CN101896770A - 用于循环流化床锅炉的移动床式热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种移动床式热交换器(155)包括容器，该容器具有上部(200)、带其中包括排放开口的基底(272)的下部(210)，以及中间部分(205)。该容器从而引导所接收到的热灰渣颗粒(140)的重力流从上部(200)经由中间部分(205)而达到容器下部(210)的基底(272)，热灰渣颗粒(140)收集在该处。容器中间部分(205)中的管沿大致正交于经由容器中间部分(205)的热灰渣颗粒(140)重力流方向的方向引导工作流体的流动，使得来自于热灰渣颗粒(140)的热量传递到工作流体中，从而冷却热灰渣颗粒(140)。

Description

用于循环流化床锅炉的移动床式热交换器
相关申请
本申请涉及于2000年12月18日提交且名称为″Recuperative andConductive Heat Transfer System″的美国申请序列No.09/740,356(现为2003年4月29日公布的美国专利No.6,554,061)、于2002年10月29日提交且名称为″Circulating Fluidized Bed Reactor Device″的美国申请序列No.10/451,830(现为2004年8月24日公布的美国专利No.6,779,492)，以及于2002年10月29日提交且名称为″CentrifugalSeparator in Particular for Fluidized Bed Reactor Device″的美国申请序列No.10/451,769(现为2005年9月6日公布的美国专利No.6,938,780)，这些申请的公开内容通过引用而整体并入到本文中。
发明领域
本发明主要涉及流化床型燃烧化石燃料的热量产生系统，并且更具体地涉及已加热固体在流化床型燃烧化石燃料的热量产生系统中再循环。
发明背景
具有用于燃烧化石燃料的火炉的热量产生系统早已用来产生受控的热量，以作有用功为目的。这种功可为直接功形式，比如干燥炉，或可为间接功形式，比如用于工业或海洋应用的蒸汽发生器，或用于驱动产生电力的涡轮机的蒸汽发生器。用于产生蒸汽的现代水管炉可具有各种类型，包括流化床锅炉。尽管存在各种类型的流化床锅炉，但所有都是基于在反应室内燃烧之前喷射气体以使固体流化的原理工作的。在循环流化床(CFB)型锅炉中，气体(例如，空气)穿过固体颗粒床，用以产生趋于使颗粒彼此分离的力。随着气体流量增大，达到了颗粒上的力刚好足以引起分离的点。然后，床变为流化的，在固体之间的气垫容许颗粒自由移动且给予床类似于液体的特征。床的体积密度在底部处相对较高，且随其向上流过在其中燃烧燃料而产生热量的反应室而减小。
形成循环流化床锅炉的床的固体颗粒通常包括燃料颗粒，如碎煤或其它固体燃料，以及吸附剂颗粒，如碎石灰石、白云石或其它碱土材料。燃料在锅炉反应室中燃烧会产生烟道气体和灰渣。在燃烧过程期间，燃料中的硫受到氧化而形成二氧化硫(SO2)，该二氧化硫与火炉中的其它气体相混合而形成烟道气体。灰渣主要由未燃尽的燃料、燃料中的惰性材料以及吸附剂颗粒构成，且有时称为床材料或再循环固体。
灰渣承载夹带在向上流动的烟道气体中，且随热的烟道气体一起从火炉排出。尽管夹带于烟道气体中且由其运送，但存在于反应室(即，火炉或燃烧器)内的吸附剂颗粒仍会俘获(即，吸收)烟道气体内来自于SO2的硫。这便减少了最终到达烟囱的烟道气体中SO2的总量(amount)，且因此减少了排放到环境中的SO2的总量。
为了补充火炉中消耗或由火炉排出的固体颗粒材料，新鲜燃料和吸附剂颗粒以及回收的灰渣持续地引入循环流化床锅炉的床。接下来，在从火炉排出之后，烟道气体和灰渣引导至诸如旋风器的分离器中，用以从烟道气体除去灰渣。然后，通常提供了两条平行的通路用于使分离的灰渣再循环回到循环流化床锅炉的床中。在任何给定时间，分离的灰渣都可通过定位在分离器与所述两条平行通路之间的固体流量控制阀沿所述平行通路中的一条或两条受到引导。这种固体流量控制阀是本领域中所公知的，且可采用气动方式、液压方式或以一些其它功能上等同的方式受到控制。
循环流化床锅炉设计为以便在较窄的温度范围内工作，从而便于促进燃料的燃烧、石灰石的煅烧以及硫的吸收。该较窄的火炉温度范围必须在一定的火炉负载范围(从满负载降至一定水平的部分负载)内得到保持。火炉温度是通过吸收来自于烟道气体和床灰渣的热量而受到控制的，其中，烟道气体和床灰渣是由于火炉反应器室中的燃烧而产生的。尽管大多数热量是通过火炉壁和火炉内面板吸收的，但在较大的循环流化床锅炉上，通过火炉封壳壁和火炉内面板所吸收的热量不足以实现所期望的工作温度。因此，对于这些较大的循环流化床锅炉而言，采用外部热交换器来吸收来自于灰渣的热量，在灰渣再循环到循环流化床锅炉之前，将灰渣从旋风器或其它分离器中的烟道气体中除去。该外部热交换器通常称为外部热交换器(EXE)或流化床热交换器(FBHE)。
