Реактор с циркулирующей рабочей массой (варианты)

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Настоящее изобретение относится к циркуляционным реакторам или камерам сгорания, обеспечивающим низкий выброс NOx при наименьших
затратах.
Циркуляционный реактор включает корпус реактора для переноса потока газа и частиц, сепаратор
частиц для отделения частиц из потока газа, размещенный внутри корпуса реактора на выходе из него,
средство возврата в корпус реактора твердых частиц, собранных сепаратором частиц. В конвекционном канале реактора за сепаратором частиц по направлению потока расположено, по меньшей мере,
одно устройство из группы, состоящей из перегревателя и нагревателя, мультициклонный коллектор
пыли для дальнейшей сепарации частиц из потока
топочного газа вместе со средством возврата в корпус реактора твердых частиц, собранных мультициклонным коллектором пыли. Устройство селективного каталитического восстановления расположено
по ходу потока за мультициклонным коллектором
пыли для удаления NOx из потока топочного газа, и
средство сухой газоочистки расположено по ходу
потока за устройством селективного каталитического восстановления.

Текст

Смотреть все

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ чивающим низкий выброспри наименьших затратах. Циркуляционный реактор включает корпус реактора для переноса потока газа и частиц, сепаратор частиц для отделения частиц из потока газа, размещенный внутри корпуса реактора на выходе из него,средство возврата в корпус реактора твердых частиц, собранных сепаратором частиц. В конвекционном канале реактора за сепаратором частиц по направлению потока расположено, по меньшей мере,одно устройство из группы, состоящей из перегревателя и нагревателя, мультициклонный коллектор пыли для дальнейшей сепарации частиц из потока топочного газа вместе со средством возврата в корпус реактора твердых частиц, собранных мультициклонным коллектором пыли. Устройство селективного каталитического восстановления расположено по ходу потока за мультициклонным коллектором пыли для удаленияиз потока топочного газа, и средство сухой газоочистки расположено по ходу потока за устройством селективного каталитического восстановления.(73) БАБКОК ЭНД ВИЛКОКС КОМПАНИ(54) РЕАКТОР С ЦИРКУЛИРУЮЩЕЙ РАБОЧЕЙ МАССОЙ (ВАРИАНТЫ)(57) Настоящее изобретение относится к циркуляционным реакторам или камерам сгорания, обеспе 13235 Настоящее изобретение относится, в основном, к реакторам или камерам сгорания с циркулирующей рабочей массой (циркуляционным реакторам или камерам сгорания) и, в частности, к циркуляционным реакторам или камерам сгорания, имеющим устройство селективного каталитического восстановления, расположенное по ходу потока за топкой циркуляционных реактора или камеры сгорания и предназначенное для достижения улучшенного восстановления . Предшествующий уровень техники Охрана окружающей среды и контроль за твердыми, жидкими и газообразными выбросами или отходами представляют ключевые элементы, принимаемые во внимание при конструировании парогенераторных устройств, использующих для производства пара тепло, выделяемое при сжигании ископаемого топлива. В настоящее время наиболее значительными из этих выбросов являются выбросы двуокиси серы (2) , окисей азотаи аэрозолей. Котносятся интегральные выбросы окиси азота , двуокиси азота (2) и незначительных количеств других веществ, образуемых во время горения. После выбора топлива сводят к минимуму выбросы , используя технологии горения и методы очистки продуктов горения с образованием минимального количества . Если одних модификаций горения оказывается недостаточно, могут быть использованы методы очистки продуктов горения такие, как селективное некаталитическое восстановлениеили селективное каталитическое восстановление . В устройствахиликаталитического восстановлениявосстанавливают до азота (2) и воды (2) через серию реакций с химическими реагентами, вносимыми в поток газа. В устройствах селективного некаталитического восстановления обычно используют аммиак и мочевину, тогда как в устройствах селективного каталитического восстановления - аммиак. Горение в циркуляционном реакторе обладает очевидными преимуществами для сжигания твердых топлив и утилизирования энергии при производстве пара действительно, основной побудительной силой для развития циркуляционных камер сгорания в США является уменьшение выбросов 2 и. Эта технология может быть использована для сжигания высокосернистых углей и достижения низких уровней выброса 2 без необходимости установки на выходе дополнительного оборудования для сбора серы. Циркуляционные котлы спроектированы так, что температура рабочей массы находится в пределах 815-870 С, соответствующих минимальному выбросу . Эти рабочие температуры позволяют также сжигать низкосортные угли(которые обычно характеризуются значительным зашлаковыванием) без