專利名稱：正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，更具體地說，涉有一種用于正壓流化床混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，其中煤、石油焦之類的燃料在一正壓流化床中燃燒，而燃燒燃料產(chǎn)生的排氣被送入一燃?xì)廨啓C(jī)。
努力減少各種來源產(chǎn)生的二氧化碳的排放，對(duì)減少空氣污染造成的環(huán)境破壞來說是很重要的，因?yàn)檫@正日益對(duì)地球造成嚴(yán)重危害。據(jù)推測(cè)，煤將被依賴作為一種主要能源，因?yàn)楦嗟匾蕾嚭四芎褪湍墚?dāng)前是不利的。為抑制二氧化碳的排放，并替換石油和核能，存在一種高效、緊湊發(fā)電系統(tǒng)的需求，這種系統(tǒng)能夠用煤的燃燒產(chǎn)生清潔能量。
為滿足這一需求，開發(fā)出了常壓流化床鍋爐(AFBC)，它能燃燒不同種類的煤發(fā)電，這是因?yàn)榉勖哄仩t由于受可獲得的煤種限制，不能提供穩(wěn)定的能源。
但是，常壓流化床鍋爐(AFBC)難于完成預(yù)期的功能。此外，由于這種鍋爐僅能與蒸汽輪同配套使用，在提高效率和出力方面受到一定局限。上述缺點(diǎn)導(dǎo)致研究和開發(fā)的方向轉(zhuǎn)向正壓流化床鍋爐(PFBC)，它使得與燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)成為可能。
此外，還對(duì)煤氣化混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)作過研究，其中煤被轉(zhuǎn)化成煤氣，并且去除灰塵潔凈后的氣體才送至燃?xì)廨啓C(jī)。該煤氣化混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)與一采用1300℃排氣的空氣冷卻燃?xì)廨啓C(jī)共同工作，發(fā)電端具有的目標(biāo)效率為47.1%。
另一方面，容量超過80MWe的這種正壓沸騰型流化床鍋爐已在國(guó)外作為示范或商業(yè)機(jī)運(yùn)行，并具有勿需設(shè)置脫硫設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。但是，煤氣化發(fā)電系統(tǒng)在效率方面要優(yōu)于正壓流化混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。因此，對(duì)一種兼有兩種系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)和較高效率的頂置循環(huán)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)作了研究。
該頂置循環(huán)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)由一煤氣發(fā)生爐和一氧化器構(gòu)成，煤在煤氣發(fā)生爐中分解成煤氣和炭，氧化器包括一流化床鍋爐，氣化器產(chǎn)生的炭在該鍋爐中燃燒。煤氣發(fā)生爐中產(chǎn)生的煤氣和氧化器中炭燃燒產(chǎn)生的煙氣混合后在燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口燃燒以產(chǎn)生高溫氣體。該高溫氣體又送至燃?xì)廨啓C(jī)，驅(qū)動(dòng)與之聯(lián)接的發(fā)電機(jī)。
通常，投入運(yùn)行的示范型或商業(yè)型容量超過80MWe的正壓流化床鍋爐是由正壓沸騰型流化床鍋爐構(gòu)成的。
但是正壓沸騰型流化床鍋爐有如下缺點(diǎn)(A)負(fù)荷控制方面的缺點(diǎn)這種正壓沸騰型流化發(fā)電系統(tǒng)是通過改變爐膛中流化床高度進(jìn)行控制，以滿足所負(fù)擔(dān)的某一負(fù)荷的。更具體地說，是將流化介質(zhì)從爐膛吸入貯罐以改變換熱管的換熱面積，從而控制蒸汽蒸發(fā)量來滿足負(fù)荷的。當(dāng)換熱管的換熱面積暴露于氣體中時(shí)，其傳熱系數(shù)降低，回收的熱量下降。由于從流化床放出的排氣被該暴露的換熱面冷卻，送至燃?xì)廨啓C(jī)的該排氣的溫度也降低，從而減少燃燒輪機(jī)的壓力。
但是，上述控制方法的缺點(diǎn)在于，該流化床料貯槽有必要從爐膛中吸入和送回高溫流化介質(zhì)，而在高溫高壓下吸入和送回流化介質(zhì)決非易事，并且當(dāng)高熱容量的流化介質(zhì)送入和送出該流化床物料貯槽時(shí)還會(huì)趨于結(jié)塊。
此外，由于正壓流化床鍋爐處于壓力狀態(tài)，流化床噴濺區(qū)的換熱管比在常壓流化床鍋爐(AFBC)中更易受腐蝕。另一個(gè)問題是，低負(fù)荷時(shí)隨著流化床高度的降低，從流化床中放出的排氣被換熱管冷卻并短時(shí)期地保存在流化床中，會(huì)產(chǎn)生大量的一氧化碳。
(B)大尺寸的壓力容器通常，正壓沸騰型流化床鍋爐的平視圖包括容納在一圓形壓力容器145中的數(shù)個(gè)方形爐膛146，如

圖14所示。因此，在爐膛146和壓力容器145之間形成一未利用的空間，導(dǎo)致壓力容器尺寸大，和鍋爐制造成本的增加。
另外，為解決上述問題A.B.B Carbon，A.B的吉姆·安德森(Jim Anderson)先生曾從原理和設(shè)計(jì)原則上提出過一種350 MWe PFBC型正壓沸騰型流化床鍋爐。該正壓沸騰型流化床鍋爐通過組合三個(gè)菱形爐膛147構(gòu)成，其外部如圖15所示，在平視圖上為六邊形。接近圓形的該爐膛147組件容納在一圓形壓力容器145中。各爐膛147和壓力容器145間的未利用空間得以減少，壓力容器的尺寸也得到減小。上述結(jié)構(gòu)的原因在于具有圓筒形爐膛的正壓沸騰型流化床鍋爐中換熱管的布置復(fù)雜化了。
此外，由于流化床物料貯槽和管道有必要從爐膛中吸入和放回高溫流化介質(zhì)，流化床物料貯槽外殼和壓力容器內(nèi)側(cè)管的管道使得壓力容器的尺寸變大。
(C)換熱管的腐蝕普通正壓沸騰型流化床鍋爐由于其換熱管布置在被流化介質(zhì)強(qiáng)烈流化的流化床中，換熱管更易受到腐蝕，因此要求對(duì)其進(jìn)行熱噴涂一類的表面處理。
(D)復(fù)雜的燃料供給系統(tǒng)普通正壓沸騰型流化床鍋爐中，煤一類的燃料未充分分散地平撒在流化床中，為避免燃燒不勻，須在鍋爐中安裝燃料供給管，導(dǎo)致燃料供給系統(tǒng)復(fù)雜化。此外難以均勻地向每一燃料供給管供給煤一類的燃料。不平衡的燃料供給會(huì)造成不均勻的燃燒，并產(chǎn)生結(jié)塊，造成停爐。
(E)石灰石磨損普通正壓流化床發(fā)電系統(tǒng)中，為脫硫需將石灰石與被流化介質(zhì)混合，但石灰石被迅速磨損，作為灰份從除塵器散布出去，未充分發(fā)揮其脫硫作用。因此普通正壓流化床發(fā)電系統(tǒng)難達(dá)到發(fā)電廠所要求的高脫硫率。為獲得高脫硫率，就不得不使用大量脫硫劑，從而產(chǎn)生大量灰塵。
另一方面，頂置循環(huán)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中，流化床鍋爐被用作氧化器，也有上述缺點(diǎn)。
此外，固定床煤氣發(fā)生爐的缺點(diǎn)在于，煤焦油滯留在固定床中;而夾帶流煤氣發(fā)生爐的缺點(diǎn)是由于高溫反應(yīng)出現(xiàn)灰塵堆積。與此相反，流化床煤氣發(fā)生爐則具有煤焦油不滯面和不產(chǎn)生灰塵堆積的優(yōu)點(diǎn)，并且由于脫硫溫度介于上述兩種煤氣發(fā)生爐型的脫硫溫度之間，脫硫可在流化床中進(jìn)行。但是沸騰型流化煤氣發(fā)生爐具有上述(A)-(D)項(xiàng)所述同樣的缺點(diǎn)。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是為混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)提供一種正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，它可被控制而滿足負(fù)荷要求，而勿需改變流化床的高度，能夠防止結(jié)塊，減少一氧化碳和氧化氮的排放，并提高石灰石的利用率和脫硫率。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，它包括一個(gè)壓力容器;一個(gè)設(shè)置在該壓力容器中的爐膛;一個(gè)主流化床燃燒室，它具有一空氣擴(kuò)散裝置，設(shè)置在該爐膛底部，適于向上噴射流的空氣，其質(zhì)量流量至少在一側(cè)要大于另一側(cè);一傾斜隔墻設(shè)置在該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較大的一部分上方，以與向上流動(dòng)的流化空氣發(fā)生干涉，從而使該空氣向該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較小的另一側(cè)上方的某一部分偏轉(zhuǎn);一熱能回收室，被該傾斜隔墻與該主燃燒室隔開;一換熱面裝置設(shè)置在該熱能回收室內(nèi)，為從中流過的吸收熱量的流體提供通道;一空氣擴(kuò)散器設(shè)置在該熱能回收室的下部;以及一自由空間，整體設(shè)置在該主燃燒室和熱能回收室上方;其中該熱能回收室的上部和下部與該主流化床燃燒室相通，一移動(dòng)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的噴射的質(zhì)量流量較小的部分上方，使得被流化介質(zhì)下落并分散在該移動(dòng)床中，并且一循環(huán)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的流化空氣質(zhì)量流量較大的那部分上方，使得被流化介質(zhì)強(qiáng)烈流化，并旋向該移動(dòng)流化床上方的某一位置，而且一部分被流化介質(zhì)越過該傾斜隔墻上部，被送入該熱能回收室，該移動(dòng)流化床和該循環(huán)流化床的形成，受從該空氣擴(kuò)散裝置向上噴出的空氣量的調(diào)節(jié)的影響，和從該熱能回收室中的空氣擴(kuò)散器噴出的流化空氣的調(diào)節(jié)引起該熱能回收室中被流化介質(zhì)按移動(dòng)流化床所處狀態(tài)下落，以循環(huán)至主燃燒室，以及從該主燃燒室和該熱能回收室排出的煙氣在該自由空間中混合。
按照一種優(yōu)選實(shí)施例，該鍋爐包括至少一個(gè)二次空氣供給噴嘴，以向該自由空間供給二次空氣，使從該主燃燒室和該熱能回收室排出的煙氣被混合，并且使煙氣中未燃燒的可燃物質(zhì)燃燒。此外，該鍋爐還包括設(shè)置在主燃燒室和熱能回收室間的罩裝置，以阻止大顆粒可燃物質(zhì)進(jìn)入該熱能回收室，并且在調(diào)節(jié)煙氣流時(shí)允許從該熱能回收室出來的煙氣從中流過。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，它包括一個(gè)壓力容器;一個(gè)設(shè)置在該壓力容器中的爐膛，它具有圓筒形外壁;一個(gè)主燃燒室，它具有一空氣擴(kuò)散裝置，設(shè)置在該爐膛底部并適于向上噴射流化空氣，其質(zhì)量流量至少在其外側(cè)要大于中心側(cè);一隔墻，它包括一圓筒隔墻和一形成在該圓筒隔墻上部的錐形隔墻，該錐形隔墻設(shè)置在該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較大的一部分上方，以與向上流動(dòng)的流化空氣發(fā)生干涉，從而使該空氣向該空氣擴(kuò)散裝置上方的質(zhì)量流量較小的那部分偏轉(zhuǎn);一個(gè)環(huán)形熱能回收室被該隔墻與該主燃燒室隔開;一換熱面裝置設(shè)置在該熱能回收室中，為從中流過的吸收熱量的液體提供通道;以及一空氣擴(kuò)散器設(shè)置在該熱能回收室的下部;其中該熱能回收室的上部和下部與該主流化床燃燒室相通，一移動(dòng)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的噴射質(zhì)量流量較小的那部分上方，使被流化的介質(zhì)下落并分散在該移動(dòng)流化床中，并且一循環(huán)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的流化空氣質(zhì)量流量較大的那部分上方，這樣被流化介質(zhì)被有效地流化，并旋向該移動(dòng)流化床上方的某一位置，并且一部分被流化的介質(zhì)越過該錐形隔墻上部，被送入該熱能回收室，該移動(dòng)流化床和該循環(huán)流化床的形成受該空氣擴(kuò)散裝置向上噴出的空氣量的調(diào)節(jié)的影響，和從該熱能回收室中該空氣擴(kuò)散器噴出的流化空氣的調(diào)節(jié)引起該熱能回收室中已流化的介質(zhì)以移動(dòng)流化床的形式下落以形成循環(huán)。
