решетчатая конструкция для реактора с псевдоожиженным слоем и способ удаления крупного материала из реактора с псевдоожиженным слоем

Формула изобретения

1. Решетчатая конструкция (40) для реактора с псевдоожиженным слоем, причем реактор включает в себя реакционную камеру (12), ограниченную по существу вертикальными стенками, в которой поддерживается псевдоожиженный слой из твердых частиц, и воздушную коробку (18) под реакционной камерой в нижней части реактора, причем решетчатая конструкция расположена между реакционной камерой и воздушной коробкой и содержит, по меньшей мере, один разгрузочный канал (34) для удаления крупного материала из реакционной камеры, многочисленные линии (48, 82) форсунок, имеющие непрерывные структуры, обеспечивающие гладкие поверхности для распространения псевдоожижающего газа из воздушной коробки в реакционную камеру, для суспендирования псевдоожиженного слоя в реакционной камере, и непрерывные канавки (50, 78) между линиями форсунок, в которой линии форсунок содержат многочисленные выходные отверстия (52, 72, 114, 122) для газа, имеющие главное направление газового потока, в боковых поверхностях (46, 74, 126) линий форсунок, для направления струй (54, 76) псевдоожижающего газа к смежной канавке, отличающаяся тем, что главное направление газового потока многочисленных выходных отверстий для газа образует угол с нормалью смежной канавки, для направления твердого материала по канавке к одному из, по меньшей мере, одного разгрузочного канала.

2. Решетчатая конструкция по п.1, в которой линии форсунок содержат выходные отверстия для газа в двух противоположных боковых поверхностях линий форсунок для направления струй псевдоожижающего газа к двум смежным канавкам.

3. Решетчатая конструкция по п.1, в которой главное направление газового потока многочисленных выходных отверстий для газа по существу горизонтальное для формирования по существу горизонтальной газовой струи.

4. Решетчатая конструкция по п.1, в которой многочисленные выходные отверстия (72) для газа имеют горизонтальную ширину, по меньшей мере, в четыре раза превышающую их высоту, а полная горизонтальная ширина выходных отверстий для газа в боковой поверхности линии форсунок простирается, по меньшей мере, приблизительно на двадцать процентов от полного горизонтального размера боковой поверхности линии форсунок.

5. Решетчатая конструкция по п.4, в которой полная горизонтальная ширина выходных отверстий для газа в боковой поверхности линии форсунок простирается, по меньшей мере, приблизительно на сорок процентов от полного горизонтального размера боковой поверхности линии форсунок.

6. Решетчатая конструкция по п.1, в которой упомянутые линии форсунок содержат многочисленные последовательные узлы (70) форсунок, имеющие боковые поверхности (46) и торцевые поверхности (44), в которой последовательные узлы форсунок находятся во взаимном контакте по их торцевым поверхностям, для формирования одной из многочисленных линий (48) форсунок.

7. Решетчатая конструкция по п.6, в которой узлы форсунок содержат вертикальный канал (94), находящийся в связи по потоку с воздушной коробкой и, по меньшей мере, одним из многочисленных выходных отверстий для газа.

8. Решетчатая конструкция по п.7, в которой узлы форсунок содержат по существу горизонтальный центральный проход (88), соединяющий вертикальный канал и, по меньшей мере, одно из многочисленных выходных отверстий для газа, причем центральный проход имеет уменьшающуюся вертикальную площадь поперечного сечения в направлении поступления потока.

9. Решетчатая конструкция по п.7, в которой сужение (96) для регулирования перепада давления псевдоожижающего газа расположено в верхней части вертикального канала (94).

10. Решетчатая конструкция по п.1, в которой многочисленные линии (48, 82) форсунок выполнены из литого огнеупорного материала.

11. Способ удаления крупного материала из реактора с псевдоожиженным слоем, включающий этапы, на которых поддерживают псевдоожиженный слой из твердых частиц в реакционной камере реактора с псевдоожиженным слоем посредством инжектирования струй (54, 76) псевдоожижающего газа из воздушной коробки в нижней части реактора в реакционную камеру через решетчатую конструкцию, содержащую многочисленные линии (48, 82) форсунок, имеющие непрерывные структуры, обеспечивающие гладкие поверхности для распространения псевдоожижающего газа из воздушной коробки в реакционную камеру, для суспендирования псевдоожиженного слоя в реакционной камере, и удаляют крупный материал из нижней части реакционной камеры, где упомянутый этап удаления содержит перенос крупного материала по многочисленным канавкам (50, 78), образованным в решетчатой конструкции между многочисленными линиями форсунок, посредством объединенных газовых потоков (56), формируемых из газовых струй.

12. Способ по п.11, в котором дополнительно осуществляют по существу горизонтальное инжектирование газовых струй.

