CN111492176B - 具有返料热交换器的循环流化床锅炉 - Google Patents

具有返料热交换器的循环流化床锅炉 Download PDF

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Abstract

一种循环流化床锅炉(1)，包括熔炉(50)、返料装置(5)和设置在返料装置(5)中的返料热交换器(10)。返料热交换器(10)至少包括入口室(100)、旁通室(200)和第一热交换室(310)，布置在第一热交换室(310)中的热交换器管(810)，和用于使从床料第一热交换室(310)排出的主颗粒出口(610)。主颗粒出口(610)至少具有第一部分(611)和第二部分(612)，第一部分和第二部分通过屏障元件(401)彼此分开，使得：主颗粒出口(610)的第一部分(611)具有第一高度(h1)和第一宽度(w1)，其中第一高度(h1)与第一宽度(w1)的比率(h1/w1)小于0.5或大于2。循环流化床锅炉(1)的应用，使得流化气体和床料经由主颗粒出口(610)从第一热交换室(310)排出。

Description

具有返料热交换器的循环流化床锅炉
技术领域
本发明涉及循环流化床锅炉。本发明涉及返料热交换器(loopseal heatexchangers)。本发明涉及颗粒冷却器。
背景技术
从US5,184,671中已知一种流化床热交换器。这种流化床热交换器设计为从流化床的热颗粒材料中回收热量。在过去，已经认识到流化床热交换器可以用在循环流化床锅炉的返料装置中。当流化床热交换器被布置为与蒸汽发生器连接以从流化床的床料中回收热量时，通常蒸汽变得过热，因此这种流化床热交换器可称为流化床过热器。这种热交换器可以称为返料热交换器或返料过热器。
返料热交换器的一个问题是熔炉的流化空气被设计成沿一定方向流动：从熔炉50(furnace，炉膛)通过烟气通道20到旋流器40，再从那里到过热器26，如图1所示。分离的床料从旋流器继续到达返料装置(loopseal)5。然而，返料热交换器包括用于颗粒材料的入口和出口，并且在某些情况下，流化空气可能倾向于沿相反的方向流动，即通过返料装置5从熔炉50到旋流器40。为了防止这种情况发生，返料热交换器可以设置有形成额外返料装置的附加室。然而，附加室使得热交换器的结构更加复杂，由此热交换器更难以制造并因此更昂贵。
而且，流化床锅炉的床料包括惰性颗粒材料和灰分。在已知的解决方案中，所有床料(即，还有灰分)都从返料热交换器输送到流化床锅炉的熔炉中，灰分可从该熔炉收集作为底部灰分。然而，一些灰分可能形成阻碍流化床反应器操作的附聚物(agglomerate，团块)。灰分或附聚物可以例如限制来自熔炉的炉排(grate)的空气流，这导致熔炉中的空气流动不均匀。除了影响熔炉的运行之外，由于灰分，通道需要设计得足够大以便也能输送灰分。这可能会限制锅炉的容量。
发明内容
已经注意到，通过将颗粒出口分成具有屏障元件的第一部分和第二部分，可以避免空气沿错误方向流动的问题。相应地，如说明书中所详述的，颗粒出口的部分具有相当高的纵横比。此外，已经发现，当返料热交换器没有单独的气体锁定室时，返料热交换器可以配备有第一灰分去除通道，用于从返料热交换器排出灰分。这种结构增加了容量并且易于制造。易于制造的返料热交换器还可降低锅炉的成本。
附图说明
图1以侧视图示出了循环流化床锅炉，
图2以俯视图示出了根据第一实施例的返料热交换器的不同室，
图3示出了沿图2中的剖面线III-III截取的图2的返料热交换器的剖面图III-III，
图4a示出了沿图2中的剖面线IV-IV截取的图2的返料热交换器的剖面图IV-IV，
图4b详细示出了图2的返料热交换器的第一热交换室的流化喷嘴，
图5a以透视图示出了图2的返料热交换器的内部部件，
图5b以透视图示出了图2的返料热交换器，其具有用于接收热交换器管(pipe)的开口，
图6示出了沿图2中的剖面线VI-VI截取的图2的返料热交换器的剖面图VI-VI，
图7详细示出了环形过热器的主颗粒出口，
图8以俯视图示出了根据第二实施例的返料热交换器的不同室，
图9a至图9f详细示出了环形过热器的主颗粒出口的实施例，
图10a和图10b以俯视图示出了图2的返料热交换器中的热交换器管的布置，以及
图11示出了具有内管和径向环绕外管的热交换器管。
为了说明实施例的不同视图，在附图中指示了三个正交方向Sx、Sy和Sz。在使用中，方向Sz基本上是竖直向上的。这样，方向Sz基本上与重力相反。
具体实施方式
图1以侧视图示出了循环流化床锅炉1。循环流化床锅炉1包括熔炉50、旋流器40和返料装置5。在图1中，烟气通道由附图标记20表示。通常，锅炉1包括烟气通道20内的热交换器26、28，热交换器26、28被构造成从烟气中回收热量。一些热交换器可以是构造成使蒸汽过热的过热器26。一些热交换器可以是节热器28，其被构造成加热和/或煮沸水。
在熔炉50内，一些可燃材料被配置为被燃烧。可燃材料可以通过主燃料(primaryfuel，初次燃料)入口58供给到熔炉50。诸如螺旋输送机的输送机可以被布置成供给可燃材料。一些惰性颗粒材料，例如沙子，也被布置在熔炉50中。颗粒材料和可燃材料和/或灰分的混合物称为床料。在熔炉50的底部设置有炉排52。炉排52被构造成将空气供应到熔炉中，以使床料流化并燃烧至少一些可燃材料以形成热量、烟气和灰分。在循环流化床中，空气供应非常强，使得床料被构造成在熔炉50中向上流动。炉排52包括用于供应空气的炉排喷嘴54。炉排52限定底部灰分通道56以从熔炉50中除去灰分。
从熔炉50的上部，流化气体和床料被输送到旋流器40，以便将床料与气体分离。床料从旋流器40通过通道60落到返料装置5中。优选地，返料装置5不具有与熔炉50共用的壁。这为锅炉1的结构设计提供了更大的灵活性，特别是当用于副燃料(secondary fuel，二次燃料)的入口650布置在返料装置5中时(如下面将详细描述的)。至少当返料装置5没有与熔炉50共用的壁时，床料通过返回通道15从返料装置5返回到熔炉50中。返回通道15被构造成将床料从返料装置5输送到熔炉50。