按照一種優(yōu)選實(shí)施例，該鍋爐包括一整體地設(shè)置在該主燃燒室和該熱能回收室上方的一個(gè)自由空間，其中從該主燃燒室和該熱能回收室排出的煙氣在該自由空間中混合。此外，該鍋爐還至少包括一個(gè)二次空氣供給噴嘴，以將二次空氣送入該自由空間，使從該主燃燒室和該熱能回收室流出的煙氣得到混合，并使煙氣中未燃燒的可燃物質(zhì)得到燃燒。
按照一種優(yōu)選實(shí)施例，該鍋爐包括設(shè)置在該主燃燒室和該熱能回收室間的罩裝置，以阻止大顆?？扇嘉镔|(zhì)進(jìn)入該熱能回收室，并且在調(diào)節(jié)煙氣流時(shí)允許從該熱能回收室出來的煙氣從中流過。此外，該鍋爐還包括一個(gè)設(shè)置在連通開口中的第二空氣擴(kuò)散器，以使被流化介質(zhì)能在該連通開口中有效地流化。
按照一種優(yōu)選實(shí)施例，該換熱表面裝置由多條換熱管構(gòu)成，它們按徑向圖形布置，并被分成多個(gè)區(qū)段，分別用作蒸發(fā)管區(qū)段，過熱管區(qū)段和蒸汽再熱管區(qū)段。此外，該鍋爐還包括一設(shè)置在一煙氣通道中的除塵器，被該除塵器截獲的飛灰通過形成在該壓力容器上的一個(gè)開口轉(zhuǎn)送至該熱能回收室。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種頂置循環(huán)混合發(fā)電系統(tǒng)，它包括一煤氣發(fā)生爐，用以生成煤氣和炭，一氧化器，用以燃燒該炭以產(chǎn)生煙氣，和一燃燒輪機(jī)，它用燃燒該生成的煤氣和該煙氣的混合物產(chǎn)生的高溫氣體驅(qū)動(dòng)，至少該煤氣發(fā)生爐和該氧化器中的一個(gè)包括一正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，該鍋爐包括一個(gè)壓力容器;一個(gè)設(shè)置在該壓力容器中的爐膛，它具有圓筒形外壁;一個(gè)主燃燒室，它具有一空氣擴(kuò)散裝置，設(shè)置在該爐膛底部并適于向上噴射流化空氣，其質(zhì)量流量至少在其外側(cè)要大于中心側(cè);一隔墻，它包括一圓筒隔墻和一形成在該圓筒墻上部的錐形隔墻，該錐形隔墻設(shè)置在該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較大的一部分上方，以與向上流動(dòng)的流化空氣發(fā)生干涉，從而使該空氣向該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較小的中心部分上方部分偏轉(zhuǎn);一環(huán)形熱能回收室被該隔墻與該主燃燒室隔開;一換熱面裝置設(shè)置在該熱能回收室中，為從中流過的吸收熱量的流體提供通道;以及一空氣擴(kuò)散器設(shè)置在該熱能回收室的下部;其中該熱能回收室的上部和下部與該主流化床燃燒室相通，一移動(dòng)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的噴射質(zhì)量流量較小的那部分上方，使被流化的介質(zhì)下落并分散在該移動(dòng)流化床中，并且一循環(huán)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的噴出的流化空氣質(zhì)量流量較大的那部分上方，這樣被流化的介質(zhì)被有效地流化，并旋向該移動(dòng)流化床上方的某一位置，并且一部分被流化介質(zhì)越過該傾斜隔墻上部，被送入熱能回收室，該移動(dòng)流化床和該循環(huán)流化床的形成受該空氣擴(kuò)散器裝置向上噴出空氣調(diào)節(jié)量的影響，和從該熱能回收室中該空氣擴(kuò)散器噴出的流化空氣調(diào)節(jié)引起熱能回收室中被流化介質(zhì)按該移動(dòng)流化床所處狀態(tài)下落以形成循環(huán)。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于頂置循環(huán)混合發(fā)電系統(tǒng)的整體型流化床鍋爐，它包括一圓筒外壁;一圓筒隔墻，設(shè)置成與該圓筒外壁同軸;一形成在該圓筒隔墻內(nèi)側(cè)的煤氣發(fā)生爐;一形成該圓筒外壁和該圓筒隔墻之間的氧化器;一設(shè)置在煤氣發(fā)生爐底部的空氣擴(kuò)散裝置，適于向上噴射流化空氣，其質(zhì)量流量至少在外側(cè)要大于中心側(cè);一形成在該圓筒隔墻上的錐形隔墻，設(shè)置在該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較大的那部分上方，以與向上流動(dòng)的流化空氣發(fā)生干涉，從而使該空氣向該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較小的中心部分上方部分偏轉(zhuǎn);一空氣擴(kuò)散器設(shè)置在該氧化器下部;以及一第一自由空間形成在該煤氣發(fā)生爐上方，和一第二自由空間形成在該氧化器上方，該第一和第二自由空間彼此被該圓筒隔墻隔開，使得該煤所發(fā)生爐發(fā)生的煤氣和從該氧化器排出的煙氣單獨(dú)向該外側(cè)排放;其中該氧化器的中部和下部與該煤氣發(fā)生爐相通，一移動(dòng)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的噴射的質(zhì)量流量較小的那部分上方，使得被流化的介質(zhì)下落并分散在該移動(dòng)流化床中，并且一循環(huán)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的流化空氣質(zhì)量流量較大的那部分上方，使得被流化的介質(zhì)有效地流化，并旋向該移動(dòng)流化床上方部分，一部分被流化介質(zhì)被送入該氧化器，超過該隔墻的中間部分，該移動(dòng)流化床和該循環(huán)流化床的形成，受從該空氣擴(kuò)散裝置向上噴出的空氣調(diào)整量的影響，和從該氧化器中的空氣擴(kuò)散器噴出的流化空氣調(diào)節(jié)引起該氧化器中已流化介質(zhì)按移動(dòng)床所處狀態(tài)下落以形成循環(huán)。
由于上述方案，本發(fā)明具有如下效果或優(yōu)點(diǎn)(1)由于該主燃燒室和該熱量回收室在爐膛中的功能是彼此分開的，這種鍋爐簡(jiǎn)單地通過調(diào)整送入熱能回收室的空氣量從而改變換熱管的總換熱系數(shù)進(jìn)行控制，滿足負(fù)荷要求的，而不是改變?nèi)紵抑辛骰哺叨冗M(jìn)行控制。因此沒有必要用復(fù)雜的過程和設(shè)備去將被流化的介質(zhì)送入和送出該燃燒室和該熱能回收室，并且被流化的介質(zhì)流入和該主燃燒室和該熱能回收室時(shí)，不會(huì)發(fā)生結(jié)塊。由于即使鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，流化床溫度也保持一定，鍋爐可在一種溫度狀況優(yōu)化的條件下運(yùn)行，以抑制NOx，SOx，和其它有害物質(zhì)的排放。由于換熱管沒設(shè)置在熱能回收室中，它們僅暴露在平緩流動(dòng)的被流化介質(zhì)中，換熱管受到的腐蝕小于設(shè)置在處于強(qiáng)烈流動(dòng)狀態(tài)下的流化床中的腐蝕。
由于在流化床中產(chǎn)生了渦流，被流化介質(zhì)不能停留在流化床中不動(dòng)，煤或石油焦之類的燃料被均勻分散和燃燒，不會(huì)產(chǎn)生任何結(jié)塊。這樣，燃?xì)廨啓C(jī)的效率也不會(huì)降低。由于流化床排氣未被換熱管冷卻，一氧化碳和氧化氮(NOx)的生成量也保持在低水平。
此外，一個(gè)寬闊的自由空間形成在熱能回收室和主燃燒室上方，以熱能回收室和主燃燒室排出的煙氣得以在該自由空間充分混合。因此煙氣可在該自由空間保持較長(zhǎng)的時(shí)間周期，可燃物質(zhì)可在該自由空間中得到充分燃燒。另外，由于向該自由空間供給二次空氣，從熱能回收室和主燃燒室排出的煙氣混合得更充分，卷進(jìn)煙氣中的未燃燒的可燃物質(zhì)在該自由空間中更充分地得到燃燒。
(2)一圓筒形爐膛容納在內(nèi)壓保持高于大氣壓的一個(gè)壓力容器中。該壓力容器可以是圓柱形或球形。該圓筒形爐膛的流化床內(nèi)側(cè)設(shè)有一圓筒形隔墻，其傾斜上部構(gòu)成一錐形隔墻，該隔墻將主燃燒室與熱能回收室隔開。錐形隔墻起與向上流動(dòng)的流化空氣發(fā)生干涉的作用，從而使該空氣向主燃燒室的中心部分偏轉(zhuǎn)。浸在熱能回收室中的換熱管在平視圖上是呈徑向圖形布置的。主燃燒室底面呈錐形，設(shè)有流化主燃燒室中床料的空氣的擴(kuò)散噴嘴。需從這些空氣擴(kuò)散噴嘴噴射的空氣體積，以這種的方式進(jìn)行控制，即具有主燃燒室直徑一半左右的一個(gè)同心圓范圍內(nèi)的流化空氣流速降低至大約1至2.5倍最低流化氣體流速(Umf)。繞該同心圓的環(huán)形區(qū)域的流化氣體流速達(dá)到大約4至12倍最低流化氣體流速(Umf)。
由于這一方案，主燃燒室流化床中的床料(被流化介質(zhì))，最初下落到主燃燒室的中心部分，然后緩慢朝所有方向沿錐形底面擴(kuò)散，到達(dá)周圍的環(huán)形區(qū)，去那里由于存在強(qiáng)烈的流動(dòng)作用，被流化介質(zhì)被迫上吹，并沿圓筒形隔墻內(nèi)表面運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，由于錐形隔墻形成在圓筒形隔墻上部，吹力被集中，當(dāng)?shù)竭_(dá)流化床表面時(shí)，達(dá)到最大。在流化床處，被流動(dòng)介質(zhì)受沿所有方向及部分向上的水平擴(kuò)散反應(yīng)力的作用被迫改變其走向。
由于這一作用，大量被流化介質(zhì)(床料)流入熱能回收室，越過隔墻頂部;同時(shí)留在流化床表面的剩余介質(zhì)下沉成為靠近該中心部的圓筒流，并卷吸周圍的被流化介質(zhì)。當(dāng)被流化的介質(zhì)到達(dá)靠近主燃燒室錐形底面中部區(qū)域時(shí)，發(fā)展成為沿水平方向朝周圍區(qū)域運(yùn)動(dòng)的回流。該回流引起已流化介質(zhì)以擴(kuò)散流動(dòng)的形式從中心部沿該錐形底面逐漸朝所有方向運(yùn)動(dòng)，從而均勻地分散了燃料和脫硫劑。因此，燃燒變得均勻，而不會(huì)發(fā)生結(jié)塊。燃料供給口的數(shù)量也可減少，從而極大地簡(jiǎn)化燃料供應(yīng)系統(tǒng)。由于留在流化床表面的剩余介質(zhì)下沉為靠近中心部的圓筒流并同時(shí)卷吸周圍已流化的介質(zhì)，燃料和脫硫劑可在流化床中保持一長(zhǎng)時(shí)間周期，以提高燃燒效率和脫硫效率。
大量被流化介質(zhì)流過隔墻進(jìn)入熱能回收室。一梳齒狀罩設(shè)置在該自由空間中主燃燒室和熱能回收室上方，并環(huán)繞該熱能回收室。該梳齒狀罩有效地阻大直徑煤塊一類的固體燃料進(jìn)入熱能回收室。相應(yīng)地，盡管該流化床是以不足兩倍最低流化氣體流速的速度緩慢流動(dòng)的，也能避免了熱能回收室中的流化床發(fā)生結(jié)塊。該罩起擋板作用，對(duì)熱能回收室中產(chǎn)生的煙氣的流動(dòng)有阻擋作用，從而允許該煙氣與主燃燒室中產(chǎn)生的煙氣充分混合和攪動(dòng)。正壓流化床鍋爐中，當(dāng)煙氣卷吸有大量未燃燒物質(zhì)時(shí)，燃燒效率將下降。未燃燒物質(zhì)會(huì)在下游的除塵器，例如旋風(fēng)除塵器中燃燒，產(chǎn)生結(jié)塊。而如果除塵器設(shè)有陶瓷過濾器，該未燃燒物質(zhì)將在該陶瓷過濾器表面燃燒，損壞該過濾器。這些問題將導(dǎo)致正壓流化床鍋爐的運(yùn)行故障。因此，希望在爐膛中完全燃燒可燃物質(zhì)。該罩起隔板作用，產(chǎn)生的混合和攪動(dòng)功能是極有效的，結(jié)合送給二次空氣，自由空間的高度，在自由空間中煙氣保持燃燒的時(shí)間周期等措施，可使可燃物質(zhì)在自由空間中完全燃燒。
(3)由于本發(fā)明的內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的主燃燒室中未設(shè)任何換熱面，燃料在主燃燒室中可能以還原氣氛進(jìn)行燃燒。因此，通過調(diào)整燃燒空氣的分配比率，主燃燒室以等于或低于燃燒所要求的化學(xué)計(jì)算空氣流量供給空氣，而熱能回收室以熱能回收控制所要求的流量供給空氣，完全燃燒所需的其余空氣則是以二次空氣的形式通過安裝在自由空間中的許多二次空氣噴嘴供給的，以一實(shí)現(xiàn)二級(jí)燃燒。結(jié)果，燃料在主燃燒室中是在還原氣氛中燃燒的，以有效地釋放出煤中的揮發(fā)物質(zhì)。硫氫化合物如CH4，CO或氣態(tài)N化學(xué)物種包括NHi，HCN等，減少了氣相反應(yīng)燃燒生成的氧化氮，N的化學(xué)物種轉(zhuǎn)化成氧化氮的選擇能力或概率也降低，從而有可能在主燃燒室中進(jìn)行低NOx燃燒。
