循环流化床锅炉及用于组装循环流化床锅炉的方法与流程

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的循环流化床(cfb)锅炉。因此，本发明涉及一种cfb锅炉，其包括由第一和第二长侧壁且由第一和第二短侧壁水平地包围的矩形炉体、布置在第二短侧壁的一侧上的后通路、布置在第一长侧壁和第二长侧壁中的各个的一侧上的多个颗粒分离器，颗粒分离器中的各个包括用于从颗粒分离器排出清洁烟道气体的竖直气体出口管，以及连接到颗粒分离器的气体出口管上来将清洁烟道气体导送至后通路的水平延伸的交叉导管系统(crossoverductsystem)。

背景技术：

烟道气体流和其卷吸的固体颗粒大体上从大型cfb锅炉的炉体经由多个烟道气体排放通道排放至平行布置的颗粒分离器，通常是旋风分离器。从颗粒分离器中的烟道气体分离的颗粒回到炉体，同时清洁的烟道气体从颗粒分离器经由竖直气体出口管排放，且经由水平地延伸的交叉导管系统导送至后通路。热能从后通路中的烟道气体回收，且冷却的烟道气体从后通路引导至不同的气体清洁步骤，且最终至烟囱，或在氧燃料燃烧中至二氧化碳隔离处(sequestration)。

cfb锅炉通常具有带矩形截面的炉体，其中长侧壁的宽度明显大于短侧壁的宽度。在通常具有大约300mwe或更小的容量的小尺寸和中尺寸的cfb锅炉中，通常存在一到三个颗粒分离器，其所有都布置在锅炉的一个长侧壁上，以及存在布置成直线或与颗粒分离器相对的后通路。具有大于大约300mwe的容量的大尺寸的cfb锅炉通常具有成排布置在炉体的两个相对长侧壁中的各个上的多个颗粒分离器，以及布置在炉体的短侧壁附近的后通路。

从颗粒分离器的出口管到大型cfb锅炉的后通路的交叉导管系统通常是相当长(例如，在现今的最大cfb锅炉中大于30米)并且重的构造。因此，交叉导管系统必须受到良好支承，以便获得该构造的充分的稳定性和耐用性。大型cfb锅炉通常是顶部支承的，即，炉体、颗粒分离器和后通路，以及交叉导管系统从包绕锅炉的支承结构悬置。

在具有在炉体的两个长侧壁上的颗粒分离器的cfb锅炉中，布置在炉体的相同侧壁上的颗粒分离器的烟道气体出口管通常连接到公共交叉导管上，导管将清洁烟道气体引导至后通路。自然，此类锅炉通常包括两个单独的对称布置的交叉导管，一个在炉体的长侧壁的每一个上。交叉导管中的各个常规上包括布置成平行于炉体的水平截面的长维度的主烟道气体收集导管，以及用于将烟道气体引导至后通路的一个或多个侧壁中的开口的气流弯曲端部。

例如，常规大型循环流化床锅炉的各个主烟道气体收集导管从三个或四个分离器收集烟道气体。因此，气流尤其在烟道气体收集导管的最后区段处变得很高，且可能侵蚀，除非烟道气体导管的直径或高度朝端部增大。然而，此逐渐加宽的烟道气体导管通常是相对复杂的构造。另一个可能性在于主烟道气体收集导管具有宽到足以保持即使在端部处的足够低的流速的恒定截面。此构造增大了主烟道气体收集导管的重量，且可引起烟道气流的由非恒定速度造成的问题。

主烟道气体收集导管通常布置在炉体的占地区域外，尤其是在颗粒分离器上方。此交叉导管因此包括单独的端部，以用于使烟道气体流经由后通路的一个或多个侧壁中的开口转向至后通路。2007年8月在wisconsin的milwaukee的coalgenconference中发表的文章"milestonesforcfbandotutechnology–the460mwelagiszadesignsupercriticalboilerprojectupdate"展示了具有交叉导管系统的cfb锅炉的实例，其包括在炉体的短侧壁上的后通路，具有平行于炉体的长侧壁的恒定截面的烟道气体收集导管，以及用于将烟道气体引导至面对炉体的短侧壁的后通路壁中的开口的弯曲端部。

美国专利号7,244,400公开了一种备选解决方案，其包括连接到在炉体的顶板处布置的平行于炉体的长侧壁的两个烟道气体收集通道上的颗粒分离器的弯曲出口管。烟道气体收集通道通过使用炉体壁的延伸部分构造来整体结合到炉体上。

