интегральное устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое

Формула изобретения

1. Устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, предназначенное для охлаждения нижних твердых частиц шлака в псевдоожиженном слое из топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя, содержащее, по меньшей мере, две секции псевдоожиженного слоя, позиционируемые последовательно вдоль пути движения твердых частиц, причем каждая секция содержит псевдоожижающее средство, первая секция вдоль пути движения твердых частиц отделена от следующей секции границей, первая секция содержит средство для измерения температуры слоя в окрестности псевдоожижающего средства и на большей высоте в псевдоожиженном слое, и средства для удаления чрезмерно крупного материала слоя из первой секции.

2. Устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое по п.1, в котором граница образована стенкой, которая имеет верхний край, расположенный над псевдоожижающим средством первой секции.

3. Устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое по п.1, в котором граница образована путем позиционирования псевдоожижающего средства в первой секции на меньшей высоте, чем высота псевдоожижающего средства в следующей секции.

4. Устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое по п.1, в котором первая секция содержит по существу не поглощающую тепло поверхность, погруженную в псевдоожиженный слой.

5. Устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое по п.1, содержащее средство для понижения температуры слоя секции, если указанная температура превышает предварительно заданное значение.

6. Устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое по п.5, в котором средство для понижения температуры слоя содержат средство для распыления воды в псевдоожиженном слое.

7. Устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое по п.1, содержащее средство для поддержания постоянной скорости псевдоожижающей среды в каждой секции.

8. Устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое по п.7, в котором средство для поддержания постоянной скорости содержит средство для автоматического регулирования удельного массового расхода псевдоожижающей среды для данной секции, основываясь на температуре слоя в этой секции.

9. Устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое по п.1, содержащее средство для охлаждения чрезмерно крупного материала шлака, выпускаемого из первой секции, путем распыления воды в чрезмерно крупном нижнем материале шлака.

10. Устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое по п.1, содержащее средство для поддержания меньшей скорости псевдоожижения в первой секции относительно скорости псевдоожижения в следующих секциях.

11. Комбинация топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя и устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, предназначенного для охлаждения нижних частиц шлака из топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя, причем топочная камера с циркуляцией псевдоожиженного слоя и устройство для охлаждения шлака совместно используют общую друг с другом стенку, при этом устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое содержит, по меньшей мере, две секции псевдоожиженного слоя, позиционируемые последовательно вдоль пути движения твердых частиц, причем каждая секция содержит псевдоожижающее средство, первая секция вдоль пути движения твердых частиц отделена от следующей секции границей, причем первая секция содержит средство для измерения температуры твердых частиц в окрестности псевдоожижающего средства и на большей высоте в псевдоожиженном слое, и средства для удаления чрезмерно крупного материала слоя из первой секции.

12. Комбинация по п.11, в которой стенки оболочки устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое и топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя получены из мембранных трубных стеновых панелей.

13. Комбинация по п.12, в которой охлаждающая среда циркулирует через стенки оболочки топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя и устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, и в которой поток охлаждающей среды через общую стенку предпочтительно является восходящим потоком, а поток охлаждающей среды через остальные стенки оболочки устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое является предпочтительно нисходящим потоком.

14. Комбинация по п.13, в которой охлаждающей средой является, по меньшей мере, вода или смесь воды и водяного пара.

15. Комбинация по п.11, в которой общая стенка предусмотрена с двумя отверстиями, причем верхнее отверстие предназначено для выпуска горячей псевдоожижающей среды из устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое в топочную камеру с циркуляцией псевдоожиженного слоя, а нижнее отверстие предназначено для транспортировки нижних твердых частиц шлака из топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя в устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ НАСТОЯЩЕЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится, в общем, к устройствам для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, а более конкретно - к интегральному устройству для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, которое облегчает удаление шлака при минимизации возможности забивания шлака в течение технологического процесса.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройства для охлаждения нижнего шлака (зольного остатка) в псевдоожиженном слое находят широкое применение в технологии сжигания в псевдоожиженном слое. Нижний шлак, удаляемый из камер сгорания в псевдоожиженном слое, содержит значительное количество тепла. Удаление тепла из нижнего шлака уменьшает температуру шлака, облегчая в соответствии с этим его транспортировку и утилизацию. Удаление тепла из шлака также является желательным для увеличения общего теплового коэффициента полезного действия установки для сжигания в псевдоожиженном слое. Псевдоожижение шлака в устройстве для охлаждения шлака резко увеличивает теплопередачу между шлаком и охлаждающей средой, что позволяет уменьшить размер устройства для охлаждения шлака.

