CN1015656B - 内循环流化床式锅炉及其控制方法 - Google Patents

Abstract

内循环式流化床锅炉具有一由空气扩散板和一倾斜隔墙构成的流化床主燃烧室，倾斜隔墙安放在扩散板的一部分的上方，这里从扩散板吹入的空气质量流大于另一部分吹入的质量流，从而影响从该处吹入的流化空气的向上流动，并使它偏向扩散板的吹入气体质量流较小处的上方，并且在倾斜隔墙和燃烧炉侧壁之间形成的热能回收室；倾斜隔墙相对于水平面倾斜10-60°，并且使水平方向投影长度为燃烧炉底部水平长度的1/6-1/2。

Description

本发明涉及到一种锅炉，该锅炉利用在流化床中燃烧煤块，无烟煤，选煤渣、焦油、树皮、蔗渣、工业废物、城市垃圾和其他可燃物从而从流化床回收热能的一种装置，还涉及一种控制方法，该方法控制被吹入热能回收室的扩散气体量，并对用来调节被回收的热能数量而提供的燃料量进行控制，从而使流化床的主燃烧室中的温度保持恒定。

关于常规流化床式锅炉，可以按照其热传导部分的结构和从流化床散开的未燃烧的可燃物微粒的焚烧方法，把它们分为下述几类：

（1）非循环式流化床锅炉（也称为常规流化床锅炉或沸腾式锅炉），以及

（2）循环式流化床锅炉。

在非循环式锅炉中，图1所示，热传导管道被安放在流化床内，而高效率的热传导是借助管与高温燃烧燃料之间的物理接触和流态介质实现的。在如图2A所示的循环式锅炉中，一部分没有燃烧的可燃物微粒以及灰或流化介质（一种循环的固体）汇成燃烧气流并被导入一个独立于燃烧室的热传导区（外热交换器），未烧完的物质在此继续燃烧，经过此热传导区的固体与一部分燃烧气体一起被返回到燃烧室，这种锅炉就是因上述循环方式而得名。

图2B表示另一种循环式的锅炉，它不装有外热交换器。

（3）内循环式流化床锅炉。

在这种方式中，英国专利U.K.1604314公开了一种流化床焚化炉，它有一个从帮助流化介质循环的表面墙突出来的偏移结构和墙之间的非流化热能回收室。但是流化介质从热能回收室到流化床焚化炉的转送运动是通过一个独立设置在热能回收室底部的进料螺杆或通过与来自该室下部的燃料供应室的燃料相混合而实现的。美国专利3921590也公开了一种内循环流化床锅炉，其中有一个主流化床燃烧室，一个热能回收室和一个两室之间的墙。在热能回收室中有一个热传导表面装置，作为热交换流体通道，在该室的下部有一个空气进气口，该室的上部和下部与主流化床燃烧室连通。欧洲专利申请0154717公开了一种流化床热反应器，它包括一个主流化床燃烧室，一个在该室下部的空气扩散板，它使流化空气大量向上喷射，在扩散板上方一边有一个斜墙，它干涉流化空气气流，使其朝向扩散板另一边。该斜墙相对于水平倾斜10-60度。在扩散板上方有一个移动床，而且还有一个旋转流化床。

在流化床型锅炉中，具有不同特性的各种燃料可以按照特定的燃烧过程进行燃烧，但是近来发现了它的一些缺点，至于沸腾型锅炉，它的装载容量、加送燃料系统的复杂性，需要大量石灰来脱硝以及热传导管道的磨损等都被认为是其固有的缺点，而且已认识到循环型锅炉能够解决这些固有的缺点;然而，在循环系统中维持适当的温度，装置的按比例放大以及一旦锅炉停烧后重新升火等问题的解决仍有待技术的进一步发展。

本发明的目的是提出一种内循环式流化床锅炉和控制该锅炉的方法，从而解决上述的现有技术中的缺点。

本申请的发明者在研究了上述问题后提出了适当的解决办法，并 且已经发现下列各点是有效的。即，在循环式流化床燃烧炉中，在燃烧炉壁内侧和扩散板端部的上方安装一个倾斜的隔板壁以形成流化床的主燃烧室，并且在该倾斜隔墙背面跟燃烧炉壁之间或者在两个倾斜隔墙的后边之间形成一个热能回收室（见图14），以便使回收室在其上下端均跟流化床的主燃烧室沟通，适合于通过加热介质的热传导管道被放入热能回收室，并且在回收室的下部沿隔墙的背面装有供热能回收室使用的进气管。进入位于倾斜隔墙上方的热能回收室的遇到从进气管吹入的流量为0-3Gmf或最好为0-2Gmf的流化气体，从而形成一个流化介质的静态床或下降流动床，从而使流化介质的热能被通过热传导管道的传热介质回收。发明者发现，借助上述结构，有可能很容易地对上述燃烧炉中的流化床的主燃烧室的温度进行控制，同时可用位于热能回收区的热传导管道有效地回收热能，而该区传导管道的磨损程度较小。

