Реактор с кипящим слоем
Настоящее изобретение относится к реактору с кипящим слоем. Описан реактор (10) с кипящим слоем, содержащий нижнюю часть (12), верхнюю часть (16) и боковые стенки (30.1, 30.2, 30.3, 30.4), вертикально проходящие между нижней частью и верхней частью, образующие реакционную камеру (20) реактора с кипящим слоем, причем, по меньшей мере, одна боковая стенка (30.2) реакционной камеры образует, по меньшей мере, одно вертикальное углубление (34) в реакционной камере (20), причем углубление образует пространство снаружи боковой стенки реактора, углубление образовано частью боковой стенки (30.2), выступающей от плоскости (32) боковой стенки к реакционной камере, упомянутая часть боковой стенки содержит, по меньшей мере, две вертикальные углубленные части стенки, отклоняющиеся от плоскости упомянутой боковой стенки у вертикальных линий с расстоянием, по меньшей мере, 1 м друг от друга, причем боковые стенки и, по меньшей мере, одно углубление образованы из стенок водяных труб, к которым может переноситься тепло из реакционной камеры. Технический результат - реактор с кипящим слоем высокой мощности. 10 з.п. ф-лы, 14 ил.
Настоящее изобретение касается реактора с кипящим слоем согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Реакционная камера реактора с кипящим слоем обычно содержит внутреннюю часть, имеющую прямоугольное горизонтальное сечение, заданную четырьмя боковыми стенками, нижнюю часть и верхнюю часть, где твердый материал и материал слоя, содержащий, например, топливо, ожижаются с помощью ожижающего газа, вводимого через днище, обычно кислородного первичного газа, требуемого для экзотермических химических реакций, протекающих в реакционной камере. Внутренняя часть реакционной камеры обычно называется печью, а реактор бойлером с кипящим слоем, когда в данном реакторе выполняется процесс сгорания. Боковые стенки печи обычно также имеют соединения для ввода, по меньшей мере, топлива и вторичного воздуха.
Боковые стенки печи обычно изготавливают из панелей, образованных из труб и ребер между ними, вследствие чего энергия, выделяющаяся в химических реакциях топлива, используется для испарения воды, текущей в данных трубах. Часто присутствуют также поверхности перегрева, находящиеся в реакторе с кипящим слоем, для дополнительного увеличения запаса энергии пара.
Когда целью является изготовление бойлера высокой мощности, например, несколько сотен мегаватт, требуется большой реакционный объем и много поверхностей испарения и перегрева. Такой бойлер с кипящим слоем высокой мощности описан в патенте США 6470833 В1. Площадь основания бойлера прямо пропорциональна мощности бойлера на основании требуемого объема и скорости воздуха ожижения. Так как является, по меньшей мере, конструкционным недостатком иметь очень длинное и очень узкое днище печи, также высоту бойлера и ширину днища бойлера необходимо увеличивать, чтобы иметь достаточные поверхности испарения на боковых стенках. Увеличение высоты может приводить к существенным конструктивным трудностям, а увеличение ширины может затруднять размещение равномерной подачи топлива и вторичного воздуха. Может быть трудно образовать достаточно прочные и жесткие боковые стенки, проходящие от дна к крыше высокой печи, так как боковые стенки гораздо тоньше относительно их высоты.
Особенно проблемно получить высокоэффективный прямоточный бойлер с кипящим слоем. Увеличение площади сечения печи затрудняет поддержание однородного поведения кипящего слоя. Это означает на практике, что тепловые поверхности печи имеют тенденцию подвергаться воздействию изменяющимся кипящим слоем в зависимости, например, от структур решетки и нижней части печи и контроля процесса. Для надежности работы прямоточного бойлера с кипящим слоем важно, чтобы испарение воды в трубах поверхностей испарения было достаточно равномерным в разных частях стенок печи. В больших бойлерах с кипящим слоем, особенно в прямоточных бойлерах с кипящим слоем, однородность кипящего слоя имеет еще большее значение. В особенности, внутренние углы большого бойлера представляют собой области, в которых воздействие кипящего слоя на испарение немного отличается от воздействия в других областях.
Задачей данного изобретения является улучшить предшествующую технологию путем введения реактора с кипящим слоем, который лучше позволяет изготовление большого высокоэффективного бойлера.
Также задачей данного изобретения является обеспечить прямоточный бойлер с кипящим слоем, имеющий более надежную работу, чем ранее.
Задачи данного изобретения достигаются с помощью реактора с кипящим слоем, содержащего нижнюю часть, верхнюю часть и боковые стенки, вертикально проходящие между нижней частью и верхней частью, образующие реакционную камеру реактора с кипящим слоем, и сепаратор твердых частиц, соединяющийся с реакционной камерой, где, по меньшей мере, одна боковая стенка реакционной камеры образует, по меньшей мере, одно углубление в реакционной камере, причем это углубление является, по существу, вертикальным и проходит от плоскости боковой стенки в реакционную камеру.
