CN1072346C - 一种流化床蒸汽发生系统及方法 - Google Patents

Abstract

流化床蒸汽发生系统和方法，其中使用再循环烟气促使固体颗粒物料从分离器通过回路密封返回炉腔。旋风分离器分离出的固体颗粒物料，用通过热量回收段、空气加热器和集尘室的再循环烟气促使其返回炉腔。采用再循环烟气降低了可能引起固体颗粒物料氧化或燃烧导致回路密封过热或结块的氧含量。

Description

一种流化床蒸汽发生系统及方法

本发明涉及一种流化床蒸汽发生系统及操作该系统的方法，更具体地说，涉及这样的系统和方法，其中再循环烟气被用来促使在分离器段分离出的固体颗粒流回炉膛段。

各种流化床蒸汽发生系统是公知的。在这些装置中，空气通过颗粒物料构成的床，使床流化，并促使燃料在较低温度下燃烧。上述颗粒物料包括矿物燃料，如煤，和吸附剂，该吸附剂用以吸收由于煤燃烧产生的硫。流化床产生的热被用于将水转化为蒸汽，例如蒸汽发生器中。流化床系统表现出诱人的综合性能，其具有高的热量释放，高的硫吸附能力，低的氮氧化物排放，和高的燃料适应能力。

用于这些型式的系统的炉膛段中的最典型的流化床通常称为“沸腾型”流化床，其中颗粒物料床具有较大密度，和轮廓分明的或者说独立的上表面。

其它型式的流化床采用一种“循环式”流化床。按照这种技术，其流化床密度可以小于典型沸腾型流化床密度，空气速度等于或大于沸腾床的空气速度，并且流过床的烟气夹带大量细颗粒物料，以致它们达到基本饱和的程度。

这些循环式流化床系统的特征是，存在较高程度的固体颗粒再循环，它使系统对燃料的热释放形式不敏感，从而减小了温度变化，并且由此使排放物稳定在低水平。这种高的固体颗粒再循环还改善了用来从颗粒燃料中分离出气体以用于颗粒燃料再循环的机械设备的效率，导致硫吸附剂和燃料停留时间的增加，减少吸附剂和燃料消耗。

在反应器为蒸汽发生器形式的情况下，反应器壁通常由许多热传导管构成。流化床内燃烧产生的热传给在管中循环流过的热交换介质，如水。热传导管通常与自然流动的水循环管路相连，并包括从转换的蒸汽中分离水的汽包，而蒸汽又转送至汽轮机发电，或转送给蒸汽用户。

在这些装置中，由炉膛出来的气态产物通常要通过旋风分离器，以从气态混合物中分离出被夹带的固体颗粒物料，并使固体颗粒物料再循环，通过回路密封(100pseal)和J型阀，回到炉膛中。旋风分离器分离出的气态剩余物，通过热量回收段进入集尘室，用引风机将气体抽出过滤袋，以从气体中分离出任何残存细颗粒物质。

在将旋风分离器分离的固体颗粒物料送回炉膛的过程中，常利用空气来促使这些物料运动，通过回路密封进入炉膛。但当被再循环的颗粒物料含有细粒度碳时，如果用空气促使固体颗粒物料通过回路密封，典型地含有约21％氧的空气将使炭燃烧。这种燃烧使回路密封中的物料温度升高的相当高。此外，当采用的是低品位燃料时，这种燃料的灰份中含中高量钒，当与空气混合时，会形成具有低共熔点的氧化钒化合物。在燃烧引起的温度升高和钒造成的结块复合作用下，将导致回路密封阻塞，引起停机和显著降低系统效率。

因此，本发明的目的是提供一种上述类型的系统和方法，其中一部分由集尘室出来的气体，被用来促使固体颗粒物料通过回路密封。

本发明的另一目的是，提供一种上述类型的系统和方法，其中回路密封中的固体颗粒物料的过热可以得到防止。

本发明的另一目的是，提供一种上述类型的系统和方法，它可防止回路密封中的固体颗粒物料结块。

本发明的另一目的是，提供一种上述类型的系统和方法，它可降低用于促使固体颗粒通过回路密封的气体中的氧含量。

本发明的再一个目的是，提供一种上述类型的系统和方法，它可提高蒸汽发生系统的总效率。

为实现这些和另一些目的，按照本发明的系统，炉膛段生成的气态物质被导至旋风分离器，从气态物质中分离出被夹带的固体颗粒物料，通过回路密封和J型阀将固体颗粒物料再循环至炉膛，旋风分离器分离出的气态物质通过热量回收段，然后进入空气加热器，被强制送风机加入的冷空气在该空气加热器中被上述气态物质加热，然后用引风机使气体通过集尘室中的过滤袋后被吸走，一部分含有较低氧含量的剩余气体被再循环，并用于促使固体颗粒物料通过回路密封和J型阀。这一低的氧含量防止了回路密封中固体颗粒物料的氧化和燃烧。

