CN100351571C

CN100351571C - 流化床反应器

Info

Publication number: CN100351571C
Application number: CNB988069512A
Authority: CN
Inventors: D·L·维茨克; N·R·拉斯金; S·达林
Original assignee: Ahlstrom Corp
Current assignee: Ahlstrom Corp; Amec Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1997-07-07
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: DE69827679D1; US6699444B1; EP1219896A2; CN101158467B; EP1219896A3; EP0995065B1; ES2233730T3; EP1219896B1; PL191719B1; DE69808914D1; US6029612A; AU7921798A; PL337896A1; EP0995065A1; DE69827679T2; JP2001504209A; CN1270664A; WO1999002920A1; CA2290978A1; ES2186172T3

Abstract

一种流化床反应器，在其下部有一个带有固体粒子流化床的炉膛部分，该炉膛部分由侧壁，例如外侧壁(22、24)和/或隔板壁(34、36)，和一个底部炉栅(28’、28”)所围成，以及用于把气体，例如二次空气在上述底部炉栅上方的高度上引入炉膛部分内的供应装置。所述供应装置包括：一个气源室(38”)，一个在上述至少一块侧壁上，高度高于底部炉栅的开口(48)，以及一根管道(42、44)，其第一端连接在上述开口上，其第二端(52)连接在上述气源室上。上述管道包括一个防止固体粒子从上述炉膛部分回流入上述管道内的固体流动密封，其方式为防止或显著防止减少从上述气源室流入上述炉膛部分内的气体。

Description

流化床反应器

技术领域

本发明涉及一种流化床反应器，在它的下部有一个由侧壁和底部炉栅所限定的炉膛部分，和用于把一种气体，例如部分燃烧空气，导入上述炉膛部分中的流化粒子的床中的供应装置。这种供应装置包括一个气源室，例如一个风箱，以及至少一个与侧壁上的一个开口连接的喷嘴或一根管道，以便将气体从上述气源室导入上述炉膛部分。

背景技术

本发明特别适用于热效能为200-400MWe或以上的大型循环流化床(CFB)锅炉，在这种锅炉中，锅炉炉膛的下部和底部炉栅可以，例如用双壁的隔板构件，分成两个或更多个炉膛部分。这种双壁隔板构件可以是一块从一道壁伸进炉内达到另一道壁的完整的隔板壁，即，这种双壁结构可以是一块在两道相对的炉壁之间的连续的或不连续的壁。在这种大型锅炉中，部分空气可以通过与外侧壁连接和/或与连接在隔板壁构件上的供应装置来分配。这种通常是双壁结构的隔板壁构件可以用一道耐火墙，或一道与锅炉中的冷却水循环系统连接的冷却壁制成。

优化的散热控制和燃料的最完全燃烧是成功的炉膛设计的两个决定性条件。因此，在加大循环的流化床时必须特别考虑这两个问题。在较小的装置中使用的，简单的按比例加大的设计很容易导致燃料、燃烧空气和流化床固体粒子之间不能形成良好的混合。此外，这种设计还会遇到不能在最优选的范围内形成均匀的炉膛温度和提供足够的传热面积的问题。所有这些可能影响散热和造成不完全燃烧的问题都要求寻找一种可替代的技术方案。这种技术方案中包括：具有共同的背后通道的多炉膛结构，在炉膛内设置传热板和/或部分或完全的分隔壁，或者用一个双壁构件把炉膛的下部和底部炉栅分隔开来。

在现有技术中公开了各种把流化床锅炉炉膛的底部面积分隔开来的技术方案。美国专利4,864,944公开了一种用隔板壁把流化床反应器分隔成若干部分的方案，在上述隔板壁上有一些用于让二次气体以所要求的方式进入反应器内的开口。这种隔板壁上带有与空气供应源连接并通向隔板壁的不同高度上的排气开口的管道。与此同时，美国专利4,817,563公开了一种设有一个或多个排气壳体的流化床装置，在上述壳体上设有用于让二次气体进入下部反应器的分隔开的部分的管线和进气开口。

美国专利5,370,084公开了把燃料有效地混合在隔开的循环流化床锅炉中的各种不同的结构，在这种锅炉在内壁上有将空气送入锅炉的管道。美国专利5,215,042和法国专利FR2681668A公开了一种CFB反应器，它用至少一块在燃烧室上部的，垂直的，基本上气密的隔板把CFB反应器分隔成几部分。这种隔板壁具有冷却管，并且设有至少一根带有分配导管的管线，以便把燃烧空气送入各隔开的部分。