13. Способ по п.11, в котором дополнительно осуществляют инжектирование газовых струй под углом, составляющим от приблизительно двадцати градусов до приблизительно семидесяти градусов относительно нормали смежной канавки, для направления твердого материала по канавке к разгрузочному каналу.

14. Способ по п.11, в котором дополнительно осуществляют инжектирование газовых струй в виде пучков, причем каждый имеет ширину, которая, по меньшей мере, в четыре раза превышает его соответствующую высоту.

15. Способ по п.11, в котором линии форсунок содержат многочисленные выходные отверстия для газа, имеющие главное направление газового потока, в боковых поверхностях упомянутых линий форсунок, для направления струй псевдоожижающего газа к смежной канавке.

16. Способ по п.15, в котором линии форсунок содержат выходные отверстия для газа в двух противоположных боковых поверхностях линий форсунок и дополнительно содержат направления струй псевдоожижающего газа к двум смежным канавкам.

17. Способ по п.15, в котором главное направление газового потока многочисленных выходных отверстий для газа является по существу горизонтальным для формирования по существу горизонтальной газовой струи.

18. Способ по п.15, в котором используют, по меньшей мере, один разгрузочный канал для удаления крупного материала из реакционной камеры, в котором главное направление газового потока многочисленных выходных отверстий для газа образует угол с нормалью смежной канавки, чтобы направлять твердый материал по канавке к одному из, по меньшей мере, одного разгрузочного канала.

19. Способ по п.15, в котором используют многочисленные выходные отверстия для газа, имеющие горизонтальную ширину, по меньшей мере, в четыре раза превышающую их высоту, при этом полная горизонтальная ширина выходных отверстий для газа в боковой поверхности линии форсунок простирается, по меньшей мере, приблизительно на двадцать процентов от полного горизонтального размера боковой поверхности линии форсунок.

20. Способ по п.19, в котором полная горизонтальная ширина выходных отверстий для газа в боковой поверхности линии форсунок простирается, по меньшей мере, приблизительно на сорок процентов от полного горизонтального размера боковой поверхности линии форсунок.

21. Способ по п.15, в котором линии форсунок включают в себя многочисленные последовательные узлы форсунок, имеющие боковые поверхности и торцевые поверхности, в котором последовательные узлы форсунок находятся во взаимном контакте по их торцевым поверхностям для формирования одной из многочисленных линий форсунок.

22. Способ по п.21, в котором узлы форсунок включают в себя вертикальный канал, находящийся в связи по потоку с воздушной коробкой и, по меньшей мере, одним из многочисленных выходных отверстий для газа.

23. Способ по п.22, в котором узлы форсунок включают в себя по существу горизонтальный центральный проход, соединяющий вертикальный канал и, по меньшей мере, одно из многочисленных выходных отверстий для газа, причем этот центральный проход имеет уменьшающуюся вертикальную площадь поперечного сечения в направлении поступления потока.

24. Способ по п.22, в котором дополнительно располагают сужения, для регулирования перепада давления псевдоожижающего газа, в верхней части вертикального канала.

25. Способ по п.11, в котором многочисленные линии форсунок формируют из литого огнеупорного материала.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к решетчатой конструкции для реактора с псевдоожиженным слоем и к способу использования такой решетчатой конструкции для удаления крупного материала из нижней части реактора с псевдоожиженным слоем. Более конкретно, настоящее изобретение касается износостойкой решетчатой конструкции, оптимизированной для надежного и эффективного удаления крупного материала из реактора с псевдоожиженным слоем.

Реакторы с псевдоожиженным слоем содержат реакционную камеру, ограниченную вертикальными стенками, имеющую поддерживаемый там псевдоожиженный слой из твердых частиц, воздушную коробку в нижней части реактора под реакционной камерой и решетчатую конструкцию между реакционной камерой и воздушной коробкой для суспендирования псевдоожиженного слоя в реакционной камере. В решетчатой конструкции имеется обычное средство, типа форсунок, для распространения псевдоожижающего воздуха или другого газа в реакционную камеру из воздушной коробки.

Реакторы с псевдоожиженным слоем используют для различных процессов, типа сжигания или газификации твердого топлива, которые могут производить крупный остаточный материал, накапливающийся в нижней части реакционной камеры, то есть на решетке. Накопление крупного материала является проблемой, особенно когда в реакционной камере перерабатывается твердое топливо, богатое негорючим материалом, типа камней или чугунного лома, или когда процесс производит такой крупный материал, как, например, агломерации золы. Крупный материал, накапливающийся на решетке, должен быть удален прежде, чем он станет взаимодействовать с функционированием псевдоожиженного слоя с нанесением ущерба, например, препятствуя соответствующему распространению псевдоожижающего газа или технологического газа в реакционную камеру. Таким образом, в реакторах с псевдоожиженным слоем необходимо эффективное оборудование для соответствующего удаления крупного материала из нижней части реактора. Обычно для удаления твердых частиц (то есть крупного материала) из реактора в нижней части реакционной камеры выполняют по меньшей мере один разгрузочный канал.