Такая боковая стенка реактора с кипящим слоем имеет улучшенную жесткость, вследствие чего можно увеличить горизонтальную длину боковой стенки без существенной потери жесткости стенки.
Углубление предпочтительно образует пространство снаружи боковой стенки реактора, проходящее от плоскости боковой стенки к реакционной камере. Таким образом, можно обеспечить углубление с доступом и/или пространство для дополнительного оборудования реактора. Структура боковой стенки с помощью углубления предпочтительно, по существу, подобна структуре боковой стенке где-либо в области стенки.
Согласно одному варианту осуществления данного изобретения упомянутое углубление проходит вертикально по длине всей боковой стенки между нижней частью и верхней частью. В этом варианте осуществления жесткость стенки улучшена вдоль вертикальной длины боковой стенки. В то же время, образовано углубление в направлении реакционной камеры, проходящее вертикально вдоль длины боковой стенки, по которой можно подавать потоки разных материалов непосредственно вблизи центра кипящего слоя в реакторе.
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения боковые стенки и углубления представляют собой стенки водяных труб, к которым может переноситься тепло из реакционной камеры. Тем самым, углубления значительно увеличивают полную тепловую поверхность и позволяют более высокую эффективность теплопереноса из печи.
Две противоположные боковые стенки реакционной камеры предпочтительно содержат, по меньшей мере, одно, по существу, вертикальное углубление, проходящее от плоскости боковой стенки к реакционной камере. Согласно предпочтительному варианту осуществления две противоположные стенки реактора, содержащие углубление согласно данному изобретению, длиннее по горизонтали, чем две других противоположные стенки реактора.
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения реактор с кипящим слоем, по меньшей мере, частично поддерживается опорной структурой, которая содержит вертикальные колонны, расположенные так, чтобы опираться, по меньшей мере, частично на основание под реактором с кипящим слоем. Тем самым, упомянутые вертикальные опорные колонны предпочтительно расположены, по меньшей мере, частично внутри вертикальных углублений. Таким образом, горизонтальное расстояние между колоннами становится короче, чем расстояние между плоскостями боковых стенок реакционной камеры, вследствие чего пролет опорной структуры, соединяющий колонны и поддерживающий реактор с кипящим слоем, меньше, чем ранее.
Углубление боковой стенки, проходящее в реакционную камеру, образовано частью боковой стенки, выступающей от плоскости боковой стенки к реакционной камере таким образом, что упомянутая часть боковой стенки содержит, по меньшей мере, две, по существу, вертикальные углубленные части стенки, отклоняющиеся от плоскости боковой стенки у вертикальных линий с некоторым расстоянием друг от друга. Таким образом, образуется углубление, открывающее наружную часть реакционной камеры, и существует полезное пространство, образованное в данном углублении. Расстояние между вертикальными линиями предпочтительно составляет, по меньшей мере, 1 м. Кроме того, преимуществом является то, что упомянутые, по меньшей мере, две, по существу, вертикальные углубленные части стены проходят на некоторое расстояние к реакционной камере, причем это расстояние, по меньшей мере, в два раза больше расстояния между вертикальными линиями. Упомянутые, по меньшей мере, две, по существу, вертикальные углубленные части стены предпочтительно являются плоскими.
Согласно другому варианту осуществления данного изобретения, края на стороне реакционной камеры упомянутых, по меньшей мере, двух, по существу, вертикальных углубленных частей стенки соединяются друг с другом с помощью концевой части, образуя углубление, которое является четырехугольным в горизонтальном сечении.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, углубление содержит средство для ввода кислородного реакционного газа в реакционную камеру выше нижней части и/или средство для ввода топлива в реакционную камеру, и/или, по меньшей мере, один датчик для измерения некоторого количества, относящегося к реакции, протекающей в реакционной камере.
Согласно одному варианту осуществления, упомянутые, по меньшей мере, две, по существу, вертикальные углубленные части стенки находятся под углом, отклоняющимся от нормали к плоскости боковой стенки таким образом, что они проходят к реакционной камере, образуя клиновидное или треугольное углубление. Предпочтительно, клиновидные углубления расположены лицом друг к другу на противоположных боковых стенках реакционной камеры, и, дополнительно, угловые поверхности, другими словами, скошенные части, соответствующие размерам углубленных частей, расположены на концевых углах реакционной камеры. Таким образом, реакционная камера, образованная с помощью последовательных зон с восьмиугольным горизонтальным сечением, образуется в реакторе. Такая реакционная камера предпочтительно оборудована входами для подачи реакционного газа сквозь углубления, направленных таким образом, что в каждой из восьмиугольных зон вход для реакционного газа облегчает возникновение вихря, имеющего вертикальную центральную ось. Предпочтительно, упомянутые углубления содержат средство для ввода реакционного газа в реакционную камеру таким образом, что данное средство направлено в такое положение относительно плоскости боковой стенки, что ввод реакционного газа облегчает возникновение вихря в реакционной камере, когда она находится в работе.
