CN104093481A - 流化床气化器的格栅 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流化床气化器的格栅结构。气化器包括：由竖直壁限定的常压或增压气化反应器，流化床被维持在所述化反应器内；风箱，所述风箱位于所述气化器的下部在所述反应器的下方；以及格栅，所述格栅被布置在所述反应器和所述风箱之间，且具有多个大致同心的板环。第一组同心板环处于不同的水平以形成向下逐渐变细的圆锥形结构，第一组同心板环的支撑结构包括在该组板环的下方的环状支撑梁和从所述环状支撑梁径向延伸的支撑梁，该径向延伸的支撑梁被支撑在风箱壁上。格栅还包括第二组环，所述第二组环由布置在第一环之间的板环构成，且第二组环具有用于将空气或其他流化气体从风箱导入反应器中的喷嘴开口。

Description

流化床气化器的格栅
技术领域
本发明涉及一种用于流化床气化器的空气分配格栅。更具体地，本申请涉及一种流化床气化器的格栅结构，所述气化器包括：
-通过竖直壁限定的常压或增压气化反应器，流化床维持在该反应器内；
-风箱，该风箱处于气化器下部位于反应器的下方；
-格栅，其被布置在反应器和风箱之间位于风箱上表面上，且包括多个大致同心的板环。
背景技术
流化床气化器是用来产生气化气体的，例如从木基燃料中产生气体。图1描绘了一种典型的循环流化床气化器。此情形中的气化器单元是循环流化床气化器1，即，CFB气化器。其包括气化反应器2、格栅3、旋风分离器4和旋风分离器回流管5。在气化器的底部中是流化床10，在流化床10的上方加入燃料6。燃料通常是固体生物基燃料或化石燃料，例如树皮、木屑、煤等。在气化中产生的灰通过格栅经由管11排出。气化反应器2是具有耐火衬套的竖直钢筒。由床料和粗燃料煤构成的流化床10位于气化器的下部。燃料6在这一区域的上方加入。气化器的床区之后是锥形区域2′，此处反应器2的直径增加。
气化器中的床通过气化空气被流化，气化空气被导入在格栅3的下方的气化器风箱8中，格栅3在此被描绘成简单的水平板。气化所需要的热来自于燃料的部分燃烧。当燃料反应时，在床中产生多种气体成分和残余碳。当使生物燃料气化时，气化器温度一般是750-850℃。此温度可以通过气化空气和燃料流的比来调节，气化器的容量通过燃料添加来调节。
气化器中产生的气体产物从气化反应器流入到旋风分离器4中，其中该气体中含有的固体物质、床料和残余碳将从气体中分离。固体从旋风分离器底部经由回流管5回到床10，该回流管5被连接到旋风分离器锥形部的侧壁并与气化反应器的底部连接。气体产物7进一步从旋风分离器引导用于进一步应用。
预热的或者是冷的空气、氧气、氮气、蒸汽或其混合物9通过格栅3进入气化反应器，用于使气化器中的床流化且用于燃烧反应的氧源，从而为气化反应提供热。
格栅的目的是保证气化/流化空气均匀分布在整个床区域并防止床料逆流到风箱中。气化器格栅可以是圆锥形的并且由钢板元件制成。然后，使得气体喷嘴水平并朝向气化器的排灰装置指向。而且，在不同种类的气化器中使用了多种管道/喷嘴格栅。风箱连接在气化反应器底部位于格栅的下方，一个或多个排灰管布置为穿过该风箱。
在已知的格栅结构中，格栅由同心的倾斜板环构成，这些板环部分地放置为一个在另一个的上方。这些板利用螺栓彼此固定，使得在板之间形成了狭槽用于将空气从风箱引导到流化床气化器的反应器中。流动通道是借助于分离的间隔件形成的，该分离的间隔件被一个接一个地固定到栅板。螺栓专门由热阻钢制造，且由此它们使用起来非常昂贵。格栅由在最外面附接到格栅的厚板环支撑，该板环被布置在风箱和气化器的大凸缘之间。格栅和板环暴露在反应器床的高温中，并且格栅和板环的热膨胀导致气化器大凸缘之间的密封出现问题。在大型气化器中，这样的结构使用起来很麻烦而且昂贵。由于格栅自身是自支承式的，所以在大规模的应用中，格栅就导致非常重的结构。现有格栅的缺点是其复杂的结构，这增加了制造成本。由于格栅的流动开口的结构，气体和床料的逆流现象很容易导致格栅结构的机械磨损，并且此种格栅必须一年至少更换一次。
