Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем (варианты)

(51) 22 31/00 (2006.01) 23 10/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоемвключает реакционную камеру. Кипящий псевдоожиженный слойнаходится в корпусе в нижней части реакционной камеры и содержит внутрислойный теплообменник ,который занимает часть дна реакционной камеры. По меньшей мере, один немеханический клапан,который включает отверстие междуии независимо регулируемые средства псевдоожижения, расположенные выше и ниже отверстия,используется для управления теплопередачей в Н путем управления разгрузкой твердых частиц изв . Основание отверстия находится около или выше вершины средств псевдоожижения. Ниже отверстия может быть расположен экран для регулирования потока.(73) БАБКОК энд ВИЛКОКС ПАУЭР ДЖЕНЕРЕЙШН ГРУП, ИНК.(74) Тагбергенова Модангуль Маруповна Тагбергенова Алма Таишевна Касабекова Найля Ертисовна Настоящее изобретение относится в основном к области реакторов или котлов с циркулирующим псевдоожиженным слоем , таких как используются в промышленных или при выработке электроэнергии установках, и, в частности, к немеханическому клапану для управления выпуском твердых частиц из внутрислойного теплообменника в . Описание уровня техники Патент 6,532,905 Белина и др. описывает котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Котел включает реакционную камеру с , а также теплообменник с кипящим псевдоожиженным слоем ,расположенный в реакционной камере. Теплопередачей в теплообменнике управляют посредством регулирования скорости выпуска твердых частиц из нижней частив реакционную камеру. В одном варианте конструкции регулирование выгрузки твердых частиц достигается использованием, по меньшей мере, одного немеханического клапана, которым управляют путем подачи ожижающего газа около клапана. Другой способ управления теплопередачей раскрыт в патенте 6,532,905. В этом документе теплопередачей управляют использованием одной или более труб, простирающихся от нижней части кипящего псевдоожиженного слояк верхнему уровню около или выше самой нижней части стенок, образующих корпус внутрислойного теплообменника(ВНХ). Направленному перемещению твердых частиц вверх по трубе способствует их ожижение в трубе, что также вынуждает твердые частицы выгружаться извнутрь циркулирующего псевдоожиженного слоя. На практике полную выгрузку твердых частиц изввыполняют и контролируют путем регулирования скорости потока ожижающего газа или установкой требуемого количества труб,одновременно, таким образом, осуществляется управление теплопередачей в . Чем выше мощность котла си/или параметры выходящего из котла пара, тем,соответственно, выше тепловая нагрузка его . Это явление еще более проявляется в сжигающих кислород котлах спри поступлении повышенной концентрации кислорода в котел,устанавливающаяся при этом тепловая нагрузкаприводит к значительному увеличению размеров теплообменника,размещенного в реакционной камере котла, которое заключается в увеличении высоты . Из-за более высокой плотностипо сравнению с , перепад давления по обе стороны немеханического клапана может достигать десятков дюймов водяного столба и приводить к высокой скорости прохода твердых частиц через клапан и общей высокой скорости выпуска потока твердых частиц. Последняя может превысить заданный коэффициент пропускной способности твердых частиц и, таким образом,оказывать неблагоприятное воздействие на 2 управляемость теплопередачи. Высокая скорость твердых частиц около регулировочного клапана твердых частиц может вызвать эрозию любых находящихся по соседству труб поверхности нагрева в теплообменнике, а так же эрозию колпачков для барботирования газа в реакционной камере с , находящихся на пути струи,выходящей из клапана. На основании изложенного,существует потребность в разработке регулировочного клапана твердых частиц,который улучшает эксплуатационные характеристики и надежность котлов с циркулирующим псевдоожиженным слоем,который содержит управляемый внутрислойный теплообменник (ВНХ). Сущность изобретения Настоящее изобретение улучшает эксплуатационные характеристики и надежность котла си управляемымпутем использования,по меньшей мере,одного немеханического клапана для управления выпуском твердых частиц изв реакционную камеру с. Соответственно, одним объектом настоящего изобретения является котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем , включающий реакционную камеру с , имеющую боковые стенки и решетку, определяющую дно на нижнем конце реакционной камеры с , для подачи ожижающего газа в реакционную камеру скипящий псевдоожиженный слой,находящийся в нижней части реакционной камеры си ограниченный стенками корпуса и дном реакционной камеры спо меньшей