CN113242950B - 用于流化床反应器内的燃烧器空气棒栅以及流化床反应器 - Google Patents
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Abstract
一种用于流化床5反应器(12)内的燃烧器空气棒栅(1)，包括‑与流态化气体源流体连通的至少两个主空气集流棒(2)；‑多个主空气棒(3)，其横向于所述主空气集流棒(2)并且布置在所述至少0两个主空气集流棒(2)上，使得所述主空气集流棒(2)支撑它们，并且所述多个主空气棒与所述主空气集流棒(2)中的至少两个流体连通，所述主空气集流棒(2)和所述主空气棒(3)在所述空气棒5栅(1)中限定除灰开口；和‑多个流态化喷嘴(4)，其布置到每个所述主空气棒(3)，用于流态化床反应器(12)。本专利申请还包含0流化床反应器的独立权利要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种改进的燃烧器空气棒栅，并且更具体地，涉及一种流化床反应器，例如用于燃烧包括生物质的固体材料，或焚烧包含不可燃材料的废物燃料，以及用于在燃烧或焚烧期间去除灰或不可燃材料。
背景技术
化学反应，诸如燃烧或气化，在流化床反应器的流化床材料层中进行，所述流化床反应器通常是所谓的鼓泡流化床或循环流化床反应器。在那里，例如空气的流态化气体通过主要包括沙和燃料的所述床材料层被供应到反应器中，使得床变成容易移动的流态化状态。然而，在流化床反应器中，燃烧的材料是不均匀的，并且可能经受结块或夹带有不可燃材料。
燃烧器空气棒栅已经被设计成允许空气向上流动通过燃烧的材料床，并且允许从床的底部去除灰和不可燃材料。灰和不可燃材料以及床材料穿过棒之间的空间。这种类型的炉篦可以具有空气歧管，该空气歧管将空气分配到与歧管连接的各个棒。每个空气棒具有用于将流态化空气分散到床材料中的空气喷嘴。
US 4,402,665公开了一种用于流化床反应器中的空气棒栅。该空气棒栅包括与加压空气源流体连通的主空气集流器，以及垂直于所述主空气集流器的主空气棒栅。每个所述主空气棒具有上表面并沿其长度被连接以用于与主空气集流器流体连通。中间空气棒平行于主空气集流器并垂直于每个所述主空气棒布置。中间和主空气棒位于相同的平面内并且彼此以直角相交。
US 5,743,197公开了一种用于流化床锅炉的炉篦组件，该炉篦组件具有水、蒸汽或空气冷却的喷射管炉篦。冷却的喷射管在其端部处由引导水、蒸汽或空气的管支撑。所述喷射管并排安装，使得在相邻的喷射管之间保持在喷射管的纵向方向上延伸的水平孔口。
US 5,425,331公开了一种流化床反应器，其具有设置在锅炉的下部部分中的中空间隔开的空气棒，用于支撑包括燃料和不可燃固体的颗粒材料的床。该空气棒由多个水冷支撑管支撑在反应器的下部部分中，该水冷支撑管连续地将热量从空气棒传递到在管中流动的水。所述空气棒垂直于增压室延伸并与所述增压室气流连通，所述增压室设置在料斗的外部并邻近所述壁。通过常规方法将加压空气引入到所述室中。
KR2009/132934A公开了一种用于包括流化床的垃圾衍生燃料燃烧***的空气分配器***。空气分配器***包括空气供应管、喷嘴和冷却水管。空气供应管在纵向和横向方向上连接到空气分配器。空气供应管包括喷嘴连接器，在喷嘴连接器中安装有多个空气供应端口。冷却水管安装在空气供应管的外部，并且供应冷却水以防止空气供应管的热腐蚀。
US 5,368,824公开了一种气体分配***，其采用平行进气管的阵列和一对位于第一组管下方的横向进气管以流态化反应容器中的微粒床并除去可能被引入床中或在床中形成的不可流态化颗粒。
SU1149105公开了一种流化床的炉，包含燃烧室，其中燃烧室下方放置风箱，其中安装灰斗。在灰斗的上部部分中的是空气供应管，所述空气供应管通过它们的端部连接到风箱腔体，以及连接到空气供应管的腔体和风箱的腔体的至少至少一根管。
US2003/170582A1公开了一种用于流化床锅炉的管式炉篦。空气通过若干管供应到流化床锅炉中。利用包括在管式炉篦的至少一些管中的管专用控制装置来调整炉篦的有效面积，在该有效面积中发生向管式炉篦的空气等的供应。
发明内容
本发明的目的是改进流化床反应器中的灰和不可燃材料收集。本发明的第二个目的是使流化床中的流态化气体具有更均匀的流动分配。两个目的都可以用根据本发明的燃烧器空气棒栅和根据本发明的流化床反应器来实现。