参见图1，返料热交换器10被布置在返料装置5中。如图2至图7所示，返料热交换器10包括壁510、520、530、540、550或壁部分。在本文中，术语“壁部分”指的是壁的一部分。例如，壁部分530、540、550可以被认为是不同的壁；然而，当它们是平行的并且属于同一平面时，它们可以被认为仅形成单个壁。通常，壁或壁部分由传热管子(tube)形成，这些传热管子被构造成从床料回收热量。在一个实施例中，壁部分由传热管子形成，这些传热管子被构造成将热量从床料回收到液体传热介质，例如水。
参照图2，返料热交换器10的壁限定(即，返料热交换器10具有)至少入口室100、旁通室200和第一热交换室310。第一热交换室310的目的是回收热量。因此，热交换器管810布置在第一热交换室310中。这些热交换器管810被构造成使蒸汽过热。壁进一步限定用于从第一交换室310排出床料的主颗粒出口610。主颗粒出口610由壁部分540(见图3和图5a)从下方限定，这可进一步限定第一交换室310。如图5a所示，在一个实施例中，壁部分540还限定返回通道15。当认为必要时，壁部分540将被称为第四壁部分。
图2示出了床料的两个不同的流动路径P1和P2。第一流动路径P1穿过第一热交换室310。因此，当床料穿过第一路径P1时，床料的热量由热交换器管810回收。第二流动路径P2穿过旁通室200。旁通室200的内部没有布置热交换器管。因此，当床料穿过第二路径P2时，床料的热量不会被室200内的热交换器管回收。但是，需要注意的是。室100、200、310的壁可以由传热管子形成。如下面将详细描述的，一些床料可以在床料的另一部分流过第二路径P2的同时流过第一路径P1。在替代方案中，根据需要，床料可以仅被引导通过路径P1或P2中的一个。
除了床料之外，一些轻灰分可以通过主颗粒出口610输送到通道15中。还可以与床料一起输送一些重灰分。在一个实施例中，返料热交换器10包括灰分去除通道690。在这样的实施例中，由于返料热交换器10的筛分作用，大部分重灰分被分离并通过灰分去除通道690排出。此外，因为筛分作用，通过灰分去除通道690去除的材料主要包括灰分。例如，与通过主颗粒出口610去除的材料相比，通过灰分去除通道690去除的材料包括更大程度的灰。
图2示出了灰分去除通道690的两个位置。在一个实施例中，返料热交换器10仅包括一个灰分去除通道690；例如，在第一热交换室310中或在旁通室200中。然而，在一个实施例中，返料热交换器10包括两个灰分去除通道690。例如，返料热交换器10可包括在第一热交换室310中的灰分去除通道690和在旁通室200中的另一灰分去除通道690。此外，在一个实施例中，返料热交换器10包括三个灰分去除通道690，例如，在图8示出的室中。如上所述，当返料热交换器10包括灰分去除通道690时，锅炉的容量增加，因为灰分不需要输送到熔炉50中。相应地，对于相同的锅炉容量，较小的返料热交换器10就足够了。以这种方式，一个或多个灰分去除通道690也降低了返料热交换器10的制造成本。
当灰分从返料热交换器10中除去时，如上所述，灰分优选地不输送到流化床锅炉1的熔炉50中。由于灰分很热，因此它含有可回收的热量。因此，在优选的实施例中，循环流化床锅炉1包括灰分冷却器700(参见图1)。灰分冷却器700被构造成从一个或多个灰分去除通道690接收灰分。灰分冷却器700可被构造成通过管道710从灰分去除通道690接收灰分，该管道710未连接到流化床锅炉1的熔炉50。
此外，优选地，灰分冷却器700被构造成仅从流化床锅炉1的返料装置5接收床料。优选地，灰分冷却器700构造成仅从流化床锅炉1的一个或多个返料热交换器10接收床料。优选地，灰分冷却器700被构造成仅从包括灰分去除通道690的返料热交换器10接收床料。此外，灰分冷却器700被构造成从返料热交换器10接收床料，使得灰分没有经由熔炉50从返料热交换器10被输送到灰分冷却器700。灰分冷却器700可以包括用于从灰分中回收热量的传热介质循环。灰分冷却器700可包括螺旋输送机。灰分冷却器700可包括螺旋输送机，其中螺旋输送机配备有冷却介质(例如水)的循环。
在一个实施例中，该系统包括另一个灰分冷却器750，其被构造成接收来自熔炉50的底部灰分并冷却从熔炉50接收的底部灰分。另一个灰分冷却器750可包括用于从灰分中回收热量的传热介质循环。如上所述，另一个灰分冷却器750可包括水冷螺旋输送机。
当床料在第一热交换室310中流化时，流化气体可以通过主颗粒出口610离开第一热交换室310。流化气体可以与床料一起流过返回斜槽15到达熔炉50。
参见图5a和图5b，返料热交换器10的实施例具有用于副燃料的入口650。通常，主燃料经由主燃料入口58供给到熔炉50。然而，当使用不同类型的燃料时，可以通过返料热交换器10的入口650将副燃料供给到熔炉50中。然后，副燃料与床料一起穿过返回斜槽15到熔炉50中。因此，即使使用两种类型的燃料，熔炉50的壁也不需要为这种燃料设置附加开口。显然，原则上，通过仅使用入口650来供给可燃材料或材料(例如所有不同类型的燃料)，锅炉将在没有主燃料入口58的情况下起作用。然而，在实践中，优选地通过不同的入口供给不同类型的燃料，以允许更好地控制燃料供给。
如背景技术中所述的，现有技术的返料热交换器中的问题是，如果不使用附加的气体锁定室，则空气具有沿相反方向流动的可能性。
现在已经观察到可以通过主颗粒出口610的适当措施来控制气流。特别地，已经观察到，如果主颗粒出口610的纵横比接近1，则空气可以沿两个方向流过主颗粒出口610。因此，主颗粒出口610以这样的方式设计，即它包括具有不接近1的纵横比的部分。
参考图7，返料热交换器包括屏障元件401，使得主颗粒出口610至少具有第一部分611和第二部分612。第二部分612通过屏障元件401与第一部分611分离。这种划分通常具有如下效果：部分611、612的纵横比不像主颗粒出口610的纵横比那样的接近1。参见图7，主颗粒出口610的第一部分611具有第一高度h1和第一宽度w1。在上述含义中，当第一高度h1与第一宽度w1的比率(即比率h1/w1)小于0.5或大于2时，纵横比不接近于1。一般而言，例如，当部分611不是水平的或竖直的时，纵横比被定义为较大尺寸与较小尺寸的比率，即max(h1，w1)/min(h1，w1)。
