскости первого,.т,е. наружного отсека 7, и первая одна 19Ь иэ трубок на ее стороне загнута внутрь относительно отсека 7, и вторая одна

19с наружу относительно отсека 7. Таким образом, образовано множество лопаток, которые частично располагаются снаружи отсека 7, т.е. часть, которая располагается в кромочном районе лопаток входного канала топочных газов. Совершенно очевидно, что 50 сгибание труб может производиться таким образом,.что структура образуется в соответствии с фиг. 2, где множество лопаток располагается полностью внутри поверхности отсека 7, В этом случае все трубы, которые.должны быть согнуты, сгибаются в направлении внутрь отсека 7.

На фиг. 4 показано поперечное сечение по линии В-В на фиг. 1 для иллюстрации структуры в варианте реализации на фиг, 2.

Формула изобретения

1. Установка для сжигания, содержащая вертикальный корпус, стенки которого выполнены в виде теплопередающей поверхности из труб, размещенную внутри корпуса реакторную камеру, снабженную в нижней части средствами подачи топлива и через, решетку- воздуха для образования псевдоожиженного слоя из частиц твердого материала, а в верхней части — no крайней мере одним циклонным сепаратором, выполненным из соосно расположенных внутреннего и наружного кожухов, последний из которых имеет входной канал и в нижней части снабжен патрубком возврата частиц твердого материала в нижнюю часть реакторной камеры, при этом внутренний кожух выполнен из труб, имеет открытые нижний и верхний концы, последний иэ которых соединен с выходом иэ реакторной камеры, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции, наружный кожух и его входной канал выполнены соответственно в виде теплопередающей поверхности из труб и расширяющимся .по направлению к внутренней поверхности кожуха.

2. Установка по и. 1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что сепаратор установлен соосно с реакторной камерой, выполненной в поперечном сечении круглой по крайней мере в зоне установки сепаратора.

3. Установка по п,1, о тл и чаю щ а яс я тем, что входной канал выполнен в виде нескольких отверстий; расположенных по поверхности кожуха с заданными интерва.лами.

4. Установка попп. 1 и 3, о т л и ча ющ а я с я тем, что отверстия имеют одинаковый размер и расположены на одном уровне.

5; Установка по пп. 1 — 3, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что количество отверстий составляет 5-30 штук.

6. Установка по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ а я с я тем, что общие для каждых двух смежных отверстий стенки выполнены в виде тангенциально установленных лопаток.

7. Установка по и. 6, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что лопатки расположены внутри наружного кожуха.

8. Установка по и. 6, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что каждая лопатка сформирована в виде одной детали иэ керамического материала, обрамляющей по крайней мере одну трубу стенки наружного кожуха.

9. Установка по и. 8, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что трубы наружного кожуха в зоне входного канала расположены на расстоянии одна от другой, 12

1836602

11. Установка пои. 1, от л ича ю ща яс я тем, что верхняя часть труб реакторной камеры отогнута внутрь последней с обра19

Ф

1

О

" Составитель Н.Колесникова

Редактор Г.бельская Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С,Лисина

Заказ 3017 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

10. Установка по и. 8, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что часть труб наружного кожуха в зоне входного канала отогнута в область поперечного сечения лопатки, зованием ее перекрытия, а входной канал примыкает к последнему.

12. Установка пои, 1, отл ич а ю ща яс я тем, что стенки патрубка возврата вы5 полнены в виде теплопередающей поверх.ности, включенной в контур циркуляции между решеткой и трубами наружного кожуха,