專利名稱：流化床灰冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種循環(huán)流化床燃燒裝置，特別是涉及能夠冷卻流化床飛灰的裝置。循環(huán)流化床裝置的應(yīng)用與日俱增和廣泛。因?yàn)樵谶\(yùn)行和燃料靈活性方面的技術(shù)發(fā)展取得了顯著的進(jìn)步，所以使用循環(huán)流化床具有特別好的效果。而本發(fā)明的主要應(yīng)用在于蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中的燃燒處理，不過應(yīng)該理解本發(fā)明還可以用于各種流化床裝置上。
流化床燃燒裝置可以在很低溫的狀態(tài)下有效地燃燒煤，且能避免其它方式中煤的燃燒會(huì)產(chǎn)生的問題。術(shù)語“流化床”指的是這樣的一種燃燒條件，即固態(tài)材料在床內(nèi)作自由流動(dòng)，這種流動(dòng)性質(zhì)類似于流體的流動(dòng)性質(zhì)。當(dāng)氣體向上流動(dòng)穿過顆粒床時(shí)，氣體的流動(dòng)產(chǎn)生一種推力，該推力傾向于將顆粒彼此分離。在低氣流速度下，顆粒間保持接觸并有阻礙運(yùn)行的傾向。這種條件稱作為固定床。當(dāng)氣流速度增加時(shí)，就能達(dá)到氣體作用于顆粒上的推力恰好足以引起分離的速度點(diǎn)。這種狀態(tài)下認(rèn)為該床被流化了。在顆粒間形成的氣墊允許粒子自由運(yùn)行，使床具備了類似流體的特性。
那些灰，硫及氮含量較高的燃料通常認(rèn)為是不適合于用作燃料的，但由于流化床的出現(xiàn)，使這種燃料的燃燒成為了可能。由于使用了這樣的處理方法，至少在大多數(shù)情況下，可以不需要(氣體洗滌器)除塵器而仍能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。流化床燃燒中，燃料是在由向上流動(dòng)的流化氣體造成的懸浮狀不可燃熱顆粒床內(nèi)燃燒的。具體地說，燃料是如煤那樣的固體顆粒，不過液態(tài)和氣態(tài)燃料可容易使用。
通常流化氣體是助燃空氣或氣態(tài)的燃燒產(chǎn)物。兩種主要類型的流化床燃燒系統(tǒng)是(1)鼓泡型流化床(BFB)，在這種流化床中，超過流化該床所需量的過量空氣以鼓泡形式通過該流化床。鼓泡型流化床還具有的特征是適度的床內(nèi)顆?；旌纤俾屎蜔煔庵邢鄬?duì)低顆粒挾帶量和(2)循環(huán)流化床(CFB)，這種床的特征在于高流速和床內(nèi)顆粒尺寸更細(xì)。在這種系統(tǒng)中，當(dāng)顆粒挾帶量增加時(shí)，流化床表面就會(huì)變得散亂，因此，床高不再保持一限定水平。循環(huán)流化床系統(tǒng)的材料從燃燒室流動(dòng)到顆粒再循環(huán)系統(tǒng)再流回燃燒室的循環(huán)速率高。在“燃燒礦物燃料”雜志(由Joseph，G.Singer，P.E.和燃燒工程公司出版；a subsidiary of Asea BromnBoveri；1000 Prospect Hill Road，Windos，Connecticut 06095(1991編))還進(jìn)一步描述了這種普通型裝置的其它特征。
在傳統(tǒng)的循環(huán)流化床蒸汽發(fā)生器中，機(jī)械地或氣動(dòng)地將煤粉(碎燃料)和吸收劑供入到燃燒室下部。將一次空氣供給到燃燒室底部并流過空氣分布板。通過布置在燃燒室下部的一個(gè)或幾個(gè)高度上的供氣孔提供二次空氣。在整個(gè)燃燒室內(nèi)進(jìn)行燃燒，而在燃燒室內(nèi)充滿了流化床物料。煙氣和其所挾帶的顆粒離開燃燒并進(jìn)入一個(gè)或幾個(gè)旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器內(nèi)，大顆粒被分離出來并下落到密封罐內(nèi)。顆粒再從密封罐循環(huán)回到燃燒室。另外，可以使部分顆粒通過塞閥轉(zhuǎn)流到外部流化床熱交換器(FBHE)內(nèi)然后再返回到燃燒室。在流化床熱交換器內(nèi)，管束從流化顆粒上吸收熱量。