мере, один управляемый внутрислойный теплообменник, который занимает часть дна реакционной камеры и окружен стенками корпуса си, по меньшей мере, один немеханический клапан,выполненный с возможностью управления выгрузкой твердых частиц изв реакционную камеру с , при этом клапан включает, по меньшей мере, одно отверстие в стенке корпуса с, по меньшей мере, одно независимо регулируемое первое средство псевдоожижения,расположенное выше, по меньшей мере, одного отверстия в стенке корпуса, и, по меньшей мере,одно независимо регулируемое второе средство псевдоожижения, расположенное ниже, по меньшей мере, одного отверстия в стенке корпуса, в котором самая нижняя точка, основание, по меньшей мере,одного отверстия немеханического клапана в стенке корпуса находится около или выше самой верхней точки, вершины обоих независимо регулируемых первых и вторых средств псевдоожижения. Другим объектом настоящего изобретения является котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем , включающий реакционную камеру с , имеющую боковые стенки и решетку, определяющую дно на нижнем конце реакционной камеры с , для подачи ожижающего газа в реакционную камеру скипящий псевдоожиженный слой,находящийся в нижней части реакционной камеры с и ограниченный стенками корпуса и дном реакционной камеры спо меньшей мере, один управляемый внутрислойный теплообменник, который занимает часть дна реакционной камеры си окружен стенками корпуса си, по меньшей мере, один немеханический клапан,выполненный с возможностью управления выгрузкой твердых частиц изв реакционную камеру с , при этом клапан включает, по меньшей мере, одно отверстие в стенке корпуса с, по меньшей мере, одно независимо регулируемое первое средство псевдоожижения,расположенное выше, по меньшей мере, одного отверстия в стенке корпуса, и, по меньшей мере,одно независимо регулируемое второе средство псевдоожижения, расположенное ниже, по меньшей мере, одного отверстия в стенке корпуса, в котором самая нижняя точка, основание, по меньшей мере,одного отверстия немеханического клапана в стенке корпуса, находится около или выше самой верхней точки, вершины обоих независимо регулируемых первых и вторых средств псевдоожижения, в котором, по меньшей мере, одинвыбран из одного или более перегревателей, подогревателей,экономайзеров или испаряющих поверхностей, и в котором трубы, по меньшей мере, одногозащищены слоем устойчивого против эрозии материала, сформированного на поверхности трубы,по меньшей мере, около одного отверстия. Различные признаки новизны,которые характеризуют изобретение, особо выделены в формуле изобретения,приложенной к и составляющей часть настоящего описания. Для лучшего понимания изобретения, его практических преимуществ и специфических целей, достигаемых его использованием,описание изобретения приведено со ссылками на приложенные чертежи,на которых проиллюстрированы предпочтительные варианты изобретения. Краткое описание чертежей Фиг.1 - схематический вид с боку вертикального разреза котла с , согласно изобретению Фиг.2 - схематический вид горизонтального разреза котла с , изображенного на фиг.1 и рассматриваемого в направлении стрелок 2-2 Фиг.3 - частичный вид с боку разреза котла с, согласно первому варианту изобретения,иллюстрирующему экран для регулирования потока,размещенный ниже средств псевдоожижения,расположенных ниже отверстия и Фиг.4 - частичный вид с боку разреза котла с, согласно второму варианту изобретения,иллюстрирующему экран для регулирования потока,размещенный выше средств псевдоожижения,расположенных ниже отверстия. Описание изобретения Настоящее изобретение относится в основном к области реакторов или котлов с циркулирующим псевдоожиженным слоем , таких, как используются в промышленных или при выработке электроэнергии установках, и, в частности, к немеханическому клапану для управления выпуском твердых частиц из внутрислойного теплообменника в . Под сжиганием кислорода традиционно подразумевается использование вместо воздуха окисляющего средства (окислителя) с увеличенной концентрацией кислорода, обычно состоящего преимущественно из кислорода и рециркулируемого топочного газа, поэтому термины первичный воздух и вторичный воздух подразумевают и тождественны по смыслу терминам первичный окислитель и вторичный окислитель. Термин котел сиспользуется по отношению к реакторам или камерам сгорания с циркулирующим псевдоожиженным слоем , в которых происходит процесс горения. Поскольку настоящее изобретение относится, в частности, к котлам или парогенераторам,в которых используются камеры сгорания св качестве средств, производящих теплоту, подразумевается,что настоящее изобретение может также использоваться в различного вида реакторах с . Например, изобретение может быть применено в реакторе, который используется для химических реакций, отличающихся от процесса горения, или в реакторе, где смесь газа/твердых частиц процесса горения, происходящего в другом месте, подается в реактор для дальнейшей обработки, или где реактор просто представляет корпус, где частицы или твердые вещества вводятся в газ, который является не обязательно побочным продуктом процесса горения. На чертежах одинаковыми ссылочными номерами обозначены одни и те же или функционально подобные элементы. В частности на фиг.1 и 2 изображен реактор или котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем ,имеющий реакционную камеру с 1, которая включает стенки 2 (2 а, 2, 2 с и 2) и внутрислойный теплообменник 3, погруженный в кипящий псевдоожиженный слой 4. Циркулирующий псевдоожиженный слой в реакционной камере 1 преимущественно содержит твердые частицы,состоящие из золы от сжигания топлива 5,сульфатированного сорбента 6 и, в некоторых случаях, инертного материала 7, поступающего снаружи через, по меньшей мере, одну из стенок 2, и ожижаемые первичным воздухом 8, подаваемым через распределительную решетку 9, составляющую часть дна реакционной камеры. Некоторые твердые частицы захватываются газами, поступающими из процесса сжигания топлива, и движутся вверх, как показано позицией 15, и в конечном счете достигают сепаратора 16 частиц, такого как сепаратор частиц ударного типа или -бимсы,размещенного у выхода из реакционной камеры. Несмотря на то, что некоторые из твердых частиц 17 проходят сепаратор 16, большая часть частиц 18 захватывается и рециркулируется в реакционную камеру 1. Эти твердые частицы 18 наряду с другими частицами 19, падающими из восходящего потока 15 твердых частиц, подаются в В 4, где они псевдоожижаются ожижающей средой 25,подаваемой через распределительную решетку 26,3 составляющую другую часть дна реакционной камеры. Средства 27 и 28 для удаления твердых частиц из 1 и 4, соответственно,размещаются на соответствующих участках дна реакционной камеры. Кипящий псевдоожиженный слой 4 отделен от циркулирующего псевдоожиженного слоя 1 корпусом 30. Стенки, образующие корпус 30 , могут быть выполнены несколькими способами. Предпочтительно, стенки корпуса состоят из охлаждаемых жидкостью труб 50 (см. фиг. 3), покрытых устойчивым против эрозии материалом,таким как огнеупор,для предотвращения эрозии труб во время работы. Трубы 50, образующие корпус 30, простираются вверх на высоту, составляющую заданную высоту 4 в реакционной камере с 1. Выше заданной высоты, трубы 50 группируют для формирования форсунок 55 вторичного воздуха. Воздух 60, поступающий в эти форсунки,инжектируется в 1 выше 4, таким образом,струи 65 воздуха не отклоняют потоки твердых частиц 18 и 19 от падения в 4. Группировка труб 50 позволяет сформировать отверстия 70, через которые потоки твердых частиц 18 и 19 падают в 4. Дойдя до стенки 2, трубы 50 становятся ее частью. Форсунки 75 вторичного воздуха размещаются на противоположной стене 2 снаружи реакционной камеры с 1. Так как ниже форсунок 75 нет ни одного , выходящие из форсунок струи 80 не вызывают нежеланного действия. На фиг.3 показана в увеличенном виде область вокруг немеханического клапана 40. Клапан включает отверстие 85 в корпусе 30 и независимо регулируемые средства псевдоожижения 86 и 87,расположенные, соответственно, выше и ниже отверстия 85. Эти средства псевдоожижения могут быть выполнены в виде множества колпачков для барботирования газа,соединенных с соответствующими источниками ожижающей среды 46 и 45, соответственно. Как известно, наиболее общая конструкция распределительной решетки представляет собой множество смежных колпачков для барботирования газа,подающих из соответствующего источника ожижающую среду, то есть из источника 8 дляи из источника 25 для. Колпачок для барботирования газа состоит из соответствующим образом выполненного колпачка для барботирования газа и подающей трубы, обычно называемой газоходом,который соединяет ожижающую среду с псевдоожиженным слоем. Ожижающий газ проходит вверх по газоходу в колпачок для барботирования газа, из которого он распределяется по псевдоожиженному слою через множество выходных отверстий. Струи ожижающего газа, выпускаемые выходными отверстиями, проникают вили , снабжая их ожижающим газом в зоне, окружающей каждый колпачок для барботирования газа. Для предотвращения эрозии колпачков для барботирования газа, находящихся около отверстия 85, потоком твердых частиц, выходящих через 4 отверстия, верх колпачков для барботирования газа должен находиться ниже основания отверстия 85. Экран 90 для регулирования потока может быть размещен ниже отверстия 85. Он обеспечивает сужение