Реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем

 

Изобретение относится к реактору с циркулирующим псевдоожиженным слоем, включающему нижнюю зону 3, снабженную решеткой псевдоожижения 11, средства впрыскивания первичного воздуха 12 ниже решетки 11, средства впрыскивания вторичного воздуха 13 выше решетки 11 и средства введения топлива 10; стенки 5, окружающие эту нижнюю зону, снабжены теплообменными трубами, а верхняя зона 2 окружена стенками 4, снабженными теплообменными трубами; теплообменные трубы связаны через выступы. Стенки зон 2,3 снабжены вертикальными панелями теплообмена, так называемыми расширениями, закрепленными перпендикулярно на стенках 4, 5 зон 2, 3, образованных трубами, внутри реактора, с шириной по горизонтали, составляющей между 150 и 500 мм, и с интервалами один от других при расстоянии между 1,5-кратным и 4-кратным их ширины; эту ширину определяют как расстояние между внутренней стороной выступов стенок 4, 5 и наиболее удаленной образующей наиболее удаленной трубы расширений. Технический результат выражается в улучшении коэффициентов теплообмена стенок реактора. 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

Настоящее изобретение относится к реактору с псевдоожиженным слоем, циркулирующим в расширениях поверхности теплообмена.

Реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем используют обычно в теплоцентралях и для более повышенных мощностей.

Точнее, изобретение относится к реактору с циркулирующим псевдоожиженным слоем, включающему нижнюю зону, снабженную решеткой псевдоожижения, средства впрыскивания первичного воздуха снизу решетки, средства впрыскивания вторичного воздуха сверху решетки и средства введения топлива; стенки, окружающие эту нижнюю зону, снабжены трубами теплообмена.

Известно, что для получения хорошей эффективности десульфурации дымовых газов температура реактора должна поддерживаться постоянной при величине около 850^oC. Эффективным средством является установка панелей теплообмена в реакторе и использование для поддержания этой температуры или регулировки концентрации твердых веществ регулированием расходов первичного и вторичного воздуха, или переменного расхода рециркуляции газа сгорания, или охлаждения рециркулируемых твердых веществ в наружных расширенных псевдоожиженных слоях в реакторе.

Несколько вариантов расположений таких панелей известны: - вертикальные панели в форме L, висящие в верхней части реактора, с функцией перегревателя, - горизонтальные панели в верхней части, проходящие через реактор насквозь с функцией перегревателя, - панели в форме U, висящие на потолке реактора, с функцией перегревателя, - очень широкие панели, закрепленные перпендикулярно и на стенке реактора и проходящие через эмульсию, такие, как панели, оснащающие реактор с псевдоожиженным слоем, описанный в патенте США 4442796, - разделяющие панели реактора, расположенные на частичной высоте и имеющие в случае необходимости соединительные отверстия, как описано в патенте США 4165717.

Следовательно, когда мощность установки повышается, по известному уровню техники полагают, что необходимо расширять введение этих панелей теплообменников, во-первых, на поверхности и, во-вторых, на более низких уровнях в реакторе с корреляцией повышенных опасностей эрозии в нижней части этих панелей, подверженных действию потока твердых частиц, опасностей дисторсии панелей и стенок вследствие дифференциальных расширений, увеличенных всегда высотами верхних панелей, и опасностей вибрации.

Настоящее изобретение решает эти проблемы эрозии и дисторсии, противодействуя техническому предубеждению, которое заключается в поисках повышения поверхности панелей теплообмена реактора.

Чтобы сделать это в соответствии с изобретением по меньшей мере одна стенка по меньшей мере одной из названных зон снабжена так называемыми расширительными вертикальными панелями теплообмена, закрепленными перпендикулярно к стенке, образованными трубами теплообмена, внутренними к реактору, горизонтальной ширины, составляющей между 150 и 500 мм, и с промежутками между ними на расстоянии, составляющем между 1,5 и 4 - кратное их ширины.

Расширения имеют небольшую ширину, и, таким образом, избегают деформации стенок реактора, вызванных механическими нагрузками, спровоцированными дифференциальными расширениями, и эти расширения находятся в спускающемся слое твердых веществ, как будет описано точнее ниже.

