專利名稱：流化床蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流化床蒸汽發(fā)生系統(tǒng)及該系統(tǒng)的操作方法，特別是涉及到在系統(tǒng)的爐體部分附近設(shè)有一個(gè)外部換熱器的流化床系統(tǒng)和方法。
流化床蒸汽發(fā)生系統(tǒng)是公知的，在這些裝置中，為了使燃料能夠在流化床上以相當(dāng)?shù)偷臏囟认氯紵諝庖┻^(guò)有顆粒材料的床體，其中包括如煤的礦物燃料以及用于吸附由于煤燃燒產(chǎn)生的硫的吸附劑。通入水與流化床進(jìn)行熱交換以產(chǎn)生蒸汽。燃燒系統(tǒng)中包括一個(gè)分離器，用于將夾帶來(lái)自爐體部分內(nèi)流化床氣體中的固體顆粒材料分離出來(lái)并將其送回到床中。這便達(dá)到了高燃燒效率、高脫硫率，低氧化氮排放以及燃燒適用性更佳的具有吸引力的綜合效果。
在這些種類系統(tǒng)中的爐體內(nèi)，最典型使用的流化床一般是叫做“鼓泡”流化床，其中床中顆粒材料具有相當(dāng)高的濃度并且具有分明的或獨(dú)立的上部表面。其它所用的流化床類型是“循環(huán)”流化床，根據(jù)這一技術(shù)，該流化床的濃度要低于典型的鼓泡流化床?？諝馑俣纫扔诨虼笥诠呐荽驳目諝馑俣龋⑶伊鬟^(guò)流化床的煙氣中所夾帶的細(xì)固體顆粒的量大致處于使煙氣基本上飽和的范圍內(nèi)。
同樣，循環(huán)流化床的特點(diǎn)在于有相對(duì)高的固體循環(huán)，這使其對(duì)燃料放熱方式不敏感，減小了溫度的變化，有害物排放處于穩(wěn)定的低水平，這種高固體循環(huán)提高了用于將固體從氣體中分離的固體循環(huán)機(jī)械裝置的效率，并且增加了脫硫劑和燃料的停留時(shí)間，減少了脫硫劑和燃料的消耗。
通常，在循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)中，在熱的氣旋一次固體流中設(shè)有一個(gè)外部換熱器，用于從循環(huán)固體中吸收熱量以得到相對(duì)高的傳熱率。
但是，在這類設(shè)備中，以這種外部換熱條件根本不能實(shí)現(xiàn)在所有負(fù)荷下高溫固體循環(huán)具有足夠高的循環(huán)率以滿足過(guò)熱器和/或沸騰工況的需求的設(shè)計(jì)要求。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種能克服上述缺點(diǎn)的流化床燃燒系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種能夠滿足過(guò)熱器和/或沸騰工況需求的上述類型的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種上述類型的系統(tǒng)和方法，其中在接收來(lái)自流化床的熱顆粒材料的爐體部分附近設(shè)有流化床外部換熱器，用于在床材料返回該床這前從中吸收熱量。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種上述類型的系統(tǒng)和方法，其中外部換熱器的換熱面是根據(jù)工況要求而定。
本發(fā)明的更進(jìn)一步目的在于提供一種上述類型的系統(tǒng)和方法，其中外部換熱器的上況可根據(jù)其表面流化速度的變化而變化。
為了實(shí)現(xiàn)這些和其它目的，本發(fā)明的系統(tǒng)包括一個(gè)放在系統(tǒng)爐體部分附近的流化床換熱器，來(lái)自在產(chǎn)生蒸汽的爐體部分內(nèi)流化床的煙氣及所夾帶的顆粒材料要被分離，煙氣通到熱回收區(qū)，分離出的顆粒材料被循環(huán)回爐體部分，外部換熱器接收來(lái)自爐床流化的固體，并且在外部換熱器內(nèi)設(shè)有用于從流化顆粒中吸熱的換熱面，外部換熱器中的固體隨后返回到爐體部分中的流化床中。
上述簡(jiǎn)要說(shuō)明，以及本發(fā)明的進(jìn)一步目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在參照下面現(xiàn)有的較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明將得到更充分的理解，但根據(jù)本發(fā)明說(shuō)明性的實(shí)施例，結(jié)合附圖
