CN1162989A - 带有改进的喷嘴结构的流态化床 - Google Patents

Abstract

一个流态化床系统(10)，其包括一外壳(12)，一个由多根大体平行且由紧相邻的管(32)之间的筋片(34)相连结的管(32)组成的底板(14)。多个喷嘴组件(30、50)以相互平行的关系自该底板(14)大体垂直地延伸，各喷嘴组件包括一大体是圆柱形的壳体(36)，它具有一与底板(14)大体呈垂直关系布置的中心线，且各壳体(36)包括在其远离底板(14)的一轴向最远端自其大体上径向延伸的多个头部(38)。在本发明的某些实施例中，上述各头部(38)是在各壳体(36)的周缘上均匀地相间开的，且各头部(38)大体呈圆柱形并有一中心线。头部(38)各中心线的布置相对于一水平面可有一个角度，且该角度可以为大约20度。对于本发明的某些形式，一些喷嘴组件(30、50)各有四个头部(38)且一些喷嘴组件(30、50)有两个头部(38)。在其它的实施例中所有的喷嘴组件(30、50)都有两个头部(38)。在另外的实施例中所有的喷嘴组件(30、50)都有四个头部(38)。

Description

带有改进的喷嘴结构的流态化床

本发明的背景

本发明涉及流态化床设备，且特别是涉及应用于蒸气发生装置的流态化床燃烧设备。虽然本发明主要适用于一蒸气发生系统的一燃烧过程，但可以理解，本发明也可用于各类流态化床设备。本技术领域的专业人士还将进一步认识到，流态化床在非燃烧反应领域已经应用了几十年，一流态化床内的反应剂的充分混合和紧密接触使生产率提高，且提高时间和能源的经济性。

流态化床设备可以使煤在足够低的温度下有效燃烧，避免了其它燃烧模式的许多问题。“流态化床”一词指的是这样一种条件状态，即固体材料被赋予自由流动、如液体般的特性。随着某种气体向上通过一个固体颗粒的床，该气体流产生试图将颗粒彼此相互分开的力。在低气体流速下，颗粒与其它固体粒料保持接触，且试图抵制运动。这种状态称为一固定床。随着气体流速提高，达到这样一个点，即作用在颗粒上的力刚好足以使其分开。这样即认为该床流态化了。固体粒料之间的气垫使颗粒自由运动，赋予该床一液体般的特性。

流态化床燃烧使灰分、硫和氮浓度很高、原本认为不适于使用的燃料的燃烧成为可能。通过采用这一工艺，至少在某些场合有可能不需要有气体除尘器，而仍然可以满足对发散的要求。在流态化床燃烧中，燃料是在由一向上流动的流态化气体悬浮起来的热态不可燃颗粒的床内燃烧。该燃料一般是固体粒料，例如煤，尽管液体和气体燃料也可以毫无困难地使用。

流态化气体一般是燃烧气体和燃烧的气体产物。在不需要吸收硫的情况下，燃料灰可用诸如沙子或氧化铝等惰性材料来补充，以使流态化床得以保持。在需要吸收硫的情况下，石灰石用作吸收剂且构成流态化床的一部分。流态化床燃烧系统的两种主要类型是：(1)起泡流态化床(BFB)，其中气体以超过流态化该床所需的量以气泡的形式通过该床。起泡流态化床另外还有床内固体粒料混合速度适中和固体粒料在烟气中的夹带率较低的特点；(2)循环流态化床(CFB)，其特点是速度较高和床颗粒较细。在这样的系统中由于固体粒料夹带增加，流态化床表面变得弥散，因此不再有一个固定的床表面。循环流态化床系统具有较高的自燃烧装置至颗粒回收系统再返回燃烧装置的材料循环速度。尽管本技术领域的专业人士可以想到其它一些应用场合，但本发明特别应用于循环流态化床。这种一般类型装置的特性还记述于出版物Combustion Fossil Power中，它由Joseph G.Singer，P.E.编辑，AseaBrown Boveri(1000 Prospect Hill Road，Windsor，Connecticut 06095，1991)的子公司Combustion Eigineering公司出版。