专利公开GB834455披露了一种流化床反应器的底部炉栅，其包括同心棒状环，该棒状环被安装在固定到空气分配室的壁和炉栅的排灰锥筒上的径向支撑件上。这些棒的横截面和相互位置使得它们之间形成曲折的气体通路，气体可以在竖直方向上通过这些气体通路进入反应器中。一部分所需气体通过炉栅的中间锥筒被引入，而且足够大小的灰尘颗粒逆着气流从此锥筒离开。
发明内容
本发明的目的是实现一种格栅结构，与现有方案相比，该格栅结构制造更简单且更容易，机械上更耐用且在运行中更可靠。这种格栅必定适合大规格的流化床气化器，由于相比几十年前的工厂增加了容量需求，所以这种气化器在现阶段有很大需求。
本发明的格栅结构的特征在于，第一组同心板环在竖直方向上被布置在不同水平，以形成向下逐渐变细的圆锥形结构，栅板的下方的圆锥形结构的支撑结构包括环状支撑梁和从支撑梁径向延伸的支撑梁，该径向延伸的支撑梁被风箱壁支撑，并且第二组环由布置在第一组环之间的环构成，所述第二环具有喷嘴开口用于将空气从风箱导入到气化反应器中。穿过风箱的排灰管(或管)连接到栅板的底部上，反应器底部的灰借助于排灰管从风箱底部被去除。
第一板环或环状板在竖直方向上以相对于彼此的一距离布置在不同水平上。第二环被安排在第一板环的两个板环之间，因而第一环借助于第二环被彼此分隔开。通常，圆环的直径是不一样的，由此形成向下逐渐变细的圆锥形结构。典型地，第一板环的形状是使得其宽度(即，水平延伸)是其厚度(竖直延伸)的数倍。
根据实施例，第一和第二板环通过将板彼此焊接而被连接成单个栅板组件。而且，类似现有技术格栅的螺旋接头在该实施例中也是可能的。
根据实施例，栅板组件被布置为坐放在支承梁结构上，使得栅板能够相对于梁结构自由移动。在本实施例中，梁结构和栅板不是刚性地彼此固定的。梁结构的径向支撑梁的数目随着气化器格栅直径的变化而变化。
根据实施例，径向支撑梁的最外端通过焊接到风箱壁上的支撑件而被支承在风箱壁上。优选地，支撑件具有滑动轴联接件，梁被固定在该滑动轴联接件上，并且这允许梁结构的径向热膨胀而不对风箱壁加载。梁结构的径向梁能够绕滑动轴自由旋转，这将从焊接在风箱壁上的支撑件消除由于梁构造导致的扭曲。由此，支撑结构没有在其中间部分(环状支撑梁)处被固定地承载。排灰管/通道可以被连接到支撑结构，然而不构成支撑结构的任何一部分。因此，支撑梁坐放在所述支撑件上，这允许横向移动。
形成格栅的板环通常是平坦的。通常，第二环的厚度/高度与第一板环彼此之间的相互距离基本相应。第二环比第一环窄，即，它们的水平延伸更小。根据优选实施例，第一和第二环是水平的。它们也可以是倾斜的，但是这种向内倾斜的圆锥形板的应用将大大提高格栅的制造成本。
第二环的喷嘴开口通常是水平指向的，因而气流可以朝着格栅的中央指向，并且能够引导气体使得气体朝着位于格栅底部中的排出开口推动格栅上的料。典型地，喷嘴开口或通道遍及栅板组件是基本上水平延伸的。
典型地，格栅环由耐火钢制成。
格栅最外缘抵着风箱壁的气密性是通过在格栅最外缘和风箱壁之间安装密封板而获得的。这可以通过在格栅和风箱之间焊接具有柔性波纹管的薄的板环来实现。这样就允许格栅在格栅径向方向上的热膨胀。
本发明的优点包括例如如下：
根据本发明的板式气体分配格栅能够在所有尺寸的流化床气化器中使用。现有模式在制造大尺寸时复杂且昂贵。在现有的模式中，格栅是自支撑模式的，且这在大规模的应用中将导致非常重和复杂的结构。本发明的格栅结构比现有结构轻，由此可以得到更经济得多的格栅结构，尤其是在大规模气化器应用中。