Углубление или углубления предпочтительно расположены лицом друг к другу на двух противоположных боковых стенках реактора.
Согласно одному варианту осуществления, данное изобретение касается прямоточного реактора с кипящим слоем, предпочтительно прямоточного бойлера с кипящим слоем, содержащего нижнюю часть, верхнюю часть и боковые стенки, вертикально проходящие между нижней частью и верхней частью, образуя реакционную камеру для реактора с кипящим слоем, и сепаратор твердых частиц в соединении с реакционной камерой. Две противоположные боковые стенки реакционной камеры такого прямоточного реактора с кипящим слоем обычно длиннее по горизонтали, чем две другие боковые стенки. Сечение реакционной камеры, таким образом, по существу, прямоугольное. Боковые стенки, образующие реакционную камеру, содержат тепловую поверхность, предпочтительно стенки водяных труб, соединенные так, чтобы составлять часть испарительной системы прямоточного бойлера. Предпочтительно, две противоположные, более длинные боковые стенки реакционной камеры прямоточного бойлера с кипящим слоем содержат, по меньшей мере, одно углубление, проходящее к реакционной камере, которая расположена, по существу, вдоль вертикальной длины боковой стенки.
Чтобы уравновесить действия кипящего слоя на испарение, внутренние углы реакционной камеры обеспечивают скошенными частями, которые соединяют соседние боковые стенки, и которые соединяются с соседними боковыми стенками в общую испарительную систему прямоточного бойлера. Скошенные части предпочтительно являются плоскими и проходят по вертикальной длине боковой стенки.
Предпочтительно, углубления на противоположных боковых стенках реакционной камеры обращены друг к другу, тем самым, по меньшей мере, две соседних зоны образуются в реакционной камере. Преимущественно, каждый внутренний угол каждой зоны реакционной камеры содержит скошенную часть. Тем самым, внутренние углы на стороне реакционной камеры углубленных участков стенки углублений также обеспечены скошенными частями.
Другие характерные признаки данного изобретения видны в сопровождающих пунктах формулы изобретения и в последующем описании вариантов осуществления фигур.
Изобретение описывается ниже со ссылкой на сопровождающие схематичные чертежи, где
Фиг.1 представляет собой схематичный вид одного варианта осуществления реактора с кипящим слоем согласно данному изобретению,
Фиг.2 представляет собой схематичный вид реактора с кипящим слоем на фиг.1 в направлении А,
Фиг.3 представляет собой схематичный вид сечения II-II на фиг.1,
Фиг.4 представляет собой схематичный вид другого варианта осуществления реактора с кипящим слоем согласно данному изобретению в направлении А,
Фиг.5 представляет собой схематичный горизонтальный вид в разрезе фиг.4,
Фиг.6 представляет собой схематичный вид другого варианта осуществления реактора с кипящим слоем согласно данному изобретению,
Фиг.7 представляет собой схематичный горизонтальный вид в разрезе фиг.6,
Фиг.8-11 представляют собой различные варианты осуществления углубления,
Фиг.12 представляет собой схематичный разрез реактора с кипящим слоем согласно одному варианту осуществления данного изобретения,
Фиг.12а представляет собой деталь А на фиг.12,
Фиг.13 представляет собой схематичный вид другого варианта осуществления углубления; и
Фиг.14 представляет собой схематичный вид еще одного варианта осуществления углубления.
Фиг.1, 2 и 3 схематично изображают вариант осуществления реактора 10 с кипящим слоем согласно данному изобретению, который здесь представляет собой циркуляционный бойлер 10 с кипящим слоем. Циркуляционный бойлер 10 с кипящим слоем содержит нижнюю часть 12, верхнюю часть 16 и боковые стенки 14, проходящие вертикально между нижней частью и верхней частью. Две противоположные боковые стенки 14 содержат наклонную нижнюю часть. Ясно, что данный реактор с кипящим слоем содержит многочисленные части и элементы, которые не изображены здесь ради ясности. Фиг.2 представляет собой вид реактора с кипящим слоем с фиг.1 в направлении А, а фиг.3 изображает горизонтальное сечение II-II реактора с кипящим слоем с фиг.1. Для ясности, и фиг.2, и 3 не показывают сепаратор твердых частиц.
