CN1100509A - 具有压力密封的流化床燃烧装置 - Google Patents

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Abstract

一种流化床燃烧装置，其中，一分离器接纳来自 炉膛中的流化床的烟气和携带颗粒物质的混合物。 一压力密封阀连接分离器出口和炉膛用来将再循环 的分离的颗粒物质返回到炉膛中，该阀是两个导管形 式的。压头建立在导管之一中，空气引导到另一导管 以便衰减炉膛中的压力波动并促进颗粒物质流回到 炉膛中。

Description

本发明涉及流化床燃烧装置和方法，特别涉及这样一种流化床装置及方法，其中，改进的压力密封设置在流化床的炉膛部和分离部之间。
流化床燃烧装置是已知的，并且包含炉膛部，其中空气流过颗粒物质的床，该颗粒物质包含矿物燃料，诸如煤，以及用于由于煤的燃烧而产生的二氧化硫的吸附剂，以使之流化并促进在相对低温下的燃料燃烧。这些形式的燃烧装置通常是用来产生蒸汽的，其中水在与流化床有关的热交换器中经过以便产生蒸汽并允许有高的燃烧效率和燃料适应性，高的硫化物吸附和低的氧化氮排放。
在这些类型装置中的炉膛部所采用的大多数典型的流化床是通称所谓的“气泡”流化床，其中颗粒物质的床具有相对高的密度和分明轮廓的上表面，或称不连续的这类装置的另一些形式中采用一种“环流”流化床，其中流化床的密度是低于典型的气泡流化床的密度，流化空气是等于或大于气泡床的，并且流过床的烟气吸入带走相当数量的精细固体颗粒，以达到烟气中颗粒大致到饱和的量值范围。
环流流化床的特征是相对高的内部和外部固体再循环，这就使其燃料的热释放模式不灵敏，因此，最小的温度变化而使稳定的硫化物排放于低水准。外部固体再循环是由在炉膛部出口处设置旋风分离器以使之接纳烟气来达到的，固体因而被从流化床带走。在分离器中从烟气分离出固体并且烟气通到热回收区，而固体则返回到炉膛中。这种再循环改善了分离器的效率，并导致硫化物吸附剂使用效率的增高，并且燃料滞留时间减小了吸附剂和燃料的燃烧。
在环流流化床装置中，在分离器和炉膛部之间设置压力密封以防止气体的直接从炉膛到分离器出口返流是重要的，而烟气同时又带着固体。前述装置具有所谓的通称“J-阀”，该J-阀具有从分离器延伸的竖直浸入部以及从浸入部延伸的U形部以便建立压力密封。申请人的美国专利5040492号公开J-阀应用于这类类型的环境中，该专利是转让给本发明受让人的。这种类型的J-阀的设计是以便使在阀的浸入部中的固体高度直接相当于越过炉膛到分离器的压力降的总和。然而，在关闭停炉或类似的过程中，当固体物质必须完全从装置中移去时，为了从J-阀的竖直部排除固体是十分困难甚至是不可能的。此外，为了令人满意地运到，这些J-阀要求相对高的流化空气压力，需要附加风机，而风机是昂贵的。
为了克服上述缺点，一种“L-阀”已发明了，它包含从分离器延伸的竖直浸入管和将竖直腿的出口和炉膛部连接的水平腿。美国专利4709662公开一种L-阀，它将外部热交换器连接到炉膛的进口。这种L-阀具有竖直腿，其中，固体物质积叠以形成物质顶端而提供压力密封。虽然这种L-阀的优点是能排放的，也就是在关闭停炉或类似过程中固体能被从阀中移去，但它还是有问题的。例如，密封高度不是直接等于越过阀的压力差，并且对来自炉膛的反压力波动是十分敏感的。而且，附加的风机通常被要求在L-阀中维持一个最小的流化空气压力。
因此，本发明的目的是提出一种流化床燃烧装置和方法，以使其在炉子（炉膛）和分离器之间具有改进的压力密封。