Существующие в настоящее время устройства для охлаждения нижнего шлака в псевдоожиженном слое, предназначенные для использования в котлоагрегатах с циркуляцией псевдоожиженного слоя (СРВ), показаны на фиг.1, 2, 3 и 4 и иллюстрируют типовое устройство 10 для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, которое предусмотрено в футерованной камере или кожухе и поддерживается конструкционной сталью котлоагрегата. Как иллюстрируется на фиг.3 и фиг.4, в некоторых обстоятельствах, устройство 10 для охлаждения шлака предусмотрено в кожухе с жидкостным охлаждением (как правило, охлаждаемым водой и/или водяным паром), образованным из цельносварных стеновых топочных панелей из труб. В обоих типах конструкций устройства 10 для охлаждения шлака устройство 10 для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое еще является конструкцией, отделенной от топочной камеры 20 с циркуляцией псевдоожиженного слоя и отдельно поддерживаемой конструкционной сталью котлоагрегата. Как показано на фиг.1-4, шлак для охлаждения передается из топочной камеры 20 с циркуляцией псевдоожиженного слоя к устройству 10 для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое через посредство пневматического канала 30, соединенного между топочной камерой 20 с циркуляцией псевдоожиженного слоя и нижней частью устройства 10 для охлаждения шлака. Шлак псевдоожижается в устройстве 10 для охлаждения шлака, как правило, воздухом псевдоожижения, подаваемым через дно в кожухе, окружающем устройство 10 для охлаждения шлака, будь он футерованный или водо-охлаждаемый. Охлаждение шлака в устройстве 10 для охлаждения шлака имеет место посредством теплообмена между (относительно) холодным воздухом, подаваемым для псевдоожижения, и горячим шлаком. После этого нагретый воздух транспортируется назад в топочную камеру 20 с циркуляцией псевдоожиженного слоя через посредство канала 40, соединенного с верхней частью устройства 10 для охлаждения шлака. Охлажденный шлак выгружается через посредство дренажной трубы (не показана) на дно устройства 10 для охлаждения шлака. Устройство 10 для охлаждения шлака может включать в себя теплопоглощающую поверхность, как правило, водоохлаждаемых пучков 50 труб, размещенных в псевдоожиженном слое шлака, образованном в устройстве 10 для охлаждения шлака. В этом случае основная часть тепла от нагретого нижнего шлака, передаваемая из топочной камеры 20 с циркуляцией псевдоожиженного слоя в устройство 10 для охлаждения шлака, будет поглощаться охлаждающей водой, циркулируемой через водоохлаждаемые пучки 50 труб с помощью воздуха, подаваемого в устройство 10 для охлаждения шлака, играющего главным образом роль среды псевдоожижения.

Хотя существующие устройства для охлаждения шлака обеспечивают необходимое охлаждение шлака и увеличение коэффициента полезного действия котлоагрегата благодаря возвращению тепла, поглощаемого из шлака, назад в систему котлоагрегата, существующие устройства для охлаждения шлака имеют несколько недостатков, включающих в себя сложную опорную конструкцию, необходимость высокотемпературных компенсаторов для компенсации разностей теплового расширения между устройством для охлаждения шлака и топочной камерой, и сложность передачи твердых частиц из топочной камеры в устройство для охлаждения шлака.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение устраняет такие недостатки и обеспечивает другие преимущества, одновременно позволяя уменьшение в размере, массе и стоимости устройства для охлаждения шлака.

