专利名称：床内固体控制阀的制作方法
床内固体控制阀技术领域
本发明总地涉及例如用于工业设备或电厂设施内的循环流化床(CFB)反应器或 锅炉的领域，且尤其涉及用于控制固体从床内热交换器(IBHX)至CFB的固体排放的非机械阀。
背景技术：
Belin等人的美国专利No. 6，532，905记载了一种具有可控IBHX的CFB锅炉。该 锅炉包括CFB反应室以及位于反应室内的鼓泡流化床(BFB)热交换器。通过控制固体从 BFB下部排入反应室的速度来控制热交换器中的热交换。在一个实施例中，排放控制是采用 至少一个非机械阀完成的，所述非机械阀经由阀附近的流化气体供给得以控制。
控制热交换的另一种方法在美国专利No. 6，532，905中披露。在这种情形下，通过 使用从BFB下部延伸至形成IBHX外壳的壁的最低部处或之上的高位的一个或多个导管来 控制热交换。通过使导管中的固体颗粒流化，增进其通过导管的向上运动，致使固体颗粒从 BFB排入周围CFB。通过控制流化气体流量或工作中的导管数目，从BFB至CFB的总固体排 放得以控制，由此控制IBHX中的热交换。
CFB锅炉的容量和/或其出口蒸发参数越高，其所需要的IBHX热负载越高。这在 具有升高的氧浓度的氧燃烧CFB锅炉中更为突出，此时对于给定的反应室尺寸而言，所要 求的IBHX热负载剧烈增加，这导致IBHX高度增大。由于BFB相对CFB较高的密度，非机械 阀两侧的压差可达几十英寸的水柱压，这导致固体通过阀排放的高速度以及总体很高的排 放流量。后者可能超过固体排量的要求额定值并因此会不利地影响热交换的可控制性。在 固体控制阀附近高的固体速度可能造成热交换器中的加热表面的任意毗邻管道的腐蚀，以 及处在阀喷射尾流中的CFB反应室内的泡罩腐蚀。
鉴于上述内容，需要一种提高CFB锅炉的操作性和可靠性的固体控制阀，这种锅 炉包含可控IBHX。发明内容
本发明通过利用控制从IBHX进入CFB反应室的固体排放的至少一个非机械阀改 善了 CFB锅炉的操作性和可靠性。
因此，本发明的一个方面针对一种循环流化床(CFB)锅炉，该CFB锅炉包括CFB 反应室，该CFB反应室具有侧壁以及在CFB反应室下端界定底部以将流化气体提供进入CFB 反应室的栅架；鼓泡流化床(BFB)，该鼓泡流化床位于CFB反应室的下部并由外壳壁和CFB 反应室的底部界定；至少一个可控的床内热交换器(IBHX)，该IBHX占据反应室底部的一部 分并由BFB的外壳壁围绕；以及至少一个非机械阀，该非机械阀设计成允许控制从BFB进入 CFB反应室的固体排放，该阀包括在BFB外壳壁中至少一个开口、位于外壳壁中至少一个开 口的上游的至少一个独立受控的第一流化装置、位于外壳壁中至少一个开口的下游的至少 一个独立受控的第二流化装置，其中外壳壁中的至少一个非机械阀开口的底部高度处于独立受控的第一和第二流化装置两者的顶部或其之上。
本发明的另一方面针对一种循环流化床(CFB)锅炉，包括CFB反应室，该CFB反 应室具有侧壁以及在CFB反应室下端界定底部以将流化气体提供进入CFB反应室的栅架； 鼓泡流化床(BFB)，该鼓泡流化床位于CFB反应室的下部并由外壳壁和CFB反应室的底部界 定；至少一个可控的床内热交换器(IBHX)，该IBHX占据CFB反应室底部的一部分并由BFB 的外壳壁围绕；以及至少一个非机械阀，该非机械阀设计成允许控制从BFB进入CFB反应室 的固体排放，该阀包括在BFB外壳壁中至少一个开口、位于外壳壁中至少一个开口的上游 的至少一个独立受控的第一流化装置、位于外壳壁中至少一个开口的下游的至少一个独立 受控的第二流化装置，其中外壳壁中的至少一个非机械阀开口的底部高度处于独立受控的 第一和第二流化装置两者的顶部或其之上，其中至少一个IBHX选自过热器、再加热器、节 热器或蒸发表面中的一者或多者，并且至少一个IBHX的管道受形成在至少一个开口附近 的管道表面上的耐磨材料层保护。
