專利名稱：用于循環(huán)流化床鍋爐的移動床式熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及流化床型燃燒化石燃料的熱量產(chǎn)生系統(tǒng)，并且更具體地涉及已加 熱固體在流化床型燃燒化石燃料的熱量產(chǎn)生系統(tǒng)中再循環(huán)。
背景技術(shù)：
具有用于燃燒化石燃料的火爐的熱量產(chǎn)生系統(tǒng)早已用來產(chǎn)生受控的熱量，以作有 用功為目的。這種功可為直接功形式，比如干燥爐，或可為間接功形式，比如用于工業(yè)或海 洋應(yīng)用的蒸汽發(fā)生器，或用于驅(qū)動產(chǎn)生電力的渦輪機的蒸汽發(fā)生器。用于產(chǎn)生蒸汽的現(xiàn)代 水管爐可具有各種類型，包括流化床鍋爐。盡管存在各種類型的流化床鍋爐，但所有都是基 于在反應(yīng)室內(nèi)燃燒之前噴射氣體以使固體流化的原理工作的。在循環(huán)流化床(CFB)型鍋爐 中，氣體(例如，空氣)穿過固體顆粒床，用以產(chǎn)生趨于使顆粒彼此分離的力。隨著氣體流 量增大，達(dá)到了顆粒上的力剛好足以引起分離的點。然后，床變?yōu)榱骰模诠腆w之間的氣 墊容許顆粒自由移動且給予床類似于液體的特征。床的體積密度在底部處相對較高，且隨 其向上流過在其中燃燒燃料而產(chǎn)生熱量的反應(yīng)室而減小。形成循環(huán)流化床鍋爐的床的固體顆粒通常包括燃料顆粒，如碎煤或其它固體燃 料，以及吸附劑顆粒，如碎石灰石、白云石或其它堿土材料。燃料在鍋爐反應(yīng)室中燃燒會產(chǎn) 生煙道氣體和灰渣。在燃燒過程期間，燃料中的硫受到氧化而形成二氧化硫(S02)，該二氧 化硫與火爐中的其它氣體相混合而形成煙道氣體?；以饕晌慈急M的燃料、燃料中的惰 性材料以及吸附劑顆粒構(gòu)成，且有時稱為床材料或再循環(huán)固體?；以休d夾帶在向上流動的煙道氣體中，且隨熱的煙道氣體一起從火爐排出。盡 管夾帶于煙道氣體中且由其運送，但存在于反應(yīng)室(即，火爐或燃燒器)內(nèi)的吸附劑顆粒仍 會俘獲(即，吸收)煙道氣體內(nèi)來自于SO2的硫。這便減少了最終到達(dá)煙囪的煙道氣體中 SO2的總量(amount)，且因此減少了排放到環(huán)境中的SO2的總量。為了補充火爐中消耗或由火爐排出的固體顆粒材料，新鮮燃料和吸附劑顆粒以及 回收的灰渣持續(xù)地引入循環(huán)流化床鍋爐的床。接下來，在從火爐排出之后，煙道氣體和灰渣 引導(dǎo)至諸如旋風(fēng)器的分離器中，用以從煙道氣體除去灰渣。然后，通常提供了兩條平行的通 路用于使分離的灰渣再循環(huán)回到循環(huán)流化床鍋爐的床中。在任何給定時間，分離的灰渣都
5可通過定位在分離器與所述兩條平行通路之間的固體流量控制閥沿所述平行通路中的一 條或兩條受到引導(dǎo)。這種固體流量控制閥是本領(lǐng)域中所公知的，且可采用氣動方式、液壓方 式或以一些其它功能上等同的方式受到控制。循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計為以便在較窄的溫度范圍內(nèi)工作，從而便于促進燃料的燃 燒、石灰石的煅燒以及硫的吸收。該較窄的火爐溫度范圍必須在一定的火爐負(fù)載范圍(從 滿負(fù)載降至一定水平的部分負(fù)載)內(nèi)得到保持?；馉t溫度是通過吸收來自于煙道氣體和床 灰渣的熱量而受到控制的，其中，煙道氣體和床灰渣是由于火爐反應(yīng)器室中的燃燒而產(chǎn)生 的。盡管大多數(shù)熱量是通過火爐壁和火爐內(nèi)面板吸收的，但在較大的循環(huán)流化床鍋爐上，通 過火爐封殼壁和火爐內(nèi)面板所吸收的熱量不足以實現(xiàn)所期望的工作溫度。因此，對于這些 較大的循環(huán)流化床鍋爐而言，采用外部熱交換器來吸收來自于灰渣的熱量，在灰渣再循環(huán) 到循環(huán)流化床鍋爐之前，將灰渣從旋風(fēng)器或其它分離器中的煙道氣體中除去。該外部熱交 換器通常稱為外部熱交換器(EXE)或流化床熱交換器(FBHE)。因此，如果沿兩條平行的再循環(huán)通路中的一條引導(dǎo)，則吸附劑和其它灰渣顆粒會 受到流化，且這些流化的灰渣顆粒然后進行輸送，且通過噴射的高壓氣體(例如空氣，其一 般處在大約200英寸水標(biāo)(WG)的壓力下)而被動流過FBHE。熱量從流化的顆粒傳遞到工 作流體，例如水、蒸汽、兩者的混合物或流過FBHE內(nèi)的管束的一些其它冷卻劑。冷卻的流化 顆粒流然后再次引入火爐中。在FBHE中進行冷卻流化顆粒的總量通?；诨馉t內(nèi)所期望 的氣體溫度而受到控制。如果沿兩條平行的再循環(huán)通路中的另一條引導(dǎo)，則吸附劑和其它灰渣顆粒也會受 到流化且夾帶在其中，并且通過噴射的高壓氣體(如空氣)再次通常以大約200英寸WG的 壓力輸送。在此情況下，依照該通路，流化顆粒經(jīng)引導(dǎo)穿過具有密封件的灰渣再循環(huán)管道， 該密封件通常稱為密封罐或虹吸密封件，其適于安裝成以便操作用以確保氣體和灰渣在初 級回路中的適當(dāng)流動，其中，初級回路限定為火爐、分離器(即，旋風(fēng)器)、密封罐和FBHE。密 封罐其功能在于防止氣體和固體顆粒從火爐回流到再循環(huán)管道中。吸附劑和其它固體灰渣 顆粒然后在未受冷卻的情況下從密封罐再次弓I入到火爐中。同樣轉(zhuǎn)讓給擁有本申請所有權(quán)利的相同受讓人的美國專利No. 6，779，492和 6，938，780提供了具有密封罐和FBHE的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐的詳細(xì)描述。仍然需要一種更為有效且較為便宜的方式用來在循環(huán)流化床鍋爐的熱量產(chǎn)生系 統(tǒng)中回收灰渣。