本发明还有一个目的是提出一种上述型式的流化床燃烧装置和方法，其中压力密封是借助于可排放的阀而达到的。
本发明再一个目的是提出一种上述类型的装置和方法，其中，阀以相对低的流化空气压力运行，并且不要求附加风机。
本发明还有一个目的是提出一种上述类型的装置和方法，其中，阀对于来自炉子（炉膛）的反压力波动是不敏感的。
本发明再一个目的是提出一种上述类型的压力密封阀。
为了满足这些目的和其它目的，本发明提出一种流化床燃烧装置，其中，分离器接纳来自炉子（炉膛）中流化床的烟气和吸入携带的颗粒物质混合物，并且从烟气中分离颗粒物质。压力密封阀将分离器出口连接到炉子（炉膛）用作为从分离器到炉膛使分离的颗粒物质通过。阀是可排放的，它的密封高度是直接与越过装置的压力降相称的，它并能吸收来自炉膛的反压波动。
本发明提出一种流化床燃烧装置，该装置包含：一炉子在所述炉子中建立可燃烧颗粒物质的流化床的装置;分离装置，该分离装置接纳来自所述炉子中的流化床的烟气和吸入携带颗粒物质的混合物并从烟气中分离所述颗粒物质;从所述分离装置延伸的用来接纳所述分离的颗粒物质的第一导管;将所述第一导管连接到所述炉子的第二导管，借此，所述颗粒物质堆积在所述第一导管中用来建立压力密封，该压力密封防止从所述炉子到所述分离装置的所述颗粒物质的返流;以及用来建立相对致密流化床和相对稀薄流化床的装置;该装置在所述第二导管装置中分别用来衰减来自炉子的压力波动和促进燃料颗粒物质流经过所述第二导管装置。
其中，所述第一导管装置包含大致为竖直的导管，所述第二导管装置包含大致水平的导管。
其中，在所述第二导管装置中建立所述相对致密流化床和相对稀薄流化床的所述装置包含引导空气进入所述第二导管装置的两个部分的装置。
其中，所述空气引导装置分别以不同的速度将空气引导到所述第二导管装置的两部分中。
其中，所述相对致密流化床位于邻近所述分离装置并衰减来自所述炉子的压力波动。
其中，所述相对稀薄流化床位于邻近所述炉子并促进所述颗粒物质流到所述炉子。
其中，所述空气引导装置在指向所述炉子方向上速度增大的而引导空气进入所述稀薄流化床，以便使所述稀薄床在所述其它部分在所述方向上变得更稀薄以促进所述流动。
其中，至少所述第二导管的一部分在指向所述炉子方向断面积是增大的以促进所述流动。
其中，在所述第二导管装置的所述两部分中，所述空气流化所述分离的颗粒物质。
所述装置，还包含延伸于所述第二导管装置和所述炉子之间的热交换装置，用来接纳来自所述第二导管装置的所述分离的颗粒物质，从所述颗粒物质移去热并使所述分离颗粒物质通过到达所述炉子。
本发明还提出一种燃烧方法，该方法包含的步骤为：
在炉子中建立可燃烧颗粒物质的流化床，在所述炉子中燃烧所述颗粒物质以形成烟气和携带的颗粒物质的混合物，使所述混合物从所述炉子经过，从所述烟气中分离所述颗粒物质，使所述分离的颗粒物质通过进入第一导管，使所述分离的颗粒物质从所述第一导管通过到达第二导管，使所述分离的颗粒物质从所述第二导管通过到达所述炉子，所述第一导管建立压力密封用来防止所述分离的颗粒物质从所述炉子的返流，并在所述第二导管中建立相对致密流化床和相对稀薄流化床以便分别衰减来自炉子的压力波动和促进所述分离的颗粒物质穿过所述第二导管的流动。
其中，所述第一导管大致竖直延伸，所述第二导管大致水平延伸。
其中，在所述第二导管中建立相对致密流化床和相对稀薄流化床的步骤包含引导空气进入所述第二导管的两部分中。