上述简要说明，以及本发明的其它目的、特征和优点，参考下面对本发明的优选的然而仅为说明用实施例的详细说明后，将会更充分地得到理解。说明是结合附图进行的。

图1示意性地示出了本发明的系统。

参见附图1，序号10总地代表本发明的流化床蒸汽发生系统，它包括：一炉膛段12，该炉膛段的一部分由直立的封闭炉墙12a构成；一空气分配器或炉箅14，横跨该炉墙12a的下端，以在该空气分配器下方形成一空气室12b，以将从气源(未示)送来的压力空气送过空气分配器14，并向上通入封闭炉墙12a中；一颗粒物料床16支承在空气分配器14上，并延伸至该封闭炉墙12a的整个高度内，封闭炉墙12a中颗粒物料的密度，随着距空气分配器14距离的增加而减小；一给料机进口12c和一再循环进口12d设置成穿过封闭炉墙12a的壁，以允许颗粒物料送入该物料床16。给料机进口12c与分配器管18连接，并与之对正，新料通过该分配器管18送入该物料床16。再循环物料通过再循环进口12d送入，这将在下面说明。

应当理解，封闭炉墙12a的壁是由许多垂直布置的壁管构成的，这些壁管用垂直延伸的隔板或肋板相互连接，以形成一基本为矩形的连接气密结构。设置了流动管路(未示)，以使水通过壁管转换成蒸汽。由于这种结构形式为一般公知方式，图中未示出，也不作进一步的描述。

封闭炉墙12a的上部，用向后弯折部分形成封闭炉墙12a的壁的管(未示)的办法形成一个开孔12e。导管20将该开孔12e与布置在封闭炉膛12a附近的旋风分离器22连接。

该旋风分离器22包括一设置在其上部22的内筒22a，以形成一环形腔室22b。漏斗23位于旋风分离器下部，并连接在旋风分离器22的壁上，而且与之成为一体。该内筒22a通过导管24与位于旋风分离器22附近的热量回收段26相连。一回路密封28通过进口12d将漏斗23的下部与炉膛段12相连。回路密封28包含一J型阀28a，以阻止固体颗粒和/或气体直接从炉膛段12向旋风分离器回流。

热量回收段26具有一个开口26a，它成形在回收段26的用于接收来自导管24的气体的上壁部分。该热量回收段26具有传统结构，用以将热气体的热量传给一种冷却流体，例如水。冷却流体流过热交换管或类似物(未示)，而热交换管或类似物设置在该热量回收段26中，并连接在封闭炉墙12a的壁管所在的同一流动回路中。

一气体流动管30形成在靠近热量回收段26处，用以接受来自热量回收段26的气体，并将气体送至设置在热量回收段26附近的空气加热管32。一强制送风机34连接在空气加热器32上，并与之相通，用以将相对较冷的空气送入该空气加热器32中。冷空气与流过空气加热器32的相对较热的气体混合。这种混合气体从空气加热器32排入一导管36，以将该气体导入设置在空气加热器32附近的集尘室38。

集尘室38为传统结构，含有数个纤维过滤袋(未示)，以最终从来自空气加热器32的气体中分离出非常细的固体颗粒。一引风机(未示)连接在自集尘室38延伸出的一出口导管40上，以将气体吸过上述纤维过滤袋进入该导管40。支管42连接在该出口导管40上，并与之相通，以将一部分清洁气体导回回路密封28，从而促使固体颗粒通过回路密封28，而出口导管40则将其余清洁气体导至一外部源(未示)。一强制引风机44连接在该支管42上，与之配合工作，强制将再循环空气由支管42送入两管46和48，而该两管46和48又与回路密封28相连，并与之配合工作。一对漏斗段50a和50b连接在集尘室38下部，用以容纳来自集尘室38的细固体微粒，并将分离出或滤出的固体物质引导至废料区(未示)。

工作时，颗粒燃粒和吸附剂物料按需要自给料机或类似设备(未示)，通过分配器管18和给料机进口12c，送入封闭炉墙12a。来自外部气源的压力空气送入并通过空气室12b，经过空气分配器14，送入封闭炉墙12a中的颗粒物料床16，以流化颗粒物料。

一点火器(未示)或类似的装置被引燃，以点燃颗粒燃料。当燃料温度达到一可容许的高温时，由给料机补充的燃料通过分配器18和给料机进口12c送入封闭炉墙12a。

封闭炉墙12a中的物料借助炉膛段12的热自燃，燃烧产生的空气和气态产物的混合物向上通过封闭炉墙12a并夹带(entrain)或扬析(elutri-ate)封闭炉墙12a中的颗粒物料。引入空气室12b行将通过空气分配器14进入封闭炉墙12a内部的空气流速按照封闭炉墙12a中颗粒物料的粒度进行控制，从而形成循环流化床，也就是说颗粒物料被流化到物料床中的颗粒物料达到实质上被夹带或扬析的程度。这样，进入封闭炉墙12a上部的气态混合物实质上饱含颗粒物料，由此形成的气态混合物流过导管20，进入旋风分离器22。

在旋风分离器22中，气态混合物绕环形腔室22b中的内筒22a旋转，在离心力作用下，一部分被夹带的固体颗粒物质从气体中分离出来，落入漏斗23，通过回路密封28，穿过再循环进口12d，返回封闭炉墙12a中，与炉膛段12中的颗粒物料相混和。分离器22分离出的气体，向上通过内筒22a，经由导管24到达热量回收段26。