例如，如果可消除常規(guī)FBHE和密封罐所需的壓力相對較高的流化空氣將會 是有益的，因為這不但會減少提供所需的常規(guī)構(gòu)造的高壓風(fēng)機和流化噴嘴的費用，而且還 將減小需要支承常規(guī)構(gòu)造的FBHE和密封罐的結(jié)構(gòu)鋼所經(jīng)受的動態(tài)負(fù)載，而此外還減少了 操作此類高壓風(fēng)機從而便于提供需要供送的高壓空氣所需的功率消耗。此外，將會有益的 是，在FBHE中具有的熱傳遞速率高于在使用常規(guī)構(gòu)造的FBHE時當(dāng)前可能的熱傳遞速率。熱 傳遞通常由等式Q = RxSx LMTD限定，其中，傳遞的熱量(Q = Btu/hr)，熱傳遞速率(R = Btu/hr-Ft2-F)、表面(S =平方英尺(Ft2))以及對數(shù)平均溫度差(LTMD = Deg. F)。對于恒 定的傳遞速率(R)而言，增大LMTD導(dǎo)致對于給定的熱負(fù)載而言需要的熱交換器表面(S)減 小。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的移動床式熱交換器(MBHE)通過容許固體和工作流體的完全逆流而 改善了 LMTD優(yōu)于典型FBHE中的。
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發(fā)明目的因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種改進的技術(shù)用于回收因燃燒化石燃料所產(chǎn) 生的灰渣，舉例來說，例如回收在循環(huán)流化床鍋爐中因燃燒化石燃料所產(chǎn)生的灰渣。本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種改進的技術(shù)用于在回收因燃燒化石燃料所產(chǎn) 生的灰渣期間除熱。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，通過本專利申請的公開內(nèi)容(包括其以下詳細(xì) 描述)以及實施本發(fā)明將會明白本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和新穎特征。盡管下文參照優(yōu)選 實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，所述發(fā)明并不限于此。隨著所述發(fā)明在文中公開和 主張權(quán)利，能夠理解本文教導(dǎo)內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到在本發(fā)明范圍內(nèi)的其它 實施方式、變型和實施例，以及其它應(yīng)用領(lǐng)域，且所述發(fā)明可關(guān)于這些而具有顯著的實用性。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了一種移動床式熱交換器(MBHE)。MBHE例如可安裝在循環(huán)流化 床鍋爐的初級再循環(huán)回路中，其中，所述MBHE具有容器、多個管和多個空氣入口。MBHE的容器包括具有進料開口的上部、帶具有排放開口的基底的下部，以及設(shè)置 在所述上部與所述下部之間的中間部分。MBHE的容器通過其進料開口收容熱灰渣顆粒，如 具有吸收的硫的熱石灰石顆粒。在這些熱灰渣顆粒已從由火爐(如循環(huán)流化床鍋爐的火 爐)排出的煙道氣體中除去之后，這些熱灰渣顆粒通常從旋風(fēng)器或其它類型的分離器中接 收到。MBHE的容器適于構(gòu)造為(即，確定尺寸、形狀和/或具有結(jié)構(gòu)構(gòu)件)以便操作用以引 導(dǎo)熱灰渣顆粒的重力流，熱灰渣顆粒從而從容器的上部經(jīng)由容器的中間部分而收容至容器 下部的基底上，且以便還操作成以將灰渣顆粒收集在容器下部的基底上。這種定向的灰渣 顆粒重力流可稱為"移動床"。優(yōu)選為翅片管形式的MBHE的多個管設(shè)置在MBHE容器的中間部分內(nèi)，且構(gòu)造為以 便操作用以沿大致正交于上述熱灰渣顆粒穿過容器中間部分的定向重力流方向的方向來 引導(dǎo)工作流體(如，水、蒸汽、水和蒸汽的混合物，或一些其它流體)的流動。如果上述熱灰 渣顆粒的重力流方向豎直向下，則沿大致正交于上述熱灰渣顆粒的該種重力流方向的方向 的流動將為大致水平流動。工作流體的流動使得來自于熱灰渣顆粒的熱量傳遞到工作流體 中，從而在將熱灰渣顆粒引導(dǎo)到MBHE的容器下部時冷卻所述熱灰渣顆粒。通常為空氣噴嘴形式的MBHE的多個空氣入口適于構(gòu)造為以便操作用以將空氣噴 射到MBHE的容器下部中，從而便于控制先前的熱灰渣顆粒的總量，這些熱灰渣顆?，F(xiàn)在已 冷卻，通過MBHE的容器排放開口收集和排放。從熱灰渣顆粒傳遞到工作流體的熱量總量將 通常對應(yīng)于先前的熱灰渣顆粒的總量，這些熱灰渣顆粒現(xiàn)在已經(jīng)冷卻，通過MBHE的容器排 放開口而收集和排放。優(yōu)選的是，收集和排放的此類冷卻的灰渣顆粒的總量基于火爐中的 氣體溫度或離開MBHE的工作流體的溫度而受到控制。通常，在常規(guī)構(gòu)造的循環(huán)流化床鍋爐中，空氣處在多個位置且以各種壓力進行噴 射。經(jīng)由安裝在火爐底部處的噴嘴噴射到其火爐中的流化空氣要求在噴嘴入口處、范圍為 65英寸WG內(nèi)的壓力。另一方面，經(jīng)由噴嘴噴射到常規(guī)構(gòu)造的密封罐和FBHE中的流化空氣 要求在該噴嘴入口處、范圍為200英寸WG內(nèi)的較高壓力。按照與火爐中的高度相比的密 封罐和FBHS中所需的高度，作為所存在的較大總量的灰渣的直接結(jié)果，要求該種較高的壓 力，
