流化床反應器的格柵噴嘴的製作方法

2024-03-26 19:29:05

專利名稱：流化床反應器的格柵噴嘴的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種流化床反應器的格柵噴嘴。依據本發明熱力工程優選地用噴嘴產生流態化氣體如燃燒空氣進入流化床鍋爐的熔爐。根據一個最優選的實施例，所述噴嘴還用於從流化床反應器底部除去固體微粒。
背景技術：
化學反應例如燃燒或氣化是在流化床反應器的流化床的材料層內進行的，通常稱作沸騰流化床反應器或循環流化床反應器。這裡，流態化氣體，例如空氣，是穿過所述的流化床的材料層在該反應器內以該床轉成一種容易移動的流化狀態的方式提供的，所述的床的材料層主要包括沙子和燃料。

發明內容
格柵噴嘴是一種設備，藉助該格柵噴嘴為流化床反應器提供流態化氣體。依據現有技術，該格柵噴嘴是豎菅，通過該豎管的噴嘴部分將流態化氣體導向流化床反應器，該噴嘴部分不是均勻的散布在所有方向上就是定向在一個確定的方向上。
流化床反應器的特徵是超大的塊體，如金屬塊或石頭塊，可進入反應器，來自反應器壁的難熔塊體可變鬆散或粗糙堅固的塊體可在反應器中產生。這些塊體落入流化床朝向在反應器底部的網格，在此處必須將它們清除走。例如美國專利公開號3,397,657，和5,093,085公開了清除粗糙物質的方法。依據後者所述，固體物質的清除由傾斜放置網格的方法來實現，這樣將準許該固體物質沿著網格板流向在網格上的傾瀉口，並且該固體物質由此沿著一個深坑作進一步處理或處置。
專利公開號US 4,748,916和FI 107406公開了一種稱作格柵噴嘴的水平噴嘴類型，該水平噴嘴類型包括大部分直管，該大部分直管穿過網格延伸，用管包住的該直管的上端與優選的基本水平的開口部分相裝配，藉助該開口部分將流態化氣體的流動基本水平定向並引出噴嘴，這樣由流化床產生的固體微粒，稱作基底灰，和流動一起運向傾瀉口。
這種噴嘴的問題是噴嘴的磨損，該磨損涉及沿著底部流向噴嘴下遊的粗糙物質的強大流動。為了減少噴嘴的磨損，美國專利4,748,916公開了水平空氣噴射分開成兩部分，可將該空氣噴射引導越過鄰近的噴嘴。還有，噴嘴的後部被設計成傾斜的用於引導該噴射，該噴射向上撞擊噴嘴。芬蘭專利FI 107406公開了在噴嘴之間製作傾斜部分作為分離的持久磨損部分。
進入噴嘴的流態化氣體通常是預先加熱的空氣，可能含有循環的燃料氣體。所需的流動速度依靠稱作初級空氣吹風機的來提供，將空氣從初級空氣吹風機通過稱作風箱的引入到噴嘴。在一個已知的結構中風箱是一個連續的寬敞空間，將空氣從該風箱經過腿管分向噴嘴。在流化床鍋爐中流經噴嘴的流態化氣體的溫度通常是用約150到250℃的，但在裝配有導熱管的鍋爐起始部分流入的空氣溫度甚至可接近1000℃。
在鍋爐車間用垃圾轉生燃料(RDF)作燃料，或燃料的部分是再循環的，格柵噴嘴的磨損似乎與主要發生在噴嘴蓋外表面的嚴重的腐蝕有關。這種腐蝕產生了氧化層，該氧化層防止在噴嘴材料的表面腐蝕，但由於侵蝕，氧化層磨損並加速材料厚度減少。在具有流化床反應器的許多應用中，例如在流化床鍋爐中，格柵噴嘴的運轉環境包括許多不同的化學化合物，如在低溫度下熔化的鹽和金屬化合物。由於侵蝕防護性氧化層消失時，加速了這些化合物作用的腐蝕尤其可影響噴嘴蓋。
