專利名稱：具有一整體式二次空氣充氣室的循環(huán)式流化床加熱爐/反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的領域本發(fā)明總的涉及一種用于循環(huán)式流化床(CFB)鍋爐、反應器或燃燒器的加熱爐構造，特別涉及一種用于上述那些裝置的新的加熱爐構造，它可以提高將二次燃燒空氣引入CFB加熱爐的最中心部分內的能力。這是通過提供一個或多個整體式二次空氣充氣室來完成的，所述的整體式二次空氣充氣室伸入所述加熱爐內、所述流化床的中心附近，用來確保將二次空氣較深地透過所述流化床的所有部分。有利的是，(各)整體式二次空氣充氣室是由被彎曲以形成一個或多個充氣室結構的加熱爐水冷壁管子構成的。
本發(fā)明的背景隨著CFB鍋爐、反應器或燃燒器(下文中稱之為CFB反應器)逐漸變得越來越大，因此，就出現了幾個涉及到將加熱爐或反應器殼體的實際尺寸按比例放大的問題。
在CFB反應器中，通常是進行燃燒處理以降低NOx的排放。這是通過將一部分稱作初級空氣的燃燒空氣注入在那里開始燃燒的加熱爐反應器殼體底部內來進行的。然后將稱作二次空氣或過度燃燒空氣的剩余部分燃燒空氣注入處于更高位置的所述加熱爐反應器殼體，以提供完全燃燒所需的空氣平衡。在實際尺寸較大的CFB反應器上，其中一個更重要的按比例放大問題包括保持住噴射二次空氣的能力，或者使下部或初級燃燒(反應)區(qū)上方的二次空氣過度燃燒的能力。該問題是這樣產生的，由于加熱爐的深度增大，因此，二次空氣進入加熱爐反應器殼體中心的能力被使空氣能全部穿透流化床從而進入所述加熱爐的中心所需的噴管尺寸和速度限制在一數值為15至20英寸的實際最大值。
其它的方法是通過將下加熱爐分成兩部分而形成一所謂的褲腿結構來解決該問題的。這種設置提供了兩個部分，每一部分均將加熱爐的深度有所降低，這樣由于加熱爐的總有效深度被降低了近似1/2，因此可以使適量的二次空氣通過。這種裝置的缺點包括加熱爐一側(一條褲腿)內的流化固體與所述加熱爐另一側(另一條褲腿)內的固體分開，從而使得均勻燃燒和對溫度的控制更為困難。
授予Alexander等人并轉讓給Babcock& Wilcox Company的美國專利No.5,343,830揭示了一種循環(huán)式流化床反應器，它具有多個通向燃燒空間的二次空氣或過度燃燒空氣入口。該專利的內容援引在本文中作為參考，因為它揭示了在CFB加熱爐或反應器內的各種已知構件。
授予Mitchell等人的美國專利No.3,921，590揭示了一種分離式流化床燃燒室，它在所述流化床的兩部分之間具有一連通通道。
授予Moss的美國專利No.4,517,162揭示了一種流化床反應器，它是利用固體壁將流化床分成多個部分，并且其內沒有任何穿孔。還可以參見授予Ganster等人的美國專利No.4,917,028。在授予Oshita等人的美國專利No.4,938,170和5,138,982中也可以找到流化床區(qū)域被分割的循環(huán)式流化床的幾個例子。授予Abdulally的美國專利No.5,218,932中揭示了一種使用阻擋系統(tǒng)(baffle system)的流化床反應器。