因此，如果沿两条平行的再循环通路中的一条引导，则吸附剂和其它灰渣颗粒会受到流化，且这些流化的灰渣颗粒然后进行输送，且通过喷射的高压气体(例如空气，其一般处在大约200英寸水标(WG)的压力下)而被动流过FBHE。热量从流化的颗粒传递到工作流体，例如水、蒸汽、两者的混合物或流过FBHE内的管束的一些其它冷却剂。冷却的流化颗粒流然后再次引入火炉中。在FBHE中进行冷却流化颗粒的总量通常基于火炉内所期望的气体温度而受到控制。
如果沿两条平行的再循环通路中的另一条引导，则吸附剂和其它灰渣颗粒也会受到流化且夹带在其中，并且通过喷射的高压气体(如空气)再次通常以大约200英寸WG的压力输送。在此情况下，依照该通路，流化颗粒经引导穿过具有密封件的灰渣再循环管道，该密封件通常称为密封罐或虹吸密封件，其适于安装成以便操作用以确保气体和灰渣在初级回路中的适当流动，其中，初级回路限定为火炉、分离器(即，旋风器)、密封罐和FBHE。密封罐其功能在于防止气体和固体颗粒从火炉回流到再循环管道中。吸附剂和其它固体灰渣颗粒然后在未受冷却的情况下从密封罐再次引入到火炉中。
同样转让给拥有本申请所有权利的相同受让人的美国专利No.6,779,492和6,938,780提供了具有密封罐和FBHE的常规循环流化床锅炉的详细描述。
仍然需要一种更为有效且较为便宜的方式用来在循环流化床锅炉的热量产生系统中回收灰渣。例如，如果可消除常规FBHE和密封罐所需的压力相对较高的流化空气将会是有益的，因为这不但会减少提供所需的常规构造的高压风机和流化喷嘴的费用，而且还将减小需要支承常规构造的FBHE和密封罐的结构钢所经受的动态负载，而此外还减少了操作此类高压风机从而便于提供需要供送的高压空气所需的功率消耗。此外，将会有益的是，在FBHE中具有的热传递速率高于在使用常规构造的FBHE时当前可能的热传递速率。热传递通常由等式Q＝RxSx LMTD限定，其中，传递的热量(Q＝Btu/hr)，热传递速率(R＝Btu/hr-Ft2-F)、表面(S＝平方英尺(Ft2))以及对数平均温度差(LTMD＝Deg.F)。对于恒定的传递速率(R)而言，增大LMTD导致对于给定的热负载而言需要的热交换器表面(S)减小。根据本发明构造的移动床式热交换器(MBHE)通过容许固体和工作流体的完全逆流而改善了LMTD优于典型FBHE中的。
发明目的
因此，本发明的一个目的在于提供一种改进的技术用于回收因燃烧化石燃料所产生的灰渣，举例来说，例如回收在循环流化床锅炉中因燃烧化石燃料所产生的灰渣。
本发明的另一个目的在于，提供一种改进的技术用于在回收因燃烧化石燃料所产生的灰渣期间除热。
对于本领域的普通技术人员而言，通过本专利申请的公开内容(包括其以下详细描述)以及实施本发明将会明白本发明的其它目的、优点和新颖特征。尽管下文参照优选实施例描述了本发明，但应当理解的是，所述发明并不限于此。随着所述发明在文中公开和主张权利，能够理解本文教导内容的本领域普通技术人员将会认识到在本发明范围内的其它实施方式、变型和实施例，以及其它应用领域，且所述发明可关于这些而具有显著的实用性。
发明概述
根据本发明，提供了一种移动床式热交换器(MBHE)。MBHE例如可安装在循环流化床锅炉的初级再循环回路中，其中，所述MBHE具有容器、多个管和多个空气入口。
MBHE的容器包括具有进料开口的上部、带具有排放开口的基底的下部，以及设置在所述上部与所述下部之间的中间部分。MBHE的容器通过其进料开口收容热灰渣颗粒，如具有吸收的硫的热石灰石颗粒。在这些热灰渣颗粒已从由火炉(如循环流化床锅炉的火炉)排出的烟道气体中除去之后，这些热灰渣颗粒通常从旋风器或其它类型的分离器中接收到。MBHE的容器适于构造为(即，确定尺寸、形状和/或具有结构构件)以便操作用以引导热灰渣颗粒的重力流，热灰渣颗粒从而从容器的上部经由容器的中间部分而收容至容器下部的基底上，且以便还操作成以将灰渣颗粒收集在容器下部的基底上。这种定向的灰渣颗粒重力流可称为″移动床″。
优选为翅片管形式的MBHE的多个管设置在MBHE容器的中间部分内，且构造为以便操作用以沿大致正交于上述热灰渣颗粒穿过容器中间部分的定向重力流方向的方向来引导工作流体(如，水、蒸汽、水和蒸汽的混合物，或一些其它流体)的流动。如果上述热灰渣颗粒的重力流方向竖直向下，则沿大致正交于上述热灰渣颗粒的该种重力流方向的方向的流动将为大致水平流动。工作流体的流动使得来自于热灰渣颗粒的热量传递到工作流体中，从而在将热灰渣颗粒引导到MBHE的容器下部时冷却所述热灰渣颗粒。