В соответствии с этим одним аспектом настоящего изобретения является получение устройства для охлаждения нижних твердых частиц шлака в псевдоожиженном слое из топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя. Устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое содержит, по меньшей мере, две секции псевдоожиженного слоя, позиционируемые последовательно вдоль пути движения твердых частиц, причем каждая секция содержит псевдоожижающее средство. Первая секция вдоль пути движения твердых частиц отделена от следующей секции границей, причем первая секция содержит средство для измерения температуры слоя в окрестности псевдоожижающего средства и на большей высоте в псевдоожиженном слое. Средства также предусмотрены для удаления чрезмерно крупного материала слоя из первой секции.

Другим аспектом настоящего изобретения является комбинация топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя, имеющей стенки оболочки, и устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое для охлаждения нижних частиц шлака из топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя, причем топочная камера с циркуляцией псевдоожиженного слоя и устройство для охлаждения шлака совместно используют общую друг с другом стенку. В этой комбинации устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое содержит, по меньшей мере, две секции псевдоожиженного слоя, позиционируемые последовательно вдоль пути движения твердых частиц, причем каждая секция содержит псевдоожижающее средство. Первая секция вдоль пути движения твердых частиц отделена от следующей секции границей, причем первая секция содержит средство для измерения температуры твердых частиц в окрестности псевдоожижающего средства и на большей высоте в псевдоожиженном слое. Предусмотрены средства для удаления чрезмерно крупного материала слоя из первой секции.

В еще одном аспекте настоящего изобретения обеспечивается получение интегрального устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, которое имеет простую и жесткую конструкцию и является экономичным в изготовлении.

Различные элементы новизны, которые характеризуют настоящее изобретение, описаны в формуле изобретения, являющейся составной частью этого описания. Для обеспечения более хорошего понимания настоящего изобретения и функциональных преимуществ, получаемых благодаря его использованию, в дальнейшем описании делаются ссылки на сопроводительные чертежи, образующие часть этого описания, на которых иллюстрируется предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В сопроводительных чертежах, образующих часть этого описания, подобными ссылочными номерами указаны подобные или соответствующие детали, где

Фиг.1 - схематическое поперечное сечение вида сбоку известного устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, имеющего футерованную стеновую оболочку;

Фиг.2 - разрез вида спереди устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, иллюстрируемого на фиг.1, сделанный в направлении стрелок 2-2, показанных на фиг.1;

Фиг.3 - схематическое сечение вида сбоку другого известного устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, имеющего мембранную стеновую оболочку с жидкостным охлаждением;

Фиг.4 - разрез вида спереди устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, иллюстрируемого на фиг.3, сделанный в направлении стрелок 4-4, показанных на фиг.3.

Фиг.5 - схематическое сечение вида сбоку интегрального устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, соответствующего настоящему изобретению, расположенного смежно оболочке топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя;

Фиг.6 - сечение вида сбоку интегрального устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, соответствующего настоящему изобретению, сделанное по направлению стрелок 6-6, показанных на фиг.7;

Фиг.7 - сечение вида сверху интегрального устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, соответствующего настоящему изобретению, сделанное по направлению стрелок 7-7, показанных на фиг.6;

Фиг.8 - увеличенное изображение обведенной кружочком части, указанной на фиг.6 ссылочным номером 8, иллюстрирующее верхнее соединение интегрального устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, иллюстрируемого на фиг.6, с передней стенкой оболочки топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя;

Фиг.9 - увеличенное сечение разновидности первого варианта осуществления интегрального устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, иллюстрируемого на фиг.6, в котором, по меньшей мере, некоторые из пучков труб, погруженных в псевдоожиженный слой, содержащийся в интегральном устройстве для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, включены в состав циркуляционных контуров котлоагрегата с циркуляцией псевдоожиженного слоя; а

Фиг.10 - сечение вида сверху второго варианта осуществления интегрального устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, соответствующего настоящему изобретению.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

На приведенных ссылочных чертежах, в которых, в общем, подобными ссылочными номерами указаны подобные или функционально подобные элементы, и, в частности, на фиг.5-9, иллюстрируется первый вариант осуществления интегрального устройства для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, соответствующего настоящему изобретению, в общем, указанный ссылочным номером 100.