Нижняя часть, верхняя часть и боковые стенки 14 образуют реакционную камеру 20, которая является печью в случае, когда реактор является бойлером. Нижняя часть 12 также включает в себя решетку 25, через которую, например, ожижающий газ вводится в реактор. Циркуляционный реактор с кипящим слоем дополнительно содержит сепаратор 18 твердых частиц, который обычно является циклонным сепаратором. Сепаратор твердых частиц соединяется с помощью газового канала 22 с верхней частью реакционной камеры, тем самым смесь реакционного газа и твердого материала может течь вдоль упомянутого газового канала в сепаратор 18 твердых частиц. Твердый материал отделяется от газа в сепараторе твердых частиц и после возможной обработки, такой как охлаждение, направляется обратно в реакционную камеру 20, т.е. в печь. Следовательно, сепаратор твердых частиц соединяется с нижней частью реакционной камеры 20 посредством возвратного канала 24. Газ, от которого отделили твердый материал, направляется в систему для дальнейшей обработки через соединение 26 выпуска газа.
Реакционная камера 20 здесь образована четырьмя боковыми стенками 30.1, 30.2, 30.3, 30.4. Одна боковая стенка 30.2 образует, по меньшей мере, одно углубление 34 к боковой стенке 30.1 относительно реакционной камеры 20. Данное углубление является, по существу, вертикальным и проходит от плоскости 32 боковой стенки к реакционной камере 20. Углубление образует внешнее пространство относительно реакционной камеры. Боковая стенка, образующая углубление, означает, например, что углубление является открытым снаружи, другими словами, углубление образует пространство, которое доступно снаружи, т.е. открывается к противоположной стороне стенки относительно реакционной камеры. Это, например, позволяет размещать опорные структуры бойлера в данном пространстве. Такое углубление делает боковую стенку значительно более жесткой, а также предоставляет возможность использовать данное пространство, например, для работы реактора с кипящим слоем, такой как размещение дополнительного оборудования реактора.
Как изображено на фиг.2, боковая стенка 30.2 и углубленная стенная часть 30.2', образующая углубление, образованы из охлаждающей структуры 35, например, стенок водяных труб. Структура стенки водяных труб может меняться, но она обычно содержит газонепроницаемую структуру, образованную из труб и ребер, соединяющих их. В качестве охлаждающей структуры, углубление также действует как тепловая поверхность печи, одновременно с образованием жесткой структуры боковой стенки путем изгиба части водяных труб боковой стенки, проходящего к реакционной камере, как открытое наружу углубление, согласно данному изобретению, позволяя значительно увеличить величину тепловой поверхности реактора. Согласно одному варианту осуществления данного изобретения используются углубления согласно данному изобретению, образующие даже больше чем 20% тепловых поверхностей печи. Особенно в соединении прямоточного бойлера, точка горизонтального присоединения водяной трубы находится в трубах, образующих углубление и боковые стенки, соответственно, по существу, на одном уровне и в нижней части, и в верхней части стенки из водяных труб.
Углубление 34 вертикально проходит в варианте осуществления на фиг.1 и 2, по меньшей мере, по длине боковой стенки между нижней частью 16 и верхней частью 12. Углубление здесь проходит до соединения с наклонными боковыми стенками, тем самым углубление не покрывает решетку. Для ясности, фиг.1-3 изображают только одно углубление на одной боковой стенке, однако выгодно размещать углубления, по меньшей мере, на двух противоположных боковых стенках таким образом, что число углублений определяется, например, горизонтальной длиной боковой стенки.
Фиг.4 и 5 изображают вид сбоку и вид сверху, соответственно, реактора 10 с кипящим слоем согласно другому варианту осуществления данного изобретения. Сепаратор(ы) твердых частиц также пропущены здесь для ясности. Здесь две противоположных боковых стенки 30.2, 30.4 образуют на обеих боковых стенках многочисленные углубления 34, проходящие в реакционную камеру 20. Углубления, обращенные друг к другу, находятся на противоположных стенках. Также здесь углубления 34 являются, по существу, вертикальными, проходящими от плоскости 32 боковой стенки к реакционной камере 20. Углубление открыто наружу, другими словами, существует пространство, образованное в углублении, которое открыто на противоположную сторону стенки относительно реакционной камеры 20. На практике, углубление обеспечивается таким образом, что в определенных вертикальных линиях с некоторым горизонтальным расстоянием друг от друга боковая стенка 30.2 обеспечивается изгибами или сменами направления к центральной части реакционной камеры 20 таким образом, что поверхности стенки после изгибов или смены направления являются, по существу, противоположными, и пространство между изгибами или сменами направления образует упомянутое углубление. Такие поверхности стенки называются здесь углубленными частями стенки.