通常为空气喷嘴形式的MBHE的多个空气入口适于构造为以便操作用以将空气喷射到MBHE的容器下部中，从而便于控制先前的热灰渣颗粒的总量，这些热灰渣颗粒现在已冷却，通过MBHE的容器排放开口收集和排放。从热灰渣颗粒传递到工作流体的热量总量将通常对应于先前的热灰渣颗粒的总量，这些热灰渣颗粒现在已经冷却，通过MBHE的容器排放开口而收集和排放。优选的是，收集和排放的此类冷却的灰渣颗粒的总量基于火炉中的气体温度或离开MBHE的工作流体的温度而受到控制。
通常，在常规构造的循环流化床锅炉中，空气处在多个位置且以各种压力进行喷射。经由安装在火炉底部处的喷嘴喷射到其火炉中的流化空气要求在喷嘴入口处、范围为65英寸WG内的压力。另一方面，经由喷嘴喷射到常规构造的密封罐和FBHE中的流化空气要求在该喷嘴入口处、范围为200英寸WG内的较高压力。按照与火炉中的高度相比的密封罐和FBHS中所需的高度，作为所存在的较大总量的灰渣的直接结果，要求该种较高的压力，
根据本发明的其它优选方面，喷射的空气流化现在已冷却的被收集的灰渣颗粒，且经由MBHE的排放开口输送这些现在流化的已冷却灰渣颗粒。可提供排放管道，其适于构造为以便操作用以引导所输送的现在流化的已冷却灰渣颗粒穿过MBHE的排放开口。有利的是，该种排放管道将具有入口，该入口设置在MBHE的容器下部内，位于MBHE容器的所述下部基底上方的一定距离处。所述入口例如可位于MBHE容器下部的基底上方的12英寸处，但这可能在不脱离本发明本质的情况下取决于实施方式而变化。如果提供了该种排放管道，则现在流化的已冷却灰渣颗粒因此输送到所述排放管道的入口中，且从该处穿过MBHE容器的排放开口。
根据本发明的又一个方面，盖罩优选为设置在MBHE容器下部内，位于上述排放管道入口上方的一定距离处。该盖罩适于构造为以便操作用以支承盖罩上方的灰渣重量，且还以便将盖罩下方的所输送的灰渣颗粒引导到上述排放管道的入口中。
根据本发明还有的其它方面，MBHE容器的上述上部、中间部分和下部形成MBHE容器的第一隔间，且所述容器还包括第二隔间，第二隔间包括另一单独的进料开口和具有另一单独的排放开口的另一基底。所述容器通过其另一进料开口收容也是热的其它灰渣颗粒。所述容器还进一步构造为以便操作用以将由此收容的其它热灰渣颗粒的重力流引导至其第二隔间的基底上，且以便还操作用以将所述其它热灰渣颗粒收集到其另一基底上。优选的是，还提供多个其它空气入口。通常也将采用空气喷嘴形式的所述多个其它空气入口适于构造为以便操作用以将空气喷射到MBHE容器的第二隔间中，从而便于控制经由MBHE容器的另一排放开口收集和排放的其它热灰渣颗粒的总量。因此，来自于一个隔间的冷却颗粒和来自于另一个隔间的热颗粒都可排放，例如，用于回收到循环流化床锅炉的火炉中。
有利的是，经由MBHE容器的另一排放开口收集和排放的其它热灰渣颗粒的总量受到控制，使得收集在MBHE容器的第二隔间的基底上的其它热灰渣颗粒的总量足以克服外部气体经由MBHE容器的排放开口进入MBHE容器的第二隔间中的流动来密封MBHE容器的第二隔间。因此，本发明可实施为用以提供形成一体的MBHE和密封罐单元。
附图简述
图1绘出了由火炉和一体式单元构成的循环流化床锅炉的初级回路的简化正视图，该一体式单元包括根据本发明构造的移动床式热交换器(MBHE)和密封罐。
图2为提供了图1中所示的根据本发明构造的MBHE和密封罐的一体式单元的更为详细的示图的正视图。
图3为绘出图2中所示的根据本发明构造的空气仓室和排放管道的优选布置的平面视图。
]图4示出了用于控制从图2中所示的根据本发明构造的MBHE和密封罐的一体式单元排放灰渣的构件的放大且更为详细的示图。
图5为示为图4中所示的根据本发明构造的空气喷嘴的孔口的示例性布置的平面视图。
图6示出了用于控制从图2中所示的根据本发明构造的MBHE和密封罐的一体式单元排放灰渣的构件的第一备选形式的放大且更为详细的示图。
图7示出了用于控制从图2中所示的根据本发明构造的MBHE和密封罐的一体式单元排放灰渣的构件的第二备选形式的放大且更为详细的描述。
优选实施例的实施描述
在附图的图1中示出了包含循环流化床110的循环流化床锅炉100。如参照图1最佳理解到的那样，通常为碎煤的新鲜燃料经由传送线路115供给至循环流化床110，而通常为碎石灰石的新鲜吸附剂则经由传送线路120也供给至循环流化床110。
此外，进一步参看图1，回收的热灰渣还从密封罐165经由传送线路170输送至循环流化床110。此外，回收的冷却灰渣也从移动床式热交换器(MBHE)155经由传送路线160输送到循环流化床锅炉100的火炉(即，反应室)中。
