Устройство и способ регулирования потока твердых частиц и реактор с псевдоожиженным слоем
Изобретения относят к регулированию потоков твердых частиц. Описано устройство регулирования потока твердых частиц, которое содержит вертикальную впускную трубу для направления потока твердых частиц вниз по ней, и нижняя часть которой находится на уровне L0, первый выпускной желоб и второй выпускной желоб, находящиеся в соединении по потоку частиц с вертикальной впускной трубой, и средства псевдоожижения для направления регулируемых первого и второго субпотоков, образованных из потока твердых частиц, в первый и второй выпускные желоба, устройство содержит ответвление, находящееся в соединении по потоку частиц с отверстием в боковой стенке вертикальной впускной трубы, для направления первого субпотока твердых частиц в первый выпускной желоб, причем отверстие имеет нижний край, находящийся на уровне L1, который выше, чем L0, и ответвление содержит переливной барьер, через который должны пройти твердые частицы, чтобы попасть в первый выпускной желоб, и причем отверстие имеет верхний край, находящийся на уровне L4, и переливной барьер доходит до уровня L3, который выше, чем уровень L4, для создания газового затвора, формирующего слой частиц в ответвлении; расположенную горизонтально промежуточную трубу для направления второго субпотока твердых частиц во второй выпускной желоб, причем расположенная горизонтально промежуточная труба содержит по меньшей мере одно сопло для подачи в расположенную горизонтально промежуточную трубу псевдоожижающего газа и имеет первый конец, находящийся в соединении по потоку частиц с нижней частью вертикальной впускной трубы на уровне L0, и устройство содержит расположенную вертикально восходящую трубу, нижний конец которой по потоку частиц соединен со вторым концом расположенной горизонтально промежуточной трубы, при этом верхний конец расположенной вертикально восходящей трубы находится в соединении по потоку частиц со вторым выпускным желобом на уровне L2, который выше, чем L1. Описан реактор с псевдоожиженным слоем, включающий описанное выше устройство. Описан способ регулирования потока твердых частиц с помощью описанного выше устройства. Технический результат - обеспечение регулирования потока твердых частиц. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Область техники
[0002] Настоящее изобретение относится к устройству и способу регулирования потока твердых частиц. Более конкретно, изобретение относится к направлению регулируемых первого и второго суб-потоков, образованных в устройстве регулирования потока из исходного потока твердых частиц, идущего вниз в вертикальной впускной трубе, в первый и второй выпускные желоба. Изобретение также относится к реактору с псевдоожиженным слоем, снабженному устройством формирования регулируемых суб-потоков из исходного потока твердых частиц.
[0003] Описание известного уровня техники
[0004] При эксплуатации реакторов с псевдоожиженным слоем, таких как бойлеры с циркулирующим псевдоожиженным слоем, часто возникает потребность в регулировании потока твердых частиц, в частности, разделении исходного потока твердых частиц на два или более суб-потоков. В особенности, при возврате твердых частиц, отделенных от газа, выходящего из реактора с псевдоожиженным слоем, часто нужно направлять регулируемую часть отделенных частиц в теплообменник и, уже охлажденную, в реактор, тогда как другую часть отделенных частиц непосредственно возвращают в реактор без охлаждения. В патенте США № 4312301, патенте США № 4552203, патенте США № 4672918, патенте США № 4473032, патенте США № 5570645, патенте США № 5642676, патенте США № 6264465 B1, патенте США № 5442919, Европейском патенте ЕР 2179218 В1, Корейском патентном документе КR 2017 0031407 и патенте США № 7543553 B2 описаны решения предшествующего уровня техники, в которых для регулирования соотношения двух суб-потоков, образуемых из исходного потока твердых частиц, используется механическое устройство регулирования потока, такое как конический клапан, дроссельный клапан или шлюзовой затвор. Однако, такие механические устройства регулирования потока часто имеют очень сложную конструкцию и могут быть подвержены заклиниванию твердыми частицами, попавшими между движущимися частями устройства.
[0005] Другим традиционным способом регулирования потоков твердых частиц в реакторе с псевдоожиженным слоем является использование специальной камеры с отдельными псевдоожиженными зонами для обеспечения или предотвращения потока частиц по определенным путям по необходимости. В европейском патенте EP 0 682 761 B1 описано использование отдельных псевдоожиженных зон в камере для направления твердых частиц по разным путям к выпускным отверстиям в теплообменной камере. Однако, такая конструкция не позволяет осуществлять точное независимое регулирование образуемых суб-потоков. В патенте США № 5140950 описаны независимые псевдоожиженные зоны в теплообменнике, разделенном перегородками. При такой конструкции независимое регулирование суб-потоков улучшается, однако, конструкция является более сложной и может вызывать застаивание частиц в угловых зонах камеры. Кроме того, конструкции, описанные в EP 0 682 761 B1 и US 5140950, не обеспечивают независимое регулирование потоков частиц и эффективный теплообмен на теплопередающих поверхностях.
[0006] В патенте США № 4457289 описан представленный на фиг. 6 реактор с псевдоожиженным слоем, включающий сепаратор частиц, предназначенный для отделения твердых частиц от газа, выходящего из реактора, и возвратную канальную систему для рециркуляции отделенных частиц из сепаратора частиц в реактор. Возвратная канальная система включает газовый затвор с немеханическим устройством регулирования потока, в котором имеется псевдоожиженный слой и выпуски на двух его противоположных концах, и исходный поток частиц разделяется на два суб-потока. Первый суб-поток через переливной барьер возвращают непосредственно в реактор, а второй поток через другой переливной барьер направляют в теплообменную камеру, откуда второй поток может быть возвращен в реактор. Недостаток разделяющего газового затвора, представленного в патенте США № 4457289, заключается в относительно слабой регулируемости соотношения двух суб-потоков. В патентном документе КR 2002 0031687 показан наклоненный вниз выпускной желоб, соединенный непосредственно с боковой стенкой нижней части вертикального впускного канала буферной емкости.