关于术语“第一高度”和“第一宽度”，它们是指第一部分611的横截面的尺寸，其中横截面被限定在一平面中，[A]该平面平行于壁部分540，该壁部分限定第一热交换室310和主颗粒出口610；或者如果不能定义这样的壁部分(例如，如果主颗粒出口610有些长)，则[B]该平面具有平行于一方向的法线，在使用中，该方向是主颗粒出口610的气体的流动的平均方向。如图7和图9a至图9e所示，在一些实施例中，高度是竖直的，宽度是水平的。然而，在第一部分611的纵横比不接近1的情况下，通过主颗粒出口610的空气的流动也可能受到影响，并且其上述横截面的两个尺寸中的较大者既不是竖直的也不是水平的。这种主颗粒出口610的一个示例如图9f所示。如其中所示出的，术语“高度”可以指横截面上的两个尺寸中的较大者，特别是如果部分(611、612、613、614)不是水平或竖直指向的话。此外，这种情况下的宽度是指垂直于高度测量的尺寸。
返料热交换器可仅包括一个屏障元件。参照图7，优选地，返料热交换器包括彼此平行的至少两个(例如恰好两个)屏障元件401、402，并且将主颗粒出口610分成至少第一部分611、第二部分612和第三部分613。更优选地，返料热交换器包括彼此平行的至少三个(例如恰好三个)屏障元件401、402、403，并且将主颗粒出口610分成至少第一部分611、第二部分612、第三部分613和第四部分614。显然，返料热交换器可以包括例如恰好四个、至少四个、正好五个、至少五个或更多数量的屏障元件。
在一个实施例中，部分611、612(以及可选地613、614，如果存在的话)中的每一个具有大于2的纵横比。每个部分的纵横比被定义为宽度和高度的最大值对宽度和高度的最小值的比率，即与上面第一部分已经详述的方式类似。特别地，在一个实施例中，第二高度h2对第二宽度w2的比率(h2/w2)小于0.5或大于2，其中第二高度h2是第二部分612的高度，第二宽度w2是第二部分612的宽度。
优选地，纵横比甚至更大。在一个实施例中，第一部分611的纵横比大于3(即，比率h1/w1小于1/3或大于3)或大于5(即，比率h1/w1小于1/5或大于5)。在一个实施例中，部分611、612(以及可选地613、614，如果存在的话)中的每一个具有大于3的纵横比。在一个实施例中，部分611、612(以及可选地613、614，如果存在的话)中的每一个具有大于5的纵横比。
在一个实施例中，部分611、612(以及可选地613、614，如果存在的话)中的每一个被构造成从第一热交换室310排出床料。流化床锅炉1可以以如下方式使用：流化气体和床料通过主颗粒出口610从第一热交换室310排出。相应地，来自熔炉50的流化空气不会通过主颗粒出口610进入第一热交换室310。
优选地，流化床锅炉1以如下方式使用：流化气体和床料经由主颗粒出口610从第一热交换室310排出，使得流化气体在主颗粒出口610处的流速为最多20m/s，并且从第一热交换室310引出。速度方向具有锅炉1根据需要起作用的效果。速度的大小具有流动被很好地控制并且不会过度研磨返料热交换器10的表面的效果。优选地，主颗粒出口610处的流化气体的流速为5m/s至10m/s，并从第一热交换室310引出。
屏障元件401(和其他屏障元件402、403)可以由任何合适的材料制成，例如金属或陶瓷。在优选实施例中，第一屏障元件401包括一个或多个传热管子。例如，第一屏障元件401可以是由砂浆(mortar)覆盖的传热管子，或者第一屏障元件401可以由被砂浆覆盖的传热管子组成。如在壁的情况下，术语“传热管子”指的是被构造成将热量回收到液体传热介质的管子。因此，该实施例中的第一屏障元件401被构造为将热量回收到液体传热介质(例如水)的循环中。这种管在图7和图9a至图9c中示出。但是，如图9d和图9e所示，具有一定的、较大的屏障宽度wb1的杆也可以用作屏障元件。如图5和图7所示，在一个实施例中，第一部分611的第一高度h1大于第一部分611的第一宽度w1。此外，在一个实施例中，第二部分612的第二高度h2大于第二部分612的第二宽度w2。然而，参照图9a、图9b和图9d，宽度可以大于高度。
此外，优选地，屏障元件401、402、403的面积与出口610的部分611、612、613、614的面积相比较小。这确保了适当小的流动阻力，同时防止空气沿两个方向流动。参照图9d和图9e，第一屏障元件具有第一屏障高度hb1和第一屏障宽度wb1。第一屏障高度hb1平行于第一高度h1。第一屏障宽度wb1平行于第一宽度w1。在图9d的实施例中，第一屏障宽度wb1基本上等于第一宽度w1，而第一屏障高度hb1基本上等于第一高度h1。但是，如图图9a和图9b所示，第一屏障高度hb1可以显著小于第一高度h1。在图9e的实施例中，第一屏障宽度wb1基本上等于第一宽度w1，且第一屏障高度hb1基本上等于第一高度h1。在图9c中，第一屏障宽度wb1可以显著小于第一宽度w1。然而，屏障宽度wb1可以大于第一宽度w1。在一个实施例中，主颗粒出口610的第一部分611的第一高度h1和第一宽度w1的乘积h1×w1是第一屏障元件401的第一屏障高度hb1和第一屏障宽度wb1的乘积hb1×wb1的至少33％。在一个实施例中，主颗粒出口610的第一部分611的第一高度h1和第一宽度w1的乘积h1×w1是第一屏障元件401的第一屏障高度hb1和第一屏障宽度wb1的乘积hb1×wb1的最多4倍。