接下来，如图1所示，仓室105将空气供送给新鲜燃料、新鲜吸附剂和回收灰渣的颗粒，它们供送至循环流化床锅炉100的火炉，从而便于使这些新鲜燃料、新鲜吸附剂和回收灰渣的颗粒流化，以便以本领域普通技术人员所公知的方式而由此形成循环流化床110。
循环流化床锅炉100的火炉中产生的烟道气体和灰渣从循环流化床锅炉100的火炉经由传送线路125排出。如完全理解的那样，烟道气体作为载体，且输送来自于循环流化床锅炉100的火炉中的随其夹带的灰渣。
旋风器130用于从烟道气体分离随其夹带的灰渣。从旋风器130中，烟道气体(现在基本上没有之前随其夹带的灰渣)经由传送线路135优选为输送到任一下游处理设备中，例如热交换器、空气污染控制(APC)设备，且随后最终输送到排气烟囱中。
灰渣在旋风器130中与烟道气体分离之后，从旋风器130经由第一通路140引导至移动床式热交换器(MBHE)155，以及然后经由第二通路145引导至密封罐165中。如参照附图的图1最佳理解到的那样，MBHE 155和密封罐165收容在一体式单元中，该一体式单元在附图中由参考标号150表示。
在图2中，示出了MBHE和密封罐的一体式单元150的详图。如参照附图中的图2最佳理解到的那样，来自于旋风分离器130的热灰渣颗粒140以分布方式供送到MBHE 155中。也就是说，优选的是，进入MBHE 155的热灰渣颗粒分布在MBHE 155的整个宽度和深度上。类似的是，如参照附图中的图2最佳理解到的那样，热灰渣颗粒145也以分布方式供送至密封罐165。分别借助于重力流，热灰渣颗粒140移动穿过MBHE 155以及热灰渣颗粒145移动穿过密封罐165。灰渣颗粒140和145的该重力流可称为″移动床″。
进一步参看图2，如在其中示出的那样，MBHE 155具有三个主要部分；即上部200、中间部分205和下部210。为此，灰渣颗粒140的移动床经由可称为进料开口202的部分而进入MBHE 155的上部200中，图2中将进料开口202绘制在MBHE 155的顶部处。如本领域普通技术人员将最佳理解到的那样，该开口202可适于在不脱离本发明的本质的情况下以多种方式构造。
MBHE 155适当地确定尺寸、形状和/或具有结构构件(为了保持附图中的图示清楚而并未示出)，以便操作用以将热灰渣颗粒140的移动床从其上部200引导至MBHE 155的其中间部分205。中间部分205包括通常由锅炉压力部件构成的热交换器215。这些压力部件优选包括成束的翅片管(为了保持附图中的图示清楚而并未示出)，通常为蒸汽和/或水的形式的工作流体流过翅片管。该工作流体用作冷却剂，且用于在使得热灰渣颗粒140流过热交换器215时从热灰渣颗粒140的移动床中回收热量。
热交换器215的成束翅片管优选定向成使得经由其流过的工作流体流大致正交于穿过热交换器215的热灰渣颗粒移动床的重力流。翅片有利的是从管沿大致平行于热灰渣颗粒移动床的流动方向延伸。在穿过热交换器215之后，使图2中由参考标号250表示的冷却灰渣颗粒流动至MBHE 155的下部210。冷却的灰渣颗粒250然后收集在MBHE 155下部210的基底272表面275上。一层这样收集的冷却灰渣颗粒在图2中以参考标号252标示。收集的冷却灰渣颗粒的压力相对较高，例如，200英寸水标(WG)。
如参照图2最佳理解到的那样，空气仓室235设置在MBHE 155的基底275下方，从而便于提供经由MBHE 155的基底272中的空气入口进入MBHE 155的下部210中的低压空气240流，例如，处于65英寸WG的压力。下文将阐述关于低压空气240流入MBHE 155下部210中的其它细节。低压空气240的喷射操作用以致使收集的冷却灰渣颗粒252经由MBHE 155的基底272中的排放开口220输送。优选的是，排放管道225从基底表面275上方的位置延伸穿过各基底排放开口220。根据本发明的优选实施例，盖罩230提供在排放管道225的各相应一个的入口开口227上方(如参照图4最佳理解到的那样)。如果该种排放管道225和盖罩230的使用目的在于实现排放随其收集的冷却灰渣颗粒252，则收集的冷却灰渣颗粒252便通过低压空气240输送到位于各相应的一个排放管道225的入口开口上方的位置。所输送的收集的冷却灰渣颗粒在图4中由参考标号255标示。各盖罩230操作用以使所输送的收集的冷却灰渣颗粒255偏转到相应的一个排放管道225的入口227中，且穿过该相应的一个排放管道225。离开排放管道225的所输送的收集的冷却灰渣颗粒255经由传送线路160再循环到循环流化床锅炉100的火炉中。