根據(jù)本發(fā)明的其它優(yōu)選方面，噴射的空氣流化現(xiàn)在已冷卻的被收集的灰渣顆粒， 且經(jīng)由MBHE的排放開口輸送這些現(xiàn)在流化的已冷卻灰渣顆粒?？商峁┡欧殴艿?，其適于構(gòu) 造為以便操作用以引導(dǎo)所輸送的現(xiàn)在流化的已冷卻灰渣顆粒穿過MBHE的排放開口。有利 的是，該種排放管道將具有入口，該入口設(shè)置在MBHE的容器下部內(nèi)，位于MBHE容器的所述 下部基底上方的一定距離處。所述入口例如可位于MBHE容器下部的基底上方的12英寸處， 但這可能在不脫離本發(fā)明本質(zhì)的情況下取決于實施方式而變化。如果提供了該種排放管 道，則現(xiàn)在流化的已冷卻灰渣顆粒因此輸送到所述排放管道的入口中，且從該處穿過MBHE 容器的排放開口。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，蓋罩優(yōu)選為設(shè)置在MBHE容器下部內(nèi)，位于上述排放管 道入口上方的一定距離處。該蓋罩適于構(gòu)造為以便操作用以支承蓋罩上方的灰渣重量，且 還以便將蓋罩下方的所輸送的灰渣顆粒引導(dǎo)到上述排放管道的入口中。根據(jù)本發(fā)明還有的其它方面，MBHE容器的上述上部、中間部分和下部形成MBHE容 器的第一隔間，且所述容器還包括第二隔間，第二隔間包括另一單獨的進料開口和具有另 一單獨的排放開口的另一基底。所述容器通過其另一進料開口收容也是熱的其它灰渣顆 粒。所述容器還進一步構(gòu)造為以便操作用以將由此收容的其它熱灰渣顆粒的重力流引導(dǎo)至 其第二隔間的基底上，且以便還操作用以將所述其它熱灰渣顆粒收集到其另一基底上。優(yōu) 選的是，還提供多個其它空氣入口。通常也將采用空氣噴嘴形式的所述多個其它空氣入口 適于構(gòu)造為以便操作用以將空氣噴射到MBHE容器的第二隔間中，從而便于控制經(jīng)由MBHE 容器的另一排放開口收集和排放的其它熱灰渣顆粒的總量。因此，來自于一個隔間的冷卻 顆粒和來自于另一個隔間的熱顆粒都可排放，例如，用于回收到循環(huán)流化床鍋爐的火爐中。有利的是，經(jīng)由MBHE容器的另一排放開口收集和排放的其它熱灰渣顆粒的總量 受到控制，使得收集在MBHE容器的第二隔間的基底上的其它熱灰渣顆粒的總量足以克服 外部氣體經(jīng)由MBHE容器的排放開口進入MBHE容器的第二隔間中的流動來密封MBHE容器 的第二隔間。因此，本發(fā)明可實施為用以提供形成一體的MBHE和密封罐單元。附圖簡述

圖1繪出了由火爐和一體式單元構(gòu)成的循環(huán)流化床鍋爐的初級回路的簡化正視 圖，該一體式單元包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的移動床式熱交換器(MBHE)和密封罐。圖2為提供了圖1中所示的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的MBHE和密封罐的一體式單元的更 為詳細(xì)的示圖的正視圖。圖3為繪出圖2中所示的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的空氣倉室和排放管道的優(yōu)選布置的平 面視圖。]圖4示出了用于控制從圖2中所示的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的MBHE和密封罐的一體式 單元排放灰渣的構(gòu)件的放大且更為詳細(xì)的示圖。圖5為示為圖4中所示的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的空氣噴嘴的孔口的示例性布置的平面 視圖。圖6示出了用于控制從圖2中所示的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的MBHE和密封罐的一體式 單元排放灰渣的構(gòu)件的第一備選形式的放大且更為詳細(xì)的示圖。圖7示出了用于控制從圖2中所示的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的MBHE和密封罐的一體式 單元排放灰渣的構(gòu)件的第二備選形式的放大且更為詳細(xì)的描述。
優(yōu)選實施例的實施描述在附圖的圖1中示出了包含循環(huán)流化床110的循環(huán)流化床鍋爐100。如參照圖1 最佳理解到的那樣，通常為碎煤的新鮮燃料經(jīng)由傳送線路115供給至循環(huán)流化床110，而通 常為碎石灰石的新鮮吸附劑則經(jīng)由傳送線路120也供給至循環(huán)流化床110。此外，進一步參看圖1，回收的熱灰渣還從密封罐165經(jīng)由傳送線路170輸送至循 環(huán)流化床110。此外，回收的冷卻灰渣也從移動床式熱交換器(MBHE) 155經(jīng)由傳送路線160 輸送到循環(huán)流化床鍋爐100的火爐(S卩，反應(yīng)室)中。接下來，如圖1所示，倉室105將空氣供送給新鮮燃料、新鮮吸附劑和回收灰渣的 顆粒，它們供送至循環(huán)流化床鍋爐100的火爐，從而便于使這些新鮮燃料、新鮮吸附劑和回 收灰渣的顆粒流化，以便以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的方式而由此形成循環(huán)流化床110。循環(huán)流化床鍋爐100的火爐中產(chǎn)生的煙道氣體和灰渣從循環(huán)流化床鍋爐100的火 爐經(jīng)由傳送線路125排出。如完全理解的那樣，煙道氣體作為載體，且輸送來自于循環(huán)流化 床鍋爐100的火爐中的隨其夾帶的灰渣。旋風(fēng)器130用于從煙道氣體分離隨其夾帶的灰渣。從旋風(fēng)器130中，煙道氣體(現(xiàn) 在基本上沒有之前隨其夾帶的灰渣)經(jīng)由傳送線路135優(yōu)選為輸送到任一下游處理設(shè)備 中，例如熱交換器、空氣污染控制(APC)設(shè)備，且隨后最終輸送到排氣煙囪中?；以谛L(fēng)器130中與煙道氣體分離之后，從旋風(fēng)器130經(jīng)由第一通路140引導(dǎo) 至移動床式熱交換器(MBHE) 155，以及然后經(jīng)由第二通路145引導(dǎo)至密封罐165中。如參照 附圖的圖1最佳理解到的那樣，MBHE 155和密封罐165收容在一體式單元中，該一體式單 元在附圖中由參考標(biāo)號150表示。在圖2中，示出了 MBHE和密封罐的一體式單元150的詳圖。