除了相对尺寸之外，如在纵横比和/或比例面积(proportional area)(即宽度和高度的乘积)方面所讨论的，部分611或多个部分611、612、613、614的绝对尺寸也有助于防止空气沿错误的方向流动。因此，在一个实施例中，第一高度h1和第一宽度w1中的较小者为5cm至50cm，例如5cm至40cm。第一高度h1和第一宽度w1中的较小者通常由min(h1，w1)表示。优选地，这适用于主颗粒出口610的部分611、612、613等中的每一个。因此，在一个实施例中，对于主颗粒出口610的每个部分，该部分的高度和宽度中的较小者为5cm至50cm，例如5cm至40cm。
优选地，主颗粒出口610足够大以确保合理的小流动阻力。在一个实施例中，主颗粒出口610的横截面积为至少0.5m2，优选至少0.7m2。还应注意，主颗粒出口610的横截面积是其部分611和612、可选地还有613和614(以及其他部分，如果存在的话)的横截面积的总和。
为了去除灰分，由于背景技术中所述的原因，在一个实施例中，返料热交换器10还包括灰分去除通道690，该灰分去除通道被构造成将灰分输送出返料热交换器10。这具有灰分将不会被输送到熔炉50的效果。优选地，灰分去除通道690被构造成从第一热交换室310的底部或从旁通室200的底部输送灰分。这具有灰分将不会在返料热交换器10内积聚的效果，这改善了返料热交换器10的热回收能力。替代地，灰分去除通道690可以被布置在返料热交换器的竖直壁中。然而，为了清空返料热交换器以进行维护的目的，灰分去除通道690的下边缘优选地位于返料热交换器10的底板上方最多50cm处。底板410、420、430例如在图8中被示出。此外，底板水平FL在图6中被示出。以这种方式，一个或多个灰分去除通道690被布置在一个或多个室(100、200、310)的下部中，即，在一个或多个室的壁上或者在一个或多个室的底部处。
灰分去除通道690被布置在比主颗粒出口610更低的竖直高度处。灰分去除通道690可相对于主颗粒出口610被布置成使得灰分去除通道690的顶边缘布置在比主颗粒出口610的下边缘更下方的竖直高度处。在图6中用hl4表示主颗粒出口610的下边缘。在这种布置中，返料热交换器10用作将重灰分与床料分离的筛子。当返料热交换器10中的床料流化时，返料热交换器10起到空气筛的作用，其更有效地将重灰分与床料分离。然后可以通过灰分去除通道690从例如第一热交换室310的较低的部分或者从旁通室200的底部收集重灰分。
在一个实施例中，灰分去除通道690的顶边缘被布置在比主颗粒出口610的下边缘更低的水平处。在一个实施例中，主灰分去除通道690的顶边缘被布置为比主颗粒出口610的下边缘低至少50cm或者至少1m。在一个实施例中，主颗粒出口610的下边缘被布置在返料热交换器的底板上方至少1.5m或至少2m处。相应地，在一个实施例中，主颗粒出口610的下边缘被布置在灰分去除通道690的上边缘上方至少1m或至少1.5m处。
在一个实施例中，灰分去除通道690被布置在第一热交换室310的下部。可选地或另外地，灰分去除通道690可以被布置在旁通室200的下部处。可选地或另外地，灰分去除通道690可以被布置在入口室100的下部。上面已经讨论了下部的更具体的含义。
如上所述，返料热交换器10的壁限定第一流动路径P1。第一流动路径P1穿过主颗粒入口630(参见例如图6)。在使用中，床料被构造成通过主颗粒入口630进入第一热交换室310。此外，第一流动路径P1穿过主颗粒出口610。在一个实施例中，主颗粒出口610被布置在第一热交换室310的上部而主颗粒入口630被布置在第一热交换室310的下部。这具有使得返料热交换器的结构保持简单的效果。不需要单独的气体锁定室。在使用中，特定材料沿基本向下的方向进入入口室100。此外，在使用中，特定材料流过第一流动路径P1并从主颗粒出口610离开返料热交换器。在一个实施例中，第一流动路径P1仅在返料热交换器10的一个竖直壁部分(即第三壁部分530)下方延伸，并且仅在返料热交换器10的一个竖直壁部分(即第四壁部分540)上方延伸。此外，在一个实施例中，主颗粒入口630的最高点布置在比主颗粒出口610的最低点更低的竖直高度处。
如上所述，返料热交换器10的壁限定第二流动路径P2。第二流动路径P2穿过旁通室200。在使用中，床料沿基本向下的方向进入入口室100。此外，在使用中，床料流过第二流动路径P2并从副颗粒出口620离开返料热交换器(参见图3或图5a)。在一个实施例中，第二流动路径P2仅在返料热交换器10的一个竖直壁部分(即第一壁部分510)下方延伸并且仅在返料热交换器10的一个竖直壁部分(即第二壁部分520)上方延伸。参照图5a，在一个实施例中，第一壁部分510被布置在入口室100与旁通室200之间。此外，第一壁部分510布置在入口室100与返回斜槽15的一部分之间。在一个实施例中，第二壁部分520布置在旁通室200与返回斜槽15的一部分之间。此外，第二壁部分520布置在入口室100与返回斜槽15的一部分之间。
在一个实施例中，返料热交换器10的壁以如下方式布置：第一壁部分510(参见图3或图5a)将入口室100与旁通室200分开。第二壁部分520平行于第一壁部分510。第二壁部分520限定旁通室200。第二壁部分520也限定第二颗粒出口620。第一壁部分510向下延伸到第一高度水平hl1且第二壁部分520向上延伸到第二高度水平hl2，如图6所示。此外，第一高度水平hl1处于比第二高度水平hl2更低的竖直高度。这具有可以控制床料通过旁通室200的流动的效果。如下所述，床料通过旁通室200的流动可以例如借助由副喷嘴920供应的一定量的流化空气来控制。hl2和hl1之间的差异将在下面讨论。
如上所述，第三壁部分530限定入口室100并且还限定颗粒入口630(参见图5a)。床料被构造成通过颗粒入口630进入第一热交换室310。参见图5a，第三壁部分530向下延伸到第三高度水平hl3。
此外，为了确保颗粒材料从第一热交换室310平稳流出，在一个实施例中，主颗粒出口610的一部分被布置在比上述第二高度水平hl2更低的竖直高度(即，离开旁通室200的床料进入返回斜槽15的竖直高度)处。因此，在一个实施例中，第四壁部分540从下方限定主颗粒出口610并且还限定返回斜槽15，并且可以进一步限定第一热交换室310。此外，第四壁部分540向上延伸至第四高度水平hl4。如图6所示，在一个实施例中，第四高度水平hl4处于比第二高度水平hl2更低的竖直高度。这改善了通过热交换室310的床料转移，相应地，在旁通室200中提供了更大的流动阻力。在一个实施例中，差值hl2-hl4可以是例如从50mm到300mm，诸如从100mm到200mm。