发明者还进一步研究和发展了一种内循环式流化床锅炉，该锅炉装配有热能回收室，该回收室附有倾斜隔墙以及回收热能和控制投送燃料速率的方法，并且发现用在主燃烧室中加热的流化介质有可能形成一个有效的循环流化床，也可能通过把倾斜隔墙相对于水平面的倾斜度做成10°-60°，或最好为25°-45°并把倾斜隔墙沿 水平方向上在燃烧炉底部上的投影长度做成燃烧炉底部水平长度的 1/6 - 1/2 ，或最好为 1/4 - 1/2 ，从而把要求的足够数量的加热了的流化介质引入热能回收室。本发明者还发现用调节通过热传导管道的传热介质的热量来控制从热能回收室回收的热能不仅可以完全满足用户的利用回收热能的要求，还可以把在主燃烧室中的温度变化限制在一个小范围里，上述调节可以根据用户要求的不同去调节蒸气的流速、压力和温度或者热水的温度等，同时调节从进气管吹入热能回收室的空气量，诸如调节蒸汽压力和温度，还可对根据用户要求或主燃烧室中的温度确定的燃烧供应量进行调节。

在本说明书及所附权利要求中所述的内循环式锅炉涉及到一个构造，其中在一个燃烧炉或燃烧器中有一个空间跟主燃烧室隔开，并有一热传导部分散布在该空间中，使得循环能够在燃烧锅炉内进行。

就是说，本发明指的是：

（1）一种内循环式流化床锅炉，其特征在于它包括：

一个流化床主燃烧室，它由下述部件构成：

一个装在燃烧炉底部并适宜于将流化空气向上吹入的空气扩散板，至少该板一边的质量流应比另一边的大;以及

一个安装在上述扩散板的质量流较大一边上方的倾斜隔墙，该墙影响流化空气的向上流动，并使空气偏向扩散板的上述质量流较小的一边的上方;

一个在上述倾斜隔墙和燃烧炉的一个侧壁之间或在两个倾斜隔墙之间形成的热能回收室;

一个安装在上述热能回收室中，用以使吸热流体通过其中的热传导表面装置;以及

一个装在上述热能回收室下方和上述倾斜隔墙背面的空气进气管;

上述热能回收室在其上、下两端与上述流化床主燃烧室相沟通，上述倾斜隔墙相对于水平面倾斜10°-60°，而其在水平方向投影的长度为燃烧炉底部水平长度的1/6-1/2，在上述扩散板的吹入质量流较小处的上方形成一个流动床，从而导致流化介质在流动床内下降并扩散，在扩散板的流化空气质量流较大处的上方形成一个涡旋流化床，从而使流化介质有效地流化并旋向上述流动床上方的某一位置，一部分流化介质进入位于上述倾斜隔墙上端之上的上述热能回收室，调节从上述扩散板向上吹入的空气量和调节从在上述热能回收室中的上述进气管吹入的流化空气量，能使上述回收室中的流化介质以流动床的状态下降并循环，上素因素影响上述流动床和上述涡旋流化床的形式;以及

（2）一种控制内循环式流化床锅炉的方法，该锅炉的结构包括：

一个流化床主燃烧室，它由下述部件构成：

一个装在燃烧炉底部适宜于将流化空气向上吹入的空气扩散板，至少该板一边的质量流比另一边的约大;以及

一个安装在上述扩散板的质量流较大一边上方的倾斜隔板，该板将影响流化空气的向上流动并使空气流偏向扩散板的上述质量流较小的一边的上方：

在上述倾斜隔墙和燃烧炉的一侧壁之间和在两个倾斜隔墙的背面之间形成的热能回收室;

一个安装在上述热能回收室中用以使吸热流体通过其中的热传导 表面装置;以及

一个装在上述热能回收室下方及上述倾斜隔墙背面的空气进气管;

上述热能回收室在其上、下两端与上述流化床主燃烧室相沟通，

上述方法的特征是：调节从上述扩散板吹入的空气量，使得在上述扩散板的吹入质量流较小处上方形成一个流动床，从而使流化介质在该流动床内下降和扩散;在扩散板的流化空气质量流较大处的上方形成一个涡旋的流化床，从而使流化介质有效地流化并旋向上述流动床上方;而一部分流化介质被引入上述倾斜隔墙上端之上的上述热能回收室中，流化空气从上述进气管吹入上述回收室，从而导致在上述回收室内的流化介质以流动床的状态下降和循环，由上述热能回收室回收的热能数量，可以根据用户使用所产生蒸汽和热水的要求，通过调节从进气管吹入上述回收室的气量来对其加以控制，而向流化床主燃烧室提供燃料的数量，则根据上述主燃烧室的温度加以控制。

