专利名称：流化床锅炉的炉栅装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流化床锅炉的炉栅装置，特别是用于层式流化床或循环流化床锅炉的炉栅装置。这种炉栅装置至少部分地包含一些并排排列在一个基本上是水平平面上的平行喷布管或类似的构件。喷布管上具有从喷布管或类似的构件内向位于炉栅上方的燃烧室提供流态化空气的装置。粗大物料通过位于喷布管或类似构件之间的一个开孔系统排放到安装在炉栅装置下面的一个接受元件中。至少有一些喷布管具有冷却介质循环，其中至少有一部分冷却介质循环是布置在喷布管上部边缘，并沿喷布管的长度方向延伸，为在喷布管上部的开孔系统的边缘限定一个界限。提供流态化空气的装置包含从喷布管或类似构件的上表面向上伸出的供气管，供气管在其上部具有喷气孔。
上述型式的流化床锅炉的炉栅装置是芬兰专利申请F1-935455中介绍的。此专利申请所说明的炉栅装置在实践中证明是很起作用的，尤其是有关炉栅的冷却。在实践中已经发现，关于喷布管的冷却，较有利的做法是，至少有一部分冷却介质循环是处在喷布管的上部边缘，其方式是使冷却介质循环的冷却介质通路，特别是冷却管子，布置在开孔系统上边缘的两根相邻的喷布管子上。这种型式的冷却介质循环的实施示于图3的芬兰专利申请FI-935455中。这样一来，喷布管耐久性关键的边缘区域被冷却了，不再出现高的热应力。这对转角区域尤其适用，也即由喷布管的横截面的基本上是水平的上表面转折到喷布管的基本上是垂直的侧壁上，也就是到开孔系统的基本上是垂直的侧边缘上的区域。另一方面，对喷布管冷却有利的这种现有技术的结构存在的问题是，流态化空气供应装置尤其不得不放在空气供应的地点，也即流态化空气供应装置同喷布管上表面之间的连接处，远离了开孔系统，而位于垂直于开孔系统长度方向的喷布管的上表面。特别是由于这样的事实，即冷却介质循环至少是部分地放在喷布管的上边角时更是问题。然而，应当注意，从流态化过程的运行考虑，流态化空气应均匀地分布在炉栅上面的流化床中。换句话说，整个流化床必须保持在流化相中。所说的粗大物料尤其聚集在流化床中空气流动不足的这些地方。在至少由部分喷布管构成的炉栅装置的开孔系统中遇到这样的运行条件时，很明显，将会因为在开孔系统中没有空气流动或空气流动不足而引起开孔系统被堵塞的危险。因此，由粗大物料构成的烧结块会出现在开孔系统中，极有可能这些烧结块将随时，那怕至少是部分地堵住了开孔系统。很明显，为了维持流化床中的流化相，通过增加空气流量而使空气的供应平稳和充足，而这又是通过喷咀或是通过增大喷咀的孔径而实现的，不过在这种情况下，又极有可能引进了过多的空气流动，这就有可能造成对过程本身的扰乱。而且，过量的空气流动会增加过程的能量消耗。
上述的缺点，使本发明想进一步改良和提高使用在流化床锅炉的由喷布管构成的冷却炉栅装置的工艺技术水平。本发明的一个特殊目标是保证有一个平稳的流态化空气供应来维持流化床的操作，尤其是在开孔系统区域，以使能量消耗合理，以及开孔系统不堵塞。为了达到这些目的，符合本发明的炉栅装置，其主要特征由权利要求1的特征部分来加以说明。
本发明炉栅装置的一些优越实施方案将由所附的从属权利要求进一步提出。
以下将参照附图，更详细地阐明本发明。
图1简明地示出了做为本发明理论基础的一个垂直于喷布管轴向的竖直断面。
图2示出了本发明炉栅装置的一个实施方案的俯视平面图。
图3-7示出本发明炉栅装置的一些实施例和流态化空气供应装置，这些图均为垂直于喷布管轴向的竖直断面图。
参考图1，本发明的方案特别重要的是由于炉栅装置的两根喷布管1之间的开孔系统2是通过采用合理的空气量而保持敞开这一事实。配合喷布管1的指向开孔系统2的上边缘，属于炉栅装置的冷却介质循环9的冷却介质管9a就布置在开孔系统2的边缘上，管子9a沿开孔系统的长度方向平行延展，冷却介质管9a内流动着冷却介质，例如水。从喷布管1(图中没有示出)的内部，冷却空气流经装置3进入流化床LK的燃烧室T中。装置3是由一根管状的供气管3a和一块在其上部的基本上是水平的保护板3b所构成，保护板3c可以是比如矩形或正方形的平板，其直径比供气管3a的横截面为大，放在供气管3a的上端。在保护板3b的下面，在供气管3a的壁上有一些喷气管3e，通过这些喷气孔处在炉栅装置的这一位置上，就使流态化空气供至开孔系统2中。图1示出的是一种最佳的状况，其中从燃烧室T的流化床中去除流化床的物料是通过开孔系统2来实现的，其方式是不能让变粗的物料KM的颗粒尺寸增大到超过开孔系统的横截面，无论如何，对于它的全尺寸，变粗的物料都要能离开燃烧室T。图1示出的点划线，指出所谓的邻近开孔系统2的临界区KA。在这一临界区保证冷却空气有足够的速度特别重要。因为特别需要防止烧结而形成粗大的物料。本发明的一个特征所实现的是不需采用会增加过量的能量消耗的大流动空气量，换句话说，考虑了流化过程的连续和能量消耗，喷气孔3c所处的位置是经过优化的。很明显，对于特定的空气流动和喷气孔大小以及所采用的供应压力，可以得出一个特定的穿透长度。穿透长度是运动能量消耗之前，经过流态化空气喷孔的供应空气在流化床中行进的长度。正如图1所示，处在喷布管的开孔系统2边缘的冷却介质循环的一部分9a，阻止了直接向上伸展的供气管路3a处在使流态化空气能直接从喷布管1上表面1a和从其边缘直接喷进开孔2的位置。管件9a最好由焊接方法焊在喷布管1的基本上是矩形断面的边缘上，使9a部分的约3/4外周边是界定喷布管1的外表面的一部分，也即是，上表面1a的平板和侧壁彼此是以垂直的位置连接在部分9a上。这样，9a部分至少部分地位于喷布管上表面1a的面积上。因此，根据本发明，装置3就要设计成使管状供气管路3a同喷布管的上表面1a之间的连接位置，离在其边缘的开孔系统2较为远一些，这是受冷却介质循环9的一部分9a所制约。因此，通过设计管状供气管路3a就可达到使空气喷气孔3c靠近开孔系统2，至少是部分地处在冷却介质循环部分的顶上方，即垂直方向位于冷却介质管9a的顶上方。经过空气喷气孔3c，供向开孔系统2的流态化空气可根据过程和能量经济，采用最佳化流率，和采用最佳化喷气孔尺寸，以及根据所需的空气量以最佳化的空气流动供至流化过程。换句话说，对于流化床的运转，针对空气喷气孔3c的位置同流化床的临界区K A之间的距离较长这一事实，不需要操作过程所需之外的过量空气，因而不需要有额外的能量。
图2示出的是一个矩形燃烧室T的炉栅装置。所述的实施方案采用这样的一种水循环，即水循环的下部包括水平的收集管路5，其长度等于壁结构各部分的长度。收集管路5联至构成壁结构的平行、垂直的上升管上，炉栅装置即是连接在这一冷却循环上。由于水冷式锅炉装置的基本结构在这一行业中是已知的，并且同本发明的范围不直接相关，所以在本文中就不详细说明。对于本发明，图2主要说明的是连接在开孔系统2边缘上的流态化空气供应装置3，位于两个相邻的喷布管处，它们以交错的方式布置，使在第一根喷布管1′上的流态化空气供应装置3′，位于第二根喷布管1″上的两个相邻的装置3″之间，它们处在开孔系统2的对侧，在喷布管1″和1′的长度方向上。
因此，在开孔系统2的区域里可以布置大功率的空气喷咀而得到最佳化的空气供应，这些空气喷咀彼此不相互干扰，但在临界区KA(图1)中却维持有充分的空气流动。空气喷气孔3c在这一解决方案中甚至部分地布置在开孔系统2的顶上方，因为在这一位置上，当开孔系统2的对边远离相应的流态化空气的供应装置3时，在从图2，也即锅炉装置的水平横截面的方向观察，开孔系统2就有充足的横截面积。从上方观察，开孔系统2因此形成一种连续的折线形状，这一形状，在开孔系统2的上方，在流态化空气供应装置3处有一个水平区域，这一水平区域界定两条“假想”边线，这一边线在开孔的轴向的不同段位迂回扭曲。
参看图3和图4，喷布管的冷却介质循环9包含六根冷却介质管子9a，9b，9c，布置的方式是最高的管子9a布置在喷布管的矩形上边角上，相应地，最下面的管子9b布置在矩形管子的下边角上，而中间的管子9c是以水平的方向布置，同喷布管的侧壁1c相连结。喷布管1可包含一种内部的支承肋系7，它们可以是半对角式的。图2上也示明，在喷布管1上表面1a上还布置一供应流态化空气的第二装置10，放置的方式是，所述装置10横向布置在喷布管1上表面1a的中央。所述装置10在长度方向上的布置方式是，在两个彼此横向开联的流态化空气装置3的后面，在喷布管1的轴向方向上总是中央的流态化空气供应装置10，以后跟的又是一对并联的流态化空气供应装置3。位于喷布管上表面1a中央的装置10称之为直立装置，它具有一根从喷布管上表面1a直接指向上方的管状供气管路10a。另外，装置10也具有一块水平的保护平板10b，同前面所述的装置3相似，在保护板10b下面也开有空气喷气孔10c。
根据图5至图7的流态化空气供应装置3，其实质，是其管状供气管路3a的长度方向轴线包含有一个或几个方向变化，随着这些方向变化，要布置喷气孔3c的位置就可以从供气管路3a的安装位置上取得，供气管路3a的管子形状可以通过弯曲管材(见图5和图6的15a，16a)，或者在管材中借助于至少一个焊接接头(见图6和图7的15b，16b)来加以实现。因此，供气管路3a的下部11，也即要连接在喷布管1上表面1a的那一段，是从喷布管的横截面垂直中心线向上斜出指向开孔系统2。在对应的形式中，管状供气管路3a的上部12是做成基本上处在起立位置的形式。
图4是装置3的另一种结构，其中管状供气管路3a是做成直立的管子，直接从喷布管的上表面1a向上伸出，在其上部含有一个水平的伸展部13延展在横向上，并有一块保护块14，伸展部13是径向水平伸出的，最好是矩形箱体状，在它的竖壁13a上有喷气孔13b。竖壁13a是处在冷却介质管子9a的垂直方向上，并且可能是在开孔系统2的区域上，在9a部分的上方，其高度基本上是由供气管路3a的长度限定。
对于图6和图7的实施方案，装置3包括双重弯曲的管状供气管路，其中在喷布管1上表面1a上的接头是圆形的横截面形状。因此，在供气管路3a的下部11又形成一个辅助的弯曲，这一弯曲把下部11分为两部分11a、11b，下部的11a是直立的，而上部11b是向上倾斜指向开孔系统2。当在喷布管1上表面进行机械加工装置3的供气管路3a的连接孔时，这是一个显著的优点。根据图6和图7的实施方案，机械加工可按圆形形状加以实现，它比图5供气管路3a所指向的接头需要椭圆形状的加工要方便得多。
例子本发明的流化床锅炉的炉栅装置可按以下方式实现。
燃烧室T的底部是由水冷的箱状一次空气波纹管制成。每一个箱状一次空气管的宽度约230毫米，高度约460毫米。每个箱状管子包括六根冷却管子9a，9b，9c(见图3)，其外径是60.3毫米，矩形截面的喷布管的每一个转角处，以及垂直侧壁的中间部分各有一根冷却管子和板状构件，平板结构的厚度为6毫米。喷布管的间距约460毫米。在两根喷布管之间的开孔宽度约为170毫米，经此开孔，从燃烧室排出的烧结增粗物料，通过料斗及溜槽(出现在芬兰申请专利FI-935455中)排走。供应一次空气，也即流态化空气，进入燃烧室的装置，每一个都焊在矩形喷布管的上表面，使它们在燃烧室的整个面积上呈交错排列的方式。
为了保证有充足的一次空气，即流态化空气，总共有680个流态化空气供应装置，以有规律的方式，安装在燃烧室底部的整个面积上。在喷布管长度方向上的两个装置之间的距离约180毫米。为了保护燃烧室不被磨损，位于流态化空气供应装置下面的空气喷咀中含有一层不起作用的流化介质层，即砂子。这样，在燃烧室底部不需要有保护性的预埋层。燃料燃烧所产生的灰烬是很细小的，是以烟灰的形状从流化床中排走的，烟灰被同锅炉装置一起提供的燃气除尘器收集。这种燃烧气除尘器可以是旋风除尘器或电力过滤器。存在于流化床中的粗大物料(底灰烬)，是通过四个移动式的料斗，从燃烧室中移走。底部料斗延展在底部的整个面积上，如在芬兰公开专利FI一935455中所介绍的。
权利要求
1 一种流化床锅炉的炉栅装置，至少部分地包括并排排列在一个基本上是水平平面上的一些平行的喷布管(1)或类似的构件，并且具有从喷布管(1)或类似构件内向位于炉栅上方的燃烧室(T)提供流态化空气的装置(3)，粗大物料是通过位于喷布管(1)或类似构件之间的一个开孔系统(2)排放到安装在炉栅下面的一个接受元件中，其中至少有一些喷布管(1)或类似构件具有冷却介质循环(9)，其中冷却介质循环的至少一部分(9a)是布置在喷布管(1)的上部边缘(1b)，并沿喷布管(1)或类似构件的长度方向，延展成为在喷布管(1)或类似构件的上部的开孔系统(2)的边缘限定一个界限，其中提供流态化空气的装置(3，10)包括从喷布管(1)或类似构件的上表面(1a)向上伸出的供气管路(3a)，其中供气管路(3a)特别在其上部具有喷气孔(3c)，其特征在于，至少有些流态化空气供应装置(3)的供气管路(3a)竖向摆放，以在冷却介质循环(9)的顶部延伸，其竖向安装的方式应使所述的供气管路(3a)在冷却介质循环(9)的一部分(9a)的顶部延伸。
2 根据权利要求1的炉栅装置，其特征在于，在供气管路(3a)的长度方向上至少有一个方向变化(15a，16a，15b，16b)，使具有喷气孔(3c)的供气管路的上部(12)，布置在冷却介质循环(9)的一部分(9a)的顶部。
3 根据权利要求1或2的炉栅装置，其特征在于管状供气管路(3a)至少有一个方向变化(15a，15b)，这一方向变化位于倾斜向上的供气管路的第一下部(11)和其上具有喷气孔(3c)的基本上是直立的第二上部(12)之间。
4 根据权利要求1或2的炉栅装置，其特征在于管状供气管路(3a)包含两个方向变化(15a，15b，16a，16b)，其中在供气管路(3a)的上部(12)形成的第一方向变化(15a，15b)位于倾斜向上的第一部分(11)同具有喷气孔(3c)的基本上是直立的第二部分(12)之间，而第二方向变化(16a，16b)是在供气管路(3a)的下部(11)形成的，其中下部(11)的第一部分(11a)是直立的，并同喷布管(1)的上表面相连接，而第二部分(11b)倾斜向上朝向开孔系统(2)。
5 根据权利要求4的炉栅装置，其特征在于供气管路(3a)的第二方向变化(16a，16b)，使供气管路(3a)同喷布管(1)的上表面(1a)之间的接头，做成其形状与供气管路(3a)横截面的外表面形状相对应，所述的外表面形状垂直于供气管路(3a)的长度方向。
6 根据权利要求1至4中任一要求的炉栅装置，其特征在于管状供气管路(3a)的方向变化(15a，15b，16a，16b)是由弯管和/或焊接管的形式制成。
7 根据权利要求1或2的炉栅装置。其特征在于方向的变化是通过位于直立供气管路(3a)的上部、并在喷布管(1)上表面(1a)上的供气管路(3a)上部横向延展的一种箱体状延伸部件(13)来实现的。
8 根据权利要求1的炉栅装置，其特征在于，属于流态化空气供应装置(3)的具有方向变化(15a，15b，16a，16b)的供气管路(3a)，是以垂直于喷布管(1)的长度方向，成对地并排放置在喷布管(1)的上表面(1a)上，并指向位于喷布管(1)相对侧边的开孔系统(2)，其中，若干所述的成对供气管路，一对接一对地前后排放在喷布管(1)的长度方向上。
9 根据权利要求1或8的炉栅装置，其特征在于，在那些成对并排放置在流态化空气供应装置(3)中的供气管路(3a)之间，沿喷布管(1)的长度方向上，布置一种供应流态化空气的中央装置(10)，所述的装置(10)布置在喷布管(1)的上表面(1a)的正中，并直接指向上方。
10 根据权利要求1的炉栅装置，其特征在于，处在两相邻的喷布管(1)之间，并同特定的开孔系统(2)相连的流态化空气供应装置(3)，是沿开孔系统(2)的长度方向交错布置的，其中布置在第一喷布管(1′)处的流态化空气供应装置(3′)是处在位于开孔系统(2)的对侧、第二根喷布管(1″)长度方向上的两个相邻的供气装置(3″)之间。
11 根据权利要求1的炉栅装置，其特征在于，喷布管(1)基本上是矩形截面形状，而同开孔系统(2)的边缘相关的属于冷却介质循环(9)的一部分(9a)布置在位于开孔系统(2)相对侧边的喷布管(1)的上边角处，使冷却介质循环的一部分(9a)，从水平方向观察，至少是部分地布置在喷布管(1)上表面(1a)的区域上。
全文摘要
本发明涉及一种流化床锅炉用的炉栅装置。它至少包含一些基本上在一水平方向上延伸的平行喷布管(1)，并具有从喷布管(1)内向位于炉栅上方的燃烧室(T)供应流态化空气的装置(3)。粗大物料是通过位于喷布管(1)之间的一个开孔系统(2)排放到安装在炉栅装置下面的一个接受元件中。至少有一些喷布管(1)具有冷却介质循环(9)，其中至少有冷却介质循环的一部分(9a)是布置在喷布管的上部边缘上，并沿喷布管或类似部件的轴向方向，使之延展成为在喷布管(1)上部的开孔系统(2)的边缘限定一个界限。用于供应流态化空气的装置(3，10)包含一种从喷布管(1)或类似构件的上表面向上伸出的供气管路(3a)。供气管路(3a)在其上部具有喷气孔(3c)。至少有一些流态化空气供应装置(3)的供气管路(3a)，是以直立的方向安装并以直立方向在冷却介质循环(9)的一部分(9a)的顶上方延伸。
文档编号F23C10/00GK1167899SQ9711127
公开日1997年12月17日 申请日期1997年4月15日 优先权日1996年4月15日
发明者M·波赫亚, K·哈佛连尼恩, J·金尼 申请人:克瓦纳尔纸浆制造有限公司