(4)設(shè)置在隔墻下連通開口下面爐床中的空氣室和空氣擴(kuò)散器，有效地流化了整個(gè)連通開口中的被流化介質(zhì)，從而提高了通過熱能回收室循環(huán)至主燃燒室的流化介質(zhì)量。該空氣室可與用于熱能回收控制的一個(gè)空氣室相通，或獨(dú)立于這樣的空氣室而被控制。如果空氣室獨(dú)立于熱能回收控制用的空氣室進(jìn)行控制，就有可能控制流化介質(zhì)的循環(huán)量，而與熱能回收室中擴(kuò)散的空氣量無關(guān)。在這種情況下，該空氣室起調(diào)節(jié)閥的作用。結(jié)果圓筒形爐膛可能比矩形爐膛循環(huán)更大量的流化介質(zhì)，而圓筒形爐膛的熱能回收室的尺寸可以比矩形爐膛的熱能回收室大，使圓柱形爐膛顯露其優(yōu)點(diǎn)。
(5)浸去熱能回收室流化床中的換熱管成徑向排列，按功能被分成蒸發(fā)管組，蒸汽過熱管組和蒸汽再熱管組。從熱能回收室中爐床擴(kuò)散的空氣量從而可在每一管組中進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣所回收的熱量便可獨(dú)立地在每一管組中進(jìn)行控制。管組間留有維修空間，以檢查浸入的換熱管。由于維修空間并非必需，這樣鍋爐使可在省去維修空間的條件下做的更緊湊。
(6)在被設(shè)在排氣流通道下游端的顆粒分離器截獲的飛灰返回?zé)崮芑厥帐业膱?chǎng)合，熱能回收室中顆粒的平均直徑和重量也減小。盡管主燃燒室中顆粒的平均直徑為大約0.6mm，隨煙氣流走而被該顆粒分離器截獲的顆粒直徑要小得多，并且在含有炭的情況下其比重更小。當(dāng)熱能回收室中，流化氣體的速度很小，約為兩倍最小流化氣體速度。因此再循環(huán)顆粒被阻止重新進(jìn)入，這樣熱能回收室中顆粒的平均直徑和比重小于主燃燒室中顆粒的平均直徑和比重。
最小流化氣體速度(Umf)與被流化介質(zhì)顆粒直徑平方和其比重成正比例，這樣，熱能回收室中流化氣體速度明顯小于主燃燒室中流化氣體速度。相應(yīng)地，熱能回收控制所需的空氣流量也可以顯著小于假定飛灰不被再循環(huán)進(jìn)入熱能回收室時(shí)的空氣流量。結(jié)果，熱能回收室中流化氣體速度(UO)被降低。由于設(shè)置在熱能回收室中的上述浸入的換熱管的腐蝕率與流化氣體速度(UO)的三次方成正比較，當(dāng)流化氣體速度(UO)減小時(shí)，該浸入的換熱管的腐蝕率也極大地降低。熱能回收空氣流量的減小可在空氣流量出現(xiàn)任何變化時(shí)，減少其對(duì)燃燒的影響，從而高度有效地實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定燃燒。
(7)一除塵器設(shè)置在從圓筒形內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐排出的廢氣通道中。并且設(shè)置了一分選裝置，以收集飛灰和將飛灰分成具有大中小顆粒直徑的三組。僅將那些具有中等顆粒直徑的飛灰返回至主燃燒室和/或自由空間和/或燃料供給系統(tǒng)。由于僅有直徑范圍從10至60μm含有最高炭濃度的顆粒返回圓筒形爐膛，所以有可能降低NOx，減少排氣流動(dòng)通道的腐蝕和提高燃燒效率，而僅伴有最小量的灰循環(huán)。
(8)該頂端循環(huán)復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)中，圓筒內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐用作煤氣發(fā)生爐和/或氧化器。從煤氣發(fā)生爐排出的炭全部被產(chǎn)生的煤氣卷走，并冷卻至600℃或更低，然后被下游的除塵器收集。之后，含未燃燒炭的顆粒被送入氧化器進(jìn)行完全燃燒。氧化器中產(chǎn)生的廢氣被排出，并冷卻至600℃或更低。卷吸在該廢氣中的含Na，K等元素的顆粒被下游的除塵器收集和排出。經(jīng)過凈化的廢氣和從煤氣發(fā)生爐排出并經(jīng)過過濾以去作含Na，K等元件的顆粒的煤氣在一頂循環(huán)爐膛中混合和燃燒。該頂循環(huán)爐膛產(chǎn)生的高溫排氣被送入燃?xì)廨啓C(jī)。由于該排氣未卷吸含堿性金屬(例如Na，K等可能對(duì)渦輪葉片造成高溫腐蝕的金屬)的顆粒，該燃汽輪機(jī)可用普通材料制成和以常規(guī)方式設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的上述任務(wù)，特征和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖以舉例方式對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所作的說明中，將會(huì)更清楚。
圖1是按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的橫斷面圖;
圖2A是沿圖1中ⅡA-ⅡA線的橫斷面圖;
圖2B是相當(dāng)于圖2A的橫斷面圖，表示換熱管的一種改進(jìn)后的布置;
圖3是一種混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)中裝有按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐;
圖4是表示投入的加熱表面的總換熱系數(shù)與流化氣體速度之間的關(guān)系的曲線圖;
圖5是表示圖1中圓筒形爐膛的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的橫斷面圖;
圖6是一種混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)中裝有按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐;
圖7是一種混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)中裝有按照本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐;
圖8是一種改進(jìn)后的混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)中裝有按照本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐;
圖9是一種混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)中裝有按照本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐;
圖10是一種混合頂端循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)中裝有按照本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的作為一種氧化器的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐;
圖11是一種混合頂端循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)中裝有按照本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施例的作為一種氧化器的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐和一個(gè)煤氣發(fā)生爐;
圖12是一個(gè)橫斷面圖，它表示用于按照本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)施例的混合頂端循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的包括一個(gè)氧化器和一個(gè)煤氣發(fā)生爐的組合爐子;
圖13是一種混合頂端循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)中裝有按照本發(fā)明第八個(gè)實(shí)施例的如圖12中所示的包括氧化器和煤氣發(fā)生爐的組合爐子;
圖14是表示普通正壓沸騰式流化床鍋爐的平面圖;
圖15是表示另一種普通正壓沸騰式流化床鍋爐的平面圖。
下面參照附圖1至13說明按照本發(fā)明的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐。
(第一實(shí)施例)如圖1所示，混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括一個(gè)圓筒形儲(chǔ)罐式結(jié)構(gòu)的壓力容器1。該壓力容器1在頂部設(shè)有一個(gè)煙氣出口4，在底部設(shè)有流化空氣進(jìn)口3和熱能回收室控制氣體進(jìn)口5。該壓力容器1是這樣設(shè)計(jì)的，即，它能夠保持比大氣壓高的內(nèi)壓。該壓力容器也可以是一個(gè)球形體。
在壓力容器1內(nèi)，設(shè)有一圓筒形爐膛2，該爐膛是一個(gè)氣密容器，具有由水管組成的圓筒形膜式水冷壁11。在該圓筒形爐膛2內(nèi)形成一個(gè)主流化床的燃燒室9。在圓筒形爐膛2的頂端設(shè)有煙氣的出口2a，該出口與壓力容器1的煙氣出口4連通。圓筒形爐膛2由裝在壓力容器1端板上的圓筒形支承7牢固地保持在底部。在圓筒形爐膛2的流化床內(nèi)部設(shè)有隔墻8，此隔墻把熱能回收室10與主燃燒室9分開。隔墻8由從圓筒形膜式水冷壁11沿徑向向內(nèi)延伸的水管和砌在膜式水冷壁上的耐火材料構(gòu)成。隔墻8有一段圓筒形隔墻8a和一段圓錐形隔墻8b，圓錐形隔墻做在圓筒形隔墻8a的上部，具有沿徑向向內(nèi)傾斜的內(nèi)表面。圓錐形隔墻8b作為反射壁用來反射從空氣噴嘴向主燃燒室9的中心噴射的流化空氣，以便在主燃燒室9內(nèi)產(chǎn)生如圖1中的箭頭所示那樣的被流化介質(zhì)的渦流。在主燃燒室9和熱能回收室10的上方界定了一個(gè)自由空間31。在熱能回收室10上方的自由空間和主燃燒室9上方的自由空間之間沒有象隔墻之類的隔壁，因此界定了一個(gè)廣闊的整體自由空間，從而使得從這兩個(gè)腔室來的煙氣能夠自由地互相交流。
在熱能回收室10內(nèi)，如圖2A所示平面圖那樣，潛入的熱交換的管子15安裝成平面上呈輻射的形狀。這些管子15是從位于圓筒形爐膛2的圓筒形膜式水冷壁11上的上、下聯(lián)管箱13、14分岔出來的。一個(gè)供水進(jìn)口16設(shè)置在壓力容器1的下部。從供水進(jìn)口16引入的鍋爐用水流過圓筒形膜式水冷壁11和一條連接管16a進(jìn)入下聯(lián)管箱14，然后再分配到熱交換管15中去。在主燃燒室9內(nèi)產(chǎn)生的熱能由熱能回收室10內(nèi)的熱交換管15回收以產(chǎn)生蒸汽。在熱交換管15內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽被收集在上聯(lián)管箱13內(nèi)，然后從蒸汽出口17排到外面去。
在壓力容器1上設(shè)有一個(gè)均壓噴嘴18。均壓噴嘴18通過一根補(bǔ)償空氣供應(yīng)管19a與流化空氣供應(yīng)裝置19連接。流化空氣供應(yīng)裝置19與流化空氣進(jìn)口3連通。流化空氣供應(yīng)裝置19向壓力容器1和圓筒形爐膛2提供同樣的壓力，從而平衡了圓筒形爐膛2的內(nèi)部和外部壓力，除了由于流化床的壓力損失而造成的很小的壓力差之外。采用這樣的結(jié)構(gòu)，圓筒形爐膛2就不需要?dú)饷芙Y(jié)構(gòu)了。在這種情況下，在圓筒形爐膛2的自由空間31中，爐膛2受到一個(gè)外部壓力。當(dāng)在均壓噴嘴18的上游設(shè)置一個(gè)減壓閥，來平衡壓力容器1與圓筒形爐膛2之間的空間36中的壓力，和自由空間31中的壓力時(shí)，由于流化床的壓力損失，流化床的下部便受到內(nèi)部壓力的作用。在壓力容器1上設(shè)有一個(gè)燃料供應(yīng)進(jìn)口6。燃料供應(yīng)進(jìn)口6與燃料送出口22相連。主燃燒室9的底面20呈圓錐形，上面設(shè)有許多使被流化介質(zhì)在主燃燒室9內(nèi)流化的空氣擴(kuò)散噴嘴21。燃料送出口22在主燃燒室9的底面20的附近有一個(gè)開口端。從空氣擴(kuò)散噴嘴21噴出來的空氣量是這樣控制的，即在直徑大約為主燃燒室9的直徑的一半的同心圓范圍內(nèi)，流化氣體的速度減到最低流化氣體速度(Umf)的大約1到2.5倍。在環(huán)繞該同心圓的環(huán)形區(qū)域內(nèi)的流化氣體速度則達(dá)到大約為最低流化氣體速度(Umf)的4到12倍的高速度。
由于以上那樣的布置，在主燃燒室9的流化床里的被流化介質(zhì)就開始沉降到主燃燒室9的中心部分，然后沿著圓錐形底面向各個(gè)方向慢慢地?cái)U(kuò)散直到到達(dá)周圍的環(huán)形區(qū)域，由于在該區(qū)域內(nèi)存在著劇烈的流化作用，所以被流化介質(zhì)便被迫向上噴吹，沿著隔墻8的內(nèi)表面運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，因?yàn)樵趫A筒形隔墻8a的上部形成了圓錐形隔墻8b，所以噴吹的力量就集中起來，在到達(dá)流化床的表面時(shí)達(dá)到其最大值，于是被流化介質(zhì)就被反作用力強(qiáng)制地變換其流動(dòng)路線，向各個(gè)水平方向擴(kuò)散，也有一部分向上擴(kuò)散。