图1.2A和2B为说明常规的流化床式锅炉的剖面图;图3为说明本发明的原理的示意图;图4为内循环流化床式锅炉的剖面图，它概要地说明了根据本发明所造锅炉的结构;图5表示在倾斜隔墙下方流化空气量（Gmf）与循环流化介质之间的关系;图6说明在热能回收室中的扩散空气量（Gmf）与热能回收室中向下流动床的下降速率之间的关系;图7表明在常规沸腾式锅炉中用于流化的质量流（Gmf）与总的热传导系数之间的关系;图8表明在根据本发明制作的内循环流化床式锅炉中热能回收室的扩散质量流（Gmf）与总热导系数之间的关系;图9表示流化质量流与热传导管道的磨损率之间的关系;图10和11分别表示在不曾和曾按照蒸汽流速的阶跃改 变对热能回收室中的流化质量流进行调整的情况下，燃料送入量、蒸气压力和流化床温度随时间的变化情况;图12表示由于蒸汽流速的集中式的改变，上述各量随时间的变化情况;图13和14为说明根据本发明制作的内循环式流化床锅炉的其他实施例的剖面图;图15为说明本发明的又一实施例的内循环式流化床锅炉的侧视剖面图，这种锅炉特别适于作小锅炉;图16是对图15所示的实施例平面图沿箭头A-A所剖取的剖面图，它特别描绘了沿一种适用于园形整装锅炉的内循环式流化床锅炉的顶视剖面;图17-19画出了在燃烧炉底部的水平长度L跟倾斜隔墙在水平方向投影的长度l之间各种关系下的各种流化样式。

下面，将参照附图对本发明作详细说明。

在图3中，在燃烧炉51的底部装有一个扩散板52，52用以把鼓风机57通过流化空气输送管道53送来的流化空气导入炉内，扩散板52做成绕燃烧炉中心线近似对称的小丘形（人字形），使其两侧部分低于中心部分。从鼓风机57送来的流化空气经过气室54、55和56从空气扩散板52向上吹入炉内。从两侧气室54和56吹入的流化空气的质量流足以在燃烧炉51内形成流化介质的流化床，而从中央气室55吹入的流化空气的质量流比前者小。

在两侧气室54和56上方有倾斜隔墙58，它作为偏转墙装置用于影响流化空气的向上流动并使之向燃烧炉的中央偏转。由于倾斜隔墙58的存在和吹入的流化空气的质量流各处不同，造成了箭头所示方向的涡流。另一方面，在倾斜隔墙58的背面与燃烧炉的侧壁之间形成热能回收室59，从而使一部分流化介质可能在运行中进入位于倾斜隔墙58的上端之上的热能回收室59中。

在本发明中，倾斜隔墙的倾斜部分相对于水平面倾斜10～60°，最好为25-45°，而它在水平方向相对于燃烧炉底部的投影长度L则为燃烧炉底部水平长度L的 1/6 - 1/2 ，最好为 1/4 - 1/2 。

倾斜隔墙相对于水平面的倾斜角及其在水平方向的投影长度是影响流化介质的流化状态和进入热能回收室的颗粒数量的两个因素。顺带说，在图17中表明了“L”和“l”的意义以及流化介质的流动模式。

如果倾斜部分相对于水平面的倾斜角小于10°或者大于60°，就不能产生良好的涡流，燃料焚烧的条件也会变坏。该角度以在25°到45°之间为宜，最好设置为35°。

如图18所示，在倾斜隔墙相对于燃烧炉底部的水平投影长度l大于燃烧炉底部长度L的 1/2 时，被倾斜隔墙偏转而落到燃烧炉中央的流化介质的量变小，因此对流化床在燃烧炉中央的形成以及对装入燃烧炉中央的燃料的下降和扩散模式都有不利的影响。

另一方面，如图19所示，当倾斜隔墙相对于燃烧炉底部的投影长度l小于燃烧炉底部长度L的1/6时，涡流的形成，尤其是流动床在燃烧炉中央的形成方式变坏，因此对燃料送入效果有不利的影响，因此流化介质偏转流入热能回收室的量也变得不足。

在热能回收室59的下方和倾斜隔墙58的背后装有一个进气管62，62把从鼓风机60经过输送管61送来的气体例如空气引入热能回收室。在热能回收室中邻近安放进气管62的地方有一个开口63，进入热能回收室59的流化介质，根据运行方式的不同，可连续地或间断地沉降并且经过开口63返回到燃烧部分。

