CN111630319B - 流化床炉 - Google Patents

Abstract

流化床炉具有流动介质层、从流动介质层的底部提供流动用气体的流动用气体提供装置以及将流动介质层分隔成3个单元的多个平行的分隔壁。分隔壁包含第1分隔壁和第2分隔壁，该第1分隔壁将第1单元和第2单元在该第1分隔壁的下侧连通，该第2分隔壁将第3单元和第2单元在该第2分隔壁的上侧和下侧连通，并且该第2分隔壁的下端的高度水平比第1分隔壁的下端的高度水平低。流动用气体提供装置具有多个散气管，该多个散气管在第1单元～第3单元的各单元的底部并且比分隔壁的下端靠下方的位置以与分隔壁在俯视时不重叠的方式与分隔壁平行地配置。

Description

流化床炉

技术领域

本发明涉及内部循环式的流化床炉的结构。

背景技术

以往，公知有一种流化床炉，该流化床炉形成有流化床，该流化床是利用从炉底吹出的流动用气体使填充在炉内下部的流动介质流动而形成的。流化床炉存在内部循环方式和外部循环方式，其中，在内部循环方式中，将流化床分隔为燃烧室和热回收室，通过使流动介质在这两个室之间循环流动而在流化床内进行燃烧和热回收。这种内部循环式的流化床炉例如在专利文献1中被公开。

在专利文献1记载的流化床炉中，流化床被第1分隔件和第2分隔件划分为3个单元，在各个单元的下侧或下部独立地设置有提供调整了流量后的流动用气体的风箱或散气管。在第1单元中提供燃料(燃烧对象物)而进行燃料的燃烧，在第3单元中设置导热管而进行热回收。第1单元和第2单元以下侧连通的方式由第1分隔件划分，第2单元和第3单元以上侧和下侧连通的方式由第2分隔件划分。流动介质通过流动用气体从第1单元的下部经由第2单元并越过第2分隔件向第3单元移动，并从第3单元的下部向第2单元和第1单元循环。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-241626号公报

发明内容

发明要解决的课题

通常，在内部循环式的流化床炉中，构成为在炉底设置风箱，在风箱的上部设置形成有多个喷嘴的气体分散板，风箱内的气体经由气体分散板向炉底或流化床内吹出。如专利文献1所记载的那样，还提出了代替风箱而通过散气管提供流动化气体的结构，但未示出具体的方式。

用于解决课题的手段

本申请的发明人等研究了在内部循环式的流化床炉中使用散气管来提供流动用气体。在气体分散板中，能够将喷嘴适当地分散配置在炉平面上，因此流动用气体均匀地分散在炉平面上。但是，在呈直线状延伸的散气管中，由于难以将空气的吹出口分散配置在炉平面上，所以为了通过散气管的流动用气体的提供而使流动介质的循环流动成立，还需要考虑与分隔壁的关系以决定散气管的布局等。

因此，本发明的一个方式的流化床炉的特征在于，具有：

流动介质层，其由流动介质构成；

流动用气体提供装置，其从所述流动介质层的底部提供使所述流动介质流动的流动用气体；以及

多个平行的分隔壁，它们将所述流动介质层分隔为进行燃料的燃烧的第1单元、第2单元以及设置有导热管而进行热回收的第3单元，并且该多个平行的分隔壁包含第1分隔壁和第2分隔壁，该第1分隔壁将第1单元和第2单元在该第1分隔壁的下侧连通，该第2分隔壁将所述第3单元和所述第2单元在该第2分隔壁的上侧和下侧连通，并且该第2分隔壁的下端的高度水平比所述第1分隔壁的下端的高度水平低，

所述流动用气体提供装置具有多个散气管，该多个散气管在所述第1单元、所述第2单元以及所述第3单元的各单元的底部并且比所述分隔壁的下端靠下方的位置以与所述分隔壁在俯视时不重叠的方式在俯视时与所述分隔壁平行地配置。

根据所述流化床炉，从散气管吹出的流动用气体在各单元中良好地分散而不阻碍流动介质的流动。其结果是，对各单元中的流动介质促进与其单元的流动方向对应的流动。因此，在内部循环式的流化床炉中，如果应用所述流化床炉的特征，则能够通过使用了散气管的流动用气体的提供而使流动介质良好地循环移动。

在所述流化床炉中，也可以构成为，所述流动用气体提供装置从所述散气管吹出所述流动用气体，以使所述第2单元的所述流动用气体的空塔速度比所述第1单元的所述流动用气体的空塔速度大，并且所述第1单元的所述流动用气体的空塔速度比所述第3单元的所述流动用气体的空塔速度大。

由此，流动介质从第1单元通过第2单元向第3单元循环移动，进而从第3单元向第1单元循环移动。

在所述流化床炉中，也可以是，所述散气管以能够相对于炉主体插入和拔出的方式设置。

由此，能够容易地更换由于热疲劳或摩擦等而与炉的其他要素相比更换频率高的散气管。

在所述流化床炉中，也可以是，所述散气管在每个单元中利用插头件而连结，各插头件与设置有流量调整构件的流动用气体提供配管连接。

由此，容易按每个单元来调整向散气管提供的流动用气体的流量。

在所述流化床炉中，也可以是，以如下的方式确定配置于各单元的所述散气管的根数：在向所述散气管分别提供规定的标准流量的所述流动用气体时，所述第2单元的所述流动用气体的空塔速度比所述第1单元的所述流动用气体的空塔速度大，并且所述第1单元的所述流动用气体的空塔速度比所述第3单元的所述流动用气体的空塔速度大。

由此，例如，即使向各散气管提供的流动用气体的流量是均匀的，第1单元～第3单元的流动用气体的空塔速度也处于使流动介质产生循环流动的规定的相关关系，容易调整向各单元提供的流动用气体的流量。

发明效果

根据本发明，在内部循环式的流化床炉中，能够实现使用了散气管的流动用气体的提供。

附图说明

图1是示出包含本发明的一个实施方式的流化床炉的燃烧系统的概略结构的框图。

图2是示出本发明的一个实施方式的流化床炉的概略结构的图。

图3是流化床炉的流化床部的放大图。

图4是示出散气管的布局的炉底部的俯视图。

具体实施方式

〔燃烧系统100的结构〕

首先，对包含本发明的一个实施方式的流化床炉1的燃烧系统100的结构进行说明。图1所示的燃烧系统100是燃烧煤、生物质、RDF、城市垃圾、工业废弃物等燃料(燃烧对象物)并回收其废热的系统。

燃烧系统100具有燃烧燃料的流化床炉1。在流化床炉1的燃烧废气系统3中设置有热交换装置31、旋风式集尘机32、袋式过滤器33以及作为诱导风扇的诱导鼓风机34。流化床炉1的燃烧废气由热交换装置31回收废热，由旋风式集尘机32和袋式过滤器33分离尘埃，其一部分由诱导鼓风机34通过未图示的烟囱向系统外排出。

在燃烧废气系统3的袋式过滤器33的下游侧连接有废气再循环系统4。在废气再循环系统4中设置有气体再循环鼓风机40，通过该气体再循环鼓风机40使燃烧废气系统3的燃烧废气的一部分返回到流化床炉1中。通过废气再循环系统4返回到流化床炉1的燃烧废气被用作流动用气体(一次燃烧气体)、二次燃烧用气体以及三次燃烧用气体。

〔流化床炉1的结构〕

接着，对本发明的一个实施方式的流化床炉1的结构进行说明。图2所示的流化床炉1具有：炉主体10，其设置有燃烧室，该燃烧室由炉下部的流化床部11和流化床部11的上方的自由空间(free board)12构成；运转控制装置15，其对流化床炉1的运转进行控制；以及流化床监视装置9。在自由空间12的下部存在与燃烧室的剩余部分相比气体通路截面面积缩小的节流部13。在自由空间12中，燃烧气体从下朝上流动，在与自由空间12的上部连接的烟道中设置有构成热交换装置31的导热管。

