流化床鍋爐的爐柵裝置的製作方法

2023-06-12 18:13:56

專利名稱：流化床鍋爐的爐柵裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種流化床鍋爐的爐柵裝置，特別是用於層式流化床或循環流化床鍋爐的爐柵裝置。這種爐柵裝置至少部分地包含一些並排排列在一個基本上是水平平面上的平行噴布管或類似的構件。噴布管上具有從噴布管或類似的構件內向位於爐柵上方的燃燒室提供流態化空氣的裝置。粗大物料通過位於噴布管或類似構件之間的一個開孔系統排放到安裝在爐柵裝置下面的一個接受元件中。至少有一些噴布管具有冷卻介質循環，其中至少有一部分冷卻介質循環是布置在噴布管上部邊緣，並沿噴布管的長度方向延伸，為在噴布管上部的開孔系統的邊緣限定一個界限。提供流態化空氣的裝置包含從噴布管或類似構件的上表面向上伸出的供氣管，供氣管在其上部具有噴氣孔。
上述型式的流化床鍋爐的爐柵裝置是芬蘭專利申請F1-935455中介紹的。此專利申請所說明的爐柵裝置在實踐中證明是很起作用的，尤其是有關爐柵的冷卻。在實踐中已經發現，關於噴布管的冷卻，較有利的做法是，至少有一部分冷卻介質循環是處在噴布管的上部邊緣，其方式是使冷卻介質循環的冷卻介質通路，特別是冷卻管子，布置在開孔系統上邊緣的兩根相鄰的噴布管子上。這種型式的冷卻介質循環的實施示於圖3的芬蘭專利申請FI-935455中。這樣一來，噴布管耐久性關鍵的邊緣區域被冷卻了，不再出現高的熱應力。這對轉角區域尤其適用，也即由噴布管的橫截面的基本上是水平的上表面轉折到噴布管的基本上是垂直的側壁上，也就是到開孔系統的基本上是垂直的側邊緣上的區域。另一方面，對噴布管冷卻有利的這種現有技術的結構存在的問題是，流態化空氣供應裝置尤其不得不放在空氣供應的地點，也即流態化空氣供應裝置同噴布管上表面之間的連接處，遠離了開孔系統，而位於垂直於開孔系統長度方向的噴布管的上表面。特別是由於這樣的事實，即冷卻介質循環至少是部分地放在噴布管的上邊角時更是問題。然而，應當注意，從流態化過程的運行考慮，流態化空氣應均勻地分布在爐柵上面的流化床中。換句話說，整個流化床必須保持在流化相中。所說的粗大物料尤其聚集在流化床中空氣流動不足的這些地方。在至少由部分噴布管構成的爐柵裝置的開孔系統中遇到這樣的運行條件時，很明顯，將會因為在開孔系統中沒有空氣流動或空氣流動不足而引起開孔系統被堵塞的危險。因此，由粗大物料構成的燒結塊會出現在開孔系統中，極有可能這些燒結塊將隨時，那怕至少是部分地堵住了開孔系統。很明顯，為了維持流化床中的流化相，通過增加空氣流量而使空氣的供應平穩和充足，而這又是通過噴咀或是通過增大噴咀的孔徑而實現的，不過在這種情況下，又極有可能引進了過多的空氣流動，這就有可能造成對過程本身的擾亂。而且，過量的空氣流動會增加過程的能量消耗。
上述的缺點，使本發明想進一步改良和提高使用在流化床鍋爐的由噴布管構成的冷卻爐柵裝置的工藝技術水平。本發明的一個特殊目標是保證有一個平穩的流態化空氣供應來維持流化床的操作，尤其是在開孔系統區域，以使能量消耗合理，以及開孔系統不堵塞。為了達到這些目的，符合本發明的爐柵裝置，其主要特徵由權利要求1的特徵部分來加以說明。
本發明爐柵裝置的一些優越實施方案將由所附的從屬權利要求進一步提出。
以下將參照附圖，更詳細地闡明本發明。


圖1簡明地示出了做為本發明理論基礎的一個垂直於噴布管軸向的豎直斷面。
圖2示出了本發明爐柵裝置的一個實施方案的俯視平面圖。