[0007] Патент США № 4733621 относится к решению другой проблемы, необходимости обеспечения равномерного распределения частиц, рециркулируемых из сепаратора частиц в реактор. В патенте США № 4733621 предлагается симметрично расположить горизонтальную распределительную трубу у нижнего конца вертикальной впускной трубы. В горизонтальной распределительной трубе имеется множество отдельных псевдоожиженных секций, вертикальные восходящие трубы у концов горизонтальной промежуточной трубы и наклонные выпускные желоба в реактор у верхнего конца восходящих труб. В этой конструкции для независимого регулирования суб-потоков в вертикальных восходящих трубах нужна относительно длинная горизонтальная труба.
[0008] В патенте Китая № 102901093A предлагается расположить разделительную стенку в центральной части вертикальной впускной трубы, чтобы улучшить независимое регулирование соотношения двух суб-потоков, направляемых в два выпускных желоба по восходящим трубам у концов относительно короткой промежуточной трубы. Недостатком этой конструкции является то, что неравномерное распределение исходного потока частиц в вертикальной впускной трубе может препятствовать получению заданного распределения суб-потоков в выпускных желобах.
[0009] Целью настоящего изобретения является обеспечение эффективного устройства и способа регулирования потока твердых частиц, позволяющих исключить или свести к минимуму проблемы, имеющиеся в предшествующем уровне техники.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] В соответствии с одним из аспектов, настоящим изобретением обеспечивается устройство регулирования потока твердых частиц, при этом, устройство включает вертикальную впускную трубу, по которой поток твердых частиц направляется вниз, и нижняя часть которой находится на уровне L0, первый выпускной желоб и второй выпускной желоб, по потоку частиц соединенные с вертикальной впускной трубой, и средство псевдоожижения, предназначенное для направления регулируемых первого и второго суб-потоков, образованных из потока твердых частиц, в первый и второй выпускные желоба, соответственно, при этом, устройство включает ответвление, по потоку частиц соединенное с отверстием в боковой стенке вертикальной впускной трубы, предназначенное для направления первого суб-потока твердых частиц в первый выпускной желоб, при этом, нижний край отверстия находится на уровне L1, который выше, чем L0, и расположенную горизонтально промежуточную трубу, предназначенную для направления второго суб-потока твердых частиц во второй выпускной желоб, при этом, расположенная горизонтально промежуточная труба включает, по меньшей мере, одно сопло для подачи в расположенную горизонтально промежуточную трубу псевдоожижающего газа, и ее первый конец по потоку частиц соединен с нижней частью вертикальной впускной трубы на уровне L0.
[0011] Преимущественно, устройство также включает расположенную вертикально восходящую трубу, нижняя часть которой по потоку частиц соединен со вторым концом расположенной горизонтально промежуточной трубы. Верхний конец расположенной вертикально восходящей трубы по потоку частиц соединен со вторым выпускным желобом на уровне L2, который выше, чем L1.
[0012] В соответствии с другим аспектом, настоящим изобретением обеспечивается способ регулирования потока твердых частиц, включающий стадии, на которых направляют исходной поток твердых частиц вниз по вертикальной впускной трубе, нижняя часть которой находится на уровне L0, формируют из исходного потока твердых частиц регулируемые первый и второй суб-потоки твердых частиц и направляют первый и второй суб-потоки в первый и второй выпускные желоба, соответственно, при этом, способ включает создание псевдоожиженного слоя твердых частиц из исходного потока твердых частиц в расположенной горизонтально промежуточной трубе, отходящей от нижней части вертикальной впускной трубы на уровне L0 и идущей до нижней части расположенной вертикальной восходящей трубы, направление первого регулируемого суб-потока в первый выпускной желоб по ответвлению от отверстия в боковой стенке вертикальной впускной трубы на уровне L1, который выше, чем L0, и направление второго регулируемого суб-потока от верхнего конца вертикальной восходящей трубы во второй выпускной желоб на уровне L2, который выше, чем L1.
[0013] В соответствии с настоящим изобретением, направленные вниз первый и второй выпускные желоба соединены с вертикальной впускной трубой несимметрично, так что второй выпускной желоб, преимущественно, начинается выше, чем первый выпускной желоб. Под началом спускного желоба при этом понимается уровень, на котором соответствующая траектория (путь) потока твердых частиц в конечном итоге отклоняется вниз, например, от расположенной вертикально восходящей трубы. В соответствии с основной отличительной особенностью настоящего изобретения, траектория (путь) потока частиц в первый выпускной желоб ответвляется от вертикальной впускной трубы на уровне L1, который очевидно выше, чем уровень L0 нижней части вертикальной впускной трубы, тогда как траектория потока частиц во второй выпускной желоб проходит через нижнюю часть вертикальной впускной трубы.
[0014] Первый выпускной желоб, преимущественно, соединен с вертикальной впускной трубой посредством ответвления, расположенного на уровне L1 и соединенного с отверстием в боковой стенке вертикальной впускной трубы. Более конкретно, нижний край отверстия находится на уровне L1, а верхний край - на уровне L4. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, ответвление включает расположенную горизонтально часть с псевдоожижающими соплами, ведущую к переливному барьеру, через который должны пройти твердые частицы, чтобы попасть в первый выпускной желоб. Переливной барьер, преимущественно, доходит до уровня L3, который выше, чем уровень L4 верхнего края отверстия, чтобы организовать газовый затвор, формирующий в ответвлении псевдоожиженный слой частиц. Ответвление, преимущественно, может включать расположенную горизонтально переводную трубу, идущую от отверстия к промежуточной восходящей трубе, при этом, часть боковой стенки промежуточной восходящей трубы образует переливной барьер.