美国专利4,545,959公开了一种用于处理流化床中的颗粒物质的腔室，它包括一根在该腔室的底部上，呈三角形横断面的管道，并且在管道的各向上情的侧壁上有若干孔或窄缝，以便把一种辅助气体从上述管道引入腔室内。

以上提到的公开的文献都建议使气体通过腔室内的一块隔板壁流入反应器的腔室内，例如，炉膛内。但是，出现了这样的问题，即，把空气或气体从其源头的腔室引入喷射点的管道的长度太长了，而且会造成很大的压力降。这种常用的供应管道结构还会由于固体粒子的回筛而出现问题，即，出现固体粒子从炉膛流入气体供应管道，并增大整根气体供应管道的压力降。在控制气体供应时，这种压力降的增大是很难注意到，或者很难考虑到的。

常用的底部炉栅喷嘴结构，例如那些从底部炉栅垂直地伸到上方配备了泡罩的喷嘴，如果安装在流化床内部的垂直隔板壁上，由于受到隔板壁附近向下流动的固体粒子层很大的摩擦力，将受到严重的磨损。在流化床反应器的炉膛内，固体粒子在各炉膛部分的中部倾向于向上流动，然后沿着垂直侧壁向下流动。这种向下流动的粒子进入各炉膛部分的下部，当各炉膛部分的横断面积突然减小时，便形成强烈的涡旋运动，这种运动可能在局部形成很强烈的磨损力，例如，在二次气体进口的区域。在现有技术中，没有公开过防止固体粒子回筛进入气体喷嘴或布置在隔板壁上的管道中的专门技术措施。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种炉膛结构具有改进了的气体供应装置的流化床反应器。

本发明的具体目的是提供一种经过改进的，适合于大型循环流化床(CFB)锅炉的气体供应装置。

本发明的另一个具体目的是提供一种经过改进的，布置在锅炉炉膛下部的一块隔板壁上的二次气体供应装置。

本发明的一个更加具体的目的是提供一种具有改进了的气体供应装置的流化床反应器，它最大限度地减小了回筛进气体供应管道的固体粒子。

为此，本发明提供一种流化床反应器，在它的下部有：

一个炉膛，该炉膛由侧壁，和一个底部炉栅所围成，上述炉膛还在其内部有一个固体粒子的流化床，

一块从上述炉栅向上延伸到上述炉膛内部的隔板，上述隔板用两块直立的或倾斜的隔板壁做成一种双壁结构，以及

用于把一种气体在上述底部炉栅上方的高度上引入至少一个炉膛部分内的供应装置，该供应装置包括：

一个气源室，它至少一部分设置在上述隔板内部；

至少一个在上述至少一块隔板壁上、高度高于底部炉栅的开口，以及

至少一根管道，其第一端在第一垂直高度l₁上连接在上述至少一个开口上，其第二端在一垂直高度l₃连接在上述气源室上，以便让气体从上述气源室流入上述炉膛内，其特征在于，

上述至少一根管道在它的第一端与第二端之间有一个向上弯曲部分，上述向上弯曲部分的最高点在第二垂直高度l₂上，该第二垂直高度l₂高于上述第一垂直高度l₁和所述高度l₃，它用于形成一个防止固体粒子从上述炉膛回流入上述至少一根管道内的固体流动密封，其方式为防止或显著减少从上述气源室流入上述炉膛内的气体。

在用双壁隔板分成若干分开的炉膛部分的大型流化床反应器中，至少在上述隔板壁之间的内部自由气体空间的一部分，可以按照本发明的一个优选实施例，构成上述气源室或风箱，为上述炉膛部分提供二次气体或其他气体。另一方面，如有需要，按照本发明的另一个优选实施例，上述气源室也可以在另一个部位形成，例如，在与内部侧壁或底部炉栅连接的部位。

二次气体或其他类似的气体通常通过许多在围成上述炉膛部分的侧壁上形成的气体喷射开口流入炉膛部分。这些开口可以在每一道壁的同样的垂直高度上布置成一排，或者，如果需要，也可以在壁的若干不同垂直高度上布置成其他的形状。按照本发明，在各开口与气源室之间布置了一根管道，例如一根弯管，以便让气体从气源室通过这些开口流入炉膛部分。

在上述管道中有一个固体流动密封，防止固体粒子回流入上述管道内，以便防止或显著防止减少从气源室流入炉膛部分的气体。在紧靠上述开口处的管道内，少量的固体粒子的往复流动是可以容许的。上述固体流动密封，根据上述气源室的位置，可以用各种不同的方法形成。