在根据本发明的模式中，栅板被位于格栅风箱侧上的分离的梁结构支撑。这种梁结构被支撑在风箱壁上而不是在风箱和气化器之间的凸缘上。
在本发明的格栅中，支承结构将承受低于现有结构的温度。格栅的支承部分(梁结构)以及具有喷嘴的板结构与现有结构相比将更少地受到由于热应力导致的损坏，这消除了不必要的停机。格栅的板环在流化床的高温侧(850℃)上，而在栅板环的下方的梁结构通过风箱中的200-300℃温度的空气冷却，这使得支撑结构的温度保持大大低于栅板的温度。由此，支撑结构的材料并没有很高的要求，并且支撑梁可以用比实际栅板环廉价的材料制造。与梁结构相比，栅板环能够自由膨胀，这是由于栅板环并没有被刚性地固定在梁上。
栅板环可以通过焊接进行组合。在现有技术解决方案中，螺栓或相应的紧固件被使用。如果螺栓连接具有明显的优势，则同样的附接方式也可以在根据本发明的格栅中应用。
在第一板之间的第二板的气流通道在制造阶段可以取决于在每个实施例中何种形状是最合适的而被自由制造成期望的形状。根据本发明，开口的形状并不是必然的，但是考虑到生产和设计，新颖的格栅结构允许开口形状更多的自由。在先前结构中，空气流动通道的形状仅在水平方向上变化，而在竖直方向上沿着整个开口具有相同的高度。在本发明的格栅中，空气流动通道在制造阶段还可以具有竖直部分，由此可以影响压力损失的产生以及气体和床料的逆流行为。与现有结构相比，该通道结构制造起来更简单容易。
在现有结构中，格栅被在最外面附接到格栅的厚板环支撑，该板环位于风箱和气化器的大凸缘之间。格栅的热膨胀导致大凸缘的密封问题。在新颖的结构中，格栅的热膨胀不会影响风箱的凸缘和气化器。格栅最外缘的气密性通过在格栅和风箱壁之间焊接具有柔性波纹管的薄的密封板来实现。这就允许格栅在径向方向上的热膨胀。
现有格栅的倾斜栅板被水平笔直的板取代。和现有结构的格栅相比，制造此种格栅更容易和便宜。新颖的梁结构并不排除使用倾斜板的可能性，如果出于某个其它原因需要的话。
在新颖的结构中，可以改进空气通道的结构，使空气通道能够在具有大格栅和大量格栅通道的大规模应用中实施。对于流动通道的最佳可能几何形状，仍需要额外的研究和测试以获得附加信息。
附图说明
通过根据本发明的格栅实施例以及参照附图，更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出典型的循环流化床气化器；
图2示例性示出了从上方观察的根据本发明的优选格栅结构；
图3示例性示出了从下方观察的图2中的格栅结构；并且
图4和5与图2和图3相关地示例性示出了焊接到风箱壁上的格栅支撑件和格栅支撑件的联接到格栅支撑梁结构的滑动轴。
具体实施方式
根据图2和图3，格栅结构包括多层环状同心板环，该板环被布置在不同的水平以形成向下逐渐变细的圆锥形结构。板环具有不同大小的直径。此结构包括两种板环。完全平坦的板环20是第一组板环，其形成了格栅的基本结构。第一板环最有利地是均为水平的。然而，格栅结构也并不排除将这些板环安装在倾斜位置中。然后，倾斜板环朝着该结构的圆锥中央取向。
第二环21是第二组环，其位于完全平坦的板环20之间。第二环的厚度/高度通常与第一板环彼此之间的相互距离对应。第二板环具有开口22以形成水平的气体通道，空气从风箱中通过该水平气体通道引导到反应器中。第一和第二环最优选通过焊接连接到彼此。格栅结构允许制造各种形状的流动通道，这取决于在每个情形中哪种形状被证明是最佳的替代。
