CN101311626B

CN101311626B - 整体式流化床灰冷却器

Info

Publication number: CN101311626B
Application number: CN2007101266905A
Authority: CN
Inventors: M·马亚姆奇克; M·J·斯马尼亚; D·E·詹姆斯; D·J·沃克; D·L·威兹克
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: CN101311626A

Abstract

一种用于流化床锅炉，尤其是循环流化床(CFB)锅炉的整体式流化床底灰冷却器，其采用至少两个沿固体颗粒流径串联设置的流化床区域。每个区域都具有流化装置，沿固体颗粒路径的第一区域用门槛与后面的区域隔开。该第一区域具有用于测量流化装置附近位置和流化床内更高位置的床温的装置。还设置有用于从第一区域移走尺寸过大的床料的装置，以在将运行期间出现堵灰的可能性降到最低的同时促进灰的清除。

Description

整体式流化床灰冷却器

技术领域

本发明通常涉及一种流化床灰冷却器，尤其涉及一种整体式流化床灰冷却器，其在将运行期间的堵灰可能性降到最低的同时促进了灰的清除。

背景技术

流化床底灰冷却器广泛应用于流化床燃烧技术。流化床燃烧器排出的底灰带有大量的热量。释放底灰中的热量能降低灰的温度，因此有利于它们的搬运和处理。为了提高流化床燃烧设备的总热效率，回收底灰中的热量也是可取的。灰冷却器中灰的流化大大地加强了灰和冷却介质之间的热传递，这使灰冷却器的尺寸得以减小。

用于循环流化床(CFB)锅炉的典型的现有流化床底灰冷却器示于图1、2、3和4。图1和2描述了一种典型的流化床底灰冷却器10，其设置在耐火箱或外壳内部，并支撑在远离锅炉结构钢的位置。在一些情况下，如图3和4所示，灰冷却器10设置在由膜式管壁板形成的液冷(典型的是水和/或蒸汽冷却)外壳内。在这两种流化床灰冷却器10的设计中，流化床灰冷却器10仍是与CFB炉20分开设置的结构，并且独立地支撑在远离锅炉结构钢的位置。如图1-4所示，需要冷却的灰从CFB炉20经由连接在CFB炉20和灰冷却器10下部之间的空气辅助管30移至流化床灰冷却器10。灰在灰冷却器10内部一般用从包围灰冷却器10的外壳的底部供应的流化空气进行流化，无论其外壳是耐火材料衬里的还是水冷的。灰冷却器10内部灰的冷却通过用于流化的(相对)较冷空气和热灰之间的热交换来完成。随后被加热的空气由连接到灰冷却器10上部的管40送回CFB炉20。被冷却的灰则由灰冷却器10底部的排灰管(未图示)排出。灰冷却器10可包括吸热表面，一般为水冷管束50，设置在灰冷却器10中安装的流化灰床的内部。这种情况下，从CFB炉20移至灰冷却器10的热底灰中的大量热量将被水冷管束50中循环的冷却水和供入灰冷却器10主要起流化介质作用的空气吸收。

由于现有的灰冷却器通过返回从底灰中吸收的热量到锅炉系统来提供必要的灰冷却和提高锅炉效率，因此现有灰冷却器有几个缺点，包括：复杂的支撑结构，需要高温膨胀节来适应灰冷却器和炉子之间的不同热膨胀，以及从炉子向灰冷却器转移固体颗粒的复杂性。

发明内容

本发明克服了这些缺点，并提供了其它优点，同时减小了灰冷却器的尺寸、重量和成本。

因此，本发明的一个方面是提供一种用于冷却从流化床炉排出的底灰固体颗粒的流化床灰冷却器。该流化床灰冷却器包括至少两个沿固体颗粒流径串联设置的流化床区域，每个区域都具有流化装置。沿固体颗粒路径的第一区域用门槛(threshold)与后面的区域隔开，该第一区域具有用于测量流化装置附近位置和流化床内更高位置的床温的装置。还设置有用于从第一区域移走尺寸过大的床料的装置。

本发明的另一个方面是提供一种具有围壁的流化床炉和用于从冷却流化床炉排出的底灰固体颗粒的流化床灰冷却器的组合体，其中流化床炉和灰冷却器互相共用一个公共壁。在该组合体中，流化床灰冷却器包括至少两个沿固体颗粒流径串联设置的流化床区域，每个区域都具有流化装置。沿固体颗粒路径的第一区域用门槛与后面的区域隔开。该第一区域具有用于测量流化装置附近位置和流化床内更高位置的床温的装置。还设置有用于从第一区域移走尺寸过大的床料的装置。

