CN1087415C - 加压内循环流化床锅炉 - Google Patents

Abstract

一加压内循环流化床锅炉被结合在联合循环发电系统中，其中煤，石油焦之类的燃料在一加压流化床中燃烧，燃烧燃料产生的废气送入燃气轮机。加压内循环流化床锅炉包括一压力容器，一设在压力容器中的炉膛和一带空气扩散装置的主流化床燃烧室。一热能回收室用一隔墙与主燃烧室隔开。被流化介质送入和送出主燃烧室和热能回收室。一自由空间整体形成在主燃烧室和热能回室上方，使从主燃烧室和热能回收室排出的烟气在该自由空间中混合。

Description

加压内循环流化床锅炉

本发明涉及一种加压内循环流化床锅炉，更具体地说，涉及一种用于加压流化床联合循环发电系统的加压内循环流化床锅炉，其中煤、石油焦之类的燃料在一加压流化床中燃烧，而燃烧燃料产生的排气被送入一燃气轮机。

努力减少各种来源产生的二氧化碳的排放，对减少空气污染造成的环境破坏来说是很重要的，因为这正日益对地球造成严重危害。据推测，煤将被依赖作为一种主要能源，因为更多地依赖核能和石油能当前是不利的。为抑制二氧化碳的排放，并替换石油和核能，存在一种高效、紧凑发电系统的需求，这种系统能够用煤的燃烧产生清洁能量。

为满足这一需求，开发出了常压流化床锅炉(AFBC)，它能燃烧不同种类的煤发电，这是因为粉煤锅炉由于受可获得的煤种限制，不能提供稳定的能源。

但是，常压流化床锅炉(AFBC)难于完成预期的功能。此外，由于这种锅炉仅能与蒸汽轮机配套使用，在提高效率和能量输出方面受到一定局限。上述缺点导致研究和开发的方向转向加压流化床锅炉(PFBC)，它使得与燃气轮机构成联合循环发电系统成为可能。

此外，还对煤气化联合循环发电系统作过研究，其中煤被转化成煤气，并且去除灰尘洁净后的气体才送至燃气轮机。该煤气化联合循环发电系统与一采用1300℃排气的空气冷却燃气轮机共同工作，发电端具有的目标效率为47.1％。

另一方面，容量超过80兆瓦(MWe)的这种加压沸腾型流化床锅炉已在国外作为示范或商业机运行，并具有勿需设置脱硫设备的优点。但是，煤气化发电系统在效率方面要优于加压流化联合循环发电系统。因此，对一种兼有两种系统优点和较高效率的顶置循环联合发电系统作了研究。

该顶置循环联合发电系统由一煤气发生炉和一氧化器构成，煤在煤气发生炉中分解成煤气和炭，氧化器包括一流化床锅炉，气化器产生的炭在该锅炉中燃烧。煤气发生炉中产生的煤气和氧化器中炭燃烧产生的烟气混合后在燃气轮机进口燃烧以产生高温气体。该高温气体又送至燃气轮机，驱动与之联接的发电机。

通常，投入运行的示范型或商业型容量超过80兆瓦(MWe)的加压流化床锅炉是由加压沸腾型流化床锅炉构成的。

但是加压沸腾型流化床锅炉有如下缺点：

(A)负荷控制方面的缺点

这种加压沸腾型流化发电系统是通过改变炉膛中流化床高度进行控制，以满足所负担的某一负荷的。更具体地说，是将流化介质从炉膛吸入贮罐以改变换热管的换热面积，从而控制蒸汽蒸发量来满足负荷的。当换热管的换热面积暴露于气体中时，其传热系数降低，回收的热量下降。由于从流化床放出的排气被该暴露的换热面冷却，送至燃气轮机的该排气的温度也降低，从而减少燃烧轮机的压力。

但是，上述控制方法的缺点在于，该流化床料贮槽有必要从炉膛中吸入和送回高温流化介质，而在高温高压下吸入和送回流化介质决非易事，并且当高热容量的流化介质送入和送出该流化床物料贮槽时还会趋于结块。

此外，由于加压流化床锅炉处于压力状态，流化床喷溅区的换热管比在常压流化床锅炉(AFBC)中更易受腐蚀。另一个问题是，低负荷时随着流化床高度的降低，从流化床中放出的排气被换热管冷却并短时期地保存在流化床中，会产生大量的一氧化碳。

(B)大尺寸的压力容器

通常，加压沸腾型流化床锅炉的平视图包括容纳在一圆形压力容器145中的数个方形炉膛146，如图14所示。因此，在炉膛146和压力容器145之间形成一未利用的空间，导致压力容器尺寸大，和锅炉制造成本的增加。

另外，为解决上述问题A.B.B碳公司的吉姆·安德森(Jim Anderson)先生曾从原理和设计原则上提出过一种350兆瓦的PFBC型加压沸腾型流化床锅炉。该加压沸腾型流化床锅炉通过组合三个菱形炉膛147构成，其外部如图15所示，在平视图上为六边形。接近圆形的该炉膛147组件容纳在一圆形压力容器145中。各炉膛147和压力容器145间的未利用空间得以减少，压力容器的尺寸也得到减小。上述结构的原因在于具有圆筒形炉膛的加压沸腾型流化床锅炉中换热管的布置复杂化了。

此外，由于流化床物料贮槽和管道有必要从炉膛中吸入和放回高温流化介质，流化床物料贮槽外壳和压力容器内侧管的管道使得压力容器的尺寸变大。

(C)换热管的腐蚀

普通加压沸腾型流化床锅炉由于其换热管布置在被流化介质强烈流化的流化床中，换热管更易受到腐蚀，因此要求对其进行热喷涂一类的表面处理。

(D)复杂的燃料供给系统

普通加压沸腾型流化床锅炉中，煤一类的燃料未充分分散地平撒在流化床中，为避免燃烧不匀，须在锅炉中安装燃料供给管，导致燃料供给系统复杂化。此外难以均匀地向每一燃料供给管供给煤一类的燃料。不平衡的燃料供给会造成不均匀的燃烧，并产生结块，造成停炉。

(E)石灰石磨损

普通加压流化床发电系统中，为脱硫需将石灰石与被流化介质混合，但石灰石被迅速磨损，作为灰份从除尘器散布出去，未充分发挥其脱硫作用。因此普通加压流化床发电系统难达到发电厂所要求的高脱硫率。为获得高脱硫率，就不得不使用大量脱硫剂，从而产生大量灰尘。

另一方面，顶置循环联合发电系统中，流化床锅炉被用作氧化器，也有上述缺点。

此外，固定床煤气发生炉的缺点在于，煤焦油滞留在固定床中；而夹流式煤气发生炉的缺点是由于高温反应出现灰尘堆积。与此相反，流化床煤气发生炉则具有煤焦油不滞留和不产生灰尘堆积的优点，并且由于脱硫温度介于上述两种煤气发生炉型的脱硫温度之间，脱硫可在流化床中进行。但是沸腾型流化煤气发生炉具有上述(A)-(D)项所述同样的缺点。

因此，本发明的任务是为联合循环发电系统提供一种加压内循环流化床锅炉，它可被控制而满足负荷要求，而勿需改变流化床的高度，能够防止结块，减少一氧化碳和氧化氮的排放，并提高石灰石的利用率和脱硫率。

按照本发明的一个方面，提供了一种用于联合循环发电系统的加压圆筒形内循环流化床锅炉，其包括：一压力容器；一设置在该压力容器中的炉膛；一主流化床燃烧室，它具有一空气扩散装置，设置在该炉膛底部，适于向上喷射流化空气，其质量流量至少在一侧要大于另一侧；一隔墙，设置在该空气扩散装置的一部分上方；一热能回收室通过该隔墙与所述主燃烧室隔开；一换热面装置，设置在该热能回收室内，为从中流过的吸热流体提供通道；一空气扩散器，设置在该热能回收室下部；和一自由空间，设置在该主燃烧室和该热能回收室上方；其中该热能回收室的上部和下部与该主燃烧室相通，一移动流化床形成在该空气扩散装置的喷射的质量流量较小的部分上方，使得被流化介质下落并分散在该移动床中，并且一循环流化床形成在该空气扩散装置的流化空气质量流量较大的那部分上方，使得该被流化介质强烈流化，并旋向该移动流化床上方的某一位置，而且一部分被流化介质越过该隔墙上部，被送入该热能回收室，该移动流化床和该循环流化床的形成受从该主燃烧室中的该空气扩散装置向上喷出的空气量的调节的影响，和从该热能回收室中的该空气扩散器喷出的流化空气的调节引起该热能回收室中被流化介质以移动流化床的形式下落，以循环至该主燃烧室，以及从该主燃烧室和该热能回收室排出的烟气在该自由空间中混合。。

