Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ СЛОЯ В РЕАКТОРЕ С ЦИРКУЛИРУЮЩИМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ СЛОЯ В РЕАКТОРЕ С ЦИРКУЛИРУЮЩИМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ СЛОЯ В РЕАКТОРЕ С ЦИРКУЛИРУЮЩИМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Температуру слоя в реакторе с циркулирующим псевдоожиженным слоем регулируют путем изменения скорости рециркуляции частиц, собранных вспомогательным сепаратором частиц 22 обратно в реактор 6. Средство накопления частиц 40 имеет необходимые размеры для помещения в него достаточного запаса накопленных частиц, собранных вспомогательным сепаратором частиц 22, требуемого для регулирования запаса/температуры слоя, вследствие вариаций топливо/сорбента и изменений нагрузки. Средство накопления 40 может быть либо непосредственно под вспомогательным сепаратором частиц 22, либо расположено на некотором расстоянии от него. Частицы, собранные вспомогательным сепаратором частиц 22, являются более предпочтительными, чем частицы, собранные основным сепаратором частиц 20, вследствие их меньшего размера и более низкой температуры. Система регулирования 80 температуры слоя регулирует скорость рециркуляции этих частиц обратно в реактор 6. На средстве накопления 40 предусмотрены датчики уровня 44. Система регулирования 81 уровня накопления взаимодействует с системой регулирования 80 температуры слоя и регулирует материальный запас частиц в средстве накопления 40 через систему продувки 46. Изобретение позволяет регулировать температуру слоя путем изменения скорости рециркуляции частиц, собранных вспомогательным или вторичным сепаратором, и обеспечивает перенос запаса частиц между вспомогательным сепаратором и реактором. 2 с. и 20 з.п. ф-лы, 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2119120
Класс(ы) патента: F23C11/02, B01J8/32
Номер заявки: 96118465/06
Дата подачи заявки: 26.01.1995
Дата публикации: 20.09.1998
Заявитель(и): Дзе Бабкок энд Вилкокс Компани (US)
Автор(ы): Феликс Белин (US); Киплин К.Александер (US); Дэвид Е.Джеймс (US)
Патентообладатель(и): Дзе Бабкок энд Вилкокс Компани (US)
Описание изобретения: Изобретение относится, в основном, к реакторам с циркулирующим псевдоожиженным слоем (CFB) или камерам сгорания и, в частности, к способу и устройству для регулирования температуры слоя CFB реактора или камеры сгорания. Настоящее изобретение обеспечивает достижение этого результата путем регулирования скорости рециркуляции частиц, собранных вспомогательным сепаратором частиц и передаваемых из накопительного средства в CFB реактор.
CFB реакторы или камеры сгорания, используемые в производстве пара для промышленных технологических нужд и/или генерирования электроэнергии, хорошо известны специалистам. На фиг. 1, 2 и 3 изображены различные известные конструкции CFB. Изображенный реактор CFB или камера сгорания обычно обозначены позицией 1. Топливо 2 и сорбент 4 подаются в нижнюю часть кожуха реактора или печи 6, внутри кожуха которых обычно имеются стенки 8, которые обычно выполнены из охлаждаемых жидкостью труб. Воздух 10 для сжигания и псевдоожижения подается к воздушной камере или поддувалу и вводится в печь 6 через отверстия в распределительной плите 14. Поток газа, содержащий захваченные частицы или твердые частицы 16 (реакционные и нереакционные частицы), течет вверх через печь 6, отдавая тепло стенкам кожуха 8. В большинстве конструкций в печь 6 подают дополнительный воздух через подающие воздух для пережога каналы 18. Также предусмотрено устройство для выпуска слоя продувкой 19.
И реакционные, и нереакционные твердые частицы увлекаются потоком газа в печи 6, и поднимающийся вверх газовый поток несет эти частицы к выходу в верхней части печи 6. Здесь часть твердых частиц собирается основным сепаратором частиц 20 и возвращается в нижнюю часть печи 6 с регулируемым или нерегулируемым расходом. Эффективность сбора основного сепаратора частиц 20 обычно недостаточна для сохранения частиц в печи 6, требуемых для эффективной экономичной работы и/или для необходимого уменьшения содержания твердых частиц в газах, выпускаемых в атмосферу. По этой причине ниже по потоку от основного сепаратора частиц установлены дополнительные сепараторы частиц.
Согласно фиг. 1 в устройство известного CFB реактора введен вспомогательный сепаратор частиц 22 и сопутствующее ему средство рециркуляции твердых частиц 22 для сбора и рециркулирования частиц, прошедших основной сепаратор частиц 20, когда это необходимо для экономичной работы CFB. Газы и твердые частицы отдают тепло конвективным поверхностям нагрева 26, расположенным между основным и вспомогательным сепараторами частиц 20 и 22 соответственно. Ниже по потоку (относительно течения потока газа и увеличенных частиц 16) от вспомогательного или второго сепаратора частиц 22 предусмотрен конечный или третий сепаратор частиц 28 для окончательной очистки газа с тем, чтобы удовлетворить требования по выделению частиц. Для продувки твердых частиц, собранных из газового потока посредством вспомогательного или второго сепаратора частиц 22, может использоваться система продувки 30.
В другой системе размещения, показанной на фиг. 2, вспомогательный сепаратор 22 является конечным сепаратором частиц. В этом случае для улучшения удержания частиц, когда необходима экономичная работа CFB печи 6, твердые частицы, собранные вспомогательным сепаратором частиц 22, могут быть частично рециркулированы через рециркуляционную транспортную линию или трубопровод 24 в нижнюю часть CFB реактора 6. Система продувки 30 продувает частицы, собранные вспомогательным сепаратором частиц 22 из газового потока.
Когда для экономичной эксплуатации установки требуется рециркулирование твердых частиц из вспомогательного или второго сепаратора частиц 22, скорость рециркуляции соответствует материальному балансу CFB системы с заданным входным потоком твердых частиц и является функцией физических характеристик твердых частиц и эффективностей основного и вспомогательного сепараторов частиц 20 и 22 соответственно, и ограничениями, оказывающими большое влияние на скорость рециркуляции, являются следующие: а) пропускная способность средств рециркуляции твердых частиц; б) максимально допустимая нагрузка твердых частиц на конвективные поверхности нагрева 26 ниже по потоку основного сепаратора частиц 20; в) расход или скорость потока, которая обеспечивает оптимальные рабочие характеристики CFB реактора (эффективности сгорания, использования сорбента, эрозии конвективной поверхности, стоимости эксплуатации и/или технического ухода системы рециркуляции твердых частиц) и г) нижний предел температуры слоя CFB печи 6.
Когда скорость рециркуляции твердых частиц из второго или вспомогательного сепаратора частиц 22 ограничена по сравнению со скоростью рециркуляции, которая должна быть достигнута иным путем как определяемая материальным балансом вследствие одного из вышеупомянутых ограничений, излишек твердых частиц удаляется из вспомогательного сепаратора частиц 22 для утилизации через систему продувки 30, показанную на фиг. 1 и 2, для обеспечения ограничения скорости рециркуляции.
В известных системах минимальный производственный запас твердых частиц поддерживается в бункере 32 вспомогательного сепаратора твердых частиц путем регулирования скорости продувки через систему продувки 30. В этих системах увеличение расхода твердых частиц, рециркулируемых из вспомогательного сепаратора частиц 22 для увеличения производственного запаса твердых частиц в CFB реакторе 1, можно осуществить только медленно. Увеличение скорости рециркулируемого потока определяется изменением скорости продувки вспомогательного коллектора частиц, которая снижается до нуля, когда рециркуляционный поток начинает возрастать. В системе фиг. 1 эта скорость продувки обычно составляет не более 10% рециркулируемого потока, и увеличение скорости рециркуляционного потока недостаточно для чувствительного регулирования производственного запаса реактора.