本發(fā)明的概述本發(fā)明的基本方面包括一用于CFB反應器的加熱爐構造，其中設置有一個或多個整體式二次空氣充氣室，它們伸入所述加熱爐內所述流化床的中心附近，以保證使二次空氣較深地透過所述流化床的所有部分。有利的是，(各)整體式二次空氣充氣室由被彎曲而形成一個或多個充氣室結構的加熱爐水冷壁管子構成。各水冷壁管子可以由各根管子制成或被預先裝配入水冷壁膜式管板，從而形成從所述加熱爐反應器殼體的一側至另一側延伸的敞口溝槽或充氣室。各面板可以根據需要形成為菱形、橢圓形、矩形、圓形或其它形狀，以便為二次空氣流提供一足夠大的敞口區(qū)域，以將二次空氣分配給沿加熱爐反應器寬度方向設置的各二次空氣噴嘴，并且最好是朝著兩個相對方向，以便使空氣穿透單個加熱爐反應器殼體的前壁和后壁。充氣室膜壁本身是由各個管子、間隔的膜壁(板)、或甚至是單個的膜壁管面板所構成，該單個膜壁管面板具有穿孔，以便使氣體和固體在加熱爐反應器殼體前、后部之間加以良好流通。其目的是，使加熱爐反應器殼體的特性保持如同單個加熱爐區(qū)域一樣，但是其引入二次空氣的能力卻得以加強。設置足夠的水冷壁網路，以使形成二次空氣充氣室的管子與CFB內的水/蒸汽網路流體連通，還可以根據需要在每個整體式二次充氣室的底部或頂部或這兩個部分上設置一個或多個集管，以供這種流體連通之用。在一個或多個二次空氣充氣室的上、下方設置若干個開口，以使通過該爐式反應器殼體的固體獲得良好的連通。
因此，本發(fā)明的一方面旨在提供一種循環(huán)式流化床反應器，它包括一位于反應器外壁之間的二次空氣充氣室，以使二次空氣沿著加熱爐/反應器殼體的寬度方向有效地分布，而不需要極大的噴嘴、較高的速度或特殊裝置來使空氣到達流化床的中心部分。在本專利說明書中，為了簡便起見而使用術語CFB反應器，但應予理解的是，該術語應包括CFB反應器、燃燒器或鍋爐。具體地說，本發(fā)明尤其適用于采用CFB燃燒器作為產熱裝置的鍋爐或蒸汽發(fā)生器。但是，該術語還應包括這樣的一些裝置，包括將CFB反應器殼體用于化學反應而不是用于燃燒加工；或者將在別處燃燒加工所產生的氣/固混合物提供給反應器殼體進行進一步處理；或者所述反應器僅僅提供一殼體，在所述殼體中，顆粒或固體被夾帶在一種不一定是燃燒加工的副產物的氣體中。因此，術語CFB反應器應包括用于包括化學和物理加工在內的各種加工的CFB燃燒器和CFB反應器。
本發(fā)明的另一方面在于提供一種循環(huán)式流化床反應器，它包括一加熱爐反應器殼體，所述加熱爐反應器殼體至少部分是由一前壁、一與所述前壁隔開的后壁以及一連接在所述前壁和所述后壁之間的底壁形成的；用來使初級空氣穿過所述底壁以對所述加熱爐反應器殼體內的一循環(huán)式流化床進行流化的裝置；以及用來使所述流化床材料從所述加熱爐反應器殼體的頂部再循環(huán)回到所述反應器殼體下部的裝置。二次空氣充氣室設置在所述殼體內、位于前壁和后壁之間，用來將二次空氣供送至流化床內、所述底壁上方。
本發(fā)明的又一目的在于使二次空氣穿過前壁和后壁供送并可以從所述殼體的前壁或后壁或從所述殼體的底部供送至所述充氣室內。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種用來在水冷壁管子外形成充氣室的裝置，其中設置有各開口，可以使氣體或流化床材料穿過所述水冷壁從所述殼體的一側流至殼體的另一側。
本發(fā)明的又一目的在于提供這樣一種CFB反應器，它包括一個或多個基本上中心定位的(各)二次空氣充氣室，并且設計簡單，結構堅固且制造起來較為經濟。
構成本發(fā)明特征的各新穎特征將在后附的且構成本揭示內容一部分的權利要求書中具體指出。為了更好地理解本發(fā)明、通過使用所獲得的工作優(yōu)點和特殊益處，下面將結合附圖和本發(fā)明的一較佳實施例進行描述。
附圖的簡要說明在各附圖中