Как иллюстрируется на фиг.5 и фиг.6, интегральное устройство 100 для охлаждения в псевдоожиженном слое, в общем, предусмотрено как интегральная часть топочной камеры 110 с циркуляцией псевдоожиженного слоя, имеющей стенки 120 топочной камеры. Как показано на фиг.6, устройство 100 для охлаждения шлака предпочтительно образовано из мембранных трубных стеновых панелей 130, одна из которых является частью одной из стенок 120 топочной камеры. Хотя вероятнее всего, что такая мембранная стеновая конструкция будет использована как для топочной камеры 110 псевдоожиженного слоя, так и для устройства 100 для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое, представляется возможным, что, как для устройства 100 для охлаждения шлака, так и для топочной камеры 110 псевдоожиженного слоя, может быть использована неохлаждаемая оболочковая стеновая конструкция. Принципы настоящего изобретения также применимы к таким конструкциям.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения все стенки 120 топочной камеры и мембранные трубные стеновые панели 130 включены в циркуляционные контуры топочной камеры 110. Имеется, по меньшей мере, два отверстия в стенке 120 топочной камеры, которая является общей стенкой, совместно используемой устройством 100 для охлаждения шлака. Нижнее впускное отверстие 150 обеспечивает средство для транспортировки или передачи горячего шлака из топочной камеры 110 с циркуляцией псевдоожиженного слоя в устройство 100 для охлаждения шлака. Верхнее выпускное отверстие 160 обеспечивает средство для транспортировки нагретого воздуха (или другого псевдоожижающего или охлаждающего средства) из устройства 100 для охлаждения шлака назад в топочную камеру 110 с циркуляцией псевдоожиженного слоя. Псевдоожижающую среду подают к устройству 100 для охлаждения шлака из воздушной коробки 170 через псевдоожижающее средство, например, через колпачки 180 барботажной ректификационной колонны. Колпачки 180 барботажной ректификационной колонны обеспечивают средства для псевдоожижения твердых частиц и "положение" псевдоожижающих средств по существу устанавливается местоположением выходных отверстий в колпачках барботажной ректификационной колонны, которые подают псевдоожижающее средство в слой твердых частиц.

В соответствии с настоящим изобретением охлаждающее средство циркулирует через стенки 120 оболочки топочной камеры 110 с циркуляцией псевдоожиженного слоя и устройства 100 для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое. Поток охлаждающего средства через общую стенку преимущественно проходит вверх, а в одном варианте осуществления поток охлаждающего средства через остальные стенки 130 оболочки устройства 100 для охлаждения в псевдоожиженном слое преимущественно проходит вниз. Охлаждающее средство предпочтительно является, по меньшей мере, водой или смесью воды и водяного пара. Как описано выше, общая стенка предусмотрена с двумя отверстиями, верхним отверстием 160 для выпуска горячего псевдоожижающего средства из устройства 100 для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое в топочную камеру 110 с циркуляцией псевдоожиженного слоя и нижнее отверстие 150 для транспортировки нижних твердых частиц шлака из топочной камеры 110 с циркуляцией псевдоожиженного слоя в устройство 160 для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое.

Как показано на фиг.7, дефлекторы 190, погруженные в псевдоожиженный слой 200 шлака, побуждают псевдоожиженные частицы шлака следовать извилистым путем из нижнего впускного отверстия 150 к выпускному отверстию 210. Это помогает гарантировать адекватное время выдержки для охлаждения всех частиц шлака, обеспечиваемых в устройстве 100 для охлаждения шлака. Скорость выгрузки нижнего шлака из отверстия 210 регулируется подающим механизмом (указанным на фиг.10 ссылочным номером 215), например шнековым механизмом, который, в общем, работает непрерывно, как необходимо для удаления нижнего шлака из топочной камеры 110. При необходимости, воздушная коробка 170 (не показанная на фиг.7) может быть разделена перегородками для обеспечения средства для отдельного регулирования потока псевдоожижающей среды в разных секциях псевдоожиженного слоя 200 частиц шлака, когда эти секции могут быть ограничены дефлекторами 190. Помимо всего прочего, при необходимости, в разные секции псевдоожиженного слоя 200 могут подаваться разные псевдоожижающие среды, например, топочный (дымовой) газ может подаваться в конкретную секцию или секции 220, расположенные смежно нижнему впускному отверстию 150, тогда как воздух может предпочтительно подаваться в другие секции псевдоожиженного слоя 200. Эта гибкость обеспечивает возможность предотвращения сгорания несгоревшего углерода в нижнем шлаке, которое иначе может иметь место, особенно в случае сжигания низко реакционноспособных топлив, например антрацита. Другие средства предотвращения создания высоких температур в первой секции (где возможно сгорание) могут включать в себя распыление воды в псевдоожиженном слое в этой секции. Распыление воды в псевдоожиженном слое, в общем, может быть использовано для понижения температуры слоя до требуемого уровня и может оказаться частично полезным в связи с увеличенным размером материала нижнего шлака, выпускаемого из первой секции через отверстие 225.

Высота псевдоожиженного слоя 200 в любой данный момент является такой, какая необходима для компенсации перепада давлений между отверстиями 150 и 160, который, в свою очередь, ограничен профилем давления (эпюрой распределения давления) в топочной камере 110 с циркуляцией псевдоожиженного слоя. Мембранные трубные стеновые панели 130 могут быть частично или полностью покрыты огнеупорным материалом 230 для предотвращения эрозии. Огнеупорный материал 240 защищает стенки 120 топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя в нижней части топочной камеры 110 с циркуляцией псевдоожиженного слоя. При необходимости пучки 250 труб с подаваемой охлаждающей средой могут быть предусмотрены и погружены в псевдоожиженный слой 200 для обеспечения дополнительного поглощения тепла из горячего шлака. Охлаждающая среда, транспортируемая через некоторые или все пучки 250 труб, может подаваться из различных источников, например, котловая питательная вода, вода или водяной пар из внешнего источника (относительно топочной камеры или циркуляционных контуров котлоагрегата с циркуляцией псевдоожиженного слоя). Один из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения должен включать в себя, по меньшей мере, некоторые из пучков 250 труб в циркуляционных контурах котлоагрегата с циркуляцией псевдоожиженного слоя, как иллюстрируется на фиг.8 и фиг.9. Как показано на фиг.8, некоторые из труб, образующих мембранные трубные стеновые панели 130 устройства 100 для охлаждения шлака, могут комбинироваться в Т-образных секциях с трубами, образующими стенки 120 топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя. Как показано на фиг.9, некоторые из труб, образующих мембранные трубные стеновые панели 130 устройства 100 для охлаждения шлака, могут быть частью отдельного гидродинамического контура, где охлаждающая среда может подаваться через посредство входного коллектора 132, проходя через трубы в панелях 130 к выходному коллектору 134. Поток в этом случае будет главным образом предпочтительно проходить вниз, причем входной коллектор 132 расположен в более высоком местоположении, чем выходной коллектор 134.

Как показано на фиг.6 и фиг.7, твердые частицы в топочной камере 110 с циркуляцией псевдоожиженного слоя сильно псевдоожижены воздухом, подаваемым из воздушной коробки 260 через колпачки 270 барботажной ректификационной колонны. Частицы шлака также псевдоожижаются в устройстве 100 для охлаждения шлака и два псевдоожиженных слоя разделены общей стенкой 120. Правильные размер и геометрия нижнего впускного отверстия 150 будут гарантировать надежное течение частиц нижнего шлака из топочной камеры 110 с циркуляцией псевдоожиженного слоя к устройству 100 для охлаждения шлака. Отключение потока псевдоожижающей среды, предусматриваемое в секции 220 в устройстве 100 для охлаждения шлака, смежной нижнему впускному отверстию 150, эффективно остановит течение твердых частиц из топочной камеры 110 с циркуляцией псевдоожиженного слоя в устройство 100 для охлаждения шлака.