其中，所述空气是以两个不同的速度被引导到所述第二导管的两个部分中的。
其中，所述空气引导装置引导进入所述稀薄流化床的空气速度在指向所述炉子的方向上是增大的，以便使所述稀薄流化床在所述方向上变得更为稀薄使之促进所述流动。
其中，至少所述第二导管的一部分在指向所述炉子的方向上断面积是增大的以使之促进所述流动。
其中，所述空气在所述导管中流化所述分离的颗粒物质。
其中，还包含在所述颗粒物质通过到所述炉子的所述步骤之前，从所述分离的颗粒物质移去热的步骤。
结合附图，通过根据本发明的现行推荐的，然而尽管是图示的实施例的以下详细描述，对于本发明的上述简要说明以及其它目的，特征和优点将更全面地理解。
图1是表示描绘本发明装置的示意图;
图2是沿图1中2-2线的剖面视图;
图3是沿图2中3-3线的剖面放大的视图;
图4是图1所示装置的局部放大视图;
图5是与图1所示装置相似的，但是是本发明装置的变形实施例。
附图描述的本发明的流化床燃烧装置用于产生蒸汽。该装置包含竖立的水冷炉，是一般地以标号10指示，并具有前壁12，后壁14以及两个侧壁16a（图2），炉子10的上部用盖顶18封闭，并且其下部包含底板20。
穿孔板，也即炉蓖22越过炉子10的下部延伸，并且是平行于底板20延伸的，从而界定一个压力空气储气部24。储气部24接纳来自导管26的空气，该导管本身又连接到空气源（没显示）。多个竖直的喷嘴28从板22向上延伸，在板上带有穿孔通风装置用来从储气部24将空气分布进入炉膛部10。
进给装置（没显示）设置在邻接前壁12处，用来引导颗粒燃料进入炉膛，这一点是可理解的。吸附剂，诸如石灰石，以颗粒形式以相似的方法也可被引导入炉膛内。颗粒燃料和吸附物质是借助于当空气从储气部24通过板22而向上通过时而被流化的。这空气促进产生燃烧气的燃料的燃烧，并导致燃烧气和空气的混合物（以下通称“烟气”）在炉子（炉膛）10中由于对流化而上升并吸入带走部分颗粒物质，这将予以描述。
旋风分离器30位于邻接炉子10处，并且导管32是从设置在炉膛10后壁14中的出口孔14a到设置成通过分离器30的壁的进口孔30a而延伸的。因此，分离器30接纳烟气并从炉膛10中吸入颗粒物质，以传统的方式运行而由于分离器中产生的离心力从烟气中分离颗粒物质。
分离器30中被分离的烟气大致是没有固体的，它从分离器穿过竖立管34，该竖立管的一部分在分离器内延伸，以用来接纳分离的烟气，并且部分烟气从流过烟气的分离器发射到热回收部（没显示）使之进一步处理。
漏斗部30b从分离器下部延伸并连接到浸入管36，该浸入管向下延伸到炉子（炉膛）10的底板20的水平处，如图1和2所示，输送管40将浸入管36的下端部与后壁14下部上的孔口14b相连接，输送管40是由板22的延伸段22a，连接炉膛后壁14和浸入管36的前壁36a的板41以及两个侧壁40a和40b而形成的（图2）。因此，输送管40将分离的固体从浸入管36传输到炉膛10，并且其功用还于在描述的某种意义上防止从炉膛到浸入管28的固体回流。
底板20在板22之下并与板22的延伸段22a平行延伸以形成储气部，该储气部是用竖直隔板46分隔成两部分44a和44b，储气部44a和44b分别接纳来自两导管48a和48b的空气，该导管又自身连接到上述空气源。多个竖立的喷嘴50从板的延伸段22a向上延伸，并且在后板上带有穿过的通风装置用来将空气从储气部44a和44b引导到输送管40内。