圖3-7示出本發明爐柵裝置的一些實施例和流態化空氣供應裝置，這些圖均為垂直於噴布管軸向的豎直斷面圖。
參考圖1，本發明的方案特別重要的是由於爐柵裝置的兩根噴布管1之間的開孔系統2是通過採用合理的空氣量而保持敞開這一事實。配合噴布管1的指向開孔系統2的上邊緣，屬於爐柵裝置的冷卻介質循環9的冷卻介質管9a就布置在開孔系統2的邊緣上，管子9a沿開孔系統的長度方向平行延展，冷卻介質管9a內流動著冷卻介質，例如水。從噴布管1(圖中沒有示出)的內部，冷卻空氣流經裝置3進入流化床LK的燃燒室T中。裝置3是由一根管狀的供氣管3a和一塊在其上部的基本上是水平的保護板3b所構成，保護板3c可以是比如矩形或正方形的平板，其直徑比供氣管3a的橫截面為大，放在供氣管3a的上端。在保護板3b的下面，在供氣管3a的壁上有一些噴氣管3e，通過這些噴氣孔處在爐柵裝置的這一位置上，就使流態化空氣供至開孔系統2中。圖1示出的是一種最佳的狀況，其中從燃燒室T的流化床中去除流化床的物料是通過開孔系統2來實現的，其方式是不能讓變粗的物料KM的顆粒尺寸增大到超過開孔系統的橫截面，無論如何，對於它的全尺寸，變粗的物料都要能離開燃燒室T。圖1示出的點劃線，指出所謂的鄰近開孔系統2的臨界區KA。在這一臨界區保證冷卻空氣有足夠的速度特別重要。因為特別需要防止燒結而形成粗大的物料。本發明的一個特徵所實現的是不需採用會增加過量的能量消耗的大流動空氣量，換句話說，考慮了流化過程的連續和能量消耗，噴氣孔3c所處的位置是經過優化的。很明顯，對於特定的空氣流動和噴氣孔大小以及所採用的供應壓力，可以得出一個特定的穿透長度。穿透長度是運動能量消耗之前，經過流態化空氣噴孔的供應空氣在流化床中行進的長度。正如圖1所示，處在噴布管的開孔系統2邊緣的冷卻介質循環的一部分9a，阻止了直接向上伸展的供氣管路3a處在使流態化空氣能直接從噴布管1上表面1a和從其邊緣直接噴進開孔2的位置。管件9a最好由焊接方法焊在噴布管1的基本上是矩形斷面的邊緣上，使9a部分的約3/4外周邊是界定噴布管1的外表面的一部分，也即是，上表面1a的平板和側壁彼此是以垂直的位置連接在部分9a上。這樣，9a部分至少部分地位於噴布管上表面1a的面積上。因此，根據本發明，裝置3就要設計成使管狀供氣管路3a同噴布管的上表面1a之間的連接位置，離在其邊緣的開孔系統2較為遠一些，這是受冷卻介質循環9的一部分9a所制約。因此，通過設計管狀供氣管路3a就可達到使空氣噴氣孔3c靠近開孔系統2，至少是部分地處在冷卻介質循環部分的頂上方，即垂直方向位於冷卻介質管9a的頂上方。經過空氣噴氣孔3c，供向開孔系統2的流態化空氣可根據過程和能量經濟，採用最佳化流率，和採用最佳化噴氣孔尺寸，以及根據所需的空氣量以最佳化的空氣流動供至流化過程。換句話說，對於流化床的運轉，針對空氣噴氣孔3c的位置同流化床的臨界區K A之間的距離較長這一事實，不需要操作過程所需之外的過量空氣，因而不需要有額外的能量。
圖2示出的是一個矩形燃燒室T的爐柵裝置。所述的實施方案採用這樣的一種水循環，即水循環的下部包括水平的收集管路5，其長度等於壁結構各部分的長度。收集管路5聯至構成壁結構的平行、垂直的上升管上，爐柵裝置即是連接在這一冷卻循環上。由於水冷式鍋爐裝置的基本結構在這一行業中是已知的，並且同本發明的範圍不直接相關，所以在本文中就不詳細說明。對於本發明，圖2主要說明的是連接在開孔系統2邊緣上的流態化空氣供應裝置3，位於兩個相鄰的噴布管處，它們以交錯的方式布置，使在第一根噴布管1′上的流態化空氣供應裝置3′，位於第二根噴布管1″上的兩個相鄰的裝置3″之間，它們處在開孔系統2的對側，在噴布管1″和1′的長度方向上。