Как известно специалистам в области техники, связанной с циркуляцией псевдоожиженного слоя, топливо, сгораемое в циркулирующем псевдоожиженном слое, может содержать горную породу или образовывать агломераты в течение сгорания. Эта горная порода или агломераты могут легко псевдоожижаться в топочной камере с циркуляцией псевдоожиженного слоя вследствие сравнительной скорости газа. Однако скорость псевдоожижающей среды в устройстве для охлаждения шлака, которая будет, как правило, в несколько раз меньше, чем в топочной камере с циркуляцией псевдоожиженного слоя, может оказаться недостаточной для надежного псевдоожижения скальной породы или агломератов. В таком случае будет иметь место накопление грубых фракций в устройстве для охлаждения шлака, приводя в результате к забиванию и возможному выключению.

Для предотвращения этой проблемы, как иллюстрируется на фиг.10 в соответствии с настоящим изобретением, первая секция 220, смежная нижнему впускному отверстию 150, оборудована своим собственным выпускным отверстием 225 твердых частиц. Грубые фракции, например скальные породы или агломераты, будут склонны к осаждению на дне этой первой секции 220, откуда они будут своевременно выгружаться без движения вдоль устройства 100 для охлаждения шлака и через устройство 100 для охлаждения шлака к выпускному отверстию 210 и фактически удаляться посредством подающего механизма 215. Поскольку производительность грубых частиц относительно мала по сравнению с общим расходом нижнего шлака, грубые частицы шлака будут обычно достаточно охлаждаться в течение их движения вниз вдоль колпачков 180 барботажной ректификационной колонны первой секции 220 для транспортировки посредством подающего механизма 215. Однако при необходимости дополнительное охлаждение может быть предусмотрено с помощью других средств, например водораспылительных сопел 310, которые могут быть использованы для распыления воды на эти грубые частицы шлака перед их выпуском через выпускное отверстие 225 и транспортировкой через посредство подающего механизма 300. Водораспылительные сопла 320 могут также быть предусмотрены для охлаждения нижнего шлака в первой секции 220. Наконец, водораспылительные сопла 330 могут также быть предусмотрены для дополнительного охлаждения нижнего шлака перед его выпуском через выпускное отверстие 210 и транспортировкой через посредство подающего механизма 215.

Как показано в этом описании, важным элементом настоящего изобретения является то, что названо "границей" Т между первой секцией 220 и следующими секциями 220 в устройстве 100 для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое для предотвращения прохождения грубых частиц нижнего шлака из первой секции 220 в указанные следующие секции вниз по технологической цепочке. Таким образом, по меньшей мере, две секции псевдоожиженного слоя позиционированы последовательно вдоль пути движения твердых частиц нижнего шлака, причем каждая секция 220 содержит псевдоожижающее средство, например матрицу колпачков 180 барботажной ректификационной колонны, образующую газораспределительную систему для подачи псевдоожижающей среды к твердым частицам нижнего шлака. Первая секция 220 вдоль пути движения твердых частиц отделена от следующей секции границей Т. В одном варианте осуществления настоящего изобретения граница образована стенкой (например, перегородкой 190), которая имеет апертуру 280 и край 290, расположенный над псевдоожижающим средством первой секции 220. В другом варианте осуществления функция границы может выполняться позиционированием псевдоожижающего средства 180 в первой секции 220 на меньшей высоте, чем высота псевдоожижающего средства 180 в следующей секции 220.

Первая секция 220 содержит средства, например термопары, для измерения температуры слоя, как в окрестности псевдоожижающего средства (например, температуру T₁ ), так и на большей высоте (например, температуру Т₂ ) в псевдоожиженном слое 200. Если грубый материал начинает накапливаться в первой секции 220, то он сначала заполняет объем ниже уровня границы и часть слоя 200 в этом объеме прекращает псевдоожижаться, становясь нетекучей, которая больше не смешивается с расположенным выше псевдоожиженным материалом. Этот нетекучий материал охлаждается псевдоожижающей средой, проходящей вверх от псевдоожижающих средств 180, создавая разность температур между нетекучим материалом и расположенным выше псевдоожиженным материалом. Затем эта разность температур (T₂-T₁) детектируется термопарой для измерения температуры слоя и передачи сигналов о накоплении грубого материала в нижней части первой секции 220. Этот сигнал запускает выгрузку материала слоя из первой секции 220 посредством приведения в действие подающего механизма 300, например шнекового механизма. Выгрузка продолжается до тех пор, пока не будет существовать разность температур, что является показателем псевдоожижения всего слоя материала в первой секции 220.