如参照附图的图2中最佳看到的那样，公共壁270使MBHE 155与密封罐165分离开。如图2中所示，热灰渣颗粒145经由进料开口204进入密封罐165。热灰渣颗粒145经受密封罐165中的重力流，也就是说，从密封罐165的进料开口204通向密封罐165基底282的表面280。如图2中所绘出的那样，一层收集的热灰渣颗粒260形成在密封罐165基底282的表面280上。密封罐165也包括由参考标号235′表示的空气仓室，该空气仓室设计为可操作的，以便喷射空气用以经由密封罐165基底280中的排放开口220′输送收集的热灰渣颗粒260。如此输送的热灰渣颗粒在图2中由参考标号265标示。正如MBHE 155一样，有盖罩的排放管道225′优选安装成穿过各排放开口220′，从而便于形成通道，热灰渣颗粒265能够经由该通道从密封罐165排放出。从密封罐排放开口220′排放出的热灰渣颗粒265设计成经由传送线路170再循环而回到循环流化床锅炉100中。
通过控制喷射空气240到MBHE 155中，可控制经由MBHE 155中的排放开口220所排放的收集的冷却灰渣颗粒252的总量。类似的是，通过控制喷射空气240′到密封罐165中，也可控制经由排放开口220′所排放的收集的热灰渣颗粒260的总量。通过控制喷射低压空气240到MBHE 155中，还可控制从热灰渣颗粒140传递到在热交换器215中流动的工作流体中的热量总量。也就是说，从热灰渣颗粒140传递给工作流体的热量总量将对应于经由排放开口220所排放的收集的冷却灰渣颗粒250的总量。这种控制优选基于循环流化床锅炉100的火炉中的气体温度或MBHE 155中的蒸汽/水的温度而予以实现，但也可在不脱离本发明的本质的情况下同样很好地基于其它的火炉相关参数。
总之，一体式MBHE和密封罐的单元150可用于控制循环流化床锅炉100的火炉中的燃烧温度。由于灰渣移动穿过MBHE 155，且以重力流而经过热交换器215，故无需喷射高压空气而便于输送灰渣和引发热传递。因此，根据本发明，并不需要使用任何高压流化风机。结果，这样不但显著降低了材料成本，而且还显著减少了功率消耗。灰渣移动床在MBHE 155中竖直向下的逆流流动导致较高的对数平均温度差(LMTD)，这有助于MBHE 155中的较高热传递速率，且因此降低了热交换器的表面要求。此外，由于MBHE 155能够利用多个翅片管，这些翅片管包含较高的翅片密度而不会妨碍灰渣经由其穿过的流动，故热传递表面可采用很紧凑的设计进行布置。通过使用包含与高LMTD相联的高密度翅片的多个管而引起的延伸表面，使得有可能由此实现压力部件表面和耐火材料相比于在使用常规构造的流化床热交换器(FBHE)时所需的显著减小。此外，由于灰渣流速在MBHE155中通过控制热交换器下游的灰渣排放而受到控制，故无需在密封罐165和MBHE 155的上游采用灰渣控制阀。这不同于在包含常规构造的FBHE中需要采用上游灰渣控制阀来控制固体流。
图3为根据本发明的空气仓室以及管道和盖罩排放口(有时称为低压灰渣控制阀(LPACV))的通过举例的优选布置的平面视图。如参照图3将最佳理解到的那样，LPACV分布在MBHE 155和密封罐165两者的整个基底区域上。为此，LPACV的各列A-F由空气控制，该空气经由独立的仓室235或235′进行喷射。以下文将更为详细阐述的方式，供送给独立仓室235或235′的空气可独立地受到控制。应当理解的是，密封罐165和MBHE 155中LPACV的列数可不脱离本发明的本质取决于使用LPACV的特定应用而变化。此外，各列中的排放开口的数目也可在不脱离本发明的本质的情况下取决于使用LPACV的特定应用而变化。来自MBHE 155中的仓室235的较高空气流速操作用以促进增大的灰渣流速穿过热交换器215，且因此降低从MBHE155回到循环流化床锅炉100的火炉中的灰渣的聚集温度。
喷射到MBHE 155和密封罐165中的空气受到控制，以便由此导致在MBHE 155和密封罐165中保持灰渣的特定水平(即，数量)，从而因此提供所需的火炉相对于旋风器的密封。此外，空气喷射到MBHE 155中也受到控制以便由此控制灰渣流过热交换器215，从而因此实现特定的蒸汽发生器参数，举例来说，例如循环流化床锅炉100的火炉内的特定气体或蒸汽温度。最后，空气喷射到MBHE 155和密封罐165中还受到控制以便由此保持灰渣返回线路160和170中的冷却灰渣颗粒和热灰渣颗粒均匀分布到循环流化床锅炉100的火炉中。通过将排放开口布置成列，并调节为了实现经由各列排放开口220或220′输送灰渣的目的而喷射的空气，由此可确保均匀的灰渣流跨过MBHE 155和密封罐165的宽度，且还处在返回线路160和170中的各个中。此外，调节从列A-F排放的灰渣还操作用以促进热交换器215管内的均匀冷却剂温度。此外，由于MBHE 155和密封罐165能够独立于彼此受到控制而不脱离本发明的本质，故如果期望如此，则MBHE 155能够在密封罐165关闭的情况下进行操作，反之亦然。在密封罐165和MBHE 155相对于彼此成平行关系布置的情况下，如果期望如此，则从旋风器130所排放的较大颗粒可不脱离本发明的本质，出于经由密封罐165排放出的目的而引导远离MBHE 155。