圖1是本發(fā)明第一實施例的循環(huán)式流化床反應器的側視圖；圖2是與圖1相類似的本發(fā)明另一實施例的側視圖；圖3是與圖1相類似的本發(fā)明又一實施例的側視圖；圖4是沿圖3中線4-4剖取的中間供氣管道的某一部分的縱剖平面圖，所述中間供氣管道可為二次空氣充氣室供送空氣；圖5是與圖1相類似的本發(fā)明再一實施例的側視圖，該實施例采用了多個二次空氣充氣室；
圖6是沿圖5中線6-6剖取的中間供氣管道的某一部分的縱剖平面圖，所述中間供氣管道可為二次空氣充氣室供送空氣；圖7是沿圖3中線7-7剖取的、圖5所示的多個二次空氣充氣室實施例的剖視圖；圖8是與圖1相類似的本發(fā)明又一實施例的側視圖；圖9是與圖5相類似的本發(fā)明又一實施例的側視圖，該實施例采用了多個并排設置的二次空氣充氣室；以及圖10是與圖5相類似的本發(fā)明又一實施例的側視圖，該實施例采用了多個并排設置的二次空氣充氣室。
較佳實施例的描述現請參閱附圖，在各附圖中，凡是相同的標號均表示相同或功能類似的構件，具體請參閱圖1，圖1所示的實施例包括一由10總的表示的循環(huán)式流化床(CFB)反應器，該反應器具有一加熱爐反應器殼體11，它具有一由水冷壁制成的前壁12和一同樣由水冷壁制成的后壁14。水冷壁或膜式水冷壁是用于燃燒室或鍋爐的管子以及填充件的已知構造，用來圈圍一空間并用作一從所述空間吸取熱量的熱交換機構。雖然所述的加熱爐反應器殼壁通常是水冷壁表面構造，但是，諸如耐火的非流體冷卻裝置之類的其它構造也可以用于外前壁、外后壁和外側壁。加熱爐反應器殼體11還包括一底壁16，它具有多個噴嘴18，用來將初級燃燒和流化空氣從一形成在底壁16下方的空氣室20噴射入加熱爐反應器殼體11的底部。呈再循環(huán)導管22形式的顆粒再循環(huán)裝置以及諸如分離器之類以24標示的輔助機構在加熱爐反應器殼體11的頂部相連，并與一回流管26相連，以使至少一些固體材料可從加熱爐反應器殼體11的頂部返回，可將含有循環(huán)式流化床的氣體和固體送回到加熱爐反應器殼體11的一靠下的位置，由此獲得一種循環(huán)式流化床(CFB)裝置。
在圖1-圖3、圖5和圖8-圖10中，每一圖的左側表示所述前壁，右側表示所述后壁，各側壁則位于各附圖的平面內。
本發(fā)明提供了一個或多個充氣室30，可使二次空氣基本上沿著加熱爐反應器殼體11的中心流動并與之成一整體，而不用將加熱爐反應器殼體11物理地分成兩個獨立的部分。充氣室30最好由各膜管板32構成，所述膜管板形成自加熱爐反應器殼體11的一側至另一側的敞口溝槽或充氣室。各膜管板可以形成一橫截面為菱形、方形、矩形、卵形、橢圓形或圓形或其它所需形狀的充氣室30，并具有可使二次空氣從其中流過并沿其分配給各二次空氣噴嘴31的、足夠大的敞口區(qū)域，所述各噴嘴與每一充氣室30流體地連接，且橫過加熱爐反應器殼體11的寬度，并具有兩個相反的方向，從而可以朝著單個加熱爐反應器殼體11的前壁12以及朝著后壁14穿透。在所有的附圖中，二次空氣是由充氣室30朝箭頭B方向來供送的，在前壁和后壁12、14處是由集管40朝箭頭C方向來供送的。
形成充氣室各膜式水冷壁32的各管子是由各單根管子、各間隔的膜式水冷壁(板)、或單一的一塊具有多個能將加熱爐反應器殼體11的前部和后部之間的氣體和固體良好連通起來的開口的膜板來供料的。該水冷壁網路將一位于爐底17下方的入口或供送集管34與充氣室30的底部或下部36相連。