第一和第二板环组形成了向下逐渐变细的圆锥形结构，该向下逐渐变细的圆锥形结构在底端处具有用于排灰的开口。流化床的底部灰在从格栅表面上的气道22朝着格栅底部处的开口23流动的气化气体的力作用下流动，并通过连接到格栅底部的排灰道24被排出。板环组件被支撑在梁结构上，该梁结构是最主要的支承结构。支承结构包括环状支撑梁25和从环状支撑梁25径向延伸的径向支撑梁26，在径向支撑梁26的支承套管27处的径向支撑梁26通过滑动轴支撑件29(见图4和图5)支承到位于风箱壁上的支撑件28上。格栅的底部具有至少一个排灰管连接。该连接是排灰道24中的凸缘连接。
格栅被设计为使栅板组件自由坐放从而能够在梁结构上移动。格栅的上方的气化反应器的结构限制了格栅可能的竖直移动。
径向支撑梁26在其最外端的支承套管27处利用支撑件28而被支承在风箱壁上，支撑件28最优选是通过焊接而被固定到风箱壁。将支撑梁26固定到支撑件28是通过支承套管27处的滑动轴29而实现的，这样允许梁结构在格栅径向方向上的热膨胀，且还允许消除由于梁结构弯曲导致的位于壁上的支撑件的扭转。由此，支撑结构在梁的外缘处被支撑，并且支撑结构的中点(环状支撑梁25)并没有被刚性固定，这样支撑结构在其中央处被自由悬挂。排灰管(未示出)与格栅的排灰开口柔性连接，因而不防止支撑结构的横向移动。
格栅外缘与风箱壁之间的空间被密封以防止格栅的气体旁流。最优选地，这通过在格栅和风箱壁之间焊接具有柔性波纹管的薄的密封板(未示出)来执行。这样就允许格栅在格栅的径向方向上热膨胀。
尽管以上描述涉及本发明的在目前认识下的最优选实施例，但对于本领域技术人员显然的是，本发明可以在仅由所附权利要求限定的最宽可能范围内以多种方式改变。

Claims (9)

1.一种流化床气化器的格栅结构，所述气化器包括：
-由竖直壁限定的常压或增压气化反应器，流化床被维持在所述化反应器内；
-风箱，所述风箱位于所述气化器的下部在所述反应器的下方；以及
-格栅，所述格栅被布置在所述反应器和所述风箱之间处于所述风箱的上表面上，且具有多个大致同心的板环；
其特征在于：第一组同心板环被布置在不同水平处以形成向下逐渐变细的圆锥形结构，所述圆锥形结构具有支撑结构，所述支撑结构包括在所述组板环的下方的环状支撑梁以及从所述环状支撑梁径向延伸的支撑梁，所述径向延伸的支撑梁在其外端处借助于用于支承所述支撑结构的滑动支撑件而被支承在所述风箱的壁上，并且第二组环由布置在所述第一环之间的环构成，且所述第二组环具有用于将空气或其他流化气体引导到所述反应器中的喷嘴开口。
2.根据权利要求1所述的格栅结构，其特征在于：所述格栅的支撑布置为使得所述栅板环自由坐放，从而在所述支撑梁结构上移动。
3.根据前述权利要求中任一项所述的格栅结构，其特征在于：所述喷嘴开口基本上水平指向。
4.根据前述权利要求中任一项所述的格栅结构，其特征在于：所述径向梁的最外端通过滑动轴联接件被支撑在所述风箱壁上的支撑件上，所述滑动轴联接件允许所述梁结构在格栅径向方向上的热膨胀，且所述滑动轴联接件进一步允许所述径向梁绕起支撑点作用的轴旋转。
5.根据前述权利要求中任一项所述的格栅结构，其特征在于：所述第一和第二环是水平的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的格栅结构，其特征在于：所述第一和第二环是向内倾斜的板。
7.根据前述权利要求中任一项所述的格栅结构，其特征在于：所述第一和第二环通过焊接或螺栓连接而连接以形成单个板组件。
8.根据前述权利要求中任一项所述的格栅结构，其特征在于：通过在其中焊接具有柔性波纹管的薄密封板，而在所述格栅的外缘和所述风箱壁之间设置密封。
9.根据前述权利要求中任一项所述的格栅结构，其特征在于：排灰通道连接在所述格栅的底部。
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