本发明的另一个方面是提供一种设计简单、构造结实且制造成本低的整体式流化床灰冷却器。

表征本发明特点的各种新颖性特征特别在附加的权利要求中指出，并形成本公开的一部分。为了更好地理解本发明及其使用中得到的运行优点，参考了附图和说明性内容，它们形成本公开的一部分，并且其中描述了本发明的优选实施例。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，并且图中所示相同的附图标记表示相同或相应的部分，其中：

图1是具有耐火衬里外墙的已知流化床灰冷却器的示意性侧剖视图；

图2是沿图1中箭头2-2方向截取的图1所示流化床灰冷却器的正视图；

图3是另一个具有液冷膜式外墙的已知流化床灰冷却器的示意性侧剖视图；

图4是沿图3中箭头4-4方向截取的图3所示流化床灰冷却器的正视图；

图5是根据本发明的与CFB炉外壳相邻设置的整体式流化床灰冷却器的示意性侧剖视图；

图6是沿图7中箭头6-6方向截取的本发明的整体式流化床灰冷却器的侧剖视图；

图7是沿图6中箭头7-7方向截取的图6所示整体式流化床灰冷却器的截面平面图；

图8是图6中表示为8的圆圈部的放大视图，描述了图6所示整体式流化床灰冷却器与CFB炉外壳前墙的上部接合处；

图9是图6所示整体式流化床灰冷却器的第一实施例的变化形式的侧面局部近视图，其中至少一部分浸没在整体式流化床灰冷却器的流化床内的管束并入CFB锅炉的循环管路；以及

图10是根据本发明的整体式流化床灰冷却器的第二实施例的侧剖视图。

具体实施方式

参考附图，尤其参考图5-9，描述了根据本发明的通常用100表示的整体式流化床灰冷却器的第一实施例，其中全部附图中的相同附图标记表示相同或功能相似的元件。

如图5和6所示，整体式流化床灰冷却器100设置为具有炉壁120的循环流化床(CFB)炉110的一个组成部分。如图6所示，灰冷却器100优选由膜式管壁板130形成，其中的一膜式管壁板130是炉墙120之一的一部分。尽管很可能流化床炉110和流化床灰冷却器100都使用这种膜式壁构造，但是也可能灰冷却器100和流化床炉110都使用非冷却的围壁构造。本发明原理对这种构造也是适用的。

在优选实施例中，所有炉壁120和膜式管壁板130包括在炉110的循环管路中。作为与灰冷却器100共用的公共壁的炉壁120上至少有两个开口。下进入口150设置有将热灰从CFB炉110输送或传送入灰冷却器100的装置。上排出口160设置有将热空气(或其它流化和冷却介质)从灰冷却器100送回CFB炉110的装置。流化介质从风室170经由流化装置例如泡罩180供至灰冷却器100。泡罩180设置有流化固体颗粒的装置，并且该流化装置的“位置”基本上由输送流化介质到固体颗粒床的泡罩中的排出孔的位置确定。

根据本发明，冷却介质在流化床炉110和流化床灰冷却器100的围壁120内循环。在一个实施例中，冷却介质在公共壁内的流动主要是上升流，而冷却介质在流化床冷却器100的其余围壁130内的流动主要是下降流。有利的是，冷却介质是水和水与蒸汽混合物中的至少一种。如上所述，公共壁具有两个开口，上开口160用于从流化床灰冷却器100排出热流化介质到流化床炉110，下开口150用于从流化床炉110传送底灰固体颗粒到流化床灰冷却器100。

如图7所示，浸没在灰的流化床200中的隔板190使得流化灰颗粒沿曲折的路径从下进入口150运行到排出口210。这有助于确保有足够的时间用于冷却供入灰冷却器100的所有灰颗粒。从开口210的底灰排出速度由供给装置(如图10中215表示的)，例如螺旋输送器控制，该供给装置通常根据需要连续运行，从而从炉110排出底灰。如果需要，风室170(图7中未示出)可以分隔，以设置用于单独控制流入灰颗粒流化床200不同区域的流化介质的流量的装置，这些区域可由隔板190限定。此外，如果需要，流化床200的不同区域可以供入不同的流化介质；例如可向邻近下进入口150的一个或几个特殊区域220提供烟气，而向流化床200的其它区域提供空气是有利的。这种灵活性阻止了底灰中未燃碳的燃烧，不然这种事情会特别是在燃烧低活性燃料例如无烟煤的情况下发生，。用于防止第一区域(可能出现燃烧的区域)出现高温的其它手段可以包括向该区域的流化床内喷水。喷水到流化床内通常被用来降低床温到期望值，尤其对于从第一区域经开口225排出的尺寸过大的底灰材料有用。