在一传统的循环流态化床蒸气发生器中，破碎后的燃料和吸收剂采用机械或气动的方式供入一燃烧装置的下部。一次空气通过一空气分配器供入燃烧装置的下部，而二次空气通过燃烧装置的下部处于同一或多个不同高度上的空气喷口供入。燃烧在充满床料的整个燃烧装置内发生。烟气和夹带的固体粒料离开燃烧装置进入一个或多个旋风除尘器，固体粒料在该处分离出来并落入一密封罐。固体粒料自该密封罐循环回收至燃烧装置。或者，某些固体粒料可能通过一塞阀转向至一外设流态化床热交换器(FBHE)再返回燃烧装置。在FBHE中，管束从流态化的固体粒料中吸收热量。

在现有技术的装置中，流态化床内的气体分布是由自流态化床的一底板上垂直延伸的多根相互平行的不锈钢管实现的。这些管每根的上端都是罩住的。每根管都有多个径向延伸的孔，将气体导向整个床以实现流态化。这些管上的各个孔的直径一般在0.070至0.090英寸之间。这样的管通常是铸造的，然后在其管壁上钻孔。因为不锈钢材料试图铸造出带活动销以形成扁平头的管子是不成功的，因此制造这样管子的费用很高。

这些现有技术的结构也有缺点，孔会由于供给到流态化床的气体内的夹带物而堵塞。这就需要维修，清理该孔。在某些情况下，这可能造成蒸气发生装置的停机时间。即使是蒸气发生装置由于其它维修而停止运转，那么在炉内完成各种维修作业也总是有竞争力的，因此非常希望减少对清理空气分配系统和流态化床装置的要求。

本发明的一个目的是保证在一流态化床装置内的反应物的彻底混合和密切接触。

本发明的另一个目的是提供在一流态化床总成中的空气分配装置且它不需要太多的维修。

本发明的又一个目的是提供这样一种装置，它比已知的装置更容易制造且成本更低。

本发明的又一个目的是提供这样一种装置，它在流态化床内分配空气的效率更高，且因此不需要如现有技术的装置那样多的独立结构。

本发明概述

现在已经发现，本发明的这些和其它一些目的可在这样一个流态化床系统内实现，它包括一外壳，一个包含有多根大体平行且由紧相邻各管的筋片相联结的管组成的底板。多个喷嘴组件，它们以相互平行的关系自该底板大体垂直地延伸，各喷嘴组件包括一大体是圆柱形的壳体，它具有一与底板大体呈垂直关系布置的中心线，各壳体包括在其远离底板的轴向最远端自其大体是径向延伸的多个头部。

在本发明的某些实施例中，上述各头部是在各壳体的周缘上均匀地间隔开的，且各头部大体呈圆柱形并有一中心线。头部各中心线的布置相对于一水平面可有一个角度，且该角度可以为大约20度。