[0015] В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения первый выпускной желоб непосредственно соединен с отверстием, нижний край которого находится на уровне L1, в боковой стенке вертикальной впускной трубы. Таким образом, частицы могут падать из вертикальной впускной трубы непосредственно в первый выпускной желоб. При нормальном функционировании у нижней части вертикальной впускной трубы образуется слой частиц, доходящий до уровня L1, и дополнительное количество твердых частиц свободно поступает из вертикальной впускной трубы в первый выпускной желоб. Так, когда твердые частицы поступают через вертикальную впускную трубу в устройство регулирования потока, частицы в первую очередь направляются в первый выпускной желоб. В этом варианте осуществления изобретения на траектории потока частиц в первый выпускной желоб не образуется газовый затвор. Следовательно, этот вариант осуществления изобретения пригоден только в тех вариантах применения, где газовый затвор не требуется или газовый затвор обеспечивается в другой части траектории потока частиц, например, в теплообменной камере по потоку ниже устройства регулирования потока.
[0016] Даже когда первый выпускной желоб непосредственно соединен с вертикальной впускной трубой, траектория потока ко второму спускному желобу, преимущественно, включает расположенную горизонтально промежуточную трубу, первый конец которой соединен по потоку частиц с нижней частью вертикальной впускной трубы на уровне L0, а второй конец по потоку частиц соединен с нижней частью расположенной вертикально восходящей трубы. В ходе функционирования устройства газовый затвор, образующий слой частиц, формируется в расположенной горизонтально промежуточной трубе и в расположенной вертикально восходящей трубе. Газовый затвор предотвращает обратный поток газа в вертикальную впускную трубу.
[0017] В расположенной горизонтально промежуточной трубе, преимущественно, имеется, по меньшей мере, одно сопло для подачи псевдоожижающего газа. В соответствии с преимущественными вариантами осуществления настоящего изобретения, одно или несколько сопел псевдоожижающего газа расположены в одном или нескольких местах из: второго конца расположенной горизонтально промежуточной трубы, между первым концом и вторым концом расположенной горизонтально промежуточной трубы и первого конца расположенной горизонтально промежуточной трубы. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, также и в расположенной вертикально восходящей трубе имеется, по меньшей мере, одно сопло для подачи псевдоожижающего газа на уровне между L0 и L2. Когда нужно, чтобы часть исходного потока твердых частиц поступала через второй выпускной желоб, псевдоожижающий газ, преимущественно, подают с надлежащей скоростью в расположенную горизонтально промежуточную трубу и/или в вертикальную восходящую трубу. При этом, когда применяют достаточно высокую скорость псевдоожижения, верхний уровень псевдоожиженного слоя в вертикальной восходящей трубе достигает уровня L2 второго спускного желоба, и второй суб-поток частиц проходит по второму спускному желобу.
[0018] С другой стороны, когда нужно, чтобы весь поток частиц поступал в первый выпускной желоб, потока частиц через второй выпускной желоб можно избежать путем поддержания на достаточно низком уровне псевдоожижения в горизонтальной промежуточной трубе и потока газа в вертикальной восходящей трубе. Тогда все твердые частицы, движущиеся вниз по вертикальной впускной трубе, продолжают движение в первый выпускной желоб и, например, через первый выпускной желоб - в теплообменник. Поскольку ответвление, ведущее в первый выпускной желоб, соединено с вертикальной впускной трубой на более высоком уровне, чем нижняя часть вертикальной впускной трубы и расположенная горизонтально промежуточная труба, для направления потока частиц в первый выпускной желоб не требуется какого-либо псевдоожижения в системе, что могло бы вызвать нежелательный поток частиц через второй выпускной желоб.
[0019] Изобретение, в частности, направлено на варианты применения, в которых из исходного потока частиц формируют первый суб-поток, который можно назвать основным суб-потоком, и второй суб-поток, при этом, в нормальных рабочих условиях второй суб-поток меньше, чем первый суб-поток. Однако, соотношение первого и второго суб-потоков, преимущественно, является регулируемым и может составлять любую величину в диапазоне от 1:0 до 0:1. Так, в соответствии с настоящим изобретением, преимущественно, возможно направлять исходный поток частиц через любой - первый и второй - выпускной желоб или разделять исходный поток частиц на первый и второй суб-потоки в любом заданном соотношении.
[0020] Для достижения заданной регулируемости соотношения первого и второго суб-потоков, поступающих в первый и второй выпускные желоба, уровень L1, предпочтительно, находится, по меньшей мере, на 0,3 метра выше, более предпочтительно, по меньшей мере, на 0,5 метра выше, чем уровень L0. Соответственно, уровень L2 находится, предпочтительно, по меньшей мере, на 0,2 метра выше, более предпочтительно, по меньшей мере, на 0,4 метра выше, чем уровень L1. Так, устройство регулирования потока твердых частиц, соответствующее настоящему изобретению, делает возможным адаптивное немеханическое регулирование соотношения первого и второго суб-потоков, образованных из исходного потока твердых частиц. В тех вариантах осуществления изобретения, где имеется ответвление с переливным барьером, доходящим до уровня L3 в траектории потока к первому спускному желобу, уровень L2, преимущественно, находится, по меньшей мере, на 0,1 метра выше, чем уровень L3.
[0021] В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, второй выпускной желоб направлен вертикально вниз сбоку от расположенной вертикально восходящей трубы у ее верхнего конца на уровне L2. В качестве альтернативы, верхняя часть второго спускного желоба может быть наклонена и образовывать угол от десяти до шестидесяти градусов относительно вертикали или направления распложенной вертикально восходящей трубы. Соответственно, верхняя часть первого спускного желоба может быть направлена вертикально вниз или может быть наклонена относительно вертикали и образовывать угол от десяти до шестидесяти градусов относительно вертикали.
[0022] Выше описаны варианты осуществления изобретения, в которых первый и второй суб-потоки образованы из исходного потока твердых частиц. В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения, второй суб-поток может быть дополнительно разделен на суб-потоки, например, при помощи двух или даже более ответвлений от траектории потока частиц, включающей расположенную горизонтально промежуточную трубу, расположенную вертикально восходящую трубу и выпускной желоб, подобно распределению твердых частиц, предложенному в патенте США № 4733621. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, первый суб-поток может быть дополнительно разделен на суб-потоки, например, при помощи двух или даже более расположенных горизонтально переводных труб, идущих от отверстия в боковой стенке вертикальной впускной трубы до промежуточной восходящей трубы, как описано выше.
