專利名稱:帶有獨(dú)立循環(huán)床的流化床蒸汽發(fā)生器及產(chǎn)生蒸汽的方法
本發(fā)明涉及流化床熱交換器及產(chǎn)生蒸汽的方法，特別是涉及以多層堆疊式流化床產(chǎn)生熱量的蒸汽發(fā)生器及相應(yīng)方法。
由于流化床具有傳熱速率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又能減少腐蝕、鍋爐水垢及二氧化硫的產(chǎn)生，故被公認(rèn)為是一種引人注目的熱源。在典型的流化床裝置中，空氣向上通過大量粒狀物料構(gòu)成的床層并使其膨脹，以至呈懸浮或流化狀態(tài)。然而，輸入到與流化床進(jìn)行熱交換的水流中的熱量范圍有一內(nèi)在的限度，其主要原因是，送往流化床中的空氣量必須足以使床層維持在流化狀態(tài)，但又不導(dǎo)致過量的粒狀物料被吹走。
上述缺點(diǎn)在很大程度上已被美國專利第3，823，693號中所披露的熱交換器所克服。該專利于1974年7月16日批給Bryers和Shenker，并與本申請轉(zhuǎn)讓給同一受讓人。在該專利所披露的裝置中，熱交換器的燃燒段由多個(gè)縱向堆疊的室所組成，各室均含有一個(gè)流化床。欲被加熱的流體在熱交換器中向上通過流化床，借此逐步提高該流體的溫度。每個(gè)床層之上均設(shè)有管束為來自各床層的煙道氣提供對流傳熱表面。粒狀物料與從各床層逸出的煙道氣相分離并返回到最下面的床層，該床層的作用相當(dāng)于一個(gè)循環(huán)室，用于燒除粒狀物料中所殘存的碳。
然而，各床層之上可用于安裝管束的空間是較小的，這是由于管束間隙、進(jìn)行焊接的必要間距以及燃燒的要求，使每個(gè)床室之上的有效截面積受到了限制。這樣，由管束所確定的對流傳熱表面就被限制到某種程度，以致使得各床層的單位對流表面的煙道氣的質(zhì)量流量和傳熱系數(shù)均小于最佳值。又由于對循環(huán)床不提供新鮮燃料，由于燃料變化而導(dǎo)致的熱輸入量的異常變化或蒸汽發(fā)生器的輸出變化就會經(jīng)常發(fā)生，另外，在循環(huán)室中因沒有控制存料量和流化速度的手段，進(jìn)一步增加了控制各床層換熱量的難度。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種蒸汽發(fā)生器和產(chǎn)生蒸汽的方法，該蒸汽發(fā)生器既具有多層堆疊式流化床的優(yōu)點(diǎn)，又能提供具有最佳尺寸的對流傳熱表面。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述類型的蒸汽發(fā)生器和產(chǎn)生蒸汽的方法，在蒸汽發(fā)生器中將新鮮燃料加到循環(huán)床中以防止熱輸入量的異常變化。
本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的是提供上述類型的蒸汽發(fā)生器和產(chǎn)生蒸汽的方法，其中循環(huán)床的存料量和流化速度是可以控制的。
為達(dá)到上述目的及其它目的，在燃燒爐殼體中裝設(shè)了多層垂直堆疊式流化床，鄰接該爐又裝設(shè)了熱量回收爐以接收從多層流化床逸出的煙道氣。在熱量回收爐中也安置了一個(gè)流化床。另有一個(gè)或兩個(gè)分離器鄰接熱量回收爐，用以接收煙道氣并分離出夾帶的固體顆粒。分離出的固體顆粒則循環(huán)返回到熱量回收爐中的流化床中去。在循環(huán)床中加入新鮮燃料，且該床的存料量及流化速度是可控制的。
通過參照下面的關(guān)于本發(fā)明的具體實(shí)施方案的詳細(xì)描述和附圖，可進(jìn)一步理解上面的本發(fā)明的簡要描述及其它目的、特性及其優(yōu)點(diǎn)。這些實(shí)施方案是較好的，但只起說明作用。本說明書的附圖是本發(fā)明的蒸汽發(fā)生器的縱向剖面示意圖。
