专利名称:带有独立循环床的流化床蒸汽发生器及产生蒸汽的方法
本发明涉及流化床热交换器及产生蒸汽的方法，特别是涉及以多层堆叠式流化床产生热量的蒸汽发生器及相应方法。
由于流化床具有传热速率高的优点，同时又能减少腐蚀、锅炉水垢及二氧化硫的产生，故被公认为是一种引人注目的热源。在典型的流化床装置中，空气向上通过大量粒状物料构成的床层并使其膨胀，以至呈悬浮或流化状态。然而，输入到与流化床进行热交换的水流中的热量范围有一内在的限度，其主要原因是，送往流化床中的空气量必须足以使床层维持在流化状态，但又不导致过量的粒状物料被吹走。
上述缺点在很大程度上已被美国专利第3，823，693号中所披露的热交换器所克服。该专利于1974年7月16日批给Bryers和Shenker，并与本申请转让给同一受让人。在该专利所披露的装置中，热交换器的燃烧段由多个纵向堆叠的室所组成，各室均含有一个流化床。欲被加热的流体在热交换器中向上通过流化床，借此逐步提高该流体的温度。每个床层之上均设有管束为来自各床层的烟道气提供对流传热表面。粒状物料与从各床层逸出的烟道气相分离并返回到最下面的床层，该床层的作用相当于一个循环室，用于烧除粒状物料中所残存的碳。
然而，各床层之上可用于安装管束的空间是较小的，这是由于管束间隙、进行焊接的必要间距以及燃烧的要求，使每个床室之上的有效截面积受到了限制。这样，由管束所确定的对流传热表面就被限制到某种程度，以致使得各床层的单位对流表面的烟道气的质量流量和传热系数均小于最佳值。又由于对循环床不提供新鲜燃料，由于燃料变化而导致的热输入量的异常变化或蒸汽发生器的输出变化就会经常发生，另外，在循环室中因没有控制存料量和流化速度的手段，进一步增加了控制各床层换热量的难度。
因此，本发明的目的是提供一种蒸汽发生器和产生蒸汽的方法，该蒸汽发生器既具有多层堆叠式流化床的优点，又能提供具有最佳尺寸的对流传热表面。
本发明的另一个目的是提供上述类型的蒸汽发生器和产生蒸汽的方法，在蒸汽发生器中将新鲜燃料加到循环床中以防止热输入量的异常变化。
本发明的更进一步的目的是提供上述类型的蒸汽发生器和产生蒸汽的方法，其中循环床的存料量和流化速度是可以控制的。
为达到上述目的及其它目的，在燃烧炉壳体中装设了多层垂直堆叠式流化床，邻接该炉又装设了热量回收炉以接收从多层流化床逸出的烟道气。在热量回收炉中也安置了一个流化床。另有一个或两个分离器邻接热量回收炉，用以接收烟道气并分离出夹带的固体颗粒。分离出的固体颗粒则循环返回到热量回收炉中的流化床中去。在循环床中加入新鲜燃料，且该床的存料量及流化速度是可控制的。
通过参照下面的关于本发明的具体实施方案的详细描述和附图，可进一步理解上面的本发明的简要描述及其它目的、特性及其优点。这些实施方案是较好的，但只起说明作用。本说明书的附图是本发明的蒸汽发生器的纵向剖面示意图。
本发明的蒸汽发生器如附图所示，它包括由延伸在燃烧室10中的三个主要的流化床室A、B和C所组成的燃烧炉部分。燃烧室10则由前壁12、后壁14、侧壁16以及另一侧壁(图中未绘出)所限定。各床室A、B和C的细节将在后文叙述。
距后壁14一定距离处设置有另一壁18，用以形成邻接燃烧室10的热量回收室20。靠近壁18处设有一对旋风分离器22和24，二者分别经管道26和28与室20相通。
在前、后壁12和14之间安装有三个在垂直方向呈一定距离的水平、多孔的空气分布板30，这三个板分别在室A、B和C内延伸到周围四壁。在各分布板30的下方均设有风室34，各床室A、B和C的空气入口管32(图中以断面形式绘出)经侧壁16伸入各风室34中。这样，空气被分布到各床室A、B和C中，空气流量由气闸或类似部件进行控制(图中未绘出)。