图4表示基于图3的原理的一种实施例。

循环的流化介质在热能回收室中的沉降量受进入热能回收室中扩散空气量和进入燃烧部分的流化空气量所调节。即，如图5所示，如果从扩散板52吹入的流化空气量。尤其是从用来在燃烧部分造成流化的外端气室54和56吹入的流化空气量增加时，则进入热能回收室的流化介质量（G₁）也增加。此外，如图6所示，沉降在热能回收室的流化介质量与吹入热能回收室的扩散空气量（当后者在0-1Gmf范围内时）近似成正比例地变化，而如果进入热能回收室的扩散用空气量增加到超过1Gmf时，则沉降流化介质量近似地为一常量。这个恒定的流化介质量差不多等于进入热能回收室的流化介质量（G1），因此沉降在热能回收室的流化介质量等于与G1相应的一个值。控制进入燃烧部分的空气量和进入热能回收室的空气量就可以调节沉降在热能回收室59中的流化介质量。

当质量流在0-1Gmf范围内时，流化介质在静止床中的下降是由在热能回收室跟流化床主燃烧室之间的流化介质重量差（流化床的高度差）造成的，而在质量流超过1Gmf的情况下，流动床部分的高度变得比另一高度略高或近似相等。倾斜隔墙引起的足够数量的流化介质的偏转有助于流化介质的循环。

下面详细解释流化床的高度跟流化介质（偏转流）的循环量之间的关系。

在流化床的表面低于倾斜隔墙上端的情况下，沿倾斜隔墙向上流动的空气流由该隔墙给定其流动方向并且沿倾斜隔墙从流化床吹入，流化介质也跟它一起运动。吹入的空气流进入一个与流化床中不同的状态，它不受充满流化床的流化介质的影响，而且空气流的截面积突然增大，因此吹入的气流扩散开来，其速度降低到每秒几米，成为一 股柔和的气流，最后向上消散。因此，伴随着吹入气流的流化介质由于重力和跟消散气体的磨擦失去其功能而落下来，因为流化介质的颗粒太大（约1mm），不能被气流承载。

当流化床表面高于倾斜隔板的上端，与隔墙聚集的气团一起运动的流化介质的一部分以与循环流化床式燃烧炉中相似方式给定的方向沿偏转隔墙吹入，而另一部分由于气泡爆炸造成的突然沸腾现象，像烟火一样在倾斜隔墙上端上方向上沸腾并向四周散落。因此，一部分流化介质大量地进入隔墙的背后，即进入热能回收室。

也就是说，当（流化床）表面高于倾斜隔墙的高端时，吹入的流化介质的运动方向变得接近于竖直方向。因此，当（流化床）表面略高于倾斜隔墙的高端时，进入热能回收室的流化介质的量变大。

图5表示了在倾斜隔墙下方流化床主燃烧室中的流化空气量与经过热量回收室循环的流化介质量之间的关系。图中的Gmf为液化最小质量流，G1为流化介质循环量，L₁表示流化床的高度达到倾斜隔墙的高端，并且没有流化空气吹入火床的情况，L₂表示燃烧部分的流化床的高度接近隔墙的高端，并有流化气吹入火床的情况，G₀表示在L₁的情况下的流化介质循环量，其中从倾斜隔墙低端进入燃烧室的流化空气质量流为3Gmf。

例如，在L₁状态下运行期间，如果由于被磨损的流化介质扩散流化床的高度下降，则流化介质的循环量会突然减少到例如原先的1/10以下，使热能回收不能进行。这样，重要的是流化空气量，如果这空气量调节到大于4Gmf。最好大于6Gmf，则G1/G0值保持在1以上，即使流化床的高度发生改变也仍能得到所要求的足够的循环流化介质量。

进一步，把从进气管吹入热能回收室底部空气质量流调节到0- 3Gmf，最好是0-2Gmf，而从安放在倾斜隔墙下面的扩散板吹入的流化空气的质量流将是4-20Gmf，最好为6-12Gmf，也就是说通过始终保持燃烧室的质量流大于热能回收室的质量流，则从热量回收室送回到流化床主燃烧室的流化介质量就可以被调节。

至于在热能回收室里的流动床，在质量流为0-1Gmf的情况下在学术上称为静止床，而在质量流高于1Gmf的情况下称为流化床。一般认为，为产生一个稳定的流化床，最小也要有一个2Gmf的质量流。另一方面，根据本发明，在不断沉降和流动床的情况下，在质量流增加到约1.5～2Gmf之前一直能形成良好的下降的流动床，而不会被起泡现象破坏。假设流化介质的颗粒逐渐下降并以振动模式流动，因此把流化空气转变成小空气泡朝流化床的上部均匀地向上流去。