Однако стандартный канал для выгрузки материала или несколько отводящих труб для материала, размещенных в нижней части реакционной камеры, часто являются не достаточными для эффективного удаления крупного материала, поскольку случайное движение, производимое псевдоожижающим воздухом, не способно перемещать тяжелые или имеющие неблагоприятную форму куски в горизонтальном направлении на большие расстояния. Также миграция материала по нижней части реакционной камеры особенно затруднена, когда нижняя часть имеет выступающие вверх воздушные форсунки или другие неоднородности, у которых крупный материал может застревать.

Попытка усовершенствовать удаление материала из нижней части псевдоожиженного слоя состоит в использовании направленных форсунок для псевдоожижающего воздуха, который, при продувании, направляет материал к разгрузочному отверстию или каналу, как раскрыто, например, в патенте США №5395596. Однако отдельные воздушные форсунки подвержены эрозионному изнашиванию, и крупный материал может вонзаться в форсунки.

Другое решение состоит в том, что нижняя часть реакционной камеры может быть ступенчатой или наклоненной вниз к выходному отверстию, посредством чего сила тяжести способствует перемещению материала в горизонтальном направлении. Такое решение было представлено, например, в патенте США №4372228. Однако с этими решениями может быть связана проблема абразионного истирания форсунок и областей поблизости от них, вызванного перемещающимся материалом и воздухом переноса, который подают с высокой скоростью. Также трудно гарантировать равномерную подачу сжатого воздуха по всей площади поверхности решетки из-за различных давлений слоя у разных форсунок, по меньшей мере когда нижняя часть имеет значительные перепады уровней.

В патенте США №4748916 раскрыта форсунка по существу с горизонтальной верхней частью и расположение таких форсунок, размещенных в нижней части камеры сгорания с псевдоожиженным слоем. Форсунки горизонтально направляют две расходящиеся воздушные струи от их передних концов к областям между смежными форсунками. В этом патенте решена задача обеспечения износостойкой форсунки, которая поставляет воздух таким образом, что крупный материал может перемещаться по нижней части слоя. Однако конструкция обеспечивает область сильно изменяющейся скорости потока в нижней части, и, таким образом, есть риск эрозионного изнашивания или накопления крупных частиц в областях низких скоростей.

Как можно понять из приведенного выше описания известного уровня техники, имеется необходимость создания новой решетчатой конструкции, с помощью которой крупная зола и другие негорючие вещества могут эффективно и надежно переноситься для удаления золы со всей площади поверхности нижней части реактора с псевдоожиженным слоем.

Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной решетчатой конструкции, в которой упомянутые выше недостатки снижены до минимума.

Конкретной задачей настоящего изобретения является создание износостойкой решетчатой конструкции с усовершенствованной выгрузкой крупного материала.

Другой задачей настоящего изобретения является создание решетчатой конструкции, в которой застревание материала у форсунок для псевдоожижающего воздуха снижено до минимума.

Для достижения этих и других задач настоящего изобретения предложены новые устройство и способ, как описано в прилагаемой формуле изобретения.

Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предложена решетчатая конструкция для реактора с псевдоожиженным слоем, где реактор содержит реакционную камеру, ограниченную по существу вертикальными стенками, в которых поддерживается псевдоожиженный слой из твердых частиц, и воздушную коробку под реакционной камерой в нижней части реактора, причем решетчатая конструкция расположена между реакционной камерой и воздушной коробкой, и содержащую по меньшей мере один разгрузочный канал для удаления крупного материала из реакционной камеры, многочисленные линии форсунок, имеющие непрерывные структуры, обеспечивающие гладкие поверхности, для распространения псевдоожижающего газа из воздушной коробки в реакционную камеру, для суспендирования псевдоожиженного слоя в реакционной камере, и непрерывные канавки между линиями форсунок, где каждая линия форсунок содержит многочисленные выходные отверстия для газа, имеющие главное направление газового потока, в боковой поверхности соответствующей линии форсунок, для направления струй псевдоожижающего газа к смежной канавке, а направление главного газового потока многочисленных выходных отверстий для газа формирует угол с нормалью смежной канавки, для направления твердого материала по канавке к одному из по меньшей мере одного разгрузочного канала.