流化床反應器的格柵噴嘴的腐蝕研究更精密時，已經注意到它主要是由鹼形成的鹽產生的。主要的腐蝕劑是鈉和氯以及它們形成的鹽。觀察後得出結論，在使用含有大量氯的燃料的車間內腐蝕是最大的。上面提到的鹽的反應在溫度範圍450至600℃之間時增加並且造成腐蝕的趨勢是高的。當溫度增加高於650℃時，熔化狀態的鹽的反應減少。依據現有技術研究格柵噴嘴蓋的表面溫度時，注意到在典型的應用中，在通常情況下溫度精確地設置在最強反應區域，由此化學腐蝕再次處於最壞狀態。
為解決這個問題建議增加噴嘴蓋的溫度，在這種情況下蓋的高表面溫度導致鹽的蒸發和反應減少，因此腐蝕減少。依據本發明，通過雙層或多層蓋來實現噴嘴蓋的表面溫度增加，用此方法吹入流化床反應器的流態化氣體不準許直接冷卻噴嘴蓋，這樣它的外表面將冷卻。
依據本發明格柵噴嘴的其他特徵在後附的權利要求書中限定。


參照附圖並結合以下示例，詳細地描述本發明的格柵噴嘴，在附圖中圖1是依據現有技術的格柵噴嘴的縱向截面觀的示意性圖例；圖2a和2b是依據本發明的兩個優選地實施例格柵噴嘴的縱向截面觀的示意性圖例；圖3是依據本發明的第三個實施例格柵噴嘴的縱向截面觀的示意性圖例；圖4是依據本發明的第四個實施例格柵噴嘴的縱向截面觀的示意性圖例；和圖5依據本發明的一個優選地實施例，具有格柵噴嘴的流化床反應器的網格的一部分的縱向截面觀的示意性圖例。
具體實施例方式
圖1圖示了依據現有技術的一種格柵噴嘴。流態化氣體，如空氣，由風箱(未示出)通過網格沿著垂直噴射管(未示出)流向噴嘴部分4。通過設計噴嘴部分4的噴射室6的方法將該流動轉向基本水平方向，藉助套2將該噴射室6裝接到噴射管的上端。附示的一個實施例中，噴射通道形成基本水平部分8和輕微向上傾斜部分10，藉助該噴射通道將空氣流動由噴射室導入流化床反應器。噴射室6還有噴射通道的不同部分8和10受限於上蓋12，依據公開的結構，蓋12的外表面在噴射通道部分輕微向下傾斜朝向吹氣口，到達噴射通道末端。
依據公開的實施例，噴射通道下方受限於底蓋14，其末端部分在一定程度上升起。噴射通道的向上傾斜的部分10的目的是引導空氣流動到上面鄰近的噴射行，該噴射行放置在噴嘴的前方，這樣載有空氣流動的固體流也將被導入上面鄰近的噴射行中並沒有造成噴嘴蓋的嚴重磨損。然而，已經注意到在一些情況下上升的底蓋14在噴嘴的傾瀉口處造成向下的渦流是可能的，該渦流引導固體流動直接地流向噴嘴的鄰近行的蓋，由此增加了該蓋的磨損。
噴射管在大多數情況下在它們通過網格的這一點上具有循環橫截面。以相同的方式，套2具有優選的循環橫截面，藉助該套2噴嘴部分4與噴射管相裝配。在一些案例中，套和噴射管是一個實體，換言之噴射管，有時也稱作腿管，最初與噴嘴部分製造成一個整體。然而，通常噴嘴部分裝配有套2通過焊接，縫合或其他方法與噴射管連接。
噴嘴蓋裝置12或具有底蓋14的噴嘴部分4的上面是優選的成矩形的，這樣將噴嘴的吹氣口設置在矩形的一條邊上。換言之，在噴射室6中的空氣流動分布在噴嘴內至少是兩維優選的是三維區域內，有時甚至還有，從噴嘴的吹氣口到反應器產生低且寬闊的空氣流動。