本發(fā)明可應(yīng)用于任何流化床裝置上，但它特別適合于以燃料燃燒能產(chǎn)生大量灰的循環(huán)流化床鍋爐上。上述的燃料指的是灰含量高的燃料。含灰量高的燃料是燃料中灰份含量高達(dá)35％或更高。(雖然部分低灰燃料可用如螺旋冷卻器那樣的冷卻裝置進(jìn)行冷卻，但低灰量燃料通常不需要流化床冷卻器。螺旋冷卻器具有一個(gè)外套，套內(nèi)安裝有螺旋軸，螺旋軸的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)固體物質(zhì)在套內(nèi)作軸向移動(dòng)。)流化床內(nèi)產(chǎn)生的灰包括煙道灰(backpass)和爐底灰兩種。冷卻離開燃燒室的灰溫度的主要目的是避免高溫灰損壞或破壞傳送裝置。
離開燃燒室的爐底灰的溫度在其進(jìn)入底灰傳送系統(tǒng)以前應(yīng)該冷卻到500F°以下。當(dāng)使用高含灰量燃料時(shí)，底灰流中所含有的熱量可能占到鍋爐熱量總輸入的很高的百分比。因此，希望能夠回收這部分熱量。流化床灰冷卻器主要是為這個(gè)目的而設(shè)計(jì)的。流化床灰冷卻器具有鼓泡流化床熱交換器，這種鼓泡型流化床熱交換器設(shè)計(jì)成與流化床熱交換器一致。埋入床內(nèi)的冷卻盤管冷卻灰并將熱量傳遞給冷凝液或鍋爐給水。最好用如流化床熱交換器上所帶的錐形閥來控制從燃燒室10流到流化床冷卻器34的灰流量。然而，也可以使用滑閥(V-port)或任何一種控制閥來控制流入灰冷卻器內(nèi)的灰量。被冷卻的灰從灰冷卻器流到底部灰處理系統(tǒng)便于運(yùn)送去存貯。這個(gè)過程雖然可以使用高壓氣動(dòng)系統(tǒng)，但通常使用由刮板輸送機(jī)構(gòu)成的機(jī)械系統(tǒng)。另外，可以采用機(jī)械系統(tǒng)將底灰運(yùn)送到中間料斗內(nèi)，再由氣動(dòng)系統(tǒng)從料斗將灰料輸送去貯存。
現(xiàn)有技術(shù)中灰冷卻器的出口位置通常位于灰冷卻器底表面的上方。換句話說，出口位于高于灰冷卻器底部的管子一端，使得一些灰總留在灰冷卻器內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)在許多場(chǎng)合應(yīng)用均滿意。但是，在某些場(chǎng)合，這種結(jié)構(gòu)給除去(從灰冷卻器)沒有被流化的大顆粒帶來困難，即不能容易地從灰冷卻器中除去大顆粒。
現(xiàn)有的冷卻器通常備有水平底和具體有一壩。該壩將灰約束在灰冷卻器內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的缺陷是輕一些的顆粒將流動(dòng)到上表面而重一些顆粒會(huì)流動(dòng)到底部。輕顆粒將溢過該壩并流出灰冷卻器。重顆粒必須單獨(dú)地除去。
現(xiàn)有技術(shù)中，還有一種俯視基本上為方形的灰冷卻器?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)會(huì)限制熱交換。特別是，進(jìn)入通常為方形冷卻器的灰可流到位于該冷卻器一側(cè)的出口而基本不會(huì)與可能延伸經(jīng)過整個(gè)灰冷卻器底部的熱交換表面接觸。因而從熱力學(xué)觀點(diǎn)來看，這顯然是不能令人滿意的。
本發(fā)明的主要目的是提供一種灰冷卻裝置，該冷卻裝置能夠更為有效地使用灰冷卻器的表面和容量。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種裝置，該裝置將便于從灰冷卻器中將相對(duì)大直徑的顆粒除去。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)在灰冷卻器與相聯(lián)的流化床一起作用就可以完成本發(fā)明的這些和其它的目的，其中灰冷卻器包括一腔室，該室具有一底部，圍著底部的多面壁和一室頂。