Установка для сжигания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК АЗ 1836 51)5 Р 23 С 11/ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АТЕ Н,Т во Хюотту идизации емм-корп ы фл стиц. Ь 3 Ы 1(71) Тампелла Пауер Ой(56) Ценц Ф,А, Систеи.ожижения твердых чт. 11, 1989, с, 333-334,(54) УСТАНОВКА 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 камеры 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, 1836602Изобретение 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-корптом 1, 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 состоитв создании блока сгорания. который в применениях. основанных нэ циркулирующей реакции, "обеспечивает вьгодную конструкцию для блока сгорания с конструкционной точки зрения исвойств потока в случаях,когда сепаратор твердых частиц должен устанавливаться внутри реакторной камеры.5 Поэтому цель настоящего изобретения состоит в совершенствовании предшествующего уровня техники в этой области. Длядостижения этих целей блок сгорания согласно изобретению главным образом отли 10 чается тем, что по крайней мере первый, т,е,наружный отсек сепаратора твердых частицвыполнен известным способом таким образом, что образует предпочтительно трубчатую теплопередающую поверхность,15 причем поток теплопередающей среды располагается внутри трубчатой структуры, ичто входное отверстие для топочных газов впервый, т,е. наружный отсек расположено срасчетом расширения всей периферии отсе 20 ка,Теплопередающая поверхность, которая образована из первого, т,е. наружного.отсека, известнаиз публикации патентаСША 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-.ЗО емым узлом в отношении его конструкции и,в частности, его свойств теплового расширения, В традиционном способе соединенцеревкторной. камеры, которая функционирует.как теплопередающая поверхность, и .35 изолированного сепаратора твердых частиц.вместе представляет серьезную проблемупо причине их разного поведения при тепловом расширении, Совершенно очевидно,что сепаратор твердых частиц содержащий40 керамические части толщиной примерно300 мм; должен монтироваться на нижнейплоскости и должен быть образован с самоподдерживающим стальным кожухом.,Реакторная камера с панельными структурами45 предпочтительно поддерживается сверху, ипоэтому тепловое расширение происходитглавным образом вниз,.При функционировании температура реакторной камеры втрадиционным реакторах с циркуляцией ти 50пично 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 реакторыс 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 сбякак 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 сепараторахВышеназванная 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 первом, 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 обра зованы на этой опорной структуре для потока топочных газов.Согласно одному, в частности, выгодному варианту реализации, горизонтальное поперечное сечение реакторной камеры, покрайней 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 расши рение 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,1 О 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; 20 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; 25 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 се 30 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, обра 40 эованная с подачей воздуха сгорания путе.испоЛьзования, например, системы обычн;го сопла (не показано). Для этой цели предусмотрен так называемый воздушный отсек 3, через который воздух сгорания поф 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 2образован псевдоожиженный слой, и генврируемые в нем топочные газы движутсявверх, унося материал твердых частиц.Внутри верхней части реакторной каме 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 сов 183660210 20 25 30 35 40 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 7 а, 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 вертиф 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 тепло- передающую среду, выполнена для образования крышевой структуры 1 а 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, как 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 18 а, 18 Ь 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 18 Ь, 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 1 а реакторной камеры 1, где крышевая структура 1 а 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 18 Ь, и которые элементы) расположены в разнесенном лоложении ло сравнению с расположением в соответствующей части первого, т,е. наружного отсека, ниже промежуточной коллекторной камеры 18 Ь, располагается внутри лопаток 20, предпочтительно выполненныхиз 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 10 ио. 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 топо 20 чных газов, где нет промежуточных коллекторных камер 18 Ь как на фиг. 1 и 2, но трубы первого, т.е. наружного отсека 7 продолжаются равномерно от первой коллекторной камеры 18 а до коллекторнойтрубы17 над крышевой структурой 1 а. В этом слу чае керамические лопатки 20 размещают те части трубчатой теплопередающей поверхности первого, т.е. наружного отсека 7, котбрые определяются .в отношении расположения вхЬдным каналом 9 топочных 30газов, 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 35 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 19 а расположена в плоскости первого, т,е. наружного отсека 7, и первая одна 19 Ь иэ трубок на ее стороне загнута внутрь относительно отсека 7, и вторая одна 19 с наружу относительно отсека 7. Таким Ъ о 45образом, образовано множество лопаток, которые частично располагаются снаружи отсека 7, т.е. часть, которая располагается в 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,кромочном районе лопаток входного каналатопочных газов. Совершенно очевидно, что 50сгибание труб может производиться таким Ф-ормула изобретения 1. Установка для сжигания, содержащаявертикальный корпус, стенки которого выполнены в виде теплопередающей поверхности из труб, размещенную внутри корпусареакторную камеру, снабженную в нижнейчасти средствами подачи топлива и через,решетку- воздуха для образования псевдоожиженного слоя из частиц твердого материала, а в верхней части - по крайней мереодним циклонным сепаратором, выполненным из соосно расположенных внутреннегои наружного кожухов, последний из которыхимеет входной канал и в нижней части снабжен патрубком возврата частиц твердогоматериала в нижнюю часть реакторной камеры, при этом внутренний кожух выполнениз труб, имеет открытые нижний и верхнийконцы, последний иэ которых соединен свыходом иэ реакторной камеры, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью упрощенияконструкции, наружный кожух и его входнойканал выполнены соответственно в видетеплопередающей поверхности из труб ирасширяющимся .ио 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 среакторной камерой, выполненной в поперечном сечении круглой по крайней мере взоне установки сепаратора,З.Установка по п,1, отл и чаю ща яс я тем, что входной канал выполнен в виденескольких отверстий, расположенных поповерхности кожуха с заданными интерва.лами.4. Установка попи.1 и 3, отл ича ющ а я с я тем, что отверстия имеют одинаковый размер и расположены на одном уровне.5; Установка по пи. 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 двухсмежных отверстий стенки выполнены в виде тангенциально установленных лопаток,7. Установка по п, 6, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что лопатки расположены внутринаружного кожуха.8, Установка по и. 6, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что каждая лопатка сформированав виде одной детали иэ керамического материала, обрамляющей по крайней мере однутрубу стенки наружного кожуха,9. Установка пои. 8, отл ича ю ща яс я тем, что трубы наружного кожуха в зоневходного канала расположены на расстоянии одна от другой,12 1836602 зованием ее перекрытия, а входной канал примыкает к последнему.12. Установка поп, 1, отл ич а юща яс я тем, что стенки патрубка возврата вы полнены в виде теплопередающей поверх.ности, вклкченной в контур циркуляции между решеткой и трубами наружного кожуха,19 19 19 19 фон оставитель Н.Колесниковехред М. Моргентал ректор С,Лиси актор Г.бельская аз 3017ВНИИПИ дписное и открытиям при б 4/5 Тираж осударственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РауСССР мбинат "Патент ельскии к родзводствен 10. Установка по и. 8, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что часть труб наружного кожуха в зоне входноМ канала отогнута в область поперечного сечения лопатки,11. Установка по и. 1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что верхняя часть труб реакторной камеры отогнута внутрь последней с обра. Ужгород, ул.Гагарина, 10