噴射管或套2可優選地裝配有氣流節氣門(未示出)，依靠高於噴嘴部分4的理想壓力差來實現。該所需壓差通過已知的方法測量出，以床壓和它的範圍為依據，也依靠網格上噴嘴的位置。例如，噴嘴部分4通過澆鑄製成並且其材料優選的是適用於高溫的奧氏體的不鏽鋼。
圖2a公開了依據本發明的一個優選的實施例的噴嘴裝置。除噴嘴部分的上部外，圖中所示的噴嘴20和圖1所示的噴嘴相似，在圖2a的實施例中噴嘴包括，除和圖1一致的蓋12，還有防護蓋22，該防護蓋22包括覆蓋板24和狹窄的似肋骨的部分26，在這個實施例中，該部分至少在覆蓋板24的外圍加固了噴嘴部分的表面，即蓋12。雙層蓋結構的優勢是以防護蓋22的溫度增加為依據的，即由於這種結構部分噴嘴遭受磨損。因此在低溫下熔化的化合物從噴嘴蓋蒸發沒有對腐蝕增加影響。
例如在圖2a中公布的，雙層蓋是通過裝配防護蓋22製成的用於保護真正的噴嘴蓋12。短棒26將防護蓋22與真正的噴嘴蓋12分離開，例如，4mm.。使用時，保持在防護蓋22的覆蓋板24和蓋12之間的空氣間隙28將由床物質填充，它的功能是將真正的噴嘴蓋12和防護蓋22的覆蓋板24之間絕緣。
防護蓋22既可通過澆鑄，或熱均壓(HIP)鋼板的方法製成，也可根據不同情況通過其他方法製成。防護蓋22通過優選的焊接三邊與噴嘴部分的蓋12連接，用此種方法吹氣口上的邊保留開放。此開放的前緣確保了蓋和防護蓋之間的絕緣床物質層的形成並當更換時有利於防護蓋的拆卸。
當然，如果是必要的，布置一些熱絕緣材料以適於上面提到的縫隙28的用途是可行的。因此為適於防護蓋22以它的所有邊連接噴嘴部分的蓋12的目的焊接或通過其他一些方法裝配也是可行的。
圖2b圖示了另一種製造和裝配防護蓋的方法。在這個實施例中，將防護蓋22設置成在真實蓋的外邊延伸，由此短棒26′，可高於並明顯的延伸至噴嘴邊上以用於防止腐蝕和侵蝕，短棒26′在至少三邊上形成防護蓋的邊緣。裝配這些短棒26′是以和圖2a的例子相同的方法完成的，即焊接或適用於此目的的其他方法。
圖3公開了依據本發明的第三個實施例的噴嘴裝置。這裡噴嘴20的防護蓋32的蓋板34沒有像圖2a和2b中的防護蓋22的蓋板24那樣彎曲依著噴嘴的形狀向吹氣口的方向變窄，而是蓋板34繼續直行在噴嘴蓋12的逐漸降低的部分形成水平遮擋34′，水平遮擋34′保持在噴嘴20的蓋12和作為它的長度的一部分向吹氣口變寬的它自己的空間之間，當使用時所述空間填充至少有部分床物質。圖3示出了防護蓋32的短棒36接觸到只在基本水平部分的噴嘴蓋12並因此也與之相裝配，但是很理想時，防護蓋32的連接短棒36在防護蓋32的邊上的厚度發生變化裝配是最可行的，由此短棒36可在噴嘴蓋的逐漸降低的部分焊接到噴嘴蓋12上。
圖3還示出了用於噴嘴的吹氣口的另一個裝置，或更適合用於噴射通道從噴射室通向吹氣口。與前面的附圖不同，噴射通道由基本水平的通道部分8的整個長度形成沒有任何結構變化來影響吹氣流動的方向或紊亂。依據圖3通道部分8的平底的優點是由於這樣的底部通過噴嘴離開/流出的流態化氣體清空了通道部分8並且噴射室6內的固體物質可能突然進入其中。依據圖2a和2b這個噴射通道的形狀也可自然地用於防護蓋。蓋12的上表面的整個長度是水平的且噴射通道8的整個長度不是輕微上升就是基本水平。因此噴射通道8也可由噴射室6的上端部分開始，換言之不同於公開在圖2a，2b和3上的。