按照一种优选实施例，该锅炉包括至少一个二次空气供给喷嘴，以向该自由空间供给二次空气，使从该主燃烧室和该热能回收室排出的烟气被混合，并且使烟气中未燃烧的可燃物质燃烧。此外，该锅炉还包括设置在主燃烧室和热能回收室间的屏装置，以阻止大颗粒可燃物质进入该热能回收室，并且在调节烟气流时允许从该热能回收室出来的烟气从中流过。

由于上述方案，本发明具有如下效果或优点：

(1)由于该主燃烧室和该热能回收室在炉膛中的功能是彼此分开的，这种锅炉简单地通过调整送入热能回收室的空气量从而改变换热管的总换热系数进行控制，满足负荷要求的，而不是改变燃烧室中流化床高度进行控制。因此没有必要用复杂的过程和设备去将被流化的介质送入和送出该燃烧室和该热能回收室，并且被流化的介质流入该主燃烧室和该热能回收室时，不会发生结块。由于即使锅炉负荷变化时，流化床温度也保持一定，锅炉可在最佳温度状条件下运行，以抑制氮氧化物(NOx)，硫的氧化物(SOx)，和其它有害物质的排放。由于换热管设置在热能回收室中，它们仅暴露在平缓流动的被流化介质中，换热管受到的腐蚀小于设置在处于强烈流动状态下的流化床中的腐蚀。

由于在流化床中产生了涡流，被流化介质不能停留在流化床中不动，煤或石油焦之类的燃料被均匀分散和燃烧，不会产生任何结块。这样，燃气轮机的效率也不会降低。由于流化床排气未被换热管冷却，一氧化碳和氮氧化物(NOx)的生成量也保持在低水平。

此外，一个宽阔的自由空间形成在热能回收室和主燃烧室上方，以热能回收室和主燃烧室排出的烟气得以在该自由空间充分混合。因此烟气可在该自由空间保持较长的时间周期，可燃物质可在该自由空间中得到充分燃烧。另外，由于向该自由空间供给二次空气，从热能回收室和主燃烧室排出的烟气混合得更充分，卷进烟气中的未燃烧的可燃物质在该自由空间中更充分地得到燃烧。

(2)一圆筒形炉膛容纳在内压保持高于大气压的一个压力容器中。该压力容器可以是圆柱形或球形。该圆筒形炉膛的流化床内侧设有一圆筒形隔墙，其倾斜上部构成一锥形隔墙，该隔墙将主燃烧室与热能回收室隔开。锥形隔墙起与向上流动的流化空气发生干涉的作用，从而使该空气向主燃烧室的中心部分偏转。浸在热能回收室中的换热管在平视图上是呈径向图形布置的。主燃烧室底面呈锥形，设有流化主燃烧室中床料的空气的扩散喷嘴。需从这些空气扩散喷嘴喷射的空气体积，以这种的方式进行控制，即具有主燃烧室直径一半左右的一个同心圆范围内的流化空气流速降低至大约1至2.5倍最低流化气体流速(Umf)。绕该同心圆的环形区域的流化气体流速达到大约4至12倍最低流化气体流速(Umf)。

由于这一方案，主燃烧室流化床中的床料(被流化介质)，最初下落到主燃烧室的中心部分，然后缓慢朝所有方向沿锥形底面扩散，到达周围的环形区，去那里由于存在强烈的流动作用，被流化介质被迫上吹，并沿圆筒形隔墙内表面运动。这时，由于锥形隔墙形成在圆筒形隔墙上部，吹力被集中，当到达流化床表面时，达到最大。在流化床处，被流动介质受沿所有方向及部分向上的水平扩散反应力的作用被迫改变其走向。

由于这一作用，大量被流化介质(床料)流入热能回收室，越过隔墙顶部；同时留在流化床表面的剩余介质下沉成为靠近该中心部的圆筒流，并卷吸周围的被流化介质。当被流化的介质到达靠近主燃烧室锥形底面中部区域时，发展成为沿水平方向朝周围区域运动的回流。该回流引起已流化介质以扩散流动的形式从中心部沿该锥形底面逐渐朝所有方向运动，从而均匀地分散了燃料和脱硫剂。因此，燃烧变得均匀，而不会发生结块。燃料供给口的数量也可减少，从而极大地简化燃料供应系统。由于留在流化床表面的剩余介质下沉为靠近中心部的圆筒流并同时卷吸周围已流化的介质，燃料和脱硫剂可在流化床中保持一长时间周期，以提高燃烧效率和脱硫效率。

大量被流化介质流过隔墙进入热能回收室。一梳齿状屏设置在该自由空间中主燃烧室和热能回收室上方，并环绕该热能回收室。该梳齿状屏有效地阻大直径煤块一类的固体燃料进入热能回收室。相应地，尽管该流化床是以不足两倍最低流化气体流速的速度缓慢流动的，也能避免了热能回收室中的流化床发生结块。该屏起挡板作用，对热能回收室中产生的烟气的流动有阻挡作用，从而允许该烟气与主燃烧室中产生的烟气充分混合和搅动。加压流化床锅炉中，当烟气卷吸有大量未燃烧物质时，燃烧效率将下降。未燃烧物质会在下游的除尘器，例如旋风除尘器中燃烧，产生结块。而如果除尘器设有陶瓷过滤器，该未燃烧物质将在该陶瓷过滤器表面燃烧，损坏该过滤器。这些问题将导致加压流化床锅炉的运行故障。因此，希望在炉膛中完全燃烧可燃物质。该屏起隔板作用，产生的混合和搅动功能是极有效的，结合送给二次空气，自由空间的高度，在自由空间中烟气保持燃烧的时间周期等措施，可使可燃物质在自由空间中完全燃烧。

(3)由于本发明的内循环流化床锅炉的主燃烧室中未设任何换热面，燃料在主燃烧室中可能以还原气氛进行燃烧。因此，通过调整燃烧空气的分配比率，主燃烧室以等于或低于燃烧所要求的按化学式计算的空气流量供给空气，而热能回收室以热能回收控制所要求的流量供给空气，完全燃烧所需的其余空气则是以二次空气的形式通过安装在自由空间中的许多二次空气喷嘴供给的，以实现二级燃烧。结果，燃料在主燃烧室中是在还原气氛中燃烧的，以有效地释放出煤中的挥发物质。碳氢化合物如甲烷(CH₄)，一氧化碳(CO)或气态N化合物包括含氨基的物质(NHi)，氰氢酸(HCN)等，减少了气相反应燃烧生成的氧化氮，N的化合物转化成氧化氮的选择能力或概率也降低，从而有可能在主燃烧室中进行低氮氧化物(NOx)燃烧。

(4)设置在隔墙下连通开口下面炉床中的空气室和空气扩散器，有效地流化了整个连通开口中的被流化介质，从而提高了通过热能回收室循环至主燃烧室的流化介质量。该空气室可与用于热能回收控制的一个空气室相通，或独立于这样的空气室而被控制。如果空气室独立于热能回收控制用的空气室进行控制，就有可能控制流化介质的循环量，而与热能回收室中扩散的空气量无关。在这种情况下，该空气室起调节阀的作用。结果圆筒形炉膛可能比矩形炉膛循环更大量的流化介质，而圆筒形炉膛的热能回收室的尺寸可以比矩形炉膛的热能回收室大，使圆柱形炉膛显露其优点。

(5)浸在热能回收室中的换热管呈辐射状排列，按功能被分成蒸发管组，蒸汽过热管组和蒸汽再热管组。从热能回收室中扩散的空气量从而可在每一管组中进行调节，这样所回收的热量便可独立地在每一管组中进行控制。管组间留有维修空间，以检查换热管。由于维修空间并非必需，这样锅炉使可在省去维修空间的条件下做的更紧凑。

(6)在被设在排气流通道下游端的颗粒分离器截获的飞灰返回热能回收室的场合，热能回收室中颗粒的平均直径和重量也减小。尽管主燃烧室中颗粒的平均直径为大约0.6毫米，随烟气流走而被该颗粒分离器截获的颗粒直径要小得多，并且在含有炭的情况下其比重更小。当热能回收室中，流化气体的速度很小，约为两倍最小流化气体速度。因此再循环颗粒被阻止重新进入，这样热能回收室中颗粒的平均直径和比重小于主燃烧室中颗粒的平均直径和比重。

最小流化气体速度(Umf)与被流化介质颗粒直径平方和其比重成正比例，这样，热能回收室中流化气体速度明显小于主燃烧室中流化气体速度。相应地，热能回收控制所需的空气流量也可以显著小于假定飞灰不被再循环进入热能回收室时的空气流量。结果，热能回收室中流化气体速度(UO)被降低。由于设置在热能回收室中的上述换热管的腐蚀率与流化气体速度(UO)的三次方成正比，当流化气体速度(UO)减小时，该换热管的腐蚀率也极大地降低。热能回收空气流量的减小可在空气流量出现任何变化时，减少其对燃烧的影响，从而高度有效地实现了稳定燃烧。