在热能回收室59内，一种吸热流体例如蒸汽或水流过热传导管道65，这管道布置成如下方式，它能通过在热能回收室中向下运动的流化介质进行热传导，从而从流化介质中回收热能。如图8所示，当在热能回收室中的扩散气体的量在0-2Gmf范围内变化时，热能回收室中的传导系数变化很大。

下面将说明由于在热能回收室中形成流动床产生的各种特征，例如负载响应特性等。

图7表示总的热传导系数与流化质量流之间的一般关系。当质量流值在0-1Gmf范围内时，热传导系数增加不大，而当质量流超过1Gmf时热传导系数突然增大。在DOE    Report，6021（2），655-633（1985）中作为利用上述现象调节流化床锅炉的方法介绍了“翼板式”，该文认为热传导系数对 流化质量流的改变是不灵敏（静止床）的或太灵敏（流化床）。

顺便提一下，在调查某些外国专利说明书时发现了几种情况，它们把燃烧室跟热能回收室分开这一点上根本技术相类似;然而，其中公开的所有隔墙都是垂直取向的，而且在热能回收室里的流化介质或者转入静止床状态，或者转入流化床状态，当热能回收量小时是静止床，而当热能回收量大时为流化床，其中介质从下方向上吹入流化床。这是因为跟隔墙是倾斜的情况相比，很难以一个垂直取向的隔墙产生一个偏转的流。因此在垂直取向的隔墙的情况下，不可避免地要使得在燃烧室里和在热能回收室里的流化介质都处于流化状态（类似于水），从而使流化介质在两个室之间流动。

图8表示总的热传导系数跟扩散用质量流之间的关系。如图8所示，它几乎线性地变化，这样，就能任意地控制回收的热能量和流化床主燃烧室的温度。而且这种控制可以简单地通过调节热能回收室中的扩散空气量而容易地做到。

据说，在流化床中的热传导管道的磨损率跟流化质量流的立方成正比，在图9中画出了这种关系。因此，关于热传导管道的磨损问题可以通过把鼓入热能回收室中的流动床内的扩散空气量定于0-3Gmf或最好0-2Gmf得到解决。

为了调节回收的热能量，要调节流化介质的循环量，如前面所说明的，这同时也调节了热传导系数。也就是说，如果气室54和56中供流化床主燃烧室使用的流化空气量保持恒定，而增加在热能回收室中的扩散空气量，则循环流化介质量就增加，同时热传导系数也增大，作为这两个因素的综合效应，回收的热能量也大大地增加了。就流化床里的流化介质的温度来看，上述各种变化相应于一种效应，它 防止流化介质的温度升高到预定温度以上。

至于把扩散气体引入热能回收室59的手段，有几种装置可取，但一般把它斜放在倾斜隔墙的背后（对着热能回收室的一例）以便有效地利用热能回收室。

在进气管上还有一些开孔用以吹入扩散空气，因为这些排气孔的位置接近进气管的顶端（在其上面的床高变小），所以其尺寸也变小，以防止在顶端吹入大量扩散空气。

这些开孔的相应尺寸最好使得当扩散空气量为2Gmf时，吹入的扩散气量在进气管62的全长上近似均匀。也就是说，当做到上述要求时，可能由热能回收室里的所有热传导表面回收到最多的热能，而各热传导表面的磨损率都保持较小。

在图4中，数字68为热气体空间，66为一装在燃烧炉51上方的燃料加料口，67为一汽鼓，它与热能回收室59里的热传导管道65形成一个循环回路（未画出）。数字69表示不可燃废料的出口，它与燃烧炉51底部的空气扩散板52的相对端的侧面相连，70为一螺旋输送机，它有二个螺纹相反的螺旋71，80为热交换管，95为控制器，96为燃料控制阀。

顺便说一下，燃料加料口的位置并不限于燃烧炉的上方，它可以安放在燃烧炉侧面例如用来加煤等的撤料机66′。

通过燃料加料口66或66′装入的燃料F在流化空气引起的涡旋流的影响下，在循环的流化介质中旋转并燃烧。这时，在空气室55上方中央部分的流化介质并不伴有激烈的上下运动，从而形成一个弱流化状态的下降流动床。在其上方，该流动床的宽度较窄，而其下端向相反方向扩展，到这位于相对侧端的气室54和56的上方，于是遇到以较大的质量流从这两个气室吹入的流化空气并被向上吹 去。因此，每个下端的一部分被移走，在气室55正上方的床在重力作用下下降。在此床上方，由于从流化床得到补充，流化介质堆积起来（这将在以后说明），在气室55上方的流化介质重复上述模式，形成一个逐渐和连续下降的流动床。