由于這種作用的結(jié)果，大量被流化介質(zhì)流入隔墻8外的熱能回收室10內(nèi)。熱能回收室10內(nèi)流化床的速度不大于最小流化氣體速度(Umf)的兩倍。由于流化床處于緩慢的流化狀態(tài)，就產(chǎn)生了結(jié)塊的傾向。因此，就要求象大直徑的煤顆粒那樣的固體燃料不要進(jìn)入熱能回收室10。在主燃燒室9和熱能回收室10上部的上方，圍繞著熱能回收室10，在自由空間31內(nèi)布置了一個(gè)梳齒狀罩12。梳齒狀罩12能有效地防止大直徑的固體燃料進(jìn)入熱能回收室10。因此，雖然流化床在熱能回收室10內(nèi)以低于最低流化速度兩倍的速度緩慢地流動(dòng)，也能避免在流化床中產(chǎn)生結(jié)塊。罩12用作阻擋在熱能回收室10中產(chǎn)生的煙氣的擋板，從而使該煙氣能和在主燃燒室9內(nèi)產(chǎn)生的煙氣充分地混合攪拌。在正壓流化床鍋爐中，當(dāng)煙氣夾帶進(jìn)大量未燃燒的燃料時(shí)，燃燒效率就要降低，未燃燒的燃料會(huì)在下游的除塵器(例如旋風(fēng)除塵器)中燃燒，造成結(jié)塊，而且，如果除塵器中有陶瓷過濾層，未燃燒的燃料就在這些陶瓷過濾層的表面上燃燒，使這些陶瓷過濾層損壞。這些故障是正壓流化床鍋爐不能工作的原因。因此，希望在爐膛里把可燃燒的燃料完全燃燒掉。罩12用作擋板時(shí)所起的混合和攪拌作用，結(jié)合加入二次空氣的方式，自由空間31的高度，以及煙氣停留在自由空間31中的時(shí)間，對(duì)于可燃燒的燃料在自由空間中的完全燃燒是非常有效的。
另一方面，主燃燒室9內(nèi)的被流化介質(zhì)開始在中心部分以圓筒形的流動(dòng)狀態(tài)沉降。一但沉降的介質(zhì)到達(dá)主燃燒室9的圓錐形底面20的中心部分時(shí)，介質(zhì)就再次向各個(gè)方向擴(kuò)散。按照這種方式，就產(chǎn)生了如圖1所示的內(nèi)部循環(huán)。由于這樣的內(nèi)部循環(huán)，從燃料送出口22供入的，例如煤水漿那樣的燃料就在主燃燒室9內(nèi)向所有的方向均勻地?cái)U(kuò)散。因此，即使是簡(jiǎn)單的燃料供應(yīng)裝置，也能避免不均勻的燃料分布，從而避免結(jié)塊。
熱能回收室10的底面23是錐形的，并且設(shè)有空氣擴(kuò)散噴嘴24，它使得熱能回收室10里的被流化介質(zhì)流化。借助于從與熱能回收室的控制空氣進(jìn)口5連接的空氣擴(kuò)散噴嘴24噴出空氣，進(jìn)入隔板8以外的熱能回收室10內(nèi)的被流化介質(zhì)開始通過熱能回收室10的流化床緩慢地沉降，并在回收室10內(nèi)通過換熱管15進(jìn)行熱交換過程。然后，介質(zhì)通過設(shè)置在圓筒形隔墻8a下方的一個(gè)連通口27回到主燃燒室9內(nèi)。這樣，在主燃燒室9內(nèi)產(chǎn)生的熱量就能通過設(shè)置在熱能回收室10里的換熱管15有效地回收。
此外，還可以在圓錐形隔墻8b的外表面上安裝幾個(gè)輔助空氣擴(kuò)散噴嘴26，和與這些噴嘴26連通的供氣管25。輔助空氣擴(kuò)散噴嘴26噴射空氣使介質(zhì)流化，并燃燒部分進(jìn)入熱能回收室10的可燃燒的燃料。但是，如果圓錐形隔墻8b的錐角很大，就沒有必要設(shè)置這些輔助空氣擴(kuò)散噴嘴26。
在主燃燒室9的底面20的下方有一個(gè)流化空氣室28。流化空氣室28被支承隔墻8的膜式水冷壁29所封閉，并且與流化空氣進(jìn)口3連通。熱能回收控制空氣室30在熱能回收室10底面23的下方。該熱能回收控制空氣室30通過熱能回收控制空氣進(jìn)口5與一個(gè)供氣裝置連接。
具有寬闊空間的自由空間31在主燃燒室9和熱能回收室10的上方。亦即，在主燃燒室9和熱能回收室10，以及自由空間31之間沒有狹窄部分。因此，從主燃燒室9和熱能回收室10排出的煙氣能在自由空間31內(nèi)互相充分混合，并在自由空間31內(nèi)停留一段長(zhǎng)時(shí)間，從而使夾雜在煙氣內(nèi)的可燃燒燃料能在自由空間31里充分燃燒。
再有，在自由空間31內(nèi)設(shè)有許多與二次空氣進(jìn)口34連通的二次空氣噴嘴33，以造成兩階段燃燒。由于在主燃燒室9內(nèi)沒有布置熱交換表面，因而就能在主燃燒室9的還原氣氛中使燃料燃燒。因此，借助于給燃燒空氣設(shè)定一個(gè)分配比例，使供應(yīng)主燃燒室9的空氣的流量等于或少于燃燒所需要的理想空氣流量，把為熱能回收控制所需要的空氣流量充入熱能回收室10，而將剩余的為完全燃燒所需要的空氣作為二次空氣，通過裝在自由空間31中的許多二次空氣噴嘴33供入以完成二階段燃燒。結(jié)果，在主燃燒室9中，燃料是在還原氣氛中燃燒的，有效地釋放了煤的易揮發(fā)物質(zhì)。碳?xì)浠衔?，諸如CH4、CO、或氣態(tài)的氮化合物(包括CHi、HCN等)，減少了由于在氣相反應(yīng)中燃燒而產(chǎn)生的氮的氧化物，并且氮化合物轉(zhuǎn)化成氮氧化物的選擇性或可能性也減小了。因此，就有可能在主燃燒室9內(nèi)實(shí)現(xiàn)低氮氧化物燃燒。
在自由空間31中設(shè)置了一塊擋板32，以防止造成煙氣通向煙氣出口4的短路，并且能使煙氣在自由空間31中充分混合。然而，如果煙氣已經(jīng)由二次空氣充分混合了，或者表層的氣體速度很低，并且自由空間具有足夠的高度，就沒有必要設(shè)置擋板32，因?yàn)楹苌儆卸搪返目赡堋?br> 圖2B表示圖2A中所示換熱管的一種改進(jìn)的布置方式。熱能回收室中浸入流化床的換熱管都沿著徑向布置，并且按照功能分成蒸發(fā)管組40，一號(hào)蒸汽過熱管組41，二號(hào)蒸汽過熱管組42，三號(hào)蒸汽過熱管組43，以及蒸汽再熱管組44。如果是直流式鍋爐，蒸汽依次流過蒸發(fā)管組40、一號(hào)蒸汽過熱管組41，二號(hào)蒸汽過熱管組42，三號(hào)蒸汽過熱管組43。產(chǎn)生的過熱蒸汽引入高壓汽輪機(jī)，然后再回到蒸汽再熱管組44。由蒸汽再熱管組44加熱的蒸汽則引入一個(gè)中壓汽輪機(jī)。
采用這種換熱管的布置方式，從熱能回收室10中的空氣分配噴嘴24噴出的空氣量能按照每個(gè)管組來調(diào)節(jié)，于是，回收熱能的量就能獨(dú)立地按照各個(gè)管組來控制。在管組之間設(shè)置了維修空間45，用于檢查浸入的換熱管。如果省去維修空間，鍋爐就能做得更緊湊。
圖3是說明用于根據(jù)負(fù)荷的變化控制空氣供應(yīng)裝置的設(shè)備布置的例子。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，在蒸汽出口17中，即在與汽輪機(jī)進(jìn)汽口連接的蒸汽管道中的蒸汽流量就改變，從而改變由蒸汽流量計(jì)F31所發(fā)出的蒸汽流量信號(hào)。計(jì)算裝置YO根據(jù)蒸汽流量計(jì)F31發(fā)來的蒸汽流量信號(hào)和蒸汽壓力控制器P31發(fā)來的壓力信號(hào)計(jì)算出一個(gè)輸出信號(hào)，并把計(jì)算出來的輸出信號(hào)送入燃料供應(yīng)裝置，以便供應(yīng)與負(fù)荷相適應(yīng)的燃料量。從計(jì)算裝置YO發(fā)出的輸出信號(hào)也送到空氣供應(yīng)裝置的計(jì)算裝置YO’。
計(jì)算裝置YO’除了接收從計(jì)算裝置YO發(fā)來的輸出信號(hào)之外，也接收從氧含量控制器A25和廢氣流道50中的熱量回收控制空氣的流量控制器F21發(fā)來的輸出信號(hào)。根據(jù)這些接收到的信號(hào)，計(jì)算裝置YO’計(jì)算出一個(gè)表示剩余空氣流量的輸出信號(hào)，上述剩余空氣流量等于完全燃燒所用的總空氣流量與熱量回收空氣流量之間的差，以便調(diào)整煙氣流量，使廢氣中的氧含量保持恒定。根據(jù)計(jì)算裝置YO’發(fā)來的輸出信號(hào)，計(jì)算裝置Y1、Y2實(shí)施預(yù)定的計(jì)算，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，送到流化空氣流量控制器F22和二次空氣流量控制器F24，以便以恒定的比例向爐膛2供應(yīng)流化空氣和二次空氣。
由于流化空氣和二次空氣以恒定的比例供應(yīng)，所以就有可能實(shí)現(xiàn)二階段燃燒模式，在這種模式中，供應(yīng)主燃燒室9的空氣量等于或少于燃燒所需要的理想空氣流量，而向熱能回收室10則供應(yīng)熱能回收控制所需的空氣流量，其余為完全燃燒所需要的空氣則作為二次空氣供入自由空間31。
由于主燃燒室9內(nèi)的燃燒是在還原氣氛中實(shí)現(xiàn)的，煤中的易揮發(fā)物質(zhì)被還原性燃燒有效地釋放出來了，并且碳?xì)浠衔?，諸如CH4、CO、或氣態(tài)的氮化合物(包括CHi、HCN等)，減少了由于在氣相反應(yīng)中燃燒而產(chǎn)生的氮的氧化物，并且氮化合物轉(zhuǎn)化成氮氧化物的選擇性或可能性也減小了。因此，就有可能在主燃燒室9內(nèi)實(shí)現(xiàn)低氮氧化合物的燃燒。
從蒸汽壓力控制器P31發(fā)出的輸出信號(hào)通過計(jì)算裝置Y31控制流化床溫度控制器T58。更具體的說，當(dāng)蒸汽壓力稍微降低時(shí)，從計(jì)算裝置Y31發(fā)出的輸出信號(hào)，稍微降低一些流化床溫度控制器T58的床溫設(shè)定值。流化床溫度控制器T58發(fā)出的控制信號(hào)通過計(jì)算裝置Y21來改變，并施加在熱能回收控制空氣流量控制器F21上，然后控制器F21就增大熱能回收控制空氣的流量。
如圖4所示，浸入熱能回收室10內(nèi)的換熱管的總傳熱系數(shù)基本上與熱能回收室10內(nèi)流化床中的流化空氣速度成正比。因此，當(dāng)熱能回收空氣的流量，也就是流化氣體的速度增加時(shí)，回收的熱量就增加，從而恢復(fù)了蒸汽壓力。當(dāng)蒸汽壓力增大超過預(yù)定值時(shí)，該裝置便以相反的方式工作，減少熱能回收空氣的流量，從而降低蒸汽壓力。
按照這種方式，以主要控制模式調(diào)節(jié)燃料供應(yīng)量，而以輔助控制模式調(diào)節(jié)熱能回收空氣流量，于是任何因負(fù)載變化而造成的對(duì)快速和穩(wěn)定的燃燒控制的有害影響就被減少到最小。
燃?xì)廨啓C(jī)38的氣體出口和壓縮機(jī)39的空氣進(jìn)口可以通過閥49互相連接起來，閥49可用來調(diào)節(jié)混合在供給壓縮機(jī)39的空氣里的廢氣量，以便減少氮氧化物和穩(wěn)定因低負(fù)荷下流化氣體的速度增加時(shí)產(chǎn)生的流化過程。
圖5表示圖1中所示圓筒形爐膛2的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖5中，爐膛2呈圖1所示的圓筒形，熱能回收室10呈環(huán)形延伸到隔墻8的外面，因此能具有比矩形爐膛更大的尺寸，所以里邊能容納更多的換熱管。為了顯示熱能回收室10的優(yōu)點(diǎn)，就必須比矩形爐膛使更大量的流化介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)。
以前，因?yàn)樵诟魤?下方的連通口27中沒有空氣擴(kuò)散噴嘴，流化床是由熱能回收室10里的空氣擴(kuò)散噴嘴24和主燃燒室9里的空氣擴(kuò)散噴嘴21所噴射的流化空氣以輔助方式進(jìn)行流化的。因此，以前有一個(gè)不起流化作用的區(qū)域27a。按照本發(fā)明，這個(gè)問題可由空氣室30’和一個(gè)布置在爐床中，在隔墻8下方連通口27之下的空氣擴(kuò)散噴嘴24’來解決?？諝馐?0’和空氣擴(kuò)散噴嘴24’有效地使得在整個(gè)連通口27中的流化床流化，從而增加通過熱能回收室10進(jìn)入主燃燒室9進(jìn)行循環(huán)的被流化介質(zhì)的量。
空氣室30’可以為了控制熱能回收而與空氣室30連通，也可以由空氣室30獨(dú)立控制。如果空氣室30’由空氣室30獨(dú)立控制，就有可能由熱能回收室10中的擴(kuò)散空氣的量獨(dú)立地控制被流化介質(zhì)的循環(huán)量。這時(shí)，空氣室30起調(diào)節(jié)閥的作用。
(第二實(shí)施例)圖6表示一臺(tái)混合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的系統(tǒng)圖，其中裝有一臺(tái)按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐。
如圖6所示，從壓力容器1排出的廢氣通過廢氣流道50引入一臺(tái)旋風(fēng)除塵器51。飛灰因重力而下降，被收集在旋風(fēng)除塵器51中，并儲(chǔ)存在一個(gè)密封機(jī)械52中，然后由煤灰再循環(huán)空氣53攜帶著從密封機(jī)械52通過再循環(huán)煤灰進(jìn)口管54回到熱能回收室10，管54是通過壓力容器1的側(cè)壁和圓筒形爐膛2延伸出來的。
由于飛灰是再循環(huán)進(jìn)入熱能回收室10內(nèi)的，所以熱能回收室10內(nèi)煤灰顆粒的平均直徑和比重就減小了。如果主燃燒室9內(nèi)的煤灰顆粒的平均直徑大約是0.6mm，則夾帶在廢氣中，被旋風(fēng)除塵器捕獲并再循環(huán)進(jìn)入熱能回收室10的煤灰顆粒的直徑就要小得多。由于這些煤灰顆粒含有炭，所以比重也小。