На фиг. 3 изображен известный CFB реактор или котельный агрегат типа описанного в патенте США N 4538549 Стремберга. В этой системе температура слоя в печи CFB реактора 6 регулируется путем изменения материально-производственного запаса циркулирующих твердых частиц, собранных новым сепаратором частиц 20 и накапливаемых в основном накопительном бункере 34, расположенном сразу под основным сепаратором частиц 20. Масса твердых частиц в основном накопительном бункере частиц 34 изменяется в зависимости от регулируемого потребления CFB реактора. Когда для снижения температуры слоя требуется больший производственный запас частиц в печи 6, скорость циркуляции твердых частиц через стояк и немеханический - клапан 36, соединяющий основной накопительный бункер частиц 34 с нижней частью кожуха печи реактора 6, возрастает. Часть накопительного материала слоя таким образом переносится в печь и становится частью запаса печи 6. Когда материально-производственный запас CFB реактора должен быть уменьшен, производят противоположные действия, следствием которых является накопление частиц в основном накопительном бункере частиц 34.
В CFB системе, изображенной на фиг. 3, скорость потока твердых частиц, рециркулируемая из вспомогательного сепаратора частиц 22, является "нерегулируемой, но саморегулируемой" (см. столбец 7, строки 16 - 19 патента США N 4538549), как определяется материальным балансом. Однако опыт эксплуатации реакторов и котлов системы CFB и способ регулирования патента США N 4538549 показал следующие недостатки:
а) транспортирование твердых частиц, накопленных в основном накопительном бункере частиц 34, в режиме уплотненного слоя вызывает проблемы текучести вследствие склонности частиц в уплотненном слое к агломерированию при температурах около 1600oF (871,11oC), типичных для сжигания в псевдоожиженном слое; и
б) средства хранения, переноса и регулирования горячих частиц, необходимые для осуществления этого способа регулирования, являются довольно дорогостоящими и способствуют усложнению конструкции CFB.
Был предложен усовершенствованный реактор (заявка на патент США N 08/037986, поданная 25 марта 1993 г. на имя The Babcock & Wilcox Company), в котором твердые частицы собираются полностью внутренним основным сепаратором частиц, который также возвращает частицы, собранные им внутри полости , непосредственно в нижнюю часть CFB реактора. В этом усовершенствованном реакторе таким образом исключена необходимость в любых внешних рециркулируемых средствах, таких как стояки и клапаны, что значительно упрощает устройство CFB реактора и снижает его стоимость. Недостатком этой концепции в сравнении с патентом США N 4538549 является то, что она не обеспечивает регулирования температуры слоя путем регулирования запаса циркулирующего материала в CFB реакторе посредством регулирования скорости рециркуляции частиц из основного сепаратора.
В связи с этим становится очевидным существование необходимости в способе и устройстве для регулирования температуры слоя в CFB реакторе или камере сгорания, которые не полагаются на регулируемую рециркуляцию частиц, собранных основным сепаратором частиц.
Изобретение осуществляет эти задачи, а также и другие, путем регулирования запаса циркулирующего материала в CFB реакторе уникальным способом. Вместо регулирования скорости рециркуляции твердых частиц из основного сепаратора частиц обратно в CFB реактор настоящее изобретение регулирует скорость рециркуляции частиц, собранных вспомогательным или вторым сепаратором частиц, перенос запаса твердых частиц между накопительным средством для твердых частиц, собранных вспомогательным сепаратором частиц, и CFB реактором.
Скорость рециркуляции твердых частиц регулируют посредством системы регулирования температуры слоя, которая изменяет запас печи для поддержания температуры печи на заданном уровне. Заданное значение температуры печи определяется как функция нагрузки CFB реактора. Запас частиц в печи регулируется в зависимости от разности между реальной и заданной температурой слоя. Изменения в запасе частиц в печи осуществляют путем переноса твердых частиц между печью и накопительным средством вспомогательного сепаратора частиц.
Следовательно, одним из аспектов настоящего изобретения является реактор с псевдоожиженным циркулирующим слоем, имеющий камеру для помещения в него и передачи циркулирующего псевдоожиженного слоя материала, при этом камера имеет верхнюю и нижнюю часть. Для сбора частиц, увеличенных газом, текущим через и из камеры реактора, предусмотрен основной сепаратор частиц. Также предусмотрено средство для возврата частиц, собранных основным сепаратором частиц, обратно в нижнюю часть камеры реактора. Также предусмотрен второй или вспомогательный сепаратор для дополнительного сбора частиц, увеличенных и еще оставшихся в газовом потоке, текущем из камеры реактора, после пропускания газа через основной сепаратор частиц. Накопительное средство частиц имеет накопительный объем, определяемый диапазоном изменений материально-производственного запаса циркулирующих твердых частиц в камере реактора, необходимым для регулирования температуры слоя, с учетом ожидаемого изменения свойств топлива и сорбента и изменений нагрузки реактора. Также предусмотрена рециркуляционная система для регулируемой рециркуляции частиц, собранных вспомогательным сепаратором частиц и накопленных в камере реактора. Система регулирования температуры слоя предусмотрена для регулирования скорости рециркуляции твердых частиц из накопительного средства в камеру реактора для изменения запаса циркулирующих частиц в реакторе с циркулирующим псевдоожиженным слоем, когда необходимо регулировать температуру циркулирующего псевдоожиженного слоя в камере реактора. И наконец, предусмотрена системы регулирования уровня твердых частиц, взаимодействующая с системой регулирования температуры слоя, для регулирования материально-производственного запаса твердых частиц в накопительном средстве частиц, когда необходимо регулировать температуру слоя.
Другим аспектом настоящего изобретения также является реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем; в этом варианте, однако, накопительное средство для частиц находится на некотором расстоянии от вспомогательного сепаратора частиц.
Еще один аспект изобретения касается способа регулирования температуры слоя в циркулирующем псевдоожиженном слое твердых частиц материала, находящегося внутри и переносимого через камеру реактора с циркулирующим псевдоожиженным слоем, причем реактор включает основной и вспомогательный сепараторы частиц. Этапы этого способа включают сбор частиц, увлеченных газовым потоком, текущим через и из камеры реактора в основной сепаратор частиц, и нерегулируемый возврат частиц в нижнюю часть камеры реактора. Вспомогательный сепаратор частиц используют для дополнительного сбора частиц, увлеченных и еще оставшихся в газовом потоке, текущем из камеры реактора, после пропускания газа через основной сепаратор частиц. Эти дополнительно собранные вспомогательным сепаратором частицы накапливаются в накопительном средстве для частиц и регулируемым способом рециркулируются из бункера, соединенного с накопительным средством для частиц, обратно в нижнюю часть камеры реактора для изменения запаса циркулирующих частиц в реакторе с циркулирующим псевдоожиженным слоем при необходимости регулирования температуры циркулирующего псевдоожиженного слоя в камере реактора.
Различные новые признаки, которые характеризуют настоящее изобретение, подробно указаны в приложенной формуле изобретения, образующей часть настоящего описания. Для лучшего понимания изобретения, его эксплуатационных преимуществ и специфических преимуществ, получаемых при его использовании, приложены чертежи и описание предпочтительных вариантов изобретения, иллюстрирующих настоящее изобретение.