В случае, когда трубы теплообмена стенок соединены через выступы, вышеназванная ширина определена как расстояние между внутренней стороной выступов стенок и более удаленной образующей трубы более удаленных расширений.

По первому варианту закрепления расширения постоянно свариваются со стенкой зоны.

По второму варианту закрепления расширения удалены от стенки на расстояние меньше 60 мм, это расстояние представляет расстояние между внутренней стороной выступов стенок и образующей трубы более близких расширений, расширения имеют опору по меньшей мере в их высокой части.

Выгодно размещать расширения по внутреннему периметру реактора.

Расширения могут находится по всей высоте реактора.

По предпочтительному варианту осуществления изобретения расширения расположены по всей высоте стенки верхней зоны.

В этом случае расширения начинаются из потолка реактора и проходят в нижней части через наклонные стенки нижней зоны. Любая проблема эрозии устраняется в этом случае по сравнению с известным уровнем техники, когда свободные горизонтальные части подвергаются действию потока частиц и, следовательно, подвергаются эрозии.

Чтобы увеличить их механическое сопротивление, расширения труб могут включать вспомогательные трубы, соединенные со свободным концом расширений, закрепленные снаружи плоскости симметрии расширений.

По способу - варианту осуществления изобретения, когда реактор включает по меньшей мере внутренний плотный псевдоожиженный слой, в соединении с внутренней частью реактора через его верхнюю часть, которая принимает твердые вещества, падающие вдоль стенок верхней зоны, и отправляет их по меньшей мере частично через переливаемые в нижнюю зону вдоль и выше стенок перелива, этот внутренний слой снабжен теплообменными трубами, соединенными в своей низкой части с вводом питания и в своей верхней части - с выходом продуктов очистки от посторонних примесей, трубы расширений используют как трубы для выхода продуктов очистки посторонних примесей, находящихся в этом внутреннем слое.

Изобретение изложено ниже более подробно при помощи чертежей, представляющих только предпочтительный вариант осуществления изобретения.

Фиг. 1 представляет в поперечном разрезе реактор с циркулирующим всевдоожиженным слоем.

Фиг. 2 представляет частичный поперечный разрез стенки реактора в соответствии с изобретением.

Фиг. 3 представляет поперечный разрез по III-III фиг. 2.

Фиг. 4 представляет аналогичный поперечный разрез по одному варианту.

Фиг. 5 представляет поперечный разрез реактора в соответствии с изобретением по варианту осуществления изобретения.

Фиг. 6 представляет подробный вид части IV.

Фиг. 7, 8, 9, 10, 11, 12 представляют частичные поперечные разрезы различных расположений реакторов в соответствии с изобретением.

На фиг. 1, которая соответствует классическому функционированию реактора с циркулирующим слоем, этот последний включает нижнюю зону 3 секции, возрастающей вверх, и верхнюю зону в форме параллелепипеда 2. Нижняя зона 3 снабжена решеткой псевдоожижения 11, средствами впрыскивания первичного воздуха 12 ниже решетки 11, средствами впрыскивания вторичного воздуха выше решетки 11 и средствами введения топлива 10. Стенки 5, окружающие эту нижнюю зону 3, снабжены теплообменными трубами. Верхняя зона 2 также окружена стенками 4, снабженными теплообменными трубами.

Твердые частицы поднимаются над решеткой 11 в верхнюю часть реактора по стрелкам 6. Эти частицы имеют тенденцию удаляться к стенкам 4, 5 и снова падать вниз. Однако часть более тонких частиц снова увлекается вверх, следуя таким турбулентным движениям, как 7. Другие частицы приближаются к стенкам 4, 5 и стекают вдоль этих стенок вниз по стрелкам 8, где они образуют плотный слой твердых частиц.

Измерения этого плотного слоя твердых частиц вдоль стенок показывают, что он имеет переменную толщину на высоте реактора и в зависимости от загрузки реактора эта толщина составляет обычно между 50 и 500 мм.

Изобретение заключается в осуществлении расширений поверхностей теплообмена небольшой ширины, утопленных в этом слое спускающихся твердых частиц, и, таким образом, в улучшении коэффициентов теплообмена стенок реактора.

