流化床材料輸送裝置和方法

2023-12-04 20:32:01 1

專利名稱：流化床材料輸送裝置和方法
技術領域：
本發明一般涉及流化床系統，更具體地涉及一種新的、有用的裝置，和在兩分離的流化床之間輸送流化材料的方法，實質上為了達到均衡流化床材料的水平面、數量和穿過流化床的壓力差目的。
流化床是由一穿過緊密的固體顆粒床層向上流動的空氣流組成，在充足的流速下懸浮和混合著顆粒。在充足的高流速下，在床內形成了氣泡，產生一種顆粒和空氣的高紊流混合。這種現象為沸騰流體，而該流化床被認為是一種「沸騰床」。
甚至在高氣體流速下，顆粒被空氣和燃燒氣體氣流帶走且向上輸送。顆粒可能被收集並重複其工作過程。這就稱為一種「循環流化床」。
流化床被限止在殼體內，並被支撐在空氣分配裝置上，例如殼體內的分配器板。空氣分配器可被穿孔以將空氣導入流化床，在空氣分配器下是一供給流化空氣的裝置，例如供應流化空氣的進口壓力通風系統，在充足的流速下流化空氣分配器板上的顆粒。
流化床被應用於煤和低級燃料的燃燒。惰性的或活性的流化床材料(例如沙或石灰石)是懸浮在流化床內。然後，材料被加熱到為點燃煤所需要的溫度，接著，為了進行燃燒將壓碎的和篩過的煤供給到流化床內，燃燒溫度通常保持在1′500°F到1′600°F範圍內。當反應溫度可局部地超過3′000°F時，在流化床內設置了用於將流化床材料冷卻到其操作溫度的散熱器，這樣的做法是為了使溫度保持在灰分的軟化溫度(大約2′000°F)下，以避免在流化床的操作過程時結渣和其它問題。
流化床燃燒器是在大氣壓力(大氣床)或高壓(加壓床)下操作。
為了加壓操作，流化床殼體通常是設置在壓力容器內。
提供多過一臺流化床殼體通常是有用的，在流化床內燃燒燃料情況下就能增加效率，然而問題可能發生在均衡流化床材料的水平面和數量及穿過分離殼體的流化床的壓力差。
Bryers在美國專利US.3，893，426中揭示了一個分開的流化床殼體，其中殼體的一部分限制了粗粒燃料，另一部分限制了細粒燃料。配置在隔壁內的通道容許兩流化床之間的連通。
Kono在美國專利US4，457，896中揭示了一種帶有大量垂直間隔床的流化床殼體，其中，來自相鄰的流化床的材料可通過垂直延伸管而進行傳輸。
這二者相關文獻都沒有揭示當補償殼體的膨脹和收縮的差異時，能在整體分開殼體的流化床之間制定連通的結構。
本發明包括一裝置和制定一種容納在分離殼體內的分離流化床之間的連通方法，同時補償殼體的膨脹和收縮的差異。
根據本發明，一根或多根平衡導管或輸送管是柔性地與每一流化床殼體接合，並在殼體之間延伸。柔性接合適應殼體的膨脹和收縮。輸送管建立了兩分離殼體的流化床之間的連通，並恰好布置在它們各自的空氣分配器裝置上面。每一殼體也包括一種將流化空氣供應予分配器的裝置，例如壓力通風系統，用來將流化氣體(例如，較佳的是空氣)供應予流化床。
在平衡的輸送管內也可配置一促使材料流動的裝置(例如空氣)，輸送管可以通過機械裝置或空氣供給管與殼體相連。這種方法在於材料穿過輸送管而在流化床之間進行交換。這種方法把高溫流化床材料從一流化床輸送到另一流化床，同時保持了幾乎相等或相同的流化床材料的水平面、數量和穿過兩流化床間的壓力差。
位於殼體之間的部分輸送管由一隔離層覆蓋，接著隔層由一與殼體相連的套管所圍繞。為了補償殼體的膨脹和收縮差異，套管由呈波紋管狀的環形折頁構成。
通過每一殼體壁而設置的套筒，用於與各自的輸送管的端部作可塑性接合，輸送管的中間部分通過機械裝置固定到殼體上，起到了零膨脹點作用。
因此，本發明提供一種流化床裝置，至少含有二個分離流化床殼體，每一殼體確定了一燃燒室，並且每一殼體具有一用於支持流化床和通過空氣使床流化的分配器系統，和一用於將流化空氣供給予床的裝置。在殼體之間延伸的一個或更多的平衡輸送管用於使一流化床室與另一流化床室相連接，從而使材料在兩流化床之間通過。平衡輸送管與殼體可塑地相接合，套管則被固定在殼體上。套管配置環形折頁以適應殼體的膨脹和收縮。在輸送管和套管之間的空間用絕緣體(隔離層)充填。輸送管可能包括一促使材料流動的裝置。