在任何给定时刻流化床200的高度将补偿开口150和160之间的压差，而开口150和160之间的压差则由CFB炉110内的压力分布确定。膜式管壁板130部分或全部用耐火材料230覆盖以防止腐蚀。耐火材料240保护CFB炉110下部的CFB炉壁120。如果需要，供有冷却介质的管束250可以设置并浸没在流化床200内，以补充吸收热灰中的热量。部分或全部管束250中传输的冷却介质可以由不同的供应源提供，例如锅炉给水、外部源的水或蒸汽(相对CFB炉或锅炉的循环管路而言)。本发明的一个优选实施例至少将部分管束250并入CFB锅炉循环管路中，如图8和9所示。如图8所示，形成灰冷却器100的膜式管壁板130的部分管在“T”段与形成CFB炉壁120的管结合。如图9所示，形成灰冷却器100的膜式管壁板130的部分管构成独立流体管路的一部分，在该独立流体管路中冷却介质由入口联箱132提供，而后经板130中的管流入出口联箱134。有利的是，这种情况下的流动将主要是下降流，入口联箱132设置得比出口联箱134高。

如图6和7所示，CFB炉110内的固体颗粒在从风室260经泡罩270供入的空气的作用下剧烈地流化。灰颗粒也在灰冷却器100内流化，这两个流化床由公共壁120隔开。合适的下进入口150的尺寸和几何形状将确保底灰颗粒从CFB炉110到灰冷却器100的稳定流动。中断流化介质向灰冷却器100内邻近下进入口150的区域220的流动将有效地停止固体颗粒从CFB炉110到灰冷却器100的流动。

如循环流化床领域的技术人员所知的，在循环流化床中燃烧的燃料可能包含石块或在燃烧期间形成烧结块。这些石块或烧结块在CFB炉内可以可靠地流化，因为炉内有比较高的气体流速。然而，灰冷却器内的流化介质的速度一般比CFB炉内的低几倍，以致不足以使那些石块或烧结块可靠地流化。这种情况下，灰冷却器内将出现粗颗粒堆积的现象，从而造成堵塞，最终停止运行。

为了避免该问题，如根据本发明的图10所示，邻近下进入口150的第一区域220设置有其本身的固体颗粒排出口225。粗颗粒例如石块或烧结块容易沉到该第一区域220的底部，从那里它们将被及时地排出，而不需要穿过整个灰冷却器100到排出口210并最终通过供给装置215排出。由于粗颗粒的通过量相对比底灰的总流速小，粗灰颗粒通常将在它们沿第一区域220的泡罩180向下运动的过程中充分地冷却，从而通过供给装置215进行运送。然而，如果必要，可以由其它装置例如喷水嘴装置310提供额外的冷却，喷水嘴装置310可以用于在这些粗灰颗粒经排出口225排出并由供给装置300移走之前向它们喷水。喷水嘴装置320同样可用于冷却第一区域220内的底灰。最后，喷水嘴装置330也可在底灰经排出口210排出并由供给装置215移走之前对底灰进行补充冷却。

如其中所示，本发明的一个重要特征是流化床灰冷却器100的第一区域220和后面的区域220之间称为“门槛”T的创造，用于阻止粗底灰颗粒从第一区域220进入后面的下游区域。因此，至少有两个流化床区域沿底灰固体颗粒流径串联布置，每一个区域220都包含流化装置，例如形成分配炉栅的一排泡罩180，用于为底灰固体颗粒提供流化介质。沿固体颗粒路径的第一区域220用门槛T与后面的区域隔开。在一个实施例中，门槛由设置在第一区域220的流化装置上面的具有孔280和边缘290的壁(例如隔板190)构成。在另一实施例中，门槛的功能通过将第一区域220内的流化装置180设置得比后面区域220的流化装置180低来实现。

第一区域220包括用于测量流化床200内流化装置附近的床温(如T₁)和更高位置的床温(如T₂)的装置，例如热电偶。当粗材料开始堆积在第一区域220内时，它首先充满门槛水平面下面的容积，则该容积内的床200部分停止流化，出现停滞，且不再与上面的流化材料混合。该停滞材料由从流化装置180向上流动的流化介质冷却，从而在停滞材料和上面的流化材料之间出现温差。该温差(T₂-T₁)随后被测量床温的热电偶装置检测到，发出第一区域220下部出现粗颗粒堆积的信号。该信号通过启动供给装置300(例如，螺旋输送器)来触发第一区域220中床料的排放。该排放一直继续，直到温差消除为止，这表示第一区域220内的整个床料已经流化。

另一个加强第一区域220内粗颗粒的分离以及提高灰冷却器100的总体可靠性的方法是：维持第一区域220内的流化速度低于灰冷却器100的后面(下游)区域220内的流化速度。流化速度越高，规定尺寸的颗粒流化的可能性越大，沉降的可能性越小。因此，第一区域220内不下沉的灰颗粒将在灰冷却器100的其它下游区域220内可靠地流化。