Также, в соответствии с настоящим изобретением, предложен способ удаления крупного материала из реактора с псевдоожиженным слоем, в котором способ содержит этапы, на которых: (a) поддерживают псевдоожиженный слой из твердых частиц в реакционной камере реактора с псевдоожиженным слоем посредством инжектирования струй псевдоожижающего газа из воздушной коробки в нижней части реактора в реакционную камеру через решетчатую конструкцию, содержащую многочисленные линии форсунок, имеющие непрерывные структуры, обеспечивающие гладкие поверхности для распространения псевдоожижающего газа из воздушной коробки в реакционную камеру для суспендирования псевдоожиженного слоя в реакционной камере, и (b) удаляют крупный материал из нижней части реакционной камеры, в которой этап (b) содержит перенос крупного материала по многочисленным канавкам, образованным в решетчатой конструкции между многочисленными линиями форсунок, с помощью объединенных газовых потоков, формируемых из газовых струй.

Решетчатая конструкция согласно настоящему изобретению, содержащая линии форсунок и канавки между линиями форсунок, отличается от так называемой вентиляционной стержневой решетки тем, что в настоящем изобретении канавки в общем являются непроницаемыми для твердого вещества и, таким образом, крупный материал не падает между линиями форсунок к собирающей воронке под решеткой. Существенная функция решетки заключается в размещении средства для переноса крупного материала горизонтально по канавкам, например, к разгрузочному каналу. Линии форсунок и канавки представляют собой простые, непрерывные структуры, обеспечивающие гладкие поверхности и строго очерченное поле скоростей псевдоожижающего газа, для эффективного и надежного переноса крупного материала по решетке.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, многочисленные линии форсунок содержат многочисленные узлы форсунок, имеющие боковые поверхности и торцевые поверхности, в которых последовательные узлы форсунок находятся во взаимном контакте по их торцевым поверхностям, для формирования одной из многочисленных линий форсунок.

Предпочтительно, линии форсунок содержат выходные отверстия для газа в своих двух противоположных боковых поверхностях для направления струй псевдоожижающего газа к двум смежным канавкам. Направление потока выходных отверстий для газа может быть по существу горизонтальным для формирования по существу горизонтальной газовой струи. При использовании горизонтальных газовых струй эффективность перемещения материала вдоль нижней части реакционной камеры увеличивается до максимума. Однако с некоторыми материалами может быть благоприятно иметь направление газового потока, наклоненное слегка вниз, например, под углом примерно от пяти до десяти градусов, для снижения до минимума риска обратного смещения материала в воздушную коробку или внутрь узлов форсунок.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, решетчатая конструкция содержит один или больше разгрузочных каналов для удаления крупного материала из реакционной камеры, а направление потока выходных отверстий для газа формирует угол с нормалью смежной канавки для направления твердого материала по канавке к разгрузочному каналу. Предпочтительно, решетчатые конструкции состоят из нескольких областей решеток, содержащих параллельные линии форсунок и канавки, таким образом имея определенное направление потока материала. Области решеток устроены так, чтобы крупный материал в конечном счете собирался со всей области решеток к разгрузочным каналам.

Проходы выходных отверстий для газа в форсунках могут иметь круглое поперечное сечение. Однако для получения очень равномерного распространения воздуха в канавках выходные отверстия для газа предпочтительно являются по существу горизонтальными, то есть их горизонтальная ширина намного больше их соответствующей высоты. Ширина выходных отверстий для газа предпочтительно превышает их соответствующую высоту по меньшей мере в четыре раза для инжектирования газовых струй в виде пучков, причем каждый имеет ширину, по меньшей мере в четыре раза превышающую его соответствующую высоту. Альтернативно, выходные отверстия для газа могут содержать несколько более мелких отверстий, расположенных в ряд. Ширина выходных отверстий для газа может охватывать существенную часть боковых поверхностей узлов форсунок. Полная горизонтальная ширина выходных отверстий для газа в боковой поверхности линии форсунок простирается предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 20%, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 40% от полного горизонтального размера боковой поверхности соответствующей линии форсунок.

Для подачи газа к выходным отверстиям для газа узлы форсунок могут содержать вертикальный канал в связи по потоку с воздушной коробкой и выходными отверстиями для газа. Отверстия или проходы выходных отверстий для газа могут быть непосредственно соединены с вертикальным каналом. Однако, особенно при использовании уплощенных выходных отверстий для газа, узлы форсунок предпочтительно содержат по существу горизонтальный центральный проход, соединяющий вертикальный канал и выходные отверстия для газа. Центральный проход может иметь вертикальную площадь поперечного сечения, уменьшающуюся в направлении поступлений так, чтобы обеспечивать равномерную скорость потока в уплощенных выходных отверстиях для газа.