На чертежах фиг. 1 является изображением известной системы с циркулирующим псевдоожиженным слоем (CFB), имеющей внешние основной, вспомогательный и третий сепаратора частиц и рециркуляционный контур частиц, собранных основным, вспомогательным и третьим сепараторами частиц, обратно в CFB;
фиг. 2 является изображением известной CFB системы, имеющей внешние основной, вспомогательный и третий сепараторы частиц и рециркуляционный контур частиц, собранных первым или основным, вспомогательным и третьим сепараторами частиц, обратно в CFB;
фиг. 3 является изображением известной системы CFB, имеющей внешние основной, вспомогательный и третий сепараторы частиц и регулируемую рециркуляцию собранных частиц из основного накопительного средства частиц в CFB для регулирования температуры слоя в CFB реакторе, и рециркуляцию частиц, обратно в CFB;
фиг. 4 является изображением первого варианта настоящего изобретения, в котором предусмотрены средства для рециркуляции частиц, собранных вспомогательным сепаратором частиц и накопленных в накопительном средстве, расположенном непосредственно под вспомогательным сепаратором, обратно в CFB реактор с контролируемой скоростью для изменения запаса циркулирующих частиц в CFB реакторе при необходимости регулирования температуры слоя CFB реактора;
фиг. 4a, 4b и 4c являются изображениями нескольких вариантов средства рециркуляции частиц на фиг. 4; и фиг. 5 является схематическим изображением второго варианта настоящего изобретения, в котором накопительное средство частиц расположено на некотором расстоянии от вспомогательного сепаратора частиц.
Описание предпочтительных вариантов.
В последующем обсуждении в каждом из чертежей, образующих часть описания, те же самые элементы или подобные элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. На фиг. 4 изображен первый вариант настоящего изобретения. Понятно, что хотя в целях ясности основной сепаратор частиц 20 показан отдельно от реактора 6 на фигурах 4 и 5, на обеих фигурах 4 и 5 варианты включают усовершенствованный CFB реактор из заявки на патент США серия N 08/037986 от 25 марта 1993 г. на имя The Babcock & Wilcok Comnany, в котором твердые частицы собираются полностью внутренним сепаратором частиц, который также возвращает частицы, собранные сепаратором, внутри и непосредственно в нижнюю часть CFB реактора, и текст этого описания включен в настоящее описание для сведения. Частицы 16 собираются из газового потока вспомогательным сепаратором 22, рециркулируются обратно в CFB реактор 6 с регулируемой скоростью для изменения запаса твердых частиц в CFB реакторе 6 и таким образом регулируют температуру слоя CFB реактора. Система регулирования температуры слоя печи 80 регулируют скорость рециркуляции частиц обратно в CFB реактор 6. Установка различных чувствительных и/или преобразующих элементов для нагрузки котла X, перепада давлений печи ΔP, температуры T и скоростей рециркуляции частиц обеспечивает получение сигналов, характеризующих рабочие усилия CFB реактора, системой регулирования температуры слоя 80 с тем, чтобы она могла определять и подстраивать необходимую скорость рециркуляции частиц обратно в реактор 6. Вспомогательное накопительное средство частиц 40 обеспечивает накопление частиц 16, система регулирования уровня накопления твердых частиц 81 регулирует запас или уровень частиц 16 в накопительном средстве 40. Накопительное средство 40 может содержать бак или аналогичный сосуд и обычно расположено непосредственно сразу же под вспомогательным сепаратором частиц 22. В нижней части накопительного средства 40 предусмотрен бункер 42. Накопительное средство 40 имеет объем, определяемый диапазоном изменения запаса циркулирующих частиц в камере реактора 6, необходимым для регулирования температуры слоя с учетом ожидаемой изменяемости свойств топлива и сорбента и изменения нагрузки. Накопительное средство 40 оборудовано датчиком уровня, обычно обозначенным позицией 44, для считывания уровня твердых частиц в нем. Система регулирования уровня накопления 81 регулирует уровень на основе сравнения считываемого уровня твердых частиц с заданным плановым уровнем.
В первом варианте считывающее средство 44 может содержать одно или более считывающих уровень твердых частиц устройств, расположенных на накопительном средстве 40, таких как емкостные щупы или пробники, для считывания уровня твердых частиц в одной или более отдельных заданных позициях. Простейшее приближение включает две позиции на накопительном средстве 40, соответствующее "верхнему" или максимальному необходимому уровню твердых частиц в нем. При необходимости могут быть использованы несколько щупов, каждый из которых расположен на необходимом выбранном уровне твердых частиц в накопительном средстве 40. Например, как показано на чертежах, могут быть выбраны три уровня, первый из которых соответствует "среднему" уровню твердых частиц M, второй соответствует "нижнему" уровню твердых частиц L и третий соответствует "верхнему" уровню твердых частиц H. Затем могут быть разработаны специальные регулирующие действия, основанные на сравнивании считанного уровня и этих трех заданных уровней.
Во втором варианте считывающее средство 44 может содержать средство для обеспечения постоянного (недискретного) считывания уровня твердых частиц в любой позиции внутри накопительного средства 40. В этом варианте обозначения L, M и H, указанные на чертежах, должны точно отражать заданные уровни, которые могут быть заданы в системе регулирования температуры слоя 80 и в системе регулирования уровня твердых частиц 81 проще и быстрее, чем действительные физические позиции датчиков уровня.
Устройство для продувки преимущественно содержит продувочный трубопровод 72, продувочный трубопровод 48 и средство регулирования потока твердых частиц 50 и соединено с бункером 42 для регулирования уровня твердых частиц в накопителе частиц 40. Средство регулирования потока твердых частиц 50 обычно содержит дистанционно управляемый шиберный затвор или подобное устройство типа "включено-выключено", расположенное под системой регулирования уровня накопителя 81. Продувочный трубопровод выгружается в сбросный бак 51, из которого твердые частицы удаляются для утилизации посредством системы эвакуации твердых частиц 511, преимущественно являющейся пневматической системой. Емкость сбросного бака 51 выбирается таким образом, чтобы обеспечить буферный объем с тем, чтобы емкость эвакуирующей системы 511 не равнялась емкости очистного средства 46, что обеспечивает возможность циклической работы системы эвакуации твердых частиц 511.
Рециркуляционная система 52 регулируется системой регулирования температуры слоя 80 для обеспечения необходимой скорости рециркуляции твердых частиц из накопительного средства 40 через бункер 42 обратно в нижнюю часть камеры реактора или печи 6 для изменения запаса циркулирующих твердых частиц в реакторе при необходимости нерегулирования температуры слоя CFB реактора. Система 52, преимущественно, содержит рециркуляционный трубопровод 54 для транспортирования твердых частиц из бункера 42 обратно в нижнюю часть печи 6. Предусмотрены средства для считывания (на фиг. 4) и регулирования скорости течения при расхода твердых частиц через рециркуляционный трубопровод 54 для обеспечения герметизирующего давления между более высоким уровнем давления, существующего в точке введения твердых частиц в печь 6, и более низким уровнем давления, существующим в бункере 42. Эти считывающие и регулирующие средства оперативно соединены с системой регулирования температуры слоя 80.
Настоящее изобретение имеет несколько вариантов рециркуляционной системы 52 для обеспечения регулирования расхода твердых частиц и герметизирующего давления. Примеры ее изображены на фигурах 4a, 4b и 4c. Как видно из фиг. 4a, один из вариантов системы 52 использует механические средства, так же как шаровой затвор 56 для обеспечения и напорного уплотнения, и средства регулирования расхода частиц, подаваемых через него. В этом случае скорость шарового клапана используется для восприятия и определения расхода рециркулируемых твердых частиц. Как видно на фиг. 4b, второй вариант использует немеханические средства, такие как система L-клапана 58. Воздух, подаваемый в L-клапан, обеспечивает регулирование потока рециркулируемых частиц. В этом случае расход воздуха, подаваемого в L-клапан, используется для восприятия расхода рециркулируемых твердых частиц. Наконец, на фиг. 4c показана схема, в которой используются и механические, и немеханические (шаровые клапаны для регулирования расхода и J-клапаны или контур уплотнения для напорного уплотнения). Выпускное средство 46 при системе регулирования уровня накопления 81 выпускает твердые частицы из бункера 42 для поддержания необходимого уровня частиц в накопительном средстве 40. Хотя на фиг. 4a-4c показаны три варианта системы 52, понятно, что могут применяться и другие схемы.
Как будет подробнее рассмотрено ниже, регулирующие действия, предпринятые системой регулирования температуры слоя 80 в системной регулирования уровня накопления 81, координируются в зависимости от сравнения считанного датчиком уровня твердых частиц в накопительном средстве 40 с заданными пределами уровня твердых частиц. Например, когда определенный датчиком уровень находится у или ниже "низшего" уровня, скорость рециркулирования частиц обратно в CFB реактор не может быть увеличена и фактически должна быть снижена до тех пор, пока уровень твердых частиц в накопительном средстве 40 не поднимется выше "низшего" уровня.
Второй вариант настоящего изобретения изображен на фиг. 5. В этом устройстве накопитель частиц 60 предусмотрен для накопления частиц 16, извлеченных из газового потока вспомогательным сепаратором частиц 22, но накопитель частиц 60 расположен в отделении от вспомогательного сепаратора частиц 22. Накопитель 60 может содержать бак или аналогичный сосуд, имеющий бункер 62 в его нижней части и объем накопителя 60 выбирается, исходя из тех же критериев, что и вышеописанные критерии для накопителя 40. Датчики уровня, обозначенные позицией 64, должны обеспечивать индикацию уровня твердых частиц внутри накопителя 60 и могут иметь вид различных вариантов для накопителя 40.
На фиг. 5 бункер 42 соединен непосредственно с вспомогательным сепаратором у его нижней части. Рециркуляционная система 52 рециркулирует с возможностью регулирования частиц, собранных вспомогательным сепаратором частиц 22 из бункера 42 обратно в нижнюю часть печи 6. Расход через рециркуляционный трубопровод 54 передается в систему регулирования температуры слоя через датчик скорости шарового клапана S. И снова различные чувствительные и/или преобразовательные элементы для нагрузки котла X, перепада давлений печи ΔP, , температуры T и скорости (об/мин) обеспечивают передачу информации о рабочих параметрах СFВ реактора в систему регулирования температуры слоя 80. Система 52 сначала удерживается, поскольку это нежелательно с точки зрения стоимости и энергии, от циркуляции всех твердых частиц, собранных и рециркулируемых вспомогательным сепаратором частиц 22, через транспортную систему частиц 66 (рассмотрено ниже) в накопитель 60.
В варианте фиг. 5 датчик уровня твердых частиц 441 предусмотрен на бункере 42 для индикации "верхнего" и "нижнего" уровней частиц в нем. Выпускное средство 46, опять при системе регулирования уровня накопления 81 взаимодействующей с системой регулирования температуры слоя 80, выпускает твердые частицы из бункера 42 для поддержания необходимого уровня твердых частиц в бункере 42. Емкость или объем бункера 42 между этими "верхним" и "нижним" пределами определяется минимальным значением, необходимым для функционирования системы выпуска твердых частиц 46 без чрезмерно частного проведения цикла. Этот размерный критерий аналогичен критерию, используемому для бункеров 32 известных устройств.
Транспортная система частиц 66, преимущественно пневматический транспорт, содержит транспортный трубопровод 68 и средства регулирования потока твердых частиц, как, например, шаровой клапан 70. Как видно из фиг. 5, транспортная система частиц 66 получает собранные частицы из бункера 42 и транспортирует их в накопитель 60. Транспортный трубопровод 68 может быть соединен с выпускным трубопроводом 72 в точке между бункером 42 и затвором 50, как видно из фиг. 5, или может быть соединен непосредственно с бункером 42.
Инжекционная система 74 соединяет бункер 62 с печью 6 посредством инжекционного трубопровода 76. В этом варианте инжекционная система находится под контролем системы регулирования температуры слоя 80 и перенос запаса твердых частиц в печь 6 (из накопителя 60) зависит от этой инжекционной системы для получения необходимого запаса частиц в печи и, следовательно, температуры слоя. Средства регулирования потока частиц, как, например, L-клапан или шаровой клапан, предусмотрены на инжекционном трубопроводе 76. И снова средства регулирования потока частиц могут быть механическими, немеханическими или их комбинацией.
Размещенный на расстоянии накопитель частиц 60 фиг. 5 может, преимущественно, использоваться, когда устройство СFВ реактора не имеет достаточного помещения для установки накопителя 40 необходимого объема под вспомогательным сепаратором частиц 22. Размещение на расстоянии также дает возможность обеспечить разность высот между дном накопителя 60 и дном печи 6. Такая разность или перепад высот необходимы для транспортировки твердых частиц самотеком под действием силы тяжести, а также посредством использования L-клапана, J-клапана, воздушной задвижки, гравитационного желоба и т.д., которые необходимы для большей надежности и упрощения.
Примеры работы изобретения.
Известная система регулирования температуры слоя CFB реактора изменяет запас частиц для регулирования теплопоглощения печи таким образом, чтобы измеренная температура слоя должна была соответствовать заданной температуре слоя, которая определяется в зависимости от нагрузки реактора (или парового котла). Запас реактора измеряется как падение давления или перепад давлений между определенными высотами внутри камеры реактора 6, как это известно специалистам.
Настоящее изобретение основано на такой известной стратегии регулирования путем создания системы регулирования температуры слоя печи 80, которая модифицирует скорость введения твердых частиц в камеру реактора 6 из вспомогательного накопителя частиц 40 или 60 для обеспечения необходимого запаса реактора и, следовательно, необходимой температуры слоя. Система регулирования уровня накопления 81 выбирает и поддерживает посредством выпуска твердых частиц или переноса частиц необходимый заданный запас накопителей 40 или 60 как функцию нагрузки реактора и запаса печи, ограниченного заданным "верхним" и "нижним" уровнем, или альтернативно устанавливает заданный запас для накопителей 40 или 60 на "верхнем" пределе.
Способ настоящего изобретения более эффективен при использовании в CFB системах со сравнительно малоэффективным множеством основных сепараторов частиц 20, например, сепараторами частиц динамическим воздействием, и где за вспомогательными сепараторами частиц следуют конечные или третьи коллекторные устройства твердых частиц (например, мешочные фильтры или электростатические осадители). Вспомогательные сепараторы частиц 22 в этом случае являются обычными механическим сепараторами (например, мультициклон или цилонный коллектор пыли), которые не очень эффективны при сборе мельчайших частиц. Однако с точки зрения регулирования запаса это является преимуществом, поскольку это помогает избежать нежелательного разбавления рециркулируемого материала, частицы которого не удерживаются в реакторе.
В процессе работы в установившемся режиме с нерегулируемым возвратом твердых частиц из основного сепаратора частиц 20 общий или суммарный запас в CFB печи 6 и его распределение между плотной (нижний слой) и/или разбавленной (верхний слой) частями печи 6 определяется свойствами топлива 2 и сорбента 4 и входными потоками, эффективностями сбора основного сепаратора частиц 20 и вспомогательного сепаратора частиц 22, скоростью газа в CFB реакторе, разделением воздушной струи между воздухом 10, подаваемым через воздушную камеру, и пережигаемым воздухом 18, и расходом твердых частиц, выходящих через выпускной канал слоя, и скоростью рециркуляции твердых частиц из вспомогательного сепаратора частиц 22. В условиях установившегося режима скорость рециркуляции, определяемая требованиями производительности реактора, и скорость выпуска твердых частиц, собранных вспомогательным сепаратором частиц 22, поддерживает баланс твердых частиц в системе.