因?yàn)闊崮芑厥帐?0內(nèi)的流化氣體的速度低，大約是最小流化氣體速度的兩倍，所以不會(huì)把再循環(huán)的煤灰顆粒夾帶進(jìn)去，因而熱能回收室10內(nèi)的煤灰顆粒的平均直徑比主燃燒室9內(nèi)的小。
最小流化氣體速度(Umf)與被流化介質(zhì)顆粒的直徑的平方成正比，也和它的比重成正比，所以在熱能回收室10內(nèi)最小流化氣體速度要比主燃燒室9內(nèi)的小得多。因此，用于熱能回收控制的空氣流量就可以比飛灰不再循環(huán)進(jìn)入熱能回收室10時(shí)的小得多。結(jié)果，在熱能回收室10內(nèi)的流化氣體速度(UO)就降低了。
由于配置在熱能回收室10內(nèi)的埋沒的換熱管的腐蝕速度與流化氣體的速度(UO)的立方成正比，所以當(dāng)流化氣體的速度(UO)降低時(shí)，潛入的換熱管的腐蝕速度大大地降低了。
如圖3所示，用于控制熱能回收的空氣流量，即熱能回收空氣流量，在它控制主燃燒室9內(nèi)的流化床的溫度時(shí)，總是在波動(dòng)的。熱能回收空氣流量的減少能使空氣流量發(fā)生的任何變化對(duì)燃燒的影響減少到最小，并且對(duì)于達(dá)到穩(wěn)定的燃燒有很大的作用。
如圖6所示，廢氣通過旋風(fēng)除塵器51被引入具有陶瓷過濾器或高溫袋式過濾器的除塵器55。由除塵器55收集的飛灰用煤灰冷卻器56冷卻后通過帶閘門的料斗57而排入大氣。經(jīng)過過濾變得清潔的高溫廢氣從除塵器55引入燃?xì)廨啓C(jī)58。
作為燃料儲(chǔ)存在煤艙59中的煤用粉碎機(jī)60粉碎后送入攪拌罐61，在攪拌罐里煤與從脫硫劑儲(chǔ)罐62加入的脫硫劑和從水罐加入的水混合，并把這種混合物攪拌成漿狀燃料。然后這種漿狀燃料用泥漿泵65送到圓筒形爐膛2，煤在爐膛內(nèi)從燃料進(jìn)口22供入主燃燒室9內(nèi)的流化床里。
再者，還有可能把飛灰用一根再循環(huán)煤灰進(jìn)口管54a送回自由空間31。借助于這種再循環(huán)，顆粒的濃度增加了，煙氣的攪拌效果提高了，并且未燃燒的炭和未起反應(yīng)的脫硫劑的接觸機(jī)會(huì)增多了，結(jié)果就提高了燃燒效率，改進(jìn)了脫硫性能，并減少了氮氧化合物NOx。
借助于把再循環(huán)煤灰進(jìn)口管54a延伸到傳輸?shù)闹行牟糠指浇梢允癸w灰供入移動(dòng)的流化床的表面，或者它的內(nèi)部。借助于使被流化介質(zhì)中拌有飛灰，就能使煤灰長(zhǎng)期停留在流化床內(nèi)部，從而改善未燃燒燃料的燃燒和脫硫作用，并減少氮氧化合物NOx。
圖6到8所示的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐是強(qiáng)制循環(huán)型的，而圖1所示的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐則是直流式的。在強(qiáng)制循環(huán)的鍋爐中，有一個(gè)由鍋爐用水裝置70供水的汽包71，而從汽包71中的水則用一個(gè)強(qiáng)制循環(huán)泵72使它通過一根強(qiáng)制循環(huán)管73進(jìn)入熱能回收室10的水冷壁和蒸發(fā)管。
在汽包71中產(chǎn)生的蒸汽74通過一根連接管(圖中未示出)送到熱能回收室10的過熱管內(nèi)，在其中產(chǎn)生過熱蒸汽74’。然后，所產(chǎn)生的過熱蒸汽74’供入高壓汽輪機(jī)內(nèi)。
(第三實(shí)施例)圖7表示按照本發(fā)明的第三實(shí)施例的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，該鍋爐包含一處理廢氣用的裝置。
如圖7所示，由旋風(fēng)除塵器51收集在廢氣流道50中的飛灰由煤灰冷卻器77冷卻。用于煤灰冷卻器77中的冷卻劑可以是供給鍋爐的水，或者是流化空氣，以便有效地回收煤灰中的熱能。
經(jīng)冷卻的煤灰通過閘門料斗78引入分級(jí)罐79，在其中與通過煤灰冷卻器56和閘門料斗57從集混塵器55供入的飛灰混合，然后對(duì)這種混合物進(jìn)行分級(jí)。在所描述的實(shí)施例中，分級(jí)空氣80是通過一根為流化床分級(jí)用的空氣擴(kuò)散管81供入分級(jí)罐79的。然而，本實(shí)施例并不限于必須使用這種分級(jí)形式。
在分級(jí)罐79中經(jīng)過分選并具有60微米或更小的未反應(yīng)的脫硫劑顆粒和未燃燒的碳顆粒被空氣帶入旋風(fēng)除塵器83。這些顆粒由旋風(fēng)除塵器83進(jìn)一步分級(jí)。由旋風(fēng)除塵器83分級(jí)后的顆粒具有大約10微米或更小的直徑，它們被引入除塵器84，由除塵器84把它們和空氣分開，然后排出除塵器84。從旋風(fēng)除塵器83排出的，具有10到60微米的直徑的飛灰，通過密封閥85、閘門料斗86、和轉(zhuǎn)閥87，由再循環(huán)煤灰輸送氣88送入圓筒形爐膛2。如果飛灰是由再循環(huán)煤灰進(jìn)口管54帶回?zé)崮芑厥帐?0中，就能獲得圖6的實(shí)施例中所述的一些優(yōu)點(diǎn)。借助于通過再循環(huán)煤灰進(jìn)口管54a使飛灰再循環(huán)到自由空間31中，顆粒的濃度增加了，煙氣的攪拌效果提高了，并且未燃燒的碳和未反應(yīng)的脫硫劑的接觸機(jī)會(huì)也增加了，結(jié)果就提高了燃燒效率和脫硫效果，并減少了氮氧化合物。
借助于使再循環(huán)煤灰進(jìn)口管54伸入傳輸中央部分的附近，就能把飛灰供到移動(dòng)流化床的表面，或者移動(dòng)流化床的內(nèi)部。借助于使被流化介質(zhì)中拌有飛灰，就能使煤灰長(zhǎng)期停留在被流化的床內(nèi)部，從而改善未燃燒燃料的燃燒和脫硫作用，并減少氮氧化合物。
這樣，煤灰顆粒按直徑分成了三組。由于只有直徑在10到60微米范圍內(nèi)的炭濃度高的那些顆?；氐綀A筒形爐膛2中，所以就能減少NOx和SOx的發(fā)散，減少?gòu)U氣流道的腐蝕速度，并能以最小的煤灰循環(huán)量來提高燃燒效率。
當(dāng)塵粒是由旋風(fēng)除塵器51和除塵器55分兩步來收集時(shí)，可以省去旋風(fēng)除塵器51、煤灰冷卻器77、和閘門料斗78，而只用除塵器55來收集塵粒。經(jīng)過這樣的改進(jìn)，塵粒就能在壓力下分級(jí)而不必經(jīng)過煤灰冷卻器56和閘門料斗57。除塵器55通常具有陶瓷過濾層。
圖8表示處理已分級(jí)飛灰的另一種布置方式。
如圖8所示，經(jīng)過分級(jí)罐79分選具有60微米或更小直徑的、未反應(yīng)的脫硫劑的顆粒和未燃燒的碳顆粒，由空氣帶到旋風(fēng)除塵器83。由旋風(fēng)除塵器83分離出來的經(jīng)過分級(jí)的顆粒具有大約10微米或更小的直徑，被引入一個(gè)除塵器84，由除塵器84把它和空氣分開，然后排出除塵器84。
從旋風(fēng)除塵器83排出來的、具有10到60微米范圍內(nèi)的直徑的飛灰，通過密封閥85、閘門料斗86和轉(zhuǎn)閥87供入料斗89。然后，從料斗89排出的煤灰由混合器90與煤和脫硫劑混合成顆粒狀的燃料。然后，把這樣制成的燃料用從空氣罐92來的燃料輸送空氣送入圓筒形爐膛2。
直徑在10到60微米范圍內(nèi)，從回轉(zhuǎn)閥87排出的飛灰可以利用二次空氣34用氣流輸送方式送入自由空間31。
(第四實(shí)施例)圖9表示按照本發(fā)明第四實(shí)施例的一臺(tái)正壓流化床鍋爐的全部設(shè)備。
如圖9所示，正壓流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)是一種直流式的正壓流化床鍋爐。正壓流化床鍋爐工作時(shí)，由一臺(tái)泥漿泵65把漿狀燃料送到爐膛2，然后再送到主燃燒室9中的流化床內(nèi)進(jìn)行燃燒。燃料燃燒后所產(chǎn)生的廢氣流過廢氣流道50，然后由除塵器55過濾，從廢氣中除去灰塵。然后，此廢氣驅(qū)動(dòng)一臺(tái)高壓燃?xì)廨啓C(jī)100和一臺(tái)低壓燃?xì)廨啓C(jī)101，此后，該廢氣又在廢氣冷卻器102內(nèi)加熱要供入鍋爐內(nèi)的水。然后，此廢氣從煙囪103排入大氣中。
流化床的燃燒空氣由低壓和高壓壓縮機(jī)104、106加壓，壓縮機(jī)則由相應(yīng)的燃?xì)廨啓C(jī)101、102驅(qū)動(dòng)。一部分空氣分流出來用作熱能回收用的空氣，被引入熱能回收控制用的空氣室30。剩余的空氣引入空氣室28，使燃料燃燒，同時(shí)使被流化介質(zhì)在主燃燒室9內(nèi)產(chǎn)生渦流。
在一臺(tái)蒸汽發(fā)生裝置中，由鍋爐用水供給泵107把水供入廢氣冷卻器102，使它在里邊加熱。加熱后的水送入鍋爐，水在鍋爐里流過組成圓筒形壁的水管，然后水又流過蒸發(fā)管108和蒸汽過熱管109，在這個(gè)過程中，水變成了過熱蒸汽。
所產(chǎn)生的過熱蒸汽驅(qū)動(dòng)高壓汽輪機(jī)110，然后又流回爐膛2，由浸入的換熱管111再加熱。此后，蒸汽又驅(qū)動(dòng)中壓汽輪機(jī)112和低壓汽輪機(jī)113，使發(fā)電機(jī)114發(fā)電。然后，蒸汽由冷凝器115冷凝成水，重新供入鍋爐。
(第五實(shí)施例)圖10表示按照本發(fā)明第五實(shí)施例的一種內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，該鍋爐作為氧化器裝在混合頂端循環(huán)發(fā)電設(shè)備中。
雖然圖中沒有表示，但在圖10所示的混合頂端循環(huán)發(fā)電設(shè)備中，本發(fā)明的正壓圓筒形流化床鍋爐也可以用作煤氣發(fā)生爐。用作煤氣發(fā)生爐的情況將在下面敘述。正如上面參照?qǐng)D1和3所詳細(xì)描述的，在按照本發(fā)明的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的主燃燒室9內(nèi)沒有設(shè)置換熱表面。因此，為了減少NOx而實(shí)行了兩階段燃燒，其結(jié)果是，燃料在主燃燒室9內(nèi)是在空氣比大約是0.8的還原氣氛中燃燒的。由于在主燃燒室9內(nèi)存在著各種不同的流化氣體速度，主燃燒室9內(nèi)的移動(dòng)流化床中基本的空氣比大約是0.5，接近于煤氣發(fā)生爐中的值。因此，很容易把鍋爐轉(zhuǎn)變成頂端循環(huán)煤氣發(fā)生爐。如果從所需要的熱平衡來看，不需要在流化床中回收熱能，就可以停止供應(yīng)為熱能回收用的空氣，或者拆除浸入的換熱管。
下面描述圖10中所示的內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐。
把煤倉(cāng)121中的煤和脫硫劑罐122中的脫硫劑供入煤氣發(fā)生爐120，使它們?cè)谄渲斜豢諝?24分解成煤氣、炭和CaS。
炭和CaS從煤氣發(fā)生爐120和與煤氣通道連接的除塵器123排出，通過通道125進(jìn)入呈內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐形式的氧化爐126，供入圓筒形爐膛2的爐床的附近。炭和CaS也可以送到流化床上，而不是送到爐床附近。
氧化爐126可以由煤倉(cāng)121供應(yīng)煤，由脫硫劑罐122供應(yīng)脫硫劑，這兩種原料通過燃料進(jìn)口22送入主燃燒室9內(nèi)，和炭一起燃燒。
氧化爐126中產(chǎn)生的廢氣由除塵器127過濾后，引入與氣輪機(jī)128連接的爐膛129。廢氣在爐膛129中與從煤氣發(fā)生爐120排出來并由除塵器123、130過濾過的煤氣混合。這種混合物燃燒后產(chǎn)生高溫氣體，高效率地驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)128。
燃?xì)廨啓C(jī)128又驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)131和發(fā)電機(jī)132。從燃?xì)廨啓C(jī)128排出的廢氣由熱能回收裝置133冷卻后排入大氣。
在鍋爐中產(chǎn)生的過熱蒸汽74’驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)134和與其聯(lián)接的發(fā)電機(jī)135，然后由冷凝器136冷凝成水。然后這些水由鍋爐用水供應(yīng)泵137再供入鍋爐。氧化器126中正壓圓筒形流化床鍋爐的工作過程和按照本發(fā)明的第一到第四實(shí)施例中的鍋爐相同。
(第六實(shí)施例)圖11表示按照本發(fā)明的第六實(shí)施例的正壓圓筒形流化床鍋爐，它裝在混合頂端循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中作為煤氣發(fā)生爐120和氧化器126。
在圖11中，煤氣發(fā)生爐120由煤倉(cāng)121供應(yīng)煤，由脫硫劑罐122供應(yīng)脫硫劑。還向煤氣發(fā)生爐120供應(yīng)空氣，使煤進(jìn)行不完全燃燒，變成煤氣。也可以從氧氣罐150供入氧氣，或從蒸汽罐151供入蒸汽作為氧化劑來代替空氣。