особых трудностей, которые обычно встречаются при сжигании таких топлив. В циркуляционных реакторах или камерах сгорания сгоревшие и несгоревшие частицы заключены внутри корпуса реактора в потоке газа, в котором они переносятся к выходу реактора в верхней его части. Обычно частицы собирают сепаратором частиц ударного или циклотронного типа и возвращают в нижнюю часть корпуса реактора непосредственно или через один или более трубопроводов. Сепаратором частиц ударного типа, помещенным на выходе из реактора, обычно собирают от 90 до 97 циркулирующих частиц. Если требуют условия процесса,то может быть установлен дополнительный сепаратор частиц для окончательного их возврата в корпус реактора. Известны реакторы или камеры сгорания (см.,например, патент США 5,343,830 Александера и других), в котором за двумя или более рядами элементов соударения, расположенных в корпусе топки или реактора, в конвекционном проеме, соединенном с корпусом через выходное отверстие, следуют дополнительные, по меньшей мере, два ряда расположенных в шахматном порядке элементов сепаратора для дальнейшего отделения частиц из потока газа и возвращения их в нижнюю часть корпуса реактора через полость и средства возвращения частиц, не используя внешний и внутренний рецикловые трубопроводы. За вторым сепаратором расположены, по меньшей мере, одно устройство нагрева,выбранное из перегревателя и нагревателя, мультициклонный коллектор пыли для дальнейшей сепарации частиц из потока топочного газа и средство возврата частиц в корпус реактора. Далее очищенный газ проходит через устройство нагрева воздуха,коллектор пыли и отсасывающим вентилятором выводится через вытяжную трубу. Как устройства селективного некаталитического восстановления, так и устройства селективного каталитического восстановления использовались для снижения выбросовиз устройств производства пара, сжигающих пылевидный уголь. Устройства селективного некаталитического восстановления также применялись в циркуляционных генераторах пара, и было предложено комбинировать циркуляционные генераторы пара, сжигающие нефтяной кокс, с устройством селективного каталитического восстановления. Краткое описание изобретения Настоящее изобретение относится к циркуляционным реакторам или камерам сгорания и раскрывает устройство, обеспечивающее низкий выброспри наименьших затратах. Технологии сжигания циркулирующей рабочей массы обеспечивают значительно меньшие температуры горения(845-870 С) в месте подачи топлива по сравнению с устройствами, в которых происходит сжигание пылевидного угля, где температура горения достигает 1370-1650 С. Эта разница температур горения приводит к большому различию неконтролируемых выбросов , сопровождающих горение. Неконтролируемые выбросы в технологиях сжигания пылевидного угля обычно составляют от 0,12 до 0,28 кг/106 Бте (Бте - Британская тепловая единица),тогда как выбросы при технологиях циркулирующей рабочей массы составляют 0,05-0,08 кг/106 Бте. Однако встречаются даже более строгие требования к выбросам, составляющие 0,04 кг/106 Бте. Эта нор 2 13235 ма восстановлениябыла принята для технологий циркулирующей рабочей массы с использованием устройств селективного некаталитического восстановления (с впрыскиванием аммиака в местах,где температура газа составляет 790-900 С), и для технологий пылевидного угля с использованием устройств селективного каталитического восстановления (с впрыскиванием аммиака в местах, где температура газа составляет 450 С). Однако опыт применения технологии селективного каталитического восстановления показал, что для заданного восстановлениятребуется меньше аммиака и количество непрореагировавшего аммиака, покидающего устройство, меньше, чем при технологии селективного некаталитического восстановления (обычно 5(промилле) при селективном каталитическом восстановлении, по сравнению с 25 при селективном некаталитическом восстановлении). Поскольку начальное количествоменьше в устройствах с циркулирующей рабочей массой, количествапосле устройства селективного каталитического восстановления может быть значительно меньше даже при минимальном использовании катализатора и аммиака. Вследствие этого один вариант настоящего изобретения представляет циркуляционный реактор или камеру сгорания, имеющую устройство селективного каталитического восстановления. Циркуляционный реактор включает корпус реактора для переноса потока газа и частиц, сепаратор частиц для отделения частиц из потока газа, размещенный внутри корпуса реактора на выходе из него, средство возврата в корпус реактора твердых частиц, собранных сепаратором частиц. В конвекционном канале реактора за сепаратором частиц по направлению потока расположено, по меньшей мере, одно устройство из группы, состоящей из перегревателя и нагревателя, мультициклонный коллектор пыли для дальнейшей сепарации частиц из потока