Камера реактора с ожиженным слоем (варианты)

 

Использование: камеры реактора с ожиженным слоем для сжигания топлива, ее варианты. Сущность изобретения: камера реактора с ожиженным слоем содержит в своей донной части решетку для ввода ожижающего газа в реактор и водяные стенки, в которых вертикальные водяные трубы соединены плоскими пластинами. Водяные стенки в своей нижней части имеют огнеупорную облицовку для противодействия эрозии и нагреву. Водяные трубы изогнуты наружу под углом к вертикальной плоскости на промежуточном участке между непокрытым верхним участком водяной стенки и ее нижним участком, имеющим огнеупорную облицовку, чтобы свести к минимуму эрозию, вызываемую частицами, текущими вниз вдоль стенок реактора. 3 с. и 9 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к вариантам выполнения формы периферийных водяных стенок в камерах реактора с ожиженным слоем, а точнее к выполнению этих стенок в промежуточной зоне между верхней зоной без огнеупорной облицовки и нижней, имеющей последнюю.

Реакторы с ожиженным слоем используются при разных видах сгорания, теплопередачи, химических или металлургических процессах. В зависимости от процесса различные материалы слоя ожижаются или циркулируют в системе. В случае процессов сгорания определенные виды топлива, такие как уголь, кокс, лигнит, древесина, древесные отходы, угольные отходы или торф, а также другие материалы в виде отдельных частиц, такие как песок, зола, поглотитель серы, катализаторы или окислы металлов, могут быть составляющими ожиженного слоя.

Реактор с ожиженным слоем, создающим тепло, содержит вертикальную камеру, имеющую по существу вертикально периферийные стенки. Стенки изготавливаются в виде водяных или трубчатых стенок, в которых вертикальные трубы объединены плоским пластинчатым материалом или "ребрами". Стенки в нижней части реактора обычно имеют огнеупорную облицовку для противодействия теплу и эрозии. Сильное взбалтывание абразивных частиц и относительно высокая концентрация твердого материала приводят к наиболее неблагоприятным условиям в отношении эрозии в нижней зоне реактора.

В определенных местах реактора имеются как идущие вниз, так и идущие вверх потоки материала слоя. Полный массовый поток изменяется в радиальном и осевом направлениях камеры реактора. Идущий вниз массовый поток находится чрезвычайно близко к периферийным стенкам. Поскольку плотность частиц увеличивается в камере реактора в нижнем направлении, равномерно увеличивается пленка частиц, падающая вниз вдоль периферийных стенок. Падающая вниз пленка может иметь толщину порядка 10-50 мм и более. Какие-либо изменения направления падающей вниз пленки вызывают эрозию.

Верхний край огнеупорной облицовки конструкции водяных стенок образует плечо в камере реактора и вызывает вихревой поток падающей вниз пленки из слоя материала. Направление пленки, падающей вертикально вниз вдоль "ребер", объединяющих две примыкающие трубы, частично изменяется и идет так, что пленка течет вдоль граничной линии огнеупорной облицовки. Вихревой поток и горизонтальный поток частиц вдоль граничной линии вызывает сильную эрозию труб водяных стенок главным образом вблизи огнеупорной облицовки. Эрозия особенно проблематична в бойлерах, нагреваемых твердым топливом, имеющих весьма эрозионные условия.

Трубы в водяных стенках время от времени должны осматриваться и, если это необходимо, повторно покрываться теряемым со временем материалом или заменяться новыми. Требуется продолжительный период времени, чтобы вырезать поврежденные трубы и установить новые либо обновить теряемую со временем поверхность. Оба процесса требуют затрат труда и времени.

Хотя проблема эрозии труб в реакторах с ожиженным слоем хорошо известна и предлагались различные варианты решения для того, чтобы свести эрозию к минимуму, такие решения нельзя считать полностью успешными. Огнеупорная облицовка, защищающая трубы, высоко расположенные в реакторе, уменьшает эрозию, но в то же время она уменьшает и теплопередачу к трубам.