在煤氣發(fā)生爐120中產(chǎn)生的未燃燒炭等全部被所產(chǎn)生的煤氣帶走，并由連接在煤氣發(fā)生爐120下游的煤氣冷卻裝置140冷卻到600℃或更低，以便把Na、K等堿金屬粒子凝結(jié)起來，或者把這些堿金屬固定在顆粒的表面上，因?yàn)閴A金屬是造成汽輪機(jī)葉片高溫腐蝕的原因。然后用除塵器141收集這些顆粒后引入氧化器126，在那里完全燃燒掉。在氧化器126中產(chǎn)生的廢氣從其中排出后，用連接在煤氣發(fā)生爐126下游的氣體冷卻裝置142冷卻到600℃以下。Na、K等堿金屬粒子在廢氣被氣體冷卻裝置142冷卻時(shí)凝結(jié)起來了，由顆粒除塵器143把它們收集起來后排出。通常，除塵器141、143具有陶瓷過濾層。
清除了Na、K等已經(jīng)凈化了的廢氣和從煤氣發(fā)生爐120排出后經(jīng)過過濾和清洗的煤氣，由爐膛2將其混合并燃燒掉。由于這些氣體已經(jīng)經(jīng)過冷卻，所以它們?cè)跔t膛129中燃燒時(shí)的燃燒溫度稍有降低。為了防止燃燒溫度低于預(yù)期值，氧化器126工作時(shí)過剩空氣要盡量的少，以便減少內(nèi)部產(chǎn)生的廢氣。爐膛129內(nèi)所需要的氧氣由氧氣罐150供入爐膛129。
由爐膛129所產(chǎn)生的高溫廢氣高效率地驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)128。然后，燃?xì)廨啓C(jī)128驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)131和發(fā)電機(jī)132。從氣輪機(jī)128排出的廢氣用熱能回收裝置133冷卻，然后排入大氣。如果氣輪機(jī)128的葉片是用耐蝕性能良好的材料制造的，那么，可以省去氣體冷卻裝置140、142。
(第七實(shí)施例)圖12表示一個(gè)組合的爐子201，它把一個(gè)煤氣發(fā)生爐和一個(gè)氧化器組合成一個(gè)整體，并在混合頂端循環(huán)發(fā)電設(shè)備中用作正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐。
如圖12所示，用于混合頂端循環(huán)發(fā)電設(shè)備中的圓筒形流化床鍋爐201有一個(gè)圓筒形外壁202和布置成與圓筒形外壁202同心的隔墻203。隔墻203由圓筒形隔墻203a、圓錐形隔墻203b、圓錐形隔墻203b’和圓筒形隔墻203a’組成。在圓錐形隔墻203b與203b’之間形成一連通開口204，而在圓筒形隔墻203a的下方有一連通開口205。圓筒形隔墻203a’的上端與圓筒形外墻202的頂部連接，并在其中形成一煤氣出口206。
隔墻203把用作煤氣發(fā)生爐207的內(nèi)部空間與用作氧化器208的環(huán)形外部空間分開。煤氣發(fā)生爐207的底面209是圓錐形的，氧化器208的底面212也是圓錐形的。也就是說，整個(gè)爐子的底面在橫斷面上呈W形。
再有，在煤氣發(fā)生爐207和氧化器208的底面209和212下面，設(shè)置了一個(gè)一個(gè)分開的空氣供應(yīng)室214-217。
從空氣擴(kuò)散噴嘴210噴出的空氣量是用這樣的方式來控制的，即，在直徑為煤氣發(fā)生爐207的一半的同心圓范圍內(nèi)，流化氣體的速度降低到大約為最小流化氣體速度(Umf)的1到2.5倍。在圍繞著該同心圓的環(huán)形區(qū)域內(nèi)的流化氣體速度則達(dá)到大約為最小流化氣體速度的4到12倍的高速度。
由于以上那樣的布置，在煤氣發(fā)生爐207的流化床里的被流化介質(zhì)就開始沉降到中心部分，然后沿著煤氣發(fā)生爐207的圓錐形底面向各個(gè)方向慢慢地?cái)U(kuò)散，直到到達(dá)周圍的環(huán)形區(qū)域，由于在該區(qū)域內(nèi)存在著劇烈的流化作用，所以被流化介質(zhì)便被迫向上噴吹，沿著隔墻203的內(nèi)表面運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，因?yàn)樵趫A筒形隔墻203a的上部形成了圓錐形隔墻203b，所以噴吹的力量就集中起來，在到達(dá)流化床的表面時(shí)達(dá)到其最大值，于是被流化介質(zhì)就被反作用力強(qiáng)制地變換其流動(dòng)路線，向各個(gè)水平方向擴(kuò)散，也有一部分向上擴(kuò)散。由于這種作用，結(jié)果大量被流化介質(zhì)通過連通口204流入氧化器208。
另一方面，煤氣發(fā)生爐207內(nèi)的被流化介質(zhì)開始在中心部分以圓筒形的流動(dòng)狀態(tài)沉降。一當(dāng)沉降的介質(zhì)到達(dá)煤氣發(fā)生爐207的圓錐形底面209的中心部分時(shí)，介質(zhì)就再次向各個(gè)方向擴(kuò)散。按照這種方式，就產(chǎn)生了如圖12所示的內(nèi)部循環(huán)。由于這樣的內(nèi)部循環(huán)，從燃料送進(jìn)口211供入的，例如煤水漿那樣的燃料就在煤氣發(fā)生爐207內(nèi)向所有的方向均勻地?cái)U(kuò)散。因此，即使是簡(jiǎn)單的燃料供應(yīng)裝置，也能避免不均勻的燃料分布，從而避免結(jié)塊。
煤氣發(fā)生爐208的底面212是錐形的，并且設(shè)有空氣擴(kuò)散噴嘴213，它使得煤氣發(fā)生爐208里的被流化介質(zhì)流化。借助于從空氣擴(kuò)散噴嘴213噴出空氣，通過連通口204進(jìn)入氧化器208的被流化介質(zhì)開始通過氧化器208的流化床緩慢地沉降。然后，介質(zhì)通過設(shè)置在圓筒形隔墻203a下方的一個(gè)連通口205回到煤氣發(fā)生爐207內(nèi)。此外，還可以在圓錐形隔墻203b的外表面上安裝幾個(gè)輔助空氣擴(kuò)散噴嘴，和與這些噴嘴連通的供氣管。但是，如果圓錐形隔墻203b的錐角很大，就沒有必要設(shè)置這些輔助空氣擴(kuò)散噴嘴。
借助于調(diào)節(jié)設(shè)置在氧化器208的底面212上的空氣擴(kuò)散噴嘴213噴出的空氣量，使得在沿圓筒形外壁202環(huán)形部分區(qū)域內(nèi)的流化氣體速度大于沿隔墻203環(huán)形部分范圍內(nèi)的流化氣體速度，被流化氣體就開始沿著隔墻203沉降，并被迫向上噴射，沿著圓筒形外墻202運(yùn)動(dòng)，從而形成渦流。由于這種渦流，未燃燒的碳因?yàn)橥Ａ舻臅r(shí)間長(zhǎng)而完全燃燒了。
為了形成渦流，在煤氣發(fā)生爐207底面209的中央部分下方設(shè)置了為形成移動(dòng)流化床的空氣室214，以供應(yīng)少量的空氣，并且在煤氣發(fā)生爐207底面209外面部分的下方設(shè)置了為形成流化床用的空氣室215?？諝馐?14和215各與空氣進(jìn)口相通。
還有，在隔墻203的側(cè)面設(shè)有空氣室216，而在圓筒形外墻的側(cè)面設(shè)有空氣室217?？諝馐?16和217用于控制流化空氣的流量。圓筒形外墻202有煙氣出口218與氧化器208連通。
用以上的布置方式，煤和脫硫劑供入煤氣發(fā)生爐207，并在流化床內(nèi)循環(huán)，產(chǎn)生煤氣和炭。煤氣從煤氣出口206排出，而包含炭在內(nèi)的流化床上的燃料則通過連通口204排入氧化器208。炭在氧化器208中循環(huán)的同時(shí)被完全燃燒掉。煙氣從煙氣出口218排出?？梢栽谘趸?08的自由空間內(nèi)設(shè)置二次空氣噴嘴219以完成兩階段燃燒。
(第八實(shí)施例)圖13表示混合頂端循環(huán)發(fā)電設(shè)備的系統(tǒng)圖，其中裝有圖12所示的整體爐。
煤251和脫硫劑252供入煤氣發(fā)生爐207并被煤氣發(fā)生爐207中的空氣253部分地燃燒和氣化。可以向煤氣發(fā)生爐207供入氧氣150或蒸汽151作為氧化劑或氣化劑。
在煤氣發(fā)生爐207中產(chǎn)生的未燃燒炭等全部被所產(chǎn)生的煤氣帶走，并由連接在煤氣發(fā)生爐207下游的煤氣冷卻裝置254冷卻到600℃或更低，以便把Na、K等堿金屬粒子凝結(jié)起來，或者把這些堿金屬固定在顆粒的表面上，因?yàn)閴A金屬是造成汽輪機(jī)葉片高溫腐蝕的原因。然后用除塵器255收集這些顆粒后用流化空氣260引入氧化器208，在那里完全燃燒掉。在氧化器208中產(chǎn)生的廢氣從其中排出后，用連接在煤氣發(fā)生爐208下游的氣體冷卻裝置256冷卻到600℃以下。Na、K等堿金屬粒子在廢氣被氣體冷卻裝置256冷卻時(shí)凝結(jié)起來了，由顆粒除塵器257把它們收集起來后排出。
由除塵器255收集的顆粒用氣體輸送的方式送入氧化器208。除塵器255、257通常具有陶瓷過濾層。清除了導(dǎo)致高溫腐蝕的Na、K的、經(jīng)過清洗的煤氣和煙氣在爐膛258內(nèi)混合并燃燒掉，然后高溫?zé)煔鈱?dǎo)入并高效率地驅(qū)動(dòng)氣輪機(jī)261。然后，氣輪機(jī)261驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)262和發(fā)電機(jī)263。從氣輪機(jī)261排出的廢氣用熱能回收裝置264冷卻，然后排入大氣。如果氣輪機(jī)261的葉片是用耐蝕性能良好的材料制造的，那么，可以省去氣體冷卻裝置254和256。
還有，浸入的換熱管也可以布置在氧化器208內(nèi)?？梢杂靡粋€(gè)壓力容器266來容納該整體爐201，這樣該整體爐就不需要?dú)饷芙Y(jié)構(gòu)了。
上面的說明清楚地表明，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)(1)由于在同一個(gè)爐膛內(nèi)主燃燒室和熱能回收室在功能方面是互相分開的，所以它不是用改變流化床的高度，而是方便地通過調(diào)節(jié)導(dǎo)入熱能回收室的流化空氣的流量，用改變浸入的換熱管的總傳熱系數(shù)來控制負(fù)載。因此，不需要象用于把被流化介質(zhì)送入或排出爐膛的儲(chǔ)存罐那樣的，復(fù)雜的控制過程和裝置，并且防止了任何結(jié)塊現(xiàn)象的發(fā)生，而在把被流化介質(zhì)送入或排出爐膛時(shí)，就要發(fā)生這種現(xiàn)象。由于即使負(fù)載變化，流化床的溫度改變也很小，所以就能使鍋爐在抑制NOx，SOx和其它不希望有的生成物的最佳溫度條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)榻氲膿Q熱管只位于熱能回收室內(nèi)，而流化床在其中處在緩慢流動(dòng)的狀態(tài)下，所以浸入的換熱管所受到的的腐蝕要比處于劇烈流化狀態(tài)中的少。
(2)被流化介質(zhì)是從中心沿著圓錐形底面逐漸向各個(gè)方向以擴(kuò)散流的方式流動(dòng)的，因而能均勻地?cái)U(kuò)散燃料和脫硫劑。因此燃燒均勻，不會(huì)發(fā)生結(jié)塊。進(jìn)煤口的數(shù)目可以減到最少，使得供煤裝置非常簡(jiǎn)單。
(3)主燃燒室內(nèi)的流化床表面上的被流化介質(zhì)以圓筒形的流動(dòng)形態(tài)在中心附近沉降，同時(shí)裹入周圍的被流化介質(zhì)。因此，燃料和脫硫劑能長(zhǎng)期停留在流化床中，提高了燃燒效率和脫硫效果。
(4)在普通的矩形內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐中，浸入的換熱管是在兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面排成矩形的。然而，按照本發(fā)明，整個(gè)四周圍都能用來布置換熱管，能安裝更多的換熱管，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊。
(5)在普通的正壓流化床鍋爐中，帶有水冷壁結(jié)構(gòu)的矩形爐膛被包圍在壓力容器內(nèi)，所以必須有足夠的加強(qiáng)構(gòu)件來承受爐膛內(nèi)外的壓力差，以保護(hù)爐膛。按照本發(fā)明，由于爐膛是圓筒形達(dá)到，具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，而且可以用簡(jiǎn)單的加強(qiáng)構(gòu)件來加強(qiáng)。由于容器罐和爐膛是圓形的組合體，不會(huì)讓空間浪費(fèi)掉，而且能布置成緊湊的結(jié)構(gòu)。
(6)布置在籠罩著熱能回收室的自由空間中的梳齒狀罩有效地防止了象煤粒那樣的大直徑固體燃料進(jìn)入熱能回收室。因此，能避免在熱能回收室內(nèi)發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。這種罩起阻擋熱能回收室內(nèi)產(chǎn)生的廢氣的擋板的作用，從而使這種廢氣能和在主燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的廢氣充分地混合和攪拌。
(7)由于在內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐中，在主燃燒室內(nèi)沒有換熱表面，所以就能在主燃燒室內(nèi)的還原氣氛中燃燒燃料。因此，主燃燒室中的易揮發(fā)物質(zhì)能很快排出。碳?xì)浠衔?，例如CH4、CO或者包括NHi，HCN等的氣態(tài)氮化合物，減少了氣相反應(yīng)中的氮氧化合物，并降低了氮化合物轉(zhuǎn)變成氧化物的選擇性或可能性。因此，能在主燃燒室內(nèi)實(shí)現(xiàn)低氮氧化合物的燃燒。
(8)在熱能回收室內(nèi)流化床中的浸入的換熱管是徑向布置的，并且按功能分成蒸發(fā)管組、蒸汽過熱管組和蒸汽重?zé)峁芙M。從平面圖可見，由于按功能分成了若干管組，就能按照各個(gè)管組調(diào)節(jié)熱能回收用的流化空氣量，所以，每個(gè)管組中的回收熱量能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)。
(9)由于用設(shè)置在廢氣流道下游端的顆粒分離器收集的飛灰重新循環(huán)進(jìn)入熱能回收室，所以熱能回收室內(nèi)顆粒的平均直徑和比重減小了。結(jié)果，最小流化氣體速度降低了，而且用于熱能回收的流化空氣量也可以減少。浸入的換熱管的腐蝕速度大大降低了，而且用于熱能回收的流化空氣量的任何變化對(duì)于燃燒的影響也減少了，這就大大有利于達(dá)到穩(wěn)定的燃燒。
(10)從爐膛排出的廢氣中收集起來的，含有未燃燒的炭和未反應(yīng)的脫硫劑的飛灰是經(jīng)過分級(jí)的。只有那些帶有直徑在10到60微米的顆粒的飛灰才回到爐膛內(nèi)。這樣，就能減少NOx，降低廢氣流道的腐蝕速度，并在最少飛灰循環(huán)量的條件下提高燃燒效率。因此，可以省去任何脫硫裝置，并且用于在爐子中脫硫的脫硫劑的利用率也能因脫硫速度的提高而提高。
(11)由除塵器收集的飛灰經(jīng)過冷卻后在大氣壓力下分級(jí)，有選擇地使未燃燒的炭和未反應(yīng)的脫硫劑返回爐膛。因此，能避免在高壓下處理高溫粒子時(shí)可能出現(xiàn)的結(jié)塊，并且所處理的物質(zhì)的量也減少了，因?yàn)橥ㄟ^分級(jí)后只讓有用的物質(zhì)進(jìn)行再循環(huán)。由于那些有用的物質(zhì)是進(jìn)入供應(yīng)爐膛的燃料供應(yīng)裝置進(jìn)行循環(huán)的，所以可省去其他的通向爐膛的再循環(huán)裝置，并且未反應(yīng)的脫硫劑和燃料互相混合，接觸得很好，提高了脫硫速度。
(12)在混合頂端循環(huán)發(fā)電設(shè)備中，按照本發(fā)明的圓筒形內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐是作為煤氣發(fā)生爐和/或氧化器使用的。在煤氣發(fā)生爐中排出的未燃燒炭等全部被所產(chǎn)生的煤氣帶走，并冷卻到600℃或更低，并由下游的除塵器收集起來。然后這些包括未燃燒炭在內(nèi)的顆粒被引入氧化器，在那里完全燃燒掉。在氧化器中產(chǎn)生的廢氣從其中排出后冷卻到600℃以下。裹在廢氣里的包含Na、K等在內(nèi)的粒子由下游的除塵器把它們收集起來后排出。純凈的廢氣和在煤氣爐內(nèi)產(chǎn)生后排出來并且經(jīng)過過濾清除了Na、K等顆粒的煤氣，在頂端循環(huán)爐膛內(nèi)混合并燃燒。由頂端循環(huán)爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣被引入氣輪機(jī)內(nèi)。由于這種廢氣里沒有裹入含堿金屬(例如Na，K等)的顆粒，所以氣輪機(jī)可以用普通的材料制造，并且按照通常的方式設(shè)計(jì)，因?yàn)閴A金屬顆粒是造成氣輪機(jī)葉片高溫腐蝕的原因。
(13)在正壓流化床混合發(fā)電設(shè)備中的圓筒形流化床爐中，在流化床中設(shè)置了與圓筒形外墻同心的隔墻，并在隔墻的中部和下部設(shè)有連通口。此隔墻有與圓筒形外墻的頂板相連的形成煤氣出口的上端部。在此隔墻以內(nèi)的空間用作煤氣發(fā)生爐，而此隔墻以外的空間用作氧化器。因此，當(dāng)圓筒形流化床爐是一個(gè)單獨(dú)的爐子時(shí)，它可以當(dāng)一個(gè)復(fù)合爐使用，這個(gè)爐子有煤氣發(fā)生爐和氧化器兩種功能，并且能高效率地工作。
權(quán)利要求
1.一種用于混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，其特征在于，包括一壓力容器；一設(shè)置在該壓力容器中的爐膛；一主流化床燃燒室，它具有一空氣擴(kuò)散裝置，設(shè)置在該爐膛底部，適于向上噴射流化空氣，其質(zhì)量流量至少在一側(cè)要大于另一側(cè)；一傾斜隔墻，設(shè)置在該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較大的一部分上方，以與向上流動(dòng)的流化空氣發(fā)生干涉，從而使該空氣向該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較小的該另一側(cè)上方部分偏轉(zhuǎn)；一熱能回收室被該傾斜隔墻與所述主燃燒室隔開；一換熱面裝置，設(shè)置在該熱能回收室內(nèi)，為從中流過的吸熱流體提供通道；一空氣擴(kuò)散器，設(shè)置在該熱能回收室下部；和一自由空間，整體設(shè)置在該主燃燒室和該熱能回收室上方；其中該熱能回收室的上部和下部與該主流化床燃燒室相通，一移動(dòng)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的噴射的質(zhì)量流量較小的部分上方，使得被流化介質(zhì)下落并分散在該移動(dòng)床中，并且一循環(huán)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的流化空氣質(zhì)量流量較大的那部分上方，使得該被流化介質(zhì)強(qiáng)烈流化，并旋向該移動(dòng)流化床上方的某一位置，而且一部分被流化介質(zhì)越過該傾斜隔墻上部，被送入該熱能回收室，該移動(dòng)流化床和該循環(huán)流化床的形成受從該主燃燒室中的該空氣擴(kuò)散裝置向上噴出的空氣量的調(diào)節(jié)的影響，和從該熱能回收室中的該空氣擴(kuò)散器噴出的流化空氣的調(diào)節(jié)引起該熱能回收室中被流化介質(zhì)以移動(dòng)流化床的形式下落，以循環(huán)至該主燃燒室，以及從該主燃燒室和該熱能回收室排出的煙氣在該自由空間中混合。
2.按照權(quán)利要求1所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括至少一個(gè)二次空氣供給噴嘴，以將二次空氣送入該自由空間，使從該主燃燒室和該熱能回收室排出的煙氣被混合，并且使煙氣中未燃燒的可燃物質(zhì)燃燒。
3.按照權(quán)利要求1所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括設(shè)置在該主燃燒室和該熱能回收空間的罩裝置，用以阻止大顆?？扇嘉镔|(zhì)進(jìn)入該熱能回收室，并在調(diào)節(jié)該煙氣流時(shí)允許從該熱能回收室出來的煙氣從中流過，并與從該主燃燒室出來的煙氣混合。
4.按照權(quán)利要求2所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一空氣供給系統(tǒng)，以按照供給的該燃料量，以預(yù)定的空氣比率，控制燃燒燃料的燃燒空氣量，同時(shí)使從該爐膛排出的排氣中的氧氣濃度保持預(yù)定等級(jí)，其中，該空氣供給系統(tǒng)中，其余空氣量是通過從該燃燒空氣量中減去需要送至該熱能回收室中的該空氣擴(kuò)散器的空氣量確定的，并且該其余空氣量被分成需送至該主燃燒室中的該空氣擴(kuò)散裝置的空氣量，和需送至該自由空間作為二次空氣的空氣量。
5.按照權(quán)利要求4所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，其中需送至該主燃燒室的空氣量被控制成小于化學(xué)計(jì)算的空氣流量。
6.按照權(quán)利要求1所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一設(shè)置在該自由空間中的擋板，其中該擋板位于該爐膛煙氣出口的上游，以防止煙氣短路。
7.按照權(quán)利要求1所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一用該爐膛的煙氣驅(qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)，其中從該燃?xì)廨啓C(jī)排出的廢氣與需送至該爐膛的燃燒空氣混合。
8.按照權(quán)利要求1所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一均壓噴嘴，用以向該壓力容器和該爐膛之間的空間輸送壓力氣體，以平衡該爐膛的內(nèi)部和外部。
9.按照權(quán)利要求1所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括設(shè)置在從該爐膛排出的煙氣通道中的一個(gè)除塵器，其中被該除塵器截獲的飛灰被分成具有大中小顆粒直徑的三組，并且僅將具有中等顆粒直徑的飛灰返回到該主燃燒室、該自由空間和一供給燃料的燃料供給系統(tǒng)中的至少一個(gè)中。
10.按照權(quán)利要求1所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括設(shè)置在從該爐膛排出的煙氣通道中的一個(gè)除塵器，其中被該除塵器截獲的飛灰，通過形成在該壓力容器上的一個(gè)開口被返回到該熱能回收室。
11.按照權(quán)利要求1所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括設(shè)置在從該爐膛排出的煙氣通道中的一個(gè)除塵器，其中被該除塵器截獲的飛灰，通過形成在該壓力容器上的一個(gè)開口被返回該主燃燒室和該自由空間中的至少一個(gè)中。
12.一種用于混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，其特征在于，包括一壓力容器;一爐膛，設(shè)置在該壓力容器中，并具有圓筒形外壁;一主流化床燃燒室，它具有一設(shè)置在該爐膛底部的空氣擴(kuò)散裝置，適于向上噴射流化空氣，其質(zhì)量流量至少在外側(cè)要大于中心側(cè);一隔墻，包括一圓筒隔墻和形成在該圓筒隔墻上部的錐形隔墻，該錐形隔墻設(shè)置在該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較大的那部分上方，以與向上流動(dòng)的流化空氣相干涉，從而使該空氣向該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較小的該中心側(cè)上方部分偏轉(zhuǎn);一環(huán)形熱能回收室，用該隔墻與該主燃燒室隔開，一換熱面裝置，設(shè)置在該熱能回收室中，為從中通過的吸收熱量的流體提供通道;和一空氣擴(kuò)散器，設(shè)置在該熱能回收室的下部;其中該熱能回收室的上部和下部與該主流化床燃燒室相通，一移動(dòng)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的噴射質(zhì)量流量較小的那部分上方，使被流化介質(zhì)下落并分散在該移動(dòng)流化床中，并且一循環(huán)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的流化空氣質(zhì)量流量較大的那部分上方，這樣，該被流化的介質(zhì)被強(qiáng)烈流化，并旋向該移動(dòng)床上方位置，并且一部分被流化介質(zhì)越過該錐形隔墻的上部被送入該熱能回收室，該移動(dòng)流化床和該循環(huán)流化床的形成，受從該主燃燒室中的該空氣擴(kuò)散裝置向上噴出的空氣量的調(diào)節(jié)的影響，和從該熱能回收室中的該空氣擴(kuò)散器噴出的流化空氣的調(diào)節(jié)引起該熱能回收室中的被流化介質(zhì)以移動(dòng)流化床的形式下落，以循環(huán)至該主燃燒室。
13.按照權(quán)利要求12所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，其中所述的空氣擴(kuò)散裝置設(shè)置在該主燃燒室的底面上，并且該底面呈錐形。
14.按照權(quán)利要求12所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一自由空間，它整體形成在該主燃燒室和該熱能回收室的上方，從該主燃燒室和該熱能回收室排出的煙氣在該自由空間中混合。
15.按照權(quán)利要求14所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括至少一個(gè)二次空氣供給噴嘴，以將二次空氣供入該自由空間，使得從該主燃燒室和該熱能回收室排出的煙氣得到混合，并使該煙氣中的未燃燒的可燃物質(zhì)燃燒。