流化床材料的水平面、數量和穿過位於分離殼體的流化床的壓力差是通過流化床和輸送管的連接而平衡的，輸送管容許和可在兩殼體之間具有促使材料運動的裝置。


圖1是本發明的流化床的部分側剖視圖;
圖2是沿圖1中的線2-2的剖視圖。
參見附圖，特別是具體地體現了本發明的圖1，顯示了由標號10標定的流化裝置，它包括了一般用標號20和40分別標定的一對分離的流化床殼體，每一殼體限定了它各自的流化床室22和42。此外，每一殼體包括一分別通過一進口(圖中未畫出)以接納流化氣體(較佳的是空氣)的壓力通風系統26和46，由壓力通風系統24和46補給的流化空氣分別通過分配器板24和44且在足夠的流速下流化床室22和42中的粒狀材料。粒狀材料可以是例如一種惰性的或活性的床材料的混合物，如沙或石灰石，加上例如為煤的燃料，煤是通過輸煤管28和48而供給到各自的流化床室22和42中。
流化空氣流經室22和42而在室中形成各自的流化床30和50。在燃燒期間，燃料和空氣混合物產生高達3，000°F的局部溫度，為了保持室內的操作溫度大約在1，500°F到1，600°F之間，在床30和50內部配置了由流體-冷卻管32和52構成的熱交換器。對於大氣流化床燃燒器而言，在殼體20和40之間形成了在環境壓力(一大氣壓)下和溫度約100°F的空間60。
流化床殼體20和40可在流化床室範圍內加襯裡，並可使用薄膜管壁34和54，薄膜管壁是流體-冷卻的以維持約700°F的管溫。
除空間60被加壓之外，加壓流化床燃燒器的操作條件是相同的，且約在600°F溫度。為了能形成壓力輸送，整個流化床裝置10可設置在壓力容器內，加壓燃燒器可被用來操作渦輪機及其它同類機器。
在大氣和加壓流化床燃燒器這二種情況下，在流化床30和50上面的空間也可能包括從燃燒氣體中抽出附加熱量的附加熱交換器36和56。
根據本發明，為了均衡流化床30和50之間水平和壓力起見，提供了一根或多根平衡輸送管62，它們可滑動地容納在每一流化床殼體20和40壁中的套筒64內。設置在輸送管62兩端的定位夾持器66在輸送管62的過度收縮或對不準情況下，用來夾持套筒64內的輸送管的兩端。
在平衡輸送管62內部的空間，也可以安裝一用於將流化空氣供給予輸送管內部的裝置，例如，穿孔板68，以促進材料的流動。流化空氣是通過一對導管74而供給予輸送管的導管可單獨地固定並各自具有與壓力通風系統26和46的內部相連的一端。導管74的另一端也被固定到並連著輸送管62的中間(沿輸送管長度方向)。當輸送管的相對端滑進套筒64內，該裝置或另一些機械裝置也能起輸送管62的零膨脹點作用。
當流化氣體供應到壓力通風系統空間70時，導管74從壓力通風系統26和46中供應流化空氣，並有助於平衡空氣的壓力。流化材料可以從一流化床穿過輸送管62的上部流化材料的空間72輸送到另一流化床。由於通過穿孔板68而供應流化空氣得以使流化材料保持其流化狀態。
隔層76覆蓋了位於殼體20和40之間的輸送管62的部分，接著，隔層76由具有兩端固定，例如通過焊接在殼體20和40壁上的套管78所覆蓋。套管78形成了帶有環形折頁或波紋管80以適應殼體20和40的膨脹和收縮。這樣，根據本發明，平衡輸送管就能經受住寬溫差，例如，在操作時，輸送管62的內部溫度處於1，500°F到1，600°F之間，這也就是流化床溫度。空間60內的溫度可能是100°F(用於一大氣燃燒器)或是600°F(用於一壓力燃燒器)，在這二種情況之一下，殼體20和40的壁溫可能是700°F。
儘管存在極端的溫差，本發明可有效地操作以產生基本上相等或相同的床材料水平面、數量以及穿過位於分離的流化床殼體內的床30和50的壓力差。
圖2顯示了導管74貫穿並連接輸送管62和套管78。導管74或相同的其它機構裝置，可以與輸送管62和套管78相焊在一起。用以固定輸送管和套管的中點。
根據規定的裝置，如上所述，本發明已圖解說明和描述了那些詳細實施例，那些熟悉本技術領域的人員懂得其變體可通過涉及本發明的形式的權項要求而理解。使用本發明的一些特性往往是有益的，無需相應地使用其它特性。
權利要求