Предпринимались попытки приварки на трубы определенного слоя или расходуемой со временем поверхности в особенно опасных зонах. Однако сварочные швы недостаточно подходящи для долговременного нахождения в весьма эрозионном окружении. Также предлагалось покрывать трубы износостойким материалом, т.е. спекшимся металлом или керамическими материалами. Это дорогостоящее решение, причем оно уменьшает теплопередачу в трубах.

Также предлагалось уменьшить скорость потока вдоль стенок из труб путем приваривания штифтов или других препятствий, уменьшающих скорость потока частиц на трубах. Однако высокая скорость в реакторе благоприятна для теплопередачи у трубчатых стенок и нет необходимости в ее снижении. Предлагалось также приваривать криволинейные сегменты на трубах в местах особо сильного износа.

Кроме того предлагалось стенки всего реактора выполнять наклонными вверх и внутрь для уменьшения эрозии вдоль стенок. Это специфическая конструкция и ее непросто реализовать.

Поэтому в основу изобретения положена задача создания устройства из трубчатых стенок в реакторе с ожиженным слоем, которое сводит к минимуму эрозию в местах, находящихся вблизи от той части стенок, которая имеет огнеупорную облицовку.

Кроме того, в основу изобретения положена задача сокращения времени, которое требуется для замены труб в бойлерах с ожиженным слоем.

Для этого трубчатая стенка в промежуточной зоне между трубчатой стенкой, не имеющей огнеупорной облицовки, и трубчатой стенкой с огнеупорной облицовкой изгибается вниз и наружу под углом к вертикальной плоскости.

Трубчатая стенка либо изгибается назад к вертикали на расстоянии в нижнем направлении от первого изгиба, либо эта трубчатая стенка может быть изогнута под углом внутрь для образования внутренней наклонной стенки камеры сгорания. В виде наклонных стенок главным образом могут быть выполнены передняя и задняя стенки, а боковые стенки могут быть вертикальными.

На фиг. 1 изображена нижняя часть реактора с ожиженным слоем, поперечное сечение; на фиг. 2 схематический вид части промежуточной зоны между верхней трубчатой стенкой без покрытия и нижней трубчатой стенкой с огнеупорной облицовкой (в увеличенном масштабе); на фиг. 3 сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4-6 поперечные сечения, аналогичные поперечному сечению на фиг. 3, варианты исполнения.

Преимущественный вариант осуществления изобретения.

Реактор с ожиженным слоем имеет камеру 1 сгорания и периферийные трубчатые стенки 2, например мембранные. Материал в виде отдельных частиц, находящийся в камере сгорания, ожижается воздухом, вводимым из воздушной камеры 3 под камерой сгорания. Воздух распределяется в камеру сгорания из воздушной камеры через сопла 4 в решетчатой пластине 5. Если для ожижения материала в виде отдельных частиц, находящегося в камере сгорания, используется не воздух, а иной газ, то воздух или окислительный газ должен быть введен через другие впускные отверстия, которые не показаны. Топливо, добавки и другой материал в виде отдельных частиц, либо вспомогательный газ, если это необходимо, подаются через впускные отверстия (на чертеже не показаны).

В верхней части 6 камеры сгорания водяные стенки не имеют покрытия. В нижней части 7 камеры сгорания водяные стенки облицованы огнеупорным материалом 8. В промежуточной зоне 9 между верхней непокрытой водяной стенкой 10 и нижней водяной стенкой 11 с огнеупорной облицовкой водяные стенки изогнуты наружу. Соотношение между высотой части стенки 11 с огнеупорной облицовкой и высотой всей вертикальной стенки 2 в камере 1 сгорания обычно составляет от 1:3 до 1:10.