16.按照權(quán)利要求14所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一罩裝置，它設(shè)置在該主燃燒室和該熱能回收室之間，以阻止大顆?？扇嘉镔|(zhì)進(jìn)入該熱能回收室，并且在調(diào)節(jié)該煙氣流時(shí)允許從該熱能回收室排出的煙氣從中通過，并與該主燃燒室排出的煙氣混合。
17.按照權(quán)利要求15所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一空氣供給系統(tǒng)，以按照供給的燃料量，以預(yù)定的空氣比率，控制燃燒燃料的燃燒空氣量，同時(shí)使從該爐膛排出的排氣中的氧氣濃度保持預(yù)定等級(jí)，其特征在于該空氣供給系統(tǒng)中，其余空氣量是通過從該燃燒空氣量中減去需要送至該熱能回收室中的該空氣擴(kuò)散器的空氣量確定的，并且該其余空氣量被分成需送至該主燃燒室中的該空氣擴(kuò)散裝置的空氣量，和需送至該自由空間作為二次空氣的空氣量。
18.按照權(quán)利要求17所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，其中所述需供至該主燃燒室的空氣量被控制成小于化學(xué)計(jì)算的空氣流量。
19.按照權(quán)利要求14所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一擋板，它設(shè)置在該自由空間中，其中該擋板位于該爐膛煙氣出口上游，以阻止煙氣短路。
20.按照權(quán)利要求12所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一均壓噴嘴，以向該壓力容器和該爐膛間的空間供給壓力氣體，以平衡該爐膛內(nèi)部和外部。
21.按照權(quán)利要求12所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，其中該空氣擴(kuò)散器設(shè)置在該熱能回收室的底面上，該底面是向內(nèi)朝該主燃燒室傾斜的，該熱能回收室最下面的底面面對(duì)一連通開口，以從該熱能回收室向該主燃燒室返回被流化介質(zhì)。
22.按照權(quán)利要求21所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一設(shè)置在該連通開口處的一空氣擴(kuò)散器，以使被流化介質(zhì)得以在該連通開口中流化。
23.按照權(quán)利要求12所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，其中該換熱面裝置由許多換熱管構(gòu)成，它們呈徑向圖形排列，該換熱管被分成多個(gè)組，包括用作蒸發(fā)管的管組，用作蒸汽過熱管的管組和用作蒸汽再熱管的管組。
24.按照權(quán)利要求13所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，其中向該主燃燒室供給燃料的一個(gè)燃料進(jìn)口設(shè)置在該主燃燒室的該底面附近。
25.按照權(quán)利要求12所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一除塵器，它設(shè)置在一個(gè)從該爐膛排出的煙氣的通道中，其中被該除塵器截獲的飛灰通過形成在該壓力容器上的一個(gè)開口返回該熱能回收室。
26.按照權(quán)利要求14所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一除塵器，它設(shè)置在一個(gè)從該爐膛排出的煙氣的通道中，其中被該除塵器截獲的飛灰通過形成在該壓力容器上的一個(gè)開口返回該主燃燒室和該自由空間中的至少一個(gè)中。
27.按照權(quán)利要求14所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一除塵器，它設(shè)置在一個(gè)從該爐膛排出的煙氣的通道中，其中被該除塵器截獲的飛灰與二次空氣混合，并且該飛灰與該二次空氣的混合氣通過形成在該壓力容器上的一個(gè)開口送至該自由空間。
28.按照權(quán)利要求12所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一設(shè)置在一個(gè)從該爐膛排出的煙氣通道中的除塵器，用以收集飛灰，和一個(gè)分離器，用以從該飛灰中回收未反應(yīng)的脫硫劑和未燃燒的碳。
29.按照權(quán)利要求28所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，其中被該分離器回收的未反應(yīng)的脫硫劑和未燃燒的碳被返回到該主燃燒室和一燃料供給系統(tǒng)中的一個(gè)中。
30.按照權(quán)利要求12所述的正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，還包括一設(shè)置在一個(gè)從該爐膛排出的煙氣通道中的除塵器，其中被該除塵器截獲的飛灰被分成具有大中小顆粒直徑的三組，其中僅有中等顆粒直徑的飛灰被返回到至少該主燃燒室，該自由空間和該燃料供給系統(tǒng)中的一個(gè)中。
31.一頂循環(huán)混合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括一煤氣發(fā)生爐，用以生成煤氣和炭，一氧化器，用以燃燒該炭以產(chǎn)生煙氣，和一燃?xì)廨啓C(jī)，它用燃燒該生成的煤氣和該煙氣的混合氣產(chǎn)生的高溫氣體驅(qū)動(dòng)，至少該煤氣發(fā)生爐和該氧化器中的一個(gè)包括一正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，它包括一壓力容器;一爐膛，它設(shè)置在該壓力容器中，并具有圓筒狀外壁;一主流化床燃燒室，它具有一設(shè)置在該爐膛底部的空氣擴(kuò)散裝置，適于向上噴射流化空氣，其質(zhì)量流至少在外側(cè)要大于中心側(cè);一隔墻，它包括一圓筒隔墻和形成在該圓筒隔墻上部的一個(gè)錐形隔墻，該錐形隔墻設(shè)置在該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較大的那部分上方，以與向上流動(dòng)的流化空氣發(fā)生干涉，使該空氣向該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較小的該中心部分上方部分偏轉(zhuǎn);一環(huán)形熱能回收室用該隔墻與該主燃燒室隔開;一換熱面裝置設(shè)置在該熱能回收室中，為從中流過的吸熱流體提供通道;和一空氣擴(kuò)散器，設(shè)置在該熱能回收室的下部;其中該熱能回收室的上部和下部與該主流化床燃燒室相通，一移動(dòng)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的噴射質(zhì)量流量較小的那部分上方，使被流化介質(zhì)下落并分散在該移動(dòng)床中，并且一循環(huán)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的流化空氣質(zhì)量流較大的那部分上方，這樣該被流化介質(zhì)被強(qiáng)烈流化，并旋向該移動(dòng)流化床上方位置，并且一部分被流化介質(zhì)越過該錐形隔墻的上部，被送入該熱能回收室，該移動(dòng)流化床和該循環(huán)流化床的形成受該主燃燒室中的該空氣擴(kuò)散裝置向上噴射的空氣量的調(diào)節(jié)的影響，和該熱能回收室中的該空氣擴(kuò)散器噴射的流化空氣的調(diào)節(jié)引起該熱能回收室中被流化的介質(zhì)以移動(dòng)流化床的形式下落，以循環(huán)至該主燃燒室。
32.按照權(quán)利要求31所述的頂循環(huán)混合發(fā)電系統(tǒng)，其中從該煤氣發(fā)生爐排出的未燃燒的炭全部被發(fā)生的煤氣卷走和冷卻，而含炭，Na和K的顆粒物則被一下游除塵器收集，并且該顆粒物被送入該氧化器完全燃燒，該氧化器產(chǎn)生的廢氣被排出和冷卻，該廢氣中至少含Na，K的顆粒物被一下游除塵器收集和排出，并且經(jīng)過凈化的廢氣和正從該煤氣發(fā)生爐排出并經(jīng)過濾以從中去除顆粒物的煤氣混合，并在一頂置爐膛中燃燒，然后該爐膛產(chǎn)生的高溫排氣被送入該燃?xì)廨啓C(jī)。
33.一種用于頂循環(huán)混合發(fā)電系統(tǒng)的整體型流化床爐，其特征在于，包括一圓筒形外壁;一圓筒形隔墻，設(shè)置成與該圓筒形外壁同心;一煤氣發(fā)生爐，形成在該圓筒形隔墻內(nèi)側(cè);一氧化器，形成在該圓筒形外壁和該圓筒形隔墻之間;一空氣擴(kuò)散裝置，設(shè)置在該煤氣發(fā)生爐底部，適于向上噴射流化空氣，其質(zhì)量流量至少在外側(cè)要大于中心側(cè);一錐形隔墻，形成在該圓筒形隔墻上，該錐形隔墻設(shè)置在該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較大的那部分上方，以與向上流動(dòng)的流化空氣相干涉，從而使該空氣向該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流量較小的中心側(cè)上方部分偏轉(zhuǎn);一空氣擴(kuò)散器，設(shè)置在該氧化器下部;和一第一自由空間，形成在該煤氣發(fā)生爐上方，和一第二自由空間，形成在該氧化器上方，該第一和第二自由空間彼此用該圓筒形隔墻隔開，使得該煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的煤氣和從該氧化器排出的煙氣是分開向外排出的;其中該氧化器的中部和下部與該煤氣發(fā)生爐相通，一移動(dòng)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的質(zhì)量流較小的那部分上方使被流化介質(zhì)下落并分散在該移動(dòng)流化床中，并且一循環(huán)流化床形成在該空氣擴(kuò)散裝置的流化空氣質(zhì)量流量較大的那部分上方，這樣，該被流化介質(zhì)被強(qiáng)烈流化，并旋向該移動(dòng)流化床上方位置，并且一部分被流化介質(zhì)通過形成在該隔墻中間部分上的一個(gè)開口被送入該氧化器，該移動(dòng)流化床和該循環(huán)流化床的形成，受該煤氣發(fā)生爐中的該空氣擴(kuò)散裝置向上噴出的空氣量的調(diào)節(jié)的影響，和該氧化器中的該空氣擴(kuò)散器噴出的流化空氣量的調(diào)節(jié)引起該氧化器中已流化介質(zhì)以移動(dòng)床的形式下落，以循環(huán)至該煤氣發(fā)生爐。
34.按照權(quán)利要求33所述的流化床爐，還包括一設(shè)置在該氧化器中的換熱面裝置，為從中流過的吸熱流體提供通道。
35.按照權(quán)利要求33所述的流化床爐，還包括一用以容納該流化床爐的壓力容器，其中所述的壓力容器具有一煙氣出口和生產(chǎn)的煤氣出口，該煙氣出口與該氧化器相連，而該生產(chǎn)的煤氣出口與該煤氣發(fā)生爐相連。
36.按照權(quán)利要求33所述的流化床爐，其中從該煤氣發(fā)生爐排出的未燃燒的炭全部被發(fā)生的煤氣卷走和冷卻，而含炭、Na和K的顆粒物則被一下游的除塵器收集，并被送至該氧化器完全燃燒，該氧化器產(chǎn)生的廢氣被排出和冷卻，該廢氣中至少含Na、K的顆粒均被一下游除塵器收集和排出，經(jīng)凈化的該廢氣和已從該煤氣發(fā)生爐排出和過濾的、從中去除顆粒物的該發(fā)生的煤氣相混合，并被一頂置燃燒器燃燒，然后，由該燃燒器生產(chǎn)的高溫排氣并送入該燃?xì)廨啓C(jī)。
全文摘要
一正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐被用在混合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，其中煤、石油焦之類的燃料在一正壓流化床中燃燒，燃燒產(chǎn)生的廢氣送入燃?xì)廨啓C(jī)。正壓內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐包括一壓力容器，一設(shè)在壓力容器中的爐膛和一帶空氣擴(kuò)散裝置的主流化床燃燒室，一熱能回收室用一傾斜隔墻與主燃燒室隔開，一被流化介質(zhì)送入和送出主燃燒室和熱能回收室，一自由空間整體形成在主燃燒室和熱能回收室上方，使從主燃燒室和熱能回收室排出的煙氣在該空間中混合。
文檔編號(hào)C10J3/86GK1095810SQ9410253
公開日1994年11月30日 申請(qǐng)日期1994年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月3日
發(fā)明者永東秀一, 堀尾正韌, 大下孝裕, 三好敬久, 豐田誠(chéng)一郎, 下倉(cāng)明, 信濃知行, 細(xì)田修吾 申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所