从属权利要求描述了燃烧器空气棒栅的有利实施例。
本发明的优点
一种用于流化床反应器内的燃烧器空气棒栅，包括：至少两个主空气集流棒栅，其与加压流态化气体(诸如空气)的源流体连通；以及多个主空气棒，其横向于主空气集流棒，并布置在至少两个主空气集流棒上，使得主空气集流棒支撑它们，并所述多个主空气棒与所述主空气集流棒中的至少两个流体连通。主空气集流棒和主空气棒在空气棒栅中限定了除灰开口。燃烧器空气棒栅还包括布置到主空气棒中的每个的多个流态化喷嘴，以用于使床反应器流态化。
与从US 4,402,665已知的燃烧器空气棒栅相比，可通过使加压流态化气体从至少两个主空气集流棒，即从沿主空气棒的不同位置进入主空气棒而简化流化床反应器的结构。一方面，这使得能够在主空气棒内沿其长度具有更均匀的加压流态化气体的压力分配。又另一方面，主空气集流棒还用作主空气棒的支撑梁，并且以这种方式使得能够实现栅模块化设计。此外，空气供给管道同时用作支撑梁，并且使得能够实现栅模块化设计。
此外，并且也与US 5,743,197和US 5,425,331中已知的炉篦棒组件相比，通过使与在主空气棒中的相同的介质在支撑主空气棒的两个主空气集流棒中流动，可以简化流化床反应器的结构。因此，可以以更紧凑的方式实现进入流化床反应器的介质的供应。
加压流态化气体不仅冷却主空气棒，而且冷却主空气集流棒，将它们保持在足够的温度范围内，因此有助于确保主空气棒和主空气集流棒不会软化太多。通过使主空气集流棒以及相邻主空气集流棒之间的间隔适当地定尺寸，可以减轻由主空气棒的软化引起的燃烧器空气床栅的弱化。另一个优点是主空气集流棒由空气冷却，这有助于简化反应器的机械设计，因为可以省略用于水冷却主空气集流棒的结构。
最简单的是，主空气集流棒经由流态化气体传输开口与主空气棒流体连通，该流态化气体传输开口形成在每个集流棒的上侧和每个主空气棒的底侧中的重叠位置中。特别优选地，流态化气体传输开口被制成在主空气集流棒和主空气棒的每个的相对表面中在它们的相交位置处的切口，两个棒都具有矩形截面。这样，由切口造成的结构弱化可以保持相对小，特别是在与从US 4,402,665已知的具有圆形截面的空气管道中的深切口相比的情况下。
燃烧器空气棒栅还可以包括多个支撑梁或支撑棒，其被布置成支撑主空气集流棒。以这种方式，床的重量可以基本上由支撑梁或支撑棒支撑，从而使得能够简化流化床反应器的机械构造。
燃烧器空气棒栅还包括多个灰斗，它们设置在由主空气集流棒和主空气棒形成的除灰开口的下面。这使得能够从所述床有效地收集灰和不可燃材料。
优选地，灰斗的上部部分与主空气集流棒横向对齐并与其机械接触。根据本发明的实施例，灰斗的上部部分具有带矩形水平截面的上部部分，并且灰斗的上部部分的两个相对侧已经被附接成与相应的主空气集流棒机械接触，例如通过将灰斗漏斗的最上部分焊接到主空气集流棒。主空气集流棒因此形成用于灰斗的空气冷却外壁。
此外，主空气集流棒形成风箱，其可以使用至少一个膨胀接头与锅炉压力部件连接。因此，灰斗的下部部件可以制成为锥形的，而不需要使用冷却板设计。流化床和底灰的全部重量可从主空气集流棒和主空气棒(其优选地是焊接的板梁)上的分配梁传递到栅支撑结构。
通过使用至少一个膨胀接头将主空气集流棒连接到锅炉压力部件上有助于适应热膨胀。
主空气集流棒被构造成形成用于灰斗的外部空气冷却壁，灰斗利用加压的流态化气体被冷却。这样，来自主空气集流棒的加压流态化气体也可用于从灰斗去除热量。这样，可以避免在灰斗中使用空气冷却板或水冷却板的需要。
优选地，至少两个主空气集流棒和多个主空气棒是形成用于流态化气体的管道的中空金属梁。
燃烧器空气棒栅可以被构造为包括多个模块的模块化燃烧器空气棒栅，使得在模块中，主空气集流棒具有允许用于正常的铁路或公路运输或用于异常或过大负载的长度，优选地在2.5米和4米之间，最优选地在2.50/2.55/2.60和3.50米之间。这种燃烧器空气棒栅更容易运输到安装地点。
根据另一个有利的方面，主空气集流棒可以包括由接合在一起的模块组成的若干部段。这使得能够实现以模块化方式构造流化床反应器的模块化方式。特别地，每个所述模块可以具有允许正常公路运输或允许异常或过大负载的长度，优选地在2.5和4米之间，最优选地在2.50/2.55/2.60和3.50米之间。
流化床反应器包括具有根据本发明第一方面的燃烧器空气棒栅的炉。