如上所述，为了控制第一热交换室310内的床料的流动，在一个实施例中，第四高度水平hl4处于比第三高度水平hl3更高的竖直高度。通常，高度水平hl1和hl3，即布置在入口室100与旁通室200之间的第一壁部分510下边缘和限定颗粒入口630的壁部分530的下边缘处于基本相同的竖直高度。差值hl1-hl3的绝对值，即|hl1-hl3|，可以是例如小于100mm，例如小于75mm，或小于50mm。
为了控制通过第一热交换室310的床料的流动，在一个实施例中，第四高度水平hl4处于比水平hl1和hl3中的较高的一个高多于500mm的水平。因此，在一个实施例中，hl4-max(hl1，hl3)>500mm。按照惯例，函数“max”给出其更大或最大的参数。更优选地，差值hl4-max(hl1，hl3)>750mm。关于差值hl2-hl4的上述内容也适用。
如图2所示，返料热交换器的结构特别简单，因为入口室100、旁通室200和返回通道15的一部分都被布置在同一直线上。这种结构通过如图中所示的壁和/或壁部分来实现。相应地，返料热交换器10的实施例包括将入口室100与第一热交换室310分开的第三壁部分530、从下方限定主颗粒出口610的第四壁部分540以及将旁通室200与第一热交换室310分开的第五壁部分550。如图所示，在一个实施例中，这些壁部分(530、540、550)是平行的。在优选实施例中，第三壁部分530、第四壁部分540和第五壁部分550是平行的并且属于平面P。这样的平面在图2中示出。如图2所示，这些壁部分(530、540、550)是竖直的。此外，第三壁部分530形成入口室100和第一热交换室310两者的壁的一部分。此外，第四壁部分540形成返回通道15和第一热交换室310两者的壁的一部分。此外，第五壁部分550形成旁通室200和第一热交换室310两者的壁的一部分。参见图5a，在一个实施例中，第三壁部分530布置在入口室100与第一热交换室310之间。在一个实施例中，第四壁部分540布置在返回斜槽15的一部分与第一热交换室310之间。在一个实施例中，第五壁部分550布置在旁通室200与第一热交换室310之间。
参照图4a，返料热交换器的实施例包括主喷嘴910，该主喷嘴被构造成通过流化气体使第一热交换室310内的床料流化。主喷嘴910布置在第一热交换室310的底部。床料通过第一流动路径P1的流动能通过使第一热交换室310中的床料流化而实现。此外，通过第一路径P1的流动阻力可以通过第一热交换室310内的流化程度来控制。返料热交换器10包括用于将空气分配到主喷嘴910的空气通道912。上述高度水平hl4和hl3也有助于通过第一路径P1的流动阻力。优选地，这些高度水平的差异也在上述实施例的限定范围内，其中返料热交换器包括主喷嘴910。
第一热交换室310内的空气分布不需要是均匀的。优选地，第一热交换室310内的流化空气的分布被设计成使得热交换器管810的外表面的至少90％到至少95％与流动床料接触。这与床料在交换管810的一些表面上不会流动(即卡住)的情况形成对比。
参照图4b，在一个实施例中，主喷嘴910包括第一主喷嘴915和第二主喷嘴916。第一主喷嘴915布置成比第二主喷嘴916更靠近主颗粒入口630。此外，第一主喷嘴915的流动阻力大于第二主喷嘴916的流动阻力。实际上，更多的流化气体被引导通过第二主喷嘴916而不是通过第一主喷嘴915。相应地，床料的流动是在进一步远离主颗粒入口630的位置处增强。以这种方式，流动床料更均匀地分布在热交换器管810的表面上。
在一个实施例中，主喷嘴910包括第三主喷嘴917和第四主喷嘴918。第三主喷嘴917布置成比第四主喷嘴918更靠近主颗粒出口610。此外，第三主喷嘴917的流动阻力大于第四主喷嘴918的流动阻力。实际上，更多的流化气体被引导通过第四主喷嘴918而不是通过第三主喷嘴917。相应地，床料的流动在进一步远离主颗粒出口610的位置被增强。以这种方式，流动床料更均匀地分布在热交换器管810的表面上。
在一个实施例中，第三主喷嘴917布置成比第一主喷嘴915更靠近主颗粒出口610。在一个实施例中，第一主喷嘴915的流动阻力不同于第三主喷嘴917的流动阻力。在一个实施例中，第一主喷嘴915的流动阻力大于第三主喷嘴917的流动阻力。实际上，更多的流化气体被引导通过第三主喷嘴917而不是通过第一主喷嘴915。
参照图3，返料热交换器的实施例包括副喷嘴920，该副喷嘴被构造成通过流化气体使旁通室200内的床料流化。副喷嘴920布置在旁通室200的底部。通过使旁通室200中的床料流化，能够使床料流过第二流动路径P2。此外，通过第二路径P2的流动阻力通过旁通室200内的流化程度而被控制。返料热交换器10包括用于将空气分配到副喷嘴920的空气通道922。前述高度水平hl2和hl1也有助于通过第二流动路径P2的流动阻力。优选地，这些高度水平的差异也在上述实施例的限定范围内，其中返料热交换器包括副喷嘴920。
根据例如锅炉的负载和/或供应到锅炉中的燃料，对由流化床热交换器10加热传热介质(例如过热蒸汽)的需求可能更大或更小。因此，根据需要，更大或更小部分的床料可以通过第一流动路径P1输送，而其余材料通过第二流动路径P2输送。这种控制可以通过喷嘴910、920实现。此外，控制优选地是自动化的。
因此，流化床锅炉1的实施例包括处理器CPU(参见图3和图4)。处理器CPU被构造为控制通过主喷嘴910的气体的流动。此外，处理器CPU被构造为控制通过副喷嘴920的气体的流动。处理器CPU可以被构造为独立于通过主喷嘴910的气体的流动，而控制通过副喷嘴920的气体的流动。以这种方式，通过控制通过主喷嘴和副喷嘴的气体的流动，可以控制流过第一路径P1和第二路径P2的床料的相对量。处理器CPU可以被构造为控制例如流到空气通道912和922的空气。