在形成充氣室30之后，出口膜式管38?？梢园ǜ鲉胃茏?、間隔的膜式水冷壁(板)、或一塊具有多個能將加熱爐反應器殼體11的前部和后部之間的氣體和固體良好連通起來的開口的膜板。箭頭A示意性地示出了這種氣體和固體自這些膜式水冷壁管子的一側至另一側的流體連通情況。該膜式水冷壁網路將充氣室30的頂部或上部與一位于爐頂(圖中也未予以示出)上方的出口集管或各集管(未示)相連。采用這種裝置，(各)二次空氣充氣室包括有能承受加熱爐反應器殼體11內部的高溫環(huán)境的流體冷卻結構，并且，多個穿過該壁面(在這些管子之間)的開口能使加熱爐反應器殼體11的前部和后部之間的固體在加熱爐反應器的上、下部進行良好流通或運動。
采用本發(fā)明的裝置，二次空氣的穿透可通過將用來使空氣穿過加熱爐深度所需的距離分成加熱爐總深度的近似一半來加強，而不用將加熱爐反應器殼體11的下爐(或上爐)部分物理地分成兩部分。實際上，本發(fā)明可以使加熱爐的深度加倍，并可以使二次空氣有效地穿透，而不會違反有關于空氣噴嘴尺寸和空氣射流速度的聲響工程實用方法，同時還可以有效地保持單一的一個能對燃燒和其它工作參數加以良好控制的流化床。
圖2示出了另一種充氣室30的結構；此處的充氣室30呈一細長的菱形形狀，并且可以在42和43處設置入口集管和出口集管。應予理解的是，可以僅設置集管42，而不設置集管43，或者反過來，并且，在一些安裝情況中，集管42和43可能都會被使用。這有助于使位于(各)充氣室30上方或下方的管子具有不同的間距。
在圖1所示的基本發(fā)明中，二次空氣是從充氣室30的各端部供送到整體式充氣室30內的。在較寬的加熱爐中，這種充氣室30的長度可以增大而超過一理想尺寸，從而能根據需要使沿著并穿過充氣室30的空氣速度保持不變，以使空氣良好地分配給各噴嘴31，所述各噴嘴是橫過CFB反應器10的寬度設置的。藉助圖3和圖4(以及將在下文中描述的圖5-圖7)所示的特殊的膜式水冷壁網路，可以沿著加熱爐反應器殼體11的寬度方向以一定間隔設置也是由流體冷卻管制成的中間供氣管道44。該附加實施例借助這樣一種充氣室30，即，其空氣流動橫截面面積小于其空氣僅通過端部供送的空氣流動橫截面面積，來將充氣室30內的二次空氣速度保持在合理的數值，從而使空氣得以良好分布，也就是，通過根據需要加設中間供氣管道44，可以使充氣室30的空氣流動橫截面面積和形狀對于所有寬度的加熱爐而言保持恒定，同時還可以保持二次空氣良好的分布，并可以使充氣室30的設計標準化。
圖5-7示出了本發(fā)明的另一個方面，其中，可以設置多個二次空氣充氣室30。采用與前文相同的標記。如圖7所示，中間供氣管道44向上延伸穿過加熱爐反應器殼體11從而可將二次空氣供送至每一充氣室30。集管42、43可以根據具體情況而設置在或者不設置在某一充氣室30的下端和上端。二次空氣最好借助如圖所示的進氣充氣室50而送至中間供氣管道44，從上充氣室30來的中間供氣管道44的短延伸部可以將二次空氣供送至上充氣室30。圖7還示出了中間供氣管道44是如何設置在圖5所示的實施例中的；只需省略上充氣室30和中間供氣管道44的短延伸部，就可以看到相同的情況。
圖8示出了本發(fā)明的另一實施例，其中加熱爐反應器殼體11的前壁和后壁12、14可以向內傾斜，從而使加熱爐反應器殼體11的下部小于其上部。如須改變循環(huán)式流化床的動態(tài)特性，則可以采用這種變化形式。圖中以虛線13示出了另一種水冷壁構造。
