专利名称：流化床反应器的格栅喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流化床反应器的格栅喷嘴。依据本发明热力工程优选地用喷嘴产生流态化气体如燃烧空气进入流化床锅炉的熔炉。根据一个最优选的实施例，所述喷嘴还用于从流化床反应器底部除去固体微粒。
背景技术：
化学反应例如燃烧或气化是在流化床反应器的流化床的材料层内进行的，通常称作沸腾流化床反应器或循环流化床反应器。这里，流态化气体，例如空气，是穿过所述的流化床的材料层在该反应器内以该床转成一种容易移动的流化状态的方式提供的，所述的床的材料层主要包括沙子和燃料。
发明内容
格栅喷嘴是一种设备，借助该格栅喷嘴为流化床反应器提供流态化气体。依据现有技术，该格栅喷嘴是竖菅，通过该竖管的喷嘴部分将流态化气体导向流化床反应器，该喷嘴部分不是均匀的散布在所有方向上就是定向在一个确定的方向上。
流化床反应器的特征是超大的块体，如金属块或石头块，可进入反应器，来自反应器壁的难熔块体可变松散或粗糙坚固的块体可在反应器中产生。这些块体落入流化床朝向在反应器底部的网格，在此处必须将它们清除走。例如美国专利公开号3,397,657，和5,093,085公开了清除粗糙物质的方法。依据后者所述，固体物质的清除由倾斜放置网格的方法来实现，这样将准许该固体物质沿着网格板流向在网格上的倾泻口，并且该固体物质由此沿着一个深坑作进一步处理或处置。
专利公开号US 4,748,916和FI 107406公开了一种称作格栅喷嘴的水平喷嘴类型，该水平喷嘴类型包括大部分直管，该大部分直管穿过网格延伸，用管包住的该直管的上端与优选的基本水平的开口部分相装配，借助该开口部分将流态化气体的流动基本水平定向并引出喷嘴，这样由流化床产生的固体微粒，称作基底灰，和流动一起运向倾泻口。
这种喷嘴的问题是喷嘴的磨损，该磨损涉及沿着底部流向喷嘴下游的粗糙物质的强大流动。为了减少喷嘴的磨损，美国专利4,748,916公开了水平空气喷射分开成两部分，可将该空气喷射引导越过邻近的喷嘴。还有，喷嘴的后部被设计成倾斜的用于引导该喷射，该喷射向上撞击喷嘴。芬兰专利FI 107406公开了在喷嘴之间制作倾斜部分作为分离的持久磨损部分。
进入喷嘴的流态化气体通常是预先加热的空气，可能含有循环的燃料气体。所需的流动速度依靠称作初级空气吹风机的来提供，将空气从初级空气吹风机通过称作风箱的引入到喷嘴。在一个已知的结构中风箱是一个连续的宽敞空间，将空气从该风箱经过腿管分向喷嘴。在流化床锅炉中流经喷嘴的流态化气体的温度通常是用约150到250℃的，但在装配有导热管的锅炉起始部分流入的空气温度甚至可接近1000℃。
在锅炉车间用垃圾转生燃料(RDF)作燃料，或燃料的部分是再循环的，格栅喷嘴的磨损似乎与主要发生在喷嘴盖外表面的严重的腐蚀有关。这种腐蚀产生了氧化层，该氧化层防止在喷嘴材料的表面腐蚀，但由于侵蚀，氧化层磨损并加速材料厚度减少。在具有流化床反应器的许多应用中，例如在流化床锅炉中，格栅喷嘴的运转环境包括许多不同的化学化合物，如在低温度下熔化的盐和金属化合物。由于侵蚀防护性氧化层消失时，加速了这些化合物作用的腐蚀尤其可影响喷嘴盖。
流化床反应器的格栅喷嘴的腐蚀研究更精密时，已经注意到它主要是由碱形成的盐产生的。主要的腐蚀剂是钠和氯以及它们形成的盐。观察后得出结论，在使用含有大量氯的燃料的车间内腐蚀是最大的。上面提到的盐的反应在温度范围450至600℃之间时增加并且造成腐蚀的趋势是高的。当温度增加高于650℃时，熔化状态的盐的反应减少。依据现有技术研究格栅喷嘴盖的表面温度时，注意到在典型的应用中，在通常情况下温度精确地设置在最强反应区域，由此化学腐蚀再次处于最坏状态。
为解决这个问题建议增加喷嘴盖的温度，在这种情况下盖的高表面温度导致盐的蒸发和反应减少，因此腐蚀减少。依据本发明，通过双层或多层盖来实现喷嘴盖的表面温度增加，用此方法吹入流化床反应器的流态化气体不准许直接冷却喷嘴盖，这样它的外表面将冷却。