Другим способом увеличения отделения грубых частиц в первой секции 220, а также увеличения общей надежности устройства 100 для охлаждения шлака, является поддержание скорости псевдоожижения в этой первой секции 220 при более низком значении, чем скорость псевдоожижения, поддерживаемая в следующих секциях 220 (ниже по технологической цепочке) устройства 100 для охлаждения шлака. Чем выше скорость псевдоожижения, тем выше вероятность того, что частицы данного размера будут псевдоожижаться, а не оседать. Таким образом, частицы шлака, которые не осели в первой секции 220, будут надежно псевдоожижаться в других секциях 220 ниже по технологической цепочке устройства 100 для охлаждения шлака.

Псевдоожижающая среда подается в каждую секцию 220 устройства 100 для охлаждения шлака с регулируемой скоростью для поддержания требуемой скорости псевдоожижения в каждой секции. Удельный массовый расход для данной секции 220 устройства для охлаждения шлака автоматически регулируется, основываясь на температуре слоя в этой секции для поддержания предварительно заданной скорости псевдоожижения. Например, увеличение температуры слоя в секции приведет в результате к уменьшению удельного массового расхода псевдоожижающей среды для той секции, чтобы компенсировать увеличенный удельный объем псевдоожижающей среды.

Таким образом, очевидно, что интегральное устройство для охлаждения шлака, соответствующее настоящему изобретению, имеет несколько преимуществ перед конструкциями устройства для охлаждения шлака, соответствующими предшествующему уровню техники. Например, если стенки оболочки устройства 100 для охлаждения шлака получены из мембранных трубных стеновых панелей, которые включены в циркуляционные контуры котлоагрегата с циркуляцией псевдоожиженного слоя, когда все панели образуют стенки топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя, то температура стенок и тепловое расширение устройства 100 для охлаждения шлака всегда следуют температуре стенок и тепловому расширению топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя. Это исключает необходимость высокотемпературных компенсаторов на контурах между устройством 100 для охлаждения шлака и топочной камерой с циркуляцией псевдоожиженного слоя, упрощая конструкцию и уменьшая техническое обслуживание и увеличивая надежность устройства 100 для охлаждения шлака. Путем введения части стенки топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя как части оболочки устройства 100 для охлаждения шлака, общие размер и масса, как устройства 100 для охлаждения шлака, так и его опорная конструкция значительно уменьшается и упрощается, приводя в результате к дополнительным уменьшениям стоимости. Использование простого отверстия вместо пневматического канала, соответствующего предшествующему уровню техники, для передачи шлака из топочной камеры с циркуляцией псевдоожиженного слоя в устройство 100 для охлаждения шлака также увеличивает надежность и уменьшает техническое обслуживание устройства 100 для охлаждения шлака. Охлаждение и удаление нижнего шлака из топлива, содержащего скальную породу или образующего агломераты, может быть просто реализовано посредством выгрузки более грубых частиц из первой секции устройства 100 для охлаждения шлака. Отделение более грубых частиц может быть увеличено путем поддержания уменьшенной скорости псевдоожижающей среды в первой секции устройства 100 для охлаждения шлака.

Хотя характерные варианты осуществления настоящего изобретения были подробно показаны и описаны для иллюстрации применения принципов настоящего изобретения, квалифицированным специалистам в этой области техники будет очевидно, что без отклонения от таких принципов могут быть сделаны изменения в форме настоящего изобретения, охватываемой следующей формулой изобретения. Например, настоящее изобретение может быть применено к новой конструкции, включающей в себя реакторы и камеры сгорания с циркуляцией псевдоожиженного слоя, или при замене, ремонте или модификации существующих реакторов и камер сгорания с циркуляцией псевдоожиженного слоя. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения некоторые элементы изобретения могут иногда быть использованы для получения преимущества без соответствующего использования других элементов. В соответствии с этим все такие изменения и варианты осуществления должным образом находятся в пределах объема следующей формулы изобретения.