2003年10月13日在波兰的zlotnicki的47届internationalenergyagencyworkshoponlargescalecfb上发表的文章"recentalstompowerlargecfbandscaleupaspectsincludingstepstosupercritical"展示了具有在各个长侧壁上的三个颗粒分离器的大型cfb锅炉，其中各侧上的颗粒分离器的出口导管连接到复杂的交叉导管系统上，该系统包括颗粒分离器上方的直收集通道，以及将收集通道的中心连接至后通路的弯曲烟道气体导管部分。

技术实现要素：

为了最小化上文所述的现有技术解决方案的问题，本发明提供了根据权利要求1的循环流化床锅炉。因此，本发明提供了一种循环流化床锅炉，其包括由侧壁水平地包围的矩形炉体，以用于燃烧其中的燃料和燃烧气体，且生成烟道气体和颗粒的流，侧壁包括第一短侧壁和第二短侧壁，以及第一长侧壁和第二长侧壁，其中第一长侧壁和第二长侧壁的共同宽度大于第一短侧壁和第二短侧壁的共同宽度，布置在第一长侧壁和第二长侧壁中的各个的一侧上的多个颗粒分离器，多个颗粒分离器的入口连接到第一长侧壁和第二长侧壁中的各个的上部上，以用于分离来自烟道气体流的颗粒和从炉体排放的颗粒，其中颗粒分离器中的各个包括用于从颗粒分离器排放清洁的烟道气体的竖直气体出口管、布置在炉体的第二短侧壁的一侧上的后通路，后通路由包括面对炉体的第二短侧壁的第一后通路壁的后通路壁水平地包围，以及直接地连接到颗粒分离器的竖直气体出口管上来将清洁的烟道气体导送至后通路的水平地延伸的交叉导管系统，其中交叉导管系统提供直的气流通路，其从颗粒分离器的各个竖直气体出口管到第一后通路壁中的开口且倾斜于炉体的侧壁。

循环流化床锅炉有利地是顶部支承，即，其包括用于从上方悬置炉体的支承系统。支承系统包括大体上竖直的柱、平行于炉体的长侧壁和短侧壁的水平横梁，以及用于从水平横梁悬置锅炉的不同部分如炉体的悬挂杆。为了提供从布置在炉体的长侧壁上的颗粒分离器到布置在炉体的短侧壁的一侧上的后通路的气流通路，交叉导管系统常规地包括平行于炉体的长侧壁和短侧壁的区段。其原因在于，常规交叉导管系统必须配合在支承系统的竖直柱、水平横梁和悬挂杆的大体上矩形的网络之间可用的空间中。

根据本发明，交叉导管系统提供了直气流通路，其从颗粒分离器的各个气体出口管到第一后通路壁中的开口，倾斜于炉体的侧壁。交叉导管系统提供直气流通路的陈述在此表明系统具有允许烟道气体流动以便具有直流动方向的形状，即，在通路期间不会改变的方向。气流通路或气流方向倾斜于壁的陈述在此表明壁是平面的，且因此壁在相应位置处具有良好限定的法线方向。因此，气体流动方向倾斜于壁的陈述在本说明书中意味着气体流动方向不同于壁的法线方向。

由于根据本发明的交叉导管系统提供了直气流通路，以替代包括不同方向的区段的通路，例如，相互垂直的方向，故本交叉导管系统的重量和成本大体上低于常规交叉导管系统的重量和成本。此外，通过提供烟道气体至后通路的理想的直通路，本交叉导管系统相比于常规交叉导管系统，不太易受气体的有害湍流和导管系统的侵蚀。

提供从颗粒分离器的各个气体出口管到第一后通路壁中的开口且倾斜于炉体的侧壁的理想直气流通路的交叉导管系统通过将交叉导管系统布置在锅炉的支承系统上方而有利地成为可能。因此，气流通路不必配合在支承系统的柱、横梁和悬挂杆的网之间。根据本发明的交叉导管系统因此并未在顶部支承，即，其并未布置成从支承系统悬挂，而是交叉导管系统通过使用布置在支承系统上的滑动支承装置，由支承系统从下方有利地支承。为了消除不同热膨胀引起的问题，交叉导管系统优选例如通过使用适合的波纹管来柔性地连接到颗粒分离器的竖直出口管和第一后通路壁上。