在附图的图4和图5中，还示出了LPACV 475，其用于控制灰渣在MBHE 155和密封罐165经由排放开口220和220′的流动。如参照图4最佳理解的那样，LPACV 475包括之前在上文已经描述的排放管道225或225′和相关盖罩230或230′。为此，排放管道225或225′延伸穿过MBHE 155或密封罐165的基底272或282中的排放开口220或220′。进一步参看图4，如其中所示，MBHE 155和密封罐165中各个的基底分别包括钢壳420或420′，根据本发明，耐火材料层425或425′分别优选提供在钢壳420或420′上。继续参看图4，排放开口220或220′形成为以便延伸穿过耐火材料425或425′和钢壳420或420′两者。优选的是，根据本发明的排放管道225或225′在基底表面275或280上方延伸大约12英寸，但排放管道225或225′的高度在并不脱离本发明的本质的情况下可取决于所述特定应用的属性而变化。如参照图4最佳理解到的那样，盖罩230或230′优选脱离排放管道225或225′自身而受到支承，且此外还优选在基底272或282上方延伸18英寸至24英寸之间的高度。然而，还应当理解的是，该高度范围还可在不脱离本发明的本质的情况下而另外变化。如参照图4可看到的那样，盖罩230或230′的底部优选但非必须在入口开口227的下方(在MBHE 155的情况下)和入口开口227′的下方(在密封罐165的情况下)延伸。
附图中由参考标号475标示的来自其适合来源(为了保持附图中的图示清楚而并未示出)的空气经由导管405供送到仓室235或235′，该仓室235或235′操作用以分配该种空气，该空气继而又实现其供送到歧管412(在MBHE 155的情况下)，或供送到歧管412′(在密封罐165的情况下)。该种空气从歧管412或412′分配到独立的低压空气喷嘴415(在MBHE 155的情况下)和压力较低的空气喷嘴415′(在密封罐165的情况下)，用于随后根据情况而喷射到MBHE 155或密封罐165中。根据本发明的优选实施例，空气经由导管405至仓室235或235′的流动通过可变空气流量阀410，响应于由此从控制器450接收到的指令而受到控制。控制器450操作用以实现对与各控制器450相关联的单独的可变空气流量控制阀410进行控制。如果期望如此，则所有阀410都可在不脱离本发明的本质的情况下由单个控制器450控制。
在附图的图5中，绘出了空气喷嘴415或415′的众多布置中的一种，其可在不脱离本发明的本质的情况下，用于实现喷射低压空气240或240′到MBHE 155或密封罐165中的目的。本领域普通技术人员完全理解将低压空气喷嘴415或415′布置成以便由此以所需的方式工作，且因此应当理解的是，图5中所示的喷嘴布置是以举例而非限制的方式，且任何数目的其它喷嘴布置在不脱离本发明的本质的情况下同样可很好地使用。
在操作中，喷射少量的低压空气240或240′用以控制MBHE 155或密封罐165内的固体。为此，喷射空气的压力远低于固体的周围压力。
限定MBHE 155的隔间的基底上的固体压力和限定密封罐165的隔间的基底上的固体压力对应于相应一个上述隔间中的固体高度。在大多数情况下，该种隔间中的固体压力将远超200英寸WG。然而，喷射到相应隔间中的空气240或240′的压力只需为低压。出于此目的，可从通常在循环流化床锅炉设备处可用的初级空气源或次级空气源中提供该种低压空气。例如，通常在65英寸WG的压力下如此可用的该种初级空气可用作空气475的来源。
基底表面275或280上方的排放管道225或225′的较低高度使收集的灰渣252或260床的高度能够有效地随之减小，且因此，减小了为实现将固体输送到排放管道入口227或227′所需的压力总量。喷射空气240或240′设计成经由收集的灰渣252和260有效地冒出气泡，且然后由盖罩230或230′偏转到排放管道入口227或227′中，且穿过排放管道225或225′而进入传送线路160或170中。在此过程期间，低压空气实现了灰渣从MBHE 155和/或密封罐165输送到循环流化床锅炉100的火炉中。当灰渣如此地从相应隔间输送时，灰渣床沿向下的方向移动，从而促进热量自其传递到流过热交换器215管的工作流体。