如參照附圖中的圖2 最佳理解到的那樣，來自于旋風(fēng)分離器130的熱灰渣顆粒140以分布方式供送到MBHE 155 中。也就是說，優(yōu)選的是，進入MBHE 155的熱灰渣顆粒分布在MBHE 155的整個寬度和深度 上。類似的是，如參照附圖中的圖2最佳理解到的那樣，熱灰渣顆粒145也以分布方式供送 至密封罐165。分別借助于重力流，熱灰渣顆粒140移動穿過MBHE 155以及熱灰渣顆粒145 移動穿過密封罐165?；以w粒140和145的該重力流可稱為"移動床"。進一步參看圖2，如在其中示出的那樣，MBHE 155具有三個主要部分；即上部200、 中間部分205和下部210。為此，灰渣顆粒140的移動床經(jīng)由可稱為進料開口 202的部分而 進入MBHE 155的上部200中，圖2中將進料開口 202繪制在MBHE 155的頂部處。如本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員將最佳理解到的那樣，該開口 202可適于在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)的情況下 以多種方式構(gòu)造。MBHE 155適當(dāng)?shù)卮_定尺寸、形狀和/或具有結(jié)構(gòu)構(gòu)件(為了保持附圖中的圖示清 楚而并未示出)，以便操作用以將熱灰渣顆粒140的移動床從其上部200引導(dǎo)至MBHE 155 的其中間部分205。中間部分205包括通常由鍋爐壓力部件構(gòu)成的熱交換器215。這些壓 力部件優(yōu)選包括成束的翅片管(為了保持附圖中的圖示清楚而并未示出)，通常為蒸汽和/ 或水的形式的工作流體流過翅片管。該工作流體用作冷卻劑，且用于在使得熱灰渣顆粒140 流過熱交換器215時從熱灰渣顆粒140的移動床中回收熱量。熱交換器215的成束翅片管優(yōu)選定向成使得經(jīng)由其流過的工作流體流大致正交 于穿過熱交換器215的熱灰渣顆粒移動床的重力流。翅片有利的是從管沿大致平行于熱灰
9渣顆粒移動床的流動方向延伸。在穿過熱交換器215之后，使圖2中由參考標(biāo)號250表示 的冷卻灰渣顆粒流動至MBHE 155的下部210。冷卻的灰渣顆粒250然后收集在MBHE 155 下部210的基底272表面275上。一層這樣收集的冷卻灰渣顆粒在圖2中以參考標(biāo)號252 標(biāo)示。收集的冷卻灰渣顆粒的壓力相對較高，例如，200英寸水標(biāo)(WG)。如參照圖2最佳理解到的那樣，空氣倉室235設(shè)置在MBHE 155的基底275下方， 從而便于提供經(jīng)由MBHE 155的基底272中的空氣入口進入MBHE 155的下部210中的低壓 空氣240流，例如，處于65英寸WG的壓力。下文將闡述關(guān)于低壓空氣240流入MBHE 155 下部210中的其它細(xì)節(jié)。低壓空氣240的噴射操作用以致使收集的冷卻灰渣顆粒252經(jīng)由 MBHE 155的基底272中的排放開口 220輸送。優(yōu)選的是，排放管道225從基底表面275上 方的位置延伸穿過各基底排放開口 220。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，蓋罩230提供在排放 管道225的各相應(yīng)一個的入口開口 227上方(如參照圖4最佳理解到的那樣)。如果該種 排放管道225和蓋罩230的使用目的在于實現(xiàn)排放隨其收集的冷卻灰渣顆粒252，則收集 的冷卻灰渣顆粒252便通過低壓空氣240輸送到位于各相應(yīng)的一個排放管道225的入口開 口上方的位置。所輸送的收集的冷卻灰渣顆粒在圖4中由參考標(biāo)號255標(biāo)示。各蓋罩230 操作用以使所輸送的收集的冷卻灰渣顆粒255偏轉(zhuǎn)到相應(yīng)的一個排放管道225的入口 227 中，且穿過該相應(yīng)的一個排放管道225。離開排放管道225的所輸送的收集的冷卻灰渣顆粒 255經(jīng)由傳送線路160再循環(huán)到循環(huán)流化床鍋爐100的火爐中。如參照附圖的圖2中最佳看到的那樣，公共壁270使MBHE 155與密封罐165分離 開。如圖2中所示，熱灰渣顆粒145經(jīng)由進料開口 204進入密封罐165。熱灰渣顆粒145 經(jīng)受密封罐165中的重力流，也就是說，從密封罐165的進料開口 204通向密封罐165基底 282的表面280。如圖2中所繪出的那樣，一層收集的熱灰渣顆粒260形成在密封罐165基 底282的表面280上。密封罐165也包括由參考標(biāo)號235'表示的空氣倉室，該空氣倉室設(shè) 計為可操作的，以便噴射空氣用以經(jīng)由密封罐165基底280中的排放開口 220'輸送收集 的熱灰渣顆粒260。如此輸送的熱灰渣顆粒在圖2中由參考標(biāo)號265標(biāo)示。正如MBHE 155 一樣，有蓋罩的排放管道225'優(yōu)選安裝成穿過各排放開口 220'，從而便于形成通道，熱 灰渣顆粒265能夠經(jīng)由該通道從密封罐165排放出。從密封罐排放開口 220'排放出的熱 灰渣顆粒265設(shè)計成經(jīng)由傳送線路170再循環(huán)而回到循環(huán)流化床鍋爐100中。通過控制噴射空氣240到MBHE 155中，可控制經(jīng)由MBHE 155中的排放開口 220 所排放的收集的冷卻灰渣顆粒252的總量。類似的是，通過控制噴射空氣240'到密封罐 165中，也可控制經(jīng)由排放開口 220'所排放的收集的熱灰渣顆粒260的總量。通過控制噴 射低壓空氣240到MBHE 155中，還可控制從熱灰渣顆粒140傳遞到在熱交換器215中流動 的工作流體中的熱量總量。也就是說，從熱灰渣顆粒140傳遞給工作流體的熱量總量將對 應(yīng)于經(jīng)由排放開口 220所排放的收集的冷卻灰渣顆粒250的總量。這種控制優(yōu)選基于循環(huán) 流化床鍋爐100的火爐中的氣體溫度或MBHE 155中的蒸汽/水的溫度而予以實現(xiàn)，但也可 在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)的情況下同樣很好地基于其它的火爐相關(guān)參數(shù)?？傊?，一體式MBHE和密封罐的單元150可用于控制循環(huán)流化床鍋爐100的火爐中 的燃燒溫度。由于灰渣移動穿過MBHE 155，且以重力流而經(jīng)過熱交換器215，故無需噴射高 壓空氣而便于輸送灰渣和引發(fā)熱傳遞。因此，根據(jù)本發(fā)明，并不需要使用任何高壓流化風(fēng) 機。結(jié)果，這樣不但顯著降低了材料成本，而且還顯著減少了功率消耗。灰渣移動床在MBHE
10155中豎直向下的逆流流動導(dǎo)致較高的對數(shù)平均溫度差(LMTD)，這有助于MBHE 155中的 較高熱傳遞速率，且因此降低了熱交換器的表面要求。此外，由于MBHE 155能夠利用多個 翅片管，這些翅片管包含較高的翅片密度而不會妨礙灰渣經(jīng)由其穿過的流動，故熱傳遞表 面可采用很緊湊的設(shè)計進行布置。通過使用包含與高LMTD相聯(lián)的高密度翅片的多個管而 引起的延伸表面，使得有可能由此實現(xiàn)壓力部件表面和耐火材料相比于在使用常規(guī)構(gòu)造的 流化床熱交換器(FBHE)時所需的顯著減小。此外，由于灰渣流速在MBHE155中通過控制熱 交換器下游的灰渣排放而受到控制，故無需在密封罐165和MBHE 155的上游采用灰渣控制 閥。這不同于在包含常規(guī)構(gòu)造的FBHE中需要采用上游灰渣控制閥來控制固體流。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的空氣倉室以及管道和蓋罩排放口(有時稱為低壓灰渣控制閥 (LPACV))的通過舉例的優(yōu)選布置的平面視圖。如參照圖3將最佳理解到的那樣，LPACV分 布在MBHE 155和密封罐165兩者的整個基底區(qū)域上。為此，LPACV的各列A-F由空氣控制， 該空氣經(jīng)由獨立的倉室235或235'進行噴射。以下文將更為詳細(xì)闡述的方式，供送給獨 立倉室235或235'的空氣可獨立地受到控制。應(yīng)當(dāng)理解的是，密封罐165和MBHE 155中 LPACV的列數(shù)可不脫離本發(fā)明的本質(zhì)取決于使用LPACV的特定應(yīng)用而變化。此外，各列中的 排放開口的數(shù)目也可在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)的情況下取決于使用LPACV的特定應(yīng)用而變 化。來自MBHE 155中的倉室235的較高空氣流速操作用以促進增大的灰渣流速穿過熱交 換器215，且因此降低從MBHE155回到循環(huán)流化床鍋爐100的火爐中的灰渣的聚集溫度。噴射到MBHE 155和密封罐165中的空氣受到控制，以便由此導(dǎo)致在MBHE 155和 密封罐165中保持灰渣的特定水平(即，數(shù)量)，從而因此提供所需的火爐相對于旋風(fēng)器的 密封。此外，空氣噴射到MBHE 155中也受到控制以便由此控制灰渣流過熱交換器215，從而 因此實現(xiàn)特定的蒸汽發(fā)生器參數(shù)，舉例來說，例如循環(huán)流化床鍋爐100的火爐內(nèi)的特定氣 體或蒸汽溫度。最后，空氣噴射到MBHE 155和密封罐165中還受到控制以便由此保持灰渣 返回線路160和170中的冷卻灰渣顆粒和熱灰渣顆粒均勻分布到循環(huán)流化床鍋爐100的火 爐中。通過將排放開口布置成列，并調(diào)節(jié)為了實現(xiàn)經(jīng)由各列排放開口 220或220'輸送灰 渣的目的而噴射的空氣，由此可確保均勻的灰渣流跨過MBHE 155和密封罐165的寬度，且 還處在返回線路160和170中的各個中。此外，調(diào)節(jié)從列A-F排放的灰渣還操作用以促進 熱交換器215管內(nèi)的均勻冷卻劑溫度。此外，由于MBHE 155和密封罐165能夠獨立于彼此 受到控制而不脫離本發(fā)明的本質(zhì)，故如果期望如此，則MBHE 155能夠在密封罐165關(guān)閉的 情況下進行操作，反之亦然。在密封罐165和MBHE 155相對于彼此成平行關(guān)系布置的情況 下，如果期望如此，則從旋風(fēng)器130所排放的較大顆?？刹幻撾x本發(fā)明的本質(zhì)，出于經(jīng)由密 封罐165排放出的目的而引導(dǎo)遠(yuǎn)離MBHE 155。在附圖的圖4和圖5中，還示出了 LPACV 475，其用于控制灰渣在MBHE 155和密封 罐165經(jīng)由排放開口 220和220'的流動。如參照圖4最佳理解的那樣，LPACV 475包括之 前在上文已經(jīng)描述的排放管道225或225'和相關(guān)蓋罩230或230'。為此，排放管道225 或225'延伸穿過MBHE 155或密封罐165的基底272或282中的排放開口 220或220 ‘。 進一步參看圖4，如其中所示，MBHE 155和密封罐165中各個的基底分別包括鋼殼420或 420'，根據(jù)本發(fā)明，耐火材料層425或425'分別優(yōu)選提供在鋼殼420或420‘上。繼續(xù) 參看圖4，排放開口 220或220'形成為以便延伸穿過耐火材料425或425'和鋼殼420或 420'兩者。優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的排放管道225或225'在基底表面275或280上方延
11伸大約12英寸，但排放管道225或225'的高度在并不脫離本發(fā)明的本質(zhì)的情況下可取決 于所述特定應(yīng)用的屬性而變化。如參照圖4最佳理解到的那樣，蓋罩230或230'優(yōu)選脫 離排放管道225或225'自身而受到支承，且此外還優(yōu)選在基底272或282上方延伸18英 寸至24英寸之間的高度。然而，還應(yīng)當(dāng)理解的是，該高度范圍還可在不脫離本發(fā)明的本質(zhì) 的情況下而另外變化。如參照圖4可看到的那樣，蓋罩230或230'的底部優(yōu)選但非必須 在入口開口 227的下方(在MBHE 155的情況下)和入口開口 227 ‘的下方(在密封罐165 的情況下)延伸。附圖中由參考標(biāo)號475標(biāo)示的來自其適合來源(為了保持附圖中的圖示清楚而并 未示出)的空氣經(jīng)由導(dǎo)管405供送到倉室235或235'，該倉室235或235'操作用以分 配該種空氣，該空氣繼而又實現(xiàn)其供送到歧管412 (在MBHE 155的情況下)，或供送到歧管 412'(在密封罐165的情況下)。該種空氣從歧管412或412'分配到獨立的低壓空氣噴 嘴415 (在MBHE 155的情況下)和壓力較低的空氣噴嘴415'(在密封罐165的情況下)， 用于隨后根據(jù)情況而噴射到MBHE 155或密封罐165中。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，空氣經(jīng) 由導(dǎo)管405至倉室235或235'的流動通過可變空氣流量閥410，響應(yīng)于由此從控制器450 接收到的指令而受到控制?？刂破?50操作用以實現(xiàn)對與各控制器450相關(guān)聯(lián)的單獨的可 變空氣流量控制閥410進行控制。如果期望如此，則所有閥410都可在不脫離本發(fā)明的本 質(zhì)的情況下由單個控制器450控制。在附圖的圖5中，繪出了空氣噴嘴415或415'的眾多布置中的一種，其可在不脫 離本發(fā)明的本質(zhì)的情況下，用于實現(xiàn)噴射低壓空氣240或240'到MBHE 155或密封罐165 中的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員完全理解將低壓空氣噴嘴415或415'布置成以便由此以 所需的方式工作，且因此應(yīng)當(dāng)理解的是，圖5中所示的噴嘴布置是以舉例而非限制的方式， 且任何數(shù)目的其它噴嘴布置在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)的情況下同樣可很好地使用。在操作中，噴射少量的低壓空氣240或240'用以控制MBHE 155或密封罐165內(nèi) 的固體。為此，噴射空氣的壓力遠(yuǎn)低于固體的周圍壓力。限定MBHE 155的隔間的基底上的固體壓力和限定密封罐165的隔間的基底上的 固體壓力對應(yīng)于相應(yīng)一個上述隔間中的固體高度。在大多數(shù)情況下，該種隔間中的固體壓 力將遠(yuǎn)超200英寸WG。然而，噴射到相應(yīng)隔間中的空氣240或240'的壓力只需為低壓。出 于此目的，可從通常在循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備處可用的初級空氣源或次級空氣源中提供該種 低壓空氣。例如，通常在65英寸WG的壓力下如此可用的該種初級空氣可用作空氣475的 來源?；妆砻?75或280上方的排放管道225或225'的較低高度使收集的灰渣252 或260床的高度能夠有效地隨之減小，且因此，減小了為實現(xiàn)將固體輸送到排放管道入口 227或227'所需的壓力總量。噴射空氣240或240'設(shè)計成經(jīng)由收集的灰渣252和260有 效地冒出氣泡，且然后由蓋罩230或230'偏轉(zhuǎn)到排放管道入口 227或227'中，且穿過排 放管道225或225'而進入傳送線路160或170中。在此過程期間，低壓空氣實現(xiàn)了灰渣 從MBHE 155和/或密封罐165輸送到循環(huán)流化床鍋爐100的火爐中。當(dāng)灰渣如此地從相 應(yīng)隔間輸送時，灰渣床沿向下的方向移動，從而促進熱量自其傳遞到流過熱交換器215管 的工作流體。在附圖的圖6和圖7中，示出了備選的LPACV設(shè)計500，其可用于MBHE 155中而不脫離本發(fā)明的本質(zhì)。此外，該備選LPACV設(shè)計500可安裝在MBHE 155的基底272中或基底 272下方。為此，在該備選LPACV設(shè)計500中，采用了與附圖的圖4中所示的LPACV相同的 液壓原理。附圖的圖6和圖7中所示的LPACV設(shè)計500與附圖的圖4中所示的LPACV設(shè)計 的不同之處在于，在LPACV設(shè)計500中，迷宮室520用于形成蓋罩510的目的，由此，相比于 較高壓力狀態(tài)Pl所得到的較低壓力狀態(tài)P2由循環(huán)流化床材料110的材料靜壓頭(落差) 形成?？刂破?50能夠控制可變空氣流量閥410，從而便于實現(xiàn)空氣以開關(guān)順序穿過噴 嘴415或415'的脈動。作為備選，控制器450還能夠控制可變空氣流量閥410，以便噴射 器415或415'將低壓空氣連續(xù)流以變化的流速噴射到相應(yīng)的隔間中?？傊?，對穿過MBHE 155和密封罐165的灰渣流的非機械控制是使用處于一定壓力 下的空氣來提供的，該一定壓力遠(yuǎn)低于收集在相應(yīng)隔間基底上的灰渣的周圍壓力。由于僅 需要低壓空氣，故從而可減少循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備的功率消耗，且因此循環(huán)流化床鍋爐設(shè) 備可在較高的能量效率(例如，較高的設(shè)備加熱速率)下運行。此外，從MBHE 155和密封 罐165排放出的灰渣總量可在循環(huán)流化床鍋爐100的滿負(fù)載范圍內(nèi)有效控制在所期望的程 度上。如上文所述，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種更為有效且較為便宜的技術(shù)來用于在循環(huán) 流化床式熱量產(chǎn)生系統(tǒng)中回收灰渣。本發(fā)明所涉及的技術(shù)有利地消除了對常規(guī)構(gòu)造的FBHE 和密封罐所需的壓力相對較高的流化空氣的需要，且不但可降低其通常需要的高壓風(fēng)機和 流化噴嘴的費用，而且還降低了結(jié)構(gòu)鋼所受到的動態(tài)負(fù)載，所需的結(jié)構(gòu)鋼用于支承包含常 規(guī)構(gòu)造的FBHE和密封罐的目的。還消除的是操作這些風(fēng)機以便使它們因而提供高壓空氣 的供送而通常所需的功率消耗。此外，本發(fā)明所涉及的技術(shù)有利地幫助使熱交換器中的熱 傳遞速率高于使用常規(guī)構(gòu)造的FBHE當(dāng)前可能的熱傳遞速率，這是因為在該種常規(guī)構(gòu)造的 FBHE內(nèi)的流化灰渣流的對數(shù)平均溫度差LMTD相對較低。盡管本文已經(jīng)描述和示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員仍可由此而容易地對其作出修改，上文已經(jīng)提到了其中的一些。因此，申請人意 圖由所附權(quán)利要求來覆蓋本文所提到的修改以及落入本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)的所有 其它修改。
1權(quán)利要求
一種移動床式熱交換器，包括容器，其包括具有進料開口的上部、具有在其中包括排放開口的基底的下部，以及設(shè)置在所述上部與所述下部之間的中間部分，所述容器構(gòu)造成以便由此將經(jīng)由所述進料開口收容在所述容器中的熱灰渣顆粒的重力流從所述上部經(jīng)過所述中間部分引導(dǎo)到所述容器的所述下部的所述基底上，且以便實現(xiàn)將所述熱灰渣顆粒收容在所述容器的所述下部的所述基底上；多個管，其設(shè)置在所述容器的所述中間部分中，且構(gòu)造成以便由此沿大致正交于經(jīng)過所述容器的所述中間部分的所述熱灰渣顆粒的定向重力流方向的方向引導(dǎo)工作流體的流動，使得來自于所述熱灰渣顆粒的熱量傳遞到所述工作流體，從而在引導(dǎo)所述熱灰渣顆粒的重力流通向所述容器的所述下部時使所述熱灰渣顆粒冷卻；以及多個空氣入口，其構(gòu)造成用以將空氣噴射到所述容器的所述下部中，用以控制經(jīng)由所述容器的所述排放開口排放的所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒的總量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動床式熱交換器，其特征在于從所述熱灰渣顆粒傳遞到所述工作流體的所述熱量的總量對應(yīng)于經(jīng)由所述容器的所 述排放開口排放的所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒的總量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動床式熱交換器，其特征在于經(jīng)由所述容器的所述排放開口排放的所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒的總量基于火爐 中的氣體溫度受到控制，所述火爐可操作地連接到所述容器上，且經(jīng)由所述容器的所述排 放開口排放的所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒經(jīng)弓I導(dǎo)通向所述火爐。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動床式熱交換器，其特征在于所述收集的冷卻的灰渣顆粒處于相對較高的壓力；以及由所述多個空氣入口噴射的空氣處于相對較低的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的移動床式熱交換器，其特征在于所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒的所述相對較高的壓力為大約200英寸WG ；以及由所述多個空氣入口噴射的空氣的所述相對較低的壓力為大約65英寸WG。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動床式熱交換器，其特征在于由所述多個空氣入口噴射的空氣操作用以流化所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒，且用以 輸送所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒穿過所述容器的所述排放開口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動床式熱交換器，其特征在于，所述移動床式熱交換器還 包括排放管道，其構(gòu)造成以便操作用以引導(dǎo)所述輸送的收集的冷卻的熱灰渣顆粒穿過所述 容器的所述排放開口，且具有入口，所述入口設(shè)置在所述容器的所述下部內(nèi)，位于所述容器 的所述下部的所述基底上方的一定距離處；其中，輸送所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒包括將所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒輸送到 所述排放管道的所述入口中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的移動床式熱交換器，其特征在于，所述移動床式熱交換器還 包括蓋罩，其設(shè)置在所述容器的所述下部內(nèi)，位于所述排放管道的所述入口上方的一定距 離處，且構(gòu)造為以便操作用以將所述輸送的收集的冷卻的熱灰渣顆粒引導(dǎo)到所述排放管道的所述入口中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動床式熱交換器，其特征在于所述進料開口為第一進料 開口，所述基底為第一基底，所述排放開口為第一排放開口，所述多個空氣入口為多個第一 空氣入口，以及所述熱灰渣顆粒為第一熱灰渣顆粒，且所述移動床式熱交換器還包括多個第二空氣入口；其中，所述上部、所述中間部分和所述下部形成所述容器的第一隔間；其中，所述容器還包括具有第二進料開口和在其中含有第二排放開口的第二基底的第 二隔間，所述容器還構(gòu)造為以便操作用以由此將經(jīng)由所述第二進料開口收容在所述容器中 的第二熱灰渣顆粒的重力流引導(dǎo)到所述第二隔間的所述基底上，且用以實現(xiàn)將所述第二熱 灰渣顆粒收集在所述第二隔間的所述第二基底上；其中，所述多個第二空氣入口構(gòu)造成用以將空氣噴射到所述容器的所述第二隔間中， 用以控制經(jīng)由所述第二隔間的所述第二排放開口排放的所述收集的第二熱灰渣顆粒的總 量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的移動床式熱交換器，其特征在于經(jīng)由所述第二隔間的所述第二排放開口排放的所述收集的第二熱灰渣顆粒的總量控 制成使得收集在所述第二隔間的所述基底上的所述第二熱灰渣顆粒的總量足以克服外部 氣體經(jīng)由所述第二排放開口進入所述第二隔間的流動而密封所述第二隔間。
11.一種從移動床式熱交換器中的熱灰渣顆粒分離熱量的方法，包括如下步驟引導(dǎo)熱灰渣顆粒的重力流；沿橫切于所述熱灰渣顆粒的重力流的通路且在大致正交于所述熱灰渣顆粒的重力流 方向的方向上引導(dǎo)工作流體的流動，以便由此從所述熱灰渣顆粒傳遞熱量到所述工作流 體，用于實現(xiàn)冷卻所述熱灰渣顆粒的目的；將所述冷卻的熱灰渣顆粒收集在收集器中；以及噴射空氣用以控制從所述收集器排放的所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒的總量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于從所述熱灰渣顆粒傳遞到所述工作流體的所述熱量的總量對應(yīng)于從所述收集器排放 的所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒的總量。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于從所述收集器排放的所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒的總量基于火爐中的氣體溫度受 到控制，所述火爐可操作地連接到所述收集器上，且從所述收集器排放的所述收集的冷卻 的熱灰渣顆粒經(jīng)弓I導(dǎo)通向所述火爐。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒處于相對較高的壓力；以及所述噴射的空氣處于相對較低的壓力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒的相對較高的壓力為大約200英寸WG ；以及所述噴射的空氣的相對較低壓力為大約65英寸WG。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述噴射的空氣操作用以流化所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒，且用以輸送所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒穿過排放開口，用于實現(xiàn)從所述收集器排放所述收集的冷卻的熱灰渣顆 粒的目的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟 將輸送所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒的所述噴射的空氣引導(dǎo)到排放入口中；以及 引導(dǎo)輸送所述收集的冷卻的熱灰渣顆粒的所述噴射的空氣從所述排放入口穿過所述排放開口。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述灰渣顆粒為第一灰渣顆粒，所述收 集器為第一收集器，以及所述空氣為第一空氣，且所述方法還包括如下步驟引導(dǎo)第二熱灰渣顆粒的重力流； 將所述第二熱灰渣顆粒收集在第二收集器中；以及噴射第二空氣用以控制從所述第二收集器排放的所述收集的第二熱灰渣顆粒的總量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述噴射的第二空氣操作用以流化所述收集的冷卻的第二熱灰渣顆粒，且用以輸送所 述收集的冷卻的第二熱灰渣顆粒穿過排放開口，以實現(xiàn)從所述收集器排放所述收集的冷卻 的第二熱灰渣顆粒；以及從所述第二收集器排放的所述收集的冷卻的第二熱灰渣顆粒的總量控制成使得收集 在所述第二收集器中的所述收集的冷卻的第二熱灰渣顆粒的總量足以克服外部空氣經(jīng)由 所述排放開口進入所述第二收集器的流動而密封所述第二收集器。
全文摘要
一種移動床式熱交換器(155)包括容器，該容器具有上部(200)、帶其中包括排放開口的基底(272)的下部(210)，以及中間部分(205)。該容器從而引導(dǎo)所接收到的熱灰渣顆粒(140)的重力流從上部(200)經(jīng)由中間部分(205)而達(dá)到容器下部(210)的基底(272)，熱灰渣顆粒(140)收集在該處。容器中間部分(205)中的管沿大致正交于經(jīng)由容器中間部分(205)的熱灰渣顆粒(140)重力流方向的方向引導(dǎo)工作流體的流動，使得來自于熱灰渣顆粒(140)的熱量傳遞到工作流體中，從而冷卻熱灰渣顆粒(140)。
文檔編號F23C10/00GK101896770SQ200880121028
公開日2010年11月24日 申請日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者B·C·泰根, G·D·朱科拉, G·D·米爾奇里斯特, J·E·費爾古森, R·E·瓦亞什, R·V·雅各布斯 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司