图3是流化床部11的放大图。如图2和图3所示，在流化床部11中通过流动介质层51、流动用气体提供装置52以及分隔壁41、42来形成内部循环流化床，其中，该流动介质层51填充有硅砂等流动介质，该流动用气体提供装置52从流动介质层51的底部向流动介质层51提供流动用气体，该分隔壁41、42将流动介质层51分隔为3个单元61、62、63。

第1分隔壁41将包含流化床部11的炉主体10的下部分分隔为燃烧区域53和热回收区域54。第2分隔壁42在热回收区域54中接近第1分隔壁41并且与第1分隔壁41平行地设置。通过这些分隔壁41、42，流化床部11被分隔为形成在炉主体10的第1侧壁10a与第1分隔壁41之间的“燃烧单元61”、形成在第1分隔壁41与第2分隔壁42之间的“循环单元62”以及形成在第2分隔壁42与炉主体10的第2侧壁10b之间的“吸热单元63”这3个单元。在吸热单元63上设置有过热器管或蒸发器管等导热管64。利用通过该导热管64的热介质来进行热回收。

在燃烧区域53的上方形成有沿铅垂方向呈直线状延伸的燃烧室。另一方面，在热回收区域54的上方设置有将热回收区域54的上部封闭的顶壁43。第1分隔壁41的上端接近顶壁43，在第1分隔壁41的上端与顶壁43之间形成有作为未燃气体提供口68的上部连通口。第1分隔壁41的下端比第2分隔壁42的下端高，由此，在第1分隔壁41的下部形成有供流动介质流通的下部连通口55。并且，在第2分隔壁42的上部和下部形成有将循环单元62和吸热单元63连通并且供流动介质流通的连通口56、57。

流动用气体提供装置52向燃烧单元61、循环单元62以及吸热单元63分别提供独立地调整了流量后的流动用气体。在燃烧单元61、循环单元62以及吸热单元63的各单元的底部设置有具有向侧方开口的多个吹出口的一个或多个散气管80。

散气管80在每个单元61、62、63中利用插头件而连结，各插头件与具有风阀(或阀)等流量调整构件81a、82a、83a及流量计81b、82b、83b的流动用气体提供配管81、82、83连接。通过压入鼓风机79向与配置在燃烧单元61的底部的散气管80连接的流动用气体提供配管81和与配置在循环单元62的底部的散气管80连接的流动用气体提供配管82提供空气。并且，在与配置在吸热单元63的底部的散气管80连接的流动用气体提供配管83上连接有废气再循环系统4。

运转控制装置15根据在流动介质层51中检测燃烧单元61和吸热单元63的温度的温度传感器(省略图示)和流量计81b、82b、83b等的检测值，使流量调整构件81a、82a、83a进行动作以调整各流动用气体提供配管81、82、83的流动用气体的流量。从燃烧单元61和循环单元62的底部吹出空气来作为流动用气体，从吸热单元63的底部吹出燃烧废气来作为流动用气体。

这里，对流动用气体的流量进行调整以使燃烧单元61的流动用气体的空塔速度比吸热单元63的流动用气体的空塔速度大，并且循环单元62的流动用气体的空塔速度比燃烧单元61的流动用气体的空塔速度和吸热单元63的流动用气体的空塔速度大。由此，产生如下的流动介质的流动：燃烧单元61的流动介质通过第1分隔壁41的下部连通口55向循环单元62移动，循环单元62的流动介质通过第2分隔壁42的上部连通口56向吸热单元63移动，吸热单元63的流动介质通过第2分隔壁42的下部连通口57向燃烧单元61和循环单元62循环。

在自由空间12中，在运转时的流化床部11的表层部的正上方、即第1侧壁10a上开口有燃料投入口65。燃料投入口65位于比节流部13靠燃烧气体的流动的上游侧的位置。通过未图示的燃料提供装置向该燃料投入口65提供燃料。从燃料投入口65向炉内投入的燃料向流化床部11的燃烧单元61的上部落下。

