CN1121575C - 向流化床锅炉供应空气的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种向流化床锅炉供应空气的方法和装置。在该方法中，由基本上平行于两个相对壁(14a，14b)的流化床锅炉(1)的所有拐角处并由所述壁(14a，14b)的中间向流化床锅炉(1)的中心供应空气，从而这些空气流在流化床锅炉内形成四个涡流。该装置包含有喷嘴，这些喷嘴喷射彼此相对的、平行于流化床锅炉(1)的相对壁(14a，14b)的空气射流，在壁(14a，14b)的中间的喷嘴被设置成向流化床锅炉(1)的中心喷射空气。

Description

向流化床锅炉供应空气的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种向流化床锅炉供应空气的方法，在该方法中，将燃烧所需的空气从流化床锅炉沿竖直方向的不同水平面上供给流化床锅炉。
本发明还涉及一种向流化床锅炉供应空气的装置，该装置包括设置在流化床沿竖直方向的不同水平面上的空气喷嘴。
背景技术
在流化床锅炉中，采用多种不同的方式供应空气，其目的是使燃料尽可能有效地燃烧，并且使得在锅炉的水平和竖直两个方向上均可以一种所希望的方式控制燃烧过程。典型的方法是，在流化床锅炉的竖直方向上由一个水平面或多个不同水平面供应空气，从而尽可能地在气流方向，也就是在流化床锅炉的竖直方向上引起亚化学当量燃烧。在最后一级，一般为第三级之前不供给引起化学当量燃烧的最终空气。为使流化床内的物质流态化，从流化床下方通过炉蓖供应一次空气，以使流化床内的流化床物质达到所需的流化水平和所需的循环。
为提高燃烧效率，燃料和燃烧空气必须能够很好地混合。但是人们发现，由下面的炉蓖进来的流态化空气使得微细的燃料颗粒和气流一起向炉体的上面部分移动，这将大大推迟燃烧步骤，以致燃烧不再具有高效率也不能有效地降低排放物。关于排放物的最有利的解决方法是使得燃烧尽可能是亚化学当量的，从而基本上不生成NOX化合物。燃料颗粒随气流向上移动并在该处燃烧有可能使得靠近过热器处的温度升得过高，从而加快过热器的熔蚀，由此降低其有效寿命。在炉体上部引导气流通过通道或者利用不同的竖直逆流会引起一些问题，在这种情况下，相对于反应来说炉体的体积得不到真正有效的利用，因而炉壁不能有效地用于热传导。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法和装置，利用这种方法和装置可以有效地向流化床锅炉供应空气，这对锅炉的燃烧和其它操作是非常有利和可靠的，同时也避免了以前的方案所存在的问题。本发明方法的特征在于，在至少一个空气供应水平面上以如下方式向流化床锅炉供应空气，即，在流化床的上方形成四个绕垂直轴线旋转的涡流，该涡流成对地沿相反方向旋转，从而使得相邻的涡流总是沿相反方向旋转；同时，为了形成涡流，从流化床锅炉的至少两个相对的壁供应空气，从而在至少两个沿相反方向旋转的涡流的旋转方向上流动的空气流至少基本上平行于涡流的切线。
为了实现上述目的，本发明提供了一种向流化床锅炉供应空气的方法，在该方法中，沿竖直方向从流化床锅炉的不同水平面上向流化床锅炉供应燃烧所需的空气，其特征在于，至少在一个空气供应水平面上并在流化床锅炉的流化床上方向流化床锅炉供应空气，从而在流化床上方形成四个绕竖直轴线旋转的涡流，所述涡流成对地沿相反的方向旋转，从而相邻的涡流总是沿相反的方向旋转；为形成所述涡流，至少从流化床锅炉的两个相对壁供应空气，从而空气射流在至少两个沿相反方向旋转的涡流的旋转方向上流动，并至少基本上平行于涡流的切线。
本发明还提供了一种向流化床锅炉供应空气的装置，该装置包括在竖直方向上于流化床锅炉的不同水平面上的空气喷嘴，其特征在于，它包括在至少一个空气供应水平面上且在流化床锅炉的流化床上方的喷嘴，对该喷嘴进行导向以喷射空气，从而在流化床锅炉内形成四个涡流，涡流的旋转轴线是竖直的，并且相邻的涡流总是沿相反的方向旋转。
本发明的装置的特征在于它包括在至少一个空气供应水平面上的喷嘴，喷嘴的目的在于喷射空气以便在流化床锅炉内形成四个涡流，涡流的旋转轴线是竖直的，同时相邻的涡流总按相反的方向旋转。
本发明的主导思想是在位于流化床上方的至少一个空气供应水平面上向流化床锅炉供应空气，从而在基本上同一个水平面上于其中形成四个涡流，这些涡流中的两个向一个方向旋转，另两个向另一个方向旋转。这可以用很多不同的方法实现，但其关键之处在于，基本上在一个涡流的旋转方向上喷入空气射流，该方向平行于涡流的切线，从而形成涡流并增强已经存在的涡流。达到这一目的的最简单的方法是由设置在壁的中间的空气喷口从两个相对的壁向流化床锅炉供应空气，除了这些射流之外，还从锅炉的另外两个相对壁的拐角处直接彼此相对地供应空气。利用这种方式形成四个涡流，在这些涡流中，于旋转的涡流彼此相切触的切点处空气流的方向相同。从而这些涡流可很容易地被控制，它们可以按照所需的方式在流化床锅炉的竖直方向上或者被增强或者被减弱。
本发明的优点在于，由于涡流的作用，燃料颗粒，气体及燃烧空气高效混合。由于涡流的作用，使位于流化床上方的流化床物质在这一步骤中同时部分地被离心力从向上流动的燃料和气体的混合物中分离出来，从而很少有流化床物质继续运动直到废气管道。进而，流化床锅炉拐角处的死区很小，从而在燃烧过程中可高效地利用整个炉体的横截面积，同时可高效地利用壁的热传导能力。这样就可以相对于横截面并在竖直方向上按照所需要的方式来实现流化床锅炉中的燃烧及燃烧空气和燃料的混合，因而在流化床锅炉的下部可提供高效率的燃烧。
本发明的另一个主要优点是，为形成涡流，空气射流不需要有很深的穿透深度。原因是四个涡流本身引起混合，同时形成涡流的关键是空气射流的动量传递给所要达到的旋转运动。为达到这一目的，很浅的穿透深度就足够了。本发明的优点在于，利用以不同方式设置的形状极不相同的喷嘴就可以实现本发明。本发明还可以很容易地容许采用任何对燃烧条件所要求的不同空气分布系统及锅炉结构双方面均有利的方案。此外，可以选择用不同的方式设置空气喷嘴使得在结构上很容易实施本发明：例如，可以利用在旧的锅炉中已经存在的空气开口，从而使得完全没有必要开设新的空气开口或者最多只需要少数这样的开口。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行更详细地描述，其中：
图1是本发明的一个实施例的示意图，用以说明空气是如何被供应到一个流化床锅炉中的；
图2是本发明的第二个实施例的示意图，用以说明空气是如何被供应到一个流化床锅炉中的；
图3是表示在一个空气供应水平面上涡流是如何形成的示意图；以及
图4a至图4c是表示为形成涡流而采取的不同的空气供应方式。
具体实施方式
图1是一个流化床锅炉的炉子，例如在这里作为一个例子给出的沸腾流化床锅炉的炉子的示意图。在流化床锅炉1的下部，有一个风箱11，从该风箱中通过炉蓖2向由位于炉蓖顶部的流化床物质形成的流化床3供应一次空气，从而流化床物质将被流态化。从燃料通道4向流化床3的上方供应燃料。喷嘴5设置在燃料通道4的上方，用于供应二次空气。在锅炉的竖直方向上，于二次空气喷嘴上方设有点火器6，该点火器起着起动点火器或维持点火器的作用。在点火器6的上方设有喷嘴7，用于供应三次空气，在这些喷嘴的上方有一个位于炉中的炉嘴拱(nose arch)，该炉嘴拱将废气气流导向过热器9并进而导向废气管道10。当在流化床锅炉的炉子内形成涡流时，涡流的离心力通过所产生的偏心力的作用使得流化床物质从气流中分离出来，由此这些物质沿着炉壁再落回到流化床上。因此，使很少的流化床物质被传递到过热器再接着被传递到废气管道。
在本发明的一个实施例中，一次空气以一般的方式由炉蓖2的下方供应，从而由流化床物质，例如砂子形成的流化床以所需要的方式被流态化。另一方面，二次空气则被供应给沸腾流化床锅炉的炉子，从而空气流在流化床的上方形成四个涡流，涡流成对地按相反方向旋转，并且相邻的涡流总是沿相反的方向旋转，从而相互接触的涡流的边缘在它们的接触点处总是沿相同的方向运动。从而在沸腾流化床锅炉的炉子的相对拐角形成沿相同方向旋转的涡流。可以供应三次空气以致可以增强或减弱由二次空气供应所产生的涡流，从而可使燃烧、气流和热传递尽可能地有效。由涡流所造成的混合同时可增进燃烧，因此燃烧可受到控制并可更容易地将NOX排放物降低到所希望的水平。当涡流与炉嘴拱8碰撞并随继混合时，气体会比以前更均匀地经过过热器流向废气管道，从而热回收也变得更为有效。如果有必要，可向涡流供应额外的燃料，以便使燃料有效地与燃烧空气及其它气体混合，这也使得能够确保附加燃料的燃烧更有效并且受到控制。因此，这就可以确保在供应三次空气前进行高效率的及尽可能完全的燃烧。
图2是本发明的第二个实施例的示意图，用于表明空气是如何被供应给一个循环的流化床锅炉的。在该流化床锅炉中，有一部分流化床物质随着废气向前流动，为了从废气中分离出这些物质，设有一个独立的颗粒分离器12，使流化床颗粒在该处被分离。在颗粒分离器下部被分离出来的流化床物质通过一个返回通道13返回到流化床3，而热的废气则进一步流向过热器9，并再进一步地流向废气管道10，然后从该废气管道被排放出去。在循环的流化床锅炉中，以在沸腾流化床锅炉中相同的方式形成涡流，但是使流化床物质主要在颗粒分离器12中被分离。本发明的优点在其它方面和在沸腾流化床锅炉中是一样的。颗粒分离器12可以是一个旋流分离器或其它类型的颗粒分离器。如图2所示，返回通道13可以是一个在循环流化床锅炉外部的通道。如果颗粒分离器12被设置在炉子的上部并位于炉内，则返回通道13还可以更短，并可完全由作用到流化床物质颗粒上的离心力引起回流。
图3是一个示意图，它示出了如何通过利用二次空气喷嘴5在流化床锅炉的炉内形成四个小的涡流。在图中，标号14a和14b分别表示相互平行的流化床锅炉的相对壁。该图还示出了二次空气喷嘴，它们由标号5a至5c表示。当通过喷嘴5a至5c供应空气时，来自喷嘴5a的空气流5a’被基本上平行于壁14b地引向彼此。同时，空气5b’由壁14b中间的喷嘴5b供应。当空气射流5a’相互碰撞并同时与空气射流5b’碰撞时，它们转向炉子的中心。当在炉子的另一端来自喷嘴5c和5b的气流5c’和5b’形成一个以类似的方式转向炉子中心的气流时，这些气流相互碰撞，由此它们分开并转向壁14a。从而在炉内形成四个涡流15a至15d，这些涡流成对地沿相反方向旋转。涡流15a和15c位于炉子的相对拐角处，从而沿相同的方向旋转，而涡流15b和15d位于另外两个拐角处，它们沿相反方向旋转。从而，相邻的涡流在它们的接触点处的旋流方向相同，因此涡流不会相互减弱。
因此，在流化床锅炉的炉子的所有拐角处，于流化床上方均形成一个涡流。然后可通过供应三次空气增强涡流的旋转运动，三次空气可沿着涡流的旋转方向供应，也可沿与涡流的旋转方向相反的方向供应，这由相对于过热器而言需要何种旋转运动而定。
图4a表示空气射流16a至16k可以如何以不同的方式从不同的方向引入以便形成涡流。如图所示，如此地引入所有的空气射流，即使得它们基本上平行于涡流圆周地流动，或者使得当将空气流的方向按照作为一个例子所示的方式，即将空气流16k分成一个与涡流的圆周相切的分量16kt和一个与涡流的圆周垂直的分量16kk那样分开时，切线分量16kt显著地大于垂直分量。图4b则表示又一个实施例，在该实施例中，涡流完全由来自几乎平行于壁的相反方向的空气流17a和17b形成。空气流在相邻的壁的中间相互碰撞，从而形成涡流。图4c则表示涡流如何由横跨流化床锅炉对角线地指向的空气射流形成涡流，这里，有两对交叉的空气流，它们基本上在同一空气供应水平面上，但其高度稍有不同，从而空气流对不会相互碰撞。在本实施例中，一个空气流对的空气流的走向相反，从而它们与三个涡流相碰，增强了它们的旋转运动。例如，由箭头5’表示的空气流与涡流15a，15b，15c相切，而由箭头5”表示的空气流沿相反的方向与涡流15c，15d和15a相切。类似地，由箭头5和5””表示的空气流分别与涡流15b，15a，15d及15d，15c，15b相切，由此增强了它们的旋转。在原则上，空气流的交叉对也可从两个明显不同的空气供应水平面供应，只要上面的空气流对按所需方式增强由下面的空气流对产生的旋流运动即可。
除图4c所示的实施例外，在所有的实施例中，均可采用具有相对较浅的穿透深度的空气射流，因为在炉内的实际混合是由涡流完成的，因此不必用具有深穿透深度的空气射流实现混合。
在上面的描述和附图中，仅以举例的方式来说明本发明，不能认为本发明仅限于这些例子。本发明可被应用于所有类型的为流化床锅炉设计的空气供应方案中，在这种流化床锅炉中，从沿流化床锅炉的竖直方向的一个以上的接连水平面上供应空气。其主要特点是，在流化床上方的至少一个空气供应水平面上，通过供应空气形成相互同步旋转的四个涡流，该涡流使燃料与燃烧空气高效地混合，从而燃烧是高效的且尽可能地完全。空气喷嘴以及从这些喷嘴喷出的空气射流可被分组，例如被分成竖直的、水平的或沿对角线的阵列。或者它们也可分布在一个所需形状的区域上，例如一个形状为正方形、菱形或类似形状的区域。最优选的是，将空气射流分成多个小空气射流，它们仅以如下方式穿透到锅炉内，即，它们形成或增强一个所需的涡流，但不穿入太远，从而使之不能达到沿与该空气流相反的方向旋转的涡流。此外，由于并不要求这些射流具有很深的穿透深度，因此可以采用具有与通常所使用的典型的圆形空气喷嘴的截面和尺寸明显不同的喷嘴结构的空气喷嘴。例如，可以采用与壁管平行的狭缝；在某些情况下，对于本发明的结构和操作，这是很有利的。在本申请中所介绍的实施例中所提到的喷嘴可以是单个的喷嘴，但也可是包含两个或更多个喷嘴的喷嘴组，操作所设置的喷嘴组以符合本发明的主导思想。