Фиг.4 и 5 изображают вариант осуществления, в котором реактор с кипящим слоем, по меньшей мере, частично поддерживается опорной структурой 40. Данная опорная структура содержит, по меньшей мере, вертикальные колонны 42, которые расположены так, что поддерживаются, по меньшей мере, частично основанием 44 под реактором с кипящим слоем. Колонны 42 находятся от плоскости 32 боковой стенки, по меньшей мере, частично внутри вертикальных углублений 34. Вследствие этого, например, пролет горизонтальных балок опорной структуры 40 между колоннами меньше, чем расстояние между плоскостями 32 противоположных боковых стенок. Реактор 10 с кипящим слоем может поддерживаться опорной структурой 40, например, с помощью подвесок 46. Вследствие усиливающего эффекта углублений, реактор может поддерживаться также путем использования углубленных частей стенки как элементов, независимо передающих нагрузку. Фигура показывает два углубления на обеих противоположных стенках, но ясно, что число углублений может меняться.
Такое углубление делает боковую стенку значительно более жесткой, а также позволяет использовать возможное образованное пространство, например, для различных целей, относящихся к работе реактора с кипящим слоем.
На фиг.4 и 5 две противоположные боковые стенки 30.2 и 30.4 длиннее по горизонтали, чем две другие противоположные стенки 30.1 и 30.3. Особенно тогда боковые стенки 30.2 и 30.4 преимущественно образуют больше чем одно углубление с некоторым расстоянием друг от друга.
Фиг.6 и 7 изображают еще один вариант осуществления согласно данному изобретению. Здесь две более длинных по горизонтали боковых стенки 30.2 и 30.4 реактора с кипящим слоем образуют три углубления одно за другим и обращенные друг к другу. Углубления являются клиновидными. Более точно, углубленные части стенки 30.21, 30.22, образующие углубление, являются плоскими и равными по длине. Кроме того, каждый угол 70 между более длинной стенкой 30.2, 30.4 и более короткой стенкой 30.1, 30.3 является скошенным, другими словами, скошенная часть 30.5 образуется, следуя горизонтальным размерам углубленных частей стенки углубления. В этом варианте осуществления скошенная часть 30.5 находится на максимуме горизонтальной длины, причем максимальная длина получается, когда длины двух скошенных частей 30.5 и длина более короткой боковой стенки 30.1, 30.3 между ними равны. Тем самым образуется реакционная камера 20, состоящая из последовательных зон 20', имеющих восьмиугольное горизонтальное сечение.
Такая реакционная камера предпочтительно обеспечивается входом для реакционного газа (кислородного газа сгорания в случае бойлера) через углубленные части, направленным таким образом, что каждая восьмиугольная зона облегчает возникновение вихря с вертикальной центральной осью. Предпочтительно, упомянутые углубленные части содержат средство 72 для ввода реакционного газа в реакционную камеру таким образом, что ввод реакционного газа облегчает возникновение вертикального вихревого движения 73 в каждой зоне 20' реакционной камеры во время работы. По этой причине, средство 72 для ввода реакционного газа в зону 20', соединенную с последующими угловыми поверхностями и/или углубленными частями стенки 30.21, 30.22, предпочтительно направлено постепенно, например, приблизительно выровнено относительно соседней боковой стенки или границы между двумя зонами. Тогда можно образовать вихри в двух соседних зонах, которые вращаются в одном направлении 73 или в противоположных направлениях 73, 73' у границы между двумя соседними зонами. Реактор, изображенный на фиг.6 и 7, может быть образован так, что каждая зона в нем имеет отдельную решетку, как описано здесь, или наклонные части стенки между каждыми двумя зонами могут быть заменены стенками, соединяющими зоны, вследствие чего реактор имеет непрерывную решетку.
Фиг.7 также изображает еще один вариант осуществления данного изобретения, в котором вертикальные углубления 34 боковых стенок содержат и средство 72 для ввода реакционного газа в реакционную камеру, и колонны 42, находящиеся, по меньшей мере, частично внутри углублений 34.
Особенно, смотри фиг.2, реактор с кипящим слоем согласно одному варианту осуществления данного изобретения представляет собой бойлер с, по меньшей мере, одной боковой стенкой 30.2 реакционной камеры, образующей, по меньшей мере, одно углубление 34 снаружи боковой стенки относительно печи 20 бойлера, которая является, по существу, вертикальной и проходит от плоскости 32 боковой стенки к реакционной камере. Кроме того, нижняя часть L углубления обеспечена средством 21 для ввода кислородного газа. Данная нижняя часть может вертикально проходить на определенное расстояние выше наклонной боковой стенки, предпочтительно 1/3 вертикальной длины боковой стенки. Кроме того, в этом варианте осуществления есть измеряющее средство 23 для измерения величин, относящихся к процессу, находящееся в средней и/или верхней части реактора выше нижней части L углубления. И ввод газа, и расположение измеряющего средства в открывающемся наружу углублении является эффективным, а также простым и выгодным для применения, так как их обслуживание является простым.