，仍然僅是對(duì)本發(fā)明系統(tǒng)的概述性描述。
參照附圖，標(biāo)號(hào)10總體表示本發(fā)明的流化床蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其中包括一個(gè)爐體部分12，分離部分14及一個(gè)熱回收區(qū)16。爐體部分12包括一個(gè)直角外殼18和一個(gè)放在外殼底部末端的風(fēng)室20，用于接收來(lái)自外部氣源的氣體，如空氣。一個(gè)空氣分配器，或布風(fēng)板22設(shè)在外殼18的下端部和空氣風(fēng)室20之間，用于讓壓縮空氣從風(fēng)室中向上穿入外殼18內(nèi)。
顆粒材料被托在空氣分配器22上，隨著高度而遞減其濃度，并沿整個(gè)外殼18高度上延伸，一個(gè)或多個(gè)入口，如入口24，穿過(guò)外殼18壁而設(shè)置，用于引導(dǎo)顆粒材料進(jìn)入床體，在空氣風(fēng)室20和壓縮空氣源之間有管道26，用于將空氣置于風(fēng)室的擋板26a控制下引入風(fēng)室。來(lái)自風(fēng)室20的空氣流化外殼18中的顆粒材料，根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，空氣速度為能形成一個(gè)循環(huán)流化床的大小，正如以上所述。一個(gè)與空氣分配22和/或外殼18壁上開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)的排出管28用于從外殼中排出耗盡的顆粒材料。顆粒材料可以包括煤和吸收材料，如石灰石的相當(dāng)細(xì)的顆粒，用于以眾所周知的方式吸收煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的硫。
應(yīng)該認(rèn)為，外殼18的壁包括多個(gè)垂直方向延伸布置的水管，并且流動(dòng)回路(未表示)中管道內(nèi)通水，以使水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?。由于外?8的壁是常規(guī)的，就不必對(duì)其詳細(xì)說(shuō)明了。
分離部分14包括一個(gè)或多個(gè)旋風(fēng)分離器30，它放在外殼18的附近并通過(guò)管32把它們連接在一起，管32從外殼18后壁上形成的開(kāi)口延伸到分離器30上部形成的開(kāi)口。分離器30接收來(lái)自外殼18內(nèi)流化床的煙氣和所夾帶的顆粒材料，并且以常規(guī)方式操作利用分離器內(nèi)產(chǎn)生的離心力將顆粒材料分離。分離過(guò)的煙氣由分離器30上升并流入熱回收區(qū)16。
熱回收區(qū)16包括一個(gè)外殼34罩住過(guò)熱器36、一個(gè)再熱器38和一個(gè)省煤器40，所有這些換熱器由一系列沿伸到氣體流過(guò)外殼34的流道內(nèi)的換熱管42形成。應(yīng)該認(rèn)為，構(gòu)成過(guò)熱器36，再熱器38和省煤器40的管42全部以束狀設(shè)在入口聯(lián)箱44a和出口聯(lián)箱44b之間依次附加到流體回路中，該回路從形成爐體部分12的爐壁的管12起為進(jìn)一步使加熱的水或蒸汽受熱而延伸，煙氣在流過(guò)過(guò)熱器36，再熱器38和省煤器40之后，由殼體34后壁上出口44中排出。
從分離器30中分離出的固體通入漏斗30a，它與分離器底端相連，固體隨后進(jìn)入與漏斗出口相連的浸入管46。它穿過(guò)殼18的后壁，用于使分離出的固體排回到流化床中。它有一個(gè)為防止固體和/或氣體直接由爐體部分12回流到分離器30的U形段46a。
一個(gè)外部換熱器50被附加在外殼18的前壁，它包括一個(gè)容器、或殼體52，其中有換熱管54。形成的管束，殼52可以由水冷管壁或耐火金屬殼構(gòu)成，管54在入口聯(lián)箱54a和出口聯(lián)箱54b之間延伸，依次以所希望的方式連接到所述流體流動(dòng)回路中。
為了將來(lái)自外殼18內(nèi)流化床中的固體顆粒輸送到殼52中，一個(gè)入口管56從外殼18的壁面起延伸到殼52的下部;為了將固體顆粒輸回外殼18，一個(gè)出口管58從殼52的上部延伸到外殼18的任意壁面上。
為了形成一個(gè)空氣風(fēng)室62，在殼52的下部水平延伸方向設(shè)有一個(gè)空氣分配器60。兩個(gè)管64和66接收來(lái)自外部氣源的氣體，如空氣，并且與風(fēng)室62和入口管56分別連通。外部氣源可以是來(lái)自爐子下游的煙氣。
在管64和66中分別設(shè)有控制擋板68a和68b以分別控制進(jìn)入空氣室62和入口管56的空氣流。為從殼52中排出粗粒材料，在空氣分配器60上設(shè)有一排放管70。
熱顆粒材料可以經(jīng)過(guò)管56連續(xù)地供入殼52中并被經(jīng)過(guò)分配器60的氣室62中的空氣所流化，為了在顆粒材料和夾帶相對(duì)細(xì)小顆粒的流化空氣經(jīng)過(guò)出口管58排出殼52回到外殼18內(nèi)與其中顆?；旌现岸跉?2中上升時(shí)，從中吸熱，管54中要通入水。
在運(yùn)行中，從入口24將顆粒燃料放入外殼18內(nèi)并且可以根據(jù)需要以同樣方式導(dǎo)入吸收材料。供入來(lái)自外部氣源的流化空氣，通過(guò)管27、氣室20，空氣分配器22穿過(guò)外殼18內(nèi)的顆粒材料并將其流化。
一個(gè)點(diǎn)火燃燒器(未表示)，或類似裝置被放在管中引向外殼18并且進(jìn)行點(diǎn)火，以點(diǎn)燃顆粒燃料材料，當(dāng)材料溫度達(dá)到可接受的水平時(shí)，經(jīng)過(guò)入口管24向外殼18內(nèi)添加燃料。
外殼18中的材料通過(guò)爐體部分12的加熱而自燃，并且空氣和氣體燃燒產(chǎn)物的混合物(以后叫做“煙氣”)在外殼18中向上流動(dòng)，夾帶或淘洗外殼中的顆粒材料。經(jīng)過(guò)管26引入氣室20流過(guò)空氣分配器22進(jìn)入外殼18內(nèi)部的空氣速度根據(jù)外殼18內(nèi)的顆粒材料的尺寸靠調(diào)整擋板26a來(lái)控制，因此形成循環(huán)流化床，例如，顆粒材料被流化到床體的顆粒材料基本上達(dá)到夾帶和淘洗范圍。因此，流入外殼18上部的煙氣基本上與顆粒材料達(dá)到飽和狀態(tài)，飽和煙氣流到外殼18的上部并且經(jīng)過(guò)管32排出，并流入旋風(fēng)分離器30中，在分離器30中，固體顆粒材料與煙氣分離，前者通入漏斗30a并且經(jīng)過(guò)浸入管46回到外殼18中，在那里與爐體部分12中的顆粒材料混合，由分離器30中來(lái)的分離過(guò)的清潔煙氣向上流并排到熱回收區(qū)16，以流入外殼34中并在流出出口44到外部設(shè)備之前要穿過(guò)過(guò)熱器36、再熱器38、省煤器40。
當(dāng)希望將空氣導(dǎo)入管56以使外殼18中的顆粒材料進(jìn)入殼52中時(shí)，打開(kāi)控制擋板68b。附加空氣，在擋板68a的控制下，導(dǎo)入氣室62，向上通過(guò)空氣速度、材料流入殼52中的程度、流化度、在殼52中材料的綜合高度均根據(jù)需要，分別以變換擋板68a和68b的位置來(lái)控制。
在殼52中堆積的顆粒材料至少在充分能蓋住管54管束的水平上，被流化空氣夾帶并帶出的一部分顆粒材料，經(jīng)過(guò)管58導(dǎo)回外殼18。
在形成外殼18壁的管中，形成過(guò)熱器36、再熱器38和省煤器40中的換熱管42中以及在外部換熱器50中的換熱管54中通水，以從外殼18中和外部換熱器50中的顆粒材料以及從熱回收區(qū)內(nèi)煙氣中分別吸收熱量，把水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?br> 通過(guò)控制流入殼52中部材料流的比率便可控制通入換熱器50的管54中的水或蒸汽的吸熱量，而該比率可通過(guò)入口管64的擋板64a變化空氣流化速度而進(jìn)行控制。換熱管54的聯(lián)箱54a和54b可以以某種方法連接到流動(dòng)回路中以向熱回收區(qū)的水或蒸汽提供熱量，例如，過(guò)熱器36的出口可以連到換熱管54的入口聯(lián)箱54a上以滿足對(duì)過(guò)熱器的要求。
權(quán)利要求