在一种流化床反应器中，上述气源室是由在上述底部炉栅上的两块构成一隔板的隔板壁之间的空间形成的，通常，都使用呈敞口形状的立管作为二次气体/空气的喷嘴或管道。上述立管的第一敞口端在第一垂直高度l₁处，例如在喷射二次空气的高度上，与一块隔板壁上的开口连接，而它的第二敞口端则在高于第一垂直高度的第二垂直高度l₂上伸进上述气源室。当至少有一部分气源室的垂直高度超过气体的喷射高度时，例如超过二次空气的喷射高度时，可以使用这种结构。

上述立管通常具有圆形横断面，但，也可以是其他形状，例如槽形的横断面。上述立管的垂直长度，即差数l₂-l₁，通常必须足以防止固体粒子从炉膛部分通过它回流到气源室中去。

上述立管的下端可以是弯曲的，使得它的下端能更容易地固定在垂直的，或者稍稍倾斜的侧壁构件上。这种立管甚至可以有一段短的近乎水平的下部，以便使立管离开侧壁构件。一般，沿整个立管长度上，在侧壁与立管之间最好有一个最小距离或间隔，即使在侧壁是倾斜的，并靠近立管的上端时，也是如此。另一个解决方案就是使立管稍稍倾斜。

上述立管最好基本上是垂直的，不过，由于结构上的原因，如以上所说明的，它的最下端部分可以与水平面成小于90度，一般为45度左右，但经常是大于或等于30度的角度。立管的其余部分，即立管的上部基本上是竖立的，与水平面成大于或等于30度的角度。

在一种气源室处在大不相同的位置上，例如部分或全部在上述炉栅高度以上或以下的流化床反应器中，为了把气体从气源室提升到，例如，二次气体的高度，可以使用另一种管道或喷嘴结构。按照本发明，这种由一根管子或者类似构件制成的管道具有上下弯曲呈U形的管道。上述管道的第一端与一块侧壁上的在第一垂直高度l₁上的一个开口连接，而该管道的第二端则与在第三垂直高度l₃上的，形成上述气源室的盖子上的一个开口连接。在该管道的第一和第二端之间有一段向上弯曲的部分，这一部分的最高点在第二垂直高度l₂的高度上，这个高度高于上述第一和第三垂直高度l₁和l₃。上述第一高度，即二次空气的喷射高度，一般高于上述处于炉栅高度的底部，或低于或高于上述炉栅高度的第三高度。

竖立的立管的垂直长度，或者弯曲管道的第一部分的高度关系到该管道的防止固体粒子流回筛的能力。第一垂直高度与第二垂直高度，即l₁与l₂之间的高度差Δl直接关系到为使固体粒子通过上述立管所需要的压力，例如，Δl越大，立管越长，能通过该管道回筛的固体粒子就越少。

一般，为了形成能抵抗正常炉膛的压力变化的有效固体粒子流密封，垂直的高度差Δl大约为1.0米。

如上所述，以上所描述的构件可用于炉膛部分的下部被一块双壁的隔板所分隔的流化床反应器。如果需要，这种隔板可以从底部炉栅一直延伸到炉膛的炉顶，把整个炉膛的腔室分成两个独立的部分。这种炉膛的分隔壁在它的上部有至少一个开口，以便让分隔开的炉膛部分中的气体和流化粒子能在水平方向混合。

上述分隔炉膛下部的隔板壁，或者把整个炉膛分隔成两部分或几部分的分隔壁最好用有散热片的管子的面板制成，其中冷却介质的流向是从炉膛底部的高度，或者低于炉膛底部的水箱向上流动。隔板壁的冷却管可以基本上垂直向上延伸到炉膛的炉顶，从而在炉膛内形成分隔壁，上述这些管子在炉膛内提供了额外的冷却表面积。

在许多公知的流化床反应器的结构中，在双壁隔板的内部装有各种不同用途的管道，但是在隔板壁之间所形成的内部空间却尚未被利用。按照本发明，如果利用双壁隔板内部的至少一部分作为进入主空气炉栅上方的炉膛内的空气或气体的风箱，就能够相应地节约主炉膛炉栅下方的空间。此外，风箱与空气/气体流入炉膛内的地点之间所需要的管道长度也能减少到最短，这样就能减少压力损失，即，与普通的结构相比能够降低费用。由于降低了压力损失，所以本发明能提供更好的空气/气体分布，从而为炉膛内部提供更加优化的反应条件。并且，由于这种结构能防止固体粒子回筛进入双壁隔板内部，所以这种结构能保护隔板的附近不受流动固体粒子的磨损。