依据本发明格栅喷嘴的其他特征在后附的权利要求书中限定。
参照附图并结合以下示例，详细地描述本发明的格栅喷嘴，在附图中图1是依据现有技术的格栅喷嘴的纵向截面观的示意性图例；图2a和2b是依据本发明的两个优选地实施例格栅喷嘴的纵向截面观的示意性图例；图3是依据本发明的第三个实施例格栅喷嘴的纵向截面观的示意性图例；图4是依据本发明的第四个实施例格栅喷嘴的纵向截面观的示意性图例；和图5依据本发明的一个优选地实施例，具有格栅喷嘴的流化床反应器的网格的一部分的纵向截面观的示意性图例。
具体实施例方式
图1图示了依据现有技术的一种格栅喷嘴。流态化气体，如空气，由风箱(未示出)通过网格沿着垂直喷射管(未示出)流向喷嘴部分4。通过设计喷嘴部分4的喷射室6的方法将该流动转向基本水平方向，借助套2将该喷射室6装接到喷射管的上端。附示的一个实施例中，喷射通道形成基本水平部分8和轻微向上倾斜部分10，借助该喷射通道将空气流动由喷射室导入流化床反应器。喷射室6还有喷射通道的不同部分8和10受限于上盖12，依据公开的结构，盖12的外表面在喷射通道部分轻微向下倾斜朝向吹气口，到达喷射通道末端。
依据公开的实施例，喷射通道下方受限于底盖14，其末端部分在一定程度上升起。喷射通道的向上倾斜的部分10的目的是引导空气流动到上面邻近的喷射行，该喷射行放置在喷嘴的前方，这样载有空气流动的固体流也将被导入上面邻近的喷射行中并没有造成喷嘴盖的严重磨损。然而，已经注意到在一些情况下上升的底盖14在喷嘴的倾泻口处造成向下的涡流是可能的，该涡流引导固体流动直接地流向喷嘴的邻近行的盖，由此增加了该盖的磨损。
喷射管在大多数情况下在它们通过网格的这一点上具有循环横截面。以相同的方式，套2具有优选的循环横截面，借助该套2喷嘴部分4与喷射管相装配。在一些案例中，套和喷射管是一个实体，换言之喷射管，有时也称作腿管，最初与喷嘴部分制造成一个整体。然而，通常喷嘴部分装配有套2通过焊接，缝合或其他方法与喷射管连接。
喷嘴盖装置12或具有底盖14的喷嘴部分4的上面是优选的成矩形的，这样将喷嘴的吹气口设置在矩形的一条边上。换言之，在喷射室6中的空气流动分布在喷嘴内至少是两维优选的是三维区域内，有时甚至还有，从喷嘴的吹气口到反应器产生低且宽阔的空气流动。
喷射管或套2可优选地装配有气流节气门(未示出)，依靠高于喷嘴部分4的理想压力差来实现。该所需压差通过已知的方法测量出，以床压和它的范围为依据，也依靠网格上喷嘴的位置。例如，喷嘴部分4通过浇铸制成并且其材料优选的是适用于高温的奥氏体的不锈钢。
图2a公开了依据本发明的一个优选的实施例的喷嘴装置。除喷嘴部分的上部外，图中所示的喷嘴20和图1所示的喷嘴相似，在图2a的实施例中喷嘴包括，除和图1一致的盖12，还有防护盖22，该防护盖22包括覆盖板24和狭窄的似肋骨的部分26，在这个实施例中，该部分至少在覆盖板24的外围加固了喷嘴部分的表面，即盖12。双层盖结构的优势是以防护盖22的温度增加为依据的，即由于这种结构部分喷嘴遭受磨损。因此在低温下熔化的化合物从喷嘴盖蒸发没有对腐蚀增加影响。
例如在图2a中公布的，双层盖是通过装配防护盖22制成的用于保护真正的喷嘴盖12。短棒26将防护盖22与真正的喷嘴盖12分离开，例如，4mm.。使用时，保持在防护盖22的覆盖板24和盖12之间的空气间隙28将由床物质填充，它的功能是将真正的喷嘴盖12和防护盖22的覆盖板24之间绝缘。
防护盖22既可通过浇铸，或热均压(HIP)钢板的方法制成，也可根据不同情况通过其他方法制成。防护盖22通过优选的焊接三边与喷嘴部分的盖12连接，用此种方法吹气口上的边保留开放。此开放的前缘确保了盖和防护盖之间的绝缘床物质层的形成并当更换时有利于防护盖的拆卸。
当然，如果是必要的，布置一些热绝缘材料以适于上面提到的缝隙28的用途是可行的。因此为适于防护盖22以它的所有边连接喷嘴部分的盖12的目的焊接或通过其他一些方法装配也是可行的。