气体通过热量回收段26，在经由导管30进入空气加热器32前，被去除热量。然后与空气加热器32中的强制送风机34供给的较冷空气混合，由此形成的气体与空气的气体混合物通过导管36排出空气加热器。导管36将该气体导入集尘室38，在那里气体被上述引风机吸出过滤袋，以从气体中分离出或去除极细的固体物质。用过滤袋收集的分离出的固体微粒物质，落入漏斗段50a和50b，并送至废料区(未示)。

一部分由集尘室38出来的清洁气体，经由支管42、强制送风机44、和导管46和48，被再循环至回路密封28。这部分气体用来促使旋风分离器22分离出的固体颗粒物质通过回路密封28。由于在炉膛段12中燃烧的结果，该气体的含氧量约为3-7％，这使得该气体可和颗粒物质混合物流过回路密封28，而不致使颗粒物质氧化或燃烧，从而避免上述问题。

水流过构成封闭炉墙12a的壁管和热量回收段26中的热交换管，从封闭炉壁12a中的颗粒物料和热量回收段26中的气体中吸热，逐渐将水转化成蒸汽。应当理解，可按需要设置流动循环管路，以促使流体流动。

尽管图中未具体示出，但也可以理解，还可设有附加的必要设备和结构组件，并且这些和上述所有的组件可以任何适当方式排列和支撑，以形成一完整的工作系统。

还应理解，在不脱离本发明范围的情况下，还可对本发明的方法进行各种变化。例如，流化床反应器不必一定是“循环”型，也可是任何其它型式的流化床，其中固体颗粒的再循环提高了整个系统的效率。

上述说明尚有变型、变化和替换余地，并且在一些实例中，可以采用本发明的一些特征，而不相应地采用其它特征。因此，广义地和以与本发明的范围相一致的方式构成的各权利要求是合理。

Claims (11)

1．一种流化床蒸汽发生系统，其包括：一炉膛段(12)，用以容纳由包括燃料在内的颗粒物料构成的流化床，并用以燃烧燃料以形成由被夹带的颗粒物料和气体构成的混合物；从所述气体中分离出第一部分颗粒物料的装置(22)；连接所述分离装置与所述炉膛段的装置(28)，用以将第一部分分离颗粒物料从所述分离装置送至所述炉膛段；热量回收装置(26)，用以将分离气体送至与冷却介质相接触处；一空气加热器(32)，用以接收来所述自热量回收装置的冷却后的分离气体，并用以将空气加入冷却后的分离气体中；一集尘室(38)，用以接收来自所述空气加热器的冷却后的分离气体和空气的混合物，并用以从所述气体中分离出其余颗粒物料；以及，将来自集尘室的混料的至少一部分送回所述连接装置(28)的装置(42、46和48)，以促使分离颗粒物料中的所述第一部分通过所述连接装置(28)，并回到所述炉膛段(12)中。

2．如权利要求1所述的系统，还包括一强制送风机，其连接着所述空气加热器，用以将空气引入所述空气加热器中。

3、如权利要求1所述的系统，还包括通水装置，用以使水与所述炉膛段中的颗粒物料和所述热量回段中的被分离出的气体进行热交换，使所述水获得热量，转化成蒸汽。

4、如权利要求3所述的系统，其中所述的通水装置包括许多形成至少一部分所述炉膛段的壁的水管。

5、如权利要求1所述的系统，其中所述连接装置包括一回路密封，用以将所述颗粒物料从所述分离器段导至所述炉膛段。

6、如权利要求5所述的系统，其中所述连接装置还包括一J型阀，以阻止所述颗粒物料从所述炉膛段回路。

7．一种产生蒸汽的方法，其包括如下步骤：在炉膛段中流化包含燃料在内的颗粒物料床；在所述炉膛段中燃烧已流化的颗粒物料，以形成一种由被夹带的颗粒物料和气体构成的混合物；从所述气体中分离出第一部分被夹带的颗粒物料；将分离出的第一部分颗粒物料输送回所述炉膛段；冷却分离出的气体；将冷却空气添加到冷却后的分离气体中；从分离气体和冷却空气的混合物中分离出其余部分的颗粒物料；以及，将分离气体和冷却空气的混合物中的至少一部分输送给第一部分分离颗粒物料，以促使分离颗粒物料返回所述炉膛段。

8、如权利要求7所述的方法，在所述添加步骤前，还包括从所述第一分离步骤分离出的所述气体中回收热量的步骤。

9、如权利要求8所述的方法，还包括通水步骤，以在与所述炉膛段中的颗粒物料和分离出的气体进行热交换过程中，使所述水获得热量，转化成蒸汽。

10、如权利要求9所述的方法，其中所述通水步骤，包括使水通过至少一部分所述炉膛段的壁。

11．如权利要求10所述的方法，其特征在于，冷却步骤在添加步骤之前，添加步骤在第二分离步骤之前，而第二分离步骤在第二输送步骤之前。

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