下面参照附图详细描述本发明，使本发明的以上和其他的目的、特点和优点被更加完整地理解。

附图说明

图1示意地表示按照本发明的流化床反应器第一实施例的垂直断面图；

图2示意地表示图1中的流化床反应器下部的垂直、局部立体断面图；

图3示意地表示另一种流化床反应器的垂直断面图；

图4示意地表示图3中另一种流化床反应器下部的垂直断面图；以及

图5示意地表示连接在按照本发明的侧壁上的一根立管的放大断面图。

具体实施方式

请专门参阅图1和图2，标号10在整体上表示流化床反应器，它有一个炉膛12，炉膛的下部用一块具有双壁结构的隔板18分隔成两个炉膛部分14和16。隔板18是图2中所示的不连续的隔板，它由能让固体粒子和气体从在炉膛部分14和16之间交流的中间自由部分19所分隔开来的局部隔板18′和18″2中所示的不连续隔板是在炉膛部分14和16之间的一种固体粒子和气体流动路径的一个例子，其他未在附图中表示的实施例包括：一根或几根通过上述隔板壁的管道；一块双壁结构的局部隔板；以及其他构件。在上述炉膛12中有一个固体粒子的流化床20。该炉膛有外侧壁22和24，炉顶26和底部炉栅28。流化空气或气体从风箱30和32通过炉栅零件28′和28″14和16中。

上述隔板18，即把炉膛12的下部分隔开来的局部隔板18′18″34和第二隔板壁36构成。因此，这两块隔板壁34和36，以及被隔板盖住的底部40围成了一个隔板空间38，或一个隔板的内部空间。图2中的底部40的位置稍低于炉栅28的高度，但，它也可以在炉栅同样的高度上，甚至在高于炉栅的高度上形成。在上述风箱30和32之间有一个自由气体空间，这个空间可用于其他用途。在隔板壁34与36之间的隔板空间38用一块水平的喷嘴支承隔板41分隔成上部空间38′38″

按照本发明，喷嘴或管道42和44在上述隔板空间38′嘴支承隔板或平板41上布置成两排。管道42和44由成形为U形的上下弯曲的管子制成，其中的一条支腿比另一条长。第一管道42用它较短的支腿46，即管道的第一端，在第一垂直高度l₁上与隔板壁34上的开口48连接。这条较短的支腿46在隔板空间38内从开口48向上延伸到达第二垂直高度l₂，即U形弯头的最高点。第一管道42的较长的支腿50，即管道的第二端，在第三高度l₃上与喷嘴支承隔板41上的开口52连接，这两个开口通向在底部40与喷嘴支承隔板41之间的下部隔板空间38″根弯曲管道44与隔板壁36上的开口和喷嘴支承隔板41连接。

高度差Δl等于管道42或44的第一端l₂与该管道的最高点l₁，也就是与U形弯头的最高点之间的高度差，即，Δl＝l₂-l₁。这个高度差相当于管道的较短的支腿46的垂直延伸长度，它形成了对固体粒子流动的密封。于是，由管道支腿所形成的抵抗管道内反向气流的压力防止了粒子从炉膛部分14和16向上流入管道内，因为它产生了影响气体流过管道的剧烈的压力降。这种固体粒子流动的密封还防止了固体粒子通过整条管道42、44从炉膛回筛到下部隔板空间38″

因此，在图1和图2的实施例中，开口48，包括第一支腿46和第二支腿50在内的管道42和44，以及形成到下部隔板空间38″风箱组成了流化床反应器的二次气体供应装置。

图3、4和5表示本发明的另一个实施例。在这些图中使用了与图1和2中相同的标号。在这个实施例中，一块隔板18从底部炉栅通向炉顶26，把整个炉膛分成两部分14和16。也可以设置如图2中的标号19所表示的那种不连续隔板，或其他类似的在炉膛部分14与16之间的固体粒子和气体的连通管道。隔板18的最低部分包括两块隔板壁34、36，在这些隔板壁之间形成了一个气体空间39。这个在隔板壁34和36以及底板56之间的气体空间39用作气体供应装置的风箱或气源室。如图4所示，这个气体空间39可用一块水平隔板54分隔成一个上部气体空间39′下部气体空间39″

上述底板56设置在底部炉栅的高度28上，但，它也可以设置成高于或低于上述高度。由于这种结构，在炉栅的高度的下方，在流化空气风箱30、32之间形成了一个自由气体空间58，这个空间可以用于放置一些附属的构件，否则，这些构件就必须放置在反应器的四周。这样，就能够更有效地利用反应器所占据的全部面积。

在该反应器中，喷射管道60、62是位于下部气体空间39″也就是形成风箱的气体空间内的，端部直接向上敞开的立管。这些立管的下端64在垂直高度l₁处与隔板壁34、36上的开口48连接。这些管道的上部自由端66在下部气体空间39″内向上延伸，达到垂直高度l₂。高度l₁与l₂之间的高度差Δl形成了防止固体粒子向上流入管道60、62扎和流入下部气体空间39″

空气从上述下部气体空间39″60、62，作为二次空气流入炉膛部分14和16内。空气从下部气体空间39″端66处流入管道60和62，然后进一步向下通过所述管道，再通过管道下端的弯头63和开口48，流入炉膛内。管道的下端是弯曲的，以便能更好地把管道固定在整体垂直的壁34、36的开口48中。

图5更加清楚地表示了连接在一根连接在隔板壁34的开口上的管道60的一部分。管道的下端64几乎布置成水平方向，相对于水平面向上倾斜的角度α大于等于30度，但小于90度，以便管道能离开隔板壁。管道的上部或主要部分66几乎是垂直的，相对于水平面倾斜成一个角度β＞45度。

一般，所有二次空气或气体的管道都布置成让空气或气体在某一个预定的高度上流入。然而，也可以有处于不同高度上的管道。这种管道60′和62′(图4)可用于在高于管道60和62的高度上引入三次空气。如图4所示，这种三次空气的管道60′和62′位于气体空间39的隔开的上部气体空间39′中。把气体空间39分隔成隔开的上部气体空间39′和下部气体空间39″54能分别控制二次和三次空气的喷射。垂直隔板壁(图中未表示)可以用于进一步将上述自由气体空间分隔开来，并能分别控制喷射进单独的炉膛部分14和16中的气体。

还可以有连接在内侧壁22和24的开口上的管道。在图4中表示了这种管道68。这根管道位于与内侧壁22连接的风箱70中。

虽然以上只联系了迄今认为最具体和最优选的实施例描述了本发明，但是，应该理解，本发明并不仅限于这些公开的实施例，相反，它应该覆盖包括在本申请的权利要求书中的各种变型和等同物。

Claims

1、一种流化床反应器，在它的下部有：

一个炉膛(12)，该炉膛由侧壁(22、24)，和一个底部炉栅(28)所围成，上述炉膛还在其内部有一个固体粒子的流化床，

一块从上述炉栅向上延伸到上述炉膛内部的隔板(18)，上述隔板用两块直立的或倾斜的隔板壁(34、36)做成一种双壁结构，以及

用于把一种气体在上述底部炉栅上方的高度处引入至少一个炉膛部分内的供应装置，该供应装置包括：

一个气源室，它至少一部分设置在上述隔板内部；

至少一个在上述至少一块隔板壁(34、36)上、高度高于底部炉栅的开口(48)，以及

至少一根管道(42、44)，其第一端(46)在第一垂直高度(l₁)处连接在上述至少一个开口上，其第二端(50)在一第三垂直高度(l₃)处连接在上述气源室上，以便让气体从上述气源室流入上述炉膛内，其特征在于，

上述至少一根管道(42、44)在它的第一端(46)与第二端(50)之间有一个向上弯曲部分，上述向上弯曲部分的最高点在第二垂直高度(l₂)处，该第二垂直高度(l₂)高于上述第一垂直高度(l₁)和所述第三垂直高度(l₃)，从而以防止或减少从上述气源室流入上述炉膛内的气体的方式来形成一个防止固体粒子从上述炉膛回流入上述至少一根管道内的固体流动密封。

2、如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，上述供应装置包括：

在至少一块侧壁上之同一个垂直高度处的许多开口；以及

所述的至少一根管道之一与上述开口连接。

3、如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，上述第二端(50)在所述第三垂直高度(l₃)处与围成上述气源室的盖子上的开口(52)连接。

4、如权利要求3所述的流化床反应器，其特征在于，上述气源室至少一部分在上述底部炉栅(28’、28”)的上方，并且上述第一垂直高度(l₁)高于上述第三垂直高度(l₃)。

5、如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，上述在两块隔板壁(34，36)之间形成的隔板空间(38)的一部分形成上述气源室。

6、如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，上述在两块隔板壁(34、36)之间形成的隔板空间的一部分在其底部是由一块把上述隔板空间(38)的一部分从上述气源室分隔开来的喷嘴支承板(41)所限界的，并且，

布置在上述隔板空间内的上述管道(42、44)用它们的第二端(50)与喷嘴支承板(41)上的开口(52)连接，以便从上述气源室向上述炉膛供应气体。

7、如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，上述隔板(18)是由若干冷却表面构成的。

8、如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，上述第一垂直高度(l₁)与第二垂直高度(l₂)之间的高度差为1.0m，以便由风箱与燃烧部分之间的压力差提供一种密封装置。