В классическом реакторе без расширений в соответствии с изобретением, для общего коэффициента 180 W/м² K, приблизительно часть 100 W/м² K получена излучением и часть 80 W/м² K получена конвекцией относительно твердых частиц.

Благодаря изобретению часть, связанная с конвекцией, сильно увеличена и, следовательно, увеличен общий коэффициент.

Фактически расширения в соответствии с изобретением вызывают увеличение толщины слоя твердых частиц вдоль стенок, так как его можно назвать угловым эффектом. Он создается фактически в присутствии угла утолщения слоя, вызванного закругленной формой, которую принимает, разумеется, слой твердых частиц в этом месте. Благодаря расширению в соответствии с изобретением создается большое количество углов и настолько же увеличивается толщина твердых частиц. Следовательно, средняя концентрация твердых частиц искусственно повышена в разграниченной впадине между двумя расширениями по сравнению с гладкой простой стенкой, что улучшает коэффициент обмена.

С другой стороны, расширения в соответствии с изобретением имеют две поверхности обмена, что повышает общую поверхность обмена реактора, и, следовательно, улучшает также коэффициент обмена.

Фиг. 2 и 3 представляют пример осуществления расширения в соответствии с изобретением.

Эти расширения осуществляют преимущественно классическим способом, т.е. они образованы трубами, связанными через гладкие выступы. К стенке 4, снабженной продольными теплообменными трубами 9, присоединяются расширения 14, перпендикулярные к стенке 4 и внутренние к реактору. Представленное расширение 14 включает три вертикальные теплообменные трубы 15, утопленные и защищенные в верхней и нижней части слоями бетона 16. Трубы 15, как и трубы 9, связаны одни с другими через приваренные выступы 20. В трубы 15 подают эмульсию воды-пара в нижнюю часть через ввод для подачи и в верхней части они связаны с выходом 19. Чтобы избегать дифференциальных расширений, эти трубы 15 питают эмульсией.

По изобретению расширения 14, закрепленные перпендикулярно по меньшей мере на стенке 4, 5 по меньшей мере одной из зон 2, 3, образованные трубами 15, внутренними к реактору, имеют горизонтальную ширину, которая составляет между 150 и 500 мм, и с интервалами одни от других при расстоянии D между 1,5- и 4-кратным их ширины, эту ширину определяют как расстояние между внутренней стороной выступов 30 стенки 4, 5 и более удаленной образующей трубы 15A более удаленных расширений.

Расширения могут быть приварены к стенке 4, 5 зон 2, 3, как показано на фиг. 2, они могут быть удалены от стенок 4, 5 на расстояние d ниже 60 мм, это расстояние представляет расстояние между внутренней стороной выступов 30 стенок и образующей самой близкой трубы 15B, это приводит к устранению первого выступа 20A расширений и к опоре этих расширений в их верхней части и в случае необходимости в их нижней части.

Расширения 14 труб 15 могут содержать вспомогательные трубы 15C, соединенные со свободным концом 14A расширений 14, закрепленные вне плоскости симметрии расширений 14, чтобы усиливать механическое сопротивление расширений 14, как представлено, например, на фиг. 4.

Фиг. 5 представляет особенно выгодное расположение расширений в соответствии с изобретением.

Известно, например, из заявки на патент Франции N 2690512, поданной заявителем, оснащение реактора внутренними плотными псевдоожиженными слоями 22, 23. Эти плотные псевдоожиженные слои 22, 23 связаны с внутренней частью реактора через свою верхнюю часть, которая принимает твердые вещества, падающие вдоль стенок 4 из верхней зоны 2, и направляет их по меньшей мере частично обратно через переливание в нижнюю зону 3 вдоль и выше стенок перелива 28, 29. Эти внутренние слои 22, 23 имеют свою стенку, снабженную трубами обмена, связанными в своей нижней части с вводом подачи и в своей верхней части с выходом выделения. В случае необходимости слои включают также погруженные трубы обмена. Преимущественно трубы расширений 14 в соответствии с изобретением могут быть использованы как трубы выхода от выделения, образующие стенки этих слоев 22, 23 и в случае необходимости трубы, погруженные в эти слои 22, 23, что устраняет проход через стенку 4 с опасностями эрозии, которая это допускает, трубы на выходе от выделения вертикальные, а не горизонтальные. Фиг. 6 представляет пример связи на выходе от выделения труб обмена 24, снабжающих внутренний слой 22, и труб 15 расширения 14.