在一个实施例中，处理器CPU被构造为控制通过主喷嘴910和副喷嘴920的空气流的比率。更具体地，当主空气流F1通过主喷嘴910供应且副空气流F2通过副喷嘴920供应时，在一个实施例中，处理器CPU被构造为控制比率F1/F2。
增加或减少加热室310中的蒸汽的加热量的需要可取决于加热室310的热交换器管810之后的蒸汽温度。因此，参考图4，实施例包括第一传感器850，该第一传感器被构造成感测已经通过热交换器管810输送的蒸汽的温度。此外，第一传感器850被构造成在蒸汽进入涡轮机之前感测蒸汽的温度。通常，需要精确地控制输送到涡轮机的蒸汽的温度，以使涡轮机正常运行。在一个实施例中，第一传感器850被构造为给出指示蒸汽温度的第一信号S1，并且处理器CPU被构造为接收第一信号S1。此外，在一个实施例中，处理器CPU被构造为使用第一信号S1控制通过主喷嘴910和副喷嘴920的空气流的比率F1/F2。
例如，当第一信号S1指示蒸汽的温度正在降低或已经降低到极限值以下时，可以将更多的床料引导到加热室310以加热热交换器管810内的蒸汽。因此，可以增加通过加热室310中的主喷嘴910的流F1和/或可以减少通过旁通室200中的副喷嘴920的流F2。这种增加和/或减少会影响上述流的比率F1/F2。特别地，如果需要更大的加热功率，则可以增大比率F1/F2。
在一个实施例中，锅炉1还包括第二传感器852，该第二传感器被构造成感测将进入热交换器管810的蒸汽的温度。因此，蒸汽已经在加热室310内被加热的温度差可以被测量。处理器CPU也可以使用这种温度差来控制比率F1/F2。因此，一个实施例包括第二传感器852，其被构造成感测进入热交换器管810的蒸汽的温度。此外，在一个实施例中，第二传感器852被构造成在布置在锅炉1的烟气通道20中的过热器26之后感测蒸汽的温度。在一个实施例中，第二传感器852被构造为给出指示蒸汽温度的第二信号S2，并且处理器CPU被构造为接收第一信号S1和第二信号S2。此外，在一个实施例中，处理器CPU被构造为使用第一信号S1和第二信号S2来控制通过主喷嘴910和副喷嘴920的空气流的比率F1/F2。例如，处理器CPU可以被构造为将基于信号S1和S2确定的温度差与预设温度差进行比较。如果该温度差太小，则通过增加如上所述的比率F1/F2将更多的床料引导到第一热交换室310。相应地，如果该温度差太大，则通过降低如上所述的比率F1/F2将较少的床料引导至第一热交换室310。
在一个实施例中，主喷嘴910被构造成通过流化气体的流动把灰分朝向灰分去除通道690驱动。例如，如图2所示，灰分去除通道690可以布置在第一热交换室310中(在与布置有主颗粒出口610的同一端)。主喷嘴910可以被构造成产生不完全竖直的、但是朝向第一热交换室310的包括灰分去除通道690的那一端倾斜的流化流(fluidizing flow)。另外地或可选地，可以构造副喷嘴920以通过流化气体的流动朝向旁通室200的灰分去除通道690驱动灰分。这在图3中示出，其中至少一些副喷嘴920朝向灰分去除通道690倾斜。
参照图4a，返料热交换器的实施例包括第三喷嘴930，该第三喷嘴被构造成通过流化气体使入口室100内的床料流化。当也在入口室100中的床料流化时，材料容易在室(100、200、310)之间流动。特别地，灰分可以在室之间流动，这改善了通过灰分去除通道690的灰分去除。
参照图2和图8，在一个实施例中，入口室100由第一底板410从下方限定，旁通室200由第二底板420从下方限定，并且第一热交换室310由第三底板430从下方限定。在一个实施例中，第一底板410布置在底板水平FL处。如图3和图4所示，底板水平FL指的是第一底板410的竖直高度。在一个实施例中，第二底板420和第三底板430也布置在底板水平FL上。因此，在一个实施例中，所有的底板410、420和430处于相同的竖直高度。这具有如下技术效果：入口室100、旁通室200和第一热交换室310形成仅具有一个底板的单个隔室。在这种结构中，灰分可以合理地、自由地从一个室移动到另一个室。因此，灰分的去除变得容易。甚至仅一个灰分去除通道690就可足以实现去除灰分的目的。然而，通过添加另一灰分去除通道690可以促进灰分去除。
在一个实施例中，第三壁部分530限定主颗粒入口630，床料被构造成在使用中通过该主颗粒入口630进入第一热交换室310。此外，主颗粒入口630沿向下竖直方向延伸到底板水平FL。这与底板410和430处于相同水平有关，且具有灰分容易从入口室100输送到第一热交换室310的效果。因此，灰分去除通道690可以布置在第一热交换室310中。
在一个实施例中，第一壁部分510限定副颗粒入口640，床料被构造成在使用中通过该副颗粒入口进入旁通室200。副颗粒入口640沿向下竖直方向延伸到底板水平FL。这与底板410和420处于相同水平有关，且具有灰分容易从入口室100输送到旁通室200的效果。因此，灰分去除通道690可以布置在旁通室200中。
优选地，主颗粒入口630和副颗粒入口640都沿向下竖直方向延伸到底板水平FL，并且所有三个底板410、420、430都在同一水平上。在这种情况下，只有一个灰分去除通道690就足够了，因为灰分可以例如从旁通室200移动到第一热交换室310，或者反之亦然。
图8示出了返料热交换器10的另一个实施例。图8的返料热交换器10包括第二热交换室320。一些床料被构造成通过第二热交换室320沿第三流动路径P1B流到第三颗粒出口，并经由第三颗粒出口到达返回通道15。热交换器管820布置在第二热交换室320中以从中回收热量。入口室100布置在第一热交换室310和第二热交换室320之间。这具有入口室100以及返回通道15沿水平方向Sy布置在返料热交换器10的基本上中心的效果。这种设计可以更好地适配于一些流化床锅炉的返料装置。
然而，这种结构比图2的结构更复杂。因此，实施例仅包括一个热交换室310，其配备有构造成使蒸汽过热的热交换器管810。如上所述，返料热交换器10的壁可包括被构造成加热液体传热介质的传热管子。