Система регулирования температуры слоя 80 вырабатывает требования увеличения запаса печи, когда измеренная температура печи становится выше заданного значения, или уменьшения запаса печи, когда измеренная температура печи становится ниже заданного значения. Заданная температура печи обычно является функцией нагрузки CFB реактора или котла (или парового потока котла) при условии подстройки (смещения) человеком-оператором. Для более динамической регулирующей реакции разбавленный слой запаса также измеряется как перепад давлений между двумя точками в верхней части реактора или печи 6 и сравнивается с плановым заранее установленным запасом печи, который является функцией нагрузки CFB реактора. Система регулирования температуры слоя 80 сравнивает измеренные температуру печи и перепады давлений с их соответствующими плановыми уровнями и вырабатывает сигнал требования, используя известные сигнальные технологические средства, соответствующий необходимому потоку частиц, рециркулируемому из накопителей 40 или 60 в печь. Этот сигнал требования сравнивается с реальной скоростью рециркулирования твердых частиц (измеренной как число оборотов в минуту шарового клапана или регулируемый поток L-клапана) и изменяет скорость рециркуляции для удовлетворения требования.
Для системы, показанной на фиг. 4, система регулирования температуры слоя 80 взаимодействует с индивидуальным средством регулирования потока 56 и/или 58 (см. фигуры 4a-4c), предусмотренными в рециркуляционной системе 52.
Для системы, показанной на фиг. 5, система регулирования температуры слоя 80 взаимодействует с индивидуальными средствами регулирования потока, предусмотренными и в инжекторной системе 74, и в рециркуляционной системе 52. Когда сигнал требования от системы регулирования температуры слоя печи 80 требует увеличения запаса печи, контрольный сигнал посылается в инжекторную систему 74 и рециркуляционную систему 52. Регулировка с обратной связью скорости рециркуляции в системе 52 обеспечивается путем взаимодействия системы регулирования уровня накопления твердых частиц 81 и системы регулирования температуры слоя 80. Когда есть сигнал увеличения запаса печи, такая регулировка будет увеличивать рециркулируемый поток через рециркуляционную систему 52, когда уровень бункера 42 является "высоким", или уменьшать рециркулируемый поток, когда уровень бункера 42 является "низким". Аналогично, когда есть сигнал об уменьшении запаса печи, в инжекторную систему 74 посылается сигнал остановки инжектирования твердых частиц и рециркуляционную систему 52 - сигнал об уменьшении рециркулируемого потока с соответствующей регулировкой с обратной связью, базирующейся на положении уровня в бункере 42.
Пределами, оказывающими воздействие на регулирующее действие для настройки и регулировки скорости рециркуляции, являются следующее: в вариантах фиг. 4 и 5 скорость рециркуляции через рециркуляционную систему 52 не может быть увеличена выше заранее установленного максимального предела потока, скорость рециркуляции через рециркуляционную систему 52 не может быть увеличена, когда уровень в накопителе 40 (фиг. 4) или бункере 42 (фиг. 5) находится у или ниже "нижнего" предела, поскольку не должно быть никакого значительного количества частиц для рециркулирования в то время, пока поддерживается напорное уплотнение, скорость рециркуляции через рециркуляционную систему 52 не может быть увеличена, когда разность общего запаса печи находится у или выше заданного максимального предела. (Это является первоначальной начальной системой ограничений, оказывающих воздействие на мощность вентилятора, подающего воздух в CFB реактор.)
Система регулирования уровня накопления твердых частиц 81 регулирует уровень твердых частиц в накопителе 40 (фиг. 4) и в накопителе 60 и бункере 42 (фиг. 5).
В варианте фиг. 4 система регулирования уровня накопления твердых частиц 81:
(а) открывает продувочный клапан 50, когда уровень твердых частиц в накопителе 40 находится у или выше заданного уровня (который может подниматься до и включать "верхний" уровень) и из системы регулирования температуры слоя 80 не поступает сигнал требования увеличить скорость рециркуляции твердых частиц через рециркуляционную систему 52; и
(б) удерживает клапан 50 закрытым, когда уровень твердых частиц в накопителе 40 ниже заданного уровня.
В варианте фиг. 5 система регулирования уровня накопления твердых частиц 81:
(а) открывает продувочный клапан 50, когда уровень твердых частиц в накопителе 60 находится у или выше заданного уровня (который может подниматься до и включать "верхний" уровень), и из системы регулирования температуры слоя 80 не поступает сигнал требования инжектировать твердые частицы в реактор 6 из накопителя 60, и уровень твердых частиц в бункере 42 находится у или выше "верхнего" предела;
(б) увеличивает поток твердых частиц через транспортный трубопровод 68, когда уровень твердых частиц в накопителе 60 ниже заданного уровня, и уровень твердых частиц в бункере 42 выше "нижнего" предела; и
в) удерживает продувочный клапан 50 закрытым, когда уровень твердых частиц в накопителе 60 ниже заданного значения.
Для варианта фиг. 4 система согласно изобретению действует и регулирует следующим образом.
Скорость рециркуляции из накопителя 40 изменяется в зависимости от расхода, установленного системой регулирования температуры слоя 80. Скорость продувки регулируется для подержания заданного уровня запаса в накопителе 40.
Например, когда температура слоя возрастает вследствие изменений свойств топлива или сорбента, может оказаться необходимым увеличить теплопоглощение поверхностями нагрева реактора для регулирования температуры слоя. Это может быть сделано путем увеличения запаса частиц (плотности) в разбавленной (верхней) части слоя, где расположена большая часть поверхностей нагрева. Это может быть выполнено путем снижения скорости потока твердых частиц, выходящих через продувочную спускную трубку слоя 19, но этот тип регулирования является медленным вследствие низкой пропускной способности продувочной спускной трубы слоя 19 в сравнении с потоком частиц, рециркулируемых из основного сепаратора частиц 20 или вспомогательного сепаратора частиц 22. Он также неэффективен, поскольку плотный (нижний) слой запаса имеет тенденцию к более быстрому увеличению, чем разбавленный (верхний) слой запаса частиц. Увеличение общего запаса также приводит к более высокому давлению дутьевого вентилятора, и следовательно, к повышенному расходу энергии.
Настоящее изобретение дает лучший способ увеличения запаса разбавленного слоя, заключающийся в увеличении скорости рециркуляции твердых частиц, собранных вспомогательным сепаратором 22 и накопленных в накопителе 40, в реактор. Такой тип регулирования является сравнительно быстрым вследствие более высокой скорости рециркуляции в сравнении со скоростью в продувочной спусковой трубе слоя, и также намного эффективнее, поскольку изменение скорости рециркуляции из накопителя 40 больше всего воздействует на запас разбавленного (верхнего) слоя при относительно малом изменении запаса плотного (нижнего) слоя. Такие разные эффекты происходят вследствие того, что твердые частицы, содержащиеся в накопителе 40, являются теми частицами, которые прошли через вспомогательный сепаратор частиц 22 и имеют намного меньший размер, чем частицы, собранные основным сепаратором частиц 20.
Частицы 16 в потоке газа имеют размер в диапазоне приблизительно от менее 5 до 800 микрон (1 микрон = 1 · 10-6 м). Основной сепаратор 20 эффективен для частиц более 75 микрон и собирает почти все частицы более 250 микрон. Вспомогательный сепаратор частиц 22 обычно может собирать частицы 16 из газового потока более чем 5-10 микрон и собирает почти все частицы более чем 75 микрон.
Протяженность разбавленного (верхнего) слоя, регулируемая путем изменения скорости рециркуляции из вспомогательного сепаратора частиц 22, определяется количеством и распределением размеров частиц, накопленных в накопителе 40. Наиболее важными частицами для регулирования запаса разбавленного верхнего слоя являются частицы с размером фракций, эффективно собираемых основным сепаратором частиц 20 (обычно это частицы более 75 микрон для CFB реакторов с основными сепараторами частиц с динамическим воздействием). Любое нарастающее увеличение скорости рециркуляции частиц 16 в этом диапазоне от 75 до 250 микрон, собранных вспомогательным сепаратором частиц 22 и накопленных в накопителе 40, ведет к нарастающему увеличению в 15-25 раз больше скорости рециркуляции из основного сепаратора частиц (допускающие 93-95% эффективности фракционного сбора основного сепаратора частиц 20 для частиц в этом диапазоне размеров), и соответствующему увеличению запаса этих частиц 16 в реакторе. Частицы меньшего размера, которые не удаляются основным сепаратором частиц 20, не должны оставаться в реакторе 6 и должны пропускаться через вспомогательный сепаратор частиц 22.
С другой стороны, добавление частиц в диапазоне 250-800 микрон должно быть менее эффективным для увеличения запаса разбавленного слоя по сравнению с частицами в диапазоне 75-250 микрон, поскольку большая часть этих частиц будет накапливаться в запасе плотного (нижнего) слоя. Если датчиками индуцируются высокие температуры печи 6, функция регулирования запаса в системе регулирования температуры слоя 80 генерирует сигнал увеличения запаса разбавленного (верхнего) слоя, и скорость рециркуляции из накопителя 40 через систему 52 должна быть увеличена. Следствием этого будет снижение запаса в накопителе 40 и увеличение запаса в CFB реактора 6. Тогда, как результат этого действия, уровень в накопителе 40 опускается ниже заданного уровня, поток частиц из бункера 42 через продувное средство 46 приостанавливается. После первоначального периода запас частиц в печи 6 и в накопителе 40, а также скорость рециркуляции твердых частиц через систему 52 стабилизируются на некоторых новых значениях при более высоком запасе печи 6, более низком запасе частиц в накопителе 40 и более высокой скорости рециркуляции в рециркуляционной системе 52.
Непрерывный ввод твердых частиц (топлива, сорбента и т.п.) в CFB в отсутствии продувки твердых частиц из бункера 42 приводит к постепенному увеличению запаса частиц в накопителе 40. Пока уровень твердых частиц в накопителе 40 не достигает заданного уровня, никакие твердые частицы не выпускаются продувкой из накопителя 40 через продувное средство 46. В этот момент продувное средство 46 возобновляет работу, и размер и скорость продуваемых частиц будет соответствовать новой системе равновесия твердых частиц.
Подобные действия, но в противоположном направлении, должны быть предприняты, если температура слоя в CFB реакторе падает, что требует, чтобы запас частиц в реакторе CFB уменьшился для снижения поглощения тепла поверхностями нагрева CFB реактора. Скорость рециркуляции из накопителя 40 будет уменьшаться в ответ на сигнал требования из системы регулирования температуры слоя о передаче запаса частиц из CFB реактора в накопитель 40. Общая реакция CFB системы на регулирующее действие в этом случае подобна той, которая описана ранее: за первоначальной сильной реакцией следует период стабилизации, в течение которого устанавливается новое равновесие, имеющее более низкий запас частиц разбавленного (верхнего) слоя и более низкую скорость рециркуляции в рециркуляционной системе 52. Частицы, передаваемые из печи в накопитель 40, будут продуваться через продувное средство 46, если уровень частиц в накопителе превышает заданное значение.
При изменении нагрузки CFB котла должна быть проведена таким же образом соответствующая корректировка запаса печи, при этом температура слоя в реакторе сначала регулируется непостоянно. При снижении нагрузки скорость рециркуляции из накопителя 40 снижается так, как это необходимо для поддержания температуры слоя на заданном уровне, и запас частиц в разбавленном (варианте) слое уменьшается путем передачи циркулирующих частиц в накопитель 40. Продувное средство возобновляет работу, когда уровень в накопителе 40 становится выше заданного уровня, выпуская твердые частицы в буферный накопитель 51. При увеличении нагрузки накопленные частицы передаются из накопителя 40 в печь 6 для регулирования температуры слоя, как описано выше. Как только уровень частиц в накопителе 40 опускается до заданного уровня, продувное средство 46 деактивируется.
Для варианта фиг. 5 система согласно изобретению действует и регулирует следующим образом.
Скорость рециркуляции твердых частиц, накопленных вспомогательным сепаратором частиц 22 и подаваемых в печь инжектирной системой 76 и рециркуляционной системой 52, изменяется в зависимости от расхода запаса, устанавливаемого в печи системой регулирования температуры слоя 80. Скорость продувки и переноса твердых частиц в накопитель 60 регулируются системой регулирования уровня накопления 81 для поддержания заданного уровня твердых частиц в накопителе 60 и бункере 42.
Рециркуляционная система 52 действует непрерывно при работ CFB реактора или камеры сгорания. Когда запас печи увеличивается системой регулирования температуры слоя 80 путем передачи твердых частиц из накопителя 60, скорость рециркуляции в системе 52 также возрастает, частично благодаря сигналу прямого питания в систему 52 и, частично благодаря сигналу обратного питания, когда уровень в бункере 42 находится у или выше заданного уровня. Когда запас печи уменьшается системой регулирования температуры слоя 80, последней посылается сигнал в систему 52 об уменьшении скорости рециркуляции.
В процессе работы реактора CFB или камеры сгорания система транспортировки твердых частиц 66 работает с перерывами, т.е. только тогда, когда уровень твердых частиц в накопителе 60 находится ниже заданного уровня. Когда уровень в накопителе 60 опускается ниже заданного уровня, система транспортировки твердых частиц 66 пробуждается системой регулирования уровня твердых частиц 81 для направления материала и приведения уровня до заданного уровня. Обратное питание обеспечивается средством восприятия или датчиком уровня 64, предусмотренным на накопителе 60.
Инжекционная система 76 действует только тогда, когда необходимо увеличить запас частиц печи. Инжектирование прекращают, когда уровень в накопителе 60 находится у или ниже "нижнего" уровня; обратное питание обеспечивается датчиком уровня 64.
Продувная система 46 действует тогда, когда уровень в бункере 42 находится у или выше верхнего заданного уровня и a) не поступает сигнал транспортной системе 66 увеличить запас частиц в накопителе 60, b) не поступает сигнала увеличить скорость рециркуляции через систему 52, и c) когда уровень в бункере 42 достигает максимального "верхнего" уровня или уровень в бункере 42 сохраняется у или выше заданного уровня дольше, чем в течение заданного промежутка времени. Другими словами, если поступает сигнал о подаче частиц в другие CFB реактора или в накопители 40 или 60, продувное средство 46 должно быть деактивровано до тех пор, пока это сигнал не будет заменен посредством иного возмещения.
Регулирующие действия, предпринятые системой регулирования уровня накопления 81, активируются определенным датчиком уровня частиц в бункере 42 следующим образом.
Когда определенный датчиком уровень в бункере 42 является "верхним":
- система регулирования температуры слоя печи 80 будет увеличивать скорость рециркуляции частиц через рециркуляционную систему 52 обратно в CFB реактор, если это необходимо для увеличения запаса частиц слоя печи и скорость рецикла ниже его максимального предела;
- если из системы регулирования температуры слоя печи 80 не поступает сигнала увеличить запас частиц слоя печи и уровень в накопителе 60 ниже его заданного значения, система регулирования уровня накопления частиц 81 будет передавать твердые частицы из бункера 42 в накопитель 60;
- если из системы регулирования температуры слоя печи 80 не поступает сигнала увеличить запас частиц слоя печи и уровень в накопителе находится у или выше его заданного значения, система регулирования уровня накопления твердых частиц 81 будет продувать твердые частицы из бункера 42.
Когда определенный датчиком уровень в бункере 42 является "нижним":
- системой регулирования уровня накопления твердых частиц 81 посылается ограничивающий сигнал в систему регулирования температуры слоя печи 30 уменьшить скорость рецикла, т.е. отвергнуть систему регулирования температуры слоя печи 80.
Описанная выше стратегия регулирования в некоторых случаях является одним из нескольких возможных выборов. Специалистами может быть предложена альтернативная стратегия в пределах сферы применения способа регулирования материально-производственного запаса в этом изобретении. Система и способ настоящего изобретения применимы в следующих условиях.
1. В процессе работы с постоянной нагрузкой:
а) когда скорость рециркуляции твердых частиц, определенная требованиями производительности CFB реактора, значительно ниже максимальной скорости, основанной на пропускной способности рециркуляционной системы или на максимально допустимой нагрузке твердых частиц в конвективных поверхностях нагрева, и
б) когда для системы материального баланса необходима продувка из вспомогательного сепаратора частиц.
2. В процессе изменения нагрузки:
для любой системы CFB, как описано выше.
Преимуществом настоящего изобретения в сравнении с уровнем техники, представленным на фиг. 1 и 2, является то, что оно обеспечивает возможность переноса запаса между реактором и накопителем твердых частиц, соединенными со вспомогательным сепаратором частиц 22 для регулирования теплопоглощения в реакторе, и, следовательно, температуры слоя реактора, в ответ на изменения свойств топлива или сорбента или изменения нагрузки.
В процессе работы с постоянной нагрузкой буферный запас в накопителях 40 или 60 улучшает динамическую реакцию CFB реактора на сигнал, генерируемый системой регулирования температуры слоя, обеспечивая возможность быстрого изменения рециркулируемого потока из накопителей 40 или 60.
В известных CFB применениях скорость увеличения рециркулируемого потока из бункера 42 определяется скоростью увеличения запаса циркулирующего материала в CFВ системе в ответ на снижение продувки бункера 32. Скорость рециркулируемого потока в этом случае увеличивается медленно, и только когда небольшое количество частиц находится в бункере 32, этого количества недостаточно для соответствующего регулирования запаса реактора.
В процессе изменения нагрузки накопление частиц в накопителях 40 или 60 (при снижении нагрузки) или передаче частиц из накопителей 40 или 60 в CFB реактор (при увеличении нагрузки) обеспечивают длительную степень подавления и большую степень возможности изменения нагрузки. Это снижение потребления материала слоя (компенсирование) ранее требовалось для регулирования запаса реактора в процессе изменений нагрузки.
Преимущества изобретения над известным решением, представленным на фиг. 3, следующие:
1. Накопленные твердые частицы в CFB системе этого изобретения имеют значительно более низкую температуру (обычно 500oF (260oC) против 1600oF (871,11oC)), чем в известном решении в процессе работы с высокой нагрузкой, что исключает агломерацию в стоячих условиях. Агломерация твердых частиц в бункере основного накопителя частиц 34 и L-клапане 36 может стать помехой для использования частиц, собранных основным сепаратором частиц, в регулировании запаса реактора в процессе работы с высокой нагрузкой такого CFB блока.
2. Согласно этому изобретению накопленные твердые частицы имеют значительно меньшие размеры, которые увеличивают влияние изменения запаса частиц реактора на теплопередачу печи (поскольку скорость теплопередачи больше для частиц с меньшим диаметром).
3. Перенос таких частиц воздействует в первую очередь на запас разбавленного (верхнего) слоя, который влияет для большинства твердых частиц на передачу тепла стенкам CFB реактора. В известных решениях, где размер частиц, собранных основным сепаратором накопленных твердых частиц, больше, перенос запаса значительно влияет на запас плотного слоя, который оказывает слабое влияние на теплопередачу. В результате общее увеличение суммарного запаса реактора, соответствующее требуемому увеличению запаса разбавленного (верхнего) слоя, оказывается большим, что вызывает более высокое необходимое давление вентилятора и более высокое потребление вентилятором электроэнергии.
4. В процессе работы с постоянной нагрузкой перенос частиц в известных CFB применениях имеет только переходный эффект, поскольку он не изменяет материального баланса установившегося состояния CFB системы, т.е. количества и распределения продуваемого потока циркулирующих частиц между выпускным продувочным устройством 19 и продувочной системой 30, соединенной с вспомогательным сепаратором частиц. В условиях установившегося режима это распределение определяет запас циркулирующих частиц в реакторе. Когда запас разбавленного (верхнего) слоя в CFB реакторе увеличивается за счет переноса частиц из накопителя основного сепаратора частиц 34 (и увеличения скорости рециркуляции основного сепаратора частиц 20), это также приведет к увеличению концентрации циркулирующих частиц в плотном (нижнем) слое. Это вызывает более высокие потери циркулирующего материала через продувочное выпускное устройство слоя 19. Скорость продувки из вспомогательного сепаратора частиц 22 также увеличивается в системе при ограниченной скорости рециркуляции вспомогательного сепаратора частиц вследствие большего количества циркулирующего материала, проходящего через основной сепаратор частиц 20. При более высоких потерях и неизменном вводе твердых частиц в систему запас циркулирующего материала в реакторе будет постепенно уменьшаться до исходного значения установившегося режима, соответствующего исходному материальному балансу системы. В противоположность этому настоящее изобретение обеспечивает перманентное увеличение запаса благодаря уменьшенным потерям через продувное средство 46 при увеличении скорости рециркуляции из накопителей 40 или 60. Пониженная скорость продувки будет компенсироваться путем увеличения скорости продувки через продувное выпускное устройство 19, соответствующей увеличению запаса реактора.
Хотя для иллюстрации применения принципов изобретения подробнее описаны специфические варианты настоящего изобретения, специалистам должно быть понятно, что можно осуществлять изменения в объеме изобретения, защищаемого приложенной формулой, не отходя от сущности изобретения. Например, хотя система регулирования температуры слоя печи и система регулирования уровня накопления твердых частиц в целях ясности изображены и описаны подробнее как две раздельные системы, специалистам должно быть понятно, что эти "системы" могут быть объединены и введены как взаимосвязанные регулирующие функции, осуществляемые в программируемой на базе микропроцессора цифровой регулирующей системе. Такая гибкость, следовательно, легко придается применениям настоящего изобретения к новым конструкциям, включающим реакторы с циркулирующим псевдоожиженным слоем или камеры сгорания, или для замены, ремонта или модификаций существующих реакторов с циркулирующим псевдоожиженным слоем или камер сгорания. В некоторых вариантах изобретения некоторые признаки изобретения могут иногда использоваться без соответствующего использования других признаков, аналогичным образом некоторые признаки можно комбинировать для достижения необходимого результата. Соответственно все такие изменения и варианты могут быть осуществлены в объеме формулы изобретения.
Формула изобретения: 1. Реактор с псевдоожиженным циркулирующим слоем, содержащий камеру для помещения в нее и транспортирования циркулирующего псевдоожиженного слоя материала, при этом камера имеет верхнюю и нижнюю части, основной сепаратор для сбора частиц, уловленных газовым потоком, текущим через и из камеры реактора, средство для возврата частиц, собранных основным сепаратором частиц обратно в нижнюю часть камеры реактора, вспомогательный сепаратор частиц для дополнительного сбора частиц, уловленных и еще оставшихся в газовом потоке, текущем из камеры реактора после пропускания газа через основной сепаратор частиц, отличающийся тем, что содержит средство накопления частиц, имеющее объем накопления, определяемый диапазоном изменений запаса циркулирующих частиц в камере реактора, необходимым для регулирования температуры слоя с учетом ожидаемой изменяемости свойств топлива и сорбента и изменений нагрузки реактора, для накопления частиц, собранных вспомогательным сепаратором частиц, рециркуляционную систему для регулируемой рециркуляции частиц, собранных вспомогательным сепаратором частиц и накопленных в среде накопления частиц, обратно в нижнюю часть камеры реактора, систему регулирования температуры слоя для регулирования скорости рециркуляции твердых частиц из средства накопления частиц в камеру реактора для изменения запаса циркулирующих частиц в реакторе с циркулирующим псевдоожиженным слоем при условии регулирования температуры циркулирующего псевдоожиженного слоя в камере реактора, и систему регулирования уровня накопления твердых частиц, взаимодействующую с системой регулирования температуры слоя, для регулирования запаса частиц в средстве накопления частиц при условии регулирования температуры слоя.
2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что средство накопления частиц содержит средства для восприятия или датчики уровня твердых частиц в нем.
3. Реактор по п.2, отличающийся тем, что средство накопления частиц расположено непосредственно под вспомогательным сепаратором частиц и дополнительно содержит продувочное средство под контролем системы регулирования уровня накопления твердых частиц для регулирования уровня твердых частиц в средстве накопления твердых частиц на основе определенного датчиком уровня твердых частиц.
4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что рециркуляционная система содержит рециркуляционный трубопровод для транспортирования твердых частиц из средства накопления твердых частиц в нижнюю часть камеры реактора и средство для регулирования скорости потока твердых частиц через рециркуляционный трубопровод под контролем системы регулирования температуры слоя.
5. Реактор по п.1, отличающийся тем, что средство накопления частиц находится на некотором расстоянии от вспомогательного сепаратора частиц и дополнительно содержит систему транспортирования частиц под контролем системы регулирования уровня накопления твердых частиц для транспортировки твердых частиц из вспомогательного сепаратора частиц в средство накопления частиц, и инжекционную систему для регулируемого инжектирования частиц, накопленных в размещенном на некотором расстоянии средства накопления частиц, обратно в нижнюю часть камеры реактора под контролем системы регулирования температуры слоя для изменения запаса циркулирующих твердых частиц в реакторе при необходимости регулирования температуры циркулирующего псевдоожиженного слоя в камере реактора.
6. Реактор по п.5, отличающийся тем, что размещенное на некотором расстоянии средство накопления частиц оборудовано средством восприятия или датчиком уровня твердых частиц в нем.
7. Реактор по п.5, отличающийся тем, что система транспортирования частиц содержит трубопровод для транспортирования твердых частиц из вспомогательного сепаратора частиц в размещенное на некотором расстоянии средство накопления частиц и средство регулирования скорости течения потока твердых частиц через трубопровод.
8. Реактор по п.5, отличающийся тем, что инжекционная система содержит трубопровод для транспортирования твердых частиц из размещенного на некотором расстоянии средства накопления твердых частиц в нижнюю часть камеры реактора и средство регулирования скорости течения потока твердых частиц через трубопровод.
9. Реактор по п.6, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бункер, расположенный в нижней части сепаратора частиц, средство восприятия или датчик уровня твердых частиц в этом бункере и продувочное прочистное средство для регулирования уровня твердых частиц в бункере на основе определенного датчиком уровня частиц в бункере под контролем системы регулирования уровня твердых частиц.
10. Реактор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство подачи сигналов, характеризующих рабочие условия реактора, системе регулирования температуры слоя для обеспечения возможности определения системой регулирования температуры слоя необходимой скорости рециркуляции частиц обратно в реактор.
11. Способ регулирования температуры слоя в циркулирующем псевдоожиженном слое твердых частиц, помещенном внутри и транспортируемом через камеру реактора с псевдоожиженным циркулирующим слоем, при этом реактор включает основной и вспомогательный сепараторы частиц, включающий этапы сбора частиц, уловленных газовым потоком, текущим через и из камеры реактора в основной сепаратор частиц, возвращения частиц в нижнюю часть камеры реактора, использования вспомогательного сепаратора частиц для дополнительного сбора частиц, уловленных и еще оставшихся в газе, текущем из камеры реактора после пропускания газа через основной сепаратор частиц, отличающийся тем, что включает накопление частиц, дополнительно собранных вспомогательным сепаратором частиц, в средстве накопления частиц, и регулирование скорости рециркуляции твердых частиц из средства накопления частиц в нижнюю часть камеры реактора для изменения запаса циркулирующих твердых частиц в реакторе с циркулирующим псевдоожиженным слоем путем изменения запаса материала в средстве накопления при условии регулирования температуры циркулирующего псевдоожиженного слоя в камере реактора.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы определения наличия сигнала об увеличении или уменьшении скорости рециркуляции твердых частиц из средства накопления твердых частиц в нижнюю часть камеры реактора, причем наличие сигнала об увеличении скорости рециркуляции твердых частиц из средства накопления твердых частиц в нижнюю часть камеры реактора исключает продувку твердых частиц из средства накопления твердых частиц.
13. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы определения посредством датчиков наличия сигналов об увеличении или уменьшении скорости рециркуляции твердых частиц из средства накопления частиц в нижнюю часть камеры реактора и продувки твердых частиц из средства накопления твердых частиц при наличии сигнала об увеличении скорости рециркулирования твердых частиц из средства накопления частиц в нижнюю часть камеры реактора.
14. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно включает этап определения посредством датчика уровня твердых частиц внутри средства накопления твердых частиц.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы установки заданного уровня твердых частиц в средстве накопления твердых частиц, сравнивания заданного уровня твердых частиц с определенным датчиком уровнем твердых частиц, регулирования уровня твердых частиц в средстве накопления частиц на базе сравнения путем регулирования скорости продувки потока твердых частиц из средства накопления твердых частиц.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что оно дополнительно включает этап продувки твердых частиц из средства накопления твердых частиц при определении датчиком уровня твердых частиц выше заданного уровня твердых частиц и при отсутствии сигнала увеличения скорости рециркуляции твердых частиц из средства накопления твердых частиц в реактор.
17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что исключают этап продувки твердых частиц из средства накопления твердых частиц, когда определенный датчиком уровень твердых частиц ниже заданного уровня.
18. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы рециркулирования первой части дополнительно собранных частиц непосредственно обратно в нижнюю часть камеры редуктора через рециркуляционную систему и транспортирования второй части дополнительно собранных частиц через систему транспортирования твердых частиц в средство накопления твердых частиц.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что дополнительно включает этап регулирования скорости рециркуляции твердых частиц из средства накопления частиц в нижнюю часть камеры реактора путем регулирования скорости инжектирования частиц из средства накопления частиц через инжекционную систему в камеру реактора.
20. Способ по п.18, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы установки заданного уровня частиц в средстве накопления частиц, определения посредством датчика уровня частиц в средстве накопления частиц, сравнивания заданного уровня частиц с определенным датчиком уровнем частиц и регулирования уровня твердых частиц в средстве накопления частиц на базе сравнения путем регулирования потока частиц из вспомогательного сепаратора частиц через систему транспортирования твердых частиц в средство накопления твердых частиц.
21. Способ по п.18, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы установления заданного уровня твердых частиц в бункере, расположенном в нижней части вспомогательного коллектора частиц, определения посредством датчика уровня частиц в бункере, сравнивания заданного уровня частиц в бункере с определенным датчиком уровнем частиц в бункере и продувки твердых частиц из бункера при условии определения датчиком уровня частиц в бункере выше заданного уровня частиц в бункере, при отсутствии сигнала об увеличении частиц для увеличения уровня частиц в средстве накопления твердых частиц и при отсутствии сигнала об увеличении скорости рециркуляции твердых частиц в реактор.
22. Способ по п.21, отличающийся тем, что дополнительно включает этап исключения продувки твердых частиц из бункера при условии определения датчиком уровня твердых частиц в бункере ниже заданного уровня твердых частиц в бункере.