топочного газа вместе со средством возврата в корпус реактора твердых частиц, собранных мультициклонным коллектором пыли. Устройство селективного каталитического восстановления расположено по ходу потока за мультициклонным коллектором пыли для удаленияиз потока топочного газа, и средство сухой газоочистки расположено по ходу потока за устройством селективного каталитического восстановления. Устройство селективного каталитического восстановления снабжено средством,предназначенным для впрыскивания аммиака в поток топочного газа, вступающего в химические реакции, в результате которых уменьшается выброс. Различные признаки новизны, которые отличают изобретение, приведены в формуле, раскрывающей сущность изобретения. Для лучшего понимания изобретения, преимуществ и выгод его использования приведены рисунки и описательная часть, в которых раскрыт предпочтительный вариант изобретения. Краткое описание рисунков Фиг. 1 является схематическим представлением циркуляционного реактора или камеры сгорания согласно первому варианту изобретения. Фиг. 2 является схематическим представлением циркуляционного реактора или камеры сгорания согласно второму варианту изобретения. Фиг. 3 является схематическим представлением циркуляционного реактора или камеры сгорания согласно третьему варианту изобретения. Описание предпочтительных вариантов изобретения В настоящем описании термин циркуляционная камера сгорания относится к типу циркуляционного реактора, в котором происходит процесс горения. Так как настоящее изобретение относится к котлам или парогенераторам, в которых для производства тепла используют циркуляционные камеры сгорания, очевидно, что настоящее изобретение может быть легко использовано в различных типах циркуляционных реакторов. Например, изобретение может быть использовано в реакторе, который применяют для химических реакций, отличных от процесса горения, или в котором смесью газа и частиц от процесса горения, происходящего где-то, снабжают настоящий реактор для продолжения процесса, или,когда в корпусе реактора твердые частицы загружают в газ, который необязательно является побочным продуктом процесса горения. Подробное описание работы циркуляционных реакторов и камер сгорания можно найти в книге Пар, его производство и использование, 40 издание, глава 16,, ,1992,и в патенте США 5,3438,30., на которые здесь делаются ссылки. Для получения информации, касающейся способов и устройств восстановленияи,в частности, устройств селективного каталитического восстановления, читатель отсылается к главе 34 вышеупомянутой книги, текст которой также будет цитироваться здесь. На прилагаемых рисунках одинаковыми цифрами обозначены те же самые или функционально подобные элементы. На фиг. 1-3 изображены циркуляционный реактор или камера сгорания, обозначенная цифрой 10, включающие корпус реактора 20,имеющий верхнюю часть 30. Корпус реактора 20, в поперечном сечении обычно имеющий форму прямоугольника, образован стенками, состоящими из труб, по которым пропускают охлаждающую воду или пар, при этом трубы отделены одна от другой стальными мембранами для обеспечения газонепроницаемости корпуса 20. Топливо 40, такое как уголь, сорбент 50, такой как известняк, и воздух для горения 60 подают в корпус реактора 20, используя средства, известные специалистам. В результате процесса горения, происходящем в нижней части корпуса реактора 20, образуется поток топочного газа и частиц 70, который течет вверх к выходу из корпуса реактора 20, проходя через несколько описанных ниже стадий отбора частиц и тепла перед выбросом в атмосферу. 3 13235 Расположенный в верхней части 30 корпуса реактора 20 в направлении потока газа и частиц 70 сепаратор частиц 80 предназначен для сбора твердых частиц из потока газа и частиц 70 так, что они могут быть возвращены в нижнюю часть корпуса реактора 20. Предпочтительно, сепаратор частиц 80 представляет собой, по меньшей мере, два ряда элементов сепаратора частиц ударного типа, расположенных в шахматном порядке (не показано). Элементы сепаратора частиц ударного типа, расположенные в шахматном порядке, не являются плоскими они могут быть -образными, Е-образными, образными или любой другой формы, вогнутыми или выгнутыми поверхностями по направлению к потоку топочного газа и частиц 70. Или же первичный сепаратор частиц 80 может включать циклонный сепаратор известной конструкции (не показан) в этом случае мультициклонный коллектор пыли(описанный ниже) не устанавливают. Твердые частицы 90, удаленные из потока топочного газа и частиц 70, возвращают в корпус реактора 20 через -клапан, -клапан или через внутреннюю рециркуляцию, какая описана в патенте США 5343830., и поэтому возврат частиц просто схематически обозначен на фигурах. Поток топочного газа и частиц 70 затем проходит через одну или несколько групп поверхности передачи тепла, включающей поверхность 