(7)一除尘器设置在从圆筒形内循环流化床锅炉排出的废气通道中。并且设置了一分选装置，以收集飞灰和将飞灰分成具有大中小颗粒直径的三组。仅将那些具有中等颗粒直径的飞灰返回至主燃烧室和/或自由空间和/或燃料供给系统。由于仅有直径范围从10至60微米(μm)含有最高炭浓度的颗粒返回圆筒形炉膛，所以有可能降低氮氧化物(NOx)，减少排气流动通道的腐蚀和提高燃烧效率，而仅伴有最小量的灰循环。

(8)该顶端循环复合发电系统中，圆筒内循环流化床锅炉用作煤气发生炉和/或氧化器。从煤气发生炉排出的炭全部被产生的煤气卷走，并冷却至600℃或更低，然后被下游的除尘器收集。之后，含未燃烧炭的颗粒被送入氧化器进行完全燃烧。氧化器中产生的废气被排出，并冷却至600℃或更低。卷吸在该废气中的含钠，钾等元素的颗粒被下游的除尘器收集和排出。经过净化的废气和从煤气发生炉排出并经过过滤以去除含钠、钾等元素的颗粒的煤气在一顶循环炉膛中混合和燃烧。该顶循环炉膛产生的高温排气被送入燃气轮机。由于该排气未卷吸含碱性金属(例如钠、钾等可能对涡轮叶片造成高温腐蚀的金属)的颗粒，该燃汽轮机可用普通材料制成和以常规方式设计。

本发明的上述任务，特征和优点从下面结合附图以举例方式对本发明的优选实施例所作的说明中，将会更清楚。

图1是按照本发明第一个实施例的加压内循环流化床锅炉的横断面图；

图2A是沿图1中IIA-IIA线的横断面图；

图2B是相当于图2A的横断面图，表示换热管的一种改进后的布置；

图3是一种联合循环发电系统的系统图，该系统中装有按照本发明第一个实施例的加压内循环流化床锅炉；

图4是表示投入的加热表面的总换热系数与流化气体速度之间的关系的曲线图；

图5是表示图1中圆筒形炉膛的详细结构的横断面图；

图6是一种联合循环发电系统的系统图，该系统中装有按照本发明第二个实施例的加压内循环流化床锅炉；

图7是一种联合循环发电系统的系统图，该系统中装有按照本发明第三个实施例的加压内循环流化床锅炉；

图8是一种改进后的联合循环发电系统的系统图，该系统中装有按照本发明第三个实施例的加压内循环流化床锅炉；

图9是一种联合循环发电系统的系统图，该系统中装有按照本发明第四个实施例的加压内循环流化床锅炉；

图10是一种混合顶端循环发电系统的系统图，核系统中装有按照本发明第五个实施例的作为一种氧化器的加压内循环流化床锅炉；

图11是一种混合顶端循环发电系统的系统图，该系统中装有按照本发明第六个实施例的作为一种氧化器的加压内循环流化床锅炉和一个煤气发生炉；

图12是一个横断面图，它表示用于按照本发明的第七个实施例的混合顶端循环发电系统中的包括一个氧化器和一个煤气发生炉的组合炉子；

图13是一种混合顶端循环发电系统的系统图，该系统中装有按照本发明第八个实施例的如图12中所示的包括氧化器和煤气发生炉的组合炉子；

图14是表示普通加压沸腾武流化床锅炉的平面图；

图15是表示另一种普通加压沸腾式流化床锅炉的平面图。

下面参照附图1至13说明按照本发明的加压内循环流化床锅炉。

(第一实施例)

如图1所示，联合循环发电系统包括一个圆筒形储罐式结构的压力容器1。该压力容器1在顶部设有一个烟气出口4，在底部设有流化空气进口3和热能回收室控制气体进口5。该压力容器1是这样设计的，即，它能够保持比大气压高的内压。该压力容器也可以是一个球形体。

在压力容器1内，设有一圆筒形炉膛2，该炉膛是一个气密容器，具有由水管组成的圆筒形膜式水冷壁11。在该圆筒形炉膛之内形成一个主流化床的燃烧室9。在圆筒形炉膛之的顶端设有烟气的出口2a，该出口与压力容器1的烟气出口4连通。圆筒形炉膛2由装在压力容器1端板上的圆筒形支承7牢固地保持在底部。在圆筒形炉膛之的流化床内部设有隔墙8，此隔墙把热能回收室10与主燃烧室9分开。隔墙8由从圆筒形膜式水冷壁11沿径向向内延伸的水管和砌在膜式水冷壁上的耐人材料构成。隔墙8有一段圆筒形隔墙8a和一段圆锥形隔墙8b，圆锥形隔墙做在圆筒形隔墙8a的上部，具有沿径向向内倾斜的内表面，圆锥形隔墙8b作为反射壁用来反射从空气喷嘴向主燃烧室9的中心喷射的流化空气，以便在主燃烧室9内产生如图1中的箭头所示那样的被流化介质的涡流。在主燃烧室9和热能回收室10的上方界定了一个自由空间31，在热能回收室10上方的自由空间和主燃烧室9上方的自由空间之间没有象隔墙之类的隔壁，因此界定了一个广阔的整体自由空间，从而使得从这两个腔室来的烟气能够自由地互相交流。

在热能回收室10内，如图2A所示平面图那样，热交换管15安装成在平面上呈辐射的形状。这些管子15是从位于圆筒形炉膛之的圆筒形膜式水冷壁11上的上、下联管箱13、14分岔出来的。一个供水进曰16设置在压力容器1的下部。从供水进口16引入的锅炉用水流过圆筒形膜式水冷壁11和一条连接管16a进入下联管箱14，然后再分配到热交换管15中去。在主燃烧室9内产生的热能由热能回收室10内的热交换管15回收以产生蒸汽。在热交换管15内产生的蒸汽被收集在上联管箱18内，然后从蒸汽出口17排到外面去。

在压力容器1上设有一个均压喷嘴18。均压喷嘴18通过一根补偿空气供应管19si与流化空气供应装置19连接。流化空气供应装置19与流化空气进口3连通。流化空气供应装置19向压力容器1和圆筒形炉膛2提供同样的压力，从而平衡了圆筒形炉膛之的内部和外部压力，除了由于流化床的压力损失而造成的很小的压力差之外。采用这样的结构，圆筒形炉膛2就不需要气密结构了。在这种情况下，在圆筒形炉膛2的自由空间31中，炉膛之受到一个外部压力，当在均压喷嘴18的上游设置一个减压阀，来平衡压力容器1与圆筒形炉膛之之间的空间36中的压力，和自由空间31中的压力时，由于流化床的压力损失，流化床的下部便受到内部压力的作用。在压力容器1上设有一个燃料供应进口6。燃料供应进口6与燃料送出口22相连。主燃烧室9的底面20呈圆锥形，上面设有许多使被流化介质在主燃烧室9内流化的空气扩散喷嘴21。燃料送出022在主燃烧室9的底面20的附近有一个开口端。从空气扩散喷嘴21喷出来的空气量是这样控制的，即在直径大约为主燃烧室9的直径的一半的同心圆范围内，流化气体的速度减到最低流化气体速度(Umf)的大约1到2,5倍。在环绕该同心圆的环形区域内的流化气体速度则达到大约为最低流化气体速度(Umf)的4到12倍的高速度。

由于以上那样的布置，在主燃烧室9的流化床里的被流化介质就开始沉降到主燃烧室9的中心部分，然后沿着圆锥形底面向各个方向慢慢地扩散直到到达周围的环形区域，由于在该区域内存在着剧烈的流化作用，所以被流化介质便被迫向上喷吹，沿着隔墙8的内表面运动。此时，因为在圆简形隔墙8a的上部形成了圆锥形隔墙8b，所以喷吹的力量就集中起来，在到达流化床的表面时达到其最大值，于是被流化介质就被反作用力强制地变换其流动路线，向各个水平方向扩散，也有一部分向上扩散。