在附图的图6和图7中，示出了备选的LPACV设计500，其可用于MBHE 155中而不脱离本发明的本质。此外，该备选LPACV设计500可安装在MBHE 155的基底272中或基底272下方。为此，在该备选LPACV设计500中，采用了与附图的图4中所示的LPACV相同的液压原理。附图的图6和图7中所示的LPACV设计500与附图的图4中所示的LPACV设计的不同之处在于，在LPACV设计500中，迷宫室520用于形成盖罩510的目的，由此，相比于较高压力状态P1所得到的较低压力状态P2由循环流化床材料110的材料静压头(落差)形成。
控制器450能够控制可变空气流量阀410，从而便于实现空气以开关顺序穿过喷嘴415或415′的脉动。作为备选，控制器450还能够控制可变空气流量阀410，以便喷射器415或415′将低压空气连续流以变化的流速喷射到相应的隔间中。
总之，对穿过MBHE 155和密封罐165的灰渣流的非机械控制是使用处于一定压力下的空气来提供的，该一定压力远低于收集在相应隔间基底上的灰渣的周围压力。由于仅需要低压空气，故从而可减少循环流化床锅炉设备的功率消耗，且因此循环流化床锅炉设备可在较高的能量效率(例如，较高的设备加热速率)下运行。此外，从MBHE 155和密封罐165排放出的灰渣总量可在循环流化床锅炉100的满负载范围内有效控制在所期望的程度上。
如上文所述，根据本发明，提供了一种更为有效且较为便宜的技术来用于在循环流化床式热量产生系统中回收灰渣。本发明所涉及的技术有利地消除了对常规构造的FBHE和密封罐所需的压力相对较高的流化空气的需要，且不但可降低其通常需要的高压风机和流化喷嘴的费用，而且还降低了结构钢所受到的动态负载，所需的结构钢用于支承包含常规构造的FBHE和密封罐的目的。还消除的是操作这些风机以便使它们因而提供高压空气的供送而通常所需的功率消耗。此外，本发明所涉及的技术有利地帮助使热交换器中的热传递速率高于使用常规构造的FBHE当前可能的热传递速率，这是因为在该种常规构造的FBHE内的流化灰渣流的对数平均温度差LMTD相对较低。
尽管本文已经描述和示出了本发明的优选实施例，但应当认识到的是，本领域普通技术人员仍可由此而容易地对其作出修改，上文已经提到了其中的一些。因此，申请人意图由所附权利要求来覆盖本文所提到的修改以及落入本发明的真正精神和范围内的所有其它修改。

Claims (19)

1.一种移动床式热交换器，包括：
容器，其包括具有进料开口的上部、具有在其中包括排放开口的基底的下部，以及设置在所述上部与所述下部之间的中间部分，所述容器构造成以便由此将经由所述进料开口收容在所述容器中的热灰渣颗粒的重力流从所述上部经过所述中间部分引导到所述容器的所述下部的所述基底上，且以便实现将所述热灰渣颗粒收容在所述容器的所述下部的所述基底上；
多个管，其设置在所述容器的所述中间部分中，且构造成以便由此沿大致正交于经过所述容器的所述中间部分的所述热灰渣颗粒的定向重力流方向的方向引导工作流体的流动，使得来自于所述热灰渣颗粒的热量传递到所述工作流体，从而在引导所述热灰渣颗粒的重力流通向所述容器的所述下部时使所述热灰渣颗粒冷却；以及
多个空气入口，其构造成用以将空气喷射到所述容器的所述下部中，用以控制经由所述容器的所述排放开口排放的所述收集的冷却的热灰渣颗粒的总量。
2.根据权利要求1所述的移动床式热交换器，其特征在于：
从所述热灰渣颗粒传递到所述工作流体的所述热量的总量对应于经由所述容器的所述排放开口排放的所述收集的冷却的热灰渣颗粒的总量。
3.根据权利要求1所述的移动床式热交换器，其特征在于：
经由所述容器的所述排放开口排放的所述收集的冷却的热灰渣颗粒的总量基于火炉中的气体温度受到控制，所述火炉可操作地连接到所述容器上，且经由所述容器的所述排放开口排放的所述收集的冷却的热灰渣颗粒经引导通向所述火炉。
4.根据权利要求1所述的移动床式热交换器，其特征在于：
所述收集的冷却的灰渣颗粒处于相对较高的压力；以及
由所述多个空气入口喷射的空气处于相对较低的压力。
5.根据权利要求4所述的移动床式热交换器，其特征在于：
所述收集的冷却的热灰渣颗粒的所述相对较高的压力为大约200英寸WG；以及
由所述多个空气入口喷射的空气的所述相对较低的压力为大约65英寸WG。
6.根据权利要求1所述的移动床式热交换器，其特征在于：
由所述多个空气入口喷射的空气操作用以流化所述收集的冷却的热灰渣颗粒，且用以输送所述收集的冷却的热灰渣颗粒穿过所述容器的所述排放开口。
7.根据权利要求6所述的移动床式热交换器，其特征在于，所述移动床式热交换器还包括：
排放管道，其构造成以便操作用以引导所述输送的收集的冷却的热灰渣颗粒穿过所述容器的所述排放开口，且具有入口，所述入口设置在所述容器的所述下部内，位于所述容器的所述下部的所述基底上方的一定距离处；
其中，输送所述收集的冷却的热灰渣颗粒包括将所述收集的冷却的热灰渣颗粒输送到所述排放管道的所述入口中。
8.根据权利要求7所述的移动床式热交换器，其特征在于，所述移动床式热交换器还包括：