腔室具有一個(gè)入口和一出口。出口位于一個(gè)壁上并靠近底部，且該裝置還包括設(shè)置在腔室內(nèi)的水冷管，這些水冷管與進(jìn)入灰冷卻器入口的相應(yīng)灰呈熱交換關(guān)系。在本發(fā)明的某些實(shí)例中，底部是一個(gè)平面且與水平呈傾斜狀。出口設(shè)置在靠近底部之最低高度的位置上，而腔室通常是矩形的，并具有第一，第二相對(duì)的側(cè)壁以及相對(duì)的第三，第四側(cè)壁，而第一，第二側(cè)壁比第三，第四側(cè)壁長(zhǎng)。在某些情況下，第一和第二側(cè)壁的長(zhǎng)度與第三及第四側(cè)壁的長(zhǎng)度之比為2或3比1。
在某些實(shí)施例中，該底部在其(所述底部)與第一和第二側(cè)壁相交而界定的相交線內(nèi)從第三側(cè)壁向下朝第四側(cè)壁傾斜，其中的相交線相對(duì)于水平面呈傾斜狀。該入口置于第三側(cè)壁附近。
灰冷卻器還包括多個(gè)從底部伸出的噴管。每根噴管具有一位于底部上方的且引導(dǎo)流體流向第四側(cè)壁管口，因此，沉積在腔室內(nèi)的灰被流過噴管的流體推向第四側(cè)壁。
本發(fā)明的另一形式還包括多根管子或集管，向底部下方的腔室提供空氣。
本發(fā)明通過參考附圖會(huì)更好理解，其中

圖1示意性地示出一循環(huán)流化床燃燒裝置的局部正視圖，燃燒裝置產(chǎn)生灰，這些灰由本發(fā)明的灰冷卻裝置冷卻。
圖2是本發(fā)明之一種方案的冷卻器的正視圖。
圖3是沿圖2的3-3線的截面圖。
圖4是沿圖2的4-4線的截面圖。
圖5是沿圖2的5-5線的截面圖。
現(xiàn)在參照整幅示意性圖1，該圖1示出了一豎置的長(zhǎng)形燃燒器10，在該燃燒器10內(nèi)布置了一循環(huán)流化床12。該循環(huán)流化床12安置在基板11上。通過進(jìn)風(fēng)口13向流化床12內(nèi)吹入一次空氣，該進(jìn)風(fēng)口13位于基板11下方。二次空氣，石灰和燃料按燃燒器10左側(cè)(如圖所示)的三個(gè)箭頭所指被導(dǎo)入流化床12一側(cè)。在流化床12內(nèi)，空氣，石灰和燃料在燃燒器內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)。具體地，燃料是礦物燃料。石灰是吸收劑。底灰控制閥15也設(shè)置在燃燒器10的左側(cè)。循環(huán)流化床12內(nèi)的顆粒通過一氣體通道14再循環(huán)流動(dòng)到一個(gè)或幾個(gè)旋風(fēng)分離器16(圖示出一個(gè))。每個(gè)旋風(fēng)分離器16是垂直長(zhǎng)形的設(shè)置并且具有一個(gè)與密封罐18連接的底端。每個(gè)旋風(fēng)分離器16的頂部與后煙道17聯(lián)通，該后煙道17含有附加熱交換表面。表明流出煙道17的箭頭指示煙氣流流動(dòng)到除灰裝置再到達(dá)煙囪(未示出)。額外的灰從底端19處排出。每個(gè)密封罐18的形狀與功能多少可與通常連接住宅的和工業(yè)的水池的排水管的存水彎頭相類似。密封罐18由第一根回流管20連接到燃燒器10?？鼗议y22可調(diào)節(jié)(灰)從密封罐18流到襯有耐火材料的腔體24的流量，該腔體24與熱交換器26和第二回流管28連接。第二回流管28使從密封罐18，通過熱交換器26至燃燒器10的通道完整。密封罐18以及第一，第二回流管20，28都襯有耐火材料。
底部控灰閥15的目的是允許灰從流化床12經(jīng)管32流出。具體做法是流過底部控灰閥15的灰得到冷卻然后廢棄。本發(fā)明特別涉及到的是這部分灰的冷卻。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2-4，圖2-4示出了本發(fā)明的灰冷卻器34的一個(gè)實(shí)例?；依鋮s器34的入口連接至管子32。因而，當(dāng)打開閥15時(shí)，灰冷卻器34接收來自燃燒器10的熱灰?；伊鹘舆B不斷地流過管子32和隔離閥36(隔離閥36和下面要描述的隔離閥62作為維護(hù)期間系統(tǒng)的分隔部件)?；依鋮s器34，類似于其它灰冷卻器，用空氣對(duì)熱灰流化而使其冷卻并將其熱量傳送給安置在床內(nèi)的管50。水或其它熱交換介質(zhì)在管50內(nèi)流動(dòng)而冷卻管50。具體，灰的平均粒徑在100-1500微米之間。單個(gè)灰粒的粒徑范圍從最大25mm至最小類似于飛灰那樣的尺寸。