因此，在開孔系統2的區域裡可以布置大功率的空氣噴咀而得到最佳化的空氣供應，這些空氣噴咀彼此不相互幹擾，但在臨界區KA(圖1)中卻維持有充分的空氣流動。空氣噴氣孔3c在這一解決方案中甚至部分地布置在開孔系統2的頂上方，因為在這一位置上，當開孔系統2的對邊遠離相應的流態化空氣的供應裝置3時，在從圖2，也即鍋爐裝置的水平橫截面的方向觀察，開孔系統2就有充足的橫截面積。從上方觀察，開孔系統2因此形成一種連續的折線形狀，這一形狀，在開孔系統2的上方，在流態化空氣供應裝置3處有一個水平區域，這一水平區域界定兩條「假想」邊線，這一邊線在開孔的軸向的不同段位迂迴扭曲。
參看圖3和圖4，噴布管的冷卻介質循環9包含六根冷卻介質管子9a，9b，9c，布置的方式是最高的管子9a布置在噴布管的矩形上邊角上，相應地，最下面的管子9b布置在矩形管子的下邊角上，而中間的管子9c是以水平的方向布置，同噴布管的側壁1c相連結。噴布管1可包含一種內部的支承肋系7，它們可以是半對角式的。圖2上也示明，在噴布管1上表面1a上還布置一供應流態化空氣的第二裝置10，放置的方式是，所述裝置10橫向布置在噴布管1上表面1a的中央。所述裝置10在長度方向上的布置方式是，在兩個彼此橫向開聯的流態化空氣裝置3的後面，在噴布管1的軸向方向上總是中央的流態化空氣供應裝置10，以後跟的又是一對並聯的流態化空氣供應裝置3。位於噴布管上表面1a中央的裝置10稱之為直立裝置，它具有一根從噴布管上表面1a直接指向上方的管狀供氣管路10a。另外，裝置10也具有一塊水平的保護平板10b，同前面所述的裝置3相似，在保護板10b下面也開有空氣噴氣孔10c。
根據圖5至圖7的流態化空氣供應裝置3，其實質，是其管狀供氣管路3a的長度方向軸線包含有一個或幾個方向變化，隨著這些方向變化，要布置噴氣孔3c的位置就可以從供氣管路3a的安裝位置上取得，供氣管路3a的管子形狀可以通過彎曲管材(見圖5和圖6的15a，16a)，或者在管材中藉助於至少一個焊接接頭(見圖6和圖7的15b，16b)來加以實現。因此，供氣管路3a的下部11，也即要連接在噴布管1上表面1a的那一段，是從噴布管的橫截面垂直中心線向上斜出指向開孔系統2。在對應的形式中，管狀供氣管路3a的上部12是做成基本上處在起立位置的形式。
圖4是裝置3的另一種結構，其中管狀供氣管路3a是做成直立的管子，直接從噴布管的上表面1a向上伸出，在其上部含有一個水平的伸展部13延展在橫向上，並有一塊保護塊14，伸展部13是徑向水平伸出的，最好是矩形箱體狀，在它的豎壁13a上有噴氣孔13b。豎壁13a是處在冷卻介質管子9a的垂直方向上，並且可能是在開孔系統2的區域上，在9a部分的上方，其高度基本上是由供氣管路3a的長度限定。
對於圖6和圖7的實施方案，裝置3包括雙重彎曲的管狀供氣管路，其中在噴布管1上表面1a上的接頭是圓形的橫截面形狀。因此，在供氣管路3a的下部11又形成一個輔助的彎曲，這一彎曲把下部11分為兩部分11a、11b，下部的11a是直立的，而上部11b是向上傾斜指向開孔系統2。當在噴布管1上表面進行機械加工裝置3的供氣管路3a的連接孔時，這是一個顯著的優點。根據圖6和圖7的實施方案，機械加工可按圓形形狀加以實現，它比圖5供氣管路3a所指向的接頭需要橢圓形狀的加工要方便得多。
例子本發明的流化床鍋爐的爐柵裝置可按以下方式實現。