Промежуточная зона более подробно показана на фиг. 2 и 3. Водяная стенка 10 в месте, обозначенном позицией 12, изогнута вниз и наружу под углом α, когда она подходит к промежуточной зоне между непокрытой водяной стенкой и стенкой с огнеупорной облицовкой. Угол α между изогнутой стенкой и вертикальной плоскостью может составлять 5-30^о. В большинстве случаев достаточным считается угол порядка 10-20^о.

Огнеупорная облицовка 8 водяной стенки начинается у изгиба. Внутренняя поверхность облицовки образует идущее вниз прямое продолжение внутренней поверхности плоских пластин или ребер 15, объединяющих две смежные трубы 10. Внутренняя поверхность огнеупорной облицовки будет находиться в той же самой вертикальной плоскости, что и вертикальная плоскость плоских пластин или ребер. Конструкция позволяет избежать плеч, обычно образуемых огнеупорной облицовкой в прямой вертикальной стенке, и позволяет падающей пленке проходить трубы без завихрения потока частиц. Идущий вниз вдоль ребер 15 поток частиц затем может продолжать движение вниз вдоль огнеупорной облицовки и не подвергается изменению направления. Кроме того, частицы, текущие вниз вдоль труб 10, могут беспрепятственно продолжать течение. Изгиб водяной стенки весьма эффективно защищает трубы стенки.

Самый верхний относительно тонкий слой огнеупорной облицовки может быть защищен покрытием или экранизирующей пластиной 17, приваренными в виде вертикального продолжения к пластине 15 (см. фиг. 4), чтобы защитить огнеупорную облицовку в ее самой верхней части.

Если необходимо, на наружной поверхности водяной стенки может быть приварена стойка для укрепления водяной стенки в месте изгиба.

Водяная стенка в промежуточной зоне 9 изогнута назад к вертикали в точке 16. Водяная стенка может быть равномерно изогнута далее внутрь, если площадь поперечного сечения нижней части камеры сгорания должна уменьшаться в нижнем направлении (см. фиг. 1 и 5). Если водяная стенка дополнительно изогнута вниз, то внутренняя поверхность огнеупорной облицовки образует наклонную вниз и внутрь поверхность огнеупора, начинающуюся у вертикальной плоскости снаружи от вертикальной плоскости ребер.

Водяные стенки могут быть вторично изогнуты внутрь под углом 5-30^о от вертикали. Расстояние между первым и вторым изгибами составляет 200-400 мм.

Промежуточная часть 9 водяных стенок легко может быть выполнена в виде модульной системы с разными изгибами и легко может быть подсоединена к прямым частям стенки.

По другому варианту огнеупорная облицовка может быть выполнена с кромкой или плечевой частью (см. фиг. 5, где облицовка начинается под первым слоем в водяной стенке). Плечо может образовывать острый угол с вертикальной плоскостью. Угол предпочтительно выбран так, что частицы не будут нагромождаться на плече, например может быть выбран угол 45^о. В этом варианте верхняя поверхность огнеупорной облицовки может быть заслонена, например, стальной пластиной для защиты этой огнеупорной облицовки от разрушения.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения огнеупорная облицовка может быть выполнена с наклонной плечевой частью (см. фиг. 6, где облицовка также начинается под левым изгибом в водяной стенке). Состоящая из частиц пленка, падающая вниз вдоль водяной стенки, будет скользить вниз после соударения с огнеупорной облицовкой.

В вариантах осуществления, показанных на фиг. 5 и 6, текущие вниз частицы все еще будут продолжать течение без сильной турбулентности, вызывающей эрозию у граничной линии огнеупора. В этих вариантах толщина огнеупора может выбираться независимо от изгибов в стенках. Огнеупорный слой предпочтительно начинается под уровнем, у которого внутренняя поверхность труб после изгиба достигает вертикальной плоскости пластин 15. На этом уровне частицы, текущие вниз от пластин 15, не вызывают разрушительную турбулентность у граничной линии между трубами и огнеупорной облицовкой.