圖4更公開了本發明的另一個優選實施例，其中噴射通道8的末端的上表面，裝配有泵30，該噴射通道8的末端的上表面從噴射室6處延伸，該泵優選地延伸貫穿噴射通道8的整個寬度。泵30優選的是平滑的外形，並且它在噴嘴外面產生上升氣流，儘管通道底部是平坦的。無疑上面圖示的噴射通道的外形適用於任何種類的防護蓋。
依據本發明的一個實施例，圖5中所示的流化床反應器的底部網格的一部分裝配有格柵噴嘴20。如圖5中示意性地示出的，後續的格柵噴嘴設置成階梯狀，這樣它們引導流態化氣體在後續噴嘴最高部分之上。由於這樣的階梯狀柵欄裝置，有效地引導在流化床反應器底部的粗糙物質流向用於在網格最低部分的底部物質的傾瀉口。
為了不存在流化床作用於柵欄的不同部分產生的太大的壓力差，階梯狀柵欄中的梯級的高度L1-L0必須保持相當的小。依據本發明防護蓋22增加了噴嘴20水平部分的高度並且從而增加了柵欄梯級的高度。因此防護蓋22增加了保持在噴射通道8的底部的高度水平L2和鄰近噴嘴防護蓋22′的高度水平L0之間的高度差L2-L0的儘可能小的要求。
如果依據圖3製成噴射通道8並且它引導基本水平的氣體噴射，這有一個危險，即氣體噴射冷卻鄰近噴嘴20′的防護蓋22′，例如這樣保持在防護蓋22′的表面上流化床中的鹼性金屬鹽的腐蝕作用增加了。因此，其優點是引導氣體噴射40由噴嘴以向上傾斜的方向噴射，由此防護蓋22′的冷卻降低。依據圖4氣體噴射的向上傾斜的方向是由在噴射通道8的上表面裝配平滑泵30來實現的。
通過雙層蓋來實現的最初的優點是減少了噴嘴蓋的腐蝕並且因此改善了操作的可靠性。雙層蓋也有利於保持操作，因為不得不將具有傳統的噴嘴結構的整個損壞的噴嘴更換掉，但是只將雙層蓋的防護蓋更換掉就足夠了。噴嘴的拆除是費時的並且雙層蓋的使用減少了網格保持運轉期間車間停工的時間。雙層蓋的第三個優點是比較整體噴嘴而言防護蓋的低費用。修理網格時價格是重要的因素，但是它也影響裝配進程，且雙層蓋維持低價格，它在新車間裡裝配也不會明顯地增加整個網格的價格。
裝有雙層蓋的噴嘴的製造既可在工廠也可就地進行。用短角焊接的方法將防護蓋焊接到噴嘴蓋上。焊接的目的是保持防護蓋在適當的位置且不嚴格要求它們的機械性或物理性的特徵。焊接的尺寸依據討論的情況來決定，但焊接的長度應是最小的。作為磨損部分短焊接便於防護蓋更換的操作，因為焊接的開口是使用轉角磨床手工製成的。
噴嘴蓋的材料或裝接到噴嘴外面防護蓋的材料也是可行的，或以低熱傳導性方法選擇兩種材料製成雙層蓋。因此，流過噴嘴的空氣不能冷卻噴嘴的防護蓋太多這樣將防止有毒化合物從蓋蒸發。尤其是，蓋和/或噴嘴的防護蓋的材料由此方法選定時，即不需要將噴嘴的蓋和防護蓋隔開，但它們可全部或部分的彼此接觸。適於這個目的一種材料是，例如，不同的陶瓷。
依據本發明格柵噴嘴已經測試過了並且測試結果是很有前途的。用於測試的傳統的噴嘴只使用很少幾個月後就被嚴重磨損。裝配有雙層蓋的噴嘴的持久力在三十個噴嘴的測試區證實是好的，測試中的噴嘴使用了13個月。測試期後，在蓋上沒有明顯的腐蝕或侵蝕損傷的痕跡。