在自由空间12中，在比燃料投入口65靠燃烧气体的流动的下游侧、即节流部13的附近的炉壁上开口有未燃气体提供口68。从未燃气体提供口68吹出从配置在热回收区域54的流动介质层51中的散气管80向流动介质层51内吹出并通过了流动介质层51后的空气和燃烧废气的混合气体来作为二次燃烧用气体。但是，除了未燃气体提供口68之外，还可以设置吹出二次燃烧用气体的提供口。

在自由空间12中，在比未燃气体提供口68靠燃烧气体的流动的下游侧的炉壁上开口有多个三次燃烧用气体提供口69。多个三次燃烧用气体提供口69是分散在多个高度位置而设置的。并且，在从这些三次燃烧用气体提供口69吹出的三次空气的扩散区域所包含的炉壁上设置有温度传感器70。

三次燃烧用气体的空气含有量通过在空气中混合燃烧废气来进行调整。为此，在向三次燃烧用气体提供口69提供空气的提供路和提供燃烧废气的提供路上设置有风阀(或阀)等流量调整构件88、89。运转控制装置15对流量调整构件88、89的开度进行调整，使得在由某一部位的温度传感器70检测出的温度超过规定的范围的情况下，一边将三次燃烧用气体的流量维持为规定流量，一边减少向该部位提供的三次燃烧用气体的空气含有量，并且，在检测出的温度低于规定的范围的情况下，增加向该部位提供的三次燃烧用气体的空气含有量。

〔流化床炉1的运转方法〕

这里，对上述结构的流化床炉1的运转方法进行说明。在流化床炉1中，在流化床部11中进行低空气比燃烧。更详细来说，调整向燃烧单元61提供的流动化空气和二次燃烧用气体的提供量和/或其空气含有量，以使流化床部11与自由空间12的总空气比为大于1的值，同时使流化床部11的燃烧单元61的空气比(即，一次空气比)以及自由空间12的燃料投入口65的周围的空气比(二次空气比)均为小于1的低空气比。优选一次空气比低于二次空气比。例如，在使流化床部11与自由空间12的总空气比为1.2的情况下，可以将一次空气比设为0.4，将二次空气比设为0.8。

在氧浓度低的还原气氛的流化床部11中，由于燃料的缓慢干燥和热分解而产生可燃性热分解气体和热分解残渣。热分解残渣或燃料的残余从设置在燃烧单元61的底部(即第1侧壁10a与第1分隔壁41之间的中间位置)的流动介质和不可燃物的取出口72向炉外排出。在流化床部11产生的热分解气体利用二次燃烧用气体进行燃烧，该燃烧气体中的未燃烧部分利用三次燃烧用气体进行完全燃烧，该燃烧废气向燃烧废气系统3排出。

〔流动用气体提供装置52〕

这里，对流动用气体提供装置52的结构进行详细说明。图4是示出散气管80的布局的炉底部的俯视图。

如图4所示，在流化床部11中，在各单元61、62、63中设置有至少1根散气管80。散气管80例如在圆管上沿整个延伸方向均匀地分散形成有朝向侧方的多个吹出口。

第1分隔壁41和第2分隔壁42平行地配置，分隔壁41、42的面内方向与各散气管80的延伸方向是平行的。散气管80以在俯视时与分隔壁41、42不重叠的方式分别设置在第1侧壁10a与第1分隔壁41之间、第1分隔壁41与第2分隔壁42之间、第2分隔壁42与第2侧壁10b之间。

各散气管80配置在比第1分隔壁41和第2分隔壁42的下端靠下方的位置。两个分隔壁41、42中的下端的高度水平低的第2分隔壁42的下端与散气管80的管中心之间的距离处于200mm以上且300mm以下的范围。这样，如果下端的高度水平低的分隔壁42与散气管80的管中心之间的距离处于上述范围内，则发明人等确认了流动介质良好地跨越单元而移动。