燃燒室T的底部是由水冷的箱狀一次空氣波紋管制成。每一個箱狀一次空氣管的寬度約230毫米，高度約460毫米。每個箱狀管子包括六根冷卻管子9a，9b，9c(見圖3)，其外徑是60.3毫米，矩形截面的噴布管的每一個轉角處，以及垂直側壁的中間部分各有一根冷卻管子和板狀構件，平板結構的厚度為6毫米。噴布管的間距約460毫米。在兩根噴布管之間的開孔寬度約為170毫米，經此開孔，從燃燒室排出的燒結增粗物料，通過料鬥及溜槽(出現在芬蘭申請專利FI-935455中)排走。供應一次空氣，也即流態化空氣，進入燃燒室的裝置，每一個都焊在矩形噴布管的上表面，使它們在燃燒室的整個面積上呈交錯排列的方式。
為了保證有充足的一次空氣，即流態化空氣，總共有680個流態化空氣供應裝置，以有規律的方式，安裝在燃燒室底部的整個面積上。在噴布管長度方向上的兩個裝置之間的距離約180毫米。為了保護燃燒室不被磨損，位於流態化空氣供應裝置下面的空氣噴咀中含有一層不起作用的流化介質層，即砂子。這樣，在燃燒室底部不需要有保護性的預埋層。燃料燃燒所產生的灰燼是很細小的，是以菸灰的形狀從流化床中排走的，菸灰被同鍋爐裝置一起提供的燃氣除塵器收集。這種燃燒氣除塵器可以是旋風除塵器或電力過濾器。存在於流化床中的粗大物料(底灰燼)，是通過四個移動式的料鬥，從燃燒室中移走。底部料鬥延展在底部的整個面積上，如在芬蘭公開專利FI一935455中所介紹的。
權利要求
1 一種流化床鍋爐的爐柵裝置，至少部分地包括並排排列在一個基本上是水平平面上的一些平行的噴布管(1)或類似的構件，並且具有從噴布管(1)或類似構件內向位於爐柵上方的燃燒室(T)提供流態化空氣的裝置(3)，粗大物料是通過位於噴布管(1)或類似構件之間的一個開孔系統(2)排放到安裝在爐柵下面的一個接受元件中，其中至少有一些噴布管(1)或類似構件具有冷卻介質循環(9)，其中冷卻介質循環的至少一部分(9a)是布置在噴布管(1)的上部邊緣(1b)，並沿噴布管(1)或類似構件的長度方向，延展成為在噴布管(1)或類似構件的上部的開孔系統(2)的邊緣限定一個界限，其中提供流態化空氣的裝置(3，10)包括從噴布管(1)或類似構件的上表面(1a)向上伸出的供氣管路(3a)，其中供氣管路(3a)特別在其上部具有噴氣孔(3c)，其特徵在於，至少有些流態化空氣供應裝置(3)的供氣管路(3a)豎向擺放，以在冷卻介質循環(9)的頂部延伸，其豎向安裝的方式應使所述的供氣管路(3a)在冷卻介質循環(9)的一部分(9a)的頂部延伸。
2 根據權利要求1的爐柵裝置，其特徵在於，在供氣管路(3a)的長度方向上至少有一個方向變化(15a，16a，15b，16b)，使具有噴氣孔(3c)的供氣管路的上部(12)，布置在冷卻介質循環(9)的一部分(9a)的頂部。
3 根據權利要求1或2的爐柵裝置，其特徵在於管狀供氣管路(3a)至少有一個方向變化(15a，15b)，這一方向變化位於傾斜向上的供氣管路的第一下部(11)和其上具有噴氣孔(3c)的基本上是直立的第二上部(12)之間。
4 根據權利要求1或2的爐柵裝置，其特徵在於管狀供氣管路(3a)包含兩個方向變化(15a，15b，16a，16b)，其中在供氣管路(3a)的上部(12)形成的第一方向變化(15a，15b)位於傾斜向上的第一部分(11)同具有噴氣孔(3c)的基本上是直立的第二部分(12)之間，而第二方向變化(16a，16b)是在供氣管路(3a)的下部(11)形成的，其中下部(11)的第一部分(11a)是直立的，並同噴布管(1)的上表面相連接，而第二部分(11b)傾斜向上朝向開孔系統(2)。