在气室54和56上方运动的流化介质被向上吹去，并且，由于倾斜隔墙58而向燃烧炉51的中央偏转和旋转，最后落入中央流动床的顶端并且如前所述再次循环，一部分流化介质被进入位于倾斜隔墙的上端之上的热能回收室59中。当热能回收室59中的流化介质的下降速度较慢时，流化介质的在热能回收室的上部形成一个静止角，过量的流化介质从倾斜隔墙的上方落回流化床主燃烧室中。

进入热能回收室59的流化介质由于从进气管62吹入的气体而形成一个逐渐下降的流动床，并在跟热传导管道进行热传递后从开口63回到流化床主燃烧室。

从进气管62吹入热能回收室的扩散空气的质量流取值范围为0-3Gmf或最好是0-2Gmf。

取上述范围的原因是，如图8所示，在2Gmf以下热传导系数从最小值变化到最大值，而且如图9所示，磨损率也可以控制在较小的范围内。

再者，热能回收室位于流化床主燃烧室的强腐蚀区之外，气压降低，这样，跟常规锅炉中的情况相比，该热传导管道65只受到较轻腐蚀，而且因为如上所述的理由，这个区域流化速率较低，所以热传导管道65的磨损程度也相当小。至于说到流化空气质量流在0-2Gmf范围内时的气流速度，那是相当低的，例如是0-0.4米/秒（表观速度），尽管它实际上还取决于流化介质的温度和颗粒大 小。

如果燃料跟颗粒尺寸大于流化介质颗粒的不可燃物混合，则燃烧残渣将跟一部分流化介质一起由装在燃烧炉底部的螺旋输送机70排出。

关于在热能回收室59中的热传导，除了由于流化介质与热传导管道65之间的直接接触而实现热传导以外，还有一种利用向上的上升气体运动作为传导介质的热传导形式，当流化介质流动时，气体带着不规则的振动向上运动。在后一种情况下，跟在气体和固态物体之间的一般的气体和固体间接触式热传导相反，这时在固态颗粒之间基本上没有边界层来阻止热传导，而流化介质被很好的搅拌，使在流化介质的各颗粒之间的热传导可以忽略不计，但如果介质是静止的话上述事实就不能忽视;于是，可以得到相当可观的热传导特性。因此在本发明的热能回收室中可以得到大的热传导系数，它几乎等于常规燃气锅炉中得到的热传导系数的10倍。

如上所述，在流化介质和热传导表面之间发生的热传导现象在很大程度上取决于流化的强弱，而流化介质的循环量可以由调节从进气管62吹入的气体量来控制。又通过在燃烧炉内安置热能回收室59，使59带有与主燃烧室无关的流动床，这样有可能制造一个紧凑的热能回收装置，其调节比很大而且流化床很容易控制。

在用燃烧速率低的燃料例如用煤块或油焦做燃料的锅炉中，在大多数情况下不可能迅速地改变蒸发量，除非仅随着燃烧速率改变蒸发量。在沸腾式锅炉中，跟前面的锅炉相比情况变得更坏，因为热能的回收是根据流化床的温度而实现的。

然而，在本发明中通过改变热能回收室中的扩散空气量，就可以 使热能传导量在几倍到几分之一范围内瞬时地改变。因此，由燃料送入量的改变而引起的输入到流化床的热能的改变跟燃烧速率有关，从而引起一个时间延迟;然而，根据本发明，在热能回收室里进行的热能回收数量能够用改变吹入热能回收室的扩散空气量来迅速地改变，而且可以借助形成流化床的流化介质的吸热容量，把热能输入和热能回收之间的响应差别作为流化介质的温度的瞬时变化而吸收掉。因此，热能能够没有浪费地被利用，并且蒸汽量的调节可以有好的响应特性，这在普通锅炉例如烧煤的锅炉中是不能做到的。

附带说一下，不可燃物排出口69的位置，例如在图中所示，最好开在接近开口63以及在燃烧炉51中空气扩散板的相对端上;然而，这位置也不一定限于上面所述的。

在图4中，空气扩散板52画成小丘形状;然而，如果从气室54和56吹入的流化空气量多于4Gmf，由于倾斜隔墙的作用在流化床主燃烧室里形成涡流，因此在燃烧含有一些不可燃物的燃料例如煤块的情况下，空气扩散板52可以做成水平的。还有不可燃物的排出口也可以略去。

如上所述，根据本发明的流化床锅炉回收热能的能力是很优越的。下面将说明根据本发明控制锅炉的方法。

在本发明中，根据用户使用回收热能的要求，用调节从进气管吹入热能回收室的气量的方法，可以控制从热能回收室回收的热能量，也可以调节根据上述温度或蒸汽压力所确定的燃料装入量来调节流化床主燃烧室中的温度，此外，在按照本发明制造的锅炉中，热传导系数可以任意地调节，在本发明中回收的热能数量的变化作为流化介质的显热的变化被吸收，依靠这一点可以瞬时地控制锅炉以满足用户的 要求，并且稳定地运行。

