具有提高的可靠性的床内固体控制阀的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明总体上涉及循环流化床(CFB)反应器和锅炉领域，所述反应器和锅炉诸如是用于发电设施和工业设施中的反应器和锅炉。本发明特别地涉及同时包含CFB和一个或多个鼓泡流化床(BFB)的CFB反应器装置，鼓泡流化床将材料进给到CFB反应器围封体的下部，并且本发明涉及用于控制固体在慢速鼓泡床区域和高度流化的CFB区域之间的流动的非机械阀。
[0002]反应器和锅炉可以以多种布置方式一起使用CFB和BFB。例如，美国专利第5，533，471号教示了将慢速BFB放置到较快移动CFB室的底部下方和旁边。在美国专利第5，526，775号中，慢速BFB位于快速CFB的上方并在快速CFB的旁边。授予Goldbach的美国专利第5，190，451号示出了一种CFB室，其将热交换器浸入位于该室下端处的流化床中。授予Alliston等人的美国专利第5，184，671号教示了具有多个流化床区域的热交换器。本发明可以适于与这些或其它装置一起使用。
[0003]本发明也涉及用于调节固体运动的阀，所述固体包括位于BFB和CFB之间的固体燃料。本发明具体涉及非机械阀，以通过调节位于各围封体之间的壁内开口处的局部流化而控制粒状固体在各流化床之间的流动。作为一般原则，通过为位于各围封体之间的开口紧周围区域充分地充气而使此类阀“打开”，使得颗粒被“流化”并且以类似于液体的方式流过该开口。通过停止或者放慢所述开口周围的流化而使此类阀“关闭”，使得颗粒不再以与液体类似的方式表现和流动。
[0004]例如，授予Belin等人的美国专利第6，532，905号描述了一种具有可控床内热交换器(IBHX)的CFB锅炉。该锅炉同时包括CFB炉和位于该CFB炉内部的独立可控的BFB热交换器。可以通过控制从BFB的下部排放到较大CFB炉内部的固体的速率而控制在BFB热交换器内的热传递。可以通过使用位于CFB和BFB之间的至少一个非机械阀来完成该排放控制。通过控制位于非机械阀附近的流化气体的流速可以运行该非机械阀。减少或者完全关闭流向控制流化装置(典型地，泡罩)的流化气流阻碍局部流化，并且因此放慢或者停止固体运动穿过该非机械阀，因此允许控制从BFB到CFB排放的固体(例如，参见美国专利申请公布 US2011/0073049A1)。
[0005]Belin等人的现有技术非机械阀的一个问题是固体床料可能落入流化装置(例如泡罩)中，特别地，当关闭流化气流以限制固体流过该阀时更是如此。对于位于活动流化装置附近的空转流化装置，该问题会特别严重。一旦开始返回，此可能堵塞流化气流并且可能阻碍非机械阀的进一步使用。
[0006]降低位于非机械阀附近的流化气体的流速的另一问题是床料结块。使流化气体停止减少了局部床混合。当床固体燃烧继续时，局部床的温度会上升，此可能导致固体材料结块。结块也可能发生在锅炉的其它地方，团块最终随着系统中的其它固体流移向非机械阀。此类团块无论形成或者聚集在阀的附近都可能最终堵塞阀并且阻碍它的运行。
[0007]运行包括BFB的CFB锅炉的又一问题是CFB炉的有力流化可能会干扰非机械阀附近的局部流化。此可能会对从BFB经由该阀进入CFB的固体流的控制造成干扰，该阀至少部分地依赖于控制流化。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种改进的非机械阀组件，该组件可以与现有技术流化床锅炉一起使用，该现有技术流化床锅炉包括但不限于授予Belin等人的美国专利第6，532，905号所教示的CFB锅炉，该CFB锅炉包括联结到CFB的BFB。如所提到的，非机械阀可以用以通过调节位于各围封体之间的壁中开口处的局部流化来控制粒状固体在各围封体之间的流动。典型地，此类阀通过将流化气体注入到位于两围封体之间的开口紧周围区域而使此类阀“打开”，使得固体颗粒被“流化”，即以类似于液体的方式表现。当固体颗粒被流化时，它们流过壁中的开口。通过停止或者放慢气体注入而使此类阀“关闭”，由此终止该开口周围的流化。由于流化，固体壳体不再如液体一样表现或流动，并且因此不再流过壁中的该开口，或者仅以低得多的速率流过。
[0009]本发明消除了与通过减少或者停止流化介质流而临时关闭非机械阀相关联的问题。通过提供收集器而得以解决当关闭流化气流时固体材料回筛进入流化装置并因此导致流化装置堵塞的问题。这些收集器典型地放置在流化装置的下方，使得回筛进入流化装置的固体落入收集器中并存储在阻碍流化气体流动的水平高度下方。周期性地或连续地从收集器去除固体，以保持固体的水平高度足够地低。在优选实施例中，在锅炉运行期间可以排空收集器，而不会中断流化介质的流动，理想地不会破坏任何密封，破坏密封会允许流化介质逃逸。
[0010]去除装置也设置在阀装置中以基于固体的较大尺寸和较大重量从固体流中去除团块。由此，减少了大团块粘附于阀中并堵塞阀的可能性。在优选实施例中，去除装置被密封以免受炉压，控制从该系统去除固体的速率，并且冷却被去除的材料。
[0011]本发明也缓解了 CFB炉的强流化和流化控制非机械阀之间的干涉，该非机械阀位于CFB和BFB之间。从BFB围壁伸入BFB和/或CFB的壁形成通道或者涵道，所述通道或者涵道阻挡阀开口附近的侧向固体流动。这些壁遮蔽位于CFB和BFB之间的开口，以防止CFB固体搅拌的最极端影响，并且因此提高对局部流化的控制和非机械阀的功能。
[0012]在优选实施例中，当停止由独立受控流化装置引起的局部流化时，很少或几乎没有固体流通过非机械阀，即该阀“关闭”。本发明教示了如何设计BFB和CFB之间的通道，这些通道以L阀的方式基本上堵塞颗粒流。本发明的所有改进都可以应用于一范围的非机械阀，这些非机械阀通过使用局部流化来调节不同隔室之间的粒状材料流，特别地，其中这些隔室中的至少一个包含流化床。
[0013]因而，本发明的一方面是关于一种循环流化床锅炉，该循环流化床锅炉包括:循环流化床锅炉反应室，其包括侧壁和分布网格，该分布网格限定位于循环流化床锅炉反应室下端处的底板，该分布网格适于将流化气体提供到循环流化床锅炉反应室；鼓泡流化床，其位于循环流化床锅炉反应室的下部中并且由围壁和循环流化床锅炉反应室的底板界定；至少一个可控床内热交换器，该床内热交换器占据循环流化床锅炉反应室的底板的部分并且位于鼓泡流化床的围壁内；至少一个非机械阀，其设计成允许控制固体从鼓泡流化床排放到循环流化床锅炉反应室中，该阀包括位于鼓泡流化床的围壁中的至少一个开口并且包括位于所述开口的上游和下游中的至少一个处的至少一个独立受控流化装置；所述至少一个独立受控流化装置的每个连接到相应流化介质供应装置，独立受控流化装置适于控制固体从鼓泡流化床排放到循环流化床锅炉反应室的流速，独立受控流化装置独立于分布网格受控；独立受控流化装置和流化介质供应装置中的至少一个连接到并包括收集器，所述收集器适于在固体回筛到流化装置中的情形下收集固体，使得所收集的固体不阻塞流化介质的供应；
阀，用于密封收集器、流化装置和流化介质供应装置中的至少一个，以允许在循环流化床炉运行期间从收集器去除回筛固体；非机械阀还包括至少一个固体去除装置，所述固体去除装置适于去除位于鼓泡流化床围壁中的所述至少一个开口的上游和下游中的至少一个处的团块；该去除装置的每个都连接到至少一个螺旋冷却器，螺旋冷却器适于密封以免受炉压、控制固体从去除装置的排放速率以及冷却所排放的固体和团块；鼓泡流化床围壁包括与位于鼓泡流化床围壁中的一个和多个开口相邻的多个通道壁，所述壁总体上远离该围壁伸入循环流化床和鼓泡流化床中的至少一个，通道壁适于减少固体沿垂直于固体从鼓泡流化床到循环流化床的排放方向的一个或多个方向的侧向运动。
[0014]因而，本发明的又一方面涉及一种循环流化床锅炉，该循环流化床锅炉包括:循环流化床锅炉反应室，其包括侧壁和分布网格，该分布网格适于将流化气体提供到循环流化床锅炉反应室；鼓泡流化床，其位于包括至少一个围壁的隔室中；至少一个可控床内热交换器，该床内热交换器位于包括鼓泡流化床的隔室内；至少一个非机械阀，其适于控制固体从鼓泡流化床排放到循环流化床锅炉反应室，该阀包括位于围壁中的至少一个开口并且包括位于该开口上游和下游中的至少一个处的至少一个独立受控流化装置；所述独立受控流化装置的每个连接到相应流化介质供应装置，独立受控流化装置适于控制固体从鼓泡流化床到循环流化床锅炉反应室的流速，独立受控流化装置独立于分布网格受控；以及收集器，所述收集器联结到一个或多个独立受控流化装置，所述收集器适于在固体回筛到流化装置中的情形下收集固体，使得所收