盖罩，其设置在所述容器的所述下部内，位于所述排放管道的所述入口上方的一定距离处，且构造为以便操作用以将所述输送的收集的冷却的热灰渣颗粒引导到所述排放管道的所述入口中。
9.根据权利要求1所述的移动床式热交换器，其特征在于：所述进料开口为第一进料开口，所述基底为第一基底，所述排放开口为第一排放开口，所述多个空气入口为多个第一空气入口，以及所述热灰渣颗粒为第一热灰渣颗粒，且所述移动床式热交换器还包括：
多个第二空气入口；
其中，所述上部、所述中间部分和所述下部形成所述容器的第一隔间；
其中，所述容器还包括具有第二进料开口和在其中含有第二排放开口的第二基底的第二隔间，所述容器还构造为以便操作用以由此将经由所述第二进料开口收容在所述容器中的第二热灰渣颗粒的重力流引导到所述第二隔间的所述基底上，且用以实现将所述第二热灰渣颗粒收集在所述第二隔间的所述第二基底上；
其中，所述多个第二空气入口构造成用以将空气喷射到所述容器的所述第二隔间中，用以控制经由所述第二隔间的所述第二排放开口排放的所述收集的第二热灰渣颗粒的总量。
10.根据权利要求9所述的移动床式热交换器，其特征在于：
经由所述第二隔间的所述第二排放开口排放的所述收集的第二热灰渣颗粒的总量控制成使得收集在所述第二隔间的所述基底上的所述第二热灰渣颗粒的总量足以克服外部气体经由所述第二排放开口进入所述第二隔间的流动而密封所述第二隔间。
11.一种从移动床式热交换器中的热灰渣颗粒分离热量的方法，包括如下步骤：
引导热灰渣颗粒的重力流；
沿横切于所述热灰渣颗粒的重力流的通路且在大致正交于所述热灰渣颗粒的重力流方向的方向上引导工作流体的流动，以便由此从所述热灰渣颗粒传递热量到所述工作流体，用于实现冷却所述热灰渣颗粒的目的；
将所述冷却的热灰渣颗粒收集在收集器中；以及
喷射空气用以控制从所述收集器排放的所述收集的冷却的热灰渣颗粒的总量。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
从所述热灰渣颗粒传递到所述工作流体的所述热量的总量对应于从所述收集器排放的所述收集的冷却的热灰渣颗粒的总量。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
从所述收集器排放的所述收集的冷却的热灰渣颗粒的总量基于火炉中的气体温度受到控制，所述火炉可操作地连接到所述收集器上，且从所述收集器排放的所述收集的冷却的热灰渣颗粒经引导通向所述火炉。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
所述收集的冷却的热灰渣颗粒处于相对较高的压力；以及
所述喷射的空气处于相对较低的压力。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：
所述收集的冷却的热灰渣颗粒的相对较高的压力为大约200英寸WG；以及
所述喷射的空气的相对较低压力为大约65英寸WG。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
所述喷射的空气操作用以流化所述收集的冷却的热灰渣颗粒，且用以输送所述收集的冷却的热灰渣颗粒穿过排放开口，用于实现从所述收集器排放所述收集的冷却的热灰渣颗粒的目的。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
将输送所述收集的冷却的热灰渣颗粒的所述喷射的空气引导到排放入口中；以及
引导输送所述收集的冷却的热灰渣颗粒的所述喷射的空气从所述排放入口穿过所述排放开口。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述灰渣颗粒为第一灰渣颗粒，所述收集器为第一收集器，以及所述空气为第一空气，且所述方法还包括如下步骤：
引导第二热灰渣颗粒的重力流；
将所述第二热灰渣颗粒收集在第二收集器中；以及
喷射第二空气用以控制从所述第二收集器排放的所述收集的第二热灰渣颗粒的总量。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：
所述喷射的第二空气操作用以流化所述收集的冷却的第二热灰渣颗粒，且用以输送所述收集的冷却的第二热灰渣颗粒穿过排放开口，以实现从所述收集器排放所述收集的冷却的第二热灰渣颗粒；以及
从所述第二收集器排放的所述收集的冷却的第二热灰渣颗粒的总量控制成使得收集在所述第二收集器中的所述收集的冷却的第二热灰渣颗粒的总量足以克服外部空气经由所述排放开口进入所述第二收集器的流动而密封所述第二收集器。
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