各散气管80相对于炉主体10的炉壁以能够与散气管80的延伸方向平行地插入和拔出的方式插入。在维护时能够将各散气管80分别从炉主体10进行装卸。

散气管80在每个单元61、62、63中利用插头件而连结，并且按每个单元61、62、63来调整向散气管80提供的流动用气体的流量，以使各单元61、62、63的流动用气体的空塔速度处于使流动介质产生循环流动的规定的相关关系。这里，“规定的相关关系”是指如下的各单元的流动用气体的空塔速度的关系：以各单元61、62、63的流动用气体的空塔速度比流动介质的流动化速度大为前提，循环单元62的流动用气体的空塔速度比燃烧单元61的流动用气体的空塔速度大并且燃烧单元61的流动用气体的空塔速度比吸热单元63的流动用气体的空塔速度大。

并且，以如下的方式确定配置于各单元61、62、63的散气管80的根数：在向所有的散气管80提供规定的标准流量的流动用气体时，各单元的流动用气体的空塔速度处于使流动介质产生循环流动的规定的相关关系。这里，吹出口的数量在每个散气管80上也可以是不同的。

如以上说明的那样，本实施方式的流化床炉1具有：流动介质层51，其由流动介质构成；流动用气体提供装置52，其从流动介质层51的底部提供使流动介质流动的流动用气体；以及多个平行的分隔壁41、42，它们将流动介质层51分隔为进行燃料的燃烧的燃烧单元61(第1单元)、循环单元62(第2单元)以及设置有导热管64而进行热回收的吸热单元63(第3单元)。分隔壁41、42包含：第1分隔壁41，其将燃烧单元61和循环单元62分隔成在该第1分隔壁41的下侧连通；以及第2分隔壁42，其将吸热单元63和循环单元62分隔成在该第2分隔壁42的上侧和下侧连通，并且该第2分隔壁42的下端的高度水平比第1分隔壁41的下端的高度水平低。并且，其特征在于，流动用气体提供装置52具有多个散气管80，该多个散气管80在各单元61、62、63的底部并且比分隔壁41、42的下端靠下方的位置以在俯视时与分隔壁41、42不重叠的方式在俯视时与分隔壁41、42平行地配置。另外，分隔壁41、42和多个散气管80在俯视时平行地配置是指分隔壁41、42的面所延伸的方向与多个散气管80的延伸方向在俯视时是平行的。

在上述结构的流化床炉1中，从散气管80吹出的流动用气体在各单元61、62、63中良好地分散而不阻碍流动介质的流动，对各单元中的流动介质促进与其单元的流动方向对应的流动。

并且，在上述流化床炉1中，流动用气体提供装置52从散气管80吹出流动用气体，以使循环单元62的流动用气体的空塔速度比燃烧单元61的流动用气体的空塔速度大，并且燃烧单元61的流动用气体的空塔速度比吸热单元63的流动用气体的空塔速度大。

通过如上述那样吹出流动用气体，发明人等确认了流动介质从燃烧单元61通过循环单元62向吸热单元63良好地循环移动，进而从吸热单元63向燃烧单元61良好地循环移动。因此，在内部循环式的流化床炉中，如果应用本实施方式的流化床炉1的特征，则能够通过使用了散气管80的流动用气体的提供来实现流动介质良好地循环移动的流化床。

并且，如果如上述那样在内部循环式的流化床炉1中实现使用了散气管80的流动用气体的提供，则在吸热单元63中与以往相比能够缩短散气管80与导热管64的分离距离，由此能够降低流动介质层51的层高。如果能够降低流动介质层51的层高，则能够降低向散气管80压送流动用气体的鼓风机40、79的驱动动力。另外，在使用以往的气体分散板和风箱的情况下，为了维护导热管64，需要在气体分散板与导热管64之间确保作业空间，但在本实施方式的流化床炉1中，即使在导热管64与散气管80之间不设置作业空间，也能够从散气管80彼此的间隙对导热管64进行作业，或者将散气管80从炉主体10拆下而对导热管64进行作业。