Фиг.8 представляет собой более детальное изображение углубления 34 с фиг.2 и 3. Углубление образовано частью боковой стенки 30.2, которая выступает от плоскости боковой стенки к реакционной камере. Упомянутая часть боковой стенки содержит, по меньшей мере, две, по существу, вертикальных углубленных части стенки 30.21, 30.22, отклоняющихся от плоскости боковой стенки у вертикальных линий 30.25 с расстоянием 31 друг от друга. Таким образом, углубление открывается наружу, и доступ к внутренней части углубления, например, для обслуживания является легким. Расстояние 31 на практике предпочтительно составляет, по меньшей мере, 1 м. Кроме того, упомянутые, по меньшей мере, две, по существу, вертикальные углубленные части стенки 30.21, 30.22 предпочтительно проходят к реакционной камере 20 на расстояние 35, которое, по меньшей мере, в два раза больше расстояния 31 между вертикальными линиями 30.25.
Углубленные части стенки соединяются друг с другом посредством концевой части 30.23, которая в данном варианте осуществления также является плоской. Когда углубленные части стенки 30.21, 30.22, по существу, перпендикулярны плоскости 32 боковой стенки, углубление, образованное таким образом, будет, по существу, прямоугольным. Также в этом варианте осуществления и углубленные части стенки, и концевая часть образованы из боковой стенки, другими словами, они являются частями той же стенки из водяных труб.
Фиг.9-11 изображают другие варианты осуществления углубления 34. Вариант осуществления, изображенный на фиг.9, отличается от варианта осуществления на фиг.8 тем, что концевая часть 30.23 здесь короче по горизонтали, чем расстояние 31 между вертикальными линиями 30.25.
Фиг.10 изображает вариант осуществления, который отличается от варианта осуществления на фиг.8 тем, что плоские углубленные части стенки соединяются друг с другом, образуя клиновидное углубление, которое образует треугольное пространство в углублении. Тем самым, одновременно образуется угол, который больше, чем прямой угол, у вертикальных линий 30.25 на стороне реакционной камеры.
Фиг.11 изображает вариант осуществления углубления 34, соответствующему углублению, изображенному на фиг.8, за исключением того, что направления углубленных частей стенки 30.21, 30.22 не задаются у вертикальных линий, а место отклонения 30.25 содержит два отдельных изгиба, имеющих равные углы, образующие вместе, по существу, прямой угол. Это можно также рассматривать как разновидность закругления, обеспеченную короткими плоскими промежуточными частями 30.5. Промежуточные части называются в настоящей заявке также скошенными частями в отношении плоской промежуточной части. Использование коротких плоских промежуточных частей, другими словами скошенных частей, уменьшает изменение условий, вызываемое углом печи, что особенно важно в прямоточных бойлерах, когда максимальная однородность требуется при испарении разных участков печи.
Фиг.12 изображает сечение прямоточного реактора 10 с кипящим слоем согласно одному варианту осуществления данного изобретения, который предпочтительно описывает прямоточный бойлер с кипящим слоем, содержащий нижнюю часть 12, верхнюю часть (не показана) и боковые стенки 30.1, 30.2, 30.3, 30.4, вертикально проходящие между нижней частью и верхней частью, образуя реакционную камеру 20 реактора с кипящим слоем. Две противоположные боковые стенки 30.2, 30.4 реакционной камеры длиннее по горизонтали, чем две другие противоположные боковые стенки 30.1, 30.3 реакционной камеры. Реакционная камера, таким образом, имеет, по существу, прямоугольное сечение. Боковые стенки, образующие реакционную камеру, содержат тепловую поверхность, предпочтительно стенку из водяных труб с параллельно соединенными паровыми трубами, образующую часть испарительной системы прямоточного бойлера. Согласно предпочтительному варианту осуществления, испарительные трубы предпочтительно имеют гладкую внутреннюю поверхность. Чтобы минимизировать воздействия кипящего слоя на испарение, внутренние углы реакционной камеры 20 обеспечены скошенными частями 30.5, которые соединяют соседние боковые стенки и соединяются с соседними стенками в одну испарительную систему прямоточного бойлера. Скошенные части предпочтительно являются плоскими, и они проходят вдоль вертикальной длины стенки.