正如图4中较明显地显示，板41从浸入管36的前壁36a朝向壁14a是向下弧形弯曲，然后向上到壁14a。这就形成了一个向下的颈部而把输送管40分成两部分40a和40b。由于板41向上的弧形弯曲部分，为了所述原因，输送管40的断面在指向炉膛10的方向上是增大的。
如图2和3所示，前壁12，后壁14，侧壁16a和16b，以及界定浸入管36（和分离器10）和输送管40的壁都是由具连续肋片的多个间隔管形成的，该连续肋片是从相对部分径向地延伸因而以传统方式形成气密隔片（在图2和3中为了表达方便管是被夸大了的）。
这是可理解的，即，排放管或者类似件可以与板22相结合，作为从炉膛10排放颗粒物质的需要。而且，蒸汽桶（没显示）连同多个设在上述各种水-管壁端头的集水管，连同下水管，水管等等一起而被设置以建立包含上述水管壁的蒸汽和水的流动回路。因此，以预定的流过这一流动回流的程序，水流过而被炉膛10中的颗粒燃料燃烧而产生的热将水转化成蒸汽并加热蒸汽。
在运行中，颗粒燃料物质和颗粒吸附物质被引导到炉膛10中。空气从外部源以足够的压力被引导到储气部24中，以便使空气以足够的量和速度通过喷嘴28以使之流化炉膛10中的颗粒。
设置点燃烧器用来点燃燃料物质，在点燃之后，借助炉膛10内的热使燃料物质自行燃烧，在不同的燃烧和反应阶段，燃料颗粒和吸附物颗粒的均匀混合物在炉膛中形成，该混合物以下称作为“颗粒物质”。
烟气向上穿过炉膛10并带走（或称净化）部分颗粒物质。根据颗粒物质的尺寸大小将一定量颗粒物质引导到炉膛10内，并将一定是空气引导到炉膛内部以便在炉膛10下部建立致密床，在炉膛上部建立循环的液化床，也就是，颗粒物质被流化到一定程度，即实质上的带走或净化被达到。因此，在炉膛10的下部颗粒物质的密度相对比较大，而在炉膛的整个长度上随高度而减小，在炉膛上部是大致不变的并是相对小的。在美国专利4，809，623和4，809，625中特别公开了这种技术，该两专利转让给了本发明的受让人，该公开内容被结合着作参考。
流入炉膛10上部的烟气实质上是充满颗粒物质的，并且通过后壁14上部的出口孔14a和导管32，进入旋风分离器30的进口孔30a。
在分离器30中，颗粒物质被从烟气中分离，后者（烟气）从分离器30通过导管（竖立管）34到达热回收区域或类似部分。从分离器来的被分离的颗粒物质向下穿过漏斗部30b而进入浸入管36，并在浸入管下部堆积而进入输送管40。流化空气被引导而通过管48a和48b分别进入储气部44a和44b并到达输送管40中的喷嘴50以便流化在该处的颗粒物质。引导进入储气部44a的空气速度大于引导进入储气部44b的空气速度，以使得在输送管的40a部分有相对稀薄的流化床，而在输送管40b部分有相对致密的流化床，而输送管40的向下颈部用作为两个床之间的阻隔。此外，从在输送管40a中处的喷嘴28喷出的空气速度是可调节的，以使得从输送管40b部分的相对致密床到炉膛40的方向上空气速度是逐步增大的。
由于堆积在浸入管36中的颗粒物质的水平面而形成的压头建立了一个足以防止颗粒物质从炉膛10穿过输送管40到分离器30的返流的压力密封。其设计确定是这样的，即，颗粒物质的高度相当于并随着从炉膛到分离器的压力降。
在输送管4a部中的压力密封下游的相对稀薄床吸收来自炉膛10的压力脉冲并补偿摩擦损失，从而促进从浸入管36到炉膛10的颗粒物质的流动，而输送管40b部中的相对致密床衰减压力波动。输送管40在指向炉膛10的方向上的断面面积的增大适应于固体/气体混合物更大的扩张。输送管中40a和40b部分的床高度大致相等于炉膛10中致密床的高度。