потока твердых частиц через отверстие 85 и также отклоняет струю твердых частиц,выходящую из отверстия, подальше от колпачков 9 для барботирования газа или других средств псевдоожижения в реакционной камере с 1. В одном варианте настоящего изобретения экран 90 для регулирования потока размещается ниже (см. фиг. 3) средств псевдоожижения 87. Во втором варианте изобретения экран для регулирования потока размещается выше (см. фиг. 4) средств псевдоожижения 87. Верх экрана 90 для регулирования потока может по высоте находиться,по меньшей мере, на уровне основания отверстия 85 и может быть выше вершины отверстия 85. Экран для регулирования потока подвергается воздействию высокой температуры внутри слоя и существенно способствующим эрозии ударам твердых частиц, проходящих через отверстие 85. Поэтому он должен быть выполнен из устойчивого против высокой температуры и эрозии материала,например, из керамики или огнеупорного кирпича. Другие варианты включают использование экранов в виде покрытых огнеупором труб. Поверхность нагрева 3, которая абсорбирует теплоту из 4, может быть перегревателем, подогревателем, экономайзером,испарителем или комбинацией перечисленных и известных типов поверхностей нагрева. Поверхность нагрева обычно состоит из труб 91, по которым перемещается теплоноситель, такой как вода, двухфазная смесь воды и пара или пар. Они подвергаются эрозии незначительно из-за низкой скорости псевдоожижения в 4, а так же низкой скорости прохождения твердых частиц через ВНХ 3. Однако скорость твердых частиц при подходе к отверстию 85 существенно увеличивается, что может повлечь за собой эрозию труб 91. Чтобы снизить или предотвратить эрозию труб 91, их предпочтительно размещают как можно дальше от отверстия 85 (как показано на фиг.3). Ожидаемые коэффициенты эрозии могут быть определены на основе оценки локальной скорости твердых частиц около отверстия 85 (например, по объемному разгрузочному коэффициенту через отверстие 85), а так же установлением эрозивных характеристик твердых частиц. С учетом допустимого коэффициента эрозии и предполагаемого коэффициента эрозии,определяемого использованием описанных выше методик, трубы 91 могут быть расположены так, чтобы они как можно меньше подвергались эрозии. Таким образом, как показано на фиг. 3, для снижения эрозии труб концы нижних труб 91 в 3 находятся на некотором расстоянии от отверстий 85 по сравнению с другими трубами 91 в ВНХ 3, так как они не доходят до стены корпуса 30 и отверстия 85. В качестве дополнительных мер предосторожности, части труб 91, находящиеся по-соседству с отверстием 85,могут быть защищены слоем устойчивого против эрозии материала 95, например, огнеупорными пластинами, прикрепленными приваренными к трубам 91 штырями. Управление выпуском твердых частиц из 4 в 1 достигается управлением скорости потока ожижающей среды 45 и 46. Подача газового потока в непосредственной близости от регулировочного клапана твердых частиц способствует выпуску твердых частиц из нижней части 4 в 1. Независимое регулирование этих скоростей потоков,например,чередованием циклов включения и отключения, позволяет осуществить выравнивание коэффициента выпуска твердых частиц. Определенные системы управления ожижающей средой(частота циклов,продолжительность цикла и т.д.) зависят от свойств псевдоожижаемых материалов и технических условий работы котла и должны устанавливаться во время запуска котла. Несмотря на раскрытие и описание определенных вариантов изобретения,они приведены только с целью иллюстрации принципов изобретения. Совершенно очевидно,что изобретение может быть выполнено иначе, не отступая от изложенных и раскрытых принципов. В некоторых вариантах могут быть использованы отдельные признаки изобретения без соответствующего использования других признаков. Соответственно, все такие изменения и варианты выполнения полностью входят в объем притязаний,определяемый следующей ниже формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем , включающий реакционную камеру с , имеющую боковые стенки и решетку, определяющую дно в нижнем конце реакционной камеры сдля подачи ожижающего газа в реакционную камеру скипящий псевдоожиженный слой,расположенный в нижней части реакционной камерыи ограниченный стенками корпуса и дном реакционной камеры спо меньшей мере,один управляемый внутрислойный теплообменник , который занимает часть дна реакционной камеры си окружен стенками корпуса си по меньшей мере, один немеханический клапан,выполненный с возможностью управления разгрузкой твердых частиц изв реакционную камеру с , при этом клапан включает, по меньшей мере, одно отверстие в стенке корпуса с, по меньшей мере, одно независимо регулируемое первое средство псевдоожижения,расположенное выше, по меньшей мере, одного отверстия в стенке корпуса, по меньшей мере, одно независимо регулируемое второе средство псевдоожижения, расположенное ниже, по меньшей мере, одного отверстия в стене корпуса,отличающийся тем, что основание, по меньшей мере, одного отверстия немеханического клапана в стенке корпуса находится на высоте, равной или выше вершины обоих независимо регулируемых первого и второго средств псевдоожижения. 