Равномерная скорость потока очень важна, поскольку иначе в некоторых частях выходных отверстий могут образовываться обратные потоки к узлу форсунки. Обратный поток может собирать материал внутри форсунок и вызывать быстрое эрозионное изнашивание форсунок. Неравномерная скорость потока также может повлечь за собой нежелательно высокую скорость потока в некоторой части газовой струи, которая увеличивает риск эрозионного изнашивания по причине столкновения со смежной поверхностью, например боковой поверхностью форсунки на противоположной стороне смежной канавки.

Поле скоростей потока, обеспечиваемое форсунками, сильно воздействует на эффективность переноса крупного материала по нижней части реактора. Используя настоящее изобретение, можно обеспечить строго очерченное поле скоростей потока. При оптимизации количества, размеров и форм выходных отверстий для газа газовый поток в канавках является хорошо направленным по канавке и имеет относительно постоянную скорость, например, 30-50 м/с. Непосредственно над канавками и линиями форсунок, газовый поток все еще является достаточно хорошим и имеет скорость, составляющую, например, 10-30 м/с. Значительно выше нижней части реактора главное направление газового потока является восходящим, а скорость - на уровне поверхностной скорости псевдоожижения, например, 2-8 м/с.

Скорости потока, необходимые в конкретном применении, зависят от материалов и конструкции реактора, используемой в применении. С помощью настоящей решетчатой конструкции крупные твердые материалы эффективно переносятся по нижней части реактора без очень высоких скоростей газового потока в выходных отверстиях форсунок. Таким образом, риск эрозионного изнашивания решетки снижен до минимума. С настоящей конструкцией скорости потока можно легко оптимизировать посредством изменения размеров выходных отверстий для газа форсунок или давления воздушной коробки.

Выходными отверстиями для газа могут быть простые отверстия или проходы, имеющие достаточную осевую длину и боковые стенки, которые определяют направление потока выходного отверстия. Однако, с некоторыми конструкциями узлов форсунок согласно настоящему изобретению, внутри каналов выходных отверстий для газа благоприятно иметь направляющие элементы, для улучшения направленности газовых струй. Такие направляющие элементы можно применять, когда, например, используются очень широкие горизонтальные выходные отверстия для газа, охватывающие большую часть боковых поверхностей линий форсунок, чтобы равномерно распределять газ по всем канавкам.

Форсунки для псевдоожижающего газа должны иметь достаточный перепад давления для обеспечения равномерного и стабильного псевдоожижения в реакционной камере. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, основной перепад давления форсунок обеспечивают посредством управляющей пластины, расположенной в верхней части вертикальной воздушной трубки, предпочтительно у верхнего края трубки. Предпочтительно, управляющая пластина имеет отверстие, размер которого можно регулировать, чтобы получить требуемый перепад давления. При использовании воздушных форсунок в наклонной нижней части перепады давления должны быть различными для форсунок на разных вертикальных уровнях нижней части, чтобы обеспечивать равномерную скорость газового потока по форсункам. С помощью управляющей пластины перепад давления форсунок на высоких вертикальных уровнях нижней части можно легко отрегулировать так, чтобы он был выше, чем перепад давления форсунок в нижних вертикальных уровнях.

В качестве альтернативы управляющей пластине в верхней части вертикальных воздушных трубок перепад давления форсунок также можно регулировать в некоторых других областях конструкции. Перепад давления можно регулировать посредством сужения в нижней части вертикального воздушного канала, в центральном проходе или в выходных отверстиях форсунок. Однако сужение в нижней части воздушного канала увеличивает риск обратного смещения, а сужение в центральном проходе или в выходных отверстиях может препятствовать равномерному распространению газового потока.

Узлы форсунок предпочтительно изготовлены посредством литья. Их можно изготавливать либо из литого металла, либо из литого огнеупорного материала. Когда узлы форсунок изготовлены из литого огнеупорного материала, а канавки покрыты огнеупорным материалом, образуется чрезвычайно износостойкая решетчатая конструкция. Однако, поскольку форсунки решетки обычно используют в очень жестких условиях, после прохождения некоторого срока службы они должны быть заменены новыми форсунками. Таким образом, легкая замена является существенной особенностью форсунок решетки. Из-за удобной общей формы настоящих форсунок они могут быть установлены многими способами. Одна возможность заключается в прикреплении форсунок непосредственно к вертикальному воздушному каналу штифтом через форсунки. Другая возможность заключается в установке форсунок посредством выступов на боковых сторонах форсунок. Когда установка выполнена, форсунки благоприятно погружены в огнеупорный материал, закрывающий средство крепления и простирающийся до уровня нижнего края выходных отверстий.

Приведенное выше краткое описание, а также дополнительные задачи, особенности и преимущества настоящего изобретения станут более полно понятны в отношении последующего подробного описания в настоящее время предпочтительных, но тем не менее иллюстративных вариантов осуществления согласно настоящему изобретению, приведенного в связи с прилагаемыми чертежами.