由于这种作用的结果，大量被流化介质流入隔墙8外的热能回收室10内。热能回收室10内流化床的速度不太于最小流化气体速度(Umf)的两倍。由于流化床处于缓慢的流化状态，就产生了结块的倾向。因此，就要求象大直径的煤颗粒那样的固体燃料不要进入热能回收室10。在主燃烧室9和热能回收室10上部的上方，围绕着热能回收室10，在自由空间31内布置了一个梳齿状屏12。梳齿状屏12能有效地防止大直径的固体燃料进入热能回收室10。因此，虽然流化床在热能回收室10内以低于最低流化速度两倍的速度缓慢地流动，也能避免在流化床中产生结块。屏12用作阻挡在热能回收室10中产生的烟气的挡板，从而使该烟气能和在主燃烧室9内产生的烟气充分地混合搅拌。在加压流化床锅炉中，当烟气夹带进大量未燃烧的燃料时，燃烧效率就要降低，未燃烧的燃料会在下游的除尘器(例如旋风除尘器)中燃烧、造成结块，而且，如果除尘器中有陶瓷过滤层，未燃烧的燃料就在这些陶瓷过滤层的表面上燃烧，使这些陶瓷过滤层损坏。这些故障是加压流化床锅炉不能工作的原因。因此，希望在炉膛里把可燃烧的燃料完全燃烧掉。屏12作挡板时所起的混合和搅拌作用，结合加入二次空气的方式，自由空间31的高度，以及烟气停留在自由空间31中的时间，对于可燃烧的燃料在自由空间中的完全燃烧是非常有效的。

另一方面，主燃烧室9内的被流化介质开始在中心部分以圆筒形的流动状态沉降。一旦沉降的介质到达主燃烧室9的圆锥形底面20的中心部分时，介质就再次向各个方向扩散。按照这种方式，就产生了如图1所示的内部循环。由于这样的内部循环，从燃料送出口22供入的，例如煤水浆那样的燃料就在主燃烧室9内向所有的方向均匀地扩散。因此，即使是简单的燃料供应装置，也能避免不均匀的燃料分布，从而避免结块。

热能回收室10的底面23是锥形的，并且设有空气扩散喷嘴24，它使得热能回收室10里的被流化介质流化。借助于从与热能回收室的控制空气进口5连接的空气扩散喷嘴24喷出空气，进入隔板8以外的热能回收室10内的被流化介质开始通过热能回收室10的流化床缓慢地沉降，并在回收室10内通过换热管15进行热交换过程。然后，介质通过设置在圆筒形隔墙8a下方的一个连通口27回到主燃烧室9内。这样，在主燃烧室9内产生的热量就能通过设置在热能回收室10里的换热管15有效地回收。

此外，还可以在圆锥形隔墙8b的外表面上安装几个辅助空气扩散喷嘴26，和与这些喷嘴26连通的供气管25。辅助空气扩散喷嘴26喷射空气使介质流化，并燃烧部分进入热能回收室10的可燃烧的燃料。但是，如果圆锥形隔墙86的锥角很大，就没有必要设置这些辅助空气扩散喷嘴26。

在主燃烧室9的底面20的下方有一个流化空气室28。流化空气室28被支承隔墙8的膜式水冷壁29所封闭，并且与流化空气进口3连通。热能回收控制空气室30在热能回收室10底面23的下方。该热能回收控制空气室30通过热能回收控制空气进口5与一个供气装置连接。

具有宽阔空间的自由空间31在主燃烧室9和热能回收室10的上方。亦即，在主燃烧室9和热能回收室10，以及自由空间31之间没有狭窄部分。因此，从主燃烧室9和热能回收室10排出的烟气能在自由空问31内互相充分混合，并在自由空间31内停留一段长时间，从而使夹杂在烟气内的可燃烧燃料能在自由空间31里充分燃烧。

再有，在自由空间31内设有许多与二次空气进曰34连通的二次空气喷嘴33，以造成两阶段燃烧。由于在主燃烧室9内没有布置热交换表面，因而就能在主燃烧室9的还原气氛中使燃料燃烧。因此，借助于给燃烧空气设定一个分配比例，使供应主燃烧室9的空气的流量等于或少于燃烧所需要的理想空气流量，把为热能回收控制所需要的空气流量充入热能回收室10，而将剩余的为完全燃烧所需要的空气作为二次空气，通过装在自由空间31中的许多二次空气喷嘴33供入以完成二阶段燃烧。结果，在主燃烧室9中，燃料是在还原气氛中燃烧的，有效地释放了煤的易挥发物质。碳氢化合物诸如甲烷CH₄、一氧化碳、或气态的氮化合物(包括含氨基的物质、氰氢酸等)，减少了由于在气相反应中燃烧而产生的氮的氧化物，并且氮化合物转化成氮氧化物的选择性或可能性也减小了。因此，就有可能在主燃烧室9内实现低氮氧化物燃烧。

在自由空间31中设置了一块挡板32，以防止造成烟气通向烟气出曰4的短路，并且能使烟气在自由空间31中充分混合。然而，如果烟气已经由二次空气充分混合了，或者表层的气体速度很低，并且自由空间具有足够的高度，就没有必要设置挡板32，因为很少有短路的可能。

图2B表示图2A中所示换热管的一种改进的布置方式。热能回收室中浸入流化床的换热管都沿着径向布置，并且按照功能分成蒸发管组40，一号蒸汽过热管组41，二号蒸汽过热管组42，三号蒸汽过热管组43，以及蒸汽再热管组44。如果是直流式锅炉，蒸汽依次流过蒸发管组40、一号蒸汽过热管组41，二号蒸汽过热管组42，三号蒸汽过热管组48。产生的过热蒸汽引入高压汽轮机，然后再回到蒸汽再热管组44。由蒸汽再热管组44加热的蒸汽则引入一个中压汽轮机。

采用这种换热管的布置方式，从热能回收室10中的空气分配喷嘴24喷出的空气量能按照每个管组来调节，于是，回收热能的量就能独立地按照各个管组来控制。在管组之间设置了维修空间45，用于检查浸入的换热管。如果省去维修空间，锅炉就能做得更紧凑。

图3是说明用于根据负荷的变化控制空气供应装置的设备布置的例子。当负荷变化时，在蒸汽出口17中，即在与汽轮机进汽口连接的蒸汽管道中的蒸汽流量就改变，从而改变由蒸汽流量计F31所发出的蒸汽流量信号。计算装置Y0根据蒸汽流量计F31发来的蒸汽流量信号和蒸汽压力控制器P31发来的压力信号计算出一个输出信号，并把计算出来的输出信号送入燃料供应装置，以便供应与负荷相适应的燃料量。从计算装置Y0发出的输出信号也送到空气供应装置的计算装置Y0’。

计算装置Y0’除了接收从计算装置Y0发来的输出信号之外，也接收从氧含量控制器H2 5和废气流道50中的热量回收控制空气的流量控制器F21发来的输出信号。根据这些接收到的信号，计算装置Y0’计算出一个表示剩余空气流量的输出信号，上述剩余空气流量等于完全燃烧所用的总空气流量与热量回收空气流量之间的差，以便调整烟气流量，使废气中的氧含量保持恒定。根据计算装置Y0’发来的输出信号，计算装置Y1、Y2实施预定的计算，产生相应的输出信号，送到流化空气流量控制器F22和二次空气流量控制器F24，以便以恒定的比例向炉膛2供应流化空气和二次空气。

由于流化空气和二次空气以恒定的比例供应，所以就有可能实现二阶段燃烧模式，在这种模式中，供应主燃烧室9的空气量等于或少于燃烧所需要的理想空气流量，而向热能回收室10则供应热能回收控制所需的空气流量，其余为完全燃烧所需要的空气则作为二次空气供入自由空间31。

由于主燃烧室9内的燃烧是在还原气氛中实现的，煤中的易挥发物质被还原性燃烧有效地释放出来了，并且碳氢化合物诸如甲烷CH₄、一氧化碳、或气态的氮化合物(包括含氨基的物质、氰氢酸等)，，减少了由于在气相反应中燃烧而产生的氮的氧化物，并且氮化合物转化成氮氧化物的选择性或可能性也减小了。因此，就有可能在主燃烧室9内实现低氮氧化物的燃烧。

从蒸汽压力控制器P31发出的输出信号通过计算装置H31控制流化床温度控制器T58。更具体的说，当蒸汽压力稍微降低时，从计算装置Y31发出的输出信号，稍微降低一些流化床温度控制器T58的床温设定值。流化床温度控制器T58发出的控制信号通过计算装置Y21来改变，并施加在热能回收控制空气流量控制器F21上，然后控制器F21就增大热能回收控制空气的流量。

如图4所示，浸在热能回收室10内的换热管的总传热系数基本上与热能回收室10内流化床中的流化空气速度成正比。因此，当热能回收空气的流量，也就是流化气体的速度增加时，回收的热量就增加，从而恢复了蒸汽压力。当蒸汽压力增大超过预定值时，该装置便以相反的方式工作，减少热能回收空气的流量，从而降低蒸汽压力。

按照这种方式，以主要控制模式调节燃料供应量，而以辅助控制模式调节热能回收空气流量，于是任何因负载变化而造成的对快速和稳定的燃烧控制的有害影响就被减少到最小。

燃气轮机38的气体出口和压缩机39的空气进口可以通过阀49互相连接起来，阀49可用来调节混合在供给压缩机39的空气里的废气量，以便减少氮氧化物和稳定因低负荷下流化气体的速度增加时产生的流化过程。