并且，在本实施方式的流化床炉1中，散气管80以能够相对于炉主体10插入和拔出的方式设置。

这样，由于散气管80能够相对于炉主体10进行插入和拔出，所以能够容易地更换因热疲劳或摩擦等而与炉的其他要素相比更换频率高的散气管80。

并且，在本实施方式的流化床炉1中，散气管80在每个单元61、62、63中利用插头件而连结，各插头件与设置有流量调整构件81a、82a、83a的流动用气体提供配管81、82、83连接。

由此，容易按每个单元61、62、63来调整向散气管80提供的流动用气体的流量。

并且，在本实施方式的流化床炉1中，以如下的方式确定配置于各单元61、62、63的散气管80的根数：在向散气管80分别提供规定的标准流量的流动用气体时，循环单元62的流动用气体的空塔速度比燃烧单元61的流动用气体的空塔速度大，并且燃烧单元61的流动用气体的空塔速度比吸热单元63的流动用气体的空塔速度大。

由此，例如，即使向各散气管80提供的流动用气体的流量是均匀的，各单元61、62、63的流动用气体的空塔速度也处于使流动介质产生循环流动的规定的相关关系，所以容易调整向运转中的各单元61、62、63提供的流动用气体的流量。

以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但在不脱离本发明的精神的范围内变更了上述实施方式的具体构造和/或功能的详细内容也包含在本发明中。

标号说明

1：流化床炉；3：燃烧废气系统；4：废气再循环系统；10：炉主体；10a：第1侧壁；10b：第2侧壁；11：流化床部；12：自由空间；13：节流部；15：运转控制装置；31：热交换装置；32：旋风式集尘机；33：袋式过滤器；34：诱导鼓风机；40：气体再循环鼓风机；41：第1分隔壁；42：第2分隔壁；43：顶壁；51：流动层；52：流动用气体提供装置；53：燃烧区域；54：热回收区域；55、56、57：连通口；61：燃烧单元(第1单元)；62：循环单元(第2单元)；63：吸热单元(第3单元)；64：导热管；65：燃料投入口；68：未燃气体提供口；69：三次燃烧用气体提供口；70：温度传感器；72：取出口；79：压入鼓风机；80：散气管；81、82、83：流动用气体提供配管；81a、82a、83a：流量调整构件；81b、82b、83b：流量计；88、89：流量调整构件；9：流化床监视装置；91：压力传感器；92：运算部；93：监视部；100：燃烧系统。

Claims (3)

1.一种流化床炉，其具有：

流动介质层，其由流动介质构成；

流动用气体提供装置，其从所述流动介质层的底部提供使所述流动介质流动的流动用气体；以及

多个平行的分隔壁，它们将所述流动介质层分隔为进行燃料的燃烧的第1单元、第2单元以及设置有导热管而进行热回收的第3单元，并且该多个平行的分隔壁包含第1分隔壁和第2分隔壁，该第1分隔壁将第1单元和第2单元在该第1分隔壁的下侧连通，该第2分隔壁将所述第3单元和所述第2单元在该第2分隔壁的上侧和下侧连通，并且该第2分隔壁的下端的高度水平比所述第1分隔壁的下端的高度水平低，

所述流动用气体提供装置具有多个散气管，该多个散气管在所述第1单元、所述第2单元以及所述第3单元的各单元的底部并且比所述分隔壁的下端靠下方的位置以与所述分隔壁在俯视时不重叠的方式在俯视时与所述分隔壁平行地配置，

所述第1单元、所述第2单元以及所述第3单元中的各单元具有根数以如下方式确定的所述散气管：在向所述散气管分别提供规定的标准流量的所述流动用气体时，所述第2单元的所述流动用气体的空塔速度比所述第1单元的所述流动用气体的空塔速度大，并且所述第1单元的所述流动用气体的空塔速度比所述第3单元的所述流动用气体的空塔速度大。

2.根据权利要求1所述的流化床炉，其中，

所述散气管以能够相对于炉主体插入和拔出的方式设置。

3.根据权利要求1或2所述的流化床炉，其中，

所述散气管在每个单元中利用插头件而连结，各插头件与设置有流量调整构件的流动用气体提供配管连接。

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