按照图4来进行说明。例如，如果从热传导管道65中取出的蒸汽的温度不够高，扩散空气调节阀93的调节器92，根据在蒸汽取出管90上的热敏元件91检测到的温度，把阀93调节到其打开方向以增加吹入的扩散空气量，这样回收的热能数量增加了，蒸汽温度也提高到用户所要求的温度。

根据热敏元件94所检测到的流化床温度，调整送入流化床主燃烧室的燃料量及/或调整送入气室54、55和56的空气量，可以把流化床主燃烧室的温度控制在一定的范围内。

另外还有一种方法，例如当由于用户方面负荷的改变造成对蒸汽量要求的改变时，可以用压力信号来控制装入流化床主燃烧室的燃料的装入量，因为蒸汽压力是对需求上的改变响应最快的一个因素。

图10表示当蒸汽流速阶跃也改变+30%时，从热能回收室的进气管吹入的空气量保持不变时得到的测试结果，图11表示在扩散空气量随着蒸汽流速+30%的阶跃改变而调整情况下得到的测试结果。比较这两个结果，可以发现，跟图10所示的用常规方法得到的结果相比，如果按照本发明随着蒸汽流体的改变而调节扩散空气量，则流化床温度和蒸汽流速在短时间内就被压缩到预定值，变化的范围也很小（图11）。

附带地，如图11所示，如果根据本发明进行调节，则流化床温度的变化范围约为±12℃，蒸汽压力的变化范围约在±0.3Kg/cm²（0.029MPa）以内。

图12表示当蒸汽流速集中地改变-60%，同时根据本发明对热能回收室中的扩散空气量相应于上述改变进行调节而得到的响应特 性。也可以看出，在这种情况下流化床温度几乎保持不变，而蒸汽压力的变化范围也较小。

下面将参考图13说明本发明的另一个实施例。图13所示的实施例相应于把本发明应用到其中只有一个涡旋流化床的燃烧炉的情况，各参考数字的意义和功能跟图3及图4所用的相同。

图14表示需要大尺寸的锅炉时所用的实施例。把图4所示的两个内循环式流化床锅炉组合起来就构成图14所示的实施例，其中同样参考号的意义与图4中相同。

如图4和图14所示，只要把燃料从设在顶板上的装料口装入就可以没有困难地完成操作。如果燃烧是颗粒大小几厘米的固体燃料如煤等，最好不是从顶板上装入燃料，而是从比较低的但仍高于流化床表面的位置装入，可以用适当的设备，例如用适宜于把燃料散开的撤料机通过旋转叶片把燃料装入燃烧区。

因此，如果该设备只用来燃烧像煤等固体燃料，则可以不把燃料入口装在顶板上，而用上述类型的撤料机。也可以把含有大颗粒物体的燃料从顶板上装入，而把固体燃料从上述撤料机装入，使它们混合在一起燃烧。

上述各种内循环式流化床锅炉适用于中型或大型锅炉。至于小的整装锅炉，希望把它们做得比较紧凑，图15中表示为这种情况设计的一个实施例。在图15所示的实施例中，在图4所示火床中的热传导管道65几乎垂直取向，并伸展到装在热能图收室上方的废气热传导部分上，这样，这组热传导管道也用作连接上水箱91和下水箱92的单一装置。

把近似垂直的蒸发管道成组地安装在流化床主燃烧室上部的净室（free    board）中，并围绕热能回收室，则可以利用它们作为 锅炉体的加固元件，还可以省下一些附助设备，例如强制循环泵及相应的管道等，因为在热传导管道（包括在火床内的管道）中的流体可以自动循环。

此外，还能够把流化床锅炉排气锅炉结合成一个整体结构，使内循环式流化床锅炉可以做得比较小，经济上可行。

下面将详细地进一步描述本发明的结构和功能。在流化床主燃烧室中燃烧后产生的废气向上通过燃烧室上方的净室，然后被引入环绕热能回收室周围形成的一组热传导管道中。然后废气向下流动，其方向近似地跟热传导管道垂直，同时进行热传递。在这种情况下，一部分由于惯性重力被挡板93收集的燃烧的灰落向热能回收室里的流动床，由于它在流动床内停留时间较长而完全燃烧，从而改善了燃烧效率。

当使用煤作燃料时上述情况特别有效，煤中未燃烧的碳需要较长时间来燃烧。然而在用其它燃料而且其未燃烧的灰不广为四散的情况下，并不需要使未燃烧的灰循环的装置。

至于燃料加料口，如果做得如跟图示一样允许从顶上装入，最好还向流化床主燃烧室鼓入辅助燃烧空气。利用上述装置，产生辅助空气的空气幕效应将防止燃料细粒例如细煤粉跟燃烧废气一起散开，以便在净空中的氧气跟废气中主燃烧的灰充分接触，因此改善燃烧效率并降低NO_X和CO等的浓度。