2. Котел спо п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает, по меньшей мере, один экран для регулирования потока, который расположен ниже, по меньшей мере, одного отверстия в стенке корпуса, где верх экрана для регулирования потока находится около или выше основания, по меньшей мере, одного отверстия в стенке корпуса. 3. Котел спо п.2, отличающийся тем, что,по меньшей мере, один экран для регулирования потока расположен ниже, по меньшей мере, одного независимо регулируемого второго средства псевдоожижения. 4. Котел спо п.2, отличающийся тем, что,по меньшей мере, один экран для регулирования потока расположен выше, по меньшей мере, одного независимо регулируемого второго средства псевдоожижения. 5. Котел спо п.2, отличающийся тем, что,по меньшей мере, один экран для регулирования потока выполнен из износоустойчивого материала. 6. Котел спо п.2, отличающийся тем, что,по меньшей мере, один экран для регулирования потока выполнен из покрытых огнеупором труб. 7. Котел спо п.1, отличающийся тем, что,по меньшей мере, одинвыбран от одного или более перегревателей,подогревателей,экономайзеров или испаряющих поверхностей. 8. Котел спо п.1, отличающийся тем, что трубы, по меньшей мере, одногоразмещены так, что они находятся в отдалении от, по меньшей мере, одного отверстия для снижения эрозии труб. 9. Котел спо п.1, отличающийся тем, что трубы, по меньшей мере, одногозащищены слоем устойчивого против эрозии материала,сформированного на поверхности труб,находящихся около, по меньшей мере, одного отверстия. 10. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем , включающий реакционную камеру с , имеющую боковые стенки и решетку, определяющую дно в нижнем конце реакционной камеры сдля подачи ожижающего газа в реакционную камеру скипящий псевдоожиженный слой,расположенный в нижней части реакционной камеры си ограниченный стенками корпуса и дном реакционной камеры спо меньшей мере,один управляемый внутрислойный теплообменник , который занимает часть дна реакционной камеры си окружен стенками корпуса си по меньшей мере, один немеханический клапан,выполненный с возможностью управления разгрузкой твердых частиц изв реакционную камеру с , при этом клапан включает, по меньшей мере, одно отверстие в стенке корпуса, по меньшей мере, одно независимо регулируемое первое средство псевдоожижения,расположенное выше, по меньшей мере, одного 5 отверстия в стенке корпуса, по меньшей мере, одно независимо регулируемое второе средство псевдоожижения, расположенное ниже, по меньшей мере, одного отверстия в стенке корпуса,в котором основание, по меньшей мере, одного отверстия немеханического клапана в стенке корпуса находится около или выше вершины обоих независимо регулируемых первого и второго средств псевдоожижения,в котором, по меньшей мере, одинвыбран из одного или более перегревателей,подогревателей, экономайзеров или испаряющих поверхностей, и в котором трубы, по меньшей мере,одногозащищены слоем устойчивого против эрозии материала, сформированного на поверхности труб, находящихся около, по меньшей мере, одного отверстия. 11. Котел спо п.10, отличающийся тем,что дополнительно включает, по меньшей мере,один экран для регулирования потока, который расположен ниже, по меньшей мере, одного отверстия в стенке корпуса, в котором верх экрана для регулирования потока находится около или выше основания, по меньшей мере, одного отверстия в стене корпуса. 12. Котел спо п.11, отличающийся тем,что, по меньшей мере, один экран для регулирования потока расположен ниже, по меньшей мере, одного независимо регулируемого второго средства псевдоожижения. 13. Котел спо п.11, отличающийся тем,что, по меньшей мере, один экран для регулирования потока расположен выше, по меньшей мере, одного независимо регулируемого второго средства псевдоожижения. 14. Котел спо п.11, отличающийся тем,что, по меньшей мере, один экран для регулирования потока выполнен из износоустойчивого материала. 15. Котел спо п.11, отличающийся тем,что, по меньшей мере, один экран для регулирования потока выполнен из покрытых огнеупором труб. 16. Котел с СВ по п.10, отличающийся тем,что трубы, по меньшей мере, одногоразмещены так, что они находятся в отдалении от,по меньшей мере, одного отверстия для снижения эрозии труб.