Деталь А с фиг.12 описана более подробно на фиг.12а. Она изображает предпочтительные варианты осуществления 30.5' скошенной части 30.5 данного изобретения. Расстояние точки сгиба 30.55 скошенной части 30.5' от точки пересечения 30.57 плоскостей боковых стенок может, согласно данному изобретению, может меняться от минимального расстояния 30.51 до максимального расстояния 30.52. Минимальное расстояние составляет приблизительно 150 мм, а максимальное расстояние приблизительно 500 мм. Жирная непрерывная линия на фиг.12а изображает предпочтительный вариант осуществления, в котором точка сгиба находится на обеих боковых стенках 30.3, 30.4 на расстоянии приблизительно 350 мм от точки пересечения плоскостей боковых стенок, вследствие чего ширина скошенной части составляет приблизительно 500 мм. В некоторых вариантах осуществления можно размещать точки сгиба на двух боковых стенках на разных расстояниях от точки пересечения плоскостей боковых стенок.
Две противоположные, более длинные боковые стенки реакционной камеры 20 содержат, по меньшей мере, одно, по существу, вертикальное углубление, проходящее от плоскости боковой стенки к реакционной камере, в которой внутренние углы на стороне реакционной камеры боковой стенки углубления обеспечены скошенными частями 30.5. Предпочтительно, углубления обращены друг к другу на противоположных боковых стенках, вследствие чего, по меньшей мере, две соседних зоны 20' образуются в реакционной камере, где каждая часть реакционной камеры, образованная зоной, содержит во всех внутренних углах скошенные части. Данные зоны содержат общую решетку 25 в реакторе. Тем самым, воздействие кипящего слоя на соседние испарительные трубы станет очень однородным, и процесс испарения прямоточного бойлера может контролироваться лучше, чем ранее.
Фиг.13 раскрывает вариант осуществления углубления 34 прямоточного бойлера 10 с кипящим слоем согласно данному изобретению. Углубленные части стенки 30.21, 30.22, образующие углубление, являются плоскими, и они образованы в структуре 130 стенки из водяных труб. Водяные трубы углубленных частей стенки, образующих углубление, являются плоскими, и они образуют структуру 134 водяных труб. Верхние части водяных труб углубленных частей стенки являются вертикальными, и они изгибаются, следуя плоскости боковой стенки, параллельно наклонной части и проходят вниз к нижней части 12. Углубленные части стенки 30.21, 30.22 образованы из двух групп 132, 134 водяных труб, где первая группа 132 водяных труб находится в соединении с боковой стенкой, а вторая группа 134 водяных труб расположена как продолжение первой группы водяных труб, проходящее в плоскости от стенки реактора. Трубы первой группы 132 водяных труб изгибаются, проходя, по существу, параллельно боковой стенке вниз до плоскости решетки. Трубы второй группы 134 водяных труб также проходят, по существу, параллельно боковой стенке до тех пор, пока они не изгибаются так, что вторая группа водяных труб складывается с помощью стороны первой группы водяных труб, когда она находится на уровне решетки нижней части 12. На данной фигуре численное обозначение 135 относится к области, в которой группы водяных труб существенно перекрываются. Концевая часть 30.23 углубления расположена так, что проходит от верхней части непосредственно к уровню решетки нижней части 12. В этом варианте осуществления вторая группа 134 водяных труб полностью подвергается действию кипящего слоя в области, показанной численным обозначением 137, другими словами, тепло передается в водяные трубы с обеих сторон. Особенно когда этот вариант осуществления используется в прямоточном бойлере с кипящим слоем, одна сторона второй группы 134 водяных труб предпочтительно обеспечена в области 137 огнеупорным слоем для теплоизоляции, другими словами, одна сторона покрыта достаточным количеством теплоизолирующего покрытия. Таким образом, воздействие кипящего слоя и процесса горения на первую и вторую параллельные группы водяных труб может уравновешиваться так, что теплоперенос достаточно хорошо соответствует друг другу. Тем самым, напряжения, вызываемые неоднородным теплопереносом в структуре стенки водяных труб прямоточного бойлера, будут минимизироваться.
Фиг.14 раскрывает другой вариант осуществления углубления 34 прямоточного бойлера 10 с кипящим слоем согласно данному изобретению. Углубленные части стенки 30.21, 30.22 здесь также плоские, и они образованы из структуры 130 водяных труб. Водяные трубы углубленных частей стенки расположены способом, показанным на фиг.13. Концевая часть 30.23 углубления расположена так, что проходит таким образом, что выравнивается относительно внешнего края второй группы 134 водяных труб углубленных частей стенки и, таким образом, соединяется со второй группой водяных труб, герметично образуя углубление 34. Когда концевая часть расположена таким образом, вторая группа 134 водяных труб остается позади концевой части в области 135, показанной на фиг.13, и, следовательно, в этой области не находится в прямом соединении с печью.