最后，圖9和圖10示出了本發(fā)明的又一實施例，其中本發(fā)明的整體式二次空氣充氣室的設計概念可以用在更大且更深的CFB反應器構造中。圖9是一種變化形式，它是圖3和圖5所示實施例的組合。如圖9所示，可以并排地設置多個整體式二次空氣充氣室30，而不是將它們如圖5所示的那樣將一個設置在另一個上方。每一整體式二次空氣充氣室30均可以借助其自身的一組獨立的中間供氣管道44而供送二次空氣。類似的，圖10是圖5的變化形式，它表示還可以將多對整體式二次空氣充氣室30并排的設置，每一對充氣室均包括一下、上整體式二次空氣充氣室30。同樣，在圖5所示的實施例中，每對充氣室中的下整體式二次空氣充氣室30可以借助中間供氣管道33來供送空氣，而每對充氣室中的上整體式二次空氣充氣室30可以借助與下整體式二次空氣充氣室相連的、前述較短的中間供氣管道44而供送空氣，如圖7所示和描述的那樣。
雖然已對本發(fā)明的幾個特定實施例進行了圖示和具體描述，以說明本發(fā)明的應用原理，但是應予理解的是，在不背離這些原理的情況下還可以有其它的例子來實施本發(fā)明。
權利要求書按照條約第19條的修改1．一種循環(huán)式流化床反應器，它包括一加熱爐反應器殼體，它至少部分是由一前壁、一與所述前壁隔開的后壁以及一連接在所述前壁和所述后壁之間的底壁形成的；用來使初級空氣穿過所述底壁以對所述加熱爐反應器殼體內的一循環(huán)式流化床進行流化的裝置；用來使所述流化床從所述加熱爐反應器殼體的頂部再循環(huán)回到其下部的裝置；以及水冷壁裝置，用來將至少一個整體式二次空氣充氣室形成在所述加熱爐反應器殼體內以將二次空氣供送到所述流化床內、所述底壁上方，而不需要將加熱爐反應器殼體物理地分成一下部或一上部，所述水冷壁裝置在所述加熱爐反應器殼體內基本垂直延伸，并具有多個通孔，從而可以使從其中通過的氣體和固體從水冷壁裝置的一側至另一側、在加熱爐反應器殼體的前部和后部之間、在其上部和下部得以良好流通。
2．如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述加熱爐反應器殼體包括各側壁、在所述的各側壁之間延伸的至少一個整體式二次空氣充氣室。
3．如權利要求2所述的反應器，其特征在于，它包括與至少一個整體式二次空氣充氣室相連通的、自所述殼體的底部垂直延伸的中間供氣管道。
4．如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述至少一個整體式二次空氣充氣室的橫截面和所述中間供氣管道的橫截面是從以下形狀中選擇出來的方形、矩形、卵形、圓形、橢圓形和菱形。
5．如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述用來在加熱爐反應器殼體內形成至少一個整體式二次空氣充氣室以將二次空氣供送至所述流化床的裝置包括多個整體式二次空氣充氣室和與所述整體式二次空氣充氣室相連通的中間供氣管道。
6．如權利要求5所述的反應器，其特征在于，所述多個整體式二次空氣充氣室是一個位于另一個上方。
7．如權利要求5所述的反應器，其特征在于，所述多個整體式二次空氣充氣室是并列設置。
8．如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述用來在加熱爐反應器殼體內形成至少一個整體式二次空氣充氣室以將二次空氣供送至所述流化床內、所述底壁上方的裝置包括多對整體式二次空氣充氣室和與每對中的至少一個整體式二次空氣充氣室相連通的中間供氣管道。
9．如權利要求8所述的反應器，其特征在于，每對整體式二次空氣充氣室中的所述整體式二次空氣充氣室是一個位于另一個上方。
權利要求