在灰冷卻器34內(nèi)，空氣通過管道36流入腔室床中使灰流化，而該腔室床由灰冷卻器34的底部38和斜底部40圍成。斜底部40是一個(gè)平面，且從接近入口管32的最高處向接近出口42的最低處傾斜。多根L形噴管44穿過該斜底部40延伸。噴管44朝著出口42的方向。因而，進(jìn)入灰冷卻器34內(nèi)的灰被推向出口42。經(jīng)管道36進(jìn)入灰冷卻器34的氣體在灰冷卻器34內(nèi)向上流動(dòng)并經(jīng)管46流出。
經(jīng)管32流入灰冷卻器34內(nèi)的灰進(jìn)入到襯有額外耐火材料48的部位。因?yàn)榱魅牍?2的灰在灰冷卻器34的入口處其溫度最高，所以在冷卻器34的該部位需要額外耐火材料48。當(dāng)灰沿下傾底部40行進(jìn)時(shí)，因(1)重力影響和(2)噴管44的作用而通過管50。在入口集管52和總管54之間以及在總管54和出口集管56之間均跨接了管50(最好參照?qǐng)D5)。閥58，60控制如冷凝液這樣的冷卻劑進(jìn)入入口集管52內(nèi)的流量。
布置在出口42處的是隔離閥62和回轉(zhuǎn)閥64，該回轉(zhuǎn)閥64計(jì)量灰流出灰冷卻器34到普通鏈板輸送器66的灰量。普通的回轉(zhuǎn)閥64在其環(huán)形腔內(nèi)具有多葉旋轉(zhuǎn)葉片，這些葉片使計(jì)量后的灰從閥入口移動(dòng)到閥出口。
本發(fā)明的灰冷卻器34的灰出口42設(shè)置在底部40的高度上。特別是，從圖2中可以明顯地看到出口42的側(cè)面靠近底部40。該位置的好處在于可除去沒有被流化的大顆?；?。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的裝置有一個(gè)較好的長(zhǎng)寬比。特別是，灰冷卻器的長(zhǎng)寬比優(yōu)選至少3∶1。其它實(shí)施例的長(zhǎng)寬比可以為至少2∶1。這樣的方式可以避免現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，即大部分流量和熱交換都集中在灰冷卻器的幾何中心，并實(shí)際上繞開了熱交換管整個(gè)表面的大部分。能夠理解在現(xiàn)有技術(shù)中，熱灰和沿底部水平設(shè)置的換熱管之間的接觸是非常有限。
同樣地，本發(fā)明的裝置將更有效地利用灰冷卻器的容量和面積，而且還便于從灰冷卻器中除去大且重的灰粒。
參照優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了描述。一個(gè)該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠根據(jù)本說明書所披露的教導(dǎo)對(duì)其作出不同的改進(jìn)。這種改進(jìn)仍然是在所公開的范圍之內(nèi)，本發(fā)明由下面的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種與相聯(lián)的流化床組合作用的灰冷卻器，包括一腔室，該腔室具有一底部，圍著底部的多面壁和一室頂，所述腔室具有一個(gè)入口和一出口，所述出口位于一個(gè)壁上并靠近底部；以及設(shè)置在腔室內(nèi)的管道，這些管與進(jìn)入所述灰冷卻器之所述入口的相應(yīng)灰呈熱交換關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻器，其特征在于所述底部是一個(gè)平面且與水平面呈傾斜狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻器，其特征在于所述出口設(shè)置在靠近底部之最低高度的位置上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷卻器，其特征在于所述腔室通常是矩形的，并具有第一，第二相對(duì)的側(cè)壁以及相對(duì)的第三，第四側(cè)壁，而第一，第二側(cè)壁比第三，第四側(cè)壁長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷卻器，其特征在于所述第一和第二側(cè)壁的長(zhǎng)度至少是第三及第四側(cè)壁的長(zhǎng)度的兩倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷卻器，其特征在于所述底部在所述底部與第一和第二側(cè)壁相交而界定的相交線內(nèi)從第三側(cè)壁向下朝第四側(cè)壁傾斜，其中的相交線相對(duì)于水平面呈傾斜狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷卻器，其特征在于所述入口設(shè)置在靠近所述第三側(cè)壁處。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻器，其特征在于所述灰冷卻器還包括多個(gè)從底部伸出的噴管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的冷卻器，其特征在于所述每根噴管具有一位于底部上方的且引導(dǎo)流體流向第四側(cè)壁的管口，因此，沉積在腔室內(nèi)的灰被流過噴管的流體推向第四側(cè)壁。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷卻器，其特征在于還包括多根管子，向所述底部下方的腔室提供空氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的冷卻器，其特征在于多根廢氣管連接于所述腔室，并從腔室內(nèi)將廢氣排出。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷卻器，其特征在于所述第一和第二側(cè)壁的長(zhǎng)度至少是第三及第四側(cè)壁的長(zhǎng)度的三倍。
全文摘要
腔室(34)具有底部(40),圍著底部的多面壁和室頂。腔室(34)還具有入口(32)和出口(42)。出口(42)位于一個(gè)壁上并靠近底部(40),且該裝置還包括設(shè)置在腔室(34)內(nèi)的管道(50),其(50)與進(jìn)入灰冷卻器入口(32)的相應(yīng)灰呈熱交換關(guān)系。在本發(fā)明的某些實(shí)例中,底部(34)是一個(gè)平面且與水平呈傾斜狀。出口(42)設(shè)置在靠近底部(40)最低高度的位置上,而腔室(34)通常是矩形的,并具有第一,第二相對(duì)的側(cè)壁以及相對(duì)的第三,第四側(cè)壁,而第一,第二側(cè)壁比第三,第四側(cè)壁長(zhǎng)。在某些情況下,第一和第二側(cè)壁的長(zhǎng)度與第三及第四側(cè)壁的長(zhǎng)度之比為2或3比1。在某些實(shí)施例中,底部(40)在所述底部(40)與第一和第二側(cè)壁相交而界定的相交線內(nèi)從第三側(cè)壁向下朝第四側(cè)壁傾斜,其中的相交線相對(duì)于水平面呈傾斜狀。入口(32)靠近第三側(cè)?；依鋮s器還包括多個(gè)從底部伸出的噴管(44)。每根噴管(44)具有一位于底部上方的且引導(dǎo)流體流向第四側(cè)壁的管口,因此,沉積在腔室內(nèi)的灰被流過噴管的流體推向第四側(cè)壁。
文檔編號(hào)F23C10/02GK1271413SQ98809408
公開日2000年10月25日 申請(qǐng)日期1998年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月22日
發(fā)明者P·J·帕諾斯 申請(qǐng)人:Abb阿爾斯托姆能源公司