图5表示图1中所示圆筒形炉膛2的详细结构。图5中，炉膛2呈图1所示的圆筒形，热能回收室10呈环形延伸到隔墙8的外面，因此能具有比矩形炉膛更大的尺寸，所以里边能容纳更多的换热管。为了显示热能回收室10的优点，就必须比矩形炉膛使更大量的流化介质进行循环。

以前，因为在隔墙8下方的连通口27中没有空气扩散喷嘴，流化床是由热能回收室10里的空气扩散喷嘴24和主燃烧室9里的空气扩散喷嘴21所喷射的流化空气以辅助方式进行流化的。因此，以前有一个不起流化作用的区域27a。按照本发明，这个问题可由空气室30’和一个布置在炉床中，在隔墙8下方连通口27之下的空气扩散喷嘴24’来解决。空气室30’和空气扩散喷嘴24’有效地使得在整个连通口27中的流化床流化，从而增加通过热能回收室10进入主燃烧室9进行循环的被流化介质的量。

空气室30’可以为了控制热能回收而与空气室80连通，也可以由空气室30独立控制。如果空气室30’由空气室30独立控制，就有可能由热能回收室10中的扩散空气的量独立地控制被流化介质的循环量。这时，空气室30起调节阀的作用。

(第二实施例)

图6表示一台联合循环发电设备的系统图，其中装有一台按照本发明第二个实施例的加压内循环流化床锅炉。

如图6所示，从压力容器1排出的废气通过废气流道50引入一台旋风除尘器51。飞灰因重力而下降，被收集在旋风除尘器51中，并储存在一个密封机械52中，然后由煤灰再循环空气53携带着从密封机械52通过再循环煤灰进曰管54回到热能回收室10，管54是通过压力容器1的侧壁和圆筒形炉膛2延伸出来的。

由于飞灰是再循环进入热能回收室10内的，所以热能回收室10内煤灰颗粒的平均直径和比重就减小了。如果主燃烧室9内的煤灰颗粒的平均直径大约是0.6毫米，则夹带在废气中，被旋风除尘器捕获并再循环进入热能回收室10的煤灰颗粒的直径就要小得多，由于这些煤灰颗粒含有炭，所以比重也小。

因为热能回收室10内的流化气体的速度低，大约是最小流化气体速度的两倍，所以不会把再循环的煤灰颗粒夹带进去，因而热能回收室10内的煤灰颗粒的平均直径比主燃烧室9内的小。

最小流化气体速度(Umf)与彼流化介质颗粒的直径的平方成正比，也和它的比重成正比，所以在热能回收室10内最小流化气体速度要比主燃烧室9内的小得多。因此，用于热能回收控制的空气流量就可以比飞灰不再循环进入热能回收室10时的小得多。结果，在热能回收室10内的流化气体速度(UO)就降低了。

由于配置在热能回收室10内的埋没的换热管的腐蚀速度与流化气体的速度(UO)的立方成正比，所以当流化气体的速度(UO)降低时，潜入的换热管的腐蚀速度大大地降低了。

如图8所示，用于控制热能回收的空气流量，即热能回收空气流量，在它控制主燃烧室9内的流化床的温度时，总是在波动的。热能回收空气流量的减少能使空气流量发生的任何变化对燃烧的影响减少到最小，并且对于达到稳定的燃烧有很大的作用。

如图6所示，废气通过旋风除尘器51被引入具有陶瓷过滤器或高温袋式过滤器的除尘器55。由除尘器55收集的飞灰用煤灰冷却器56冷却后通过带闸门的料斗57而排入大气。经过过滤变得清洁的高温废气从除尘器55引入燃气轮机58。

作为燃料储存在煤舱59中的煤用粉碎机60粉碎后送入搅拌罐61，在搅拌罐里煤与从脱硫剂储罐62加入的脱硫剂和从水罐加入的水混合，并把这种混合物搅拌成浆状燃料。然后这种浆状燃料用泥浆泵65送到圆筒形炉膛2，煤在炉膛内从燃料进曰22供入主燃烧室9内的流化床里。

再者，还有可能把飞灰用一根再循环煤灰进口管54a送回自由空间31。惜助于这种再循环，颗粒的浓度增加了，烟气的搅拌效果提高了，并且未燃烧的炭和未起反应的脱硫剂的接触机会增多了，结果就提高了燃烧效率，改进了脱硫性能，并减少了氮氧化物(NOx)。

借助于把再循环煤灰进口管54a延伸到传输的中心部分附近，可以使飞灰供入移动的流化床的表面，或者它的内部。借助于使被流化介质中拌有飞灰，就能使煤灰长期停留在流化床内部，从而改善未燃烧燃料的燃烧和脱硫作用，并减少氮氧化物(NOx)。

图6到8所示的加压内循环流化床锅炉是强制循环型的，而图1所示的加压内循环流化床锅炉则是直流式的。在强制循环的锅炉中，有一个由锅炉用水装置70供水的汽包71，而从汽包71中的水则用一个强制循环泵72使它通过一根强制循环管73进入热能回收室10的水冷壁和蒸发管。

在汽包71中产生的蒸汽74通过一根连接管(图中未示出)送到热能回收室10的过热管内，在其中产生过热蒸汽74’。然后，所产生的过热蒸汽74’供入高压汽轮机内。

(第三实施例)

图7表示按照本发明的第三实施例的加压内循环流化床锅炉，该锅炉包含一处理废气用的装置。

如图7所示，由旋风除尘器51收集在废气流道50中的飞灰由煤灰冷却器77冷却。用于煤灰冷却器77中的冷却剂可以是供给锅炉的水，或者是流化空气，以便有效地回收煤灰中的热能。

经冷却的煤灰通过闸门料斗78引入分级罐79，在其中与通过煤灰冷却器56和闸门料斗57从集混尘器55供入的飞灰混合，然后对这种混合物进行分级。在所描述的实施例中，分级空气80是通过一根为流化床分级用的空气扩散管81供入分级罐79的。然而，本实施例并不限于必须使用这种分级形式。

在分级罐79中经过分选并具有60微米或更小的未反应的脱硫剂颗粒和未燃烧的碳颗粒被空气带入旋风除尘器83。这些颗粒由旋风除尘器83进一步分级。由旋风除尘器83分级后的颗粒具有大约10微米或更小的直径，它们被引入除尘器84，由除尘器84把它们和空气分开，然后排出除尘器84。从旋风除尘器83排出的，具有10到60微米的直径的飞灰，通过密封阀85、闸门料斗86、和转阀87，由再循环煤灰输送气88送入圆筒形炉膛2。如果飞灰是由再循环煤灰进口管54带回热能回收室10中，就能获得图6的实施例中所述的一些优点。借助于通过再循环煤灰进口管54a使飞灰再循环到自由空间31中，颗粒的浓度增加了，烟气的搅拌效果提高了，并且未燃烧的碳和未反应的脱硫剂的接触机会也增加了，结果就提高了燃烧效率和脱硫效果，并减少了氮氧化物。

惜助于使再循环煤灰进口管54伸入传输中央部分的附近，就能把飞灰供到移动流化床的表面，或者移动流化床的内部。借助于使被流化介质中拌有飞灰，就能使煤灰长期停留在被流化的床内部，从而改善未燃烧燃料的燃烧和脱硫作用，并减少氮氧化物。

这样，煤灰颗粒按直径分成了三组。由于只有直径在10到60微米范围内的炭浓度高的那些颗粒回到圆筒形炉膛2中，所以就能减少氮氧化物(NOx)和硫的氧化物(SOx)的发散，减少废气流道的腐蚀速度，并能以最小的煤灰循环量来提高燃烧效率。

当尘粒是由旋风除尘器51和除尘器55分两步来收集时，可以省去旋风除尘器51、煤灰冷却器77、和闸门料斗78，而只用除尘器55来收集尘粒。经过这样的改进，尘粒就能在压力下分级而不必经过煤灰冷却器56和闸门料斗57。除尘器55通常具有陶瓷过滤层。

图8表示处理已分级飞灰的另一种布置方式。

如图8所示，经过分级罐79分选具有60微米或更小直径的、未反应的脱硫剂的颗粒和未燃烧的碳颗粒，由空气带到旋风除尘器83。由旋风除尘器83分离出来的经过分级的颗粒具有大约10微米或更小的直径，被引入一个除尘器84，由除尘器84把它和空气分开，然后排出除尘器84。

从旋风除尘器83排出来的、具有10到60微米范围内的直径的飞灰，通过密封阀85、闸门料斗86和转阀87供入料斗89。然后，从料斗89排出的煤灰由混合器90与煤和脱硫剂混合成颗粒状的燃料。然后，把这样制成的燃料用从空气罐92来的燃料输送空气递入圆筒形炉膛2。