流化介质以受控速度送入灰冷却器100的每一个区域220，以在每一个区域内维持理想的流化速度。为了维持预设的流化速度，特定灰冷却器区域220的质量流量根据该区域内的床温自动调节。例如，一个区域内的床温升高将导致供入该区域的流化介质的质量流量降低，从而补偿增加的流化介质比容。

因此应了解，根据本发明的整体式流化床灰冷却器相对现有技术灰冷却器的设计有几个优点。例如，如果灰冷却器100围壁象形成CFB炉壁的所有板一样，由并入CFB锅炉循环管路中的膜式管壁板制成，那么灰冷却器100的壁温和热膨胀将总是随CFB炉变化。这样就不需要在灰冷却器100和CFB炉之间的管道上设置高温膨胀节，从而简化了设计，减少了维修次数，提高了灰冷却器100的可靠性。通过合并部分CFB炉壁作为灰冷却器100外壳的一部分，大大地精简了灰冷却器100及其支撑结构的总尺寸和重量，并进一步降低成本。使用简单的开口而不是现有技术的空气辅助管将灰从CFB炉输送到灰冷却器100也提高了灰冷却器100的可靠性，减少了它的维修次数。来自包含石块或形成烧结块的燃料的底灰的冷却和清除可以可靠地通过从灰冷却器100的第一区域排出粗颗粒来实现。维持灰冷却器100第一区域内的低流化介质速度可以加强粗颗粒的分离。

尽管为了说明本发明原理的应用详细地显示并描述了本发明的特殊实施例，但本领域技术人员应了解在不脱离这些原理的情况下，可以以下面权利要求涵盖的发明的形式作出修改。例如，本发明可以用于构造新的循环流化床反应器或燃烧器，或者用于置换、修理或改进现有循环流化床反应器或燃烧器。在本发明的一些实施例中，发明的一些特征可以在不使用相应的其它特征的情况下使用。因此，所有这些变化和实施例完全落入以下权利要求的范围。

Claims

1.一种用于冷却从流化床炉排出的底灰固体颗粒的流化床灰冷却器，包括：

沿固体颗粒流径串联设置的至少两个流化床区域，每个区域都具有流化装置，沿固体颗粒路径的第一区域用门槛与后面的区域隔开，该第一区域具有用于测量流化装置附近位置的第一床温(T₁)和流化床内更高位置的第二床温(T₂)的热电偶装置，以及在由热电偶装置检测停滞床料和上面的流化床料之间的温差(T₂-T₁)时用于从第一区域移走尺寸过大的床料的装置，该温差表示第一区域下部出现床料堆积。

2.根据权利要求1所述的流化床灰冷却器，其特征在于，门槛由上边缘在第一区域的流化装置上方的壁形成。

3.根据权利要求1所述的流化床灰冷却器，其特征在于，门槛通过将第一区域内的流化装置的高度设置得比后面区域的流化装置的低来形成。

4.根据权利要求1所述的流化床灰冷却器，其特征在于，第一区域没有浸没在流化床内的吸热表面。

5.根据权利要求1所述的流化床灰冷却器，其特征在于，包括在所述第一或第二床温超过预设值时降低第一区域内所述第一或第二床温的装置。

6.根据权利要求5所述的流化床灰冷却器，其特征在于，该降低所述第一或第二床温的装置包括向流化床内喷水的装置。

7.根据权利要求1所述的流化床灰冷却器，其特征在于，包括维持每个区域内的流化介质的期望流化速度的装置。

8.根据权利要求1所述的流化床灰冷却器，其特征在于，包括用于单独控制流入流化床不同区域的流化介质的流量的装置，用于维持第一区域内的流化速度比后面区域内的流化速度低。

9.一种具有围壁的流化床炉和用于冷却从流化床炉排出的底灰固体颗粒的流化床灰冷却器的组合体，流化床炉和灰冷却器互相共用一个公共壁，流化床灰冷却器包括：

10.根据权利要求9所述的组合体，其特征在于，流化床灰冷却器和流化床炉的围壁用膜式管壁板制成。

11.根据权利要求10所述的组合体，其特征在于，冷却介质在流化床炉和流化床灰冷却器的围壁中循环，并且其中冷却介质在公共壁中的流动主要是上升流，冷却介质在流化床冷却器的其余围壁中的流动主要是下降流。

12.根据权利要求11所述的组合体，其特征在于，冷却介质是水和水与蒸汽混合物中的至少一种。

13.根据权利要求9所述的组合体，其特征在于，公共壁具有两个开口，一上开口用于将热流化介质从流化床灰冷却器排入流化床炉，一下开口用于将底灰固体颗粒从流化床炉送入流化床灰冷却器。