附图说明
在下文中，参考图1至图4中所示的示例性实施例更详细地解释燃烧器空气棒栅和流化床反应器，在附图中：
图1示出了包括循环流化床反应器的蒸汽发生器***；
图2是燃烧器空气棒栅的侧视图；
图3是图2的燃烧器空气棒栅的端视图；以及
图4是具有根据本发明的燃烧器空气栅的鼓泡流化床反应器锅炉。
在所有附图中，相同的附图标记指代相同的技术特征。
具体实施方式
图1示出了蒸汽发生***10。直到燃烧器空气栅1、灰斗6和支撑结构，蒸汽发生***10的结构和操作可以与美国专利5,425,331中公开的蒸汽发生***10相同，该专利通过引用结合于此。
蒸汽发生***10包括流化床反应器12(其在图1中示出为循环流化床反应器，并且在图4中示出为鼓泡流化床反应器)、旋风分离器14和热回收区16。
在流化床反应器12的下部部分中提供了空气棒栅1，并且下面将参考图2和图3中所示的实施例对其进行详细描述。
旋风分离器14接收空气和来自流化床反应器12的燃烧的气态产物连同由其夹带的固体颗粒的混合物。分离器14操作以将固体从气体中分离出来，并且气体被传送到热回收区16。来自分离器14的固体落入到分离器的锥形区段14a中，在那里所述固体经由返回支管22重新注入到反应器区段12的下部部分。气体在通过热回收区16后经由出口管道16a排出。
流化床反应器12包括前壁24a、间隔开的平行后壁24b和两个间隔开的平行侧壁(图1中未示出)，所述侧壁垂直于前壁和后壁延伸以形成外壳。
用于将燃料引入到流化床中的延伸穿过前壁24a、后壁24b或侧壁的至少一个分配器27可用于将燃料供给到流化床反应器12中，如图1中所示。替代性地或另外，燃料的供给可以用设置在流化床反应器12上方的料仓-料斗和螺旋加料器来进行，并与形成在其顶部的开口对齐，用于将生物质或废物燃料，诸如城市垃圾，引入到设置在燃烧器空气棒栅1上方的流化床的上表面上。所述废物燃料可以包含不可燃材料，诸如瓶和罐。
分配器28延伸穿过前壁24a，用于将床构成材料(bed make-up)引入到流化床的上表面上。这种构成材料通常包括沙和/或石灰石或白云石，用于吸收在废物燃料的燃烧期间释放的硫氧化物。要理解的是，其他分配器可以与壁24a、24b和任何一个或两个侧壁相关联，以用于根据需要将床构成材料分配到床上。
在蒸汽发生器10的操作中，一定量的生物质或废物燃料和床构成材料分别通过螺旋加料器27和分配器28被引入，并在空气栅1的上表面上堆积。来自外部源的流态化气体(优选地空气)通过流态化气体源9以足够的体积供应到增压室(plenum chamber)49。优选地，燃烧流态化空气用作流态化气体。加压的流态化气体使燃烧器空气棒栅1上方的床构成材料在炉26中变成流态化。燃烧器(未示出)设置在增压室49中，以将流态化气体的温度升高到足以开始燃烧设置在燃烧器空气棒栅1上方的生物质或废物燃料材料的温度。在生物质或废物燃料具有低卡路里含量的情况下，诸如煤的辅助燃料可由分配器28提供。一旦反应器12内的生物质或废物燃料开始与流态化气体一起燃烧，则根据需要减少或停止燃烧器和/或辅助燃料的点燃。
当燃烧进行时，附加的废物燃料和床构成材料分别通过螺旋加料器27和分配器28被引入到流化床反应器12中。当流态化气体和燃烧产物在流化床反应器12内向上移动时，不可燃材料、灰和用过的床构成材料在重力作用下和气动作用下被向下输送。不可燃固体向下移动通过流化床反应器12到达燃烧器空气棒栅1的上表面，通过空气棒栅1中的开口向下通过燃烧器空气棒栅1，并随着通过使来自空气喷嘴或管的气体与来自主空气棒的空气一起流态化而与床材料的对流传递热量，而继续在灰斗6内下降，从而空气冷却灰斗6的外壁。不可燃固体通过灰斗的基部中的开口离开灰斗6，并例如通过蜗杆被去除。随后筛分一部分不可燃固体，以去除不可燃材料和在废物燃料的燃烧期间可能形成的任何凝聚体，并以保持床构成材料总量所需的速率返回到流化床反应器12内的流化床中。
燃烧器空气棒栅1包括多个(通常，至少两个，但三个、四个、五个...是可能的)与加压流态化气体的源9流体连通的主空气集流棒2。这样，可以使流态化气体的分配更均匀。
燃烧器空气棒栅还包括多个主空气棒3，它们横向于所述主空气集流棒2，并布置在所述至少两个主空气集流棒2上，使得主空气集流棒2支撑它们，并与所述主空气集流棒2中的至少两个流体连通，以及多个流态化喷嘴4，它们布置到每个所述主空气棒3，以用于使流化床反应器12流态化。流态化喷嘴4可以布置在位于每个所述主空气棒3上的中心空气管道4B上，或直接布置在主空气棒3上。