本發(fā)明的蒸汽發(fā)生器如附圖所示，它包括由延伸在燃燒室10中的三個(gè)主要的流化床室A、B和C所組成的燃燒爐部分。燃燒室10則由前壁12、后壁14、側(cè)壁16以及另一側(cè)壁(圖中未繪出)所限定。各床室A、B和C的細(xì)節(jié)將在后文敘述。
距后壁14一定距離處設(shè)置有另一壁18，用以形成鄰接燃燒室10的熱量回收室20?？拷?8處設(shè)有一對旋風(fēng)分離器22和24，二者分別經(jīng)管道26和28與室20相通。
在前、后壁12和14之間安裝有三個(gè)在垂直方向呈一定距離的水平、多孔的空氣分布板30，這三個(gè)板分別在室A、B和C內(nèi)延伸到周圍四壁。在各分布板30的下方均設(shè)有風(fēng)室34，各床室A、B和C的空氣入口管32(圖中以斷面形式繪出)經(jīng)側(cè)壁16伸入各風(fēng)室34中。這樣，空氣被分布到各床室A、B和C中，空氣流量由氣閘或類似部件進(jìn)行控制(圖中未繪出)。
前壁12的不同高度處安裝有三個(gè)撒布器36，分別與床室A、B和C相通。撒布器36用以從外部來源接收粒狀燃料，并以常規(guī)方式將其撒入各個(gè)床室。不言而喻，可以常規(guī)方式用滴管或類似物(圖中未繪出)將諸如石灰石類的吸附劑送到各床室A、B和C中，借以將粒狀燃料燃燒產(chǎn)生的硫化物吸附掉。這樣，粒狀物料在各床室A、B和C中就形成了物料床，空氣經(jīng)分布板30進(jìn)入各床時(shí)就將粒狀物料向上吹起成流化狀態(tài)。
緊挨著每個(gè)分布板30的板面上方都安裝有管束38，這些管束位于各床室A、B和C中所形成的流化床內(nèi)。每個(gè)管束均與循環(huán)水系統(tǒng)(圖中未繪出)相連，以常規(guī)方式經(jīng)這些管束將流化床中的熱量移出。不言而喻，循環(huán)水或蒸汽系統(tǒng)還應(yīng)包括相應(yīng)的集管器、泄水管及類似部件(圖中未繪出)，借以通過管束38將流化床中生成的熱量傳輸?shù)剿蛘羝小?br>在后壁14的不同高度處還設(shè)置有三個(gè)開口40，這些開口可將各床室A、B和C中產(chǎn)生的煙道氣從室10排放到室20中。在室20的下部設(shè)置了一個(gè)與床室A、B和C相同的流化床室D，該室?guī)в锌諝馊肟?2、風(fēng)室34、撒布器36，以及一作用與上述A、B、C各室中管束完全相同的管束38。床室D中亦設(shè)置有排出堰41，該堰以常規(guī)方式控制床室D中粒狀物料的體積容量。
從床室A、B和C經(jīng)開口40進(jìn)到室20中的氣體和來自床室D的氣體在室20中混合，借自然對流上升到室20的頂部，然后經(jīng)導(dǎo)管26和28分別進(jìn)入旋風(fēng)分離器22和24中。
旋風(fēng)分離器22和24按常規(guī)方式操作，將夾帶到那里的固體粒狀物料從氣體中分離出來。除掉固體顆粒的氣體從分離器22中經(jīng)排出管42送往外部熱回收區(qū)(圖中未繪出)，分離器24中的清凈氣體經(jīng)出口管44進(jìn)入排出管42中。不言而喻，外部熱回收區(qū)應(yīng)包括用以從氣體中移走熱量的多組管束，此后氣體進(jìn)入列管式空氣加熱器、集塵室、引風(fēng)機(jī)，最后到煙囪。所有這一切都與常規(guī)相同，故未繪出。
分離器22和24各具有一漏斗狀部分，用以收集從煙道氣中分離出來的細(xì)小顆粒并將其送入注入線46和48中。注入線46和48可將顆粒返回到床室D中。床室D中的顆粒與通過撒布器36送入該室的新鮮粒狀燃料匯合，混合顆粒則在該室中流化并燃燒，其方式與前面所述的流化床室A、B和C中的粒狀燃料的流化和燃燒是類似的。
不言而喻，壁12、14和16都是由多根豎直延伸的管子以常規(guī)方式聯(lián)結(jié)而成的，這些管子和上汽鍋50以及多個(gè)集管器形成了自然循環(huán)流動回路。集管器在附圖中的標(biāo)注數(shù)字號為52，分別位于上述各壁的底端。圖中僅標(biāo)出了多根管子中的兩根，標(biāo)號也為52。因?yàn)檫@種設(shè)置是符合慣例的，故本文不進(jìn)行更詳盡的敘述。
在操作中，將空氣通入配置于床室A、B和C中的各個(gè)流化床將其流化。不言而喻，空氣速度和流率需要調(diào)節(jié)，以使其高到足以使粒狀燃料達(dá)到流化狀態(tài)并獲得經(jīng)濟(jì)的燃燒效率或熱釋放速率(單位床層面積)，但只要低到足以避免過多的細(xì)小燃料顆粒從床層中逸出而損失，并應(yīng)使氣體具有足夠的停留時(shí)間以供加入到床層中的吸附劑將硫化物除掉。通過各流化床后，被加熱的空氣與來自各床的燃燒產(chǎn)物相匯合，所形成的混合氣體(以下均稱之為煙道氣)通過位于壁14上的開口40流入熱回收室20中。來自床室D的煙道氣與來自床室A、B和C的氣體一道，在熱回收室20中憑借自然對流而上升，然后分別經(jīng)導(dǎo)管26和28從該室排出，再分別進(jìn)入分離器22和24之中。
在煙道氣中夾帶的固體燃料和吸附劑顆粒在分離器22和24中被分離出來，同時(shí)潔凈氣體通過導(dǎo)管42和44送往熱回收區(qū)。被分離出的顆粒(包括煙灰、未反應(yīng)的燃料和吸附劑等)被噴到床室D中的流化床內(nèi)，在該處這些顆粒與通過D室撒布器而供料的新鮮燃料相混合。從入口管32送入各床室A、B、C和D的空氣的速率需進(jìn)行調(diào)節(jié)，床室D中的物料量被該室的出口堰41嚴(yán)格控制，以便一旦在該室中的存料量達(dá)到足以維持穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，避免存料量的任何增加。
本發(fā)明的蒸汽發(fā)生器具有若干優(yōu)點(diǎn)。例如，在本發(fā)明的系統(tǒng)中所需要的物料處理設(shè)備可減小到最小程度，于是大大降低了整個(gè)蒸汽發(fā)生器的投資。而且，煙道氣在熱回收室20中的停留時(shí)間較長，因其必須通過室20的全程高度。該氣體一直維持在較高的溫度下，足以促進(jìn)這些氣體借助從床室A、B和C周期性加入的熱燃?xì)怏w而進(jìn)行燃燒。再者，當(dāng)氣流在該室中上行時(shí)，進(jìn)入室20的任何二氧化硫氣體能與細(xì)小的吸附劑顆粒進(jìn)一步反應(yīng)，從而得到最大的脫硫效率和用于控制二氧化硫發(fā)生的最小的吸附劑用量。還有，本發(fā)明可允許床室D上方的自由空間段設(shè)計(jì)得非常高，以保證前述的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。還有一點(diǎn)就是，借助于向循環(huán)床引入新鮮燃料，熱輸入量可基本維持恒定。床室D中循環(huán)床的存料量和流化速度亦可控制以使其保持穩(wěn)定狀態(tài)。
不言而喻，在不超出本發(fā)明的范圍之前題下，前述內(nèi)容可做一定修改。例如，在某種場合下在床室D中無需設(shè)置換熱器管束。此外，床室D的功能仍與前述相同，只是不具備由管束所提供的移熱功能。
權(quán)利要求