5 根據權利要求4的爐柵裝置，其特徵在於供氣管路(3a)的第二方向變化(16a，16b)，使供氣管路(3a)同噴布管(1)的上表面(1a)之間的接頭，做成其形狀與供氣管路(3a)橫截面的外表面形狀相對應，所述的外表面形狀垂直於供氣管路(3a)的長度方向。
6 根據權利要求1至4中任一要求的爐柵裝置，其特徵在於管狀供氣管路(3a)的方向變化(15a，15b，16a，16b)是由彎管和/或焊接管的形式製成。
7 根據權利要求1或2的爐柵裝置。其特徵在於方向的變化是通過位於直立供氣管路(3a)的上部、並在噴布管(1)上表面(1a)上的供氣管路(3a)上部橫向延展的一種箱體狀延伸部件(13)來實現的。
8 根據權利要求1的爐柵裝置，其特徵在於，屬於流態化空氣供應裝置(3)的具有方向變化(15a，15b，16a，16b)的供氣管路(3a)，是以垂直於噴布管(1)的長度方向，成對地並排放置在噴布管(1)的上表面(1a)上，並指向位於噴布管(1)相對側邊的開孔系統(2)，其中，若干所述的成對供氣管路，一對接一對地前後排放在噴布管(1)的長度方向上。
9 根據權利要求1或8的爐柵裝置，其特徵在於，在那些成對並排放置在流態化空氣供應裝置(3)中的供氣管路(3a)之間，沿噴布管(1)的長度方向上，布置一種供應流態化空氣的中央裝置(10)，所述的裝置(10)布置在噴布管(1)的上表面(1a)的正中，並直接指向上方。
10 根據權利要求1的爐柵裝置，其特徵在於，處在兩相鄰的噴布管(1)之間，並同特定的開孔系統(2)相連的流態化空氣供應裝置(3)，是沿開孔系統(2)的長度方向交錯布置的，其中布置在第一噴布管(1′)處的流態化空氣供應裝置(3′)是處在位於開孔系統(2)的對側、第二根噴布管(1″)長度方向上的兩個相鄰的供氣裝置(3″)之間。
11 根據權利要求1的爐柵裝置，其特徵在於，噴布管(1)基本上是矩形截面形狀，而同開孔系統(2)的邊緣相關的屬於冷卻介質循環(9)的一部分(9a)布置在位於開孔系統(2)相對側邊的噴布管(1)的上邊角處，使冷卻介質循環的一部分(9a)，從水平方向觀察，至少是部分地布置在噴布管(1)上表面(1a)的區域上。
全文摘要
本發明涉及一種流化床鍋爐用的爐柵裝置。它至少包含一些基本上在一水平方向上延伸的平行噴布管(1)，並具有從噴布管(1)內向位於爐柵上方的燃燒室(T)供應流態化空氣的裝置(3)。粗大物料是通過位於噴布管(1)之間的一個開孔系統(2)排放到安裝在爐柵裝置下面的一個接受元件中。至少有一些噴布管(1)具有冷卻介質循環(9)，其中至少有冷卻介質循環的一部分(9a)是布置在噴布管的上部邊緣上，並沿噴布管或類似部件的軸向方向，使之延展成為在噴布管(1)上部的開孔系統(2)的邊緣限定一個界限。用於供應流態化空氣的裝置(3，10)包含一種從噴布管(1)或類似構件的上表面向上伸出的供氣管路(3a)。供氣管路(3a)在其上部具有噴氣孔(3c)。至少有一些流態化空氣供應裝置(3)的供氣管路(3a)，是以直立的方向安裝並以直立方向在冷卻介質循環(9)的一部分(9a)的頂上方延伸。
文檔編號F23C10/00GK1167899SQ9711127
公開日1997年12月17日 申請日期1997年4月15日 優先權日1996年4月15日
發明者M·波赫亞, K·哈佛連尼恩, J·金尼 申請人:克瓦納爾紙漿製造有限公司