对于本发明的某些形式，一些喷嘴组件各有四个头部且一些喷嘴组件有两个头部。在其它的实施例中所有的喷嘴组件都有两个头部。在另外的实施例中所有的喷嘴组件都有四个头部。

附图的简要说明

参照附图将会对本发明有更好的理解，其中：

图1是可采用本发明的典型循环流态化床蒸气发生器的示意性的局部正视图；

图2是沿图1中2-2线所截取的平面图，其表示支撑流态化床的板的一部分；

图3是根据本发明的流态化床喷嘴的一个实施例的平面图；

图4是图3所示喷嘴沿图2中4-4线所示的一垂直平面所截取的横截面图；

图5是根据本发明的装置的另一个实施例类似于图3的视图；

图6是图5所示装置的局部图，总体上讲类似于图4，只是下部为了简化而省略了。

优选实施例的说明

现在参见图1，所示为一传统的循环流态化床蒸气发生器10。破碎后的燃料和吸收剂以机械或气动方式供入一燃烧装置12的下部。初级空气通过一空气分配器14供给到燃烧装置12的下部，而二级空气通过在燃烧装置的下部处于同一或多个不同高度上的空气通口16供入。燃烧发生在充满床料的整个燃烧装置12内。烟气和夹带的固体粒料离开燃烧装置进入一个或多个旋风除尘器18，固体料在该处分离出来并落入一密封罐20。固体粒料自该密封罐20循环回收至燃烧装置12。或者，某些固体粒料可能转向通过一塞阀(未示出)至一外设流态化床热交换器(FBHE)22并再返回燃烧装置12。在FBHE22中，管束从流态化的固体粒料中吸收热量。烟气自旋风除尘器导入一对流通道24。

现在参照图2、3和4，所示为根据本发明优选形式的喷嘴30的一第一实施例。可以理解，流态化床的支撑件14包括由各自的筋片34联结在一起的多个管子32。多个管子32、32承载着在图1中所示的蒸气发生装置内被加热的水。如图2所见，自流态化床的底板或支撑件14垂直延伸的喷嘴30有很多个。

每个喷嘴30包括一个细长的大体圆柱形的壳体36，它在其轴向长度上基本是中间处形成颈部，而后直径稍稍增大。其颈缩的部分是个基本需要，因为相邻管32之间的可用空间有限。因此，管32、32的间距限制了壳体36最下端处的最大直径。在壳体36的上端直径最好稍稍增大，以便给四个头部38、38、38、38提供更好的气流。四个头部38每一个均大体呈圆柱形，且在本优选实施例中头部38的各自中心线布置在相互垂直的第一和第二平面内。对于本发明的最佳形式，各个头部有一个大约1.1英寸的内径。壳体36的内径在其下部为2.5英寸，而在其轴向的上部内径为3.0英寸。

头部38的中心线各自最好相对于一水平面倾斜一个20度的角度。在一典型的装置中，喷嘴30总高度为18英寸，而管32、32中心线之间的间距为7英寸。本技术领域的专业人士将会认识到，对于用于其它特定应用场合的其它一些特定的流态化床结构，可以采用完全不同的尺寸。喷嘴30的一设计模式是使整个喷嘴30能在一次单一的砂型铸造过程中铸造出来。该砂型铸造过程将同时形成壳体30，四个头部38和圆顶40。

更为有利的是，喷嘴36没有了被导向流态化床的空气所堵塞的缺点，因为各个头部38的开口比现有技术的结构中的孔大得多。另外，所需要的喷嘴组件30也比现有技术的设计中的管子少得多。同现有技术的管子比所需要的喷嘴组件30少是因为：(a)头部38开口的尺寸和(b)头部38呈一角度的取向。

因为喷嘴组件30可通过一简单的铸造作业制造出来，一个喷嘴30的成本大约是过去所用管子成本的50％。由于同一根现有技术的管子相比每个喷嘴30的流量较大，所以还可能有其它节省。更特定的情况下，采用根据本发明的新设计，喷嘴30比现有技术总成中所需要的管子少50％。同现有技术的系统相比，综合效果将使成本降低约75％。

现在参见图5和6，所示为根据本发明的喷嘴组件的另一个实施例。除了只有两个头部38外，喷嘴组件50类似于喷嘴组件30。如同喷嘴组件30一样，头部38每个均为大体呈圆柱形且每个均相对于一同样水平平面倾斜。同样如同喷嘴组件30一样，头部38的中心线是布置在同一平面内的。喷嘴组件50的壳体36与喷嘴组件30的壳体36基本是一样的。圆顶52在形状上可能与喷嘴组件30的圆顶40有所不同，但这一差别是不重要的。