Фиг.1 представляет схематический вид в разрезе реактора с псевдоожиженным слоем с решетчатой конструкцией в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 представляет схематический вид части решетчатой конструкции в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3a представляет схематический вид в горизонтальном разрезе узлов форсунок согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3b представляет схематический вид сбоку, частично в разрезе, узла форсунки согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3c представляет схематический вид в вертикальном разрезе узла форсунки согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3d представляет другой схематический вид в вертикальном разрезе узла форсунки согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4a представляет схематический вид в горизонтальном разрезе узла форсунки согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4b представляет схематический вид сбоку узла форсунки согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5a представляет схематический вид в горизонтальном разрезе узла форсунки согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5b представляет схематический вид сбоку узла форсунки согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5c представляет схематический вид в вертикальном разрезе узла форсунки согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.1 изображен, в вертикальном разрезе, реактор 10 с псевдоожиженным слоем с реакционной камерой 12, ограниченной вертикальными стенками 14, в которой поддерживается псевдоожиженный слой 16 из твердых частиц. В нижней части реактора 10, под реакционной камерой 12, находится воздушная коробка 18. Между реакционной камерой 12 и воздушной коробкой 18 установлена решетка 20 для суспендирования псевдоожиженного слоя 16 в реакционной камере. Слой 16 поддерживается в псевдоожиженном состоянии посредством введения псевдоожижающего газа через входное средство 22 для псевдоожижающего газа в воздушную коробку 18, откуда газ инжектируется в реакционную камеру 12 через линии 24 форсунок, расположенные в решетке 20.

На фиг.1 изображен быстрый реактор с псевдоожиженным слоем, в котором скорость псевдоожижающего газа в реакционной камере 12 является настолько высокой, что твердые частицы, типа твердого топлива, возможно абсорбирующих веществ и инертного материала слоя, увлекаются псевдоожижающим газом к верхней части реакционной камеры 12 и через выходное отверстие 26 к циклону 28. В циклоне 28 большая часть твердых частиц, захватываемых отработавшими газами, отделяется от отработавших газов. Таким образом, очищенные отработавшие газы выпускаются через спускное отверстие 30 для газа, а отделенные твердые частицы возвращаются в реакционную камеру 12 по обратному каналу 32. Альтернативно, реактор 10 также может иметь некоторый другой тип реактора с псевдоожиженным слоем, например медленный реактор с псевдоожиженным слоем.

Процессы, происходящие в реакционной камере 12, такие как сжигание или газификация твердого топлива, обычно производят тонкий остаточный материал, типа золы или превращенного в уголь вещества, который образуется благодаря псевдоожижающему газу, находящемуся в постоянном интенсивном движении, и может быть удален из реакционной камеры 12 через разгрузочный канал 34. Однако процессы в реакционной камере 12 также могут производить крупный твердый материал типа агломераций золы, которые опускаются в нижнюю часть камеры 12 и смещаются к выходному отверстию 34 только с помощью специальных мер. Твердые материалы, вводимые в реакционную камеру 12 через впускное средство 36, также могут включать в себя крупные твердые частицы, типа камней или чугунного лома, которые должны быть удалены из нижней части реакционной камеры 12. Для ускорения перемещения крупного материала по нижней части реакционной камеры 12 решетка 20 может быть наклонена к разгрузочному каналу 34, как показано на фиг.1. Однако настоящая конструкция решетки 20 обеспечивает новое эффективное устройство и способ переноса крупного материала к разгрузочному каналу 34, как более подробно показано на фиг.2.

На фиг.2 изображена часть решетчатой конструкции 40 в соответствии с настоящим изобретением. Решетчатая конструкция 40 содержит узлы 42 форсунок, имеющие торцевые поверхности 44 и боковые поверхности 46. Узлы 42 форсунок формируют непрерывные линии 48, 48' форсунок, находящиеся во взаимном контакте своими торцевыми поверхностями 44. Линии 48, 48' форсунок предпочтительно являются простыми сплошными линиями без выступов или перерывов, которые могли бы привести к неравномерным и неустойчивым структурам потока псевдоожижающего воздуха. Такие неравномерные или неустойчивые структуры потока могут препятствовать протеканию твердого материала по решетке и могут увеличивать риск эрозионного изнашивания решетчатой конструкции 40. Канавку 50, то есть гладкую линейную часть решетки 40 на уровне ниже вершин линий 48, 48' форсунок, формируют между каждой парой смежных параллельных линий 48, 48' форсунок.