主空气集流棒2经由集流棒2和主空气棒3之间的开口与主空气棒3流体连通。优选地在将主空气棒3安装在主空气集流棒2上之前制造开口，使得已经在主空气棒3和主空气集流棒2处的重叠位置处形成开口(诸如通过切割或激光切割)。
主空气集流棒2形成风箱，其使用至少一个膨胀接头与锅炉压力部件连接。
燃烧器空气棒栅1还可以包括多个支撑梁或支撑棒5，其被布置成支撑主空气集流棒2，使得支撑梁或支撑棒5形成框架结构，其中，优选地，支撑棒5被布置成直接在主空气集流棒下方的竖直支柱，可选地具有基本水平的框架结构5c。
流化床和底部灰的全部重量可从主空气棒经由主空气集流梁(其可实现为焊接的板梁)传递到栅支撑结构。
燃烧器空气棒栅1包括多个灰斗6，它们布置在由主空气集流棒2和主空气棒3限定的除灰开口的下面。优选地，灰斗6与主空气集流棒2横向对齐并机械接触。
在用过的床材料穿过增压室的下降期间，热量从床材料连续地传递到流动通过形成反应器壁(前壁24a、后壁24b和侧壁)和灰斗6壁的管的水中。主空气集流棒2形成灰斗6的气冷外壁。因此灰斗6不必水冷。灰斗6的下部部分因此可以制成为锥形，而不采用冷却板设计。
然后，优选地，主空气集流棒2被构造成利用来自主空气集流棒2、最优选地经由空气喷嘴或管的加压流态化气体，对灰斗6进行空气冷却。
至少两个主空气集流棒2和主空气棒3优选地是金属梁，其形成用于流态化气体的管道。
燃烧器空气棒栅1可以被构造成包括多个模块7的模块化燃烧器空气棒栅，使得在模块7中，主空气集流棒2具有允许正常公路运输或允许异常或过大负载的长度，优选地在2.5和4米之间，最优选地在2.50/2.55/2.60和3.50米之间，当前最大允许尺寸在每个国家中是变化的。
替代性地或除此之外，主空气集流棒2可包括多个部段，这些部段由接合在一起的模块7组成。模块7均可以具有允许正常公路运输或允许异常或过大负载的长度，优选地在2.5和4米之间，最优选地在2.50/2.55/2.60和3.50米之间。
图1示出了具有作为其流化床反应器12的循环流化床反应器的蒸汽发生器***10，并且图2和图3示出了位于循环流化床反应器内的燃烧器空气棒栅1。替代性地，燃烧器空气棒栅1可以位于鼓泡流化床反应器内，如图4中所示。
对于技术人员来说，显然的是，随着技术的进步，可以以多种方式实现本发明的基本构思。因此，本发明及其实施例不限于上文所描述的示例，而是它们可以在专利权利要求及其合法等同物的内容内变化。
Claims (23)
1.一种用于流化床反应器(12)内的燃烧器空气棒栅(1)，所述燃烧器空气棒栅(1)包括：
-至少两个主空气集流棒(2)，其与流态化气体源流体连通；
-多个主空气棒(3)，其横向于所述主空气集流棒(2)并且布置在所述至少两个主空气集流棒(2)上，使得所述主空气集流棒(2)支撑所述主空气棒，并且所述多个主空气棒与所述主空气集流棒(2)中的至少两个流体连通，所述主空气集流棒(2)和所述主空气棒(3)在所述燃烧器空气棒栅(1)中限定除灰开口；
-多个流态化喷嘴(4)，其布置到所述主空气棒(3)中的每一个，用于流态化所述流化床反应器(12)；
-多个灰斗(6)，其布置在所述除灰开口下方；
其特征在于：
所述主空气集流棒(2)被构造成形成用于所述灰斗(6)的外部空气冷却壁，利用加压流态化气体冷却所述灰斗。
2.根据前述权利要求1所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中：所述主空气集流棒(2)经由流态化气体输送开口与所述主空气棒(3)流体连通，所述流态化气体输送开口形成在每个主空气集流棒(2)的上侧和每个主空气棒(3)的底侧中的重叠位置处。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器空气棒栅(1)，还包括：多个支撑梁或支撑棒(5)，其被布置成支撑所述主空气集流棒(2)，其中竖直支撑梁或棒(5)被直接布置在所述主空气集流棒(2)的下方。
4.根据权利要求1或2所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中：所述灰斗(6)的上部部分与所述主空气集流棒(2)横向对齐并机械接触。