Claims (11)

1.一种向流化床锅炉供应空气的方法，在该方法中，沿竖直方向从流化床锅炉(1)的不同水平面上向流化床锅炉(1)供应燃烧所需的空气，其特征在于，至少在一个空气供应水平面上并在流化床锅炉(1)的流化床(3)上方向流化床锅炉供应空气，从而在流化床上方形成四个绕竖直轴线旋转的涡流，所述涡流成对地沿相反的方向旋转，从而相邻的涡流总是沿相反的方向旋转；为形成所述涡流，至少从流化床锅炉的两个相对壁供应空气，从而空气射流在至少两个沿相反方向旋转的涡流的旋转方向上流动，并至少基本上平行于涡流的切线。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从紧位于流化床上方的空气供应水平面及所有高于该水平面的空气供应水平面上供应空气，从而形成涡流。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为形成涡流，从两个相对壁(14b)的中间、基本上指向回收锅炉的中心而在相同的空气供应水平面上供应空气。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为形成涡流，在至少一个空气供应水平面上，从两个相对壁(14a)的边缘，基本上平行于位于所述相对壁之间的壁而彼此相对地喷入空气射流。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为形成涡流，从两个相对壁(14b)的中间、基本上指向回收锅炉的中心而在相同的空气供应水平面上供应空气；并且在至少一个空气供应水平面上，从两个相对壁(14a)的边缘，基本上平行于位于所述相对壁之间的壁而彼此相对地喷入空气射流。
6.一种向流化床锅炉(1)供应空气的装置，该装置包括在竖直方向上于流化床锅炉(1)的不同水平面上的空气喷嘴，其特征在于，它包括在至少一个空气供应水平面上且在流化床锅炉(1)的流化床上方的喷嘴，对该喷嘴进行导向以喷射空气，从而在流化床锅炉内形成四个涡流，涡流的旋转轴线是竖直的，并且相邻的涡流总是沿相反的方向旋转。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，为形成涡流，喷嘴设置在所有空气供应水平面上，这些水平面从紧位于流化床(3)上方的空气供应水平面到最高的空气供应水平面。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，它包括在两个相对壁(14b)的中间并处于至少一个空气供应水平面上的喷嘴，该喷嘴被设置成从壁(14b)的中间基本上向流化床锅炉(1)的中心喷射空气。
9.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，它包括在两个相对壁的边缘处并处于至少一个空气供应水平面上的喷嘴，该喷嘴被导向而彼此相对地喷射基本上平行于位于邻近喷嘴的所述相对壁之间的壁的空气射流。
10.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，它包括在两个相对壁(14b)的中间并处于至少一个空气供应水平面上的喷嘴，该喷嘴被设置成从壁(14b)的中间基本上向流化床锅炉(1)的中心喷射空气，以及在两个相对壁的边缘处并处于至少一个空气供应水平面上的喷嘴，该喷嘴被导向而彼此相对地喷射基本上平行于位于邻近喷嘴的所述相对壁之间的壁的空气射流。
11.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，它包括在相同的空气供应水平面上的两个空气射流，它们被设置成沿相反的方向并与流化床锅炉的壁呈对角地喷射，同时还包含有另外两个基本上垂直于所述空气射流的空气射流，它们被布置成沿相反方向喷射，从而所述空气射流不会碰撞，由此每个空气射流被设置成与流化床锅炉的炉中形成的涡流中的三个相接触。
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