1.一種流化床蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，包括爐體部分，一個(gè)在所述爐體部分內(nèi)形成的包括有燃料的顆粒材料流動(dòng)床；一個(gè)用于接收夾帶的顆粒材料和來(lái)自所述爐體部分內(nèi)的流化床上燃料燃燒形成的煙氣混合物并將所述夾帶的顆粒材料從所述煙氣中分離的分離部分；一個(gè)用于連接受所述分離過(guò)的煙氣的熱回收部分；一個(gè)用于將從所述分離部分分離出的顆粒材料返回到所述爐體部分流化床中的裝置；一個(gè)置于所述爐體部分殼體附近的外部換熱器；用于將來(lái)自所述爐體部分的顆粒材料通入所述外部換熱器連接所述爐體部分和所述外部換熱器的第一導(dǎo)管裝置；用于將來(lái)自所述外部換熱器中的所述材料流回所述爐體部分而連接所述外部換熱器和所述爐體部分的第二導(dǎo)管裝置；以及一個(gè)以換熱關(guān)系將水通入與爐體部分和所述外部換熱器中顆粒材料及熱回收部分經(jīng)分離的煙氣進(jìn)行換熱以使所述水進(jìn)一步吸熱并轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝难b置。
2.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中還包括有連接所述外部換熱器與所述熱回收部分的流體流動(dòng)回路裝置。
3.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中所述通水裝置包含多個(gè)在所述爐體部分形成至少一部分壁面的水管。
4.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)。其中所述外部換熱器組成有一個(gè)外殼，用于分配氣體穿過(guò)所述外殼內(nèi)的顆粒材料并將所述顆粒材料流化的裝置。
5.如權(quán)利要求4所述系統(tǒng)，其中通水裝置組成為多個(gè)在所述外殼內(nèi)布置的管子。
6.如權(quán)利要求1所述外部換熱器，它還包括用于把氣體引入用于使所述爐體部分的顆粒材料流入所述外部換熱器的所述第一導(dǎo)管裝置中的裝置。
7.一種產(chǎn)生蒸汽的方法，步驟為流化在爐體部分內(nèi)含有燃料的顆粒材料床，將來(lái)自所述流化床燃料燃燒的煙氣中央夾帶的所述顆粒材料從所述煙氣中分離出來(lái)，將所述經(jīng)過(guò)分離的煙氣通入熱回收部分，將所述分離出的顆粒材料通回到所述爐體部分的流化床中，把爐體部分與一個(gè)外部換熱器連接以將所述爐體部分來(lái)的顆粒材料通入所述外部換熱器，將外部換熱器與所述爐體部分連接以將來(lái)自所述外部換熱器的顆粒材料返回到所述爐體部分，將水以與所述爐體部分和所述外部熱交換器的顆粒材料并且以與熱回收區(qū)的分離過(guò)的煙氣成換熱關(guān)系通入，以向所述水供熱使之轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?br> 8.如權(quán)利要求7所述方法，還包含將所述外部換熱器與所述熱回收部分連接的步驟。
9.如權(quán)利要求7所述方法，其中所述通水步驟還包括將水通入所述爐體部分的至少一部分壁面中的步驟。
10.如權(quán)利要求7所述方法，還包括有將氣體分布穿過(guò)所述外部換熱器中顆粒材料的步驟。
11.如權(quán)利要求7所述方法，還包括將氣體引入從所述爐體部分到外部換熱器去的顆粒材料中以使其流動(dòng)的步驟。要分別以變換擋板68a和68b的位置來(lái)控制。
全文摘要
一種流化床蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)和方法，其中在爐體部分附近設(shè)有一個(gè)外部換熱器，來(lái)自爐體部分流化床的煙氣和所夾帶的顆粒材料混合物被分離，分離后的煙氣通入熱回收部分并且分離出的顆粒材料返回爐體部分的流化床中。爐體部分的流化床中顆粒材料循環(huán)通入外部換熱器以對(duì)水、蒸汽或蒸汽/水混合物在材料流回爐體部分之前進(jìn)一步進(jìn)行加熱，水被通入爐體部分、熱回收部分，外部換熱器以使水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?br> 文檔編號(hào)B01J8/38GK1050257SQ90106960
公開(kāi)日1991年3月27日 申請(qǐng)日期1990年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月28日
發(fā)明者艾格鮑爾·福贊利巴斯·阿博杜蘭利 申請(qǐng)人:福斯特·維勒能源公司