100 перегревателяи/или предварительного нагревателя, и затем (на фиг. 1 и 2) ко вторичной стадии отделения частиц, обычно включающей мультициклонный коллектор пыли 110. Твердые частицы 120, удаленные 110, возвращают в корпус реактора 20 через трубопровод 130, и топочный газ и частицы затем переносятся через одну или несколько групп поверхностей передачи тепла экономайзера (ЕС) 140 перед тем, как поступить вустройство 150. Или же, как показано на фиг. 3,110 и ЕС 140 можно поменять местами, так что топочный газ и частицы 70 переносятся из / 100 к ЕС 140, а затем к 110. В любом из вариантов, показанных на фиг. 1-3, как хорошо известно специалистам,конкретное количество используемых ЕС 140 будет зависеть от заданной температуры топочного газа на входе 150, обеспечивающей оптимальное протекание процесса. Отсюда поток топочного газа и частиц 70 будет переноситься к 150 как прежде. Средство 160 служит для впрыскивания аммиака в поток топочного газа и частиц 70 в месте, расположенном перед 150 по ходу потока. Как показано на фиг. 2, можно комбинировать впрыскивание мочевины или аммиака в подходящем месте (с соответствующей температурой и т.д.) в поток топочного газа и частиц 70, чтобы достигнуть дальнейшего восстановления . Пройдя 150, топочный газ и частицы 70 затем обычно переносятся к другой группе ЕС поверхности, в этот раз обозначенное цифрой 170 для ясности, и затем к средству нагрева воздуха 180 известной конструкции. Средство нагрева воздуха 180 может быть регенеративного или рекуперативного типа. Следующим в направлении потока топочного газа и частиц является средство для сбора частиц 190, которое может включать рукавный пылеуловитель или электростатический фильтр. Частицы 200,собранные средством сбора частиц 190, могут быть также возвращены в корпус реактора через трубопровод 210. За средством сбора частиц 190 по ходу потока может быть также установлено устройство сухой газоочистки, обозначенное 220, предназначенное для каптажа серы из топочного газа и частиц 70. Для описания устройств сухой газоочистки и основных принципов их работы читатель отсылается к главе 35 книги, ,1992,, текст которой цитируется в настоящем описании. Окончательно, отсасывающий вентилятор 250 служит для приема топочного газа и частиц 70 и передачи их в вытяжную трубу 260 известным способом. Настоящее изобретение признает, что СаО, получаемый в рабочей массе циркуляционных реактора или камеры сгорания, потенциально является вредным для катализатора, используемого вустройстве 150. Процентное содержание составляющих газа и частиц, которое может ожидаться за 110 по ходу потока, приведено ниже Анализ газа,С 2 2 О 2( - основные составляющие шлака - О 2, А 12 О 3,е 2 О 3) Однако, если восстановление серы выполняют,используя известняк, в топочном газе и частицах должно быть меньшее содержание СаО, так как отношение / для заданного каптажа серы меньше в циркулирующей рабочей массе. Кроме того, используя устройство сухой газоочистки 220 для каптажа серы, как единственное средство, или с внесением сорбента в корпус реактора 20, можно добиться дальнейшего уменьшения содержания СаО во всех частицах, входящих вустройство 150,таким образом достигая дальнейшего уменьшения выброса , так как СаО служит катализатором при образовании . Далее, хотя устройство сухой газоочистки 220, как показано на фигурах, расположено за средством сбора частиц 190 по ходу потока,может быть более желательно поменять порядок этих двух элементов 190, 220, чтобы уменьшить выброс частиц в атмосферу, а также позволить вве 4 13235 сти в устройство сухой газоочистки 220, по меньшей мере, часть неиспользованного сорбента (СаО),который может содержаться в топочном газе и частицах 70, и, таким образом, обеспечить дополнительный источник сорбента для использования в процессе восстановления окисей серы, происходящем в устройстве сухой газоочистки 220. Хотя конкретный вариант изобретения был показан и описан в деталях для иллюстрации применения принципов изобретения, понятно, что возможны другие варианты без отступления от этих принципов. Например, настоящее изобретение может быть применено к новой конструкции, включающей циркуляционные реакторы или камеры сгорания, или при ремонте, замене или модификации существующих циркуляционных реакторов или камер сгорания. В некоторых вариантах изобретения могут быть использованы определенные признаки изобретения, чтобы достигнуть преимуществ без соответствующего использования других признаков. Соответственно, все такие изменения и варианты попадают в рамки и эквиваленты следующей формулы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Реактор с циркулирующей рабочей массой,содержащий корпус с конвекционным каналом для переноса потока топочного газа, последний сообщен с реактором через выходное отверстие в верхней части корпуса, сепаратор частиц для отделения