表征本发明的各新颖性特征在所附并作为本公开一部分的权利要求书中逐一详 细指出。为了更好地理解本发明、其工作优点及其使用所获得的具体利益，下面参见附图和 描述内容，其中示出了本发明的示例性实施例。
图1是根据本发明的CFB锅炉的截面侧视图2是从箭头2-2方向观察到的图1的CFB锅炉的截面侧视图，
图3是根据本发明第一实施例的CFB锅炉的部分截面侧视图，其示出位于开口下 游的流化装置下游的流动控制阻挡件；以及
图4是根据本发明第二实施例的CFB锅炉的部分截面侧视图，其示出位于开口下 游的流化装置上游的流动控制阻挡件。
具体实施方式
本发明总地涉及例如那些用于工业设备或电厂设施内的循环流化床(CFB)反应 器或锅炉的领域，且尤其涉及用于控制固体从床内热交换器(IBHX)至CFB的固体排放的非 机械阀。
在氧燃烧的情形下，这通常意味着采用一般主要由氧化物和循环烟道气构成的氧 浓度提高的氧化剂来取代空气，术语“初级空气”和“次级空气”应当相应地代替以术语“初 级氧化剂”和“次级氧化剂”。
如本文中使用的，术语CFB锅炉用来指代其中发生燃烧过程的CFB反应器或燃烧 器。尽管本发明尤其针对将CFB燃烧器作为生热装置的锅炉或蒸汽发生器，要理解本发明 可容易地用于不同种类的CFB反应器。例如，本发明可用于化学反应而不是燃烧过程的反 应器，或者用在将来自别处发生的燃烧过程的气体/固体混合物提供给反应器以供进一步 处理时，或用在反应器仅提供将颗粒或固体夹带在不一定是燃烧过程副产品的气体中的外 壳时。
现在参见附图，其中相同附图标记在所有这些附图中表示相同或功能类似的部 件，并且尤其对于图1和图2，其中示出CFB反应器或锅炉，它具有包含壁2 (h、2b、2c和2d)的腔室1以及浸没在BFB 4中的IBHX 3。反应室1内的CFB主要包括来自燃料5燃烧的 灰，硝酸盐吸附剂6构成的固体，以及在某些情形下，通过至少一个壁2馈入并由通过构成 一部分反应室底部的分配栅架9提供的初级空气8流化的外部惰性材料7。一些固体由产 生自燃料燃烧过程的气体夹带并如箭头15所示向上移动最终到达反应室出口处的颗粒分 离器16，例如碰撞型微粒分离器或U束。尽管一些固体17通过分离器16，但其大多数18 被捕获并再循环回到反应室1。落在上升流固体流15之外的这些固体加上其它物质19馈 给至BFB 4, BFB 4由通过分配栅架沈馈给的流化介质25流化，所述分配栅架沈构成反应 室底部的另一部分。分别用于从CFB 1和BFB 4去除固体的装置27J8设置在反应室底部 的相关区域内。
BFB 4通过外壳30与CFBl隔开。形成BFB外壳30的壁可以若干方式来构造。优 选地，外壳壁可由覆盖以例如耐火物质的耐磨材料以防止工作过程中管道侵蚀的流体冷却 管50(图3所示)构成。形成外壳30的管道50向上延伸至某一高度，这一高度可达到CFB 反应室1内要求的BFB 4高度。在所要求的高度之上，管道50成组以形成次级空气喷嘴 55。馈送至这些喷嘴的空气60越过BFB 4注入CFB 1，由此其喷射流65不使固体流18、19 偏向而落到BFB4上。分组管道50允许形成开口 70，通过开口 70固体流18、19落到BFB 4 上。在到达壁2b后，管道50成为壁的一部分。相对壁2d上的次级空气喷嘴75位于CFB 反应室1的外部。由于没有IBHX 3位于喷嘴75下方，喷嘴75的喷射流80不会造成任何 不理想的效果。
图3示出在非机械阀40周围区域的放大图。阀包括外壳30中的开口 85以及分 别位于开口 85上游和下游的独立受控的流化装置86、87。可将这些流化装置实现为分别 连接于相应流化介质源46、45的若干泡罩。如本领域内技术人员所知，分配栅架的最惯常 设计是从相应流化介质的相应源——即对CFB而言是8而对BFB而言是25——送入的一列 泡罩。泡罩由泡罩本体和供气管构成，所述供气管通常称为杆部，它将流化介质和流化床互 连。流化气体沿杆部向上输送至泡罩，自此通过多个出口孔分配给流化床。从出口孔逸出 的流化气体喷射流渗入CFB或BFB床，在每个泡罩周围的区域内提供其流化气体。为了防 止泡罩在开口 85附近因通过开口的固体流动而被侵蚀，泡罩的顶部不应高于开口 85的底 部。
流动控制阻挡件90可设置在开口 85的下游侧。它提供对通过开口 85的固体流 动的限制并使从该开口喷出的固体喷射流的喷射方向偏离泡罩9或CFB反应室1中的其它 流化装置。在本发明的一个实施例中，流动控制阻挡件90设置在流化装置87的下游(见 图3)。在第二实施例中，流动控制阻挡件位于流化装置97的上游(见图4)。流动控制阻 挡件90的顶部将至少象开口 85底部那么高并可高于开口 85的顶部。流动控制阻挡件将 受高床温和来自流过开口 85的固体的显著侵蚀影响。这要求流动控制阻挡件由耐高温和 耐磨材料制成，例如陶瓷或耐火砖。其它选择方案包括用覆盖耐热材料的管道制造流动控 制阻挡件。
从BFB 4吸收热量的IBHX3加热表面可以是过热器、再加热器、节热器或蒸发器或 本领域内技术人员已知的这些类型加热表面的结合。加热表面一般包括从中输送例如水、 水和蒸汽二相混合或蒸汽的热传导介质的管道91。由于BFB4中的低流化速度和IBHX3两 侧的固体的低速，其通常的侵蚀可能性非常低。然而，在开口 85附近，固体朝向开口运动的速度显著增大，这会增加管道91侵蚀的可能性。为了降低或防止管道91的侵蚀，管道91 优选地配置成不位于开口 85附近(如图3所示)。可基于开口 85附近的局部固体速度的 估算(这是由通过开口 85的体积排放速率确定的)并考虑到固体的侵蚀特性来估计预期 的侵蚀速度。基于可容许的侵蚀速度以及使用上述原理确定的估计侵蚀速度来定位管道91 以减少侵蚀。因此，如图3所示，为了减少管道侵蚀，IBHX 3中的下管道91端部不位于开 口 85附近，因为它们不象IBHX3中其它管道91那么靠近地延伸至外壳壁30和开口 85。作 为进一步的预防措施，管道91靠近开口 85的部分可受到例如通过焊接于管道91的螺栓固 定的耐火材料的耐磨材料层95的保护。
从BFB 4排放至CFB 1的固体控制是通过控制流化介质流量45、46完成的。流动 至固体控制阀附近的气体增进从BFB 4下部进入CFB 1的固体排放。这些流量的独立控 制，例如将其呈交替周期地导通和切断，使固体排放速率变得平滑。具体的流化介质控制模 式(循环频率、周期长度等)取决于床材料的特性和锅炉工作要求并在锅炉试运转过程中建立。
尽管已示出并详细描述本发明的特定实施例以阐明本发明的应用和原理。然而要 理解，本发明不局限于此并且本发明可以其它方式体现而不脱离这些原理。在本发明的一 些实施例中，有时可采用本发明的某些特征来得益而不相应地使用其它特征。因此，所有这 些变化和实施例完全落在下面权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种循环流化床(CFB)锅炉，包括CFB反应室，所述CFB反应室具有侧壁以及在CFB反应室下端界定底部以将流化气体提 供进入CFB反应室的栅架；鼓泡流化床(BFB)，所述鼓泡流化床位于CFB反应室的下部并由外壳壁和所述CFB反应 室的底部界定；至少一个可控的床内热交换器(IBHX)，所述IBHX占据反应室底部的一部分并由BFB的 外壳壁围绕；以及至少一个非机械阀，所述非机械阀设计成允许控制从BFB进入CFB反应室的固体排放， 所述阀包括在BFB外壳壁中的至少一个开口、位于所述外壳壁中的所述至少一个开口的上 游的至少一个独立受控的第一流化装置、位于所述外壳壁中的所述至少一个开口的下游的 至少一个独立受控的第二流化装置，其中所述外壳壁中的所述至少一个非机械阀开口的底部高度处于独立受控的第一和 第二流化装置两者的顶部或顶部之上。
2.如权利要求1所述的CFB锅炉，其特征在于，还包括位于所述外壳壁中的所述至少一 个开口的下游的至少一个流动控制阻挡件，其中所述流动控制阻挡件的顶部高度等于或高 于所述外壳壁中的所述至少一个开口的底部高度。