Боковые поверхности 46 узлов 42 форсунок содержат выходные отверстия 52 для газа, через которые струи 54 псевдоожижающего газа инжектируются к смежным канавкам 50, 50'. Выходные отверстия 52 для газа предпочтительно формируют так, чтобы они направляли газовые струи 54 под углом, например, от приблизительно 20° до приблизительно 70°, относительно нормали смежной канавки 50, 50'. Таким образом, газовые струи 54 формируют в каждой канавке 50, 50' объединенный газовый поток 56, который эффективно перемещает крупный твердый материал по канавке 50, 50' к разгрузочному отверстию 58 для твердого материала.

Объединенные газовые потоки 56 могут сопровождать твердый материал прямо к разгрузочному отверстию 58 или к области 60 собирания, где материал, собранный из нескольких канавок 50, 50', переносится к разгрузочному отверстию 58, например, эффективным газовым потоком 62. Такой эффективный газовый поток можно обеспечить, например, посредством специальных выходных отверстий 64 для газа в торцевых поверхностях 44' узлов 42 форсунок, примыкающих к области 60 собирания. Нижняя часть области 60 собирания может наклоняться к разгрузочному отверстию 58. Область 60 собирания также может содержать линии 66 форсунок, перпендикулярные первым линиям 48 форсунок.

Как должно быть очевидно специалисту в данной области техники, существует много альтернативных способов выполнения нижней решетки из многочисленных участков решетки, каждый из которых содержит параллельные линии форсунок и канавок, и областей собирания, таким образом, чтобы эффективно переносить крупный твердый материал к выходным отверстиям со всей площади нижней части реактора с псевдоожиженным слоем. Расположение выходных отверстий в линиях и узлах форсунок может зависеть от их положения в решетке. Например, линии форсунок на краю решетки, типа линии 48'' форсунок, показанной на фиг.2, могут содержать выходные отверстия 52 для газа только на одной боковой поверхности 46.

На фиг.3a, 3b, 3c и 3d изображен первый предпочтительный вариант осуществления узла 70 форсунки для использования в решетчатой конструкции 40 в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.3a показан вид в горизонтальном разрезе узла 70 форсунки, с двумя выходными отверстиями 72 и 72' для газа в боковых поверхностях 74 и 74' узла форсунки, соответственно. Струи 76, 76' псевдоожиженного газа инжектируются через выходные отверстия 72, 72' для газа в смежные канавки 78, 78'.

Узел 70 форсунки соединен своими торцевыми поверхностями 80 и 80' с подобными смежными узлами 70' и 70'' форсунок. Узлы 70, 70', 70'' форсунок формируют часть линии 82 форсунок с гладкими объединенными боковыми поверхностями. В канавке 78 газовые струи 76 и 76'' от узлов 70 и 70''' форсунок, расположенных с противоположных сторон от канавки 78, сливаются как объединенный газовый поток 84, который эффективно переносит крупный материал по канавке 78. В то же время, например, струя 76'' и материал в канавке 78 предохраняет узел 70''' форсунки от эрозионного изнашивания, которое иначе вызывалось бы высокоскоростной газовой струей 76 из узла 70 форсунки.

Около торцевой поверхности 80' узла 70 форсунки находится вертикальное входное отверстие 86 для проведения газа из воздушной коробки, расположенной ниже решетчатой конструкции 40, к узлу 70 форсунки. Вертикальное входное отверстие 86 связано с выходными отверстиями 72 для газа горизонтальным центральным проходом 88. Вертикальное входное отверстие 86 и центральный проход 88 также показаны на фиг.3b, которая является видом сбоку, частично в разрезе, форсунки 70. На фиг.3b показано, что выходные отверстия 72 для газа имеют предпочтительно уплощенное вертикальное сечение, то есть их индивидуальная ширина намного больше, чем их индивидуальная высота.

На фиг.3b также изображено, что центральный проход 88 сужается в направлении газового потока, чтобы поддерживать постоянную скорость потока и распределять газ настолько равномерно, насколько возможно по всем широким выходным отверстиям 72. Равномерное распространение газа в выходном отверстии 72 является очень важным для предотвращения разрушения идеальной структуры газового потока в выходных отверстиях 72 для газа и в смежной канавке 78. Неравномерный газовый поток может также вызывать обратные потоки и повышенное эрозионное изнашивание из-за материала, собирающегося внутри форсунки.

На фиг.3b также изображено, на виде сбоку, как узел 70 форсунки своими торцевыми поверхностями 80, 80' соединен со смежными узлами 70', 70'' форсунок. Верхние поверхности 90 взаимосвязанных узлов 70, 70' и 70'' форсунок формируют гладкую верхнюю сторону без выступов или перерывов, в которых могли бы застревать крупные частицы в нижней части реакционной камеры.