直径在10到60微米范围内，从回转阀87排出的飞灰可以利用二次空气34用气流输送方式送入自由空间31。

(第四实施例)

图9表示按照本发明第四实施例的一台加压流化床锅炉的全部设备。

如图9所示，加压流化床锅炉的结构是一种直流式的加压流化床锅炉。加压流化床锅炉工作时，由一台泥浆泵66把浆状燃料送到炉膛2，然后再送到主燃烧室9中的流化床内进行燃烧。燃料燃烧后所产生的废气流过废气流道50，然后由除尘器55过滤，从废气中除去灰尘。然后，此废气驱动一台高压燃气轮机100和一台低压燃气轮机101，此后，该废气又在废气冷却器102内加热要供入锅炉内的水。然后，此废气从烟囱103排入大气中。

流化床的燃烧空气由低压和高压压缩机104、106加压，压缩机则由相应的燃气轮机101、102驱动。一部分空气分流出来用作热能回收用的空气，被引入热能回收控制用的空气室30。剩余的空气引入空气室28，使燃料燃烧，同时使被流化介质在主燃烧室9内产生涡流。

在一台蒸汽发生装置中，由锅炉用水供给泵107把水供入废气冷却器102，使它在里边加热，加热后的水送入锅炉，水在锅炉里流过组成圆筒形壁的水管，然后水又流过蒸发管108和蒸汽过热管109，在这个过程中，水变成了过热蒸汽。

所产生的过热蒸汽驱动高压汽轮机110，然后又流回炉膛2，由浸入的换热管111再加热。此后，蒸汽又驱动中压汽轮机112和低压汽轮机113，使发电机114发电。然后，蒸汽由冷凝器115冷凝成水，重新供入锅炉。

(第五实施例)

图10表示按照本发明第五实施例的一种内循环流化床锅炉，该锅炉作为氧化器装在混合顶端循环发电设备中。

虽然图中没有表示，但在图10所示的混合顶端循环发电设备中，本发明的加压圆筒形流化床锅炉也可以用作煤气发生炉。用作煤气发生炉的情况将在下面叙述。正如上面参照图1和3所详细描述的，在按照本发明的加压内循环流化床锅炉的主燃烧室9内没有设置换热表面。因此，为了减少氮氧化物而实行了两阶段燃烧，其结果是，燃料在主燃烧室9内是在空气比大约是0.8的还原气氛中燃烧的。由于在主燃烧室9内存在着各种不同的流化气体速度，主燃烧室9内的移动流化床中基本的空气比大约是0.5，接近于煤气发生炉中的值。因此。很容易把锅炉转变成顶端循环煤气发生炉。如果从所需要的热平衡来看，不需要在流化床中回收热能，就可以停止供应为热能回收用的空气，或者拆除浸入的换热管。

下面描述图10中所示的内循环流化床锅炉。

把煤仓121中的煤和脱硫剂罐122中的脱硫剂供入煤气发生炉120，使它们在其中被空气124分解成煤气、炭和硫化钙。

炭和硫化钙从煤气发生炉120和与煤气通道连接的除尘器123排出，通过通道125进入呈内循环流化床锅炉形式的氧化炉126，供入圆筒形炉膛2的炉床的附近。炭和硫化钙也可以送到流化床上，而不是送到炉床附近。

氧化炉126可以由煤仓121供应煤，由脱硫剂罐122供应脱硫剂，这两种原料通过燃料进口22送入主燃烧室9内，和炭一起燃烧。

氧化炉126中产生的废气由除尘器127过滤后，引入与气轮机128连接的炉膛129。废气在炉膛129中与从煤气发生炉120排出来并由除尘器123、130过滤过的煤气混合。这种混合物燃烧后产生高温气体，高效率地驱动燃气轮机128。

燃气轮机128又驱动压缩机131和发电机132。从燃气轮机128排出的废气由热能回收装置133冷却后排入大气。

在锅炉中产生的过热蒸汽74’驱动汽轮机134和与其联接的发电机135，然后由冷凝器136冷凝成水。然后这些水由锅炉用水供应泵137再供入锅炉。氧化器126中加压圆筒形流化床锅炉的工作过程和按照本发明的第一到第四实施例中的锅炉相同。

(第六实施例)

图11表示按照本发明的第六实施例的加压圆筒形流化床锅炉，它装在混合顶端循环发电系统中作为煤气发生炉120和氧化器126。

在图1工中，煤气发生炉120由煤仓121供应煤，由脱硫剂罐122供应脱硫剂。坯向煤气发生炉120供应空气，使煤进行不完全燃烧，变成煤气。也可以从氧气罐150供入氧气，或从蒸汽罐151供入蒸汽作为氧化剂来代替空气。

在煤气发生炉120中产生的未燃烧炭等全部被所产生的煤气带走，并由连接在煤气发生炉120下游的煤气冷却装置140冷却到600℃或更低，以便把钠、钾等碱金属粒子凝结起来，或者把这些碱金属固定在颗粒的表面上，因为碱金属是造成汽轮机叶片高温腐蚀的原因。然后用除尘器141收集这些颗粒后引入氧化器126，在那里完全燃烧掉。在氧化器126中产生的废气从其中排出后，用连接在煤气发生炉126下游的气体冷却装置142冷却到600℃以下。钠、钾等碱金属粒子在废气被气体冷却装置142冷却时凝结起来了，由颗粒除尘器143把它们收集起来后排出。通常，除尘器141、143具有陶瓷过滤层。

清除了钠、钾等已经净化了的废气和从煤气发生炉120排出后经过过滤和清洗的煤气，由炉膛之将其混合并燃烧掉。由于这些气体已经经过冷却，所以它们在炉膛129中燃烧时的燃烧温度稍有降低。为了防止燃烧温度低干预期值，氧化器126工作时过剩空气要尽量的少，以便减少内部产生的废气。炉膛129内所需要的氧气由氧气罐150供入炉膛129。

由炉膛129所产生的高温废气高效率地驱动燃气轮机128。然后，燃气轮机128驱动压缩机131和发电机132。从气轮机128排出的废气用热能回收装置133冷却，然后排入大气。如果气轮机128的叶片是用耐蚀性能良好的材料制造的，那么，可以省去气体冷却装置140、142。

(第七实施例)

图12表示一个组合的炉于201，它把一个煤气发生炉和一个氧化器组合成一个整体，并在混合顶端循环发电设备中用作加压内循环流化床锅炉。

如图12所示，用于混合顶端循环发电设备中的圆筒形流化床锅炉201有一个圆筒形外壁202和布置成与圆筒形外壁202同心的隔墙203。隔墙203由圆筒形隔墙203a、圆锥形隔墙203b、圆锥形隔墙203b’和圆筒形隔墙203a’组成。在圆锥形隔墙203b与203b’之间形成一连通开口204，而在圆筒形隔墙203a的下方有一连通开口205。圆筒形隔墙203a’的上端与圆筒形外墙202的顶部连接，并在其中形成一煤气出口206。

隔墙203把用作煤气发生炉zo7的内部空间与用作氧化器208的环形外部空间分开。煤气发生炉207的底面209是圆锥形的，氧化器208的底面212也是圆锥形的。也就是说，整个炉子的底面在横断面上呈W形。

再有，在煤气发生炉207和氧化器208的底面209和212下面，设置了一个一个分开的空气供应室214-217。

从空气扩散喷嘴210喷出的空气量是用这样的方式来控制的，即，在直径为煤气发生炉207的一半的同心圆范围内，流化气体的速度降低到大约为最小流化气体速度(Umr)的1到2，5倍，在围绕着该同心圆的环形区域内的流化气体速度则达到大约为最小流化气体速度的4到12倍的高速度。

由于以上那样的布置，在煤气发生炉207的流化床里的被流化介质就开始沉降到中心部分，然后沿着煤气发生炉207的圆锥形底面向各个方向慢慢地扩散，直到到达周围的环形区域，由于在该区域内存在着剧烈的流化作用，所以彼流化介质便被迫向上喷吹，沿着隔墙203的内表面运动，此时，因为在圆筒形隔墙203a的上部形成了圆锥形隔墙203b，所以喷吹的力量就集中起来，在到达流化床的表面时达到其最大值，于是被流化介质就被反作用力强制地变换其流动路线，向各个水平方向扩散，也有一部分向上扩散。由于这种作用，结果大量被流化介质通过连通口204流入氧化器208。

另一方面，煤气发生炉207内的被流化介质开始在中心部分以圆筒形的流动状态沉降。一当沉降的介质到达煤气发生炉207的圆锥形底面209的中心部分时，介质就再次向各个方向扩散。按照这种方式，就产生了如图12所示的内部循环，由于这样的内部循环，从燃料送进口211供入的，例如煤水浆那样的燃料就在煤气发生炉207内向所有的方向均匀地扩散。因此，即使是简单的燃料供应装置，也能避免不均匀的燃料分布，从而避免结块。