1.包括下述部分的蒸汽發(fā)生器燃燒爐，該燃燒爐中用于限定含有燃料的粒狀物料的多個(gè)彼此在垂直方向有一定距離的床的設(shè)施，用于將空氣引入該床而使其流化的設(shè)施，帶有可將煙道氣從該流化床排出的釋放口的該爐的一個(gè)邊壁，包括邊壁在內(nèi)的用于限定鄰接于該燃燒爐的接收上述煙道氣用的熱回收爐體的設(shè)施，在該熱回收爐該中用于限定上述物料的床的設(shè)施，在該熱回收爐中用于將空氣引入該床以使上述物料在該爐中流化的設(shè)施，鄰接于該熱回收爐用于接收從該爐中逸出的煙道氣并將其夾帶的固體顆粒從該煙道氣中分離掉的設(shè)施，將分離出的顆粒注入到該熱回收爐內(nèi)的流化床中的設(shè)施，以及將補(bǔ)充燃料物料加入到該熱回收爐內(nèi)的該流化床中的設(shè)施。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的蒸汽發(fā)生器，還包括可改變引入到上述熱回收爐內(nèi)的上述流化床中的空氣的流化速度的設(shè)施。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的蒸汽發(fā)生器，還包括可控制上述熱回收爐內(nèi)的上述流化床中的物料存量的設(shè)施。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的蒸汽發(fā)生器，其中上述燃燒爐和上述熱回收爐的兩個(gè)側(cè)壁是由橫跨該蒸汽發(fā)生器寬度的兩個(gè)連續(xù)壁所構(gòu)成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的蒸汽發(fā)生器，還包括從各彼此在垂直方向有一定距離的該流化床中移去熱量的設(shè)施。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的蒸汽發(fā)生器，還包括從上述熱回收爐內(nèi)的上述流化床中移去熱量的設(shè)施。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的蒸汽發(fā)生器，其中上述移熱設(shè)施包括管道設(shè)施和使水通過該管道設(shè)施的設(shè)施。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中上述熱回收爐中的上述流化床位于該爐的底部，以使該流化床的煙道氣在逸出該爐前向上經(jīng)過該爐的全長。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的蒸汽發(fā)生器，其中從上述彼此在垂直方向有一定距離的床逸出的煙道氣與從上述熱回收爐內(nèi)的流化床逸出的煙道氣相匯合。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的蒸汽發(fā)生器，其中所述的分離設(shè)施包括鄰接于上述熱回收爐的用以接收從上述各床逸出的煙道氣的多個(gè)旋風(fēng)式分離裝置。
專利摘要
帶有獨(dú)立循環(huán)床的流化床蒸汽發(fā)生器，其中多個(gè)豎直堆疊的流化床裝設(shè)于燃燒爐內(nèi)，鄰接于該爐的熱回收爐用于接收上述各流化床的煙道氣，此爐中亦設(shè)有一流化床。鄰接于熱回收爐的分離器可將煙道氣中夾帶的固體顆粒分離。將分離出的顆粒引回到熱回收爐中。新鮮燃料輸入到循環(huán)床中，該床的物料存量和流化速度是可控制的。
文檔編號F22B1/00GK87103597SQ87103597
公開日1988年1月27日 申請日期1987年5月18日
發(fā)明者胡安, 安托尼奧, 加西亞-馬爾洛爾, 米歇爾·吉阿德·阿里斯頓 申請人:福斯特·維勒能源公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan