循环流化床锅炉

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序所述的循环流化床锅炉。

背景技术

本发明涉及一种循环流化床反应器，该循环流化床反应器具有至少部分由管壁形成的竖直燃烧室和对流部，以及竖直旋风分离器，该竖直旋风分离器的气体入口通道连接到燃烧室的上部，并且用于分离的固体的返回通路连接到燃烧室的下部。众所周知，流化床锅炉，并且特别是循环流化床锅炉对于各种各样固体燃料(诸如源自各种废料的燃料)的燃烧是有利的，同时构造成产生蒸汽。

文件WO2007035169A1公开了一种用于在流化床中燃烧固体垃圾的炉。烟气从炉经过进入抽出斜槽，该抽出斜槽构成了至返回烟道的输入，并且气体从那里向前通过后部斜槽离开锅炉。烟气随后通过包括旋风器和过滤器的气体清洁设备，然后所述烟气被允许通过烟囱排放到空气。

文件US4686939公开了一种流化床锅炉，该流化床锅炉包括初级粒子捕集器和包含对流热交换器的过道。颗粒捕集器位于反应器的顶部和第一竖直延伸过道之间的过渡处。第一个竖直延伸过道是空过道，其不包括任何插入的热交换器。相反，锅炉在对流热交换器位于其中的第一竖直延伸过道之后包括向上过道。存在布置成沿着向上过道的旋风器。

CN203431878U公开了一种使用城市固体废物作为单一燃料的循环流化床锅炉系统。该锅炉系统具有燃烧室和连接到燃烧室的旋风分离器。公开有连接到旋风分离器的用于废气的竖直热交换烟道和提供有过热器和节能器的水平热交换烟道。

KR101354938公开了一种用于RDF燃料的流化床燃烧锅炉。该锅炉具有通过烟气过道连接到空过道的旋风分离器，以及对流热传递过道。热传递过道包括过热器，节能器和空气预热器。

所有上面提及的出版物都公开了装置的直列式布局。由于锅炉的不同部分在废气流动进程中一个接一个地横向安置，这导致了相当长且繁琐的布置。

本发明的目的是提供一种循环流化床锅炉，其与现有技术解决方案相比，极大地提高了锅炉的紧凑性。

发明内容

本发明的目的可以基本上如独立权利要求中和描述本发明的不同实施例的更多细节的其它权利要求中所公开的那样来实现。

根据本发明的一个实施例，循环流化床锅炉包括竖直延伸炉、分离器单元和交叉管道以及经由所述交叉管道连接到所述分离器单元的废气通道。所述废气通道包括：第一竖直延伸过道和水平延伸过道以及第二竖直延伸过道，其中，所述第一竖直延伸过道和所述水平延伸过道以及所述第二竖直延伸过道当在使用中时在气体流动方向上相继地布置，使得所述水平延伸过道构造成将所述第一竖直延伸过道和所述第二竖直延伸过道彼此连接，并且所述水平延伸过道布置在所述分离器单元下方，所述分离器单元布置在所述第一竖直延伸过道和所述第二竖直延伸过道之间。

这样，使循环流化床锅炉的特别是对于地面空间的需求最小化和/或非常有效地利用该地面空间。

根据本发明的一个实施例，所述炉具有矩形横截面，并且所述水平延伸过道平行于所述炉的后壁延伸。

根据本发明的一个实施例，所述炉具有矩形横截面，并且所述水平延伸过道平行于所述炉的后壁延伸，并且所述交叉管道平行于所述炉的所述后壁延伸。

所述炉的横截面的矩形形状与所述水平延伸过道和与所述炉的所述后壁平行指向的交叉管道一起减少了锅炉的所需占地面积。

根据本发明的一个实施例，固体返回系统至少部分地布置在所述第一竖直延伸过道和所述第二竖直延伸过道之间。

当所述固体返回系统装配在所述竖直延伸废气过道之间时，所述循环流化床锅炉的占用体积没被固体返回系统增加，而是主要由所述炉、交叉管道和所述竖直气体过道来限定。

根据本发明的一个实施例，所述循环流化床锅炉在提供分离的固体的返回通道的通路的所述固体返回系统中提供有流化床固体材料冷却器，所述流化床固体材料冷却器至少部分地布置在所述第一竖直延伸过道和所述第二竖直延伸过道之间。

即使除了固体返回通道之外，流化床固体材料冷却器或所述固体返回系统装配在所述竖直延伸废气过道之间，循环流化床锅炉的占用体积仍然主要由所述炉、交叉管道和所述竖直气体过道来限定。

根据本发明的一个实施例，所述炉具有矩形横截面，并且所述水平延伸过道平行于所述炉的后壁延伸，并且所述交叉管道平行于所述炉的所述后壁延伸，并且固体返回系统布置在所述第一竖直延伸过道和所述第二竖直延伸过道之间。

根据本发明的一个实施例，所述炉具有矩形横截面，并且所述水平延伸过道平行于所述炉的后壁延伸，并且所述交叉管道平行于所述炉的所述后壁延伸，并且固体返回系统布置在所述第一竖直延伸过道和所述第二竖直延伸过道之间，并且所述循环流化床锅炉在分离的固体的返回通道的通路中提供有流化床固体材料冷却器，所述流化床固体材料冷却器至少部分地布置在所述第一竖直延伸过道和所述第二竖直延伸过道之间。

根据本发明的一个实施例，所述第一竖直延伸过道具有：连接到交叉管道的出口的第一端部，以及第二端部，并且所述第二竖直延伸过道具有第一端部和第二端部，并且在所述第一竖直延伸过道和第二竖直延伸过道之间的所述水平延伸过道连接到所述第一竖直延伸过道的所述第二端部和所述第二竖直延伸过道的所述第一端部。

根据本发明的一个实施例，所述第一竖直延伸过道具有：连接到交叉管道的出口的第一端部，以及第二端部，并且所述第二竖直延伸过道具有第一端部和第二端部，并且在所述第一竖直延伸过道和第二竖直延伸过道之间的所述水平延伸过道连接到所述第一竖直延伸过道的所述第二端部和所述第二竖直延伸过道的所述第一端部，并且所述第一竖直延伸过道和所述第二竖直延伸过道与所述水平延伸过道呈直角。

根据本发明的一个实施例，所述第一竖直延伸过道在其内部空间中没有热交换器。这提供了一种效果，即：废气仅通过热传递到所述第一竖直延伸过道的所述壁而被冷却，与内部热交换器束的清洁相比，任何沉积物都可通过合适的振打系统轻易地从所述壁上去除。该实施例连同本发明的任何其它实施例是可行的，因为所述第一竖直延伸过道是本发明的一个整体部分。

根据本发明的一个实施例，存在热交换器，其布置成传递来自所述废气通道中的所述废气的热量，具体如下：在所述第一竖直延伸过道中是空过道，该空过道在其内部空间中没有热交换器，所述水平延伸过道在其内部空间中包括至少一个热交换器，并且所述第二竖直延伸过道在其内部空间中包括至少一个热交换器。

根据本发明的一个实施例，蒸汽生成系统布置成与所述循环流化床锅炉连接，所述蒸汽生成系统包括：节能器热交换器、蒸发热交换器和过热器热交换器，其中，所述过热器热交换器布置成与所述流化床固体材料冷却器和所述交叉管道连接，所述蒸发热交换器布置成与所述炉、所述分离器单元和所述水平延伸过道连接，并且所述节能器热交换器布置成与所述第二竖直延伸过道连接，并且所述第一竖直延伸过道在其内部空间中没有热交换器。

根据本发明的另一实施例，蒸汽生成系统布置成与所述循环流化床锅炉连接，所述蒸汽生成系统包括：节能器热交换器、蒸发热交换器和过热器热交换器，其中，所述过热器热交换器布置成与所述流化床固体材料冷却器和所述交叉管道连接，所述蒸发热交换器布置成与所述炉、所述分离器单元、所述水平延伸过道和所述第二竖直延伸过道连接，并且所述节能器热交换器布置成与所述第二竖直延伸过道连接，并且所述第一竖直延伸过道在其内部空间中没有热交换器。

一般来说，该设计的优势是所述气体过道靠近所述炉和所述固体材料流化床冷却器。这样，由于涉及有功能上空的气体过道，整个设计减少了锅炉的所需空间和蒸汽管的长度。这种布局在连接蒸汽系统中的不同蒸汽生成阶段方面也提供了优势。

根据本发明的一个实施例，所述水平延伸过道包括独立支撑的模块，所述独立支撑的模块各自包括蒸发热交换器，这有利于对所述水平延伸气体过道中的所述热交换器进行售后服务。

根据本发明的一个实施例，所述水平延伸过道包括独立支撑的模块，所述独立支撑的模块各自包括热交换器，这有利于对所述水平延伸气体过道中的所述热交换器进行售后服务。

本专利申请中提出的本发明的示例性实施例将不应被解释成对所附权利要求书的适用性构成限制。动词"包括"在本专利申请中被用作开放性限制，该开放性限制不排除还未记载的特征的存在。除非另外明确陈述，否则在从属权利要求中记载的特征是可相互自由组合的。被认为是本发明的特点的新颖特征在所附权利要求书中特定地阐述。

附图说明

在下文中，将参照所附示例性示意图来描述本发明，其中：

图1图示了根据本发明的一个实施例的循环流化床锅炉；

图2图示了图1的截面图II-II；

图3图示了图2的截面图III-III；

图4图示了根据本发明的另一实施例的图1的截面图II-II；以及

图5图示了根据本发明的另一实施例的图1的截面图II-II。

具体实施方式

图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的循环流化床(CFB)锅炉10。循环流化床锅炉10包括炉12、固体分离器14(其一般可称为分离器单元)和固体返回系统16，以及将分离器单元14与废气通道18连接的交叉管道24。在最通常的情况下，交叉管道24和废气通道18构造成将由CFB锅炉中燃料的燃烧所生成的废气引至进一步处理并最终至大气。循环流化床(CFB)锅炉10由单独的支撑结构支撑，出于清晰的原因，这里没有显示该支撑结构。在实际情况下，相对较大的锅炉布置为顶部支撑，即：它被支撑，使得锅炉布置成悬挂从在锅炉压力体周围和上方延伸的常规刚性支撑钢结构上。相对较小的锅炉可以布置为底部支撑，其中，锅炉的竖直载荷仅由布置在锅炉下方的刚性支撑钢结构来支撑。顶部支撑构造和底部支撑构造之间的主要区别是，当锅炉的温度增高时，顶部支撑的锅炉的热膨胀主要向下发生，而在底部支撑的锅炉中，热膨胀主要向上发生。在实践中，支撑锅炉10的第三种备选方案是在其中间部段处将其支撑到刚性支撑钢结构。由此，锅炉的中间部段下方的下部是顶部支撑的，而中间部段上方的锅炉压力体的上部是底部支撑的。中间支撑的构造是有利的，因为它从对于顶部支撑的锅炉所需的尺寸中缩减了支撑钢结构的尺寸。同时，这样的中间支撑构造减少了对非常坚固的锅炉壁的需求，如在底部支撑的锅炉中的情况那样。

下面参照图1至图3对循环流化床锅炉10进行说明。图1从组装固体分离器14的一侧示出了循环流化床锅炉10，该侧在此叫作循环流化床锅炉10的背侧，其方向在图3中由箭头I指示。图2示出了图1的截面图II-II，并且图3示出了图2的截面图III-III。CFB10的炉12是竖直延伸的，并且它有利地具有矩形横截面，其中其下部段是逐渐变窄的。在炉12的下端部处有风箱20，用于将流化气体通过格栅引入到炉10中。图中所示的炉12的横截面是矩形形状的，并且它具有前壁12.1、后壁12.2、左壁12.3和右壁12.4。炉12在其上部区域处通过与炉12的后壁12.2联接的流动通道22连接到固体分离器14。固体分离器14有利地由一个旋风分离器组成，该旋风分离器具有其中心管作为气体出口。在一些实际应用中，分离器单元可提供有一个以上的平行旋风分离器，而不是一个平行旋风分离器，或者提供有其它类型的分离器，诸如撞击式分离器。对分离器进行冷却，该分离器包括集成到其壁的蒸发热交换器或表面26，如本领域中通常的那样。有利的是，将蒸发热交换器联接，使得得到蒸发水基溶液的自然循环。在CFB 10的操作中，由从炉流动到分离器14的气体夹带的固体材料的主要部分从气体流动中分离。被分离的固体材料(在本文中称为固体)的至少一部分(通常是主要部分)经由固体返回系统16返回到炉12。

循环流化床锅炉10的废气通道18通过基本上水平延伸的交叉管道24连接到分离器单元14。交叉管道24布置成在固体分离器14的气体出口处连接固体分离器14，并在第一竖直延伸过道上方处连接第一竖直延伸过道18.1。交叉管道24的壁被冷却，优选地被蒸汽冷却。因此，交叉管道24包括被冷却的壁，所述壁布置为热交换器表面28，并且交叉管道24的内部气体空间是空的，即没有内部热交换器。

废气通道18包括第一竖直延伸过道18.1，交叉管道连接到第一竖直延伸过道18.1。废气通道18进一步包括水平延伸过道18.2和第二竖直延伸过道18.3。水平延伸过道18.2的一个端部布置成与第一竖直延伸过道18.1的下部连接。水平延伸过道18.2的另一端部布置成与第二竖直延伸过道18.3的下部连接。循环流化床锅炉中气体的大体流动方向由图中的箭头A来描绘，并且分离的固体的大体流动方向由箭头B来示出。水平延伸过道18.2具有至少等于炉12的后壁12.2的宽度的长度，使得第一竖直延伸过道和第二竖直延伸过道为流化床热交换器31留下空间。

第一竖直延伸过道18.1具有连接到交叉管道24的出口的第一端部18.1'和在与第一端部18.1'相对的端部部分处的第二端部18.1”。第一竖直延伸过道18.1的第一端部18.1'中的气体流动开口在其顶部处，开口的圆周由第一竖直延伸过道18.1的侧壁的端部来形成。第一竖直延伸过道18.1的第二端部18.1”中的气体流动开口布置到其侧壁中的一个，使得过道的最末端部被壁封闭。第二竖直延伸过道18.3具有第一端部18.3'和第二端部18.3”。第一竖直延伸过道和第二竖直延伸过道之间的水平延伸过道18.2连接到第一竖直延伸过道18.1的第二端部18.1”和第二竖直延伸过道18.3的第一端部18.3'。在第二竖直延伸过道18.3的第二端部处有气体出口18.4。有利的是，在炉16、分离器单元14以及固体返回系统16和交叉管道之间有刚性连接，在交叉管道24和第一竖直延伸过道18.1以及第一竖直延伸过道18.1和水平延伸过道18.2之间有膨胀接头。第一竖直延伸过道18.1和第二竖直延伸过道18.3彼此平行，并与水平延伸过道18.2成直角。过道中的每一个过道形成了用于废气的直导管。交叉管道支撑在分离器单元顶上，这意味着它不需要任何由钢结构组成的附加支撑。

如其从图1至图3中变得清楚，废气通道18配置使得交叉管道24、第一竖直延伸过道18.1和水平延伸过道18.2以及第二竖直延伸过道18.3在气体流动方向A上相继地布置，使得交叉管道24将分离器单元14连接到第一竖直延伸过道18.1，并且水平延伸过道18.2构造成将第一竖直延伸过道18.1和第二竖直延伸过道18.3彼此连接。换句话说，气体布置成从交叉管道24流动到第一竖直延伸过道18.1，在第一竖直延伸过道18.1中，当流化床锅炉在使用中时，烟气基本上向下流动。烟气从第一竖直延伸过道18.1进一步流动到水平延伸过道18.2，在水平延伸过道18.2中，烟气基本上水平流动。烟气从水平延伸过道18.2还进一步流动到第二竖直延伸过道18.3，在第二竖直延伸过道18.3中，烟气基本上向上流动。交叉管道24也是水平延伸的，并且在那里，烟气基本上水平流动，但是与水平延伸过道18.2中的气体流动方向基本上相反。

分离器单元14至少部分地位于第一竖直延伸过道18.1和第二竖直延伸过道18.3之间以及水平延伸过道18.2上方。这特别是从图2中变得清楚。炉12的内部空间和分离器单元14彼此相邻布置。有一条线L1贯穿炉12和分离器单元14的横截面，以及一条线L2贯穿第一竖直过道18.1和第二竖直过道18.2的横截面。更特定地，在图2中，线L1贯穿炉12和分离器单元14的横截面的中心，并且线L2贯穿第一竖直通道18.1和第二竖直通道18.2的横截面的中心。而且，如可以看到，线L1和L2是彼此成角度的。在图中的实施例中，分离器单元14相对于炉和竖直过道的位置是这样的，即线L1和L2之间存在直角，但是如果，例如，分离器单元14出于某种实际原因将从其当前位置朝向竖直过道中的任一个移动，该角度仍将基本上是直角。这也意味着水平延伸过道18.2平行于炉12的后壁12.2和前壁12.1两者延伸，因为炉12具有矩形横截面。在实践中，值得注意的是，交叉管道24的方向与水平延伸过道18.2的方向平行。而且，如特别是在图2和图3中可以看到，分离器单元14不仅在竖直方向上高于水平延伸过道18.2，而且在水平延伸过道18.2的正上方，即它在横向上处于相同的位置。

固体返回系统16包括分离的固体的返回通道30，并且它布置在第一竖直延伸过道18.1和第二竖直延伸过道18.3之间。在分离的固体的返回通道的通路中有流化床固体材料冷却器31。根据本发明，流化床固体材料冷却器31提供有一个或多个热交换器，用于过热蒸汽，并且因此它也可以称为流化床热交换器。此外，流化床固体材料冷却器31至少主要布置在第一竖直延伸过道18.1和第二竖直延伸过道18.3之间，分离器单元14下方。即使在图中未示出，固体返回系统16提供有回路密封布置，用于防止气体从炉16回流到分离器单元14。

根据本发明的循环流化床锅炉对于固体废物衍生燃料(诸如生物质、淤泥和具有各种成分的垃圾衍生燃料)的燃烧特别有利。由燃烧产生的热量用于蒸汽生成。由本发明提供的紧凑设计对用于废物衍生燃料的CFB锅炉特别有利。循环流化床锅炉可以是生产电功率的发电装置的一部分。通常，工作介质是水基溶液。CFB锅炉10包括蒸汽生成系统，该蒸汽生成系统连接到蒸汽循环，该蒸汽循环应用例如近似朗肯(rankine)循环。蒸汽生成系统布置成与循环流化床锅炉连接，使得它包括节能器热交换器32、蒸发热交换器26和过热器热交换器28。蒸汽生成系统的过热器热交换器28位于流化床固体材料冷却器31中和交叉管道24中，蒸发热交换器26位于炉16(冷却炉壁)、分离器单元14中，位于水平延伸过道18.2中，并且部分也位于第二竖直延伸过道18.3中。节能器热交换器32位于第二竖直延伸过道18.3中。第一竖直延伸过道18.1在其内部空间17中没有热交换器束，并且因此，第一竖直延伸过道18.1在实践中可以叫作空过道。烟气被第一竖直延伸过道18.1的冷却壁冷却，以便避免或至少减轻氯气和重金属腐蚀。

CFB锅炉10的所有主要部分基本上都提供有隔热罩。由于根据本发明的CFB锅炉10的布局，节能器热交换器32、蒸发热交换器26和过热器热交换器28彼此相邻，并且必要管的长度因此最小化，这也最小化了管的隔绝的需求。为了进一步方便CFB锅炉10的维护，水平延伸过道18.2包括独立支撑的、可组装和可拆卸的热交换器模块19，其中每个模块都提供有蒸发热交换器26。在图中的实施例中，水平延伸过道18.2由四个热交换器模块19组成，其中模块的数量如由实际应用所需要来选择。所述模块构造成在水平方向上从气体过道上可去除。第二竖直延伸过道18.3从底部独立支撑。竖直延伸过道和水平延伸过道这两者都配备有适当量的灰斗，所述灰斗可以设计为冷却或不冷却的部分。

图4示出了根据本发明的另一实施例的截面图II-II，该截面图图示了根据本发明的一个实施例对锅炉系统10进行调整的一些可能性。有一条线L1贯穿炉12和分离器单元14的横截面，以及一条线L2贯穿第一竖直延伸过道18.1和第二竖直延伸过道18.3的横截面。在本实施例中，与图2中所示的相比，第二竖直延伸过道18.3具有更大的横截面积，使通道横截面从水平延伸过道18.2的大体壁线朝向炉12延伸。此外，空过道18.1具有比图2中的横截面积小的横截面积。而且，如可以看到，线L1和L2现在也彼此成角度。在根据本发明的锅炉10中，炉和分离器单元14在第一方向上彼此相邻，该第一方向大体上在线L1的方向上。第一竖直延伸过道和第二竖直延伸过道和水平延伸过道18.2在第二方向上基本上彼此相邻地布置在竖直平面中，该第二方向大体上是炉12的后壁12.2的方向。第一竖直延伸过道和第二竖直延伸过道18.1、18.3的横截面积根据具体实际应用的需求而适当设计。可想到，在某些情况下，空通道18.1的横截面积大于第二竖直延伸过道18.2的横截面积，但是如果情形需要，情况也可反过来。该标准可以是所需的气体速度或压降。

图5描绘了本发明的一个实施例，借助于该实施例可以获得本发明在至少废气通道18的空间节省方面的益处，同时在废气通道18和炉12之间保留一些更多的空间。图5的实施例与图2中的实施例不同，使得交叉管道24与水平延伸过道18.2的纵向方向是成角度的，即不平行。这样，与图1中所示的相比，废气通道18和炉12之间的水平距离就增加了。应该注意，图2、4和5中所示的特征在技术上是彼此兼容的，以自由地将它们彼此组合。特别是图5中所示的特征在废气通道18和炉12之间提供更多的水平距离，使得应用图4中所示的废气通道的增加截面是可能的。这在图5中未示出，因为该特征也允许将该空间用于其它目的。

虽然本发明在本文中通过与目前被认为是最优选的实施例相关的示例的方式已进行描述，但是要理解，本发明不限于所公开的实施例，而旨在涵盖其特征的各种组合或修改，以及包括在本发明范围内的若干其它应用，如所附权利要求书中所限定的。当这样的组合技术上可行时，与上文任何实施例相关所提到的细节可连同另一实施例来使用。