煤气发生炉208的底面212是锥形的，并且设有空气扩散喷嘴213，它使得煤气发生炉208里的被流化介质流化。借助于从空气扩散喷嘴213喷出空气，通过连通口204进入氧化器208的被流化介质开始通过氧化器208的流化床缓慢地沉降。然后，介质通过设置在圆筒形隔墙203a下方的一个连通口205回到煤气发生炉207内。此外，还可以在圆锥形隔墙203b的外表面上安装几个辅助空气扩散喷嘴，和与这些喷嘴连通的供气管。但是，如果圆锥形隔墙203b的锥角很大，就没有必要设置这些辅助空气扩散喷嘴。

借助于调节设置在氧化器208的底面212上的空气扩散喷嘴213喷出的空气量，使得在沿圆筒形外壁202环形部分区域内的流化气体速度太子沿隔墙203环形部分范围内的流化气体速度，被流化气体就开始沿着隔墙203沉降，并被迫向上喷射，沿着圆筒形外墙202运动，从而形成涡流。由于这种涡流，未燃烧的碳因为停留的时间长而完全燃烧了。

为了形成涡流，在煤气发生炉207底面209的中央部分下方设置了为形成移动流化床的空气室214，以供应少量的空气，并且在煤气发生炉207底面209外面部分的下方设置了为形成流化床用的空气室215。空气室214和215各与空气进口相通。

还有，在隔墙203的侧面设有空气室216，而在圆筒形外墙的侧面设有空气室217。空气室216和217用于控制流化空气的流量。圆筒形外墙202有烟气出口218与氧化器208连通。

用以上的布置方式，煤和脱硫剂供入煤气发生炉207，并在流化床内循环，产生煤气和炭。煤气从煤气出曰206排出，而包含炭在内的流化床上的燃料则通过连通口204排入氧化器208。炭在氧化器208中循环的同时被完全燃烧掉。烟气从烟气出口218排出。可以在氧化器208的自由空间内设置二次空气喷嘴219以完成两阶段燃烧。

(第八实施例)

图13表示混合顶端循环发电设备的系统图，其中装有图12所示的整体炉。

煤251和脱硫剂252供入煤气发生炉207并被煤气发生炉207中的空气253部分地燃烧和气化。可以向煤气发生炉207供入氧气150或蒸汽151作为氧化剂或气化剂。

在煤气发生炉207中产生的未燃烧炭等全部被所产生的煤气带走，并由连接在煤气发生炉207下游的煤气冷却装置254冷却到600℃或更低，以便把钠、钾等碱金属粒子凝结起来，或者把这些碱金属固定在颗粒的表面上，因为碱金属是造成汽轮机叶片高温腐蚀的原因。然后用除尘器255收集这些颗粒后用流化空气260引入氧化器208，在那里完全燃烧掉。在氧化器208中产生的废气从其中排出后，用连接在煤气发生炉208下游的气体冷却装置256冷却到600℃以下。钠、钾等碱金属粒子在废气被气体冷却装置256冷却时凝结起来了，由颗粒除尘器257把它们收集起来后排出。

由除尘器255收集的颗粒用气体输送的方式送入氧化器208。除尘器255、257通常具有陶瓷过滤层。清除了导致高温腐蚀的钠、钾的、经过清洗的煤气和烟气在炉膛258内混合并燃烧掉，然后高温烟气导入并高效率地驱动气轮机261。然后，气轮机261驱动压缩机262和发电机263。从气轮机261排出的废气用热能回收装置264冷却，然后排入大气。如果气轮机261的叶片是用耐蚀性能良好的材料制造的，那么，可以省去气体冷却装置254和256。

还有，浸入的换热管也可以布置在氧化器208内。可以用一个压力容器266来容纳该整体炉201，这样该整体炉就不需要气密结构了。

上面的说明清楚地表明，本发明具有下列优点：

(1)由于在同一个炉膛内主燃烧室和热能回收室在功能方面是互相分开的，所以它不是用改变流化床的高度，而是方便地通过调节导入热能回收室的流化空气的流量，用改变换热管的总传热系数来控制负载。因此，不需要象用于把被流化介质送入或排出炉膛的储存罐那样的复杂的控制过程和装置，并且防止了任何结块现象的发生，而在把被流化介质送入或排出炉膛时。就要发生这种现象，由于即使负载变化，流化床的温度改变也很小，所以就能使锅炉在抑制氮氧化物，硫的氧化物和其它不希望有的生成物的最佳温度条件下运转。因为换热管只位于热能回收室内，而流化床在其中处在缓慢流动的状态下，所以换热管所受到的的腐蚀要比处于剧烈流化状态中的少。

(2)被流化介质是从中心沿着圆锥形底面逐渐向各个方向以扩散流的方式流动的，因而能均匀地扩散燃料和脱硫剂，因此燃烧均匀，不会发生结块，进煤口的数目可以减到最少，使得供煤装置非常简单。

(3)主燃烧室内的流化床表面上的被流化介质以圆筒形的流动形态在中心附近沉降，同时裹入周围的被流化介质。因此，燃料和脱硫剂能长期停留在流化床中，提高了燃烧效率和脱硫效果。

(4)在普通的矩形内循环流化床锅炉中，浸入的换热管是在两个相对的侧面排成矩形的。然而，按照本发明，整个四周围都能用来布置换热管，能安装更多的换热管，使得结构更加紧凑。

(5)在普通的加压流化床锅炉中，带有水冷壁结构的矩形炉膛被包围在压力容器内，所以必须有足够的加强构件来承受炉膛内外的压力差，以保护炉膛。按照本发明，由于炉膛是圆筒形达到，具有足够的机械强度，而且可以用简单的加强构件来加强。由于容器罐和炉膛是圆形的组合体，不会让空间浪费掉，而且能布置成紧凑的结构。

(6)布置在笼屏着热能回收室的自由空间中的梳齿状屏有效地防止了象煤粒那样的大直径固体燃料进入热能回收室，因此，能避免在热能回收室内发生结块现象，这种屏起阻挡热能回收室内产生的废气的挡板的作用，从而使这种废气能和在主燃烧室内产生的废气充分地混合和搅拌。

(7)由于在内循环流化床锅炉中，在主燃烧室内没有换热表面，所以就能在主燃烧室内的还原气氛中燃烧燃料。因此，主燃烧室中的易挥发物质能很快排出。碳氢化合物例如甲烷、一氧化碳或者包括含氨基的物质，氰氢酸等的气态氮化合物，减少了气相反应中的氮氧化物，并降低了氮化合物转变成氧化物的选择性或可能性，因此，能在主燃烧室内实现低氮氧化物的燃烧。

(8)在热能回收室内流化床中的浸入的换热管是径向布置的，并且按功能分成蒸发管组、蒸汽过热管组和蒸汽重热管组。从平面图可见，由于按功能分成了若干管组，就能按照各个管组调节热能回收用的流化空气量，所以，每个管组中的回收热量能够独立调节。

(9)由于用设置在废气流道下游端的颗粒分离器收集的飞灰重新循环进入热能回收室，所以热能回收室内颗粒的平均直径和比重减小了。结果，最小流化气体速度降低了，而且用于热能回收的流化空气量也可以减少，浸入的换热管的腐蚀速度大大降低了，而且用于热能回收的流化空气量的任何变化对于燃烧的影响也减少了，这就大大有利于达到稳定的燃烧。

(10)从炉膛排出的废气中收集起来的，含有未燃烧的炭和未反应的脱硫剂的飞灰是经过分级的，只有那些带有直径在10到60微米的颗粒的飞灰才回到炉膛内，这样，就能减少氮氧化物，降低废气流道的腐蚀速度，并在最少飞灰循环量的条件下提高燃烧效率。因此，可以省去任何脱硫装置，并且用于在炉子中脱硫的脱硫剂的利用率也能因脱硫速度的提高而提高。

(11)由除尘器收集的飞灰经过冷却后在大气压力下分级，有选择地使未燃烧的炭和未反应的脱硫剂返回炉膛。因此，能避免在高压下处理高温粒子时可能出现的结块，并且所处理的物质的量也减少了，因为通过分级后只让有用的物质进行再循环，由于那些有用的物质是进入供应炉膛的燃料供应装置进行循环的，所以可省去其他的通向炉膛的再循环装置，并且未反应的脱硫剂和燃料互相混合，接触得很好，提高了脱硫速度。