以预定的程序进给水被引到并循环于上述流动回路中，以使之将进给水转化成蒸汽并且再加热成过热蒸汽。
图5实施例所包含的元部件有一些与图1至4实施例指示的标号相同，不再进一步描述。以标号60一般指示的根据图5实施例的外部热交换器延伸于炉膛10和输送管40之间。炉膛10的后壁14的下部形成热交换器60的前壁，并且，以相对于后者后壁而间隔开的设置壁62以形成热交换器60的后壁。水平顶盖63连接壁14和62，炉膛10的底板20的延伸段20a形成热交换器60的底板。炉膛10的板22也延伸以使之形成在底板延伸段20a和板延伸段22a之间的一个储气部64。储气部64接纳来自管66的空气，管66自身又连接到外部空气源（没显示），该空气源可为供储气部24和储气部44a和44b相同的气源。
多个竖立的喷嘴68从扳延伸段22a向上延伸并且带有在板上的穿孔的通风装置用来分布从储气部64来的空气进入热交换器60。（注意延伸于输送管40下方的储气部44a和44b是位于高于储气部24和64的水平面处并且是由隔离开的板部和底板部形成的，而不是如前述实施例那样，由底板20和板22的延伸段形成的）。
开口孔62a形成在热交换器60后壁62上的大致介于后壁端头和带有输送管40出口端的通风装置之间处，开口孔14c形成在后壁14的下部，将热交换器60内部和炉膛40内部连接。
可以知道的是一个或多个热交换管束或类似物（没显示）设置在热交换器60中并与上述用于冷流体经过的回路相连接，使之相对引入的颗粒物质的热交换。热交换器60的进一步描述公开在美国专利5069170;5，069，171和5，140，950中，全都转让给本发明受让人，公开内容也结合作为参考。
除了分离的颗粒物质以上述方式从浸入管36流过输送管40，然后穿过壁62上的开口孔62a进入热交换器60之外，图5实施例的运行与图4至5实施例的运行是相似的。正如最后三个专利公开的那样，借助于喷嘴68，由于引导进入热交换器60内部的空气流化颗粒物质而使颗粒物质在热交换器60中被冷却。冷却的颗粒物质然后流过开口孔14c在后面进入炉膛。开口孔14c和62a的位置是这样的，即，在炉膛10中的致密颗粒物质的高度是大致等于在热交换器60中和输送管40中的物质高度，而其它方面图5实施例的运行与图1至4实施例的运行是一样的。
本发明的两个实施例具有若干优点，例如，输送管40和浸入管36创造了一个非机械式的压力密封阀，它能防止颗粒物质从炉膛到分离器的返流。输送管40的向下颈部能使相对致密和相对稀薄的床形成在输送管中，以使之能建立压力密封，但还允许颗粒物质从浸入管到炉膛10。引导进入输送管40a部分中的相对稀薄床内的空气速度的增大，连同朝向炉膛10方向后部输送管部分断面面积的增大就促进颗粒物质流到炉膛10。而且，输送管40并是可排放的，并且创立的阀对来自炉膛的反压力波动是不敏感的。此外，不要求附加风机来建立输送管40a和40b部分的流化速度。
在本发明的一些特征的一些例子中以及公开的内容中，企图作以改进，改变和取代将被采用而没有用其它特征，这是可理解的，而附加权利要求宽阔地解释并与本发明范畴相一致。

Claims (18)