從上面公開的中可看出，新的格柵噴嘴已經發展到將現有技術的缺點消除或最小化，即實際上它完全省去了複雜的和費時的格柵噴嘴的更換。然而，應當理解本發明不限於公開的實施例，而是旨在覆蓋其特徵與多個其它應用的組合或變型，這些均包含在由後附權利要求限定的本發明範圍之內。
權利要求
1.一種流化床反應器的格柵噴嘴，該格柵噴嘴由裝接到噴射管的噴嘴部分形成的或該噴嘴部分與所述的噴射管形成一個實體，該噴嘴部分包括噴射室(6)和終止於所述噴嘴的吹氣口的噴射通道(8，10)，所述噴射室和噴射通道從上方由蓋(12)來限定，其特徵在於，防護蓋(22，32)裝接在蓋(12)的外面。
2.按權利要求1所述的格柵噴嘴，其特徵在於，所述的防護蓋(22，32)是與所述蓋(12)間隔開裝接的。
3.按前面權利要求中任一項所述的格柵噴嘴，其特徵在於，所述的防護蓋(22，32)包括覆蓋板(24，34)和設置在至少它外圍的短棒(26，26′，36)。
4.按前面權利要求中任一項所述的格柵噴嘴，其特徵在於，所述的防護蓋(22，32)藉助至少在所述的防護蓋(22，32)外圍的短棒(26，26′，36)裝接到所述蓋(12)上。
5.按前面權利要求中任一項所述的格柵噴嘴，其特徵在於，熱絕緣體布置在所述蓋(12)和所述的防護蓋(22，32)之間。
6.按前面權利要求中任一項所述的格柵噴嘴，其特徵在於，所述的防護蓋(22，32)裝接在除具有所述噴嘴的吹氣口的邊之外的所有邊上。
7.按權利要求3或4所述的格柵噴嘴，其特徵在於，所述的防護蓋(22，32)通過短棒(26′)裝接到所述蓋(12)上，所述短棒(26′)延伸到所述蓋的側表面。
8.按前面權利要求中任一項所述的格柵噴嘴，其特徵在於，裝置設置在噴射通道(8)的吹氣口末端用於在該吹氣口的前方形成上升氣流。
9.按前面權利要求中任一項所述的格柵噴嘴，其特徵在於，平滑泵(30)放置在噴射通道(8)的上表面並且基本延伸貫穿它的整個寬度，平滑泵(30)已經設置在噴射通道(8)的吹氣口末端用於在該吹氣口的前方形成上升氣流。
10.按前面權利要求中任一項所述的格柵噴嘴，其特徵在於，所述的防護蓋(22，32)與所述蓋(12)的材料相同。
11.按前面權利要求中任一項所述的格柵噴嘴，其特徵在於，所述的防護蓋(22，32)通過焊接裝接到所述蓋(12)或該蓋的邊上。
12.按前面權利要求中任一項所述的格柵噴嘴，其特徵在於，所述的防護蓋(22，32)是陶瓷的。
全文摘要
本發明涉及一種格柵噴嘴。依據本發明的噴嘴可有利地用於熱力工程以便使得流態化氣體供應到流化床鍋爐的熔爐。依據一個最優選的實施例，所述噴嘴用於從熔爐清除飄移到該熔爐底部的固體微粒。依據本發明該格柵噴嘴通常包括噴射室(6)和終止於所述噴嘴的吹氣口的噴射通道(8，10)，噴射室和噴射通道從上方由蓋(12)和裝接在蓋(12)外面的防護蓋(22，32)來限定。
文檔編號B01J8/18GK1961181SQ200580011983
公開日2007年5月9日 申請日期2005年4月4日 優先權日2004年4月2日
發明者P·勒託南, P·馬科南, R·索尼南 申請人:福斯特韋勒能源股份公司