На фиг.3c и 3d изображены виды в вертикальном разрезе по линиям A-A и B-B фиг.3b, соответственно. Эти виды в разрезе представляют предпочтительную, но все еще примерную форму узла 70 форсунки. В индивидуальных вариантах осуществления настоящего изобретения вид в вертикальном разрезе узла 70 форсунки может отличиться по многим аспектам от показанного на фиг.3c и 3d. В соответствии с фиг.3c нижние части центрального прохода 88 и выходных отверстий 72, 72' для газа являются уплощенными. С некоторыми типами твердых материалов в псевдоожиженном слое может быть целесообразно иметь выходные отверстия 72, 72' для газа, наклоненные немного вниз в направлении газового потока. Угол наклона, который может составлять от приблизительно 10° до приблизительно 20°, может дополнительно снизить до минимума риск обратного смещения материала внутрь узла 70 форсунки. На фиг.3c и 3d изображено, что боковые поверхности 74, 74' узла 70 форсунки вертикальные. С некоторыми материалами слоя может быть целесообразно наклонять верхние части боковых поверхностей на некоторую величину, например примерно на 10°, наружу, чтобы дополнительно предотвращать обратное смещение внутрь форсунки 70. На фиг.3c и 3d изображена плоская верхняя поверхность 90. В некоторых применениях может быть целесообразно иметь отличающуюся верхнюю поверхность 90. Она может быть, например, клиновидной, или ее внешние края 92 могут быть закруглены.

На фиг.3d изображен вид в вертикальном разрезе входной части узла 70 форсунки и вертикального канала 94, расположенного в вертикальном отверстии 86 узла 70 форсунки. Псевдоожижающий газ проводится из воздушной коробки под решетчатой конструкцией к узлу 70 форсунки по каналу 94. Пластина 96 с отверстием 98 расположена на верхнем краю канала 94. Пластина 96 обеспечивает сужение, которое используется для регулирования перепада давления узла форсунки до соответствующего уровня. Когда решетчатая конструкция наклонена к разгрузочному каналу, узлы форсунок находятся на различных вертикальных уровнях и под различными средними давлениями слоя. Таким образом, для них требуются разные перепады давления для поддерживания стабильного псевдоожижения твердого материала на всех участках псевдоожиженного слоя. С помощью отверстий 98 пластин 96 легко регулировать перепады давления отдельных форсунок по требованию.

На фиг.4a и 4b показан другой предпочтительный узел 110 форсунки, который можно использовать в решетчатой конструкции в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.4a изображен вид в горизонтальном разрезе, а на фиг.4b - вид сбоку одного и того же узла 110 форсунки, который отличается от показанного на фиг.3a-3d тем, что узел 110 форсунки содержит два вертикальных отверстия 112, 112a, каждое из которых инжектирует псевдоожижающий газ в смежные канавки через выходные отверстия 114, 114' и 114a, 114a' для газа, соответственно. Для улучшения направленности газовых струй из выходных отверстий 114, 114', 114a, 114a' каждое из выходных отверстий для газа разделено разделительным устройством 116 на две части. Когда выходные отверстия 114 для газа очень широкие, они могут быть разделены двумя или даже больше чем двумя разделительными устройствами 116.

На фиг.5a, 5b и 5c изображен третий предпочтительный вариант осуществления узла 120 форсунки, который можно использовать в решетчатой конструкции в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.5a изображен вид в горизонтальном разрезе, на фиг.5b - вид сбоку, а на фиг.5c - вид в вертикальном разрезе, взятый по одному из выходных отверстий 122 для газа на фиг.5a, одного и того же узла 120 форсунки. Узел 120 форсунки отличается от предыдущих узлов тем, что выходные отверстия 122 для газа являются не плоскими, а имеют круглое поперечное сечение. При наличии многочисленных круглых выходных отверстий для газа в смежных канавках можно обеспечить относительно однородный объединенный газовый поток. На фиг.5c изображен вид в вертикальном разрезе примера узла 120 форсунки, имеющего клинообразную верхнюю поверхность 124, наклонные боковые поверхности 126 и выходные проходы 122 для газа.

Естественно, также имеются другие альтернативы для конструирования узла форсунки для решетчатой конструкции согласно настоящему изобретению. Одна возможность состоит в формировании горизонтального центрального прохода, подсоединенного к вертикальному входному проходу, как показано на фиг.3a, причем этот центральный проход соединен с несколькими круглыми выходными проходами, как показано на фиг.5a.

Хотя изобретение описано здесь посредством примеров в связи с тем, что в настоящее время рассматривается как его наиболее предпочтительные варианты осуществления, должно быть понято, что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, а предполагается, что оно охватывает различные комбинации или видоизменения его отличительных признаков и некоторых других применений, включенных в объем изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.