1、一种流化床燃烧装置，该装置包含：一炉子在所述炉子中建立可燃烧颗粒物质的流化床的装置；分离装置，该分离装置接纳来自所述炉子中的流化床的烟气和吸入携带颗粒物质的混合物并从烟气中分离所述颗粒物质；从所述分离装置延伸的用来接纳所述分离的颗粒物质的第一导管；将所述第一导管连接到所述炉子的第二导管，借此，所述颗粒物质堆积在所述第一导管中用来建立压力密封，该压力密封防止从所述炉子到所述分离装置的所述颗粒物质的返流；以及用来建立相对致密流化床和相对稀薄流化床的装置；该装置在所述第二导管装置中分别用来衰减来自炉子的压力波动和促进燃料颗粒物质流经过所述第二导管装置。
2、如权利要求1所述装置，其中，所述第一导管装置包含大致为竖直的导管，所述第二导管装置包含大致水平的导管。
3、如权利要求1或2所述装置，其中，在所述第二导管装置中建立所述相对致密流化床和相对稀薄流化床的所述装置包含引导空气进入所述第二导管装置的两个部分的装置。
4、如权利要求3所述装置，其中，所述空气引导装置分别以不同的速度将空气引导到所述第二导管装置的两部分中。
5、如权利要求4所述装置，其中，所述相对致密流化床位于邻近所述分离装置并衰减来自所述炉子的压力波动。
6、如权利要求4所述装置，其中，所述相对稀薄流化床位于邻近所述炉子并促进所述颗粒物质流到所述炉子。
7、如权利要求6所述装置，其中，所述空气引导装置在指向所述炉子方向上速度增大的而引导空气进入所述稀薄流化床，以便使所述稀薄床在所述其它部分在所述方向上变得更稀薄以促进所述流动。
8、如权利要求6所述装置，其中，至少所述第二导管的一部分在指向所述炉子方向断面积是增大的以促进所述流动。
9、如权利要求3所述装置，其中，在所述第二导管装置的所述两部分中，所述空气流化所述分离的颗粒物质。
10、如权利要求1所述装置，还包含延伸于所述第二导管装置和所述炉子之间的热交换装置，用来接纳来自所述第二导管装置的所述分离的颗粒物质，从所述颗粒物质移去热并使所述分离颗粒物质通过到达所述炉子。
11、一种燃烧方法，该方法包含的步骤为：
在炉子中建立可燃烧颗粒物质的流化床，在所述炉子中燃烧所述颗粒物质以形成烟气和携带的颗粒物质的混合物，使所述混合物从所述炉子经过，从所述烟气中分离所述颗粒物质，使所述分离的颗粒物质通过进入第一导管，使所述分离的颗粒物质从所述第一导管通过到达第二导管，使所述分离的颗粒物质从所述第二导管通过到达所述炉子，所述第一导管建立压力密封用来防止所述分离的颗粒物质从所述炉子的返流，并在所述第二导管中建立相对致密流化床和相对稀薄流化床以便分别衰减来自炉子的压力波动和促进所述分离的颗粒物质穿过所述第二导管的流动。
12、如权利要求11所述方法，其中，所述第一导管大致竖直延伸，所述第二导管大致水平延伸。
13、如权利要求11或12所述方法，其中，在所述第二导管中建立相对致密流化床和相对稀薄流化床的步骤包含引导空气进入所述第二导管的两部分中。
14、如权利要求13所述方法，其中，所述空气是以两个不同的速度被引导到所述第二导管的两个部分中的。
15、如权利要求15所述方法，其中，所述空气引导装置引导进入所述稀薄流化床的空气速度在指向所述炉子的方向上是增大的，以便使所述稀薄流化床在所述方向上变得更为稀薄使之促进所述流动。
16、如权利要求15所述方法，其中，至少所述第二导管的一部分在指向所述炉子的方向上断面积是增大的以使之促进所述流动。
17、如权利要求13所述方法，其中，所述空气在所述导管中流化所述分离的颗粒物质。
18、如权利要求11所述方法，其中，还包含在所述颗粒物质通过到所述炉子的所述步骤之前，从所述分离的颗粒物质移去热的步骤。
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