1．一種循環(huán)式流化床反應器，它包括一加熱爐反應器殼體，它至少部分是由一前壁、一與所述前壁隔開的后壁以及一連接在所述前壁和所述后壁之間的底壁形成的；用來使初級空氣穿過所述底壁以對所述加熱爐反應器殼體內的一循環(huán)式流化床進行流化的裝置；用來使所述流化床從所述加熱爐反應器殼體的頂部再循環(huán)回到其下部的裝置；以及用來將至少一個整體式二次空氣充氣室形成在所述加熱爐反應器殼體內以將二次空氣供送到所述流化床內、所述底壁上方的裝置。
2．如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述加熱爐反應器殼體包括各側壁、在所述的各側壁之間延伸的至少一個整體式二次空氣充氣室。
3．如權利要求2所述的反應器，其特征在于，它包括與至少一個整體式二次空氣充氣室相連通的、自所述殼體的底部垂直延伸的中間供氣管道。
4．如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述至少一個整體式二次空氣充氣室的橫截面和所述中間供氣管道的橫截面是從以下形狀中選擇出來的方形、矩形、卵形、圓形、橢圓形和菱形。
5．如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述用來形成至少一個整體式二次空氣充氣室的裝置包括一在所述加熱爐反應器殼體內基本垂直延伸的水冷壁，所述水冷壁具有多個通孔，從而可以使從其中通過的氣體和固體從水冷壁的一側至另一側連通起來。
6．如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述用來在加熱爐反應器殼體內形成至少一個整體式二次空氣充氣室以將二次空氣供送至所述流化床的裝置包括多個整體式二次空氣充氣室和與所述整體式二次空氣充氣室相連通的中間供氣管道。
7．如權利要求6所述的反應器，其特征在于，所述多個整體式二次空氣充氣室是一個位于另一個上方。
8．如權利要求6所述的反應器，其特征在于，所述多個整體式二次空氣充氣室是并列設置。
9．如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述用來在加熱爐反應器殼體內形成至少一個整體式二次空氣充氣室以將二次空氣供送至所述流化床內、所述底壁上方的裝置包括多對整體式二次空氣充氣室和與每對中的至少一個整體式二次空氣充氣室相連通的中間供氣管道。
10．如權利要求9所述的反應器，其特征在于，每對整體式二次空氣充氣室中的所述整體式二次空氣充氣室是一個位于另一個上方。
全文摘要
一種循環(huán)式流化床處理器具有一至少部分由一前壁和一與前壁隔開的后壁形成的處理器殼體。一底壁與前、后壁相連，并設置一可將初級空氣供送穿過底壁以使殼體內的循環(huán)床流化的機構。還設置有另一機構用來使流化床從殼體頂部再循環(huán)回到殼體。一個或多個二次空氣充氣室設置在殼體內、位于前壁和后壁之間，用來將二次空氣供送至流化床內、底壁上方，從而使二次空氣到達殼體深處內。各充氣室由一其內具有多個開口的水冷壁形成，以將從其中流過的氣體和固體從水冷壁的一側至另一側連通起來。
文檔編號F23C10/20GK1239541SQ97180209
公開日1999年12月22日 申請日期1997年12月2日 優(yōu)先權日1996年12月3日
發(fā)明者弗利克斯·貝林, 戴維J·沃克 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司