3.如权利要求2所述的CFB锅炉，其特征在于，所述至少一个流动控制阻挡件位于所述 至少一个独立受控的第二流化装置的下游。
4.如权利要求2所述的CFB锅炉，其特征在于，所述至少一个流动控制阻挡件位于所述 至少一个独立受控的第二流化装置的上游。
5.如权利要求2所述的CFB锅炉，其特征在于，所述至少一个流动控制阻挡件由耐磨材 料制成。
6.如权利要求2所述的CFB锅炉，其特征在于，所述至少一个流动控制阻挡件由覆有耐 热材料的管制成。
7.如权利要求1所述的CFB锅炉，其特征在于，所述至少一个IBHX选自过热器、再加热 器、节热器或蒸发表面中的一个或多个。
8.如权利要求1所述的CFB锅炉，其特征在于，所述至少一个IBHX的管道配置成不位 于所述至少一个开口的附近以减少管道的侵蚀。
9.如权利要求1所述的CFB锅炉，其特征在于，所述至少一个IBHX的管道受形成在邻 近所述至少一个开口的管道表面上的一层耐磨材料的保护。
10.一种循环流化床(CFB)锅炉，包括CFB反应室，所述CFB反应室具有侧壁以及在CFB反应室下端界定底部以将流化气体提 供进入CFB反应室的栅架；鼓泡流化床(BFB)，所述鼓泡流化床位于CFB反应室的下部并由外壳壁和所述CFB反应 室的底部界定；至少一个可控的床内热交换器(IBHX)，所述IBHX占据CFB反应室底部的一部分并由 BFB的外壳壁围绕；以及至少一个非机械阀，所述非机械阀设计成允许控制从BFB进入CFB反应室的固体排放， 所述阀包括在BFB外壳壁中的至少一个开口、位于所述外壳壁中的所述至少一个开口的上游的至少一个独立受控的第一流化装置、位于所述外壳壁中的所述至少一个开口的下游的 至少一个独立受控的第二流化装置，其中所述外壳壁中的所述至少一个非机械阀开口的底部高度处于独立受控的第一和 第二流化装置两者的顶部或顶部之上，所述至少一个IBHX选自过热器、再加热器、节热器或蒸发表面中的一个或多个，并且所述至少一个IBHX的管道受形成在邻近所述至少一个开口的管道表面上的耐磨材料 层保护。
11.如权利要求10所述的CFB锅炉，其特征在于，还包括位于所述外壳壁中的所述至少 一个开口的下游的至少一个流动控制阻挡件，其中所述流动控制阻挡件的顶部高度等于或 高于所述外壳壁中的所述至少一个开口的底部高度。
12.如权利要求11所述的CFB锅炉，其特征在于，所述至少一个流动控制阻挡件位于所 述至少一个独立受控的第二流化装置的下游。
13.如权利要求11所述的CFB锅炉，其特征在于，所述至少一个流动控制阻挡件位于所 述至少一个独立受控的第二流化装置的上游。
14.如权利要求11所述的CFB锅炉，其特征在于，所述至少一个流动控制阻挡件由耐磨 材料制成。
15.如权利要求11所述的CFB锅炉，其特征在于，所述至少一个流动控制阻挡件由覆有 耐热材料的管制成。
16.如权利要求10所述的CFB锅炉，其特征在于，所述至少一个IBHX的管道配置成不 位于所述至少一个开口的附近以减少管道的侵蚀。
全文摘要
本发明涉及一种床内固体控制阀。根据本发明，在包括CFB反应室、鼓泡流化床(BFB)以及至少一个可控的床内热交换器(IBHX)的循环流化床锅炉中，至少一个非机械阀被设计成允许控制从BFB进入CFB反应室的固体排放，该阀包括在BFB外壳壁中的至少一个开口、位于所述外壳壁中的所述至少一个开口的上游的至少一个独立受控的第一流化装置、位于所述外壳壁中的所述至少一个开口的下游的至少一个独立受控的第二流化装置，该非机械阀开口的底部高度处于独立受控的第一和第二流化装置两者的顶部或顶部之上。
文档编号F23C10/18GK102032559SQ20101050590
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年9月30日
发明者D·L·克拉夫特, K·C·亚历山大, M·C·戈登, M·玛亚切克 申请人:巴布科克和威尔科克斯能量产生集团公司