частиц из потока топочного газа, размещенный в реакторе в верхней части корпуса, средство возврата в нижнюю часть корпуса реактора твердых частиц,собранных сепаратором частиц, последовательно установленные в конвекционном канале по направлению потока топочного газа, по меньшей мере,одно устройство из группы, состоящей из перегревателя и нагревателя, мультициклонный коллектор пыли для дальнейшей сепарации частиц из потока топочного газа и средство возврата в нижнюю часть корпуса реактора твердых частиц, собранных мультициклонным коллектором пыли,отличающийся тем, что содержит устройство селективного каталитического восстановления,установленное по направлению потока за мультициклонным коллектором пыли, для удаленияиз потока топочного газа, средство сухой газоочистки, установленное по направлению потока топочного газа за устройством селективного каталитического восстановления, и средство для впрыскивания аммиака в поток топочного газа,установленное по направлению потока перед устройством селективного каталитического восстановления.Реактор по п. 1, отличающийся тем, что се 2. паратор частиц выполнен в виде, по меньшей мере,двух рядов расположенных в шахматном порядке элементов сепаратора частиц ударного типа, имеющих в поперечном сечении одну из -, - и образных конфигураций. 3. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что содержит экономайзер, установленный по направлению потока перед устройством селективного ката литического восстановления, для получения заданной температуры топочного газа, входящий в устройство селективного каталитического восстановления. 4. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно устройство из группы, состоящей из экономайзера и средства нагрева воздуха, установленное по направлению потока топочного газа за устройством селективного каталитического восстановления. 5. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что содержит средство нагрева воздуха, установленное по направлению потока топочного газа за устройством селективного каталитического восстановления, и коллектор частиц, установленный по направлению потока за средством нагрева воздуха. 6. Реактор по п. 5, отличающийся тем, что снабжен средством возврата в нижнюю часть корпуса реактора твердых частиц из коллектора частиц и средством сухой газоочистки. 7. Реактор по п. 5, отличающийсятем, что коллектор частиц представляет собой рукавный пылеуловитель или электростатический фильтр. 8. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что содержит средство для впрыскивания аммиака или мочевины в местах, где температура газа составляет приблизительно 790-900 оС по направлению потока перед устройством селективного каталитического восстановления вблизи, по меньшей мере, одного устройства из группы, состоящей из перегревателя и нагревателя. 9. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно устройство из группы, состоящей из перегревателя, нагревателя и котла, размещенное внутри корпуса реактора. 10. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что сепаратор частиц представляет собой циклонный сепаратор. 11. Реактор с циркулирующей рабочей массой,содержащий корпус с конвекционным каналом для переноса потока топочного газа, последний сообщен с реактором через выходное отверстие в верхней части корпуса, сепаратор частиц для отделения частиц из потока топочного газа, размещенный в реакторе в верхней части корпуса, средство возврата в нижнюю часть корпуса реактора твердых частиц,собранных сепаратором частиц, последовательно установленные в конвекционном канале по направлению потока топочного газа, по меньшей мере,одно устройство из группы, состоящей из перегревателя и нагревателя, мультициклонный коллектор пыли для дальнейшей сепарации частиц из потока топочного газа и средство возврата в нижнюю часть корпуса реактора твердых частиц, собранных мультициклонным коллектором пыли,отличающийся тем, что содержит устройство селективного каталитического восстановления,установленное по направлению потока за мультициклонным коллектором пыли, для удаленияиз потока топочного газа, экономайзер,установленный по направлению потока перед мультициклонным коллектором пыли, средство сухой газоочистки, установленное по направлению 5 13235 правлению потока топочного газа за устройством селективного каталитического восстановления, и средство для впрыскивания аммиака в поток топоч ного газа, установленное по направлению потока перед устройством селективного каталитического восстановления.

МПК / Метки

МПК: F23J 15/00, B01D 53/34, B01J 8/00, B01D 53/56

Метки: рабочей, реактор, циркулирующей, варианты, массой

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/6-13235-reaktor-s-cirkuliruyushhejj-rabochejj-massojj-varianty.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Реактор с циркулирующей рабочей массой (варианты)</a>

Похожие патенты