[0023] Настоящим изобретением также обеспечивается реактор с псевдоожиженным слоем, включающий сепаратор частиц, предназначенный для отделения твердых частиц от газа, выходящего из реактора, и возвратную канальную систему, предназначенную для рециркуляции отделенных частиц из сепаратора частиц в реактор, при этом, возвратная канальная система включает впускной канал, первую возвратную траекторию, предназначенную для рециркуляции отделенных твердых частиц в реактор, при этом, первая возвратная траектория включает теплообменную камеру, предназначенную для снятия тепла с отделенных твердых частиц, и вторую возвратную траекторию, предназначенную для рециркуляции отделенных твердых частиц непосредственно в реактор, при этом, возвратная канальная система включает устройство регулирования потока твердых частиц, определенное в любом из описанных выше вариантов осуществления изобретения, при этом, впускной канал образует вертикальную впускную трубу, первая возвратная траектория включает первый выпускной желоб, а вторая возвратная траектория включает второй выпускной желоб.
Согласно формуле изобретения предлагается устройство регулирования потока твердых частиц, при этом, устройство содержит вертикальную впускную трубу для направления потока твердых частиц вниз по ней, и нижняя часть которой находится на уровне L0, первый выпускной желоб и второй выпускной желоб, находящиеся в соединении по потоку частиц с вертикальной впускной трубой, и средства псевдоожижения для направления регулируемых первого и второго суб-потоков, образованных из потока твердых частиц, в первый и второй выпускные желоба, соответственно, отличающееся тем, что устройство содержит ответвление, находящееся в соединении по потоку частиц с отверстием в боковой стенке вертикальной впускной трубы, для направления первого суб-потока твердых частиц в первый выпускной желоб, причем отверстие имеет нижний край, находящийся на уровне L1, который выше, чем L0, и ответвление содержит переливной барьер, через который должны пройти твердые частицы, чтобы попасть в первый выпускной желоб и причем отверстие имеет верхний край находящийся на уровне L4, и переливной барьер доходит до уровня L3, который выше, чем уровень L4, для создания газового затвора, формирующего слой частиц в ответвлении; расположенную горизонтально промежуточную трубу для направления второго суб-потока твердых частиц во второй выпускной желоб, причем расположенная горизонтально промежуточная труба содержит, по меньшей мере, одно сопло для подачи в расположенную горизонтально промежуточную трубу псевдоожижающего газа, и имеет первый конец, находящийся в соединении по потоку частиц с нижней частью вертикальной впускной трубы на уровне L0, и устройство содержит расположенную вертикально восходящую трубу, нижний конец которой по потоку частиц соединен со вторым концом расположенной горизонтально промежуточной трубы, при этом, верхний конец расположенной вертикально восходящей трубы находится в соединении по потоку частиц со вторым выпускным желобом на уровне L2, который выше, чем L1.
Предпочтительно по меньшей мере, одно сопло для подачи псевдоожижающего газа содержит сопло для подачи псевдоожижающего газа в, по меньшей мере, одно из: второго конца расположенной горизонтально промежуточной трубы, между первым концом и вторым концом расположенной горизонтально промежуточной трубы и первого конца (48) расположенной горизонтально промежуточной трубы.
Предпочтительно распложенная горизонтально промежуточная труба имеет высоту и длину, при этом, длина, по меньшей мере, в 1,5 раза больше высоты.
Предпочтительно расположенная вертикально восходящая труба содержит, по меньшей мере, одно сопло для подачи псевдоожижающего газа на уровне между L0 и L2.
Предпочтительно уровень L1 на, по меньшей мере, 0,3 метра выше, чем уровень L0.
Предпочтительно уровень L2 на, по меньшей мере, 0,2 метра выше, чем уровень L1.
Предпочтительно ответвление содержит, по меньшей мере, одно сопло для подачи псевдоожижающего газа.
Предпочтительно уровень L2 выше, чем уровень L3.
Предпочтительно уровень L2, самое большее, на 0,2 метра выше, чем уровень L3.
Предпочтительно ответвление содержит расположенную горизонтально переводную трубу, идущую от отверстия к промежуточной восходящей трубе, при этом, часть боковой стенки промежуточной восходящей трубы образует переливной барьер.
Также согласно формуле изобртения предлагается реактор с псевдоожиженным слоем, содержащий сепаратор частиц для отделения твердых частиц от газа, выходящего из реактора, и возвратную канальную систему для возвращения отделенных частиц из сепаратора частиц обратно в реактор, при этом, возвратная канальная система содержит впускной канал, первый возвратный путь для возращения отделенных твердых частиц обратно в реактор, при этом, первый возвратный путь содержит теплообменную камеру, предназначенную для снятия тепла с отделенных твердых частиц, и второй возвратный путь для возврата отделенных твердых частиц непосредственно в реактор, отличающийся тем, что возвратная канальная система содержит вышеуказанное устройство регулирования потока твердых частиц, причем впускной канал образует вертикальную впускную трубу, первый возвратный путь содержит первый выпускной желоб, а второй возвратный путь содержит второй выпускной желоб.
Предпочтительно способ включает стадии, на которых направляют исходной поток твердых частиц вниз по вертикальной впускной трубе, имеющей нижнюю часть на уровне L0, формируют из исходного потока твердых частиц регулируемые первый и второй суб-потоки твердых частиц и направляют первый и второй суб-потоки в первый и второй выпускные желоба, соответственно, отличающийся тем, что способ содержит
- создание псевдоожиженного слоя твердых частиц из исходного потока твердых частиц в расположенной горизонтально промежуточной трубе, проходящей от нижней части вертикальной впускной трубы на уровне L0 к нижнему концу расположенной вертикально восходящей трубы,
- направление первого регулируемого суб-потока в первый выпускной желоб по ответвлению от отверстия в боковой стенке вертикальной впускной трубы на уровне L1, который выше, чем L0, при этом, ответвление содержит переливной барьер, через который должны пройти твердые частицы, чтобы попасть в первый выпускной желоб, и причем отверстие имеет верхний край находящийся на уровне L4, и переливной барьер доходит до уровня L3, который выше, чем уровень L4, для создания газового затвора, формирующего слой частиц в ответвлении и
- направление второго регулируемого суб-потока от верхнего конца вертикальной восходящей трубы во второй выпускной желоб на уровне L2, который выше, чем L1.