图10a和图10b示出了返料热交换器10的实施例。如图中所示，床料被构造成通过第一流动路径P1流过第一热交换室310。在第一热交换室310中，第一流动路径P1具有倾斜向上的方向，并且基本上平行于从入口室100到返回通道15的方向。热交换器管810通常具有笔直部分和弯曲部分。如图10a所示，在一个实施例中，笔直部分与从入口室100到通道15的方向形成至多30度的角度。如图10b所示，在一个实施例中，笔直部分与从入口室100到通道15的方向形成至少60度的角度。
热交换器管810可以构成热交换器模块。这种热交换器模块可以插入第一热交换室310中和从第一热交换室310中去除。在一个实施例中，第一热交换室310的壁包括开口680(参见图5b)，且热交换器模块的一部分被布置在开口处。图5b示出了返料热交换器的壁(当这种热交换器模块未插入第一热交换室310时)。图10a示出了图5b的流化床热交换器10(在热交换器模块已经插入开口680中之后)。如图4a和图10b所示，在替代方案中，这种模块可以通过流化床热交换器10的另一壁上的开口插入。这种模块化结构还使得返料热交换器的制造更容易并且以这种方式降低了制造成本。传热管810可以单独制造，然后插入室310中。
图4a示出了入口管子812，该入口管子被构造成将传热介质(例如蒸汽)分配到热交换器管810中。出口管子814被构造成从热交换器管810收集加热的传热介质(例如蒸汽)。这样的入口管子812和出口管子814也在图10a和图10b中示出。如图4a中所示，入口管子812可以布置在出口管子814上方；或者入口管子812可以布置在出口管子814下方(未示出)。
返料装置5是一个恶劣的环境。在返料装置5内，床料研磨热交换器管810，并且腐蚀性气体也可冷凝到管810上。参见图11，为了保护管810，在一个实施例中，第一热交换室310的热交换器管810设有保护壳。在这样的实施例中，热交换器管810包括由外管814径向围绕的内管812。外管814用作内管812的保护壳。此外，诸如空气间隙和/或一层砂浆的绝缘层813可以留在内管812和外管814之间。外管814的内径可以比内管812的外径大例如至少1mm。外管814的内径可以比内管812的外径大例如从1mm到10mm。因此，内管812和外管814之间的绝热材料层813的厚度可以是例如从0.5mm到5mm，例如从1mm到4mm，例如从1mm到2mm。

Claims (28)

1.一种返料装置(5)，在所述返料装置(5)中布置有返料热交换器(10)，所述返料热交换器(10)包括：
-至少入口室(100)、旁通室(200)和第一热交换室(310)，
-热交换器管(810)，布置在所述第一热交换室(310)中，以及
-主颗粒出口(610)，用于从所述第一热交换室(310)排出床料，其中
-所述主颗粒出口(610)至少具有第一部分(611)和第二部分(612)，所述第一部分和所述第二部分通过屏障元件(401)彼此分开，使得
-所述主颗粒出口(610)的第一部分(611)具有第一高度(h1)和第一宽度(w1)，其中
-所述第一高度(h1)与所述第一宽度(w1)的比率(h1/w1)小于0.5或大于2。
2.如权利要求1所述的返料装置(5)，包括：
-在所述旁通室(200)、所述第一热交换室(310)和/或所述入口室(100)中的灰分去除通道(690)。
3.如权利要求2所述的返料装置(5)，包括：
-一个或多个所述灰分去除通道(690)布置在一个或多个所述室(100、200、310)的下部。
4.如权利要求1到3中任一项所述的返料装置(5)，包括：
-多个屏障元件(401、402、403)，将所述主颗粒出口(610)分成至少所述第一部分(611)、所述第二部分(612)和一第三部分(613)，和/或
-所述部分(611、612、613)中的每一个具有大于2的纵横比。
5.如权利要求4所述的返料装置(5)，其中，所述部分(611、612、613)中的每一个具有大于3的纵横比。
6.如权利要求1到3中任一项所述的返料装置(5)，其中，
-所述第一高度(h1)和所述第一宽度(w1)中较小的一个(min(h1，w1))为5cm至50cm。
7.如权利要求1到3中任一项所述的返料装置(5)，其中，
-所述屏障元件(401)包括一个或多个传热管子。
8.如权利要求1到3中任一项所述的返料装置(5)，其中，
-所述返料热交换器(10)的第一壁部分(510)将所述入口室(100)与所述旁通室(200)分开，并且
-所述返料热交换器(10)的第二壁部分(520)平行于所述第一壁部分(510)并限定所述旁通室(200)和第二颗粒出口(620)，其中
-所述第一壁部分(510)向下延伸到第一高度水平(hl1)，并且
-所述第二壁部分(520)向上延伸到第二高度水平(hl2)，其中
-所述第一高度水平(hl1)处于比所述第二高度水平(hl2)更低的竖直高度。
9.如权利要求1到3中任一项所述的返料装置(5)，其中，
-所述返料热交换器(10)的第三壁部分(530)限定主颗粒入口(630)，床料被构造成在使用中通过所述主颗粒入口进入所述第一热交换室(310)，
-所述主颗粒出口(610)布置在所述第一热交换室(310)的上部，并且
-所述主颗粒入口(630)布置在所述第一热交换室(310)的下部。
10.如权利要求1到3中任一项所述的返料装置(5)，其中，
-第三壁部分(530)将所述入口室(100)与所述第一热交换室(310)分开，
-第四壁部分(540)从下方限定所述主颗粒出口(610)，以及
-第五壁部分(550)将所述旁通室(200)与所述第一热交换室(310)分开，其中
-所述第三壁部分(530)、所述第四壁部分(540)和所述第五壁部分(550)平行。
11.如权利要求10所述的返料装置(5)，其中，
-所述第三壁部分(530)、所述第四壁部分(540)和所述第五壁部分(550)平行并且属于一平面(P)。
12.如权利要求9所述的返料装置(5)，其中