(12)在混合顶端循环发电设备中，按照本发明的圆筒形内循环流化床锅炉是作为煤气发生炉和/或氧化器使用的。在煤气发生炉中排出的未燃烧炭等全部被所产生的煤气带走，并冷却到600℃或更低，并由下游的除尘器收集起来，然后这些包括未燃烧炭在内的颗粒被引入氧化器，在那里完全燃烧掉。在氧化器中产生的废气从其中排出后冷却到600℃以下。裹在废气里的包含钠、钾等在内的粒子由下游的除尘器把它们收集起来后排出。纯净的废气和在煤气炉内产生后排出来并且经过过滤清除了钠、钾等颗粒的煤气，在顶端循环炉膛内混合并燃烧。由顶端循环炉膛产生的高温废气被引入气轮机内。由于这种废气里没有裹入含碱金属(例如钠、钾等)的颗粒，所以气轮机可以用普通的材料制造，并且按照通常的方式设计，因为碱金属颗粒是造成气轮机叶片高温腐蚀的原因。

(13)在加压流化床混合发电设备中的圆筒形流化床炉中，在流化床中设置了与圆筒形外墙同心的隔墙，并在隔墙的中部和下部设有连通曰。此隔墙有与圆筒形外墙的顶饭相连的形成煤气出口的上端部。在此隔墙以内的空间用作煤气发生炉，而此隔墙以外的空间用作氧化器。因此，当圆筒形流化床炉是一个单独的炉子时，它可以当一个复合炉使用，这个炉子有煤气发生炉和氧化器两种功能，并且能高效率地工作。

Claims (27)

1、一种用于联合循环发电系统的加压圆筒形内循环流化床锅炉，其特征在于，包括：

一压力容器(1)；

一设置在该压力容器(1)中的炉膛(2)；

一主流化床燃烧室(9)，它具有一空气扩散装置(21)，设置在该炉膛(2)底部，适于向上喷射流化空气，其质量流量至少在一侧要大于另一侧；

一隔墙(8)，设置在该空气扩散装置(21)的一部分上方；

一热能回收室(10)通过隔墙(8)与所述主燃烧室(9)隔开；

一换热面装置(15)，设置在该热能回收室(10)内，为从中流过的吸热流体提供通道；

一空气扩散器(24)，设置在该热能回收室(10)下部；和

一自由空间(31)，设置在该主燃烧室(9)和该热能回收室(10)上方；

其中该热能回收室(10)的上部和下部与该主燃烧室(9)相通，一移动流化床形成在该空气扩散装置(21)的喷射的质量流量较小的部分上方，使得被流化介质下落并分散在该移动床中，并且一循环流化床形成在该空气扩散装置(21)的流化空气质量流量较大的那部分上方，使得该被流化介质强烈流化，并旋向该移动流化床上方的某一位置，而且一部分被流化介质越过该隔墙(8)上部，被送入该热能回收室(10)，该移动流化床和该循环流化床的形成受从该主燃烧室(9)中的该空气扩散装置(21)向上喷出的空气量的调节的影响，和从该热能回收室中的该空气扩散器(24)喷出的流化空气的调节引起该热能回收室(10)中被流化介质以移动流化床的形式下落，以循环至该主燃烧室(9)，以及从该主燃烧室(9)和该热能回收室(10)排出的烟气在该自由空间(31)中混合。

2、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，还包括至少一个二次空气供给喷嘴(33)，以将二次空气送入该自由空间(31)，使从该主燃烧室(9)和该热能回收室(10)排出的烟气被混合，并且使烟气中未燃烧的可燃物质燃烧。

3、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，还包括设置在该主燃烧室(9)和该热能回收室(10)之间的屏装置(12)，用以阻止大颗粒可燃物质进入该热能回收室(10)，并在调节该烟气流时允许从该热能回收室(10)出来的烟气从中流过，并与从该主燃烧室(9)出来的烟气混合。

4、按照权利要求2所述的加压内循环流化床锅炉，还包括一空气供给系统(19)，以按照供给的该燃料量控制燃烧燃料的燃烧空气量，同时使从该炉膛(2)排出的排气中的氧气浓度保持所需等级，其中，该空气供给系统(19)中，其余空气量是通过从该燃烧空气量中减去需要送至该热能回收室(10)中的该空气扩散器(24)的空气量确定的，并且该其余空气量被分成需送至该主燃烧室(9)中的该空气扩散装置(21)的空气量，和需送至该自由空间(31)作为二次空气的空气量。

5、按照权利要求4所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，需送至该主燃烧室(9)的空气量被控制成小于按化学式计算的空气流量。

6、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，还包括一设置在该自由空间(31)中的挡板(32)，其中该挡板(32)位于该炉膛(2)烟气出口的上游，以防止烟气短路。

7、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，还包括一用该炉膛(2)的烟气驱动的燃气轮机(38)，其中从该燃气轮机(38)排出的废气与需送至该炉膛(2)的燃烧空气混合。

8、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，还包括一均压喷嘴(18)，用以向该压力容器(1)和该炉膛(2)之间的空间输送压力气体，以平衡该炉膛(2)的内部和外部压力。

9、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，还包括设置在从该炉膛(2)排出的烟气通道中的一个除尘器(55)，其中被该除尘器(55)截获的飞灰被分成具有大中小颗粒直径的三组，并且仅将具有中等颗粒直径的飞灰返回到该主燃烧室(9)、该自由空间(31)和一供给燃料的燃料供给系统(6)中的至少一个中。

10、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，还包括设置在从该炉膛(2)排出的烟气通道中的一个除尘器(55)，其中被该除尘器(55)截获的飞灰，通过形成在该压力容器(1)上的一个开口被返回到该热能回收室(10)。

11、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，还包括设置在从该炉膛(2)排出的烟气通道中的一个除尘器(55)，其中被该除尘器(55)截获的飞灰，通过形成在该压力容器(1)上的一个开口被返回该主燃烧室(9)和该自由空间(31)中的至少一个中。

12、按照前述任一权利要求所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，该隔墙包括一圆筒隔墙和形成在该圆筒隔墙上部的锥形隔墙，该锥形隔墙设置在该空气扩散装置的质量流量较大的那部分上方，以与向上流动的流化空气相干涉，从而使该空气向该空气扩散装置的质量流量较小的该中心侧上方部分偏转；以及该通过所述隔墙与该主燃烧室隔开的热能回收室呈环形。

13、按照权利要求12所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，所述空气扩散装置(21)设置在该主燃烧室(9)的底面上，并且该底面呈锥形。

14、按照权利要求12所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，还包括一自由空间(31)，它整体形成在该主燃烧室(9)和该热能回收室(10)的上方，从该主燃烧室(9)和该热能回收室(10)排出的烟气在该自由空间(31)中混合。

15、按照权利要求12所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，该空气扩散器(24)设置在该热能回收室(10)的底面上，该底面是向内朝该主燃烧室(9)倾斜的，该热能回收室(10)最下面的底面面对一连通开口，以从该热能回收室(10)向该主燃烧室(9)返回被流化介质。

16、按照权利要求15所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，还包括一设置在该连通开口处的一空气扩散器，以使被流化介质得以在该连通开口中流化。

17、按照权利要求12所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，该换热面装置由许多换热管构成，它们呈径向图形排列，该换热管被分成多个组(40，41，42，43，44)，包括用作蒸发管的管组，用作蒸汽过热管的管组和用作蒸汽再热管的管组。

18、按照权利要求13所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，向该主燃烧室供给燃料的一个燃料进口设置在该主燃烧室的该底面附近。

19、按照权利要求14所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，还包括一除尘器，它设置在一个从该炉膛排出的烟气的通道中，其中被该除尘器截获的飞灰与一二次空气混合，并且该飞灰与该二次空气的混合气通过形成在该压力容器上的一个开口送至该自由空间。

20、按照权利要求12所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，还包括一设置在一个从该炉膛排出的烟气通道中的除尘器，用以收集飞灰，和一个分离器，用以从该飞灰中回收未反应的脱硫剂和未燃烧的碳。

21、按照权利要求20所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，被该分离器回收的未反应的脱硫剂和未燃烧的碳被返回到该主燃烧室和一燃料供给系统中的一个中。

22、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，所述热能回收室(10)环绕着所述主流化床燃烧室(9)布置。

23、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，该换热面装置(15)由许多浸在热能回收室中的流化床中的换热管构成，它们按功能被分成多个组(40，41，42，43，44)。

24、按照权利要求23所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，来自热能回收室(10)中的空气扩散器(24)的空气流量可以在所述组(40，41，42，43，44)的每一个中调整。

25、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，该换热面装置由许多浸在热能回收室(10)中的流化床中的换热管(15)构成，从俯视图上看，这些换热管(15)以辐射状布置。

26、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，该隔墙为倾斜隔墙。

27、按照权利要求1所述的加压内循环流化床锅炉，其特征在于，该自由空间(31)整体设置在该主燃烧室(9)和该热能回收室(10)的上方。

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