Предпочтительно способ содержит, когда нужно, чтобы весь исходный поток твердых частиц направлялся в первый выпускной желоб, поддержание скорости псевдоожижения в расположенной горизонтально промежуточной трубе и/или в расположенной вертикально восходящей трубе на таком низком уровне, чтобы верхний уровень слоя частиц в распложенной вертикально восходящей трубе оставался ниже уровня L2, и когда нужно, чтобы часть исходного потока твердых частиц направлялась во второй выпускной желоб, увеличение скорости псевдоожижения в расположенной горизонтально промежуточной трубе и/или расположенной вертикально восходящей трубе до такой величины, чтобы верхний уровень слоя частиц в расположенной вертикально восходящей трубе поднимался до уровня L2.
Предпочтительно вертикальная впускная труба содержит верхнюю часть и нижнюю часть, поперечное сечение которой на уровне L1 частично или полностью смещено от поперечного сечения верхней части для создания надежного газового затвора в ответвлении.
[0024] Приведенное выше краткое описание, а также другие цели, отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения станут более понятны при прочтении нижеследующего подробного описания являющихся на данный момент предпочтительными, но, тем не менее, иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения в сочетании с прилагаемыми чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0025] На фиг. 1 схематично показан бойлер с циркулирующим псевдоожиженным слоем (circulating fluidized bed, CFB) с традиционным устройством регулирования потока твердых частиц.
[0026] На фиг. 2, 2b и 2с схематично показаны варианты устройства регулирования потока твердых частиц в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0027] На фиг. 3 схематично показано устройство регулирования потока твердых частиц, соответствующее второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0028] На фиг. 4 схематично показано устройство регулирования потока твердых частиц, соответствующее третьему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0029] На фиг. 1 схематично показана конструкция 10 традиционного бойлера с циркулирующим псевдоожиженным слоем (CFB), включающего печь 12 и сепаратор 14 частиц, предназначенный для отделения твердых частиц от газа, выходящего из печи. Отделенные частицы направляют из сепаратора 14 частиц по вертикальной впускной трубе 16 в камеру 18 разделения потока, очищенный отходящий газ отводят из сепаратора 14 частиц по каналу 20 отходящего газа с обычной рекуперацией тепла, ступенями очистки газа и вытяжной трубой, сообщающейся с окружающей средой. Печь 12 также включает обычные средства, предназначенные, например, для подачи в печь топлива и воздуха для горения и отведения из печи золы. Однако, поскольку эти средства не важны для понимания настоящего изобретения, на фиг. 1 они не показаны.
[0030] Исходный поток 22 отделенных частиц, нисходящий по вертикальной впускной трубе 16, в камере 18 разделения потока разделяют на два суб-потока. Один из суб-потоков, так называемый, первый суб-поток 24, через первый выпускной желоб 26 поступает в теплообменник 28, откуда поток охлажденных частиц по возвратному каналу 30 рециркулируют в печь 12. Другой суб-поток, так называемый, второй суб-поток 32 из камеры 18 разделения потока через второй выпускной желоб 34 поступает непосредственно в печь 12.
[0031] Традиционная камера 18 разделения потока включает плоское дно, по меньшей мере, две отдельных псевдоожиженных зоны и два переливных барьера 36, 38, через которые первый и второй суб-потоки могут быть направлены в первый и второй выпускные желоба 26, 34, соответственно. Переливные барьеры доходят до общего уровня L, благодаря чему в камере разделения потока формируется слой отделенных частиц, занимающий пространство от дна камеры разделения потока до уровня L. Нижняя часть вертикальной впускной трубы 16 находятся на уровне, который ниже L, таким образом, во время функционирования он находится в слое частиц, при этом, слой выполняет роль газового затвора, который предотвращает обратный поток псевдоожижающего газа из печи 12 или из теплообменника 28 по вертикальной впускной трубе 16 в сепаратор частиц 14.
[0032] Назначением камеры 18 разделения потока является регулирование соотношения двух суб-потоков 24 и 32. Когда псевдоожижающий газ нагнетают у переливного барьера 36 первого спускного желоба 26, первый суб-поток 24 увеличивается, и наоборот. Однако, авторами настоящего изобретения обнаружено, что возможность регулирования при помощи традиционной камеры разделения потока, показанной на фиг. 1, недостаточно хороша, так как псевдоожижающий газ имеет тенденцию распространяться в слое, находящемся в камере 18 разделения потока, и значительное количество частиц поступает в оба выпускных желоба вопреки усилиям по раздельному регулированию потоков.
[0033] На фиг. 2 схематично показано устройство 40 регулирования потока твердых частиц, соответствующее одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения. Устройство 40 регулирования потока во многих отношениях подобно традиционной камере 18 разделения потока, показанной на фиг. 1, и может быть установлено вместо нее в бойлере CFB. Показанные на фиг. 2 элементы, непосредственно соответствующие подобным элементам фиг. 1, обозначены теми же номерами позиций, что и на фиг. 1, но с апострофом. Так, устройство 40 регулирования потока фиг. 2 включает вертикальную впускную трубу 16’, первый и второй выпускные желоба 26’ и 34’, соответственно.
[0034] Главной отличительной особенностью устройства регулирования потока, показанного на фиг. 2, является то, что оно включает ответвление 42, отходящее от вертикальной впускной трубы 16' к первому спускному желобу 26' на уровне L1, который выше, чем уровень L0 нижней части вертикальной впускной трубы 16'. Более конкретно, уровень L1 соответствует уровню дна ответвления 42. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2, ответвление 42 соединено с отверстием 72, нижний край которого находится на уровне L1, в боковой стенке вертикальной впускной трубы 16'. В ответвлении 42, преимущественно, имеется переливной барьер 54, который должны пройти твердые частицы, чтобы попасть в первый выпускной желоб 26'. Переливной барьер 74 доходит до уровня L3, который выше, чем уровень L4 верхнего края отверстия 72. Следовательно, когда твердые частицы поступают в первый выпускной желоб 26', в ответвлении 42 формируется газовый затвор, образующий слой частиц. Для облегчения потока частиц в первый выпускной желоб 26' слой частиц, преимущественно, псевдоожижают при помощи псевдоожижающего сопла 76.