根据本发明的优选实施例，交叉导管系统包括两个镜面对称布置的部分，各个部分将炉体的两个长侧壁中的一个附近的颗粒分离器的竖直气体出口管连接到后通路上。因此，交叉导管系统包括第一导管结构，其提供直气流通路，该通路从布置在炉体的第一长侧壁的一侧上的颗粒分离器的各个气体出口管到第一后通路壁中的第一开口且倾斜于炉体的侧壁，以及第二导管结构，其提供直气流通路，其从布置在炉体的第二长侧壁的一侧上的颗粒分离器的各个气体出口管到第一后通路壁的第二开口且倾斜于侧壁。

从布置在炉体的一个长侧壁上的不同颗粒分离器的出口管的气流通路可具有略微不同的方向，但根据本发明的优选实施例，它们所有都具有相同方向，其可简单地称为气流方向。因此，第一导管结构有利地提供了平行于第一气流方向的第一直气流通路，其从布置在炉体的第一长侧壁的一侧上的颗粒分离器的各个气体出口管到第一后通路壁中的第一开口且倾斜于炉体的侧壁，且第二导管结构有利地提供了平行于第二气流方向的第二直气流通路，其从布置在炉体的第二长侧壁的一侧上的颗粒分离器的各个气体出口管到第一后通路壁中的第二开口且倾斜于炉体的侧壁。

颗粒分离器的竖直出口管向上引导烟道气体流，此后烟道气体流必须转向90度至水平方向，以在水平地延伸的交叉导管中朝后通路流动。本发明的优点在于烟道气体流可在交叉导管系统中沿没有附加弯头的直通路一直流至第一后通路壁中的开口。第一后通路壁大体上是垂直于或至少接近垂直于炉体的各个长壁，且第一气流方向和第二气流方向有利地镜面对称(mirrorsymmetrically)倾斜于炉体的侧壁。

根据本发明的优选实施例，第一导管结构和第二导管结构中的各个构造为没有分隔壁的开放盒。由于导管结构的形状和构造，故烟道气体在第一导管结构和第二导管结构中的各个中作为源自相应颗粒分离器的多个初始流形成的组合单流流动。更具体而言，第一组合的烟道气体流在第一导管结构中沿第一气流方向流动，且第二组合的烟道气体流在第二导管结构中沿第二气流方向流动。

第一导管结构和第二导管结构中的各个由于底壁和顶壁处于恒定水平而优选具有恒定的高度，以及在颗粒分离器的气体出口管的连接点处沿相应烟道气流方向逐步增大的宽度。由于增大的截面面积，故烟道气体的速度在整个交叉导管中保持大致恒定。此恒定速度使得烟道气体有可能平顺流动，而没有过多的湍流，且由卷吸在气流中的颗粒引起的侵蚀最小化。

交叉导管系统优选被冷却，即，其包括水或蒸汽管来用于将热从烟道气体传递至水或蒸汽。更具体而言，交叉导管系统具有相对简单的形状，其可经济地制造，且有利地由直水管面板(straightwatertubepanels)制成，以获得耐用且轻量的构造。作为优选，冷却的交叉导管系统在内部由耐火层保护，以便进一步最小化侵蚀。

第一后通路壁有利地关于竖直中心线对称，第一开口形成第一入口开口区域，且第二开口形成第二开口区域，位于竖直中心线的相应侧上，在第一后通路壁的上区段处。根据本发明的优选实施例，第一开口区域和第二开口区域中的各个包括多个大致均匀地分布的开口，且第一入口开口区域和第二入口开口区域一起覆盖第一后通路壁的一部分，其在第一后通路壁的水平宽度的大部分上延伸。由于交叉导管系统的形状和第一后通路壁中的开口的分布，交叉导管系统提供了后通路中的烟道气体的温度和速度的特别均匀的分布。因此，交叉导管系统允许了后通路中特别有效且可靠的热回收。

根据本发明的优选实施例，第一后通路壁是平面的，且平行于炉体的第二短侧壁，由此第一开口区域和第二开口区域在具有倾斜于第一气流方向和第二气流方向的法线方向的平面上。根据本发明的另一个优选实施例，第一开口区域在第一平面壁部分上，且第二开口区域在第二平面壁部分上，第一壁部分和第二壁部分水平地邻近彼此，且具有不同的法线方向。特别地，第一壁部分和第二壁部分中的各个具有中心边缘和最外边缘，其中中心边缘比最外边缘更接近炉体的第二短侧壁。根据优选实施例，第一壁部分和第二壁部分具有共同的中心边缘。第一壁部分和第二壁部分的法线方向优选与相应的第一气流方向和第二气流方向成角度，该角度小于其与上文所述的平面第一后通路壁所成的角。甚至更优选的是角度为零，即，第一壁部分和第二壁部分的法线方向分别平行于第一气流方向和第二气流方向。

根据本发明的优选实施例，第一导管结构和第二导管结构中的各个包括至少一个流动引导部，以将烟道气流从第一颗粒分离器引导至第二颗粒分离器的气体出口管的竖直延伸部的一侧。流动引导部有利地通过形成导管结构的侧壁来产生，以便以适合的方式引导烟道气体。流动引导部最小化来自较早的颗粒分离器的水平气体流与经由随后的颗粒分离器的出口管进入导管结构的气体流之间的有害干扰。

根据另一个方面，本发明提供了一种用于组装根据上文所述的任何实施例的循环流化床锅炉的方法，其中该方法包括将第一导管结构和第二导管结构中的各个作为单件升高到支承结构的水平横梁上方。

通过连同附图参照目前优选但示范性的本发明的实施例，将更完整地认识到以上简要描述和本发明的其它目的、特征和优点。

附图说明

图1为根据本发明的优选实施例的循环流化床锅炉的示意性侧视图。

图2为图1中所示的循环流化床锅炉的示意性水平截面。

图3为根据本发明的另一个优选实施例的循环流化床锅炉的示意性水平截面。

图4为图1中所示的循环流化床锅炉的另一个示意性水平截面。

图5为根据本发明的优选实施例的循环流化床锅炉的细节的示意性水平截面。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的优选实施例的循环流化床(cfb)锅炉10的示意性侧视图。cfb锅炉的炉体12具有矩形截面，具有第一短侧壁14和第二短侧壁14'，以及第一长侧壁和第二长侧壁16(图1中看到其中一个)。多个颗粒分离器18连接到炉体的各个长侧壁上。各个长侧壁上的颗粒分离器的数目这里是三个，但例如其还可为两个或四个。颗粒分离器由水平地延伸的交叉导管系统22与布置在炉体的第二短侧壁14'上的后通路20流通连接。在下文中，相同的参考标号大体上用于不同图中的相同元件。

当燃料在炉体12中燃烧时，热烟道气体和卷吸在其中的颗粒经由例如图2中所示的烟道气体排放通道24排放至颗粒分离器18。从颗粒分离器18中的烟道气体分离的颗粒经由返回导管26返回到炉体12的下部。返回导管可有利地包括图1中未示出的换热表面，以从循环的热颗粒回收热。

清洁的烟道气体流从颗粒分离器引导穿过竖直气体出口管28至交叉导管系统22，以经由交叉导管系统导送至后通路20。烟道气体从交叉导管系统穿过在第一后通路壁32中布置的面对炉体的第二短侧壁14'的开口30进入后通路。根据本发明，交叉导管系统22具有提供直气流通路的形式，其从颗粒分离器的各个竖直气体出口管28到第一后通路壁32中的开口30，倾斜于炉体的侧壁。

后通路通常包括用于将热从烟道气体传递至传热介质的换热表面34。在图1中，象征性地示出了仅一个换热表面，但实际上，通常存在若干换热表面，如，过热器、再热器、节省器和空气加热器。

冷却的烟道气体从后通路进一步导送至气体清洁级，如，图1中未示出的集尘器和二氧化硫洗涤器。清洁的烟道气体最终经由烟囱释放至环境，或其在氧燃料燃烧中进一步导送至二氧化碳隔离处。

图1中所示的循环流化床锅炉是常规顶部支承的类型，即，其包括支承系统36，支承系统36包括竖直柱38、水平横梁40和悬挂杆42，以从上方至少悬挂炉体。后通路20通常也是顶部支承的类型，且包括图1中未示出的类似的支承系统。交叉导管系统22有利地布置在高于炉体的支承系统36的水平处，至少部分在炉体的支承系统上方。因此，交叉导管系统有利地在底部支承，即，其由支承系统36从下方支承。

由于颗粒分离器18、交叉导管系统22和后通路20的不同热膨胀，故分别在颗粒分离器与交叉导管系统之间，以及交叉导管系统与后通路之间，有利地存在适合的波纹管44,46，或其它移动允许结构。由于支承系统36与交叉导管系统22之间的不同热移动，故交叉导管系统通过使用布置在炉体的支承系统上的滑动支承装置48来有利地支承在支承系统上。

图2示意性地示出了图1中的实施例的水平截面a-a。为了简单起见，支承构造(图1中的特征36)未在图2中示出。如图2中可见，交叉导管系统22包括两个镜面对称布置的部分50,50'。因此，交叉导管系统22包括第一导管结构50，其提供从布置在炉体的第一长侧壁16的一侧上的各个颗粒分离器18的出口管28到第一后通路壁32的直气流通路，以及第二导管结构50'，其提供从布置在炉体的第二长侧壁16'的一侧上的各个颗粒分离器18'的出口管28'到第一后通路壁32的直气流通路。

导管结构50,50'提供从各个颗粒分离器18,18'到第一后通路壁32中的开口30的直(即，可能最短)气流通路。由于颗粒分离器布置在两个长侧壁16,16'上且后通路在炉体的短侧壁14'上，故直气流通路自然镜面对称倾斜于炉体的所有侧壁。

各个导管结构50,50'有利地构造成没有分隔壁，且因此来自布置在相同的长侧壁16,16'上的颗粒分离器18,18'的烟道气体流形成组合的烟道气体流。第一导管结构50和第二导管结构50'中的组合烟道气体流分别具有第一气流方向52和第二气流方向52'，其镜面对称地倾斜于炉体的侧壁。为了在整个导管结构50,50'中将烟道气体流速保持为大致恒定的值，导管结构具有宽度w，其沿相应的烟道气流方向，在颗粒分离器的出口管28的位置处逐步增大。此恒定的烟道气体流速使得有可能使气体平顺流动，而没有过大的湍流，且最小化由仍由气体卷吸的细小颗粒引起的侵蚀。

烟道气体从各个导管结构50,50'经由第一后通路壁32中的开口30进入后通路20。有可能的是，存在用于来自各个导管结构50,50'的烟道气体的一个大开口，但有利的是存在第一开口区域54和第二开口区域54'中多个大致均匀分布的开口，其对称地位于第一后通路壁32的竖直中心线的相对侧上。

导管结构50,50'有利地由直管面板构成，其通常用于加热蒸汽。导管结构有利地构造成以便具有平面的底部和顶部，以及具有如图1中所示的恒定高度58的侧壁56。在图2中所示的实施例中，第一后通路壁32是平面的，且平行于炉体的第二短侧壁14'。因此，第一开口区域54和第二开口区域54'在具有倾斜于第一气流方向52和第二气流方向52'的法线方向的共同平面上。

图3示意性地示出了本发明的另一个实施例的水平截面，其与图2的差别在于，第一后通路壁不是完全平面的，而是其包括在其上部的一个区段，所谓的连接区段60，其具有朝炉体12突出的中心部分62。连接区段60优选具有仅略大于交叉导管系统22或导管结构50,50'的图1中所示的高度58的高度，而第一后通路壁的下部32'是平面的，且其中后通路20具有常规的矩形截面。这种朝炉体突出的连接区段60提供了允许从颗粒分离器18,18'到后通路20的水平上较宽的气流通路，同时具有在炉体12与后通路的矩形下部之间的一定距离的优点。

连接区段60包括水平地相邻的第一连接壁部分64和第二连接壁部分64'，分别包括第一开口区域66和第二开口区域66'，各个连接壁部分64,64'倾斜于炉体的第二短侧壁14'。作为优选，连接壁部分64,64'是平面的，且具有有利是大致分别平行于第一气流方向52和第二气流方向52'的法线方向。

各个连接壁部分64,64'具有中心边缘68,68'和最外边缘70,70'，其中中心边缘比最外边缘更接近炉体的第二短侧壁14'。根据图3，连接壁部分的中心边缘68,68'在中心部分62处连接在一起，但有可能它们与彼此分开。因此，例如在中心边缘之间可存在用于支承结构的竖直体积的自由空间。

图4示意性地示出了图1中所示的实施例的水平截面b-b。截面b-b在支承结构36的水平横梁40,72的正上方截取，且示出了水平横梁上的导管系统50,50'的滑动支承装置48的位置的实例。

图5示意性示出了布置在颗粒分离器18'的竖直出口管28'附近的导管系统50'中的流动引导部74的实例。流动引导部74将烟道气流76从气流方向上较早的颗粒分离器的气体出口管引导至气流方向上随后的颗粒分离器18'的气体出口管28'的竖直延伸部的侧部，以最小化来自后续的颗粒分离器的烟道气流之间的干扰。流动引导部74通过使导管结构50'的侧壁78弯曲来形成，以便形成适合的气体引导装置。作为备选，例如，如图2中所示，流动引导部可构造为形成在具有简单的逐步弯曲侧壁56的导管系统内的单独部件。

尽管本文通过结合目前认作是最优选的实施例的实例描述了本发明，但将理解的是，本发明不限于公开的实施例，而是旨在覆盖其特征的各种组合或改型，以及如所附权利要求中限定的本发明的范围内包括的若干其它应用。