5.根据权利要求1或2所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中：所述主空气集流棒(2)通过使用至少一个膨胀接头连接到锅炉压力部件。
6.根据权利要求1或2所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中：所述至少两个主空气集流棒(2)和所述多个主空气棒(3)是中空金属梁，其形成用于流态化气体的管道。
7.一种燃烧器空气棒栅(1)，其中：所述燃烧器空气棒栅(1)已经被构造为模块化燃烧器空气棒栅，其包括由根据权利要求1至6中的任一项所述的燃烧器空气棒栅形成的多个模块(7)，使得在所述模块(7)中，所述主空气集流棒(2)具有允许用于正常铁路或公路运输或用于异常或过大负载的长度。
8.根据权利要求7所述的燃烧器空气棒栅(1)，
其中：所述主空气集流棒(2)包括多个部段，所述部段由接合在一起的模块(7)组成。
9.根据权利要求7或8所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中：所述模块(7)均具有允许正常道路运输或允许异常或过大负载的长度。
10.根据权利要求7或8所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中：所述主空气集流棒(2)和所述主空气棒(3)包括用于加压流态化气体的中空通路。
11.根据权利要求10所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中：
所述燃烧器空气棒栅(1)包括在所述主空气集流棒(2)和所述主空气棒(3)处的开口，用于接合所述主空气集流棒(2)和所述主空气棒(3)中的所述中空通路，所述开口布置在所述主空气棒(3)和所述主空气集流棒(2)处的重叠位置处。
12.根据权利要求7所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中，所述长度在2.5米和4米之间。
13.根据权利要求12所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中，所述长度在2.50米和3.50米之间。
14.根据权利要求12所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中，所述长度在2.55米和3.50米之间。
15.根据权利要求12所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中，所述长度在2.60米和3.50米之间。
16.根据权利要求8所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中，所述部段由通过焊接接合在一起的模块(7)组成。
17.根据权利要求9所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中，所述模块(7)的长度在2.5米和4米之间。
18.根据权利要求17所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中，所述模块(7)的长度在2.50米和3.50米之间。
19.根据权利要求17所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中，所述模块(7)的长度在2.55米和3.50米之间。
20.根据权利要求17所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中，所述模块(7)的长度在2.60米和3.50米之间。
21.根据权利要求3所述的燃烧器空气棒栅(1)，其中，竖直支撑梁或棒(5)具有基本水平的框架结构(5c)。
22.一种流化床反应器(12)，包括：具有根据权利要求1至6中的任一项所述的燃烧器空气棒栅(1)的炉(26a)。
23.一种流化床反应器(12)，包括：具有根据权利要求7至21中的任一项所述的燃烧器空气棒栅(1)的炉(26a)。
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