[0035] Устройство 40 регулирования потока также включает расположенную горизонтально трубу, так называемую, расположенную горизонтально промежуточную трубу 46, соединенную с нижней частью 50 вертикальной впускной трубы 16' на уровне L0. При этом, расположенная горизонтально промежуточная труба 46 имеет первый конец 48, по потоку частиц соединенный с нижней частью 50 вертикальной впускной трубы 16'. Второй конец 52 расположенной горизонтально промежуточной трубы 46 по потоку частиц соединен с нижним концом 54 расположенной вертикально восходящей трубы 56. Слой частиц, в ходе функционирования находящийся в расположенной горизонтально промежуточной трубе 46 и расположенной вертикально восходящей трубе 56, образует газовый затвор для второго спускного желоба 34', т.е., он предотвращает обратный поток газа по второму спускному желобу в вертикальную впускную трубу 16'.
[0036] Верхний конец 70 расположенной вертикально восходящей трубы 56 по потоку частиц соединен со вторым выпускным желобом 34' у верхнего края боковой стенки расположенной вертикально восходящей трубы 56, образующей второй переливной барьер 58 для потока частиц на уровне L2. Верхний уровень L2 второго переливного барьера, предпочтительно, выше, чем L3, верхний уровень первого переливного барьера 74 в ответвлении 42.
[0037] В расположенной горизонтально промежуточной трубе 46, обычно, у ее нижней части, имеются средства, обычно, сопла 60, 62, 64, соединенные с источником 66 подачи псевдоожижающего газа, таким как разделенная дутьевая камера, с целью подачи в сопла псевдоожижающего газа, обычно воздуха, с надлежащим давлением. Сопла обеспечивают регулируемое псевдоожижение материала слоя на разных участках расположенной горизонтально промежуточной трубы 46 псевдоожижающим газом благодаря выбору скорости псевдоожижения. Псевдоожижающие сопла, преимущественно, расположены в одном или нескольких местах из: первого конца 48, второго конца 54 и центральной части расположенной горизонтально промежуточной трубы 46. Соответствующие псевдоожижающие сопла 68 также могут быть установлены в боковой стенке расположенной вертикально промежуточной восходящей трубы 56.
[0038] В ходе эксплуатации устройства регулирования потока, показанного на фиг. 2, если нужно, чтобы весь исходный поток частиц поступал в первый выпускной желоб 26', скорость псевдоожижения в расположенной горизонтально промежуточной трубе 46 и/или в расположенной вертикально восходящей трубе 56 поддерживают настолько низкой, чтобы верхний уровень слоя частиц в расположенной вертикально восходящей трубе 56 оставался ниже уровня L2. Таким образом, поток частиц во второй выпускной желоб 34' отсутствует, и весь исходный поток частиц из вертикальной впускной трубы 16' направляется в первый выпускной желоб 26'.
[0039] Если нужно, чтобы часть исходного потока частиц поступала во второй выпускной желоб 34', скорость псевдоожижения в расположенной горизонтально промежуточной трубе 46 и/или расположенной вертикально восходящей трубе 56 увеличивают настолько, чтобы верхний уровень слоя частиц в расположенной вертикально промежуточно восходящей трубе 56 поднялся до уровня L2. Таким образом, часть, размер которой зависит от скорости псевдоожижения в расположенной горизонтально промежуточной трубе 46 и/или расположенной вертикально восходящей трубе 56, потока твердых частиц поступает во второй выпускной желоб 34'.
[0040] Когда устройство регулирования потока выполнено так, что уровень L3 первого переливного барьера находится ниже, но все-таки относительно близко к уровню L2 второго переливного барьера, допустим, расстояние между ними составляет, предпочтительно, самое большее, около 0,3 метра, более предпочтительно, самое большее, 0,2 метра, возможно даже увеличить скорость псевдоожижения в расположенной вертикально восходящей трубе 56 до такой величины, чтобы верхний уровень псевдоожиженного слоя в вертикальной впускной трубе 16' и, в частности, в ответвлении 42 оставался ниже L3, и весь исходный поток частиц из вертикальной впускной трубы 16' направлялся во второй выпускной желоб 34'.
[0041] Преимущества устройства 40 регулирования потока, показанного на фиг. 2, основываются на том факте, что, поскольку начало первого и второго выпускных желобов 26', 34', т.е., точки поворота соответствующих траекторий (путей) потока частиц вниз, отстоят друг от друга по горизонтали и по вертикали, потоки частиц в первый и второй выпускные желоба можно регулировать независимо.
[0042] Поскольку ответвление 42 в первый выпускной желоб 26' находится на более высоком уровне, чем уровень L0 нижней части восходящей трубы 56, независимо регулируемый поток частиц может быть направлен в первый выпускной желоб 26'. Кроме этого, даже если необходимо поддерживать некоторое псевдоожижение у нижней части 50 вертикальной впускной трубы 16', такое псевдоожижение не вызывает подъем потока частиц в восходящей трубе 56, так как восходящая труба отделена расположенной горизонтально промежуточной трубой 46 от вертикальной впускной трубы 16'. Для обеспечения необходимого регулирования расположенная горизонтально промежуточная труба 46 должна иметь минимальную длину относительно высоты. Длина расположенной горизонтально промежуточной трубы, предпочтительно, в 1,5 раза больше ее высоты, более предпочтительно, по меньшей мере, в два раза больше ее высоты.
[0043] В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2, вертикальная впускная труба 16' является простой прямой трубой на всем протяжении до конца 50. Однако, на фиг. 2b и 2с показано два других варианта, в которых вертикальная впускная труба 16' включает нижний участок и нижнюю часть 50, ось или поперечное сечение которых частично или полностью смещено относительно верхней части. При выполнении такого смещения на уровне L1 нижнего конца отверстия 72 можно облегчить формирование надежного газового затвора в ответвлении 42.
[0044] Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 3, отличается от показанного на фиг. 2, главным образом, тем, что ответвление 42' от отверстия 72 в боковой стенке вертикальной впускной трубы 16' включает расположенную горизонтально переводную трубу 78, ведущую в промежуточную восходящую трубу 80. Таким образом, верхний конец промежуточной восходящей трубы 80 по потоку частиц соединен с первым выпускным желобом 26' посредством верхнего края части боковой стенки промежуточной восходящей трубы 80, образующей переливной барьер 82 для потока частиц на уровне L3'. Когда поток твердых частиц поступает через переливной барьер 82 в первый выпускной желоб 26', в расположенной горизонтально промежуточной трубе 78 и промежуточной восходящей трубе 80 организуется газовый затвор, формирующий слой частиц. Псевдоожижающие сопла 84, 86, преимущественно, размещены в расположенной горизонтально переводной трубе 78 и под или на боковой стенке промежуточной восходящей трубы 80 с целью обеспечения точного регулирования потока частиц в первый выпускной желоб 26'.
[0045] На фиг. 4 показан вариант осуществления настоящего изобретения, в котором устройство 40 регулирования потока включает наклоненное вниз ответвление 42" непосредственно от отверстия, нижний край которого находится на уровне L1, в боковой стенке вертикальной впускной трубы 16' до первого спускного желоба 26'. Так, первый выпускной желоб 26' начинается уже как наклоненное вниз ответвление 42", и в ответвлении 42" отсутствует создающий газовый затвор переливной барьер. Уровень L1 находится выше, предпочтительно, по меньшей мере, на 0,3 метра выше, более предпочтительно, по меньшей мере, на 0,5 метра выше, чем уровень L0 нижней части 50 вертикальной впускной трубы 16'.
[0046] Как и в вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг. 2, 2b, 2с и 3, в варианте, показанном на фиг. 4, имеется расположенная горизонтально промежуточная труба 46, первый конец которой по потоку частиц соединен с нижней частью 50 вертикальной впускной трубы 16', а второй конец по потоку частиц соединен с нижней частью расположенной вертикально восходящей трубы 56. Когда псевдоожижающий газ подают в расположенную горизонтально промежуточную трубу 46 и расположенную вертикально восходящую трубу 56 с достаточно малым расходом, у нижней части 50 вертикальной впускной трубы 16' образуется слой частиц, достигающий уровня L1. Дополнительное количество твердых частиц может свободно поступать в первый выпускной желоб 26', и твердые частицы из вертикальной впускной трубы 16' поступают, главным образом, в первый выпускной желоб 26'.
[0047] Второй выпускной желоб 34' соединен с расположенной вертикально восходящей трубой 56 у ее верхнего конца на уровне L2. Для обеспечения описанного выше потока большей части частиц в первый выпускной желоб 26' уровень L2 в этом варианте осуществления изобретения, преимущественно, находится, по меньшей мере, на 0,1 метра выше, чем уровень L1. С другой стороны, уровень L2, при этом, предпочтительно, находится, самое большее, примерно, на 0,3 метра выше, более предпочтительно, самое большее, на 0,2 метра выше, чем уровень L1. Таким образом, доля частиц, поступающих во второй выпускной желоб 34', может быть эффективным образом увеличена путем усиления псевдоожижения в расположенной горизонтально промежуточной трубе 46 и/или в расположенной вертикально восходящей трубе 56.
[0048] В этом варианте осуществления изобретения на траектории (пути) потока частиц в первый выпускной желоб 26' газовый затвор не образуется. Следовательно, этот вариант применим только в тех случаях, где газовый затвор не требуется или газовый затвор обеспечивается в другой части траектории потока частиц, например, в теплообменной камере по потоку ниже устройства регулирования потока.
[0049] Хотя изобретение описано на примерах в отношении того, что на настоящий момент считается наиболее предпочтительными вариантами его осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами его осуществления, напротив, подразумевается, что оно охватывает различные сочетания или модификации отличительных особенностей и нескольких других вариантов применения, входящие в объем изобретения, определенный в прилагаемой формуле изобретения.
1. Устройство (40) регулирования потока твердых частиц, при этом устройство содержит вертикальную впускную трубу (16') для направления потока твердых частиц вниз по ней, и нижняя часть (50) которой находится на уровне L0, первый выпускной желоб (26') и второй выпускной желоб (34'), находящиеся в соединении по потоку частиц с вертикальной впускной трубой, и средства (60, 62, 64, 68, 76) псевдоожижения для направления регулируемых первого и второго субпотоков, образованных из потока твердых частиц, в первый и второй выпускные желоба, соответственно, отличающееся тем, что устройство (40) содержит ответвление (42, 42', 42"), находящееся в соединении по потоку частиц с отверстием (72) в боковой стенке вертикальной впускной трубы (16'), для направления первого субпотока твердых частиц в первый выпускной желоб (26'), причем отверстие (72) имеет нижний край, находящийся на уровне L1, который выше, чем L0, и ответвление (42, 42') содержит переливной барьер (74, 82), через который должны пройти твердые частицы, чтобы попасть в первый выпускной желоб (26'), и причем отверстие (72) имеет верхний край, находящийся на уровне L4, и переливной барьер (74, 82) доходит до уровня L3, который выше, чем уровень L4, для создания газового затвора, формирующего слой частиц в ответвлении (42, 42'); расположенную горизонтально промежуточную трубу (46) для направления второго субпотока твердых частиц во второй выпускной желоб (34'), причем расположенная горизонтально промежуточная труба содержит по меньшей мере одно сопло (60, 62, 64) для подачи в расположенную горизонтально промежуточную трубу псевдоожижающего газа и имеет первый конец (48), находящийся в соединении по потоку частиц с нижней частью (50) вертикальной впускной трубы (16') на уровне L0, и устройство содержит расположенную вертикально восходящую трубу (56), нижний конец (54) которой по потоку частиц соединен со вторым концом (52) расположенной горизонтально промежуточной трубы, при этом верхний конец (70) расположенной вертикально восходящей трубы (56) находится в соединении по потоку частиц со вторым выпускным желобом (34') на уровне L2, который выше, чем L1.
2. Устройство (40) регулирования потока твердых частиц по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одно сопло для подачи псевдоожижающего газа содержит сопло (60) для подачи псевдоожижающего газа в по меньшей мере одно из: второго конца (52) расположенной горизонтально промежуточной трубы (46) между первым концом (48) и вторым концом (52) расположенной горизонтально промежуточной трубы и первого конца (48) расположенной горизонтально промежуточной трубы.
3. Устройство (40) регулирования потока твердых частиц по п. 2, отличающееся тем, что расположенная горизонтально промежуточная труба (46) имеет высоту и длину, при этом длина по меньшей мере в 1,5 раза больше высоты.
4. Устройство (40) регулирования потока твердых частиц по п. 2, отличающееся тем, что расположенная вертикально восходящая труба (56) содержит по меньшей мере одно сопло (68) для подачи псевдоожижающего газа на уровне между L0 и L2.
5. Устройство (40) регулирования потока твердых частиц по п. 1, отличающееся тем, что уровень L1 на по меньшей мере 0,3 метра выше, чем уровень L0.
6. Устройство (40) регулирования потока твердых частиц по п. 1, отличающееся тем, что уровень L2 на по меньшей мере 0,2 метра выше, чем уровень L1.
7. Устройство (40) регулирования потока твердых частиц по п. 1, отличающееся тем, что ответвление (42, 42') содержит по меньшей мере одно сопло (76, 84, 86) для подачи псевдоожижающего газа.
8. Устройство (40) регулирования потока твердых частиц по п. 1, отличающееся тем, что уровень L2 выше, чем уровень L3.
9. Устройство (40) регулирования потока твердых частиц по п. 8, отличающееся тем, что уровень L2, самое большее, на 0,2 метра выше, чем уровень L3.
10. Устройство (40) регулирования потока твердых частиц по п. 1, отличающееся тем, что ответвление (42') содержит расположенную горизонтально переводную трубу (78), идущую от отверстия (72) к промежуточной восходящей трубе (80), при этом часть боковой стенки промежуточной восходящей трубы (80) образует переливной барьер (82).
11. Реактор (12) с псевдоожиженным слоем, содержащий сепаратор (14) частиц для отделения твердых частиц от газа, выходящего из реактора, и возвратную канальную систему для возвращения отделенных частиц из сепаратора частиц обратно в реактор, при этом возвратная канальная система содержит впускной канал (16), первый возвратный путь для возращения отделенных твердых частиц обратно в реактор, при этом первый возвратный путь содержит теплообменную камеру (28), предназначенную для снятия тепла с отделенных твердых частиц, и второй возвратный путь для возврата отделенных твердых частиц непосредственно в реактор, отличающийся тем, что возвратная канальная система содержит устройство (40) регулирования потока твердых частиц по любому из пп. 1-10, причем впускной канал образует вертикальную впускную трубу (16'), первый возвратный путь содержит первый выпускной желоб (26'), а второй возвратный путь содержит второй выпускной желоб (34').
12. Способ регулирования потока твердых частиц с помощью устройства по любому из пп. 1-10, включающий стадии, на которых направляют исходной поток твердых частиц вниз по вертикальной впускной трубе (16'), имеющей нижнюю часть (50) на уровне L0, формируют из исходного потока твердых частиц регулируемые первый и второй субпотоки твердых частиц и направляют первый и второй субпотоки в первый и второй выпускные желоба (26', 34'), соответственно, отличающийся тем, что способ содержит
- создание псевдоожиженного слоя твердых частиц из исходного потока твердых частиц в расположенной горизонтально промежуточной трубе (46), проходящей от нижней части (50) вертикальной впускной трубы (16') на уровне L0 к нижнему концу (54) расположенной вертикально восходящей трубы (56),
- направление первого регулируемого субпотока в первый выпускной желоб (26') по ответвлению (42, 42') от отверстия в боковой стенке вертикальной впускной трубы (16') на уровне L1, который выше, чем L0, при этом ответвление (42, 42') содержит переливной барьер (74, 82), через который должны пройти твердые частицы, чтобы попасть в первый выпускной желоб (26'), и причем отверстие (72) имеет верхний край, находящийся на уровне L4, и переливной барьер (74, 82) доходит до уровня L3, который выше, чем уровень L4, для создания газового затвора, формирующего слой частиц в ответвлении (42, 42’), и
- направление второго регулируемого субпотока от верхнего конца (70) вертикальной восходящей трубы (56) во второй выпускной желоб (34') на уровне L2, который выше, чем L1.
13. Способ регулирования потока твердых частиц по п. 12, отличающийся тем, что содержит, когда нужно, чтобы весь исходный поток твердых частиц направлялся в первый выпускной желоб (26'), поддержание скорости псевдоожижения в расположенной горизонтально промежуточной трубе (46) и/или в расположенной вертикально восходящей трубе (56) на таком низком уровне, чтобы верхний уровень слоя частиц в расположенной вертикально восходящей трубе оставался ниже уровня L2, и, когда нужно, чтобы часть исходного потока твердых частиц направлялась во второй выпускной желоб (34'), увеличение скорости псевдоожижения в расположенной горизонтально промежуточной трубе (46) и/или расположенной вертикально восходящей трубе (56) до такой величины, чтобы верхний уровень слоя частиц в расположенной вертикально восходящей трубе поднимался до уровня L2.
14. Способ регулирования потока твердых частиц по п. 12, отличающийся тем, что вертикальная впускная труба (16') содержит верхнюю часть и нижнюю часть, поперечное сечение которой на уровне L1 частично или полностью смещено от поперечного сечения верхней части для создания надежного газового затвора в ответвлении (42).