1.一種流化床裝置包括一對分離的流化床殼體，每一流化床殼體限定一流化床室並具有一用於支持流化床和通過流化氣體使床流體化的分配器裝置，每一流化床殼體帶有一在分配器裝置上面延伸的側壁，和一設置在分配器裝置下用於將流化氣體供給予分配器的裝置，至少有一在兩殼體之間延伸的，且與兩流化床室連接的平衡輸送管，用來作為從一個室流到另一室的材料通路。將流化氣體供給予平衡輸送管的裝置用於當材料在流化床室之間通過時，可使在平衡輸送管內的材料流體化，因此，基本上維持了與流化床內的材料有關的水平面、數量和壓力差平衡，並且輸送管具有向外延伸的且與流化床殼體的側壁作可塑性接合的兩相對端，以適應所述平衡輸送管的膨脹和收縮，平衡輸送管就與毗鄰的且位於所述分配器裝置上面的每一流化床連通。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於包括一圍繞和向外隔開平衡輸送管而被接合的外導管，外導管具有分別與流化床殼體的側壁連接的兩端，以及在外導管內形成的膨脹裝置是用於適應所述流化床殼體之間的外導管的膨脹和收縮。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，包括一設置在所述平衡輸送管和外導管之間的隔離層。
4.如權利要求3所述的裝置，其特徵在於，每一殼體包括一用來與平衡輸送管一端相連的開口，和一安裝在開口內的且與所述的平衡輸送管的一端滑動接合的套筒。
5.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於，包括一與平衡輸送管的每一端相連的定位夾持器，用來夾持進入殼體的開口內的平衡輸管的兩端，所述平衡輸送管的兩端朝殼體的開口延伸。
6.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，將流化氣體供給予平衡輸送管的裝置至少包括一在一壓力通風系統與所述兩殼體之間的平衡輸送管中點附近之間連接的導管。
7.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，包括一在平衡輸送管的中點附近和另一個所述壓力通風系統之間連接的第二導管。
8.一種在一對分離的流化床殼體內均衡一對分離流化床的材料和壓力的方法，每一個流化床殼體具有用於支持流化床的分配器裝置，一在分配器裝置上面延伸的側壁，和一布置在分配器裝置下且用於將流化氣體供給予分配器的裝置，還包括通過至少一根在分配器裝置上面延伸的且靠近分配器裝置的平衡輸送管，以建立兩流化床之間的連通且接受在兩流化床之間移動的材料，固定輸送管的中點並允許平衡輸送管的兩相對端相對於流化床殼體的側壁而滑動，從而起零膨脹點作用以適應帶有平衡點的中點的平衡輸送管的膨脹和收縮。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，平衡輸送管的中點與導管相連，且導管與流化床殼體的壓力通風系統相連，以將流化氣體供應予所述平衡輸送管。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，平衡輸送管由一外導管所覆蓋，外導管被固定在兩流化床殼體之間，且在外導管內配置一容許所述外導管得以膨脹和收縮的膨脹裝置。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，在所述平衡輸送管和外導管之間配置有隔離層。
全文摘要
一流化床裝置由一對分離的流化床殼體組成，每流化床殼體包括一裝在空氣分配器板上面的流化床且從板的下部將流化空氣供給預流化床。至少有一根平衡輸送管穿過兩流化床殼體側壁而延伸並可塑性地與殼體接合使兩流化床相互連通。平衡輸送管由隔離層包圍，隔離層也由具有膨脹裝置的外導管包圍，並固定在流化殼體的側壁之間。
文檔編號B01J8/24GK1068639SQ9210539
公開日1993年2月3日 申請日期1992年7月9日 優先權日1991年7月12日
發明者愛德華·歐仁·平斯克 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司