喷嘴组件50最初用于靠近燃烧装置12的炉壁之处。喷嘴组件50还用于某些改型的应用场合，尽管可以理解喷嘴组件30也用于许多改型的应用场合。在那些需要用喷嘴组件50的应用场合，需要的喷嘴将比如果系统采用喷嘴组件30所需的更多。但无论如何，相对于如果现有技术的管子设计作为系统的一部分，喷嘴组件30还是少的。

本发明已参考所示的优选实施例得以说明。基于了解其理论，这类装置技术领域内的专业人士可以设想出其它的形式。例如，本发明是根据一四头部和一两头部实施例作的说明，但本技术领域的专业人士将认识到，其它形式，例如三个头部的实施例也在本发明的范围内。我们认为这样的形式包括在本公开之中，本发明仅由下述权利要求界定。

Claims (18)

1.一种流态化床系统，其包括：

一个外壳；

一个由多根大体平行且由紧相邻的管之间的筋片相连结的管组成的底板；和

多个以相互平行的关系大体垂直地延伸的喷嘴组件，上述各喷嘴组件包括一大体是圆柱形的壳体，它具有一与上述底板大体呈垂直关系布置的中心线，上述各壳体包括在其远离上述底板的一轴向最远端自其大体上径向延伸的多个头部。

2.如权利要求1所述的装置，其中：

上述各头部环绕上述各壳体的周缘均匀地间隔开。

3.如权利要求2所述的装置，其中：

其中上述各头部大体呈圆柱形且有一中心线。

4.如权利要求3所述的装置，其中：

上述头部的上述中心线各自相对于一水平面呈一个角度布置。

5.如权利要求4所述的装置，其中：

上述头部的上述各中心线相对于一水平面布置所成的角度大约20度。

6.如权利要求5所述的装置，其中：

上述喷嘴组件每个有四个头部。

7.如权利要求5所述的装置，其中：

上述喷嘴组件每个有两个头部。

8.如权利要求5所述的装置，其中：

上述喷嘴组件某些有两个头部，而上述喷嘴组件的某些有四个头部。

9.一种流态化床系统，其包括：

一个外壳；

一个由多根大体平行且由紧相邻的管之间的筋片相连结的管组成的底板；和

多个以相互平行的关系大体垂直地延伸的喷嘴组件，上述各喷嘴组件包括一大体是圆柱形的壳体，它具有一与上述底板大体呈垂直关系布置的中心线，上述各壳体包括在其远离上述底板的一轴向最远端自其大体上径向延伸的两个头部。

10.如权利要求9所述的装置，其中：

上述各头部环绕上述各壳体的周缘均匀地间隔开。

11.如权利要求10所述的装置，其中：

其中上述各头部大体呈圆柱形且有一中心线。

12.如权利要求11所述的装置，其中：

上述头部的上述中心线各自相对于一水平面呈一个角度布置。

13.如权利要求4所述的装置，其中：

上述头部的上述各中心线相对于一水平面布置所成的角度大约20度。

14.一种流态化床系统，其包括：

一个外壳；

一个由多根大体平行且由紧相邻的管之间的筋片相连结的管组成的底板；和

多个以相互平行的关系大体垂直地延伸的喷嘴组件，上述各喷嘴组件包括一大体是圆柱形的壳体，它具有一与上述底板大体呈垂直关系布置的中心线，上述各壳体包括在其远离上述底板的一轴向最远端自其大体上径向延伸的四个头部。

15.如权利要求14所述的装置，其中：

上述各头部环绕上述各壳体的周缘均匀地间隔开。

16.如权利要求15所述的装置，其中：

其中上述各头部大体呈圆柱形且有一中心线。

17.如权利要求16所述的装置，其中：

上述头部的上述中心线各自相对于一水平面呈一个角度布置。

18.如权利要求17所述的装置，其中：

上述头部的上述各中心线相对于一水平面布置所成的角度大约20度。

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