图2b图示了另一种制造和装配防护盖的方法。在这个实施例中，将防护盖22设置成在真实盖的外边延伸，由此短棒26′，可高于并明显的延伸至喷嘴边上以用于防止腐蚀和侵蚀，短棒26′在至少三边上形成防护盖的边缘。装配这些短棒26′是以和图2a的例子相同的方法完成的，即焊接或适用于此目的的其他方法。
图3公开了依据本发明的第三个实施例的喷嘴装置。这里喷嘴20的防护盖32的盖板34没有像图2a和2b中的防护盖22的盖板24那样弯曲依着喷嘴的形状向吹气口的方向变窄，而是盖板34继续直行在喷嘴盖12的逐渐降低的部分形成水平遮挡34′，水平遮挡34′保持在喷嘴20的盖12和作为它的长度的一部分向吹气口变宽的它自己的空间之间，当使用时所述空间填充至少有部分床物质。图3示出了防护盖32的短棒36接触到只在基本水平部分的喷嘴盖12并因此也与之相装配，但是很理想时，防护盖32的连接短棒36在防护盖32的边上的厚度发生变化装配是最可行的，由此短棒36可在喷嘴盖的逐渐降低的部分焊接到喷嘴盖12上。
图3还示出了用于喷嘴的吹气口的另一个装置，或更适合用于喷射通道从喷射室通向吹气口。与前面的附图不同，喷射通道由基本水平的通道部分8的整个长度形成没有任何结构变化来影响吹气流动的方向或紊乱。依据图3通道部分8的平底的优点是由于这样的底部通过喷嘴离开/流出的流态化气体清空了通道部分8并且喷射室6内的固体物质可能突然进入其中。依据图2a和2b这个喷射通道的形状也可自然地用于防护盖。盖12的上表面的整个长度是水平的且喷射通道8的整个长度不是轻微上升就是基本水平。因此喷射通道8也可由喷射室6的上端部分开始，换言之不同于公开在图2a，2b和3上的。
图4更公开了本发明的另一个优选实施例，其中喷射通道8的末端的上表面，装配有泵30，该喷射通道8的末端的上表面从喷射室6处延伸，该泵优选地延伸贯穿喷射通道8的整个宽度。泵30优选的是平滑的外形，并且它在喷嘴外面产生上升气流，尽管通道底部是平坦的。无疑上面图示的喷射通道的外形适用于任何种类的防护盖。
依据本发明的一个实施例，图5中所示的流化床反应器的底部网格的一部分装配有格栅喷嘴20。如图5中示意性地示出的，后续的格栅喷嘴设置成阶梯状，这样它们引导流态化气体在后续喷嘴最高部分之上。由于这样的阶梯状栅栏装置，有效地引导在流化床反应器底部的粗糙物质流向用于在网格最低部分的底部物质的倾泻口。
为了不存在流化床作用于栅栏的不同部分产生的太大的压力差，阶梯状栅栏中的梯级的高度L1-L0必须保持相当的小。依据本发明防护盖22增加了喷嘴20水平部分的高度并且从而增加了栅栏梯级的高度。因此防护盖22增加了保持在喷射通道8的底部的高度水平L2和邻近喷嘴防护盖22′的高度水平L0之间的高度差L2-L0的尽可能小的要求。
如果依据图3制成喷射通道8并且它引导基本水平的气体喷射，这有一个危险，即气体喷射冷却邻近喷嘴20′的防护盖22′，例如这样保持在防护盖22′的表面上流化床中的碱性金属盐的腐蚀作用增加了。因此，其优点是引导气体喷射40由喷嘴以向上倾斜的方向喷射，由此防护盖22′的冷却降低。依据图4气体喷射的向上倾斜的方向是由在喷射通道8的上表面装配平滑泵30来实现的。
通过双层盖来实现的最初的优点是减少了喷嘴盖的腐蚀并且因此改善了操作的可靠性。双层盖也有利于保持操作，因为不得不将具有传统的喷嘴结构的整个损坏的喷嘴更换掉，但是只将双层盖的防护盖更换掉就足够了。喷嘴的拆除是费时的并且双层盖的使用减少了网格保持运转期间车间停工的时间。双层盖的第三个优点是比较整体喷嘴而言防护盖的低费用。修理网格时价格是重要的因素，但是它也影响装配进程，且双层盖维持低价格，它在新车间里装配也不会明显地增加整个网格的价格。
装有双层盖的喷嘴的制造既可在工厂也可就地进行。用短角焊接的方法将防护盖焊接到喷嘴盖上。焊接的目的是保持防护盖在适当的位置且不严格要求它们的机械性或物理性的特征。焊接的尺寸依据讨论的情况来决定，但焊接的长度应是最小的。作为磨损部分短焊接便于防护盖更换的操作，因为焊接的开口是使用转角磨床手工制成的。
喷嘴盖的材料或装接到喷嘴外面防护盖的材料也是可行的，或以低热传导性方法选择两种材料制成双层盖。因此，流过喷嘴的空气不能冷却喷嘴的防护盖太多这样将防止有毒化合物从盖蒸发。尤其是，盖和/或喷嘴的防护盖的材料由此方法选定时，即不需要将喷嘴的盖和防护盖隔开，但它们可全部或部分的彼此接触。适于这个目的一种材料是，例如，不同的陶瓷。
依据本发明格栅喷嘴已经测试过了并且测试结果是很有前途的。用于测试的传统的喷嘴只使用很少几个月后就被严重磨损。装配有双层盖的喷嘴的持久力在三十个喷嘴的测试区证实是好的，测试中的喷嘴使用了13个月。测试期后，在盖上没有明显的腐蚀或侵蚀损伤的痕迹。
从上面公开的中可看出，新的格栅喷嘴已经发展到将现有技术的缺点消除或最小化，即实际上它完全省去了复杂的和费时的格栅喷嘴的更换。然而，应当理解本发明不限于公开的实施例，而是旨在覆盖其特征与多个其它应用的组合或变型，这些均包含在由后附权利要求限定的本发明范围之内。
权利要求
1.一种流化床反应器的格栅喷嘴，该格栅喷嘴由装接到喷射管的喷嘴部分形成的或该喷嘴部分与所述的喷射管形成一个实体，该喷嘴部分包括喷射室(6)和终止于所述喷嘴的吹气口的喷射通道(8，10)，所述喷射室和喷射通道从上方由盖(12)来限定，其特征在于，防护盖(22，32)装接在盖(12)的外面。
2.按权利要求1所述的格栅喷嘴，其特征在于，所述的防护盖(22，32)是与所述盖(12)间隔开装接的。
3.按前面权利要求中任一项所述的格栅喷嘴，其特征在于，所述的防护盖(22，32)包括覆盖板(24，34)和设置在至少它外围的短棒(26，26′，36)。
4.按前面权利要求中任一项所述的格栅喷嘴，其特征在于，所述的防护盖(22，32)借助至少在所述的防护盖(22，32)外围的短棒(26，26′，36)装接到所述盖(12)上。
5.按前面权利要求中任一项所述的格栅喷嘴，其特征在于，热绝缘体布置在所述盖(12)和所述的防护盖(22，32)之间。
6.按前面权利要求中任一项所述的格栅喷嘴，其特征在于，所述的防护盖(22，32)装接在除具有所述喷嘴的吹气口的边之外的所有边上。
7.按权利要求3或4所述的格栅喷嘴，其特征在于，所述的防护盖(22，32)通过短棒(26′)装接到所述盖(12)上，所述短棒(26′)延伸到所述盖的侧表面。
8.按前面权利要求中任一项所述的格栅喷嘴，其特征在于，装置设置在喷射通道(8)的吹气口末端用于在该吹气口的前方形成上升气流。
9.按前面权利要求中任一项所述的格栅喷嘴，其特征在于，平滑泵(30)放置在喷射通道(8)的上表面并且基本延伸贯穿它的整个宽度，平滑泵(30)已经设置在喷射通道(8)的吹气口末端用于在该吹气口的前方形成上升气流。
10.按前面权利要求中任一项所述的格栅喷嘴，其特征在于，所述的防护盖(22，32)与所述盖(12)的材料相同。
11.按前面权利要求中任一项所述的格栅喷嘴，其特征在于，所述的防护盖(22，32)通过焊接装接到所述盖(12)或该盖的边上。
12.按前面权利要求中任一项所述的格栅喷嘴，其特征在于，所述的防护盖(22，32)是陶瓷的。
全文摘要
本发明涉及一种格栅喷嘴。依据本发明的喷嘴可有利地用于热力工程以便使得流态化气体供应到流化床锅炉的熔炉。依据一个最优选的实施例，所述喷嘴用于从熔炉清除飘移到该熔炉底部的固体微粒。依据本发明该格栅喷嘴通常包括喷射室(6)和终止于所述喷嘴的吹气口的喷射通道(8，10)，喷射室和喷射通道从上方由盖(12)和装接在盖(12)外面的防护盖(22，32)来限定。
文档编号B01J8/18GK1961181SQ200580011983
公开日2007年5月9日 申请日期2005年4月4日 优先权日2004年4月2日
发明者P·勒托南, P·马科南, R·索尼南 申请人:福斯特韦勒能源股份公司