图16为在图15中沿A-A线所取的平面剖视图，它特别说明了圆形锅炉的一个例子。如果是小型整装锅炉，并非一定要把它做成图16所示的圆型，但是如果做成圆的，则热传导管道的制造安装就变得较容易。

顺便说一下，在图4、13和14等中所示的各实施例中，从结构的观点看最好把它们做成矩形的。

本发明的优点和效果总结如下：

（1）由于有倾斜隔墙，通过控制热能回收室后隔墙上的进气管（62）的进气量便可以产生热能回收室的移动床中的流化介质的下降和循环，并控制它们的循环量，从而有选择地调整回收的热能。

另外，还可通过调整进气管（62）的进气量，使热能回收室中的流化介质处于静止状态。

（2）由于隔离热能回收室和主流化床焚化室的墙是倾斜隔墙而且该墙下面进入的流化空气量很大，所以可以使从主流化床焚化室进入热能回收室的流化介质量很大。

（3）与从进气管进入热能回收室的空气的Gmf有关，进入与该室下面开口处邻近的主焚化室的Gmf很大，因此足够地确保了进入热能回收室的流化介质的循环量。而且，通过调整进气管的进气量，可以容易地控制热能回收室中流化介质循环量。

（4）由于进气管位于倾斜隔墙后部，可以被容易地控制。流化介质的循环。

（5）由于主流化床焚化室构成一个内循环型流化床，从热能回收室进入主流化床焚化室的流化介质可以平稳地在主焚化室中扩散，从而被当即加热。

（6）当进气量为0-2Gmf时，热能回收室中的流化介质以移动床的状态下降并循环，所以热传导表面的磨损很小，这点可以从图9中看得很明显。

（7）由于热能回收室中的介质的下降率在相对于进气量范围 0-2Gmf间调整，所以整个热能传送系数是线性变化的（如图8所示）。所以可以容易地调整热能回收。

Claims (6)

1、一种流化床锅炉，包括：

(a)一个燃烧室，它包括一个主流化床、一个空气扩散装置和一个斜墙，该斜墙位于空气扩散装置的上方，该空气扩散装置将质量流向上吹入，至少该空气扩散装置一边的质量流比另一边的大；

所述流化床锅炉的特征在于：

(b)一个热能回收室，它包括用以使流体通过其中的热传导表面装置，所述热能回收室包括一个热能回收床和一个辅助进气装置；

(c)所述斜墙是一个倾斜隔墙，它将所述主流化床和热能回收床分隔，使主流化床和热能回收床在所述倾斜隔墙的上端和下端相沟通；

(d)部分流化介质被引入位于上述倾斜隔墙的上端上述热能回收室中；

(e)从所述热能回收室中的所述辅助进气装置吹入流化空气，使所述热能回收室中的流化介质以一个流动床的状态下降；

(f)所述倾斜隔墙相对于水平面倾斜10°-60°，而其在水平方向的投影的长度为燃烧炉底部水平长度的1/6-1/2。

2、按照权利要求1所述的流化床锅炉，其中倾斜隔墙相对于水平面倾斜25-45°。

3、按照权利要求1所述的流化床锅炉，其中倾斜隔墙相对于水平面倾斜35°。

4、根据权利要求1，2或3所述的流化床锅炉，其中倾斜隔墙做得使它在水平方向投影的长度为上述燃烧炉底部长度的 1/4 - 1/2 。

5、一种控制流化床锅炉的方法，所述的锅炉包括：

（a）一个燃烧室，它包括一个主流化床和一个空气扩散装置;

（b）一个热能回收室，它具有一个热能回收床和一个辅助进气装置;

（c）一个倾斜隔墙，它把主流化床与热能回收床分隔开，使它们在上端和下端互相沟通;

（d）安装在热能回收床内的热传导表面装置;

所述的方法特征在于：

在倾斜隔墙下面施加流化气体的质量流比相对于该隔墙的区域的质量流高，从而在倾斜隔墙产生一个上升床，而相对于该墙产生一个下降床，所述上升床和下降床形成一循环床;

所述空气扩散装置向倾斜隔墙区域施加流化气体，使部分循环床流化介质上升并到达所述热能回收室;

调节所述辅助进气装置对热能回收床施加的气体流，从而控制热能转换的参数，控制热能转换量。

6、按照权利要求5的方法，其中从所述辅助进气装置吹入的空气质量流在0-3Gmf范围内，从倾斜隔墙下方的空气扩散装置吹入的流化空气质量流在4-20Gmf范围内。

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