-热交换器管(810)布置在所述第一热交换室(310)中；以及
-所述返料热交换器(10)包括主喷嘴(910)，该主喷嘴布置在所述第一热交换室(310)的底部处并且被构造成通过使气体流化来使所述第一热交换室(310)内的床料流化，使得
-床料的流动是在进一步远离所述主颗粒入口(630)的位置处增强，借此
-流动床料更均匀地分布在所述热交换器管(810)的表面上。
13.如权利要求12所述的返料装置(5)，包括
-副喷嘴(920)，被构造成通过使气体流化来使所述旁通室(200)内的床料流化。
14.如权利要求1到3中任一项所述的返料装置(5)，包括
-主喷嘴(910)，被构造成通过使气体流化来使所述第一热交换室(310)内的床料流化；以及
-副喷嘴(920)，被构造成通过使气体流化来使所述旁通室(200)内的床料流化。
15.如权利要求13所述的返料装置(5)，包括：
-处理器(CPU)，被构造为控制通过所述主喷嘴(910)的气体的流动，以及
控制通过所述副喷嘴(920)的气体的流动，使得通过所述副喷嘴(920)的气体的流动能独立于通过所述主喷嘴(910)的气体的流动而被控制。
16.如权利要求15所述的返料装置(5)，其中，所述处理器(CPU)被构造为控制通过所述主喷嘴(910)和所述副喷嘴(920)的空气流的比率。
17.如权利要求15所述的返料装置(5)，包括：
-第一传感器(850)，被构造成感测已经通过所述热交换器管(810)传送的蒸汽的温度并且给出指示所述蒸汽的温度的第一信号(S1)，其中
-所述处理器(CPU)被构造为使用所述信号(S1)控制通过所述主喷嘴(910)的气体的流动和通过所述副喷嘴(920)的气体的流动。
18.如权利要求1到3中任一项所述的返料装置(5)，其中
-所述入口室(100)的底板(410)布置在底板水平(FL)，
-所述旁通室(200)的底板(420)布置在底板水平(FL)，并且
-所述第一热交换室(310)的底板(430)布置在底板水平(FL)。
19.如权利要求18所述的返料装置(5)，其中，
-所述返料热交换器(10)的第一壁部分(510)限定副颗粒入口(640)，床料被构造成在使用中通过所述副颗粒入口进入所述旁通室(200)，并且
-所述副颗粒入口(640)沿向下的竖直方向延伸到底板水平(FL)；
和/或
-所述返料热交换器(10)的第三壁部分(530)限定主颗粒入口(630)，床料被构造成在使用中通过所述主颗粒入口进入所述第一热交换室(310)，并且
-所述主颗粒入口(630)沿向下的竖直方向延伸到底板水平(FL)。
20.如权利要求1到3中任一项所述的返料装置(5)，其中，
-第四壁部分(540)从下方限定所述主颗粒出口(610)，并且所述第四壁部分(540)限定所述第一热交换室(310)，并且
-第三壁部分(530)限定所述入口室(100)，并且所述第三壁部分(530)限定主颗粒入口(630)，床料被构造成通过所述主颗粒入口进入所述第一热交换室(310)，其中
-所述第三壁部分(530)向下延伸到第三高度水平(hl3)，
-所述第四壁部分(540)向上延伸到第四高度水平(hl4)，并且
-所述第三高度水平(hl3)处于比所述第四高度水平(hl4)更低的竖直高度。
21.权利要求1到20中任一项所述的返料装置(5)的应用，包括
-使流化气体和床料经由所述主颗粒出口(610)从所述第一热交换室(310)排出。
22.如权利要求21所述的应用，包括
-使流化气体和床料经由所述主颗粒出口(610)从所述第一热交换室(310)排出，使得
-在所述主颗粒出口(610)处的所述流化气体的流速为最多20m/s，并且从所述第一热交换室(310)引出。
23.如权利要求22所述的应用，其中，在所述主颗粒出口(610)处的所述流化气体的流速为5m/s至10m/s，并从所述第一热交换室(310)引出。
24.返料热交换器(10)的壁，其限制至少入口室(100)、旁通室(200)、第一热交换室(310)以及在所述第一热交换室(310)的一侧的主颗粒出口(610)，其中，所述主颗粒出口(610)至少具有第一部分(611)和第二部分(612)，所述第一部分和所述第二部分通过屏障元件(401)彼此隔开，使得所述主颗粒出口(610)的第一部分(611)具有第一高度(h1)和第一宽度(w1)，其中所述第一高度(h1)与所述第一宽度(w1)的比率(h1/w1)小于0.5或大于2，且第一高度(h1)和第一宽度(w1)所在的该第一部分(611)的横截面平行于所述壁限定所述第一热交换室(310)和主颗粒出口的壁部分，或具有平行于主颗粒出口(610)气体流动的平均方向的法线。
25.如权利要求24所述的返料热交换器(10)的壁，其中，所述入口室(100)、旁通室(200)和第一热交换室(310)中的至少一个具有灰分去除通道(690)，该灰分去除通道布置在所述入口室(100)、所述旁通室(200)和所述第一热交换室(310)中的一个或多个的下部。
26.如权利要求24或25所述的返料热交换器(10)的壁，其中，包括多个屏障元件，所述多个屏障元件将所述主颗粒出口(610)分成至少所述第一部分(611)、所述第二部分(612)和一第三部分(613)，并且所述第一部分(611)、所述第二部分(612)和所述第三部分(613)中的每一个具有大于2的纵横比。
27.如权利要求24或25所述的返料热交换器(10)的壁，其中，所述第一高度(h1)和所述第一宽度(w1)中较小的一个(min(h1，w1))为5cm至50cm。
28.如权利要求24或25所述的返料热交换器(10)的壁，其中，第三壁部分(530)将所述入口室(100)与所述第一热交换室(310)分开，第四壁部分(540)从下方限定所述主颗粒出口(610)，以及第五壁部分(550)将所述旁通室(200)与所述第一热交换室(310)分开，其中所述第三壁部分(530)、所述第四壁部分(540)和所述第五壁部分(550)平行。
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