Третья альтернатива, не показанная на вложенных фигурах, состоит в том, что все трубы обеих углубленных частей стенки углубления проходят после первого изгиба параллельно вниз до решетки, и концевая часть углубления соответственно проходит параллельно внешнему краю внешней группы водяных труб вниз до решетки. В этой альтернативе, теплоперенос на каждой трубе происходит сквозь приблизительно одинаковое расстояние. Недостатком здесь является то, что углубление проходит глубже в области решетки, чем в альтернативах, изображенных на фиг.13 и 14, что уменьшает площадь поверхности решетки.
Следует заметить, что данное изобретение описано здесь с помощью нескольких, наиболее предпочтительных вариантов осуществления. Таким образом, следует понимать, что данное изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, но предполагается, что оно покрывает различные комбинации или модификации его признаков и нескольких других заявок, включенных в объем данного изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения. Признаки, изображенные в связи с различными вариантами осуществления, также могут использоваться в базовой концепции изобретения в соединении с другими осуществлениями и/или объединенные в разные комбинации, если это желательно и существуют технические возможности для них.
1. Реактор (10) с кипящим слоем, содержащий нижнюю часть (12), верхнюю часть (16) и боковые стенки (30.1, 30.2, 30.3, 30.4), вертикально проходящие между нижней частью и верхней частью, образующие реакционную камеру (20) реактора с кипящим слоем, причем, по меньшей мере, одна боковая стенка (30.2) реакционной камеры образует, по меньшей мере, одно вертикальное углубление (34) в реакционной камере (20), причем углубление образует пространство снаружи боковой стенки реактора, углубление образовано частью боковой стенки (30.2), выступающей от плоскости (32) боковой стенки к реакционной камере, упомянутая часть боковой стенки содержит, по меньшей мере, две вертикальные углубленные части стенки, отклоняющиеся от плоскости упомянутой боковой стенки у вертикальных линий с расстоянием, по меньшей мере, 1 м друг от друга, причем боковые стенки и, по меньшей мере, одно углубление образованы из стенок водяных труб, к которым может переноситься тепло из реакционной камеры.
2. Реактор с кипящим слоем по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно углубление проходит вертикально по всей длине боковой стенки между нижней частью и верхней частью.
3. Реактор с кипящим слоем по п.1, отличающийся тем, что две противоположные боковые стенки (30.2, 30.4) реакционной камеры содержат, по меньшей мере, одно вертикальное углубление, проходящее от плоскости боковой стенки в реакционную камеру.
4. Реактор с кипящим слоем по п.3, отличающийся тем, что упомянутые две противоположные боковые стенки (30.2, 30.4) реакционной камеры длиннее по горизонтали, чем две другие противоположные боковые стенки (30.1, 30.3) реакционной камеры.
5. Реактор с кипящим слоем по п.3 или 4, отличающийся тем, что данный реактор с кипящим слоем, по меньшей мере, частично поддерживается опорной структурой (40), которая содержит вертикальные колонны (42), поддерживаемые основанием (44), по меньшей мере, частично под реактором с кипящим слоем, причем упомянутые колонны (42) расположены, по меньшей мере, частично внутри вертикальных углублений (34).
6. Реактор с кипящим слоем по п.1, отличающийся тем, что упомянутые, по меньшей мере, две вертикальные углубленные части стены проходят на некоторое расстояние к реакционной камере, которое, по меньшей мере, в два раза больше расстояния между вертикальными линиями.
7. Реактор с кипящим слоем по п.1, отличающийся тем, что края на стороне реакционной камеры упомянутых, по меньшей мере, двух вертикальных углубленных частей стенки соединены друг с другом с помощью концевой части (30.23).
8. Реактор с кипящим слоем по п.1, отличающийся тем, что данное углубление содержит средство для ввода кислородного реакционного газа в реакционную камеру выше нижней части и/или средство для ввода топлива в реакционную камеру, и/или, по меньшей мере, один датчик для измерения величины, относящейся к реакции, протекающей в реакционной камере.
9. Реактор с кипящим слоем по п.1, отличающийся тем, что упомянутые, по меньшей мере, две вертикальные углубленные части стенки являются плоскими.
10. Реактор с кипящим слоем по п.9, отличающийся тем, что упомянутые, по меньшей мере, две вертикальные углубленные части стенки находятся под углом, отклоняющимся от нормали к плоскости боковой стенки таким образом, что они проходят к реакционной камере, образуя треугольное или клиновидное углубление.
11. Реактор с кипящим слоем по п.4 или 10, отличающийся тем, что два углубления, обращенные друг к другу, расположены на двух противоположных боковых стенках реакционной камеры.