前壁12的不同高度处安装有三个撒布器36，分别与床室A、B和C相通。撒布器36用以从外部来源接收粒状燃料，并以常规方式将其撒入各个床室。不言而喻，可以常规方式用滴管或类似物(图中未绘出)将诸如石灰石类的吸附剂送到各床室A、B和C中，借以将粒状燃料燃烧产生的硫化物吸附掉。这样，粒状物料在各床室A、B和C中就形成了物料床，空气经分布板30进入各床时就将粒状物料向上吹起成流化状态。
紧挨着每个分布板30的板面上方都安装有管束38，这些管束位于各床室A、B和C中所形成的流化床内。每个管束均与循环水系统(图中未绘出)相连，以常规方式经这些管束将流化床中的热量移出。不言而喻，循环水或蒸汽系统还应包括相应的集管器、泄水管及类似部件(图中未绘出)，借以通过管束38将流化床中生成的热量传输到水或蒸汽中。
在后壁14的不同高度处还设置有三个开口40，这些开口可将各床室A、B和C中产生的烟道气从室10排放到室20中。在室20的下部设置了一个与床室A、B和C相同的流化床室D，该室带有空气入口32、风室34、撒布器36，以及一作用与上述A、B、C各室中管束完全相同的管束38。床室D中亦设置有排出堰41，该堰以常规方式控制床室D中粒状物料的体积容量。
从床室A、B和C经开口40进到室20中的气体和来自床室D的气体在室20中混合，借自然对流上升到室20的顶部，然后经导管26和28分别进入旋风分离器22和24中。
旋风分离器22和24按常规方式操作，将夹带到那里的固体粒状物料从气体中分离出来。除掉固体颗粒的气体从分离器22中经排出管42送往外部热回收区(图中未绘出)，分离器24中的清净气体经出口管44进入排出管42中。不言而喻，外部热回收区应包括用以从气体中移走热量的多组管束，此后气体进入列管式空气加热器、集尘室、引风机，最后到烟囱。所有这一切都与常规相同，故未绘出。
分离器22和24各具有一漏斗状部分，用以收集从烟道气中分离出来的细小颗粒并将其送入注入线46和48中。注入线46和48可将颗粒返回到床室D中。床室D中的颗粒与通过撒布器36送入该室的新鲜粒状燃料汇合，混合颗粒则在该室中流化并燃烧，其方式与前面所述的流化床室A、B和C中的粒状燃料的流化和燃烧是类似的。
不言而喻，壁12、14和16都是由多根竖直延伸的管子以常规方式联结而成的，这些管子和上汽锅50以及多个集管器形成了自然循环流动回路。集管器在附图中的标注数字号为52，分别位于上述各壁的底端。图中仅标出了多根管子中的两根，标号也为52。因为这种设置是符合惯例的，故本文不进行更详尽的叙述。
在操作中，将空气通入配置于床室A、B和C中的各个流化床将其流化。不言而喻，空气速度和流率需要调节，以使其高到足以使粒状燃料达到流化状态并获得经济的燃烧效率或热释放速率(单位床层面积)，但只要低到足以避免过多的细小燃料颗粒从床层中逸出而损失，并应使气体具有足够的停留时间以供加入到床层中的吸附剂将硫化物除掉。通过各流化床后，被加热的空气与来自各床的燃烧产物相汇合，所形成的混合气体(以下均称之为烟道气)通过位于壁14上的开口40流入热回收室20中。来自床室D的烟道气与来自床室A、B和C的气体一道，在热回收室20中凭借自然对流而上升，然后分别经导管26和28从该室排出，再分别进入分离器22和24之中。
在烟道气中夹带的固体燃料和吸附剂颗粒在分离器22和24中被分离出来，同时洁净气体通过导管42和44送往热回收区。被分离出的颗粒(包括烟灰、未反应的燃料和吸附剂等)被喷到床室D中的流化床内，在该处这些颗粒与通过D室撒布器而供料的新鲜燃料相混合。从入口管32送入各床室A、B、C和D的空气的速率需进行调节，床室D中的物料量被该室的出口堰41严格控制，以便一旦在该室中的存料量达到足以维持稳定状态时，避免存料量的任何增加。
本发明的蒸汽发生器具有若干优点。例如，在本发明的系统中所需要的物料处理设备可减小到最小程度，于是大大降低了整个蒸汽发生器的投资。而且，烟道气在热回收室20中的停留时间较长，因其必须通过室20的全程高度。该气体一直维持在较高的温度下，足以促进这些气体借助从床室A、B和C周期性加入的热燃气体而进行燃烧。再者，当气流在该室中上行时，进入室20的任何二氧化硫气体能与细小的吸附剂颗粒进一步反应，从而得到最大的脱硫效率和用于控制二氧化硫发生的最小的吸附剂用量。还有，本发明可允许床室D上方的自由空间段设计得非常高，以保证前述的各项优点。还有一点就是，借助于向循环床引入新鲜燃料，热输入量可基本维持恒定。床室D中循环床的存料量和流化速度亦可控制以使其保持稳定状态。
不言而喻，在不超出本发明的范围之前题下，前述内容可做一定修改。例如，在某种场合下在床室D中无需设置换热器管束。此外，床室D的功能仍与前述相同，只是不具备由管束所提供的移热功能。
权利要求
1.包括下述部分的蒸汽发生器燃烧炉，该燃烧炉中用于限定含有燃料的粒状物料的多个彼此在垂直方向有一定距离的床的设施，用于将空气引入该床而使其流化的设施，带有可将烟道气从该流化床排出的释放口的该炉的一个边壁，包括边壁在内的用于限定邻接于该燃烧炉的接收上述烟道气用的热回收炉体的设施，在该热回收炉该中用于限定上述物料的床的设施，在该热回收炉中用于将空气引入该床以使上述物料在该炉中流化的设施，邻接于该热回收炉用于接收从该炉中逸出的烟道气并将其夹带的固体颗粒从该烟道气中分离掉的设施，将分离出的颗粒注入到该热回收炉内的流化床中的设施，以及将补充燃料物料加入到该热回收炉内的该流化床中的设施。
2.根据权利要求
1所述的蒸汽发生器，还包括可改变引入到上述热回收炉内的上述流化床中的空气的流化速度的设施。
3.根据权利要求
2所述的蒸汽发生器，还包括可控制上述热回收炉内的上述流化床中的物料存量的设施。
4.根据权利要求
1所述的蒸汽发生器，其中上述燃烧炉和上述热回收炉的两个侧壁是由横跨该蒸汽发生器宽度的两个连续壁所构成的。
5.根据权利要求
1所述的蒸汽发生器，还包括从各彼此在垂直方向有一定距离的该流化床中移去热量的设施。
6.根据权利要求
1所述的蒸汽发生器，还包括从上述热回收炉内的上述流化床中移去热量的设施。
7.根据权利要求
6所述的蒸汽发生器，其中上述移热设施包括管道设施和使水通过该管道设施的设施。
8.根据权利要求
1所述的系统，其中上述热回收炉中的上述流化床位于该炉的底部，以使该流化床的烟道气在逸出该炉前向上经过该炉的全长。
9.根据权利要求
1所述的蒸汽发生器，其中从上述彼此在垂直方向有一定距离的床逸出的烟道气与从上述热回收炉内的流化床逸出的烟道气相汇合。
10.根据权利要求
1所述的蒸汽发生器，其中所述的分离设施包括邻接于上述热回收炉的用以接收从上述各床逸出的烟道气的多个旋风式分离装置。
专利摘要
带有独立循环床的流化床蒸汽发生器，其中多个竖直堆叠的流化床装设于燃烧炉内，邻接于该炉的热回收炉用于接收上述各流化床的烟道气，此炉中亦设有一流化床。邻接于热回收炉的分离器可将烟道气中夹带的固体颗粒分离。将分离出的颗粒引回到热回收炉中。新鲜燃料输入到循环床中，该床的物料存量和流化速度是可控制的。
文档编号F22B1/00GK87103597SQ87103597
公开日1988年1月27日 申请日期1987年5月18日
发明者胡安, 安托尼奥, 加西亚-马尔洛尔, 米歇尔·吉阿德·阿里斯顿 申请人:福斯特·维勒能源公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan