[发明专利]用于循环流化床锅炉的移动床式热交换器

说明书

相关申请

本申请涉及于2000年12月18日提交且名称为″Recuperative andConductive Heat Transfer System″的美国申请序列No.09/740,356(现为2003年4月29日公布的美国专利No.6,554,061)、于2002年10月29日提交且名称为″Circulating Fluidized Bed Reactor Device″的美国申请序列No.10/451,830(现为2004年8月24日公布的美国专利No.6,779,492)，以及于2002年10月29日提交且名称为″CentrifugalSeparator in Particular for Fluidized Bed Reactor Device″的美国申请序列No.10/451,769(现为2005年9月6日公布的美国专利No.6,938,780)，这些申请的公开内容通过引用而整体并入到本文中。

发明领域

本发明主要涉及流化床型燃烧化石燃料的热量产生系统，并且更具体地涉及已加热固体在流化床型燃烧化石燃料的热量产生系统中再循环。

发明背景

具有用于燃烧化石燃料的火炉的热量产生系统早已用来产生受控的热量，以作有用功为目的。这种功可为直接功形式，比如干燥炉，或可为间接功形式，比如用于工业或海洋应用的蒸汽发生器，或用于驱动产生电力的涡轮机的蒸汽发生器。用于产生蒸汽的现代水管炉可具有各种类型，包括流化床锅炉。尽管存在各种类型的流化床锅炉，但所有都是基于在反应室内燃烧之前喷射气体以使固体流化的原理工作的。在循环流化床(CFB)型锅炉中，气体(例如，空气)穿过固体颗粒床，用以产生趋于使颗粒彼此分离的力。随着气体流量增大，达到了颗粒上的力刚好足以引起分离的点。然后，床变为流化的，在固体之间的气垫容许颗粒自由移动且给予床类似于液体的特征。床的体积密度在底部处相对较高，且随其向上流过在其中燃烧燃料而产生热量的反应室而减小。

形成循环流化床锅炉的床的固体颗粒通常包括燃料颗粒，如碎煤或其它固体燃料，以及吸附剂颗粒，如碎石灰石、白云石或其它碱土材料。燃料在锅炉反应室中燃烧会产生烟道气体和灰渣。在燃烧过程期间，燃料中的硫受到氧化而形成二氧化硫(SO₂)，该二氧化硫与火炉中的其它气体相混合而形成烟道气体。灰渣主要由未燃尽的燃料、燃料中的惰性材料以及吸附剂颗粒构成，且有时称为床材料或再循环固体。

灰渣承载夹带在向上流动的烟道气体中，且随热的烟道气体一起从火炉排出。尽管夹带于烟道气体中且由其运送，但存在于反应室(即，火炉或燃烧器)内的吸附剂颗粒仍会俘获(即，吸收)烟道气体内来自于SO₂的硫。这便减少了最终到达烟囱的烟道气体中SO₂的总量(amount)，且因此减少了排放到环境中的SO₂的总量。

为了补充火炉中消耗或由火炉排出的固体颗粒材料，新鲜燃料和吸附剂颗粒以及回收的灰渣持续地引入循环流化床锅炉的床。接下来，在从火炉排出之后，烟道气体和灰渣引导至诸如旋风器的分离器中，用以从烟道气体除去灰渣。然后，通常提供了两条平行的通路用于使分离的灰渣再循环回到循环流化床锅炉的床中。在任何给定时间，分离的灰渣都可通过定位在分离器与所述两条平行通路之间的固体流量控制阀沿所述平行通路中的一条或两条受到引导。这种固体流量控制阀是本领域中所公知的，且可采用气动方式、液压方式或以一些其它功能上等同的方式受到控制。

循环流化床锅炉设计为以便在较窄的温度范围内工作，从而便于促进燃料的燃烧、石灰石的煅烧以及硫的吸收。该较窄的火炉温度范围必须在一定的火炉负载范围(从满负载降至一定水平的部分负载)内得到保持。火炉温度是通过吸收来自于烟道气体和床灰渣的热量而受到控制的，其中，烟道气体和床灰渣是由于火炉反应器室中的燃烧而产生的。尽管大多数热量是通过火炉壁和火炉内面板吸收的，但在较大的循环流化床锅炉上，通过火炉封壳壁和火炉内面板所吸收的热量不足以实现所期望的工作温度。因此，对于这些较大的循环流化床锅炉而言，采用外部热交换器来吸收来自于灰渣的热量，在灰渣再循环到循环流化床锅炉之前，将灰渣从旋风器或其它分离器中的烟道气体中除去。该外部热交换器通常称为外部热交换器(EXE)或流化床热交换器(FBHE)。