Поверхность труб у изгиба может быть дополнительно защищаема теряемым со временем материалом, который в этом случае не подвергается весьма легкому износу, поскольку турбулентный поток частиц вблизи от поверхности труб уменьшается.

Разветвленные водяные трубы 18 (см. фиг. 6) могут быть установлены на промежуточном участке в углах камеры реактора для уплотнения водяной стенки у изгиба в углах. В углах расстояния между трубами будут увеличиваться, когда трубы изогнуты. Дополнительные трубы, например разветвленные, могут быть использованы для уплотнения промежутков между ними.

Формула изобретения

1. Камера реактора с ожиженным слоем, содержащая в нижней части решетку и обрамленная водяными стенками с вертикальным верхним, промежуточным и нижним участкам, на первом из которых трубы соединены ребрами или пластинами, а на последних двух снабжены огнеупорной облицовкой, отличающаяся тем, что трубы промежуточного участка по крайней мере одной водяной стенки выполнены с изгибом наружу от плоскости, образованной ребрами или пластинами верхней секции, относительно вертикали, а внутренняя поверхность огнеупорной облицовки промежуточного участка водяной стенки расположена в плоскости, совпадающей с плоскостью расположения ребер или плоских пластин верхнего участка водяной стенки.

2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит отражательную пластину, расположенную в плоскости, совпадающей с плоскостью расположения ребер или пластин верхнего участка водяной стенки, и обрамляющую верхний участок облицовки.

3. Камера реактора с ожиженным слоем, содержащая в нижней части решетку и обрамленная водяными стенками с вертикальным верхним, промежуточным и нижним участками, на первом из которых трубы соединены ребрами или пластинами, а на двух последних снабжена огнеупорной облицовкой, отличающаяся тем, что трубы промежуточного участка внутри по крайней мере одной водяной стенки выполнены с изгибом наружу от верхнего участка относительно вертикали, а внутренняя поверхность огнеупорной облицовки промежуточного участка водяной стенки образует поверхность, которая наклонена к центру камеры, при этом верхний край этой наклонной поверхности проходит горизонтально к вертикальной поверхности снаружи от вертикальной поверхности ребер или плоских пластин.

4. Камера реактора с ожиженным слоем, содержащая в нижней части решетку и обрамленная водяными стенками с вертикальным верхним, промежуточным и нижним участками, на первом из которых трубы соединены ребрами или пластинами, а на двух последних снабжены огнеупорной облицовкой, отличающаяся тем, что трубы промежуточного участка по крайней мере одной водяной стенки выполнены с изгибом относительно вертикали, а верхний край огнеупорной облицовки промежуточного участка расположен ниже изгиба водяной стенки с образованием с последней кромки.

5. Камера по п.1, 3 или 4, отличающаяся тем, что трубы водяной стенки отогнуты наружу под углом 5 30^oС.

6. Камера по п.1, 3 или 4, отличающаяся тем, что отогнутые наружу трубы промежуточного участка дополнительно отогнуты внутрь к вертикали.

7. Камера по п.1, 3 или 4, отличающаяся тем, что трубы, отогнутые наружу промежуточного участка, дополнительно отогнуты внутрь под углом к вертикали.

8. Камера по п.7, отличающаяся тем, что трубы на промежуточном участке передней и/или задней стенок отогнуты сначала наружу, а затем внутрь под углом к вертикали.

9. Камера по п.6 или 7, отличающаяся тем, что трубы отогнуты внутрь под углом 5 30^o к вертикали.

10. Камера по п.6 или 7, отличающаяся тем, что наружный и внутренний изгибы расположены на расстоянии 200 400 мм друг от друга.

11. Камера по п.1, 3 или 4, отличающаяся тем, что отношение высот нижнего, имеющего облицовку, и верхнего участков водяной стенки составляет 1 3 1 10.

12. Камера по п.1, 3 или 4, отличающаяся тем, что трубы на промежуточном участке в зоне углов камеры выполнены разветвленными для образования уплотнения стенки у ее изгиба.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6