По этому варианту осуществления изобретения каждый внутренний слой 22, 23 размещен между по меньшей мере двумя расширениями 14 и из этого следует другой эффект и техническое преимущество изобретения. В самом деле, интервалы между расширениями 14 образуют каналы или пути падения 21 твердых частиц в слои 22, 23 и имеют следствием увеличение расхода твердых частиц, падающих в эти слои. Внутренние слои 22, 23 связаны с наружными теплообменниками, последние получают большое количество твердых частиц, что улучшает обмен и позволяет значительно уменьшить размер этих наружных теплообменников.

На фиг. 7 - 12 показано несколько возможных расположений расширений 14. Реактор при классическом способе снабжен циклоном 31. Расширения 14, оснащенные трубами 15, расположены по всей высоте стенки 4 верхней зоны 2 реактора, на одной или нескольких сторонах этой зоны 2. В этом случае расширения начинаются с потолка реактора и пересекают в нижней части наклонные стенки 5 нижней зоны 3. Следовательно, устраняется любая проблема эрозии по сравнению с известным уровнем техники, более того, никакая свободная горизонтальная часть не подвергается действию потока частиц.

Формула изобретения

1. Реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем, включающий верхнюю зону, окруженную стенками, снабженными тепловыми трубами, и нижнюю зону, снабженную решеткой псевдоожижения, средствами впрыскивания первичного воздуха ниже решетки и средствами введения топлива, а также средства впрыскивания вторичного воздуха, причем стенки, окружающие нижнюю зону, снабжены теплообменными трубами, отличающийся тем, что средства впрыскивания вторичного воздуха расположены в нижней зоне реактора выше решетки псевдоожижения, а по меньшей мере одна из стенок по меньшей мере одной из указанных зон снабжена вертикальными панелями теплообмена, называемыми "расширениями", которые простираются перпендикулярно к стенке и образованы теплообменными трубами, внутренними к реактору, горизонтальная ширина "расширений" составляет 150 - 500 мм, при этом "расширения" расположены с интервалами D один от другого, лежащими в области между 1,5 - 4-кратными величинами их ширины.

2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что теплообменные трубы 9 на стенках 4, 5 связаны через выступы 30, указанная ширина l горизонтали определена как расстояние между внутренней стороной выступов 30 стенок 4, 5 и трубой 15А, наиболее удаленной по отношению к расширениям.

3. Реактор по п.2, отличающийся тем, что расширения приварены по всей стенке 4, 5 зоны 2, 3.

4. Реактор по п.2, отличающийся тем, что расширения 14 удалены от стенки 4, 5 на расстояние d менее 60 мм, причем указанное расстояние является расстоянием между внутренней стороной выступов 30 стенок и образующими самой близкой расширяющей трубы, и расширения опираются по меньшей мере в их верхних частях.

5. Реактор по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что расширения 14 размещены по внутреннему периметру реактора.

6. Реактор по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что расширения 14 расположены по всей высоте реактора.

7. Реактор по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что расширения 14 расположены по всей высоте стенки 4 верхней зоны 2.

8. Реактор по одному из пп.1 - 7, отличающийся тем, что расширения 14 труб 15 включают вспомогательные трубы 15С, связанные со свободным концом 14А, расширений 14, закрепленные вне плоскости симметрии расширений 14.

9. Реактор по одному из пп.1 - 8, отличающийся тем, что он включает по меньшей мере внутренний плотный псевдоожиженный слой 22, 23, в соединении с внутренней частью реактора через его верхнюю часть, которая получает твердые вещества, падающие вдоль стенок 4 верхней зоны 2 и направляет их по меньшей мере частично через перелив в нижнюю зону 3 вдоль стенки и выше стенки сброса 28, 29, этот внутренний слой 22, 23 оснащен трубами обмена, связанными в своей нижней части с вводом для подачи и в своей верхней части - с выходом выделения, причем трубы 15 расширения 14 используют как трубы выхода продуктов выделения из труб, оснащающих этот внутренний слой 22, 23.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12